专利名称：陶瓷加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于半导体工业的陶瓷加热器。
背景技术：
半导体产品是通过在半导体晶片上形成光敏树脂作为防蚀涂层，蚀刻半导体晶片等步骤产生的。
该光敏树脂是液体，它通过旋涂机等施加到半导体晶片表面上。为了蒸发溶剂等，树脂必须在涂布后进行干燥。因此，将经过涂布的半导体晶片放入加热器中加热。
迄今为止，用于此目的的是金属制成的加热器，其中在铝板背面上排列了电阻加热元件。
然而，金属制成的这种加热器具有以下问题。
首先，加热板厚度必须厚达15厘米，因为加热器是用金属制成的。这是因为因加热而热膨胀，在薄的金属板中会产生弯曲和应变等，从而使置于金属板上的半导体晶片受损或倾斜。然而，如果使加热板厚度变厚，则会产生加热器变得笨重的问题。
加热温度是通过改变施加给电阻加热元件的电压或电流强度来控制的。然而，如果金属板很厚，则加热板的温度不会立即随电压或电流强度而变。这样，就引起了不易控制温度的问题。
因此，日本公开出版物平9-306642、日本公开出版物平4-324276等提出了陶瓷加热器，其中采用氮化铝(具有高导热性和高强度的非氧化性陶瓷)作为基材，并在该氮化铝基材的表面上或基材内部形成电阻加热元件。
图5示意性地显示了该常规陶瓷加热器的底视图。
在此陶瓷加热器30中，电阻加热元件32在加热板31底面上形成同心式样，如图5所示。数字33表示将电阻加热元件32的两个末端连接到电源等用的外部终端。用于加热半导体晶片的表面(下文称为“晶片加热面”)是放置电阻加热元件32那个面的背面。电阻加热元件32可制成螺旋形。
发明概述然而，在用电阻加热元件32形成这样的同心或螺旋形式的陶瓷加热器30来加热半导体晶片等时，即使电阻加热元件式样的密度在整体上是均匀的，整个晶片加热面的温度也不会均匀。结果，产生了受热半导体晶片的中心部分和其周边部分之间产生温差的问题。
下面参照图6描述上述问题。当热量从同心形式的电阻加热元件传递给加热板时，从大圆环组成的电阻加热元件l2传递热量的区域大于从小圆环组成的电阻加热元件l1传递热量的区域。结果，使加热板表面温度均匀所需的电阻加热元件l2的热量大于电阻加热元件l1达到同样目的所需的热量。
由于这个原因，可以认为，当电阻加热元件制成同样的式样，且施加相同的电功率时，在受加热物体中会产生温度不均匀的现象。
因此，需要根据其是内部还是周边部分来改变施加的电功率。然而，很难进行此种细微的控制。
本发明者对现有技术中的问题进行了深入的研究。结果，本发明者发现，通过使热量不仅沿加热器径向传播而且还沿随机的方向传播，可以使加热板的温度均匀。
本发明者还发现下列现象。由于电阻加热元件是通过印刷形成的，因此在同心或螺旋形式样中产生下列两个部分印刷方向与电阻加热元件形成的方向基本上相互垂直的一个部分；以及这两个方向平行的一个部分。因此，电阻加热元件的垂直于印刷方向的部分与平行于印刷方向的部分之间在厚度上有差异，从而使其欧姆值不同。结果，产生了温度偏差。这一事实也是引起上述问题的一个原因。
例如，就图7所示的电阻加热元件42而言，在该式样中，在印刷方向和形成电阻加热元件的方向基本上相互垂直的区域A，电阻加热元件的厚度较厚。另一方面，在该式样中，在印刷方向和电阻加热元件形成方向几乎相互平行的区域B中，电阻加热元件的厚度较薄。
因此，区域A的欧姆值低，区域B的欧姆值高。
根据上述已经发现在本发明中，通过将同心或螺旋形式样与重复绕线式样组合在一起形成电阻加热元件，就可使加热方向变得随机。具体方法是在圆形陶瓷基材内部(其中央)形成具有常规同心式样的电阻加热元件，然后在其周边部分形成具有与同心式样不同的绕线形式的电阻加热元件；这样，就可在整体上均匀加热半导体晶片。
