TW480895B - Ceramic heater - Google Patents

Description

480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（f ) 〔技術領域〕 本發明係關於半導體產業所使用之陶瓷加熱器，其主 要是用來加熱半導體晶圓。 / 〔背景技術〕 半導體製品係經由飽刻製程等所製造出，該飽刻製程 ’係在半導麵_上職脂麵抗_層，以進行 半導體晶圓的蝕刻。 、g亥感光性樹脂爲液狀，係使用麵塗佈器等塗佈於半 導體晶圓的表面’塗佈後爲_溶劑等揮發必須進行乾燥處 理，而讎塗佈後的半導體晶_載置於加熱器上加熱。 以往’用於上述用途之金屬製加熱器，係採用在鋁板 背面配置發熱體而成者。 然而，這種金屬製加熱器會有以下的問題。 首先’由於是金屬製，加熱板的厚度必須加厚到 15mm左右。其原因在於，薄金屬板會因加熱所引起的熱 膨膜而產生板彎、應變等’而造成金屬板上所載置之半導 體晶圓的破損、傾斜。然而，若將加熱板的厚度加厚，加 熱器的重量會變重，又其體積會變大。 又’由於是利用施加於發熱體之電壓、電流値的變化 來控制加熱溫度，若採用厚金屬板，加熱板的溫度將無法 迅速的追隨電壓或電流量的變化，而有溫度不易控制之問 題。 於是，如日本專利特開平9-3〇6642公報、特開平4 - 324276號公報、特開平7〜28〇462號公報、美國專利第 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1% 再填寫士 -i an ft·— ·ϋ UBi «_1 訂---------線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 480895 A7 B7 五、發明說明（> ) 5643483號說明書等所記載般，係提案出一陶瓷加熱器，其 使用熱傳導率高、強度大之非氧化物陶瓷的A1N基板，並 在該A1N基板的表面或內部形成發熱體。 這種陶瓷加熱器，通常是以透過密封環來嵌裝於支持 容器之方式來使用。 〔發明之摘述〕 然而，根據本發明人等的試驗，上述陶瓷加熱器之晶 圓加熱面的外周會產生溫度不均一部分，而發生問題。 又，特別是陶瓷基板以不嵌裝於支持容器的方式進行 載置時，由於陶瓷基板的側面形成露出，將產生起因於陶 瓷粒子的顆粒從該側面脫粒的問題。 晶圓加熱面的溫度不均一之問題，是和側面與密封環 的接觸面積有關，若側面之面粗度過小，上述接觸面積會 變大，而使熱透過密封環進行傳導，而在陶瓷加熱器的外 周部產生低溫區域。 於是’本發明人在針對上述習知技術的問題深入檢討 的結果發現到，藉由將陶瓷基板的側面粗化成既定範圍， 以在透過密封環嵌裝陶瓷基板時，能使陶瓷基板和密封環 的接觸部分形成點接觸，即可將陶瓷基板的溫度均一化。 又，陶瓷基板側面不接觸密封環而形成露出時，若側 面之面粗度過大，側面將產生散熱片的效果而在外周產生 溫度不均一部分，並產生顆粒，本發明人發現出將面粗度 控制在既定範圍內即可解決該問題，而完成出本發明。 亦即，本發明之陶瓷加熱器，係在陶瓷基板的表面或 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐

480895 A7 B7 經濟邹智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（>) 內部設置發熱體，其特徵在於，陶瓷基板的側面之面粗度 爲 nS B 0601 Rmax=0.1 〜200/zm。 依據本發明之陶瓷加熱器，由於將側面部分粗化成上 述般之既定範圍內，當陶瓷基板嵌裝於支持容器時，陶瓷 基板側面和支持容器的接觸將成爲點接觸，可抑制從陶瓷 加熱器朝向支持容器之熱傳導，而使陶瓷基板的溫度均一 化。 若上述側面的面粗度過大，就算是接觸密封環的情形 仍會產生散熱片的效果，而將熱散出以在陶瓷基板的外周 部分產生低溫區域。另一方面，若面粗度過小，和密封環 的接觸面積將變大，又既使在沒有密封環的情形，由於和 側面接觸的空氣不會滯留，相反的散熱性會提昇，結果還 是會在陶瓷基板的外周部分產生低溫區域。 亦即，本發明人等了解到，爲了抑制陶瓷基板的散熱 性，存在著特定範圍的側面粗度一事。本發明考慮到，只 要最高溫和最低溫的溫差於180°C爲0.5°C、於400°C爲8QC (2%)、於500°C爲20°C(4%)左右即可符合實用，爲達成前述 範Θ ’只要將陶瓷基板側面的面粗度控制爲RmaxzO.l〜200 /zm 即可，更佳爲 Rmax=0.5〜200//m。 又，上述陶瓷基板，由於熱傳導率高，可使加熱板的 表面溫度迅速的追隨發熱體的溫度變化，而能對^^口熱 面的溫度作良好的控制，又由於機械強度大，加不 致彎曲’而能防止其上方所載置之半導體晶圓的破 本發明之陶瓷加熱器中，該陶瓷基板較佳爲嵌^^支 5 本紙張尺度週用T國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（呌） 持容器中，其材質較佳爲氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或氧化 物陶瓷。 又，前述陶瓷加熱器較佳爲半導體晶圓加熱用，該陶 瓷基板的厚度較佳爲超過1.5mm。 〔圖式之簡單說明〕 圖1係示意地顯示本發明的半導體晶圓加熱用陶瓷加 熱器的一例之底視圖。 圖2係示意地顯示本發明的半導體晶圓加熱用陶瓷加 熱器的一例之截面圖。 圖3係示意地顯示設置有半導體晶圓加熱用陶瓷加熱 器之支持容器之截面圖。

