KR20030071597A

KR20030071597A - Method of producing ceramic heater

Info

Publication number: KR20030071597A
Application number: KR10-2003-0033605A
Authority: KR
Inventors: 후루카와마사카즈; 히라마츠야스지; 이토야스타카
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2003-09-03

Abstract

온도제어가 쉬우며, 얇고 가벼운 세라믹히터와, 이 히터에 사용하는 발열체 형성용 도전 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 하고, 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹으로 되는 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 금속입자와, 필요에 따라 혼합되는 금속산화물을 소결하여 형성한 발열체를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.It is an object of the present invention to provide a thin and light ceramic heater that is easy to control temperature, and a conductive paste for forming a heating element for use in the heater, and includes metal particles on the surface or inside of a ceramic substrate made of nitride ceramics or carbide ceramics. And a heating element formed by sintering the metal oxides to be mixed together.

또, 이같은 도전 페이스트는 금속입자와 금속산화물을 혼합하여 이루는 페이스트를 사용한다.In addition, such a conductive paste uses a paste formed by mixing metal particles and metal oxides.

Description

Manufacturing Method of Ceramic Heater {METHOD OF PRODUCING CERAMIC HEATER}

본 발명은 주로 반도체 산업에 있어서 사용되는 건조용 세라믹히터에 관한 것으로, 특히 온도제어가 쉽고, 얇고 가벼운 세라믹히터 및 그 제조방법과, 그 히터의 발열체를 형성하기 위하여 사용되는 도전 페이스트에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drying ceramic heater mainly used in the semiconductor industry, and more particularly to a thin and light ceramic heater, a method of manufacturing the same, and a conductive paste used to form a heating element of the heater, which is easy to control temperature.

대표적인 반도체 제품은, 예를 들면 실리콘웨이퍼상에 에칭레지스트(감광성 수지)를 도포한 뒤 에칭함으로써 제조하고 있다. 이 경우, 실리콘웨이퍼 표면에 도포된 감광성 수지는 도포후에 건조시키지 않으면 안된다. 건조방법은 상기 수지가 도포된 실리콘웨이퍼를 히터상에 재치하여 가열하는 것이 일반적이다.Typical semiconductor products are manufactured by, for example, applying an etching resist (photosensitive resin) onto a silicon wafer and then etching. In this case, the photosensitive resin applied to the surface of the silicon wafer must be dried after application. In the drying method, the silicon wafer coated with the resin is generally placed on a heater and heated.

이같은 히터는 종래 알루미늄제 기판 이면에 발열체를 부착한 것이 대표적이다. 그러나, 이같은 금속제 히터는 다음과 같은 문제가 있었다.Such a heater is typically attached to a heating element on the back surface of a conventional aluminum substrate. However, such a metal heater had the following problem.

즉, 히터 본체인 기판이 금속제이기 때문에 두께를 15mm 정도로 두껍게 하지 않으면 안된다. 왜냐하면, 얇은 금속판으로는 가열에 기인한 열팽창에 의해, 휨, 왜곡이 발생해버려 금속판상에 재치되는 웨이퍼가 파손되거나 기울어져 버리기 때문이다. 때문에, 종래의 금속제 히터는 중량이 크고 부피가 많아지는 문제가 있었다.That is, since the board | substrate which is a heater main body is made of metal, the thickness must be made thick about 15 mm. This is because, in the thin metal plate, warpage and distortion occur due to thermal expansion due to heating, and the wafer placed on the metal plate is broken or tilted. Therefore, the conventional metal heater has a problem that the weight is large and the volume is large.

또, 히터에 의한 실리콘웨이퍼의 가열은 발열체에 인가하는 전압이나 전류를 조절함으로써 기판 온도를 제어하여 행해진다. 그러나, 이 방법은 금속판이 두껍기 때문에 전압이나 전류의 변화에 대하여 히터 기판 온도가 신속히 따라가지 못하고 온도제어특성이 나쁘다는 문제가 있었다.The heating of the silicon wafer by the heater is performed by controlling the substrate temperature by adjusting the voltage or current applied to the heating element. However, this method has a problem that since the metal plate is thick, the heater substrate temperature does not quickly follow the change of the voltage or the current, and the temperature control characteristic is bad.

본 발명의 주된 목적은 온도제어가 쉽고, 얇고 가벼운 히터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.The main object of the present invention is to provide a thin and light heater and a method of manufacturing the same, which is easy to control temperature.

본 발명의 다른 목적은 발열특성이 우수한 발열체용 도전 페이스트를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a conductive paste for a heating element having excellent heat generation characteristics.

도 1은 본 발명의 세라믹히터의 평면도,1 is a plan view of a ceramic heater of the present invention,

도 2는 본 발명의 세라믹히터의 사용형태를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a usage form of the ceramic heater of the present invention;

도 3은 본 발명의 세라믹히터의 제조방법 설명도,3 is an explanatory diagram of a method of manufacturing a ceramic heater of the present invention;

도 4는 스루홀용 구멍에 단자핀을 접속하는 모양을 나타내는 설명도,4 is an explanatory diagram showing a state in which a terminal pin is connected to a through hole;

도 5는 본 발명의 세라믹히터의 다른 제조예를 나타내는 설명도,5 is an explanatory diagram showing another example of manufacture of the ceramic heater of the present invention;

도 6은 본 발명의 세라믹히터의 또 다른 제조예를 나타내는 설명도.6 is an explanatory diagram showing still another example of manufacture of the ceramic heater of the present invention;

발명의 개시Disclosure of the Invention

종래기술이 안고 있는 상기 과제에 대하여 검토한 결과, 발명자들은 히터용 기판으로 알루미늄 등의 금속 대신 열전도성이 우수한 세라믹, 특히 질화물 세라믹또는 탄화물 세라믹을 사용하는데 착안하였다. 이같은 세라믹기판은 얇게 하여도 휨이나 왜곡이 발생하지 않고 또, 온도제어가 신속, 용이하며, 특히 발열체에 인가하는 전압이나 전류를 변화시켜 온도제어를 할 때의 응답성이 우수하다는 사실을 발견하였다.As a result of examining the above problems of the prior art, the inventors have focused on using ceramics having excellent thermal conductivity, in particular, nitride ceramics or carbide ceramics, instead of metals such as aluminum as heater substrates. Such ceramic substrates have been found to have no warpage or distortion even if they are thin, and to be quick and easy in temperature control, and particularly excellent in responsiveness in temperature control by changing the voltage or current applied to the heating element. .

또, 발명자들은 금속입자를 함유하는 도전 페이스트는 일반적으로 질화물 세라믹이나 탄화물 세라믹과는 밀착되기 어려운 성질이 있으나, 그 도전 페이스트에 금속산화물을 첨가하면 금속입자의 소결을 통하여 그 밀착성이 개선된다는 사실을 발견하였다.In addition, the inventors found that a conductive paste containing metal particles generally has a property of being hard to adhere to nitride ceramics or carbide ceramics. However, the addition of a metal oxide to the conductive paste improves the adhesion through the sintering of the metal particles. Found.

이같은 지견(智見)하에 개발한 본 발명의 요지구성은 다음과 같다.The gist structure of the present invention developed under such knowledge is as follows.

1. 상기 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹으로 되는 세라믹 기판 내부에 단면 아스펙트비(발열체의 폭/발열체의 두께)가 10∼10000인 편평형상의 발열체를 배열설치하는 것을 특징으로 한다.1. A flat heating element having a cross-sectional aspect ratio (width of the heating element / thickness of the heating element) of 10 to 10000 is arranged in a ceramic substrate made of the nitride ceramic or carbide ceramic.

2. 본 발명은 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹으로 되는 세라믹 기판 내부에 편평형상의 발열체를 배열설치함과 동시에 그 발열체 배열설치위치를 기판 중심에서 두께 방향으로 편심된 위치에 배열설치하고, 또 그 발열체로부터 먼쪽 면을 가열면으로 한 것을 특징으로 하는 세라믹 히터이다.2. In the present invention, a flat heating element is arranged inside a ceramic substrate made of nitride ceramics or carbide ceramics, and the heating element arranging position is arranged at a position eccentric in the thickness direction from the center of the substrate, and further away from the heating element. It is a ceramic heater characterized by making a surface into a heating surface.

3. 상기 발열체는 금속입자 또는 도전성 세라믹스의 소결체로 되는 것이 바람직하다.3. It is preferable that the said heat generating body becomes a sintered compact of metal particle or conductive ceramics.

4. 상기 발열체는 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐카바이드, 몰리브덴카바이드인 것이 바람직하다.4. The heating element is preferably tungsten, molybdenum, tungsten carbide, molybdenum carbide.

5. 상기 발열체의 편심정도는 기판의 가열면에서 50%를 넘고, 100% 미만까지의 위치인 것이 바람직하다.5. The eccentricity of the heating element is preferably at a position of more than 50% and less than 100% on the heating surface of the substrate.

6. 상기 발열체의 단면아스펙트비(발열체의 폭/발열체의 두께)는 10∼10000인 것이 바람직하다.6. It is preferable that the cross-sectional aspect ratio (width of a heating element / thickness of a heating element) of the said heat generating body is 10-10000.

7. 본 발명은 또 적어도 이하의 ①∼④의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터 제조방법을 제안한다.7. The present invention further proposes a method for producing a ceramic heater, which comprises at least the following steps 1 to 4.

① 질화물 세라믹 분말 또는 탄화물 세라믹 분말을 성형하여 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹의 그린시트를 얻는 공정.① The process of forming nitride ceramic powder or carbide ceramic powder to obtain green sheet of nitride ceramic or carbide ceramic.

② 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹의 그린시트 표면에 금속입자 단독 또는 금속산화물과의 혼합물로 되는 도전 페이스트를 인쇄하는 공정.(2) A step of printing a conductive paste comprising metal particles alone or a mixture of metal oxides on the surface of the green sheet of nitride ceramics or carbide ceramics.

③ 상기 도전 페이스트 인쇄 완료 그린시트와, 공정 ①과 같이 처리하여 얻은 다른 그린시트를 1매 이상을 적층하는 공정.(3) A step of laminating at least one sheet of the conductive paste-printed green sheet and another green sheet obtained by treating in the same manner as in step (1).

