TWI501684B - 陶瓷加熱器及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明有關於陶瓷加熱器及其製造方法。
半導體製造裝置之中，關於以熱CVD等而使用矽烷氣體等的原料氣體在晶圓生成半導體薄膜，可採用用以加熱此晶圓的陶瓷加熱器。此陶瓷加熱器有需要將晶圓的加熱面的溫度保持在例如700℃的高溫，然而為了成膜性、產率、以及提升製品品質，被要求將晶圓的加熱面的溫度分佈控制在非常狹窄的範圍內。
例如，特許文獻1之中，揭示在氮化鋁燒結體之中埋入鉬構成的電阻發熱體的陶瓷加熱器之中，提升加熱面的溫度均一性的技術。具體而言，將包含氧化釔粉末(yttria powder)的氮化鋁粉末壓縮成形而成為成形體時，在此成形體的中央附近埋設鉬製的電阻發熱體，同時在接近成形體的上下面的位置埋設圓板狀或環狀的鉬製的虛置材，並且藉由熱壓法在1800℃燒結此成形體以成為燒結體，再藉由研削加工由此燒結體去除虛置零件，以製造陶瓷加熱器。如上所述的陶瓷加熱器會在煅燒過程中生成碳化鉬。一旦在電阻發熱體中不平均地分佈碳化鉬，則此碳化鉬生成的部分，電阻值會變高而發熱量會增加，所以會破壞加熱面的溫度的均一性。特許文獻1之中，藉由燒結埋設有虛置材的成形體，可抑制電阻發熱體中碳化鉬的生成，並且抑制煅燒而造成的電阻發熱體的電阻變化，因此，可成功地提升加熱面的溫度的均一性。
技術文獻1：特開2003-288975號公報
然而，由於上述特許文獻1中，是藉由研削加工從埋設虛置元件的成形體燒結後的燒結體去除虛置元件，所以虛置元件為必要的部分，其價格會反映在陶瓷加熱器，因此有陶瓷加熱器變得高價的問題。
為了解決上述課題，本發明的主要目的在於不使用虛置元件，而提高陶瓷加熱器的加熱面的溫度均一性。
為了達成上述主要目的，本發明採用以下手段。
亦即，本發明的陶瓷加熱器的製造方法，包括：在體積電阻率1015
Ωcm以上的氮化鋁燒結體構成的一對的外層，中間隔著金屬網狀物構成的電阻發熱體，而夾住氮化鋁粉末作為主體、且包含0.03~1重量%的稀土類氧化物粉末的低溫燒結原料粉構成的內層成形體的正反兩面的狀態下，於1600~1750℃熱壓煅燒而得到陶瓷加熱器。
再者，本發明的陶瓷加熱器，包括：平均結晶粒徑1~2μm、碳量300~600ppm的氮化鋁為主體的中間燒結體；由配置於該中間燒結體的正反兩面的金屬網狀物構成的第1及第2電阻發熱體；平均結晶粒徑5~7μm、碳量比上述中間燒結體少，為200~400ppm，且中間隔著上述第1及第2電阻發熱體，而夾住上中間燒結體的一對氮化鋁為主體的外側燒結體。在此，外側燒結體較佳包含稀土類氧化物來源的成份，且上述中間燒結體的稀土類氧化物來源的成份比起上述外側燒結體少。稀土類氧化物來源的成份在外側燒結體較佳為4~7重量%，在中間燒結體較佳為為0.03~1重量%。電阻發熱體較佳為將ψ0.1~0.2mm的鉬細線編織的材料形成。再者，較佳在700℃加熱上述第1及第2電阻發熱體時的上述陶瓷加熱器的加熱面的最高溫度與最低溫度的差值為5℃以下。
根據本發明的陶瓷加熱器的製造方法，可以不使用虛置元件、而提高陶瓷加熱器的加熱面的溫度均一性。亦即，在氮化鋁燒結體形成的一對的外層，中間隔著電阻發熱體，而夾住內層成形體的正反兩面的狀態下，於1600~1750℃熱壓煅燒，所以比起1800℃以上加熱煅燒的情況，可以抑制電阻值高、發熱量大的碳化相於電阻加熱體內不平均分佈的發生，且可抑制電阻發熱體的電阻變化，因而可提高陶瓷加熱器的加熱面的溫度均一性。
根據本發明的陶瓷加熱器，第1電阻發熱體與第2電阻發熱體之間不會漏電流，並且由於加熱面(基體的表面)的溫度均一性(以下，稱為均熱性)高，所以適用於半導體薄膜的成膜裝置的元件。如上所述的陶瓷加熱器可藉由上述陶瓷加熱器的製造法得到。
本發明的陶瓷加熱器的製造方法之中，低溫燒結原料粉末為，以氮化鋁粉末作為主體，且包含0.03~1重量%的稀土類氧化物粉末的混合粉末。在此，稀土類氧化物可列舉例如氧化釔(Y2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化銪(Eu2O3)等。再者，稀土類氧化物粉末的含有量未滿0.03重量%時，燒結後的熱傳導率變得過小，且均熱性惡化所以不佳，超過1重量%時，燒結性顯著地惡化，均熱性惡化，所以不佳。