〔符號說明〕 10 陶瓷加熱器 11 加熱板 11a 晶圓加熱面 lib 底面 11c 側面 12 發熱體 12a 金屬被覆層 13 外部端子 14 有底孔 15 貫通孔 16 昇降銷 19 半導體晶圓 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480895 濟 部 智 慧 財 產 >5 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明（[) 〔發明之詳細揭示〕 本發明之陶瓷加熱器，係在陶瓷基板的表面或內部設 置發熱體，其特徵在於，陶瓷基板的側面之面粗度爲]IS B 0601 Rmax=0.1 〜200//m 〇 圖1係示意地顯示本發明的陶瓷加熱器之一例的底視 圖，圖2係顯示其局部擴大截面圖。 陶瓷所構成之基板（以下也稱加熱板）11，係形成圓板 狀’發熱體12，爲了將加熱板11以晶圓加熱面lib的全體 溫度均一的方式加熱，係在加熱板11的底面形成同心圓狀 的圖案。 又’該等發熱體12，係以相近之雙重的同心圓爲1組 ’而以成爲1條線的方式作連接，又其兩端是透過金屬被 覆層12a來連接於輸出入用的外部端子π。又，在靠中央 ·.的部分，係形成爲插通昇降銷16(用以搬運半導體晶圚等） 之貫通孔15，又形成有用以插入測溫構件之有底孔μ。 圖1〜2所示之陶瓷加熱器10中，發熱體12係設於加 熱板11的底部，但設於加熱板11內部亦可。以下，係針 對本發明的陶瓷加熱器之構件等作詳細的說明。 本發明的陶瓷加熱器10中，作爲加熱板的材料，可 使用氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷等，此乃基於 這些材料的熱膨脹係數比金屬小，較薄也不致因加熱而造 成板彎、應變，而能使加熱板11變得輕薄之故。

又，由於加熱板11的熱傳導率高，又加熱板本身薄 ’加熱板11的表面溫度將能迅速的追隨發熱體的溫度變Z 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再_寫本頁) ----------訂---------線 : 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480895 A7 B7 五、發明說明（L) 。亦即，利用電壓、電流量的變化來改變發熱體的溫度， 即可對加熱板11的表面溫度作良好的控制。 作爲加熱板的材料，當使用氮化物陶瓷時，所得陶瓷 加熱器的上述特性特別優異。 作爲上述氮化物陶瓷，例如可列舉氮化錦、氮化砂、 氮化硼、氮化鈦等等。作爲上述碳化物陶瓷，例如可列舉 碳化矽、碳化鈦、碳化硼等等。作爲上述氧化物陶瓷，可 列舉氧化鋁、堇青石（cordierite)、莫來石(mullite)、二氧化 矽、氧化鈹(Beirllia)等等。這些可單獨使用，或倂用至少 2種。 其中，以氮化鋁爲最佳，由於其熱傳導率爲最高之 180W/m · K。 在加熱板11的側面11c，爲了防止加熱板11的側面 11c朝向支持容器之熱傳導所致之晶圓加熱面的外周部之 溫度降低，係施加粗化處理，使其面粗度成爲HS B 0601 Rmax=0.1 〜200//m，更佳爲 0.5〜200//m。 若上述面粗度Rmax未達0.1，在側面部分露出的情形 ，在側面部分將完全沒有空氣的滯留，側面將不斷的接觸 新的空氣，空氣會將熱奪走而使溫度變得易降低；在側面 和密封環接觸的情形，其和密封環的接觸面積將變大，熱 會透過密封環進行傳導，而使溫度變得易降低。又，即使 是Rmax未達0.5/zm，由於和密封環的接觸仍是接近面接 觸，熱易從加熱板的側面傳向密封環，要防止晶圓加熱面 的外周部溫度之降低有時會產生困難。 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