即，本发明的陶瓷加热器是这样一种陶瓷加热器，其中电阻加热元件排列在圆形陶瓷基材表面或基材内部，其特征在于，电阻加热元件由具有同心或螺旋形式样的电阻加热元件以及具有绕线式样或重复绕线式样的电阻加热元件混合形成。
在本发明中，较佳的是在圆形陶瓷基材的至少周边部分形成具有重复绕线式样的电阻加热元件。
附图简述
图1是显示本发明陶瓷加热器的一个例子的底视图。
图2是显示图1的陶瓷加热器的一部分的局部放大界面图。
图3是显示本发明陶瓷加热器的一部分的局部放大界面图，其中电阻加热元件在加热板内部。
图4是本发明陶瓷加热器中电阻加热元件的另一例子的底视图。
图5是显示常规陶瓷加热器的底视图。
图6是显示导热状态的示意图。
图7是显示怎样印刷电阻加热元件螺旋形式样的说明图。
图8是显示怎样印刷电阻加热元件绕线式样的说明图。
图9是显示一种电阻加热元件式样的底视图，其中部分绕线的式样和螺旋形式样相结合。
附图数字说明10,20陶瓷加热器11,61加热板11a底表面11b晶片加热面12a,12b,22a,22b,22c,22d电阻加热元件42,52,62a,62b,62c,72电阻加热元件13,73外部终端14,74底孔15,75通孔16升降销17金属覆盖层19半导体晶片76镀通孔发明详细公开本发明的陶瓷加热器是这样一种陶瓷加热器，其中电阻加热元件排列在圆形陶瓷基材表面或基材内部，其特征在于，电阻加热元件由具有同心或螺旋形式样的电阻加热元件以及具有绕线式样或重复绕线式样的电阻加热元件混合形成。
根据本发明的陶瓷加热器，上述电阻加热元件是由同心或螺旋形式样与绕线式样或重复绕线式样的混合式样组成的；因此，与在陶瓷基材整个表面上形成同心或螺旋形式样的电阻加热元件相比，可以防止周边部分温度的降低。因此，基材的整个晶片加热面上的温度变得均匀，从而能均匀地加热半导体晶片等。
图8是显示由重复绕线式样组成的电阻加热元件52的平面图。在绕线制成的式样或重复绕线制成的式样中，其绕线部分分为C部和D部，C部中印刷方向与形成电阻加热元件的方向基本上相互垂直，而在D部中，这两个方向是互相平行的。因此，整体上热量变得均匀。由于这个原因，就可减少电阻加热元件52欧姆值差异产生的温度差异。
构成本发明陶瓷加热器的陶瓷基材用非氧化物陶瓷(如氮化物陶瓷或碳化物陶瓷)或氧化物陶瓷制成。在非氧化物陶瓷表面上可以形成氧化物陶瓷作为绝缘层。
这是因为氮化物陶瓷的体积电阻率在高温下易通过例如和氧形成固溶体而降低，而同样只要碳化物陶瓷不是非常纯的，它就会有导电性。因此，通过形成氧化物陶瓷作为绝缘层，即使在高温下，或者即使碳化物陶瓷含有杂质，也能防止电路之间发生短路，因此能够确保温度控制能力。
非氧化物陶瓷具有高的导热性，因此其温度可以迅速升高或降低。因此，非氧化物陶瓷是有益的。另一方面，由于非氧化物陶瓷具有高的导热性，因此容易因电阻加热元件式样而产生温度差异。因此，与氧化物陶瓷相比，在非氧化物陶瓷上通过形成具有如本发明所述式样的电阻加热元件，可使温度均匀的效果更显著。因此，对于非氧化物陶瓷加热板，本发明的结构是特别有益的。
至于陶瓷基材与加热表面相背的面(底面)的表面粗糙度，Ra宜为0.01-20微米，Rmax宜为0.1-200微米。
构成陶瓷基材的氮化物陶瓷例子包括金属氮化物陶瓷，如氮化铝、氮化硅、氮化硼和氮化钛。
碳化物陶瓷的例子包括金属碳化物陶瓷，如碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳化钽和碳化钨。
至于陶瓷基材，也可以采用氧化物陶瓷。例子有氧化铝、氧化硅、堇青石、多铝红柱石、氧化锆、氧化铍等。
氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和氧化物陶瓷可单独使用或两种或多种合用。