④ 가열가압하여 그린시트 및 도전 페이스트를 소결하는 공정.④ Sintering of green sheet and conductive paste by heating and pressing.

8. 공정 ②에서 얻은 도전 페이스트 인쇄 완료 그린시트 상측 및 하측에 공정 ①과 같은 처리로 얻은 그린시트를 적층함에 있어, 상측과 하측의 그린시트의 매수 비율을 1/1에서 1/99 범위로 조절하는 것이 바람직하다.8. Finishing printing of conductive paste obtained in the process ② In stacking the green sheet obtained by the same process as the above process on the upper and lower side of the green sheet, the number of sheets of upper and lower green sheets is adjusted from 1/1 to 1/99. It is desirable to.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명의 세라믹 히터는 절연성의 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹으로 되는 세라믹 기판을 사용하고, 이 세라믹 기판 한쪽면에 발열체를 인쇄형성하고, 다른 면상에 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 제품을 재치하여 가열하는 가열면으로 한것이다.The ceramic heater of the present invention uses a ceramic substrate made of an insulating nitride ceramic or a carbide ceramic, and forms a heating element on one surface of the ceramic substrate, and heats a semiconductor product such as a silicon wafer on the other surface. It is.

본 발명의 세라믹히터는 또, 편평한 단면형상을 갖는 발열체를 세라믹기판 내부에 배열설치(협지; 끼워 지지하다)한 것이라도 좋고, 이 경우, 그 발열체는 중심에서 기판두께방향으로 편심시켜 배열설치하고, 또 그 발열체에서 먼쪽 면을 가열면으로 한 것이라도 좋다.In the ceramic heater of the present invention, the heating elements having a flat cross-sectional shape may be arranged (closed) in the ceramic substrate. In this case, the heating elements are arranged so as to be eccentrically arranged in the substrate thickness direction from the center. In addition, the surface far from the heating element may be used as the heating surface.

상기 기판을 구성하는 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹은 열팽창계수가 금속보다 작고, 얇게 하더라도 가열에 의해 휘거나 왜곡되지 않는 특징이 있다. 이 때문에, 히터 기판을 얇고 가벼운 것으로 할 수 있다.The nitride ceramics or carbide ceramics constituting the substrate have a feature that the coefficient of thermal expansion is smaller than that of metal, and even if thin, the ceramics are not bent or distorted by heating. For this reason, a heater board | substrate can be made thin and light.

또, 이같은 세라믹기판은 열전도율이 높고, 게다가 얇기 때문에 그 기판의 표면온도가 발열체 온도변화에 대하여 신속하게 추종하는 특징이 있다. 즉, 전압, 전류를 바꾸어 발열체 온도를 변화시킬 때, 그 변화에 세라믹 기판 표면온도도 신속하게 추수하여 변동하는 특징이 있다.In addition, since such a ceramic substrate has a high thermal conductivity and a thinness, the surface temperature of the ceramic substrate rapidly follows the heating element temperature change. That is, when the temperature of the heating element is changed by changing the voltage and current, the surface temperature of the ceramic substrate is also rapidly harvested and fluctuates.

게다가, 본 발명의 세라믹히터는 발열체 배열설치측과는 반대측을 가열면으로 하거나, 기판 중심에서 두께 방향으로 편심시켜서 배열설치되는 편평형상의 발열체에서 먼 쪽을 가열면으로 함으로써 열 전파가 그 기판 전체에 균일하고 또 신속하게 확산되기 때문에 가열면에 발열체 패턴에 한정된 온도분포가 발생하는 것을 억제할 수 있고, 나아가 가열온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.In addition, the ceramic heater of the present invention has a heating surface on the side opposite to the heating element arranging side or a heating surface far from the flat heating element arranged to be eccentric in the thickness direction from the center of the substrate, so that the heat propagation is applied to the entire substrate. Since it spreads uniformly and rapidly, generation of the temperature distribution limited to the heating element pattern on the heating surface can be suppressed, and the heating temperature distribution can be made uniform.

또, 이 점에 관하여, 예를 들면 미국특허 제5643483호 명세서에는 석영기판 한쪽면을 조화하고, 여기에 백금-팔라듐 페이스트로 발열체를 설치하고, 발열체 반대측면에 웨이퍼를 재치하여 가열하는 기술이 개시되어 있다. 또, 미국특허제5668524호 명세서에는 히터를 매설한 척 부착의 세라믹히터를 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제5566043호 명세서에는 질화붕소기판 표면에 열분해 그래파이트의 발열체를 설치한 히터를 각각 개시하고 있다.In this regard, for example, U.S. Patent No. 563483 discloses a technique in which one surface of a quartz substrate is roughened, a heating element is provided with a platinum-palladium paste, and the wafer is placed on the opposite side of the heating element and heated. It is. In addition, US Patent No. 5668524 discloses a ceramic heater with a chuck in which a heater is embedded. In addition, US Patent No. 5566043 discloses heaters each provided with a pyrolytic graphite heating element on the surface of a boron nitride substrate.

그러나, 상기 미국특허 제5643483호 명세서에는 석영기판을 사용하고 또 백금-팔라듐 페이스트로 발열체를 설치하고, 본 발명과 같이 산화물을 혼합하지 않았기 때문에 조화하지 않으면 발열체를 형성할 수 없다.However, in the specification of US Pat. No. 5,437,383, a heating element is used by using a quartz substrate and a platinum-palladium paste, and since the oxides are not mixed as in the present invention, the heating element cannot be formed unless it is harmonized.

또, 미국특허 제5668524호 명세서에는 발열체를 편심시키지 않고, 또 아스펙트비 등, 구체적 형상을 개시하지 않았다. 이 때문에 가열면의 온도균일성이 떨어진다.In addition, the specification of U.S. Patent No. 5668524 does not disclose a specific shape such as an aspect ratio without causing the heating element to be eccentric. For this reason, the temperature uniformity of a heating surface is inferior.

또한, 미국특허 제5566043호 명세서에는 열분해 그래파이트의 발열체를 사용하고 있기 때문에 공기중에서 500℃ 이상으로 가열하면 발열체 자체가 소실해버려, 사용온도영역이 한정된다.In addition, since US Patent No. 5566043 uses a pyrolytic graphite heating element, heating to 500 ° C. or higher in air causes the heating element to disappear, thereby limiting the use temperature range.

이와 같이, 이들 기술은 본 발명과는 전혀 다른 것이다.As such, these techniques are completely different from the present invention.

상기 세라믹기판은 0.5∼5mm 정도의 두께의 것이 좋다. 그 이유는 너무 얇으면 파손되기 쉽기 때문이다.The ceramic substrate may have a thickness of about 0.5 to 5 mm. The reason is that if it is too thin, it is easily broken.

이같은 세라믹 기판의 소재인 질화물 세라믹은 금속질화물 세라믹, 예를 들면 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄 등에서 선택되는 어느 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 탄화물 세라믹은 금속탄화물 세라믹, 예를 들면 탄화규소, 탄화질코늄, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등에서 선택되는 어느 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 단, 이들 세라믹중에서도 질화알루미늄이 적합하다. 그 이유는, 질화알루미늄의 열전도율은 180W/m·K로 가장 높기 때문이다.The nitride ceramic which is a material of such a ceramic substrate is preferably a metal nitride ceramic, for example, any one or more selected from aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, titanium nitride and the like. On the other hand, as the carbide ceramic, it is preferable to use any one or more selected from metal carbide ceramics, for example, silicon carbide, corn carbide, titanium carbide, tantalum carbide, tungsten carbide and the like. However, aluminum nitride is suitable among these ceramics. This is because the thermal conductivity of aluminum nitride is the highest at 180 W / m · K.

또, 이같은 세라믹기판에 배열설치되는 발열체는 도전 페이스트중의 금속 입자나 금속산화물 입자를 소결하며 형성된다. 이같이 상기 각 입자를 가열소성에 의해 세라믹기판 표면에 베이킹할 수 있기 때문이다. 또, 이 소결처리는 금속입자끼리 또는 금속입자와 상기 세라믹이 서로 융착하는 정도로 한다.The heat generators arranged on such ceramic substrates are formed by sintering metal particles or metal oxide particles in the conductive paste. This is because each of the particles can be baked on the surface of the ceramic substrate by heating and firing. The sintering treatment is such that the metal particles or the metal particles and the ceramic are fused together.

다음에, 상기 발열체(2)는 도 1과 같이 세라믹 기판(1) 전체 온도를 균일하게 승온할 필요가 있으므로 동심원 형상으로 배열설치한 패턴이 좋다. 패턴 형성한 그 발열체(2) 두께는 1∼50㎛ 정도가 바람직하나 그 기판(1) 표면에 발열체(2)를 형성할 경우는 1∼10㎛가 바람직하다. 한편, 그 기판(1) 내부에 그 발열체(2)를 형성할 경우는 1∼50㎛ 두께로 하는 것이 바람직하다.Next, since the heat generating element 2 needs to uniformly heat up the whole temperature of the ceramic substrate 1 as shown in FIG. 1, the pattern arrange | positioned concentrically is preferable. Although the thickness of the heat generating body 2 pattern-formed is about 1-50 micrometers, when forming the heat generating body 2 in the surface of the board | substrate 1, 1-10 micrometers is preferable. On the other hand, when forming the heat generating body 2 in the inside of the board | substrate 1, it is preferable to set it as 1-50 micrometers in thickness.

또, 이 발열체 폭은 0.1∼20mm 정도로 하는 것이 바람직하지만 기판(1) 표면에 발열체(2)를 형성할 경우는 0.1∼5mm, 기판(1) 내부에 그 발열체(2)를 형성할 경우는 1∼20mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 이들 범위로 한정하는 이유는, 일반적으로 발열체(2) 두께 및 폭을 바꿈으로써 저항치를 변화시킬 수 있으나, 상기 범위가 발열체의 온도제어에 대하여 가장 효과적이기 때문이다. 또, 발열체(2)의 저항치는 얇고 가늘수록 커진다.The width of the heating element is preferably about 0.1 to 20 mm. However, when the heating element 2 is formed on the surface of the substrate 1, the heating element 2 is 0.1 to 5 mm. It is preferable to set it as about -20 mm. The reason for limiting these ranges is that, in general, the resistance value can be changed by changing the thickness and width of the heating element 2, but the above range is most effective for temperature control of the heating element. In addition, the resistance value of the heat generating element 2 increases as it becomes thin and thin.