480895 A7 B7 五、發明說明（^ ) 另一方面，若面粗度Rmax超過200^111 ’不僅粗化處 理本身會變得困難，基於散熱片的作用會使散熱性提昇， 要防止外周部的溫度降低會變得困難。 亦即，不管加熱板和密封環是否接觸’藉由調整成 Rmax^O.l〜200//m、較佳爲0.5〜200//m，即可防止外周部的 溫度降低。 又，藉由將面粗度調整爲Rmax=200//m以下，可防止 陶瓷粒子的脫落而抑制顆粒的產生，又在將陶瓷基板急速 昇溫的情形，針對外周和內部的溫差所引起之陶瓷基板上 的顆粒發生也能加以防止。 上述面粗度最佳爲Rmax=l〜20/zm。由於可防止從粗 化面脫落之顆粒的產生。 就粗化處理的方法而言，雖沒有特別的限定，例如可 列舉將氧化鋁、氧化銷、SiC等所構成的粒子吹附於側面 之噴砂處理。 又，先用#50〜#800的鑽石磨石硏磨側面，或用鑽石漿 拋光後，再進行上述噴砂處理亦可。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 陶瓷加熱器的加熱板n的厚度較佳爲〇.5〜25mm。若 比0.5mm更薄，因強度低變得易破損，若超過25mm，溫 ，追·隨性會變差。更佳爲L5〜5mm。若比5mm更厚，熱變 #不易傳迭，而產生加熱效率降低的傾向，另一方面，若 在1.5mm以下，由於側面的面積本身變小，陶瓷加熱器的 外周溫度降低之問題本身雖不易產生，但因強度變低，有 時會有破損的情形。 9 480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（孑） 又，特開平2000-21961號公報係揭示出具有一定的側 面面粗度之靜電夾頭，其並非有關陶瓷加熱器的技術。 本發明的陶瓷加熱器中之陶瓷基板的直徑較佳爲超過 15〇mm，特別是更佳爲200mm以上。此乃基於，直徑越大 外周的溫度降低越明顯。 本發明的陶瓷加熱器，除了能將半導體晶圓以和陶瓷 基板的晶圓載置面接觸的狀態來載置外’速能將半導體晶 圓以支持銷等支持住，以將半導體晶圓以和陶瓷基板間保 持一定間隔的方式保持住，或在陶瓷基板上設貫通孔，將 昇降銷插入貫通孔中，以保持住晶圓。藉由該昇降銷之昇 降，即可接收來自搬送機的晶圓，或將晶圓載置於陶瓷基 板上，或支持住晶圓以進行加熱。 陶瓷基板的表面或內部所形成之發熱體12，較佳爲至 少分割成至少2個電路。藉由將電路作分割，可控制各電 路所供應的電力以改變發熱量，而將半導體晶圓的加熱面 之溫度作調整。 就發熱體12的圖案而言，可列舉同心圓、漩渦狀、 偏心圓、曲線等等，基於可將加熱板全體的溫度均一化之 觀點，較佳爲圖1所示般之同心圓狀。 要將發熱體12形成於加熱板11表面時，較佳爲，將 含金屬粒子的導體糊塗佈於加熱板11表面以形成既定圖案 的導體糊層後，進行熱處理，以使金屬粒子燒結於加熱板 11表面。金屬之燒結，只要能使金屬粒子彼此及金屬粒子 和陶瓷熔接即可。 _ 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "" -------------^ (請先閱讀背面之注意事項本頁) • I aw I ib·· I ΜΗ· 訂---------線 « 480895 _____B7______ 五、發明說明（了） 要在加熱板表面設置發熱體時，加熱面是位於發熱體 形成面的相反側。此乃基於，爲了使加熱板發揮熱擴散的 功能而提昇加熱面的溫度均一性。 要在加熱板11表面形成發熱體時，發熱體的厚度較 佳爲1〜30//m，更佳爲1〜10# m。要在加熱板11內部形成 發熱體時，其厚度較佳爲1〜50/^m。 要在加熱板11表面形成發熱體時，發熱體的寬度較 佳爲0.1〜20mm，更佳爲0.1〜5mm。要在加熱板11內部形 成發熱體時，發熱體的寬度較佳爲5〜20mm。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 發熱體12，雖能利用其寬度及厚度的變化來改變電阻 値，但以上述範圍最具實用性。越薄且越細時電阻値越大 。發熱體12形成於加熱板11的內部時，其厚度、寬度皆 較大。若將發熱體12設於內部，加熱面和發熱體12的距 離會變短，表面的溫度均一性會降低，而必須將發熱體的 寬度加寬；由於將發熱體12設於內部，將不須考慮其和氮 化物陶瓷等的密著性，而能使用鎢、鉬等高熔點金屬或鎢 、鉬等的碳化物，而能提高電阻値，基於防止斷線等的目 的可將其厚度加厚。因此，發熱體12較佳爲形成上述厚度 及寬度。 發熱體12之截面形狀可爲矩形或橢圓形，較佳爲扁 平狀。由於採扁平狀時易朝向晶圓加熱面放熱，加熱面的 溫度分佈較不易產生。 截面之寬厚比(發熱體寬/發熱體厚)較佳爲10〜5000。 藉由調整成該範圍，可將發熱體12的電阻値加大， 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480895 A7 B7 五、發明說明（ί°) 同時能確保加熱面的溫度均一性。 當發熱體12的厚度爲一定時，若寬厚比小於上述範 圍’加熱板11之朝晶圓加熱方向的熱傳送量變小，近似於 發熱體12圖案之熱分布將在加熱面產生。相反地當寬厚比 過大時，發熱體12中央的正上方變得高溫，結果近似於發 熱體12圖案之熱分布仍會在加熱面產生。因此，若考慮到 溫度分布，截面的寬厚比以10〜5000爲較佳。 要將發熱體12形成於加熱板11表面時，寬厚比以 10〜200爲較佳，要將發熱體12形成於加熱板11內部時， 寬厚比以20〜5000爲較佳。 要將發熱體12形成於加熱板11內部時，其寬厚比會 變大。此乃基於，若將發熱體12設於內部，加熱面和發熱 體12的距離變短，表面的溫度均一性降低，而必須將發熱 體12設爲扁平狀。 要使發熱體12以偏芯的方式設於加熱板11內部時， 其位置較佳爲，靠近加熱板11的加熱面之對向面(底面）， 且相對於加熱面至底面的距離爲50%〜99%。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 若低於50%以下，由於過度接近加熱面，將產生溫度 分布，相反地，若超過99%，加熱板11本身會產生板彎， 而造成半導體晶圓的破損。 要將發熱體12設於加熱板11內部時，可設置複數層 的發熱體形成層。這時各層的圖案較佳爲，以互補的方式 來形成各層的發熱體12，而從晶圓加熱面的上方觀之，係 呈現不管在任何區域皆形成有圖案的狀態。就其構成而言 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480895 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（f ο ，可舉互呈鋸齒狀配置的構造爲例。 又，將發熱體12設於加熱板11內部，且使該發熱體 12局部露出亦可。 就導體糊而言，雖沒有特別的限定，但除了含有能確 保導電性之金屬粒子或導電性陶瓷外，較佳爲含有樹脂' 溶劑、增粘劑等等。 就上述金屬粒子而言，較佳爲貴金屬（金、銀、鈿、 鈀）、鉛、鎢、鉬、鎳等等。這些可單獨使用，或倂用至少 2種。此乃基於，該等金屬不易氧化，且具備發熱所需之 電阻値。 就上述導電性陶瓷而言，可列舉鎢、鉬等的碳化物。 這些可單獨使用，或倂用至少2種。 該等金屬粒子或導電性陶瓷粒子的粒徑，較佳爲 〇.1〜100//m。若未達0.1/zm，因過度微細而變得易被氧化 ，若超過100//m，將變得不易燒結且電阻値變大。 上述金屬粒子的形狀可爲球狀或鱗片狀。使用該等粒 子時，也可以是球狀和鱗片狀的混合物。 上述金屬粒子爲鱗片狀物、或球狀和鱗片狀的混合物 時’由於在金屬粒子間變得較易保持住金屬氧化物，而使 發熱體12和氮化物陶瓷等的密著性變得更確實，且能提昇 電阻値，故較爲有利。 就導體糊所使用之樹脂而目’可列舉環氧樹脂、酣酵 樹脂寺等。作爲丨谷劑’可列舉異丙醇等等。作爲增粘劑， 可列舉纖維素等等。 13 本紙張尺度適用中國國家標準.（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) —訂-------