其中较佳的是氮化物陶瓷，最佳的是氮化铝。这是因为其导热率最高，为180W/m·K。
非氧化物陶瓷(如氮化物陶瓷或碳化物陶瓷)基材具有高的导热率，因此加热板的表面温度可以随电阻加热元件的温度迅速变化，能够令人满意地控制晶片加热面的温度。另外，其机械强度很高。由于这些原因，加热板不会发生卷曲，所以置于其上的半导体晶片不致受损。
图1是显示本发明陶瓷加热器的一个例子的底视图。图2是显示该例子一部分的局部放大截面图。
加热板11由氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或氧化物陶瓷等制成的圆盘形陶瓷基材组成(在下文中，基材可以指氮化物等制成的陶瓷基材)。为了加热陶瓷基材(它可以称为加热板)的晶片加热面11b，使其整个温度变得均匀，在加热板11底表面11a的内部形成具有同心式样的电阻加热元件12a。另一方面，在加热板11的周边部中形成具有重复绕线式样的电阻加热元件12b。
在内部电阻加热元件12a中，将两根彼此靠近的同心圆连成一条线作为一组。待作为输入/输出终端的外部终端13穿过金属覆盖层17与其两个末端相连。在靠近中央的区域制成通孔15，其中插入了用于支承半导体晶片19的支承销16。另外还制作出其中插入温度测定元件的底孔14。
在图1和2所示的陶瓷加热器10中，电阻加热元件12被排列在加热板11的底表面上。如图3所示，电阻加热元件72可放置在加热板11内部。当电阻加热元件72放置在加热板11内部时，电阻加热元件12形成的式样与电阻加热元件排列在底表面上的方式相同。当电阻加热元件72排列在加热板11的内部时，外部终端73穿过镀通孔76和焊料(未显示)来连接。在加热板11中制作通孔75，使升降销16能插入该孔中。另外制作出底孔74，其中包埋了诸如热电偶等温度测定元件。
在本发明的陶瓷加热器10中，用诸如氮化物等陶瓷作为加热板材料。这根据的是以下原因。陶瓷的热膨胀系数小于金属。因此，即使陶瓷较薄，陶瓷也不会因加热而弯曲或扭曲。因此，加热板11可以是薄而且轻的。
由于加热板11的导热率很高，且加热板本身又很薄，因此加热板11表面温度能随电阻加热元件温度迅速变化。换句话说，可通过改变电压或电流强度来改变电阻加热元件的温度，从而很好地控制加热板11的表面温度。
陶瓷加热器中的加热板11的厚度宜为0.5-5毫米。如果该厚度小于0.5毫米，则其强度降低，加热板易损坏。另一方面，如果该厚度大于5毫米，则不容易传递热量，因而降低了加热效率。
在图1和2显示的陶瓷加热器中，在加热板上的靠内部形成的是同心的电阻加热元件12，但该电阻加热元件也可以是螺旋形的。
另一方面，在周边部分，形成了具有重复绕线式样的电阻加热元件12b。绕线的盘绕重复程度可以是单位长度内有多次盘绕。即，图1中显示的电阻加热元件12b的盘绕数可以有多个。
在图1所示的绕线组成的电阻加热元件12b中，形成了类似于直线的部分，该部分垂直穿过周边部分中画出的虚线A。相反地，在平行于圆周方向上也形成了许多小的绕线，这些类似于直线的部分基本上平行于虚线A。
顺便说一下，靠内部是指从加热板11中心到其半径1/3范围内的圆形部分，另一部分称为周边部。
在本发明中，至少周边部分具有重复绕线式样就已足够了。因此，如图4所示，在由内部螺旋形式样和/或同心式样组成的电阻加热元件22a和22c之间放置了由重复绕线式样组成的电阻加热元件22b和22d。
如图9所示，下列式样也是允许的在加热板61的底表面的周边部形成了这样的式样，其中每个由重复绕线式样组成的电阻加热元件62b置于同心式样组成的电阻加热元件62a之间；同心式样62c和62d在板61的靠内部形成。