또, 이 발열체(2)는 기판(1) 내부에 형성할 경우의 쪽이 두께, 폭 모두 크게 할 수 있다. 그 이유는 발열체(2)를 내부에 설치하면 가열면과 발열체 거리가 짧아져서 세라믹기판(1)의 가열표면의 온도균일성이 저하되기 때문에 가열면을 균일하게 가열하는데는 그 발열체(2) 자체 폭을 넓힐 필요가 생긴다. 한편, 내부에 발열체를 설치할 경우, 기판의 질화물 세라믹 등과의 밀착성을 고려할 필요성이 없어지기 때문에 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 금속, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 탄화물을 사용할 수 있고, 나아가 저항치를 높게 하기가 가능해진다. 그 결과로 단선 등을 방지할 목적으로 발열체 두께를 두껍게 할 수 있게 된다.In addition, this heating element 2 can be made larger both in thickness and width when formed in the substrate 1. The reason is that when the heating element 2 is installed inside, the distance between the heating surface and the heating element is shortened and the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic substrate 1 is lowered. Therefore, the heating element 2 itself is used to uniformly heat the heating surface. There is a need to widen. On the other hand, when the heating element is provided inside, there is no need to consider the adhesiveness with the nitride ceramics of the substrate, so that a high melting point metal such as tungsten or molybdenum, carbides such as tungsten or molybdenum can be used, and further, the resistance value can be increased. Become. As a result, the thickness of the heating element can be increased for the purpose of preventing disconnection or the like.

이 발열체는 일반적으로는 단면이 사각형 또는 타원형으로, 바람직하게는 편평한 형상인 것이 좋다. 특히, 세라믹 기판(1) 내부에 발열체를 설치할 경우는 편평한 것이 필수적이다. 그 이유는, 단면이 편평한 형상 쪽이 가열면을 향하여 가열하기 쉽기 때문에 가열면에 온도분포가 되기 어렵기 때문이다.The heating element is generally rectangular or oval in cross section, preferably in a flat shape. In particular, when the heating element is provided inside the ceramic substrate 1, it is essential to be flat. The reason is that since the flat shape of the cross section is easy to heat toward the heating surface, the temperature distribution on the heating surface is difficult.

이같은 가열체(2) 단면의 아스펙트비(발열체의 폭/발열체의 두께)는 10∼10000 정도가 바람직하고, 50∼5000이 바람직하다. 이 범위내로 조정하면 발열체(2)의 저항치를 크게 할 수 있음과 동시에 가열면의 온도분포의 균일성을 확보할 수 있기 때문이다.As for the aspect ratio (width of the heat generating body / thickness of a heat generating body) of such a heating body 2 cross section, about 10-10000 are preferable, and 50-5000 are preferable. This is because if the adjustment is within this range, the resistance value of the heating element 2 can be increased and the uniformity of the temperature distribution of the heating surface can be ensured.

세라믹기판(1)의 표면 또는 내부에 배열설치한 발열체(2) 패턴의 두께가 일정할 경우, 아스펙트비가 작으면 기판의 가열면 방향에서의 열 전달량이 작아지고, 가열면에는 발열체패턴과 같은 열분포로 되어 버린다. 반대로, 아스펙트비가 너무 크면 발열체패턴 중앙의 직상부분이 고온이 되어 버려 결국, 가열면에는 발열체 패턴과 같은 열분포가 형성된다. 이같은 온도분포를 고려하면 발열체(2) 단면의 아스펙트비(발열체의 폭/발열체의 두께)는 10∼10000 범위내로 하는 것이 바람직하다.When the thickness of the heating element 2 pattern arranged on the surface or inside of the ceramic substrate 1 is constant, if the aspect ratio is small, the amount of heat transfer in the direction of the heating surface of the substrate is reduced, and the heating surface is the same as the heating element pattern. It becomes heat distribution. On the contrary, if the aspect ratio is too large, the upper portion of the center of the heating element pattern becomes a high temperature, and as a result, a heat distribution like the heating element pattern is formed on the heating surface. In consideration of such temperature distribution, it is preferable that the aspect ratio (width of the heating element / thickness of the heating element) of the cross section of the heating element 2 is in the range of 10 to 10,000.

그것은, 발열체(2)의 아스펙트비를 50∼5000으로 함으로써 열충격에 의한 크랙이나 박리가 발생되기 어렵기 때문이다.This is because cracks and peeling due to thermal shock are less likely to occur by setting the aspect ratio of the heating element 2 to 50 to 5000.

또, 상기 발열체(2)는 세라믹기판(1) 내부에 형성할 경우 쪽이 아스펙트비를 크게 할 수 있으나, 이 발열체(2)를 내부에 설치할 경우, 가열면과 발열체 거리가 짧아져서 표면의 온도균일성이 저하되기 때문에 발열체 자체는 편평형상으로 할 필요가 있다.In addition, when the heating element 2 is formed inside the ceramic substrate 1, the aspect ratio can be increased, but when the heating element 2 is installed inside, the distance between the heating surface and the heating element is shortened. Since temperature uniformity falls, it is necessary to make heating element itself into flat shape.

본 발명에 있어서는 발열체(2)를 세라믹기판(1) 내부에 배열설치할 경우, 이 발열체 두께 방향의 배열설치위치를 편심시켜서 배열설치할 수 있으나, 그 편심 정도는 기판의 한쪽면(가열면)에서 50% 이상∼100% 미만 까지의 위치로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 가열면의 온도분포를 방지하고 또 세라믹기판의 휨 발생을 억제할 수 있기 때문이다. 바람직하게는 55∼95%이다.In the present invention, when the heating element 2 is arranged inside the ceramic substrate 1, the heating element 2 can be arranged in an eccentric arrangement of the heating element in the thickness direction, but the degree of eccentricity is 50 on one side (heating surface) of the substrate. It is preferable to set it as the position to% or more and less than 100%. This is because the temperature distribution of the heating surface can be prevented and the warping of the ceramic substrate can be suppressed. Preferably it is 55 to 95%.

또, 이 발열체(2)를 세라믹기판(1) 내부에 형성할 경우는 발열체 형성층을 복수층으로 나누어도 된다. 이 경우는 각 층의 패턴은 상호 보완하도록 형성하고, 가열면에서 보면 어느 한 층에서 완전한 패턴이 형성된 상태로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상층과 하층에 서로 지그재그로 배치하여 전체가 완전한 패턴이 되게 한 구조이다.When the heat generating element 2 is formed inside the ceramic substrate 1, the heat generating element formation layer may be divided into a plurality of layers. In this case, it is preferable that the patterns of the respective layers are formed so as to complement each other, and in view of the heating side, a complete pattern is formed in any one layer. For example, the structure is arranged in a zigzag pattern on the upper and lower layers so that the whole becomes a complete pattern.

또, 발열체(2)는 세라믹기판(1) 표면에 배열설치할 경우는 이 발열체 일부(저부)가 세라믹스기판중에 매설된 상태로 배열설치하는 것이 바람직하다. 발열체를 이와 같이 배열설치하면 발열체의 저항억제 개선과 세라믹스 기재와의 밀착성 개선을 동시에 실현할 수 있기 때문이다.In the case where the heating element 2 is arranged on the surface of the ceramic substrate 1, it is preferable that the heating element 2 is arranged in a state where a part (bottom) of the heating element is embedded in the ceramic substrate. This is because by arranging the heating elements in this manner, it is possible to realize the improvement of the suppression of the resistance of the heating element and the improvement of the adhesion with the ceramic substrate.

다음에, 세라믹기판에 상기 발열체를 형성하기 위하여 사용되는 도전 페이스트에 대하여 설명한다. 이 도전 페이스트는 도전성을 확보하기 위한 금속입자, 또는 도전성 세라믹 외에 수지, 용제, 증점제 등을 혼합한 것이 일반적이다.Next, a conductive paste used to form the heating element on a ceramic substrate will be described. It is common for this electrically conductive paste to mix resin, a solvent, a thickener, etc. other than the metal particle or electroconductive ceramic to ensure electroconductivity.

금속입자로는 귀금속(금, 은, 백금, 팔라듐), 납, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈에서 선택된 어느 1종 이상의 것이 사용된다. 이들 금속은 비교적 산화되기 어렵고, 발열하는데 충분한 저항을 보이기 때문이다. 한편, 도전성 세라믹은 텅스텐이나 몰리브덴의 탄화물 등에서 선택되는 어느 1종 이상의 것이 사용된다.As the metal particles, any one or more selected from noble metals (gold, silver, platinum, palladium), lead, tungsten, molybdenum and nickel are used. This is because these metals are relatively hard to oxidize and exhibit sufficient resistance to heat generation. In the conductive ceramic, any one or more selected from tungsten, molybdenum carbide and the like is used.

이들 금속입자 또는 도전성 세라믹은 입경이 0.1∼100㎛ 크기로 하는 것이 바람직하다. 너무 미세하면 산화되기 쉽고, 한편 너무 크면 소결되기 어려워 저항치가 크게 되기 때문이다.These metal particles or conductive ceramics preferably have a particle size of 0.1 to 100 mu m. If it is too fine, it is easy to oxidize, while if too large, it is difficult to sinter and the resistance value becomes large.

상기 금속입자는 구 형상, 인편상, 또는 구 형상과 인편상의 혼합물을 사용할 수 있다. 특히, 형상이 인편상의 경우는 금속입자 사이에 후술하는 금속산화물을 유지하기 쉬워지고, 발열체와 질화물 세라믹 등과의 밀착성이 향상되기 때문이다.The metal particles may be spherical, flaky, or a mixture of spherical and flaky. In particular, when the shape is flaky, it is easy to hold the metal oxide described later between the metal particles, and the adhesion between the heating element and the nitride ceramics and the like is improved.