本發明陶瓷加熱器的製造方法之中，金屬網狀物可列舉例如鉬、鎢等，其中以鉬較佳。金屬網狀物以藉由ψ0.1~0.2mm的金屬細線編織的材料形成較佳。金屬細線未滿ψ0.1mm的話，太細而藉由雷射加工由板狀的金屬網狀物切出想要的形狀有困難，所以不佳，超過0.2mm的話，電阻太低而作為加熱器有機能不足之虞，所以不佳。並且，考慮藉由印刷導電材糊狀物製作電阻發熱體，此情況，將電阻發熱體成為依設計的電阻非常困難，且無法提高加熱面的均熱性。
本發明陶瓷加熱器的製造方法之中，外層是由體積電阻率1015
Ωcm以上的氮化鋁燒結體形成。體積電阻率未滿1015
Ωcm的情況，電流流過電阻發熱體時，埋設於晶圓、表面附近的RF電極等會漏電流而使晶圓上的電漿不安定。如上所述的氮化鋁燒結體可在1800~1900℃煅燒由例如在氮化鋁粉末中包含4~7重量%的稀土類氧化物粉末的高溫燒結原料粉末構成的成形體而得到。
本發明陶瓷加熱器的製造方法之中，在一對氮化鋁燒結體構成的外層，中間隔著電阻發熱體，而夾住於內層成形體的正反兩面的狀態下，在1600~1750℃煅燒。此時的溫度未滿1600℃的話，內層燒結體不能緻密，所以熱傳導率過小，強度降低且均熱性變差，所以不佳，超過1750℃的話，燒結後的內層體積電阻率顯著地下降，並且電阻發熱體的電阻變化率顯著地變大，所以會產生漏電流增加、均熱性惡化，所以不佳。並且，內層成形體也可使用以一對的外層夾住之前所成形的物質，也可以在模具內藉由一對的外層夾住原料粉壓縮而成形原料粉。
本發明陶瓷加熱器的製造方法之中，以外層夾住內層成形體之前，在該外層形成符合電阻發熱體的形狀的溝槽，且在該溝槽嵌入電阻發熱體較佳。如此，可確實且容易地進行電阻發熱體的位置決定。
本發明陶瓷加熱器的製造方法製作的陶瓷加熱器，包括以含有以稀土類氧化物來源的成份的氮化鋁燒結體所形成的基體、由配設於該基體的正側附近的金屬網狀物構成的第1電阻發熱體以及配設於該基體的反側附近的金屬網狀物構成的第2電阻發熱體。
此陶瓷加熱器之中，將該電阻發熱體加熱至700℃時的加熱面的最高溫度與最低溫度的差值為5℃以下，較佳為3℃以下。再者，在此陶瓷加熱器之中，比起外層，內層成形體的燒結體稀土類氧化物為來源成份少，結晶粒徑細且碳量多。以往，僅含有1重量%以下的Y2
O3
的原料粉燒結的情況，得到的氮化鋁燒結體的體積電阻率通常會低於1010
Ωcm~1012
Ωcm。因此，導致發生漏電流而無法得到充分的發熱量等的不合適。然而，藉由本發明的陶瓷加熱器的製造方法得到陶瓷加熱器，儘管燒結僅含有1重量%以下的Y2
O3
的原料粉，也看不到漏電流。其理由被認為是，藉由緻密的外層的燒結體覆蓋低溫燒結原料粉，可抑制在燒結過程之中碳的逸散，且內層燒結體的結晶粒徑細，且碳量變多所導致。
第1圖為本發明一實施形態的陶瓷加熱器10的上視圖，第2圖為其正面圖(剖面圖)。陶瓷加熱器10包括含有氧化釔來源成份的氮化鋁燒結體所形成的基體12、由配設於此基體12的正側附近的鉬網狀物構成的第1電阻發熱體14以及配設於此基體12的反側附近的鉬網狀物構成的第2電阻發熱體16。基體12的大小沒有特別限定，例如為直徑330~340mm、厚度20~30mm。將第1電阻發熱體14投影於基體12的加熱面12a的第1投影圖案24顯示於第3圖。由第3圖可得知，第1電阻發熱體14是由配置於中心附近的2個端子的其中一個端子開始而以一筆書寫的要領達到配線的另一個端子。再者，將第2電阻發熱體16投影於基體12的加熱面12a的第2投影圖案26顯示於第4圖。如第4圖所示，第2電阻發熱體16是由配置於中心附近的2個端子的其中一個端子開始而以一筆書寫的要領達到配線的另一個端子。再者，兩投影圖案24、26重疊的樣子顯示於第5圖。由第5圖可得知，第2投影圖案26會穿進第1投影圖案24的間隙。亦即，在加熱面12a僅第1電阻發熱體14發生溫度變動，所以為了補償此點，第2電阻發熱體16會形成如上所述的形狀。並且，也可以形成第1及第2電阻發熱體14、16，使得第1及第2投影圖案24、26重疊時兩者可成為一致。