形成在氮化物等制成的陶瓷基材表面上或基材内部的电阻加热元件12宜分成两个或多个电路，如图1所示。通过将电路分开，可以控制各电路中的电功率，以便改变加热量。这样，就可以调节加热半导体晶片的表面温度。
在加热板11表面上形成电阻加热元件12的情况下，下列方法是较佳的该方法是将含有金属颗粒的含导电体浆液施加到加热板11的表面上，形成具有给定式样的含导电体的浆液，对其进行锻烧，以便将金属颗粒烧结并烘焙在加热板11的表面上。如果在烧结金属时金属颗粒之间以及陶瓷和金属颗粒之间产生熔融，则烧结就足够了。
当电阻加热元件在加热板11的表面上时，电阻加热元件的厚度宜为1-30微米，更佳的为1-10微米。当电阻加热元件在加热板11的内部时，其厚度宜为1-50微米。
当电阻加热元件在加热板11的表面上时，电阻加热元件的宽度宜为0.1-20毫米，更佳的为0.1-5毫米。当电阻加热元件在加热板11的内部时，电阻加热元件的宽度宜为5-20微米。
电阻加热元件12的欧姆值可根据其宽度或其厚度改变。然而，上述范围是很实用的。欧姆值随电阻加热元件的变薄和变窄而增加。当电阻加热元件12在加热板11内部时，电阻加热元件12的厚度和宽度变得较大。这是因为当电阻加热元件12形成在内部时，加热表面和电阻加热元件12之间的距离较近，因此表面的温度均匀性降低。因此需要加宽电阻加热元件本身的宽度。当电阻加热元件12形成在内部时，不需要考虑与陶瓷(如氮化物)的结合性。因此可以采用高熔点金属(如钨或钼)，或是钨、钼的碳化物等，这样就可使欧姆值变高。由于这些原因，厚度本身可以加宽，以避免断开等问题。这些就是为何电阻加热元件12宜具有上述厚度和宽度的原因。
电阻加热元件12的截面形状可以是矩形或椭圆形的，较佳的是平的。平的截面形状使其能更容易向晶片加热面辐射热量。因此，加热表面不容易产生温度分布。
截面的宽高比(电阻加热元件的宽度/电阻加热元件的厚度)宜为10-5000。
调节到该范围内后，就能增加电阻加热元件12的欧姆值，并使加热表面的温度保持均匀。
在电阻加热元件12的厚度恒定的情况下，如果宽高比小于上述范围，则向加热板11的晶片加热面的传热量变小。这样，就在加热表面上产生了类似于电阻加热元件12式样的热量分布。另一方面，如果宽高比太大，则电阻加热元件12中央上方的部分的温度会升高，从而在加热表面上也产生了类似于电阻加热元件12式样的热量分布。因此，如果考虑温度分布，截面的宽高比宜为10-5000。
当电阻加热元件12在加热板11的表面上时，宽高比宜为10-200。当电阻加热元件12在加热板11内部时，宽高比宜为200-5000。
在电阻加热元件在加热板11内部的情况下，宽高比要大些。这是因为如果电阻加热元件12形成在内部，则加热表面和电阻加热元件12之间的距离较近，因此表面的温度均匀性降低。因此，需要使电阻加热元件12本身变得扁平。
当电阻加热元件12在加热板11内部处于与加热表面和底面距离不相等的位置时，该位置宜靠近背对加热板11加热面的背面(底面)，在从加热表面和底面间距离的50-99％的区域内。
如果确定该区域位置的数值为50％或更低，则其位置太靠近加热面，会引起温度差异。相反，如果该数值超过99％，加热板11本身会卷曲使半导体晶片受损。
当电阻加热元件12排列在加热板11内部时，可形成多个电阻加热元件呈若干层。在这种情况下，各层的式样宜处于这样的状态，即在一些层上形成电阻加热元件12，以使它们相互互补，从而从晶片加热面上方位置观察，任何区域内都有任何一种式样。该结构的较佳例子是交错排列的结构。
电阻加热元件12形成在加热板11内部且一部分电阻加热元件12外露也是允许的。
含有导电体的浆液没有特别限制，较佳的是，该浆液不仅包含用于维持导电性的金属颗粒或导电陶瓷，而且还包含树脂、溶剂、增稠剂等。