또, 이같은 도전 페이스트에 사용되는 수지는 에폭시수지, 페놀수지 등이 적합하다. 용제로는 이소프로필알콜 등이 사용된다. 증점제로는 셀룰로스 등이 사용된다.In addition, epoxy resin, phenol resin, etc. are suitable for resin used for such an electrically conductive paste. Isopropyl alcohol etc. are used as a solvent. As the thickener, cellulose or the like is used.

상기 도전 페이스트는 또, 금속입자에 첨가하여 다시 금속산화물을 함유시켜서 발열체를 금속입자와 금속산화물의 혼합물 소결체로 하는 것이 유효하다. 즉, 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과 금속입자 사이에 금속산화물이 개재하면 이들 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 밀착성이 개선되는 이유는 명확하지 않으나 금속입자 표면 및 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹 표면은 약간 산화막이 존재하고 있으나 이 산화막이 금속산화물에 대하여 친화성을 나타내어 쉽게 일체화되고, 그 결과 금속입자와 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹이 그 산화물을 통하여 밀착하는 것이 아닌가 추정된다.It is effective that the conductive paste is further added to the metal particles to contain the metal oxide to form the heating element as a mixture sintered body of the metal particles and the metal oxide. That is, when the metal oxide is interposed between the nitride ceramic or carbide ceramic and the metal particles, these adhesion properties can be improved. Although the reason for the improvement in adhesion is not clear, the surface of the metal particles and the surface of the nitride ceramic or carbide ceramics have a slight oxide film, but the oxide film shows an affinity for the metal oxide and is easily integrated. Or it is estimated whether carbide ceramics are in close contact with the oxide.

이같은 금속산화물은 산화납, 산화아연, 산화규소, 산화붕소, 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화티탄에서 선택된 어느 1종 이상을 사용한다. 이들 산화물은 발열체의 저항치를 크게 하지 않고, 금속입자와 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과의 밀착성을 개선할 수 있기 때문이다.Such metal oxide uses any one or more selected from lead oxide, zinc oxide, silicon oxide, boron oxide, aluminum oxide, yttrium oxide and titanium oxide. This is because these oxides can improve the adhesion between metal particles and nitride ceramics or carbide ceramics without increasing the resistance of the heating element.

상기 금속 산화물 첨가량은 금속입자에 대하여 0.1∼10Wt% 미만이 바람직하다. 그 이유는 0.1Wt% 미만은 첨가효과가 없고, 한편 10Wt% 이상이면 발열체(2) 저항치가 너무 크기 때문이다.The amount of the metal oxide added is preferably less than 0.1 to 10 Wt% based on the metal particles. The reason is that less than 0.1 Wt% does not have an additive effect, while if it is 10 Wt% or more, the resistance of the heating element 2 is too large.

또, 이들 금속산화물의 혼합비율은 금속산화물 전량을 100Wt%로 할 경우에 산화납이 1∼10Wt%, 산화규소가 1∼30Wt%, 산화붕소가 5∼50Wt%, 산화아연이 20∼70Wt%, 산화알루미늄이 1∼10Wt%, 산화이트륨이 1∼50Wt%, 산화티탄이 1∼50Wt% 범위로 그 합계가 100Wt%를 넘지 않도록 조정되는 것이 바람직하다. 이들 범위는 특히 금속입자와 질화물 세라믹의 밀착성을 개선시키는 데에 효과적이다.The mixing ratio of these metal oxides is 1 to 10 Wt% of lead oxide, 1 to 30 Wt% of silicon oxide, 5 to 50 Wt% of boron oxide, and 20 to 70 Wt% of zinc oxide when the total amount of metal oxide is 100 Wt%. It is preferable to adjust so that the sum may not exceed 100 Wt% in the range of 1-10 Wt% of aluminum oxide, 1-50 Wt% of yttrium oxide, and 1-50 Wt% of titanium oxide. These ranges are particularly effective for improving the adhesion between metal particles and nitride ceramics.

이와 같이 금속 산화물 첨가량을 금속입자에 대하여 0.1∼10Wt% 미만의 범위로 조정하면 발열체의 면적저항률은 1∼45mΩ/□로 할 수 있다. 이 면적 저항률이 너무 크면 인가전압에 대하여 발열량이 너무 커서 세라믹 기판 표면에 발열체를 배열설치한 케이스에서는 제어하기 어려워진다. 또, 금속산화물 양이 10Wt% 이상이 되면 면적 저항률은 50mΩ/□를 넘어버려 발열량이 너무 커져서 온도제어가 곤란해지고 히터온도분포의 균일성이 저하된다.In this way, when the amount of the metal oxide added is adjusted to less than 0.1 to 10 Wt% with respect to the metal particles, the area resistivity of the heating element can be 1 to 45 mPa / □. If the area resistivity is too large, the heat generation amount is too large with respect to the applied voltage, making it difficult to control the case in which the heating elements are arranged on the ceramic substrate surface. In addition, when the amount of metal oxide is 10 Wt% or more, the area resistivity exceeds 50 mPa / ?, and the amount of heat generated is too large, making it difficult to control the temperature and lower the uniformity of the heater temperature distribution.

또, 종래는 면적저항률이 50mΩ/□ 이상이 아니면 히터용 저항체로서 적합하지 않다고 생각되어 왔으나(특개평 4-300249호) 본 발명은 반대로 면적저항률을 45mΩ/□ 이하로 하여 온도제어를 쉽게 하여 온도분포의 균일성을 확보하게 한 것이다.In addition, it has been conventionally considered that it is not suitable as a resistor for a heater unless the area resistivity is not more than 50 mPa / □ (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-300249). It is to ensure uniformity of distribution.

본 발명의 다른 실시형태는, 발열체 표면을 금속층으로 피복하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 발열체는 금속입자의 소결체이기 때문에 이것이 공기중에 노출해 있으면 산화되기 쉽고 저항치가 변화해 버린다. 그래서, 금속입자 소결체의 표면을 금속층으로 피복함으로써 산화를 방지하게 한 것이다. 그 금속층 두께는 0.1∼10㎛ 정도가 바람직하다. 그것은, 발열체 저항치를 변화시키지 않고 발열체 산화를 방지하는 범위이기 때문이다.In another embodiment of the present invention, the heating element surface is preferably covered with a metal layer. As described above, since the heating element is a sintered body of metal particles, when it is exposed to air, the heating element is easily oxidized and the resistance value changes. Therefore, oxidation is prevented by covering the surface of the metal particle sintered body with a metal layer. As for the thickness of this metal layer, about 0.1-10 micrometers is preferable. This is because the heating element oxidation is prevented without changing the heating element resistance.

금속입자소결체 표면에 피복된 금속은 비산화성 금속이면 된다. 예를 들면 금, 은, 팔라듐, 백금, 니켈에서 선택된 어느 1종 이상의 것이 좋다. 그 중에서도 니켈은 적합하다. 그 이유는 일반적으로 발열체는 전원과 접속하기 위한 단자가 필요하고, 이 단자는 땜납을 통하여 발열체에 부착되어 있으나 소위 니켈은 땜납의 열확산을 방지하는 작용을 갖기 때문이다. 그 접속단자는 코바르제의 단자핀을 사용할 수 있다.The metal coated on the surface of the metal particle sintered body may be a non-oxidizing metal. For example, any one or more selected from gold, silver, palladium, platinum and nickel may be used. Among them, nickel is suitable. The reason is that a heating element generally requires a terminal for connecting to a power source, and this terminal is attached to the heating element through solder, but so-called nickel has a function of preventing thermal diffusion of the solder. The connecting terminal can use a covar terminal pin.

단, 발열체가 세라믹기판의 내부에 배열설치될 경우는 발열체 표면이 산화되는 일이 없기 때문에 피복은 불필요하다.However, when the heating elements are arranged inside the ceramic substrate, the surface of the heating elements is not oxidized, so coating is unnecessary.

상기 땜납은 은-납, 납-주석, 비스무스-주석 등의 땜납 합금을 사용할 수 있고, 그 땜납층의 두께는 0.1∼50㎛가 땝납에 의한 접속을 확보하는데 충분한 범위이다.The solder may be a solder alloy such as silver-lead, lead-tin, bismuth-tin, etc., and the thickness of the solder layer is in the range of 0.1 to 50 µm, which is sufficient to secure the connection by soldering.

본 발명은 필요에 따라 도 5d와 같이 세라믹기판(1)중에 열전대(61)를 매립해둘 수도 있다. 이 열전대(61)에 의해 그 세라믹기판(1)의 온도를 측정하고, 그 데이터를 기초로 전압, 전류를 조절하고 세라믹기판(1)의 가열면 온도를 용이하고 또 정확하게 제어할 수 있게 된다.According to the present invention, the thermocouple 61 may be embedded in the ceramic substrate 1 as shown in FIG. 5D. The thermocouple 61 makes it possible to measure the temperature of the ceramic substrate 1, to adjust the voltage and current based on the data, and to easily and accurately control the heating surface temperature of the ceramic substrate 1.

도 2는 본 발명 세라믹히터의 사용상태를 나타내는 부분단면도이다. 도시하는 부호 3은 단자핀, 4는 금속(Ag-Pb) 입자 소결체, 5는 금속(Ni) 피복층으로, 이 4 및 5로 발열체(2)를 구성하고 있다. 그리고 6은 땜납층으로, 이 땜납층을 통하여 상기 단자핀(3)이 부착된다.2 is a partial cross-sectional view showing a state of use of the ceramic heater of the present invention. 3 is a terminal pin, 4 is a metal (Ag-Pb) particle | grain sintered compact, 5 is a metal (Ni) coating layer, and these 4 and 5 comprise the heat generating body 2. As shown in FIG. 6 is a solder layer, through which the terminal pin 3 is attached.

또, 이같은 세라믹기판(1)에는 관통구멍(8)을 복수개 설치하고, 그 관통구멍(8)에는 반도체 웨이퍼의 지지핀(7)을 삽입하고, 세라믹기판(1)상에 돌출하는 상기 핀(7) 정부에 반도체 웨이퍼(9)를 인접 또는 약간의 틈새를 통하여 부착한다. 또, 이 경우, 반도체웨이퍼(9)를 도시하지 않는 운반기에 인도인수하거나 운반기에서 반도체웨이퍼(9)를 수취하거나 할 때는 상기 지지핀(7)을 승강시킨다.In the ceramic substrate 1, a plurality of through holes 8 are provided, the support holes 7 of the semiconductor wafer are inserted into the through holes 8, and the pins protruding on the ceramic substrate 1 7) The semiconductor wafer 9 is attached to the government through an adjacent or slight gap. In this case, the support pins 7 are raised and lowered when passing the semiconductor wafer 9 to a carrier (not shown) or receiving the semiconductor wafer 9 from the carrier.