480895 A7 B7 五、發明說明（d) 導體糊較佳爲，在金屬粒子中添加金屬氧化物，以使 發熱體12成爲金屬粒子及金屬氧化物所燒結而成者。如此 般，藉由將金屬氧化物和金屬粒子一起燒結，可使得加熱 板之氮化物陶瓷等和金屬粒子變得更爲密著。 藉由混合金屬氧化物，以改善和氮化物陶瓷等的密著 性之理由雖尙不明確，但可考慮成，金屬粒子表面和氮化 物陶瓷等的表面係稍被氧化而形成氧化物，氧化物彼此係 透過金屬氧化物進行燒結而成爲一體化，而使金屬粒子和 氮化物陶瓷等的密著變得更確實。又，當構成加熱板的陶 瓷爲氧化物陶瓷時，由於其表面當然爲氧化物，故能形成 密著性優異的導體層。 就上述金屬氧化物而言，較佳爲擇自氧化鉛、氧化鋅 、二氧化矽、氧化硼(B2〇3)、氧化鋁、三氧化二釔及二氧化 鈦所構成群中之至少1種。 此乃基於，這些氧化物，不致增大發熱體12的電阻 値，但能改善金屬粒子和氮化物陶瓷等的密著性之故。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述氧化鉛、氧化鋅、二氧化政、氧化硼（Β2〇3)、氧 化銘、三氧化二i乙及二氧化鈦的比例，當金屬氧化物的全 量爲100重量份時，較佳爲調整成：重量比下，氧化鉛 1〜1〇、二氧化砂1〜30、氧化硼5〜50、氧化鋅20〜70、氧化 鋁1〜10、三氧化二釔1〜50、二氧化鈦1〜50，且合計不超過 100重量份。 藉由以上述範圍來調整這些氧化物的量，特別是能改 善和氮化物陶瓷等的密著性。 14 ϋ張尺度適ϋ國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） ' _ 480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 五、發明說明（0) 金屬氧化物相對於金屬粒子的添加量，較佳爲〇·ι重 量％〜10重量％。使用上述構成的導體糊來形成發熱體12 時的面積電阻率較佳爲1〜45ιηΩ/Ε]。 面積電阻率超過45 πιΩ/□時，對應於施加電壓量之 發熱量變得過大，表面設有發熱體12之加熱板11的發熱 量變得不易控制。又，當金屬氧化物的添加量爲10重量％ 以上時，面積電阻率將超過50ιηΩ/□，發熱量變得過大而 難以進行溫度控制，溫度分布的均一性會變差。 當發熱體12是形成於加熱板11表面時|，較佳爲在發 熱體12的表面部分形成金屬被覆層12a。如此即可防止內 部的金屬燒結體被氧化而產生電阻値的改變。所形成的金 屬被覆層12a厚度較佳爲0.1〜10 。 形成金屬被覆層12a時所使用的金屬，只要是非氧化 性的金屬即可，並沒有特別的限定，具體而言可列舉金、 銀、鈀、鉑、鎳等等。這些可單獨使用或倂用至少2種。 其中以鎳爲較佳。 發熱體12上’爲連接電源必須有端子，該端子可透 過焊料來裝設於發熱體12,而鎳則是用來防止焊料的熱擴 散。連接端子可列舉柯伐合金(Kovar)製者。 又，當發熱體12是形成於加熱板11內部時，由於發 熱體表面不致被氧化，被覆是不需要的。當發熱體12形成 於加熱板11內部時，可使發熱體的局部露出表面，將用以 連接發熱體12之貫通孔設於端子部分，將外部端子連接、 固定在該貫通孔亦可。 15 I纸張尺^適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項本頁)