金属颗粒宜用例如贵金属(金、银、铂和钯)、铅、钨、钼、镍等制成。这些金属可单独使用或两种或多种合用。这些金属较不易氧化，且具有足以产生热量的欧姆值。
导电陶瓷的例子包括钨和钼的碳化物。这些材料可以单独使用或两种或多种合用。
这些金属颗粒或导电性陶瓷颗粒的粒径宜为0.1-100微米。如果粒径太细，即小于0.1微米，则它们容易被氧化。另一方面，如果粒径大于100微米，则它们不易烧结，因此欧姆值变大。
金属颗粒的形状是球形或鳞片状的。当采用这些金属颗粒时，可以用球形颗粒和鳞片状颗粒的混合物。
当金属颗粒是鳞片状或球形颗粒和鳞片状颗粒的混合物时，金属颗粒之间的氧化物容易被保留，从而确保电阻加热元件12和陶瓷(如氮化物)加热板之间的结合性。另外，欧姆值会变大。因此，这种情况是有益的。
用于含导电体浆液的树脂例子包括环氧树脂和酚醛树脂。溶剂例如是异丙醇等。增稠剂例如是纤维素等。
如上所述，希望在含导电体浆液中的金属颗粒中加入氧化物，将电阻加热元件12制成金属颗粒和氧化物的烧结产物。通过氧化物和金属颗粒一起烧结，构成加热板的陶瓷(如氮化物)可以和金属颗粒紧密结合。
为何通过氧化物能改善与陶瓷(如氮化物)的结合性的原因尚不清楚，但是可认为这是由于下列原因。金属颗粒表面或陶瓷(如氮化物，尤其是非氧化物陶瓷)表面是稍微氧化的，即在其上形成了氧化的膜。烧结这些氧化的膜，并随时氧化物使它们相互成为一体，从而使金属颗粒和陶瓷(如氮化物)彼此紧密结合。
较佳的氧化物例子是选自氧化铅、氧化锌、氧化硅、氧化硼(B2O3)、氧化铝、氧化钇和氧化钛的至少一种。
这些氧化物能提高金属颗粒和陶瓷(如氮化物)之间的结合而不增加电阻加热元件12的欧姆值。
当金属氧化物的总量设为100重量份时，氧化铅、氧化锌、氧化硅、氧化硼(B2O3)、氧化铝、氧化钇和氧化钛的重量份数如下氧化铅1-10；氧化硅1-30；氧化硼5-50；氧化锌20-70；氧化铝1-10；氧化钇1-50；氧化钛1-50。该重量份数宜在使其总量不超过100重量份的范围内调节。
通过调节这些氧化物的含量在上述范围内，电阻加热元件与陶瓷(如氮化物)的粘合性可大大改善。
金属颗粒中金属氧化物的加入量宜为0.1％(重量)或更高，并且低于10％(重量)。当用有此结构的含导电体浆液来形成电阻加热元件12时，面积电阻率宜为1-45mΩ/□。
如果面积电阻率高于45mΩ/□，则对应于一定施加电压的热量会太大，对于电阻加热元件12是在加热板11上的情况，其热量不容易控制。如果金属氧化物的加入量等于或高于10％(重量)，则面积电阻率将超过50mΩ/□，热量就太大。因此，不容易控制温度，使温度分布的均匀性下降。
当电阻加热元件12在加热板11表面上时，宜在电阻加热元件12的表面上形成一层金属覆盖层17。金属覆盖层能防止内部金属烧结产物发生氧化而引起的欧姆值变化。形成的金属覆盖层17的厚度宜为0.1-10微米。
在形成金属覆盖层17的情况下，所用的金属没有特别限制，只要该金属难以氧化即可。其具体例子包括金、银、钯、铂和镍。这些金属可单独使用或两种或多种合用。在这些金属中，镍是较佳的。
在电阻加热元件12中，需要有一个用来将其与电源连接的终端。该终端通过焊料固定在电阻加热元件12上。镍能防止焊料热扩散。连接终端的一个例子是科瓦尔铝合金制成的外部终端13。
当电阻加热元件12在加热板11内部时，不需要覆盖层，因为电阻加热元件12的表面不会被氧化。当电阻加热元件12在加热板11内时，一部分电阻加热元件可外露在表面上。可以在板的一部分上制作出用来连接电阻加热元件12于终端的镀通孔，外部终端可以穿过该孔固定于此上。
当与外部终端13连接时，可用诸如银-铅、铅-锡或铋-锡的合金作为焊料。焊料层的厚度宜为0.1-50微米。这是因为该范围足以维持焊料的连接。