다음에, 본 발명에 관한 세라믹히터의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the ceramic heater concerning this invention is demonstrated.

A. 세라믹기판의 표면에 발열체를 형성할 경우(도 2)A. When a heating element is formed on the surface of the ceramic substrate (Fig. 2)

(1) 절연성 질화물 세라믹 또는 절연성 탄화물 세라믹 분체를 소결하여 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹으로 되는 판상체(세라믹기판)를 형성하는 공정.(1) A step of sintering insulating nitride ceramics or insulating carbide ceramic powder to form a plate body (ceramic substrate) made of nitride ceramics or carbide ceramics.

*이 공정은 상기 질화알루미늄 등의 질화물 세라믹 또는 탄화 규소 등의 탄화물 세라믹 분체, 또한 필요에 따라 이트리아 등의 소결보조제나 바인더로 되는 혼합분말을 스프레이드라이법 등의 방법에 의해 과립상으로 하고, 얻은 이 과립을 금형 등에 넣어서 가압함으로써 판상으로 형성한 생성형체로 한다.In this step, a nitride ceramic such as aluminum nitride or a carbide ceramic powder such as silicon carbide, and a mixed powder comprising a sintering aid such as yttria or a binder, if necessary, are granulated by a spray dry method or the like. The obtained granules are put into a mold or the like and pressurized to form a product body formed into a plate.

상기 생성형체에는 필요에 따라 반도체 웨이퍼의 지지핀(7)을 삽입하기 위한 관통구멍(8)이나 열전대(61)를 매립하는 오목부(62)를 설치해 둔다.If necessary, the product is provided with a through hole 8 for inserting the support pin 7 of the semiconductor wafer and a recess 62 for embedding the thermocouple 61.

다음에, 이 생성형체를 가열소성하여 소결하고, 세라믹제의 판상체를 제조한다. 가열소성시에 가압함으로써 기공이 없는 히터용 세라믹기판을 제조한다. 가열소성은 소결온도 이상이면 좋으나 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹은 1000∼2500℃가 적합하다.Next, the resulting molded body is heated and fired to sinter, thereby producing a ceramic plate-like body. The ceramic substrate for heaters without pores is manufactured by pressurizing at the time of heating. Heat firing should be above the sintering temperature, but suitable for nitride ceramic or carbide ceramic is 1000 ~ 2500 ℃.

(2) 상기 (1) 공정으로 얻은 세라믹제의 판상체(히터판, 즉 세라믹기판) 표면에 금속입자를 함유하는 도전 페이스트를 인쇄하여 금속입자층(4)을 형성하는 공정.(2) A step of forming a metal particle layer (4) by printing a conductive paste containing metal particles on the surface of a ceramic plate (heater plate, that is, a ceramic substrate) obtained in the step (1).

이 공정은 금속입자, 수지, 용제로 되는 점도 높은 유동성을 갖는 도전 페이스트를 스크린인쇄 등의 방법으로 소정 위치에 인쇄한다. 도전 페이스트를 인쇄에 의해 도포하여 금속입자층(4)을 형성하는 이유는 세라믹기판 전체를 균일한 온도로 가열하기 위한 발열체(2)를 형성하기 위해서는 도 1과 같은 동심원으로 되는 패턴을 정확하게 형성하는 것이 바람직하기 때문이다.This process prints the electrically conductive paste which has the high fluidity | liquidity which consists of metal particle, resin, and a solvent in predetermined position by methods, such as screen printing. The reason why the conductive paste is applied by printing to form the metal particle layer 4 is to accurately form a concentric pattern as shown in FIG. 1 in order to form the heating element 2 for heating the entire ceramic substrate to a uniform temperature. It is because it is preferable.

또, 발열체의 단면형상은 사각형을 기본으로 하여 편평한 단면형상으로 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the cross-sectional shape of the heat generating element is a flat cross-sectional shape based on the quadrangle.

(3) 세라믹 기판상에 인쇄하여 형성한 금속입자층을 가열소결하여 세라믹기판(1) 표면에 발열체(2)를 형성하는 공정.(3) A step of forming the heating element 2 on the surface of the ceramic substrate 1 by heating and sintering the metal particle layer formed by printing on the ceramic substrate.

도전 페이스트를 인쇄하여 형성되는 금속입자층을 가열소성하여 수지, 용제를 제거함과 동시에 금속입자를 소결(가열소성온도는 500∼1000℃)시킨다. 이 점에 관하여, 예를 들면 도전 페이스트중에 금속 산화물을 첨가해두면 금속입자, 세라믹제의 판상체 및 금속산화물이 소결하여 일체화되기 때문에 발열체와 세라믹제의 판상체의 밀착성이 향상된다.The metal particle layer formed by printing the conductive paste is heated and fired to remove the resin and the solvent, and at the same time, the metal particles are sintered (heating firing temperature is 500 to 1000 ° C). In this regard, for example, when a metal oxide is added to the conductive paste, the metal particles, the plate-shaped body made of ceramic, and the metal oxide are sintered and integrated, so that the adhesion between the heating element and the plate-shaped body made of ceramic is improved.

(4) 또한, 필요에 따라 상기 금속입자층(4) 표면에 금속피복층(5)을 형성하여도 된다. 이 처리는 전해도금, 무전해도금, 스패터링에 의해 행할 수 있으나 양산성을 고려하면 무전해도금이 최적이다.(4) Moreover, the metal coating layer 5 may be formed on the surface of the said metal particle layer 4 as needed. This treatment can be carried out by electroplating, electroless plating or sputtering, but considering mass production, electroless plating is optimal.

(5) 이같이 얻은 발열체(2)의 패턴 단부에 전원과의 접속을 위한 단자핀(3)을 땜납으로 부착한다.(5) The terminal pins 3 for connection with the power supply are attached to the end of the pattern of the heating element 2 thus obtained by soldering.

B. 세라믹 기판 내부에 발열체를 설치할 경우(도 3)B. Installing a heating element inside the ceramic substrate (Fig. 3)

(1) 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 등의 세라믹 분체를 바인더 및 용제와 혼합하여 그린시트(31)를 얻는다.(1) The green sheet 31 is obtained by mixing ceramic powders such as nitride ceramics and carbide ceramics with a binder and a solvent.

상기 세라믹 분체는 질화알루미늄, 탄화규소 등을 사용할 수 있고, 필요에 따라 산화이트륨(이트리아) 등의 소결보조제 등을 첨가하여도 된다. 또, 바인더는 아크릴계 바인더, 에틸셀룰로스, 부틸셀로솔브, 폴리비니랄에서 선택된 적어도 1종 이상이 바람직하다. 용매는 α-테르피네올, 글리콜에서 선택된 어느 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.As the ceramic powder, aluminum nitride, silicon carbide, or the like may be used, and if necessary, a sintering aid such as yttrium oxide (yttria) may be added. In addition, the binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinylral. As the solvent, it is preferable to use any one or more selected from α-terpineol and glycol.

이들을 혼합하여 얻은 페이스트를 독터블레이더법으로 시트상으로 성형하여 그린시트(31)를 제조한다. 얻은 그린시트에, 필요에 따라 실리콘 웨이퍼의 지지핀(7)을 삽입하기 위한 관통구멍(8)이나 열전대(61)를 매립하기 위한 오목부(62)를 설치해 둘 수 있다. 상기 관통구멍(8)이나 오목부(62)는 펀칭 등으로 형성한다.The paste obtained by mixing them is molded into a sheet by the doctor blader method to manufacture the green sheet 31. The obtained green sheet can be provided with recesses 62 for embedding the through holes 8 for inserting the support pins 7 of the silicon wafer and the thermocouple 61 as necessary. The through holes 8 and the recesses 62 are formed by punching or the like.

그린시트 두께는 0.1∼5mm 정도가 좋다.The thickness of the green sheet is preferably about 0.1 to 5 mm.

(2) 다음에, 그린시트에 발열체가 되는 금속입자층을 인쇄한다.(2) Next, a metal particle layer to be a heating element is printed on the green sheet.

발열체가 되는 금속입자층(4)은 금속페이스트 또는 도전성 세라믹을 사용한 도전성 페이스트를 인쇄함으로써 형성한다.The metal particle layer 4 which becomes a heat generating body is formed by printing the electrically conductive paste using metal paste or electroconductive ceramic.

이들 페이스트중에는 금속입자 또는 도전성 세라믹 입자가 함유되어 있고, 이같은 금속입자는 텅스텐 또는 몰리브덴이, 또 도전성 세라믹 입자는 텅스텐 또는 몰리브덴의 탄화물이 최적이다. 산화하기 어렵고 열전도율 저하가 적기 때문이다.These pastes contain metal particles or conductive ceramic particles. Tungsten or molybdenum is preferable for such metal particles, and tungsten or molybdenum carbide is most suitable for the conductive ceramic particles. It is because it is difficult to oxidize and there is little thermal conductivity fall.

상기 텅스텐 입자 또는 몰리브덴 입자의 평균입자경은 0.1∼5㎛가 좋다. 너무 크거나 너무 작으면 도전 페이스트 인쇄가 곤란해지기 때문이다. 이같은 도전 페이스트는 금속입자 또는 도전성 세라믹 입자 85∼97중량부, 아크릴계, 에틸셀룰로스, 부틸셀로솔브, 폴리비니랄에서 선택된 어느 1종 이상의 바인더 1.5∼10중량부, α-테르피네올, 글리콜에서 선택된 적어도 1종 이상의 용매를 1.5∼10중량부 혼합하여 조제한 텅스텐 페이스트 또는 몰리브덴 페이스트가 최적이다.The average particle diameter of the tungsten particles or molybdenum particles is preferably 0.1 to 5 mu m. If too large or too small, conductive paste printing becomes difficult. Such conductive paste is composed of 85 to 97 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles, 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acryl, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinylral, α-terpineol, and glycol. Tungsten paste or molybdenum paste prepared by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one selected solvent is optimal.