其次，說明陶瓷加熱器10的製造方法，第6圖為顯示陶瓷加熱器10的製造流程的說明圖。首先，製造2個外層30。此外層30為相對於氮化鋁粉末，添加並混合4~7重量%的稀土類氧化物粉末，再壓縮成形混合粉末而成為外層成形體，藉由熱壓法在1800~1900℃燒結此外層成形體而得到外層30。關於混合各粉末，也可以例如藉由濕式混合在有機溶媒中使各粉末成為漿狀物，再將該漿狀物乾燥造粒而成為混合粉末。進行濕式混合時，也可以使用罐磨機(pot mill)、滾筒網狀物(trommel)、碾磨機(attrition mill)等的混合粉碎機。再者，也可以利用乾式混合取代濕式混合。關於壓縮成形混合粉末以成為外層成形體，藉由一軸加壓成形混合粉末以製作成形體較佳。一軸加壓成形是將混合粉末填充於模具中，再於上下方向施加壓力以成形，所以可得到高密度的成形體。再者，也適用於高尺寸精度要求的情況。關於藉由熱壓法燒結外層成形體，也可以在例如真空或非活性雰圍氣下，以壓縮壓力50~300kgf/cm2
熱壓煅燒。煅燒時間雖然可根據煅燒條件作適當地設定，然而最好適當地設定於例如1~10小時之間。並且，非活性氛圍氣雖然只要是對於煅燒不會造成影響的氣體雰圍氣皆可，然而可列舉氮氛圍氣、氬氛圍氣等。藉由非活性氛圍氣的導入，特別在得到大型燒結體的情況，均熱性變得更高，可得到均一的燒結體。如此得到的外層30的體積電阻率為1×1015
Ωcm以上。
其次，在外層30的單面，形成符合第1電阻發熱體14的形狀的溝槽30a，再於此溝槽30a嵌入第1電阻發熱體14。再者，在另一個外層30的單面形成符合第2電阻發熱體16的形狀的溝槽30b，且在此溝槽30b嵌入第2電阻發熱體16。
其次，添加相對於氮化鋁粉末0.03~1重量%的稀土類氧化物粉末而混合，以調製混合粉末(低溫燒結原料粉)。關於混合粉末的調製、壓縮成形，可與外層成形體同樣的方式進行。接著，在成形用模具中設置嵌入第2電阻發熱體16於溝槽30b的外層30，使得第2電阻發熱體16向上，接著填充先前準備的低溫燒結原料粉，並且設置嵌入第1電阻發熱體14於溝槽30a的外層30，使得第1電阻發熱體14朝向低溫燒結原料粉，再以50~100kg/cm2
的壓力進行壓縮成形。藉此，得到在厚度3~20mm(較佳為5~15mm)的內層成形體32的正反兩面配置嵌入第1電阻發熱體14的外層30與嵌入第2電阻發熱體16的外層30，使得各電阻發熱體14、16朝向內層成形體32的三明治構造的成形體34。
其次，在熱壓用模具設置三明治構造的成形體34，以熱壓法在1600~1750℃低溫燒結，以得到陶瓷加熱器10。此時的低溫燒結也可以在例如真空或非活性雰圍氣下，以壓縮壓力50~300kgf/cm2
的條件進行。煅燒時間雖然可根據煅燒條件作適當地設定，然而最好適當地設定於例如2~4小時之間。
得到的陶瓷加熱器10雖然具有基體12，然而此基體12為藉由燒結將內層成形體32與外層30一體化的物質。具體而言，基體12是內層成形體32與低溫燒結的中間燒結體與夾住此中間燒結體的一對外側燒結體(來自於外層30)所構成(參照第7圖)。比起外側燒結體，中間燒結體的稀土類氧化物的來源成份較少，且結晶粒徑為1~2μm，而碳量為300~600ppm。外側燒結體含有稀土類氧化物來源的成份，且平均粒徑為5~7μm，碳量比中間燒結體少，為200~400ppm。再者，第1及第2電阻發熱體14、16雖然低溫燒結後含有鉬相與碳化鉬相，然而由於低溫，電阻值高且發熱量大的碳化鉬相的生成量少，且在第1電阻發熱體14內沒有明顯的不平均分佈。其結果，第1及第2電阻發熱體14、16跨越其全長電阻值大且無變動，電阻發熱體的電阻分佈可維持所需設計，所以陶瓷加熱器10的加熱面的最高溫度與最低溫度的差值會成為5℃以下。再者，將電流流過第1及第2電阻發熱體14、16時不會產生漏電流，所以第1及第2電阻發熱體14、16之間的燒結體，儘管燒結只含有1重量%以下Y2