an n n l·— —a— i I 訂---------線 _ 480895 A7 B7 五、發明說明（/卞） 要連接外部端子13時，焊料可使用銀-鉛、鉛—錫 、鉍-錫等的合金。焊料層的厚度較佳爲〇.1〜5〇//rn。如此 即可充分確保焊料所形成的連接。 如圖2所示般，在加熱板丨丨上設置貫通孔15，將昇 降銷16插入該貫通孔15中，即可將半導體晶圓送到未圖 示之搬送機，或從搬送機接收半導體晶圓。 以上所說明之陶瓷加熱器，通常大多設置於支持容器 上來使用。圖3係示意地顯示陶瓷加熱器嵌裝於支持容器 的狀態之截面圖。 支持容器30，主要是由薄金屬材料所形成，其構造爲 有底圓同形’具備平板狀的底部31，圓筒的上端部分向內 折而構成緣部36。將密封環37載置、固定於緣部36上， 將圓板狀的陶瓷加熱器20嵌裝於該密封環37。 陶瓷加熱器20在底部設有發熱體22，在中央部分支 持住陶瓷加熱器20上所載置的半導體晶圓，並形成用以插 通昇降銷之貫通孔25。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，在支持容器30的底部31具備：用以配合 陶瓷加熱器20的貫通孔15來插通昇降銷之銷插通套筒32 ，用以供給、排出冷卻空氣等之冷媒供給口 33、冷媒排出 口 34·，爲了讓來自發熱體22端部所連接的外部端子23之 電線38通過之密封墊圈39。 支持容器30係形成氣密構造，以在將陶瓷加熱器20 嵌裝於密封環37的狀態下能使冷卻氣流流入其內部，通常 並未施予特殊的加工。 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480895 _____B7____ 五、發明說明（【f) 接著，針對本發明的陶瓷加熱器的製造方法作說明。 首先，針對在加熱板11底面形成發熱體的陶瓷加熱 器(參照圖1〜2)之製造方法作說明。 (1) 加熱板之製作過程 在上述氮化鋁等的陶瓷粉末中，視需要配合三氧化乙 釔(Y2〇3)等的燒結助劑、含Na、Ca的化合物、結合劑等而 調製成漿液後，將該漿液用噴乾(spray dry)等方法顆粒化， 將該顆粒置入模具等中，藉由加壓而成形爲板狀等，以製 作出生成形體(green)。 在生成形體上，視需要，形成用以插入昇降銷（用以 搬運半導體晶圓等）之貫通孔、爲埋設熱電偶等的測溫元件 之有底孔等。藉由對燒成後的燒結體施予加工，以形成貫 通孔和有底孔亦可。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，將該生成形體加熱、燒成以使其燒結，而製造 出陶瓷製的板狀體。之後，藉由加工成既定形狀，以製作 出加熱板Π，或採用燒成後可直接使用的形狀亦可。藉由 邊加壓邊進行加熱、燒成，可製作出無氣孔的加熱板11。 加熱、燒成只要在燒結溫度以上即可，例如氮化物陶瓷爲 1〇〇0〜2500°C。之後，藉由噴砂等，以對加熱板11側面施 予粗化處理。不僅對側面，進一步對加熱板11底部的外周 面施予粗化處理亦可。 (2) 將導體糊印刷於加熱板的過程 導體糊一般是金屬粒子、樹脂、溶劑所構成之高粘度 的流體。使用網版印刷等，將該導體糊印刷於應設置發熱 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（（G) 體的部位’以形成導體糊層。由於必須使加熱板全體形成 均一的溫度，發熱體較佳爲印刷成圖1所示般之同心圓狀 所構成的圖案。 導體糊層較佳爲，燒成後之發熱體12的截面係形成 方形等扁平的形狀。 (3) 導體糊的燒成 將印刷於加熱板11底面之導體糊層實施加熱燒成， 以除去樹脂和溶劑，同時將金屬粒子燒結後固著於加熱板 11底面，以形成發熱體12。加熱燒成的溫度較佳爲 5〇〇〜1000°C。 若在導體糊中添加上述金屬氧化物，由於金屬粒子、 加熱板、金屬氧化物在燒結後會一體化，故能提昇發熱體 和加熱板的密著性。 (4) 金屬被覆層的形成 在發熱體12表面上，較佳爲設置金屬被覆層12a。金 屬被覆層12a可藉由電鍍、化學鍍、濺鍍等來形成出，若 考慮到量產性，以化學鍍爲最適當。 (5) 端子等的安裝 在發熱體12的圖案端部用焊接來安裝用以連接電源 之端子(外部端子13)。用銀鱲、金鱲等將熱電固定在有 底孔14上，或使用聚醯亞胺等的耐熱樹脂進行封止，或將 封止玻璃(鉛系玻璃)於400〜500°C下加熱熔融以進行封止， 如此即完成陶瓷加熱器的製造。 之後，將陶瓷加熱器嵌裝於圖3所示的支持容器3〇 18 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝 1.