(3) 다음에, (2)의 발열체(2)를 인쇄한 그린시트(31)와, (1) 공정과 동일 방법으로 얻은 다른 그린시트(31)를 1매 이상 적층한다.(3) Next, the green sheet 31 which printed the heat generating body 2 of (2), and one or more other green sheet 31 obtained by the method similar to (1) process are laminated | stacked.

도시예는 금속입자층(4) 상면(가열면측)에 37매, 그 반대측에 17매를 적층접착한 것이다. 즉, 적층할 경우는 (2)의 발열체 인쇄그린시트 상측(가열면측)에 적층되는 (1)의 그린시트 수를, 하측에 적층되는 그린시트수보다 많게 하여 발열체(2) 형성위치를 두께방향으로 편심시킨다. 바람직하게는 같은 두께의 그린시트수를 적층하여 상측과 하측의 구성 비율을 1/1∼1/99로 한다. 구체적으로는 상측에 20∼50매, 하측에 5∼20매를 적층한다.In the illustrated example, 37 sheets are laminated and bonded on the upper surface of the metal particle layer 4 (the heating surface side) and 17 sheets on the opposite side thereof. That is, in the case of lamination, the number of the green sheets of (1) laminated on the upper side (heating surface side) of the heating element printed green sheet of (2) is larger than the number of green sheets laminated on the lower side, and the position of forming the heating elements 2 in the thickness direction. To be eccentric. Preferably, the number of green sheets of the same thickness is laminated so that the ratio between the upper side and the lower side is 1/1 to 1/99. Specifically, 20 to 50 sheets are stacked on the upper side and 5 to 20 sheets are stacked on the lower side.

(4) 가열가압하여 그린시트 및 도전 페이스트를 소결한다. 가열온도는 1000∼2000℃로, 가압은 100∼200kg/cm²로 불활성가스 분위기 하에서 행한다. 불활성 가스는 아르곤, 질소 등을 사용할 수 있다.(4) Heat and press to sinter the green sheet and the conductive paste. Heating temperature is 1000-2000 degreeC, and pressurization is 100-200 kg / cm <^2> in inert gas atmosphere. Argon, nitrogen, etc. can be used as an inert gas.

최후에, 단자핀(3) 부착부위에 땜납 페이스트를 인쇄한 후, 단자핀(3)을 얹고 가열하여 리플로함으로써 이것을 고정한다. 땜납 페이스트의 리플로를 위한 가열온도는 200∼500℃가 적합하다. 또한 필요에 따라 열전대를 매립할 수 있다.Finally, after solder paste is printed on the terminal pin 3 attachment portion, the terminal pin 3 is placed, heated, and reflowed to fix it. The heating temperature for reflow of the solder paste is suitably 200 to 500 ° C. In addition, thermocouples can be embedded as needed.

실시예Example

(실시예 1) 질화 알루미늄 세라믹 기판제 히터Example 1 A heater made of an aluminum nitride ceramic substrate

(1) 질화 알루미늄 분말(평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아(평균입경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴바인더 12중량부 및 알콜로 되는 혼합 조성물을 스프레이드라이어법으로 과립상 분말로 하였다.(1) The mixed composition which consists of 100 weight part of aluminum nitride powders (average particle diameter 1.1 micrometers), 4 weight parts yttria (average particle diameter 0.4 micrometers), 12 weight part of acrylic binders, and alcohol was used as the granular powder by the spray dryer method.

(2) 상기 과립상 분말을 금형에 넣어서, 평판상으로 성형하여 생성형체를 얻었다. 생성형체를 드릴가공하여 반도체 웨이퍼 지지핀을 삽입하기 위한관통구멍(8), 열전대를 매립하기 위한 오목부(도시생략)를 설치하였다.(2) The granular powder was put in a mold and molded into a flat plate to obtain a product shaped body. Through-holes 8 for inserting the semiconductor wafer support pins were drilled to form the formed bodies, and recesses (not shown) for embedding the thermocouple were provided.

(3) 생성형체를 1800℃, 압력 200kg/cm²로 핫프레스하고, 두께 3mm의 질화 알루미늄 판상체를 얻었다. 이것을 직경 210mm의 원 형상으로 잘라내어 세라믹제 판상체(세라믹 기판; 1)로 하였다.(3) The resulting molded product was hot pressed at 1800 ° C. and a pressure of 200 kg / cm ² to obtain an aluminum nitride plate-like body having a thickness of 3 mm. This was cut out into a circular shape having a diameter of 210 mm to obtain a ceramic plate-like body (ceramic substrate; 1).

(4) 상기 (3)에서 얻은 세라믹기판(1)에 스크린인쇄로 도전 페이스트를 인쇄하였다. 인쇄패턴은 도 1과 같은 동심원의 패턴으로 하였다. 도전 페이스트는 프린트 배선판의 스루홀 형성에 사용되고 있는 도쿠리키 화학연구소제의 솔베스트 PS603D를 사용하였다. 이 도전 페이스트는 은/납 페이스트로서, 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소 및 알루미나의 혼합물로 되는 금속산화물(각 중량비율은 5/55/10/25/10)을 은의 양에 대하여 7.5Wt% 함유하는 것이다. 또, 은은 평균입경 4.5㎛로 인편상의 것을 사용하였다.(4) A conductive paste was printed on the ceramic substrate 1 obtained in the above (3) by screen printing. The printing pattern was a pattern of concentric circles as shown in FIG. As the conductive paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuriki Chemical Research Institute, which was used for through hole formation of the printed wiring board, was used. This conductive paste is a silver / lead paste, which is a metal oxide (a weight ratio of 5/55/10/25/10) composed of a mixture of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide and alumina, 7.5 Wt with respect to the amount of silver. It is to contain%. In addition, silver had a flaky thing with an average particle diameter of 4.5 micrometers.

(5) 도전 페이스트를 인쇄한 세라믹 기판을 780℃로 가열소성하여 도전 페이스트중의 은, 납을 소결시킴과 동시에 세라믹 기판(1)에 베이킹하였다. 은-납 소결체(4)에 의한 패턴은 두께 5㎛, 폭 2.4mm이고, 면적저항률이 7.7mΩ/□였다.(5) The ceramic substrate on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C to sinter silver and lead in the conductive paste, and to be baked on the ceramic substrate 1. The pattern by the silver-lead sintered compact 4 was 5 micrometers in thickness, 2.4 mm in width, and area resistivity was 7.7 mPa / square.

(6) 황산니켈 80g/l, 차아인산나트륨 24g/l, 아세트산나트륨 12g/l, 붕산 8g/l, 염화암모늄 6g/l의 농도의 수용액으로 되는 무전해니켈 도금욕에 (5)의 세라믹기판(1)을 침지하여 은-납의 소결체(4) 표면에 두께 1㎛의 니켈 금속층(5)을 석출시켜서 발열체(2)를 형성하였다.(6) The ceramic substrate of (5) in an electroless nickel plating bath consisting of an aqueous solution having a concentration of 80 g / l nickel sulfate, 24 g / l sodium hypophosphite, 12 g / l sodium acetate, 8 g / l boric acid, and 6 g / l ammonium chloride. (1) was immersed, and the 1-micrometer-thick nickel metal layer 5 was deposited on the surface of the sintered compact 4 of silver-lead, and the heat generating body 2 was formed.

(7) 전원과의 접속을 확보하기 위한 단자를 부착하는 부분에 스크린인쇄(1)에서 은-납 땜납 페이스트를 인쇄하여 땜납층(다나카 귀금속제; 6)을 형성하였다. 이어서, 이 땜납층(6)상에 코바르제 단자핀(3)을 재치하여 420℃로 가열 리플로하고, 단자핀(3)을 발열체(2) 표면에 부착하였다.(7) A silver-lead solder paste was printed in screen printing 1 on a portion to which a terminal for securing a connection with a power source was attached to form a solder layer (manufactured by Tanaka Precious Metals; 6). Subsequently, a covar terminal pin 3 was placed on the solder layer 6 and heated and reflowed at 420 ° C., and the terminal pin 3 was attached to the surface of the heating element 2.

(8) 온도제어를 위한 열전대(도시생략)를 매립하여 히터(100)를 얻었다(도 1, 도 2).(8) A thermocouple (not shown) for temperature control was embedded to obtain a heater 100 (FIGS. 1 and 2).

(실시예 2) 탄화규소 세라믹 기판제 히터(Example 2) Silicon carbide ceramic substrate heater

실시예 1과 기본적으로 같은 공정에 따르나, 평균입경 1.0㎛의 탄화규소 분말을 사용하고, 소결온도를 1900℃로 하며, 또한 표면을 1500℃로 2시간 소결하여 표면에 두께 1㎛의 SiO₂층을 형성하였다.A SiO ₂ layer having a thickness of 1 μm on the surface by basically following the same process as in Example 1 but using silicon carbide powder having an average particle diameter of 1.0 μm, sintering temperature of 1900 ° C., and sintering at 1500 ° C. for 2 hours. Formed.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1, 2의 히터에 대하여 전압, 전류의 변화에 대한 세라믹기판의 가열면의 온도추종성, 발열체(2)의 풀강도에 대하여 측정하였다. 즉, 각 히터에 전압을 인가한 바, 실시예 1의 히터는 0.5초로 온도변화가 보이고, 또 실시예 2의 히터는 2초로 온도변화가 관찰되었다. 한편, 발열체(2)의 풀강도에 대해서는, 실시예 1의 히터는 3.1kg/mm², 실시예 2의 히터는 3kg/mm²이었다.The heaters of Examples 1 and 2 were measured for the temperature followability of the heating surface of the ceramic substrate and the pull strength of the heating element 2 with respect to the change in voltage and current. That is, when a voltage was applied to each heater, the temperature change was observed in the heater of Example 1 at 0.5 seconds, and the temperature change was observed in the heater of Example 2 at 2 seconds. On the other hand, about the full strength of the heat generating body 2, the heater of Example 1 was 3.1 kg / mm <^2> , and the heater of Example 2 was 3 kg / mm <^2> .