O3
的原料粉的物質，體積電阻率也可成為1015
Ωcm左右的高數值。
首先，製造2個直徑360mm、厚度6mm的外層30。亦即，相對於平均粒徑1μm，純度99.9%的氮化鋁粉末，添加平均粒徑1.5μm、純度99.9%的氧化釔粉末5重量%，混合，將混合粉末以100kgf/cm2
一軸加壓成形，以成為外層成形體。利用熱壓法使此外層成形體燒結，以得到外層30。此時的燒結，是在氮氣氛圍氣下，以壓縮壓力200kgf/cm2
、1820℃進行2小時。得到的外層30的體積電阻率為2x1015
Ωcm。再者，體積電阻率，是以相同條件製作由氮化鋁燒結體切出的樣品，依據JIS C2141(電氣絕緣用的陶瓷材料試驗方法)測定。
接著，利用噴砂加工其中一個外層30的一面，形成與寬度6mm(除了一部分)的第1電阻發熱體14的形狀相符合形狀的溝槽30a。溝槽30a的深度為0.5mm。再者，噴砂加工，使用碳化矽製的粒度#600的研磨顆粒來實施。另一方面，準備編織ψ0.12mm的鉬細線的厚度0.24mm板狀的鉬網狀物，再利用雷射加工，由此鉬網狀物切出第1電阻發熱體14，並嵌入外層30的溝槽30a之中。再者，對另一個外層30施以相同的處理，將寬度9mm(除了一部分)的第2電阻發熱層16，嵌入外層30的溝槽30b之中。
其次，準備相對於平均粒徑1μm、純度99.9%的氮化鋁粉末，添加並混合平均粒徑1.5μm、純度99.9%的氧化釔粉末0.03重量%的混合粉末(低溫燒結原料粉)。接著，在成型用的模具之中，設置在溝槽30b已嵌入第2電阻發熱層16的外層30，使得第2電阻發熱層16的面朝向上，再填充先前準備的低溫燒結原料粉，並且設置溝槽30a已嵌入第1電阻發熱層14的外層30，使得第1電阻發熱層14的面朝向低溫燒結原料粉，以100kg/cm2
的壓力進行壓縮成型。藉此，得到以一對的外層30,30夾住厚度6mm的內層成形體32的正反兩面的三明治構造的成形體34。
然後，在碳製鞘的上下方插入柱狀體的熱壓用的模具之中，放置三明治構造的成形體34，利用熱壓法，使其低溫燒結，而得到陶瓷加熱器10。此時的低溫燒結，是在氮氣氛圍氣下，以壓縮壓力100kgf/cm2
、1650℃進行2小時。並且，低溫燒結後，內層成形體32的厚度大約變成一半。
為了評價加熱面的溫度的均一性，針對得到的陶瓷加熱器10，測定電阻上升率以及溫度分佈。電阻上升率以如下所述測定。針對第1電阻發熱體14，設定從中心附近的2個端子的其中一方的端子的設計上的電阻成為值R0的第1點，從這個第1點，設定與設計上的電阻相同而成為值R0的第2點，以這個順序設定至第8點。針對第2電阻發熱體16，以同樣的方式設第1至第8點。接著，測定在第1電阻發熱體14中的中心端子-第1點、第1點-第2點、…、第7點至第8點的各個電阻。再者，測定第2電阻發熱體16中的中心端子-第1點、第1點-第2點、…、第7點-第8點的各個電阻。接著，針對各電阻的測定值，求得100 x(測定值-設計值R0)/設計值R0，其最高值為電阻上升率(%)。其結果如表1所示。
再者，溫度分佈以如下所述的方式測定。分別連接電極端子(圖未顯示)於第1電阻發熱體14的中心附近的2個端子，同時分別連接電極端子(圖未顯示)於第2電阻發熱體16的中心附近的2個端子，流過電流於兩個電阻發熱體14、16，使得加熱面12a控制成為目標溫度700℃。接著，到達目標溫度700℃，在溫度安定化的狀態下，測定加熱面12a的整個的溫度，求得此時的最高溫度與最低溫度的差值，此為溫度分佈(℃)。此結果如表1所示。由表1明顯得知，電阻上升率僅為6%，溫度分佈也只為3℃。並且，使用紅外線放射溫度計測定溫度分佈。