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480895 ______Β7______ 五、發明說明（1) 的密封環37，而作爲加熱器來使用。 其次，針對在加熱板11內部形成發熱體12之陶瓷加 熱器的製造方法作說明。 (1) 加熱板製作過程 首先，將氮化物陶瓷等的陶瓷粉末和結合劑、溶劑等 混合而調製出糊劑(paste)，使用該糊劑製作出生薄板(green sheet)。 作爲上述陶瓷粉末，例如可使用氮化鋁等，視需要可 加入三氧化二釔等的燒結助劑、含Na、Ca的化合物等。 作爲結合劑，較佳爲擇自丙烯酸系結合劑、乙基纖維 素、丁基溶纖劑、聚乙烯醇之至少1種。 作爲溶劑，較佳爲擇自α -結品醇、甘油之至少1種 〇 將這些混合後所得之糊劑用刮塗法成形爲片狀，以製 作出生薄板。 生薄板的厚度較佳爲0.1〜5mm。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著’在所得的生薄板上’視需要來形成用以插入昇 降銷（用以搬運半導體晶圓等）之貫通孔15、爲埋設熱電 等的測溫元件之有底孔、爲將發熱體_接於外部的端子銷 之貫通孔18等。在後述之形成生薄片積層體後再進行上述 加工亦可，又在得出燒結體後再進行上述加工亦可。 (2) 在生薄片上印刷導體糊的過程 在生薄片上印刷用以形成發熱體之金屬糊或含有導電 性陶瓷之導體糊。 19 ^紙張瓦度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ —-- 480895 A7 B7 五、發明說明（β) 這些導體糊中，係含有金屬粒子或導電性陶瓷。 鎢粒子或鉬粒子的平均粒徑較佳爲0.1〜5//rn。此乃基 於，平均粒徑未達Ο.Ι/zm或超過5/zm時，導體糊將變得 不易印刷。 就導體糊而言，例如是將金屬粒子或導電性陶瓷粒子 85〜87重量份，擇自丙烯酸系、乙烯纖維素、丁基溶纖劑 、聚乙烯醇之至少1種結合劑1.5〜10重量份，擇自α -萜 品醇、甘油之至少1種溶劑1.5〜10重量份混合成的組成物( 糊劑）。 (3) 生薄片的積層過程 將未印刷導體糊之生薄片積層於印刷有導體糊之生薄 片的上、下二側。 這時，上側所積層之生薄片數目比下側所積層之生薄 片數目來得多，以使發熱體的形成位置朝底面方向偏芯。 具體而言較佳爲，上側之生薄片的積層數爲20〜50片 ，下側之生薄片的積層數爲5〜20片。 (4) 生薄片積層體的燒成過程 進行生薄片積層體的加熱、加壓，以使生薄片及內部 的導體糊燒結爲一體。 加熱溫度較佳爲1000〜2000 °C，加壓壓力較佳爲 ._今10〜20MPa。加熱是在惰性氣體周圍環境中進行。惰性氣體 可使用氬、氮等。 其後，藉由噴砂法對加熱板的側面施予粗化處理。不 僅對側面，進一步對加熱板底面的外周面施予粗化處理亦 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 0 裝---------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1) 可。. 又，於進行燒成後，設置爲插入測溫元件的有底孔亦 可。有底孔，可在表面硏磨後，藉由進行噴砂等衝擊 (blast)處理來形成。又，在用以連接內部的發熱體之貫通 孔上，透過焊料層等來連接外部端子13，加熱以進行熔焊 (reflow)。加熱溫度以200〜500°C爲適當。 將測溫元件之熱電偶等插入有底孔中，用銀蠟、金蠟 等安裝後，用聚醯亞胺等的耐熱性樹脂封止，如此即完成 陶瓷加熱器的製造。 之後，將陶瓷加熱器嵌裝於圖3所示之支持容器30 的密封環37，以作爲加熱器來使用。 又，本發明之陶瓷加熱器，可設置靜電電極以作爲靜 電夾頭來使用，又能在表面設置夾頭頂(chuck head)導體層 、在內部設置屏蔽電極和接地電極，藉以作爲晶圓探測器 來使用。 〔用以實施本發明之最佳形態〕 (實施例1) (1) 將氮化鋁粉末(平均粒徑Ugm)l⑻重量份、三氧化二 I乙(平均粒徑0.4/zm)4重量份、丙燦酸系結合劑12重量份 及醇類所構成的組成物進行噴乾處理，製作出顆粒狀的粉 末。 (2) 接著，將該顆粒狀的粉末置入模具內，將其成形爲平板 狀，以得出生成形體(green)。 (3) 將完成加工處理後之生成形體以溫度180〇。(：、壓力 21 (請先閱讀背面之注意事項奔_寫本頁) --訂------ 線 m 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明) 20MPa的條件實施熱壓，而得出厚度3mm的氮化鋁板狀體 〇 接著，從該板狀體切出直徑210mm的圓板體，以作 爲陶瓷製板狀體(加熱板11)。對該成形體施以鑽孔加工， 以形成用以插入半導體晶圓的昇降銷之貫通孔15、用以埋 設熱電偶之有底孔14(直徑1.1mm，深度2mm)。 對該加熱板11的側面11c用平均粒徑的氧化鋁 噴砂來處理，以在側面11c形成JIS B 0601之Rmax=7//m 的凹凸。 (4) 在上述⑶所得之加熱板11上，以網版印刷法來印刷導 體糊。印刷圖案是採用圖1所示的同心圓狀圖案。 作爲導體糊，係使用印刷電路板的貫通孔形成用之德 力化學硏究所製的索魯貝斯特PS603D。 該導體糊爲銀-鉛糊劑，相對於銀100重量份’係含 有由氧化鉛(5重量％)、氧化鋅(55重量％)、二氧化矽（1〇重 量％)、氧化硼(25重量％)及氧化鋁(5重量％)所構成之金® 氧化物7.5重量份。又銀粒子爲平均粒徑4.5/^m、呈鱗片 狀者。 (5) 接著，將印刷有導體糊之加熱板11於780°C進行加熱燒 成，以將導體糊中的銀、鉛燒結同時固著於加熱板I1 i ’ 而形成發熱體12。銀-鉛發熱體之厚度爲5//m、寬度爲 2.4mm、面積電阻率爲7·7πιΩ/[Ι]。 (6) 在硫酸鎳80g/l、次磷酸鈉24g/l、醋酸鈉12g/l、硼酸 8g/l、氯化銨6g/l之水溶液所構成的化學鍍浴中’浸入上 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