如图2所示，在加热板11中制成通孔15，将升降销16插入该通孔15中，从而可以将半导体晶片转移至图中未示出的载器或是从该载器接受半导体晶片。
加热板有电阻加热元件面的背面是用来加热待加热产品的表面。
如果需要，在本发明中，可将热电偶包埋在陶瓷基材中。这是因为热电偶能测定电阻加热元件的温度，根据所得数据，就能改变电压或电流，从而控制温度。
热电偶金属线连接部的大小与各金属线的导线直径相同或更大，较佳的是为0.5毫米或更小。该结构使连接部的热容量较小，从而能准确迅速地将温度转变成电流值。由于这个原因，温度控制的能力得到改善，从而使晶片加热面的温度分布变小。
热电偶的例子包括JIS-C-1602(1980)中描述的K,R,B,S,E,J和T型热电偶。
本发明加热板的厚度宜为50毫米或更小，特别佳的为20毫米或更小。如果加热板的厚度超过20毫米，则加热板的热容量太大，因此尤其是当装备控温装置来加热或冷却该板时，随温度而变的性能可能会因大的热容量而降低。
另外，在厚度较大(大于20毫米)的加热板中，不容易产生本发明所要解决的温度不均匀的问题。
厚度宜为5毫米或更小。希望厚度为1毫米或更大。
本发明加热板的直径宜为200毫米或更大。特别希望该直径为12英寸(300毫米)或更大。这是因为具有该直径的半导体晶片将成为下一代半导体晶片的主流。另一个原因是在直径为200毫米或更小的加热板中，不易产生本发明所要解决的温度不均匀的问题。
在本发明中，可将待加热的产品直接放在加热表面上，或可在产品与加热表面相隔5-5000微米的状况下进行加热。
下面描述了用来制造本发明陶瓷加热器的方法。
下列描述是用来制造陶瓷加热器(见图1和2)的方法，其中电阻加热元件成形在加热板11的底面上。
(1)制造加热板的步骤如果需要，可将烧结助剂(如氧化钇(Y2O3)或B4C)、含有Na或Ca的化合物、粘合剂等与氮化物(如氮化铝或碳化硅)等制成的陶瓷粉末混合，制成浆料。然后，通过喷雾干燥等将该浆料制成颗粒形式。将颗粒放入模具中，压制成板形等形状。这样，就制得了成形的生体(生坯)。
然后，如果需要，在成形的生坯中做出一部分，该部分将作为通孔(通孔中将插入用来支承半导体晶片的升降销)，或作出一些部分，这些部分将作为底孔(底孔中将包埋温度测定元件如热电偶)。
然后，对该成形的生坯进行加热锻烧至烧结。这样就制成了陶瓷平板。然后，将平板制成给定的形状，得到加热板11。锻烧后的形状也可以就是烧结产品使用时的形状。通过在加压条件下加热锻烧该成形的生坯，可以制得无孔的加热板11。在烧结温度或更高的温度下进行锻烧就足够了。对于氮化物陶瓷而言，锻烧温度为1000-2500℃，对于氧化物陶瓷而言，锻烧温度为1500-2000℃。
(2)将含导电体的浆液印刷到加热板上的步骤含有导电体的浆液通常是含有金属颗粒、树脂和溶剂的液体，粘度很高。该含导电体的浆液通过丝网印刷等方法印刷到待放置电阻加热元件的部位上，形成含导电体的浆液层。由于电阻加热元件必须使整个加热板的温度均匀，因此将含导电体的浆液印刷成图1所示的同心圆和绕线的组合式样。
含导电体的浆液宜成形为这样的形式，使其在锻烧后，获得的电阻加热元件12的截面是矩形且表面平坦。
(3)含导电体的浆液的锻烧对印刷到加热板11底面上的含导电体的浆液进行加热锻烧，除去树脂和溶剂，并使金属颗粒烧结。这样，含有导电体的浆液就被烘焙在加热板11的底面上，形成电阻加热元件12。加热锻烧温度宜为500-1000℃。
当将上述氧化物加入含导电体的浆液中时，金属颗粒、加热板和氧化物被烧结成彼此成为一体。这样，电阻加热元件和加热板之间的结合性得到改善。
(4)形成金属覆盖层的步骤金属覆盖层17宜形成在电阻加热元件12的表面上。金属覆盖层17可通过电镀、无电镀(化学镀)、喷溅镀等来形成。从大规模生产的角度来看，无电镀是最优的。