在實施例2~5中，採用在實施例1中按照表1所示的條件製造陶瓷加熱器10，測定其電阻上升率以及溫度分佈。而且，在比較例1中，在含有氧化釔0.1重量%的氮化鋁粉末的成形體中，埋入第1電阻發熱體14以及第2電阻發熱體16，以1855℃的高溫燒結，製作陶瓷整體含有氧化釔0.1重量%的氮化鋁燒結體構成的陶瓷加熱體，再測定其電阻上升率以及溫度分佈。在比較例2、3中，由含有氧化釔5重量%的氮化鋁粉末的成形體作為內層成形體32，以含有氧化釔5重量%的氮化鋁燒結體所構成的外層30,30夾住此內層成形體32，成為三明治構造的成形體34，以1820℃的高溫燒結，燒結此而製作陶瓷加熱器，測定其電阻上升率以及溫度分佈。此結果如表1所示。
由表1明顯得知，實施例1~5，任一者的電阻上升率非常地低至5~6%，而溫度分佈也非常低至2~3℃。相對於此，比較例1~3，全部電阻上升率高達35~38%，而溫度分佈高達7~10℃，均熱性不佳。再者，實施例1~5之中，在第1電阻發熱體14第2電阻發熱體16之間漏電流不會發生，所以在此之間的體積電阻率預測在大約1015
Ωcm。實際上，測定的體積電阻率，如後的表2所示，與此預測相符。
第7圖為實施例4的陶瓷加熱器的切斷剖面的照片(附有部分放大圖)。在第7圖的照片中，看來帶有白色的部分，為外側燒結體，在低溫燒結步驟前，是外層30的一部分。另一方面，在一對的外側燒結體夾住的深灰色的部分，為中間燒結體，在低溫燒結步驟前，是內層成形體32的部分。也就是說，內層成形體32及夾住此的一對外側燒結體相當於基體12。再者，雖然以照片很難判斷，然而在中間燒結體及外側燒結體的界面附近，存在第1以及第2電阻發熱體。
針對在此實施例4的陶瓷加熱器，在中間燒結體與外側燒結體的界面附近的反射電子像(BEI)以及二次電子像(SEI)進行攝影，研究此微構造。一般而言，BEI適合用於觀察組成，而SEI適合用於觀察結晶形狀。第8圖顯示BEI的照片，而第9圖顯示SEI的照片。再者，在第8圖中帶有白色橢圓部分為鉬網狀物的斷面。並且，第8圖與第9圖，各自為不同部分的攝影結果。在第8圖中，Y是以帶有白色的點來表現，然而，如上所述的帶白色的點只分散在畫面下半部的外側燒結體，畫面上半的中間燒結體則無法看到。
針對實施例1~5、比較例1~3，分別測定碳量、平均結晶粒徑、體積電阻率。其結果顯示於表2。碳量是使用JIS R1603的高頻加熱-紅外線吸收法測定。平均結晶粒徑是SEI的照片的攝影的複數個結晶的粒徑的平均值。體積電阻率是以實施例1的外層30的體積電阻率相同的方式測定。實施例1~5之中，中間燒結體的平均結晶粒為1~2μm，外側燒結體的平均結晶粒為5~7μm。再者，中間燒結體的碳量為300~600ppm，外側燒結體的碳量為200~400ppm，中間燒結體比外側燒結體多100~200ppm左右的碳量。並且，中間燒結體的體積電阻率為8×1014
~1×1015
Ωcm。
如上所述，研究Y的分佈的樣子、各燒結體的結晶粒徑以及碳量的結果，中間燒結體的體積電阻率變高的理由為，結晶粒徑為1~2μm，且碳量為300~600ppm作成的結論。具體而言，成形相對於氮化鋁粉末，添加氧化釔粉末0.1重量%而成的混合粉末而成形，接著直接煅燒的情況，體積電阻率只低至1010
~1012
Ω‧cm。然而，由於實施例1~5之中，由於此混合粉末是以一對的外層夾住而煅燒，所以不會由混合粉末逸出CO氣體等，殘存的碳成份多，且其殘存的碳成份會阻害晶粒成長，其結果，中間燒結體的結晶粒徑變小為1~2μm，而體積電阻率變會高(1015
Ωcm左右)。
本發明的陶瓷加熱器能夠適合利用作為例如半導體製造裝置的一部分構件。
10．．．陶瓷加熱器
12．．．基體
12a．．．加熱面
14．．．第1電阻發熱體
16．．．第2電阻發熱體
24．．．第1投影圖案
26．．．第2投影圖案
30．．．外層
30a．．．溝槽
30b．．．溝槽
32．．．內層成形體
34．．．三明治構造的成形體
第1圖為陶瓷加熱器10的上視圖。
第2圖為陶瓷加熱器10的正面圖(剖面圖)。
第3圖為第1投影圖案24的說明圖。
第4圖為第2投影圖案26的說明圖。
第5圖為顯示兩投影圖案24、26重疊的樣子的說明圖。
第6圖為顯示陶瓷加熱器10的製造流程的說明圖。
第7圖為實施例4的陶瓷加熱器的切斷剖面的照片(部分擴大圖)。
第8圖為實施例4的陶瓷加熱器的反射電子像(BEI)的照片。