(실시예 4) 발열체를 내부에 형성한 히터(도 3, 도 5)(Example 4) A heater having a heating element formed therein (FIGS. 3 and 5)

(1) 질화 알루미늄 분말(도쿠야마제, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아(평균입경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올 및 에탄올로 되는 알콜 53중량%를 혼합한 혼합조성물을 독터블레이더로 형성하여 두께 0.47mm의 그린시트(31)를 얻었다.(1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama, average particle diameter: 1.1 μm), 4 parts by weight of yttria (average particle size: 0.4 μm), 11.5 parts by weight of an acrylic binder, 0.5 parts by weight of a dispersant, and 1-butanol and ethanol A mixed composition obtained by mixing 53% by weight of alcohol was formed with a doctor bladder to obtain a green sheet (31) having a thickness of 0.47 mm.

(2) 그린시트(31)를 80℃로 5시간 건조시킨후, 펀칭으로 직경 1.8mm, 3.0mm, 5.0mm의 반도체웨이퍼 지지핀 삽입용 관통구멍 및 발열체와 단자핀을 접속하기 위한 스루홀용 구멍(38)을 설치하였다.(2) After drying the green sheet 31 at 80 ° C. for 5 hours, punching through holes for inserting semiconductor wafer support pins of 1.8 mm, 3.0 mm, and 5.0 mm in diameter and through-holes for connecting the heating element and the terminal pins by punching. (38) was installed.

(3) 평균입자경 1㎛의 텅스텐 카바이드 입자 100중량부, 아크릴계 바인더 3.0중량부, α-테르피네올 용매를 3.5중량부, 분산제 0.3중량부를 혼합하여 도전성 페이스트 A로 하였다.(3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 µm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, and 3.5 parts by weight of an α-terpineol solvent and 0.3 parts by weight of a dispersant were mixed to obtain an electrically conductive paste A.

또, 평균입자경 3㎛의 텅스텐입자 100중량부, 아크릴계 바인더 1.9중량부, α-테르피오네 용매를 3.7중량부, 분산제 0.2중량부를 혼합하여 도전성 페이스트 B로 하였다.Further, 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 µm, 1.9 parts by weight of the acrylic binder, and 3.7 parts by weight of the α-terpione solvent and 0.2 parts by weight of the dispersant were mixed to obtain a conductive paste B.

상기 도전성 페이스트 A를 그린시트(31)에 스크린 인쇄로 패턴을 묘사하여 인쇄하였다. 인쇄패턴은 도 1과 같은 동심원으로 하였다. 또, 단자핀과 접속하기 위한 스루홀용 관통구멍(38)에 도전성 페이스트 B를 충전하였다.The conductive paste A was depicted and printed on the green sheet 31 by screen printing. The printing pattern was concentric circles as shown in FIG. In addition, the conductive paste B was filled in the through hole through hole 38 for connecting with the terminal pin.

또한, 상기 도전 페이스트 A를 인쇄하지 않은 그린시트(31)를 상측(가열면)에 37매, 하측에 17매를 적층하고, 130℃, 80kg/cm²의 압력으로 합체시켜서 적층체로 하였다(도 3).Further, 37 sheets of the green sheet 31 on which the conductive paste A was not printed were stacked on the upper side (heating surface) and 17 on the lower side, and were integrated at 130 ° C. and 80 kg / cm ² to form a laminate (FIG. 3).

(4) 상기 적층체를 질소가스중에서 600℃로 5시간 탈지하고, 1890℃, 압력 150kg/cm²로 3시간 핫프레스하고, 두께 3mm의 질화알루미늄 판상체를 얻었다. 이것을 직경 230mm의 원 형상으로 절단하여 내부에 두께 6㎛, 폭 10mm의 발열체를 갖는세라믹기판(51)으로 하였다(도 5a).(4) The laminate was degreased at 600 ° C. for 5 hours in nitrogen gas, hot pressed at 1890 ° C. and 150 kg / cm ² for 3 hours to obtain an aluminum nitride plate-like body having a thickness of 3 mm. This was cut into a circular shape having a diameter of 230 mm to obtain a ceramic substrate 51 having a heating element having a thickness of 6 μm and a width of 10 mm (Fig. 5A).

(5) (4)에서 얻은 세라믹기판(51)을 다이어몬드 숫돌로 연마한 후, 마스크를 재치하여 유리비즈에 의한 블라스트 처리로 열전대 수납용 구멍(62)을 설치하였다(도 5d).(5) After polishing the ceramic substrate 51 obtained in (4) with a diamond grindstone, the mask was placed and a thermocouple receiving hole 62 was formed by blasting with glass beads (FIG. 5D).

(6) 또한, 스루홀용 구멍(58)의 표면 일부를 깎아내어 도 4와 같은 오목부(48)를 형성하고, 이 오목부(48)에 Ni-Au 합금으로 되는 금납을 공급하고 이어서 700℃로 가열 리플로하여 코바르제 단자핀(60)을 접속하였다(도 5c).(6) Moreover, a part of the surface of the through-hole hole 58 is scraped off, and the recessed part 48 as shown in FIG. 4 is formed, and this lead part is supplied with the gold solder which becomes Ni-Au alloy, and is then 700 degreeC. It heated by reflow, and the terminal pin 60 made from a kovar was connected (FIG. 5C).

도, 단자핀(60)의 접속은 상기 오목부(48)를 이용하여 단자핀(60)이 3점에서 지지되는 구조로 하는 것이 접속신뢰성 확보에 바람직하다.In addition, it is preferable to make the connection of the terminal pin 60 into the structure which the terminal pin 60 is supported by three points using the said recessed part 48 for ensuring connection reliability.

(7) 온도제어를 위한 복수의 열전대(61)를 구멍(62)내에 매립하여, 세라믹히터를 얻었다(도 5d).(7) A plurality of thermocouples 61 for temperature control were embedded in the holes 62 to obtain ceramic heaters (FIG. 5D).

(비교예 1) 알루미늄판제 히터(Comparative Example 1) Aluminum Plate Heater

발열체로서 실리콘고무로 끼워 지지한 니크롬선을 사용하여 두께 15mm의 알루미늄판과 패드를 발열체로 끼우고, 볼트로 고정하여 히터로 하였다. 그리고, 이 히터에 전압을 인가하였던 바, 온도변화가 보이기 까지 24초를 필요로 하였다.Using a nichrome wire sandwiched with silicone rubber as the heat generating element, an aluminum plate and a pad having a thickness of 15 mm were sandwiched with a heat generating element, and fixed with bolts to form a heater. When voltage was applied to this heater, 24 seconds were required before the temperature change was seen.

(비교예 2) 알루미나제 히터Comparative Example 2 Alumina Heater

기본적으로는 실시예 1과 같으나, 알루미나 분말(평균입경 1.0㎛) 100중량부, 아크릴바인더 12중량부 및 알콜로 되는 조성물을 스프레이드라이어 법으로 과립상으로 하고, 이것을 금형에 넣어서 평판상으로 성형하여 생성형체로 하고, 이생성형체를 1200℃, 압력 200kg/cm²으로 핫프레스하여 두께 3mm의 알루미나 기판을 얻었다.Basically, it is the same as Example 1, but the composition which consists of 100 weight part of alumina powder (average particle diameter 1.0 micrometer), 12 weight part of acrylic binders, and alcohol is made into granular form by the spray dryer method, it is put in the metal mold | die, it shape | molded in flat form The resulting product was hot pressed at 1200 ° C. under a pressure of 200 kg / cm ² to obtain an alumina substrate having a thickness of 3 mm.

또, 도전 페이스트는 평균입경 3㎛의 텅스텐입자 100중량부, 아크릴계 바인더 1.9중량부, α-테르피네올 용매를 3.7중량부, 분산제 0.2중량부를 혼합하여 도전성 페이스트로 하여, 이것을 인쇄하였다. 도전 페이스트를 인쇄한 세라믹기판을 1000℃로 가열소성하여 텅스텐을 소결시켰다.In the conductive paste, 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 µm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, and 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent were mixed and 0.2 parts by weight of a dispersant to prepare a conductive paste, which was printed. Tungsten was sintered by heating and firing the ceramic substrate printed with the conductive paste at 1000 캜.

(실시예 5)(Example 5)

기본적으로 실시예 4와 같으나, 발열체를 편평형상의 것이 아니고 단면을 두께 20㎛×폭 20㎛의 정방형(아스펙트비 1)의 것을 사용하였다.Basically, it was the same as Example 4, but the square (an aspect ratio 1) of 20 micrometers in thickness x 20 micrometers in width was used for the heat generating body not having a flat shape.

(실시예 6)(Example 6)

기본적으로 실시예 4와 같으나, 인쇄조건을 바꾸어 발열체도 편평형상의 것이 아니고 단면을 두께 5㎛×폭 72mm(아스펙트비 12000)의 것을 사용하였다.Basically, it was the same as Example 4, but the printing element was changed and the heating element was not flat, but the cross section used the thing of thickness of 5 micrometers x width 72mm (aspect ratio 12000).

(실시예 7)(Example 7)

기본적으로 실시예 4와 같으나, 도전 페이스트를 인쇄한 그린시트 하측에 24매, 상측에 25매 적층하여 발열체를 세라믹기판 중앙에 배치한 예이다.Basically, as in Example 4, 24 sheets were stacked on the lower side of the green sheet printed with the conductive paste and 25 sheets were placed on the upper side, where the heating element was placed in the center of the ceramic substrate.

(실시예 8)(Example 8)

기본적으로는 실시예 1과 동일하나 솔베스트 PS603D 대신 이하 조성을 갖는 것으로 조정하였다.Basically, it was the same as Example 1, but it adjusted to have the following composition instead of Solvest PS603D.

은가루 구 형상으로 평균입경 5.0㎛ 100중량부Silver powder sphere shape, average particle size: 5.0㎛ 100 parts by weight

금속산화물(산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소, 알루미나, 각 중량비율은 5/55/10/25/5)을 7.5중량부7.5 parts by weight of metal oxides (lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, alumina, each weight ratio is 5/55/10/25/5)

면적저항률은 4mΩ/□였다.The area resistivity was 4 mPa / sq.