(5)终端插脚等的连接用焊料将用于连接电源的终端(外部终端13)与电阻加热元件12的两个末端相连。用银焊料、金焊料等将热电偶固定在底孔14中。用耐热树脂(如聚酰亚胺)密封该孔，从而完成了陶瓷加热器的制作。
下面将描述制造图3所示的电阻加热元件72在加热板11内部的陶瓷加热器的方法。
(1)制造加热板的步骤首先，使陶瓷(如氮化物)粉末与粘合剂、溶剂等混合，制得浆料。用该浆料制成生坯板材。
如上所述，可采用诸如氮化物如氮化铝等陶瓷粉末。如果需要，可加入烧结助剂，例如氧化钇或含钠或钙的化合物。
较佳的粘合剂是至少一种选自丙烯酸粘合剂、乙基纤维素、丁基纤维素和聚乙烯醇的粘合剂。
较佳的溶剂是至少一种选自α-萜品油和乙二醇的溶剂。
用刮刀法将这些物质混合获得的浆料成形为板状，制成生的板材。
生板材的厚度宜为0.1-5毫米。
然后，如果需要的话，在得到的生的板材中制得下列部分将作为通孔75的部分，该通孔内将插入用来支承硅晶片的支承销；将作为底孔74的部分，该底孔中将包埋热电偶；将作为通孔76进行电镀的部分，该通孔将用来连接电阻加热元件和外部终端73；等等。也可以行下文所述的对生板材进行层压后，进行上述加工。
(2)将含导电体的浆液印刷到生板材上的步骤将用于形成电阻加热元件的金属浆液或含有导电陶瓷的含导电体浆液印刷到生板材上。此时将印刷式样做成如图1所示的同心圆和绕线的组合式样。
这些含有导电体的浆液含有金属颗粒或导电陶瓷颗粒。
钨颗粒或钼颗粒的平均粒径宜为0.1-5微米。如果平均粒径小于0.1微米或大于5微米，则含导电体的浆液不易印刷。
例如，这种含有导电体的浆液可以是通过混合85-87重量份金属颗粒或导电陶瓷颗粒、1.5-10重量份至少一种选自丙烯酸粘合剂、乙基纤维素、丁基纤维素和聚乙烯醇的粘合剂、1.5-10重量份至少一种选自α-萜品油和乙二醇的溶剂来获得的组合物(浆液)。
(3)对生板材进行层压的步骤将一些未印刷含导电体浆液的生板材层压在印刷有含导电体浆液的生板材的上面和下面。
此时，层压在上面的生板材数目大于层压在下面的生板材数目，从而使电阻加热元件的位置距底面较近。
具体地说，层压在上方的生板材数量宜为20-50，而层压在下方的生板材数量宜为5-20。
(4)锻烧生板材层压物的步骤对生板材层压物进行热压，使生板材和内部的含导电体浆液烧结。
加热温度宜为1000-2000℃，压力宜为100-200kg/cm2。热压在惰性气氛中进行。惰性气体可以用氩气、氮气等。
热压烧结后，可制作出插入温度测定元件的底孔。底孔可通过喷砂处理(如表面抛光后喷砂)来制得。使外部终端73与用于连接内部电阻加热元件的镀通孔76相连，然后加热软熔。该加热温度宜为200-500℃。
另外，可用银焊料、金焊料等将热电偶等温度测定元件装入底孔内，然后用耐热树脂(如聚酰亚胺)密封，从而完成了陶瓷加热器的制造。
本发明的陶瓷加热器可用作晶片检测器的静电卡盘或卡盘上方平台。
实施发明的最佳方式下面将更具体地描述本发明。
(实施例1)(1)对100重量份氮化铝粉末(平均粒径为1.1微米)、4重量份氧化钇(平均粒径为0.4微米)、12重量份丙烯酸粘合剂和乙醇的组合物进行喷雾干燥，制得颗粒粉末。
(2)然后，将该颗粒粉末放入模具内，成形为平板状，获得成形生坯。
(3)在1800℃、20MPa的压力下对经过上述加工处理的成形生坯进行热压，获得厚度为3毫米的氮化铝板。
然后，将该板切成直径为210毫米的圆盘，制得陶瓷板(加热板11)。对该成形体进行钻孔，使一部分成为通孔15(通孔中将插入半导体晶片的支承销)，一部分(直径为1.1毫米，深度为2毫米)成为底孔14(其中将包埋热电偶)。