480895 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明αΐ ) 述(5)所製作出的加熱板11，以在銀-鈴發熱體12的表面 析出厚度l//m的金屬被覆層(鎳層）12a。 (7) 在用以連接電源之外部端子13的安裝部分，以網版印 刷法印刷銀-鉛焊料糊（田中貴金屬公司製）以形成焊料層 〇 接著，將柯伐合金製的外部端子13載置於焊料層上 ，於420°C加熱以進行熔焊，以將外部端子13裝設於發熱 體表面。 (8) 將溫度控制用的熱電偶用聚醯亞胺封止，即得出陶瓷加 熱器10。 (實施例2〜7) 除將側面的處理條件改變成如下之外，係和實施例1 同樣的製造出陶瓷加熱器。側面之面粗度Rmax係顯示於 表1。· 實施例2 :用#200的鑽石磨石來硏磨側面後，用平均 粒徑200μιη的SiC進行噴砂處理。 實施例3 :用#200的鑽石磨石來硏磨側面。 實施例4 :用#400的鑽石磨石來硏磨側面。 實施例5 :用#800的鑽石磨石來硏磨側面。 實施例6 :用平均粒徑〇.5//m的鑽石糊（瑪魯托公司 製)進行拋光。 實施例7 :用平均粒徑0.25//m的鑽石糊(瑪魯托公司 製)進行拋光。 (實施例8)SiC製陶瓷加熱器的製造 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背

I I 訂

線«I 480895 Α7 _ Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（^Λ) (1) 將SiC粉末(平均粒徑l.l//m)100重量份、燒結助劑 0.5重量份、丙烯酸系結合劑12重量份及醇類所構成的組 成物進行噴乾處理，製作出顆粒狀的粉末。 (2) 接著，將該顆粒狀的粉末置入模具內，將其成形爲平板 狀，以得出生成形體(green)。 (3) 將完成加工處理後之生成形體以溫度1900°C、壓力 2〇MPa的條件實施熱壓，而得出厚度3mm的SiC板狀體。 接著，從該板狀體切出直徑210mm的圓板體，對側 面用平均粒徑5/zm的氧化鋁施以噴砂處理，以製作出面 粗度Rmax=7 // m的陶瓷基板。 (4) 在該陶瓷基板的兩主面上塗佈玻璃糊(昭榮化學工業公司 製G-5177)，於l〇〇(TC加熱以形成厚度l//m的Si〇2膜。 對該成形體施以鑽孔加工，以形成用以插入半導體晶 圓的昇降銷之貫通孔、用以埋設熱電_)之有底孔（直徑 1.1mm，深度 2mm)。 (5) 在上述(4)所得之陶瓷基板上，以網版印刷法來印刷導體 糊。印刷圖案是採用圖1所示的同心圓狀圖案。 作爲導體糊，係使用印刷電路板的貫通孔形成用之德 力化學硏究所製的索魯貝斯特PS603D。 該導體糊爲銀糊劑，相對於銀100重量份，係含有由 氧化給(5重量％)、氧化鋅(55重量％)、二氧化砂（1〇重量％) 、氧化硼(25重量％)及氧化銘(5重量％)所構成之金屬氧化 物7·5重量份。又銀粒子爲平均粒徑4.5//m、呈鱗片狀者 〇 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

480895 _______ΒΤ^____ 五、發明說明 (6) 接著，將印刷有導體糊之陶瓷基板於780°C進行加熱燒 成，以將導體糊中的銀、鉛燒結同時固著於基板上，而形 成發熱體。銀-鉛發熱體之厚度爲5/zm、寬度爲2.4mm、 面積電阻率爲7.7mΩ/Π。 (7) 在硫酸鎳80g/l、次磷酸鈉24g/l、醋酸鈉12g/l、硼酸 8g/l、氯化銨6g/l之水溶液所構成的化學鍍浴中，浸入上 述(6)所製作出的基板31，以在銀-鉛發熱體12的表面析 出厚度l//m的金屬被覆層(鎳層）12a。 (8) 在用以連接電源之外部端子13的安裝部分，以網版印 刷法印刷銀-鉛焊料糊（田中貴金屬公司製）以形成焊料層 〇 接著，將柯伐合金製的端子銷載置於焊料層上，於 420°C加熱以進行熔焊，以將端子銷裝設於發熱體表面。 (9) 將溫度控制用的熱電偶嵌裝於有底孔14,用陶瓷接著劑 (東亞合成公司製阿隆CERAMIC)固定住而得出陶瓷加熱器 〇 (實施例9〜13) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 除將側面的處理條件設定成如下之外，係和實施例8 同樣的製造出陶瓷加熱器。側面之面粗度Rmax係顯示於 表1 〇 實施例9 :用#200的鑽石磨石來硏磨側面後，用平均 粒徑200νιη的SiC進行噴砂處理。 實施例10 :用#200的鑽石磨石來硏磨側面。 實施例11 :用#400的鑽石磨石來硏磨側面。 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐）