第9圖為實施例4的陶瓷加熱器的二次電子像(SEI)的照片。
10．．．陶瓷加熱器
12．．．基體
14．．．第1電阻發熱體
16．．．第2電阻發熱體
30．．．外層
30a、30b．．．溝槽
32．．．內層成形體
34．．．三明治構造的成形體
Claims (10)
- 一種陶瓷加熱器的製造方法，在體積電阻率1015 Ω cm以上的氮化鋁燒結體構成的一對的外層，中間隔著金屬網狀物構成的電阻發熱體，而夾住氮化鋁粉末作為主體、且包含0.03~1重量%的稀土類氧化物粉末的低溫燒結原料粉構成的內層成形體的正反兩面的狀態下，於1600~1750℃熱壓煅燒而得到陶瓷加熱器。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷加熱器的製造方法，上述一對的外層是在氮化鋁粉末中包含稀土類氧化物4~7重量%的高溫燒結原料粉構成的成形體，在1800~1900℃煅燒而成。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷加熱器的製造方法，在以上述外層夾住上述內層成形體之前，在該外層形成符合上述電阻發熱體的形狀的溝槽，並在該溝槽嵌入上述電阻發熱體。
- 如申請專利範圍第2項所述之陶瓷加熱器的製造方法，在以上述外層夾住上述內層成形體之前，在該外層形成符合上述電阻發熱體的形狀的溝槽，並在該溝槽嵌入上述電阻發熱體。
- 如申請專利範圍第1項所述之陶瓷加熱器的製造方法，其中上述電阻發熱體是將ψ 0.1~0.2mm的鉬細線編織的材料形成。
- 如申請專利範圍第2項所述之陶瓷加熱器的製造方法，其中上述電阻發熱體是將ψ 0.1~0.2mm的鉬細線編織 的材料形成。
- 一種陶瓷加熱器，包括：中間燒結體，平均結晶粒徑1~2μm、碳量300~600ppm的氮化鋁為主體；第1及第2電阻發熱體，由配設於該中間燒結體的正反兩面的金屬網狀物構成；一對氮化鋁為主體的外側燒結體，平均結晶粒徑5~7μm、碳量比上述中間燒結體少，為200~400ppm，且插入上述第1及第2電阻發熱體，而夾住上中間燒結體。
- 如申請專利範圍第7項所述之陶瓷加熱器，其中上述外側燒結體包含稀土類氧化物來源的成份，且上述中間燒結體的稀土類氧化物來源的成份比起上述外側燒結體少。
- 如申請專利範圍第7項所述之陶瓷加熱器，上述電阻發熱體是將ψ 0.1~0.2mm的鉬細線編織的材料形成。
- 如申請專利範圍第7項所述之陶瓷加熱器，在700℃加熱上述第1及第2電阻發熱體時的上述陶瓷加熱器的加熱面的最高溫度與最低溫度的差值為5℃以下。
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| EP3191833A4 (en) * | 2014-09-13 | 2018-02-28 | Agilent Technologies, Inc. | Gas chromatography (gc) column heater |
| DE102014014069A1 (de) * | 2014-09-29 | 2016-03-31 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Hochleistungsheizer |
| KR102402012B1 (ko) * | 2015-06-19 | 2022-05-25 | 삼성전자주식회사 | 먼지 감지장치 및 이를 갖춘 공기조화기 |
| JP6758143B2 (ja) * | 2016-09-29 | 2020-09-23 | 日本特殊陶業株式会社 | 加熱装置 |
| JP7016347B2 (ja) * | 2017-03-02 | 2022-02-04 | 日本碍子株式会社 | ウエハ加熱装置 |
| US10674566B2 (en) * | 2017-03-02 | 2020-06-02 | Coorstek Kk | Planar heater |