(실시예 9)(Example 9)

(1) 질화알루미늄분말(평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아(산화이트륨을 가르킴, 평균입경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴바인더 12중량부 및 알콜로 되는 조성물을 스프레이드라이어 법으로 과립상으로 하였다.(1) A composition comprising 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 1.1 μm), 4 parts by weight of yttria (referred to yttrium acid, average particle diameter: 0.4 μm), 12 parts by weight of an acrylic binder, and an alcohol by spray spraying It was made.

(2) 과립상 분말을 금형에 넣어서 평판상으로 형성하여 그린시트를 얻었다. 이 그린시트를 드릴가공하여 반도체 웨이퍼 지지핀을 삽입하는 관통구멍, 열전대를 매립하기 위한 바닥구멍을 설치하였다.(2) The granular powder was put into a mold and formed into a flat plate to obtain a green sheet. The green sheet was drilled to provide a through hole for inserting a semiconductor wafer support pin and a bottom hole for embedding a thermocouple.

(3) 상기 그린시트를 1800℃, 압력 200kg/cm²으로 핫프레스하여, 두께 3mm의 질화알루미늄 기판을 얻었다. 이것을 직경 210mm의 원 형상으로 절단하여 세라믹기판(1)으로 하였다.(3) The green sheet was hot pressed at 1800 ° C and a pressure of 200 kg / cm ² to obtain an aluminum nitride substrate having a thickness of 3 mm. This was cut into a circular shape having a diameter of 210 mm to obtain a ceramic substrate 1.

또한, 이 세라믹기판(1)에 금속마스크를 형성한 뒤 직경 1㎛의 알루미나분에 의한 샌드블라스트 처리를 실시하여 발열체 형성위치에 폭 2.4mm, 깊이 6㎛의 홈을 설치하였다.In addition, after forming a metal mask on the ceramic substrate 1, sandblasting treatment was performed using an alumina powder having a diameter of 1 mu m, and a groove having a width of 2.4 mm and a depth of 6 mu m was formed at the heating element formation position.

(4) (3)에서 얻은 세라믹기판(1)의 홈에 스크린인쇄로 도전 페이스트를 인쇄하여 발열체가 되는 금속입자층을 형성하였다. 금속입자층 패턴은 도 1과 같은 동심원 패턴으로 하였다. 도전 페이스트는 프린트배선판의 스루홀 형성에 사용되고있는 도쿠리키 화학연구소제의 솔베스트 PS603D를 사용하였다. 이 도전 페이스트는 은/납 페이스트로서, 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소, 알루미나로 되는 금속산화물(각 중량비율은 5/55/10/25/5)을 은의 양에 대하여 7.5중량% 함유하는 것이다. 또, 은의 형상은 평균입경 4.5㎛로 인편상의 것을 사용하였다.(4) A conductive paste was printed on the groove of the ceramic substrate 1 obtained in (3) by screen printing to form a metal particle layer to be a heating element. The metal particle layer pattern was made into the concentric pattern as shown in FIG. As the conductive paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuriki Chemical Research Institute, which was used for through hole formation of the printed wiring board, was used. This conductive paste is a silver / lead paste, containing 7.5% by weight of a metal oxide (each weight ratio is 5/55/10/25/5) of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina, relative to the amount of silver. It is. In addition, the shape of silver used the flaky thing with an average particle diameter of 4.5 micrometers.

(5) 금속입자층을 형성한 세라믹기판을 780℃로 가열소성하여 금속입자층(도전 페이스트)중의 은, 납을 소결시킴과 동시에 세라믹기판(1)상에 베이킹하였다. 은-납의 소결체(4)에 의한 패턴은 두께 5㎛, 폭 2.4mm이고 면적저항률이 7.7mΩ/□였다.(5) The ceramic substrate on which the metal particle layer was formed was heated and fired at 780 ° C to sinter silver and lead in the metal particle layer (conductive paste) and to bake on the ceramic substrate 1. The pattern by the sintered compact 4 of silver-lead was 5 micrometers in thickness, 2.4 mm in width, and area resistivity was 7.7 mPa / square.

(6) 황산니켈 80g/l, 차아인산나트륨 24g/l, 아세트산나트륨 12g/l, 붕산 8g/l, 염화암모늄 6g/l 농도의 수용액으로 되는 무전해니켈 도금욕에 (5)의 세라믹기판을 소성하여 은-납의 소결체(4) 표면에 두께 1㎛의 니켈층(5)을 석출시켜 발열체로 하였다.(6) The ceramic substrate of (5) is placed in an electroless nickel plating bath consisting of 80 g / l nickel sulfate, 24 g / l sodium hypophosphite, 12 g / l sodium acetate, 8 g / l boric acid, and 6 g / l ammonium chloride. It calcined and the nickel layer 5 of thickness 1micrometer was deposited on the surface of the sintered compact 4 of silver-lead, and it was set as the heating element.

(7) 전원과의 접속을 확보하기 위한 단자핀을 부착하는 부분에, 스크린인쇄(1)에서 은-납 땜납 페이스트를 인쇄하여 땜납층(다니카 귀금속제; 6)을 형성하였다. 이어서, 땜납층(6)상에 코바르제의 단자핀을 재치하여 420℃로 가열 리플로하고 단자핀을 발열체 표면에 부착하였다(도 6 참조).(7) A silver-lead solder paste was printed by screen printing 1 on a portion to which terminal pins for securing a connection with a power source were attached, thereby forming a solder layer (manufactured by Tanika Precious Metals; 6). Subsequently, the Kovar terminal pins were placed on the solder layer 6, reflowed at 420 ° C., and the terminal pins were attached to the heating element surface (see FIG. 6).

이 실시예는 도 6a와 같이 발열체가 세라믹기판 내부에 매설되지만 표면에서 노출한 상태가 된다. 또, 도 6b와 같은 발열체가 세라믹기판 내부에 일부 매설되고 일부 노출된 상태라도 좋다.In this embodiment, as shown in Fig. 6A, the heating element is embedded in the ceramic substrate, but is exposed from the surface. 6B may be partially embedded in the ceramic substrate and partially exposed.

이 실시예에 있어서, 실시예 1, 8과 같이 하여 응답시간, 온도차, 풀강도를측정하였다. 그 결과를 표 1에 표시한다.In this example, response time, temperature difference, and pull strength were measured in the same manner as in Examples 1 and 8. The results are shown in Table 1.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

기본적으로는 실시예 1과 같으나 솔베스트 PS603D에 산화납, 산화아연을 가하여 금속산화물량을 10Wt%로 조정하였다. 얻은 발열체의 면적저항률은 50mΩ/□였다.Basically, it was the same as Example 1, but lead oxide and zinc oxide were added to Solvest PS603D, and the amount of metal oxides was adjusted to 10 Wt%. The area resistivity of the obtained heating element was 50 mPa / square.

또, 실시예 1에서 8(실시예 3 제외), 비교예 1에서 3에 대하여 전압인가 후의 온도 변화가 확인되기까지의 시간(응답시간)을 측정하였다. 또, 표면온도를 600℃로 할 경우의 가열면의 최고온도와 최저온도의 차를 측정하였다. 또, 실시예 1, 8에 대해서는 2mm×2mm의 영역에서 풀강도(단위는 kg/2mm□)를 측정하였다.Moreover, the time (response time) until the temperature change after voltage application was confirmed about 8 in Example 1 (except Example 3) and 3 in Comparative Example 1 was measured. Moreover, the difference between the maximum temperature and minimum temperature of the heating surface at the time of making surface temperature into 600 degreeC was measured. In addition, in Examples 1 and 8, the full strength (unit: kg / 2mm square) was measured in 2 mm x 2 mm area | region.

그 결과를 표 1에 함께 표시한다.The results are shown in Table 1 together.

응답시간 (초)Response time (seconds) 온도차 (℃)Temperature difference (℃) 풀강도 (kg/2mm□)Full Strength (kg / 2mm □) 실시예 1Example 1 0.50.5 88 12.412.4 실시예 2Example 2 2.02.0 99 실시예 4Example 4 1.01.0 88 실시예 5Example 5 1.61.6 1515 실시예 6Example 6 0.80.8 1818 실시예 7Example 7 0.70.7 1818 실시예 8Example 8 0.70.7 1818 6.06.0 실시예 9Example 9 0.80.8 99 24.024.0 비교예 1Comparative Example 1 2424 1515 비교예 2Comparative Example 2 4040 2222 비교예 3Comparative Example 3 0.80.8 1515

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 세라믹히터는 얇고 또 가벼워서 실용적이며, 특히 반도체 산업분야에 있어서 그 제품을 가열건조하기 위하여 사용된다.As described above, the ceramic heater of the present invention is thin and light and practical, and is used for heating and drying the product, especially in the semiconductor industry.

또, 본 발명에 관한 세라믹히터는 세라믹기판으로서 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹을 사용하고, 또한 가볍게 되어 있기 때문에 전압, 전류량 변화에 대한 가열면의 온도추종성이 우수하고, 온도제어가 쉽다. 또, 가열면의 온도분포의 균일성에도 우수하기 때문에 반도체 제품의 효율적 건조가 가능하다.In addition, since the ceramic heater according to the present invention uses nitride ceramics or carbide ceramics as a ceramic substrate and is light in weight, it is excellent in temperature followability of the heating surface against changes in voltage and current amount, and temperature control is easy. Moreover, since it is excellent also in the uniformity of the temperature distribution of a heating surface, efficient drying of a semiconductor product is attained.

Claims

(1) forming a nitride ceramic powder or carbide ceramic powder to obtain a green sheet of nitride ceramic or carbide ceramic;

(2) printing a conductive paste made of metal particles or a mixture of metal particles and metal oxides on a surface of the green sheet of nitride ceramics or carbide ceramics;

(3) In laminating the green sheet after printing the conductive paste and other green sheets obtained by the same process as in the above step 1, the conductive paste is laminated on the lower side than the number of the green sheets laminated on the printed green sheet. Stacking a large number of green sheets; And

④ The method of manufacturing a ceramic heater, characterized in that it comprises at least a step of sintering the green sheet and the conductive paste by heating and pressing.