五、發明說明（1) 實施例12 :用#800的鑽石磨石來硏磨側面。 實施例13 :用平均粒徑〇.5//m的鑽石糊(瑪魯托公司 製)進行拋光。 (比較例1) 和實施例1同樣的製造出陶瓷加熱器後，將陶瓷基板 的側面用的鑽石糊（瑪魯托公司製）拋光成面粒度 Rmax=0.05 # m 〇 (比較例2) 和實施例1同樣的製造出陶瓷加熱器後，將側面用平 均粒徑250 //m的氧化鋁施以噴砂處理，以在側面11c形成 JIS B 0601 之 Rmax=210//m 的凹凸。 (比較例3) 和實施例8同樣的製造出陶瓷加熱器後，將陶瓷基板 的側面用的鑽石糊（瑪魯托公司製）拋光成面粒度 Rmax=〇.〇5 // m。 (比較例4) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 和實施例8同樣的製造出陶瓷加熱器後，將側面用平 均粒徑250 //m的氧化錯施以噴砂處理，以在側面lie形成 JIS B 0601 之 Rmax=210/zm 的凹凸。 將實施例及比較例之陶瓷加熱器嵌裝於圖3所示之支 持容器30的密封環37，對陶瓷加熱器通電後，使中心部 分的溫度上昇至400°C及500°C，用熱…（日本Datum公司製 ，IR-16-2012-0012)測定中心部分和外周部的溫度差ΔΤ。又 ，用目視確認是否有顆粒的產生，又於45秒內昇溫至4〇〇 26 $纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公H ^ 480895 A7 ----B7 五、發明說明) °C ’確認是否有裂痕產生。將其結果顯示於表i。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

表1 面粗度 ΔΤ(°〇 裂痕 顆粒 Rmax( μ. m) (40(TC) (500°C) 實施例1 7 6 8 無 Μ 實施例2 180 8 12 龜 姐 實施例3 50 8 10 翻E J \ \\ /fntl Μ 實施例4 22 8 10 Μ j \ \\ yfrrC 實施例5 15 6 8 Μ ^\\\ /frrr. 無 實施例6 2 6 8 Μ 4rrr Μ 實施例7 0.4 8 20 Μ j \ \\ yfrrr. 實施例8 7 6 7 Μ ^\\\ 妞 實施例9 180 7 10 並 姐 實施例10 50 7 9 Μ j\w 赃 實施例11 22 7 9 並 j\w Μ 實施例12 15 5 7 並 妞 實施例13 2 5 7 姐 > \ N \ Μ 比較例1 0.05 18 25 有 钲 y \ ΝΝ 比較例2 210 13 15 有 有 比較例3 0.05 12 15 有 >fnT- 無 比較例4 210 13 15 有 有 實施例1〜13所得之陶瓷加熱器，ΔΤ(400°〇=5〜8°C △ T(500°C)=7〜20°C，即中心部分和外周部分的溫度差極少 27 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝 ----訂---------線」 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480895 A7 B7 五、發明說明（v(p) ’但比較例1〜4所得之陶瓷加熱器，△TGOCTon〜18°C， △ T(500°C)=：15〜25°C，即中心部分和外周部分產生極大的溫 度差。 又，比較例之陶瓷加熱器，因急速昇溫至40(TC爲止 將產生裂痕，又，將比較例2、4之陶瓷加熱器嵌裝時會從 粗化面進行脫粒而有顆粒的產生。 〔產業上之利用可能性〕 依據以上所說明之本發明的半導體晶圓加熱用陶瓷加 熱器，由於對側面部分施予適當的粗化，將能抑制陶瓷加 熱器朝向支持容器或空氣中之熱傳導，而使陶瓷基板的溫 度均一化。 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝--- 訂---------線』 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 480895 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1、 一種陶瓷加熱器’係在陶瓷基板的表面或內部設置 發熱體而成，其特徵在於： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 前述陶瓷基板’係將含有原料陶瓷粉末之成形體進行 燒成所製造出； 該陶瓷基板之構成材料，係氮化物陶瓷、碳化物陶瓷 、氧化物陶瓷中之至少一種； 該陶瓷基板的形狀爲圓板形，直徑超過150mm，側面 之面粗度爲 JIS B 0601 Rmax=〇. 1 〜200 # m。 2、 如申請專利範圍第1項之陶瓷加熱器，其中前述 面粗度爲 JIS B 0601 Rmax=0.5〜200/z m。 3、 如申請專利範圍第1或第2項之陶瓷加熱器，其 中前述陶瓷基板係嵌裝於支持容器。 4、 如申請專利範圍第1或第2項之陶瓷加熱器，其 中前述陶瓷加熱器爲半導體晶圚加熱用。 5 '如申請專利範圍第3項之陶瓷加熱器，其中前述 陶瓷加熱器爲半導體晶圓加熱用。 6、 如申請專利範圍第1或第2項之陶瓷加熱器，其 中前述陶瓷基板的厚度係超過1.5mm。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7、 如申請專利範圍第3項之陶瓷加熱器，其中前述 陶瓷基板的厚度係超過1.5mm。 8、 如申請專利範圍第4項之陶瓷加熱器，其中前述 陶瓷基板的厚度係超過1.5mm。 9、 如申請專利範圍第5項之陶瓷加熱器，其中前述 陶瓷基板的厚度係超過1.5mm。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）