| US10851994B2 (en) | 2017-03-14 | 2020-12-01 | Lions' Share Capital Solutions, Llc | Electronic cigar lighter |
| KR102272523B1 (ko) * | 2017-06-01 | 2021-07-05 | 주식회사 미코세라믹스 | 세라믹 히터의 제조 방법 |
| US10681778B2 (en) | 2017-11-21 | 2020-06-09 | Watlow Electric Manufacturing Company | Integrated heater and method of manufacture |
| US11083050B2 (en) | 2017-11-21 | 2021-08-03 | Watlow Electric Manufacturing Company | Integrated heater and method of manufacture |
| CN110709983B (zh) * | 2018-03-26 | 2023-07-21 | 日本碍子株式会社 | 晶片支撑台 |
| WO2019208626A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 京セラ株式会社 | ヒータ及びその製造方法 |
| TWI724951B (zh) * | 2018-05-22 | 2021-04-11 | 美商瓦特洛威電子製造公司 | 一體式加熱器及製造方法 |
| WO2020112608A1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Lam Research Corporation | Ceramic pedestal with multi-layer heater for enhanced thermal uniformity |
| WO2020153079A1 (ja) * | 2019-01-25 | 2020-07-30 | 日本碍子株式会社 | セラミックヒータ |
| KR102038799B1 (ko) | 2019-05-22 | 2019-10-30 | 강승동 | 질화알루미늄 세라믹히터의 재생 수리방법 |
| JP7242885B2 (ja) * | 2019-09-30 | 2023-03-20 | 京セラ株式会社 | 構造体および加熱装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001102157A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-04-13 | Ngk Insulators Ltd | セラミックスヒータ |
| JP2001313157A (ja) * | 2000-04-26 | 2001-11-09 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 加熱装置 |
| TW200414351A (en) * | 2002-10-24 | 2004-08-01 | Sumitomo Electric Industries | Ceramic heater for semiconductor manufacturing tool |
| TW200541377A (en) * | 2004-04-28 | 2005-12-16 | Sumitomo Electric Industries | Supporting unit for semiconductor manufacturing device and semiconductor manufacturing device with supporting unit installed |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4335292A1 (de) * | 1993-10-15 | 1995-04-20 | Beru Werk Ruprecht Gmbh Co A | Glühkerze |
| JP3601079B2 (ja) * | 1994-08-02 | 2004-12-15 | 株式会社デンソー | セラミックヒータ |
| BR9700466A (pt) * | 1996-03-29 | 1998-11-03 | Ngk Spark Plug Co | Aquecedor cerâmico |
| JPH10208853A (ja) * | 1996-11-19 | 1998-08-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ、およびその製造方法 |
| JPH11204238A (ja) | 1998-01-08 | 1999-07-30 | Ngk Insulators Ltd | セラミックスヒーター |
| JP3921327B2 (ja) * | 2000-04-14 | 2007-05-30 | 京セラ株式会社 | セラミックヒータ及びその製造方法 |
| US6444957B1 (en) | 2000-04-26 | 2002-09-03 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd | Heating apparatus |
| JP4493264B2 (ja) | 2001-11-26 | 2010-06-30 | 日本碍子株式会社 | 窒化アルミニウム質セラミックス、半導体製造用部材および耐蝕性部材 |
| JP2003226580A (ja) | 2001-11-26 | 2003-08-12 | Ngk Insulators Ltd | 窒化アルミニウム質セラミックスおよび半導体製造用部材 |
| JP3888531B2 (ja) | 2002-03-27 | 2007-03-07 | 日本碍子株式会社 | セラミックヒーター、セラミックヒーターの製造方法、および金属部材の埋設品 |
| CN101455118B (zh) * | 2006-05-18 | 2011-08-17 | 日本特殊陶业株式会社 | 陶瓷加热器和电热塞 |
-
2010
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001102157A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-04-13 | Ngk Insulators Ltd | セラミックスヒータ |
| JP2001313157A (ja) * | 2000-04-26 | 2001-11-09 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 加熱装置 |
| TW200414351A (en) * | 2002-10-24 | 2004-08-01 | Sumitomo Electric Industries | Ceramic heater for semiconductor manufacturing tool |
| TW200541377A (en) * | 2004-04-28 | 2005-12-16 | Sumitomo Electric Industries | Supporting unit for semiconductor manufacturing device and semiconductor manufacturing device with supporting unit installed |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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