(4)将含有导电体的浆液通过丝网印刷方法印刷到步骤(3)所得的加热板11上。使印刷式样成为如图1所示的同心圆和绕线的组合的式样。这可以是图4所示的陶瓷加热器20中的式样。
所用的含导电体的浆液是Tokuriki Kagaku Kenkyu-zyo生产的Solvest PS603D，它是用来在印刷电路板中形成镀通孔的。
该含导电体的浆液是银-铅浆液，每100重量份银含有7.5重量份氧化物，这些氧化物包含氧化铅(5％重量)、氧化锌(55％重量)、氧化硅(10％重量)、氧化硼(25％重量)和氧化铝(5％重量)。银颗粒的平均粒径为4.5微米，呈鳞状。
(5)然后，在780℃对其上印刷了含导电体浆液的加热板11进行加热锻烧，以便将含导电体浆液中的银和铅烧结，并将其烘焙到加热板11上。这样，就形成了电阻加热元件12。银-铅电阻加热元件的厚度为5微米，宽度为2.4毫米，面积电阻为7.7mΩ/□。厚度偏差为±0.4微米。然而，该偏差不是局域的。
(6)将步骤(5)中形成的加热板11浸在无电镍沉积浴中，该浴是含80克/升硫酸镍、24克/升次磷酸钠、12克/升乙酸钠、8克/升硼酸和6克/升氯化铵的水溶液，将厚度为1微米的金属覆盖层(镍层)17沉积到银-铅电阻加热元件12的表面上。
(7)通过丝网印刷，将银-铅焊料浆液(Tanaka Kikinzoku kogyo.Co生产)印刷到将与连接电源的外部终端13相连的部分上，形成焊料层。
然后，将科瓦尔铝合金制成的外部终端13置于焊料层上，在420℃下加热软熔，使外部终端13与电阻加热元件的表面相连。
(8)将控制温度用的热电偶装入底孔内，并在其中填入陶瓷粘合剂(Aron陶瓷，Toagosei Co.,Ltd．生产)，从而获得陶瓷加热器10。
(实施例2)(1)用刮刀法将100重量份氮化铝粉末(Tokuyama Corp.，平均粒径1.1微米)、4重量份氧化钇(Y2O3氧化钇，平均粒径0.4微米)、11重量份丙烯酸粘合剂、0.5重量份分散剂和53重量份1-丁醇和乙醇组成的醇混合获得的浆液制成厚度为0.47毫米的生板材。
(2)然后，在80℃下干燥该生板材5小时，然后进行冲孔，形成将作为通孔75的部分(其中将插入如图3所示的用于支承半导体晶片的升降销16等)、将作为通路孔的部分、以及将作为镀通孔76的部分。
(3)混合100重量份平均粒径为1微米的碳化钨颗粒、3.0重量份丙烯酸粘合剂、3.5重量份α-萜品油溶剂和0.3重量份分散剂，制得含导电体的浆液A。
混合100重量份平均粒径为3微米的钨颗粒、1.9重量份丙烯酸粘合剂、3.7重量份α-萜品油溶剂和0.2重量份分散剂，制得含导电体的浆液B。
通过丝网印刷将含导电体的浆液A印刷到生板材上，形成含导电体的浆液层，在该生板材中已制作出将形成通路孔的部分。印刷的式样是如图9所示的螺旋形式样和部分绕线的式样。含导电体浆液层的宽度为10毫米，厚度为12微米。总体上厚度偏差为±0.5微米，但是该偏差不是局域的。
然后，将含导电体的浆液A通过丝网印刷到生板材上，在生板材中已制作出将作为镀通孔的部分，形成用于导电体电路的含导电体的浆液。印刷形式是带状的。
将含导电体的浆液B填入将作为通路孔的部分和将作为镀通孔的部分中。
将37片未印刷含导电体浆液的生板材层叠到经过上述处理、其上印刷了含导电体浆液的一片生板材上。其上印刷了含导电体浆液的生板材是层叠在上述37片生板材层叠物的底部。另外，将12片其上未印刷含导电体浆液的生板材层叠在上述整个层叠物的底部，然后在130℃、8MPa压力下对这些生板材进行层压。
(4)然后，在600℃、氮气下对所得层压物进行去脂处理5小时，在1890℃和15MPa的压力下热压10小时，获得厚3毫米的陶瓷板。将其切成直径为230毫米的圆片，获得加热板11，该加热板11中有厚6微米、宽10毫米的电阻加热元件72以及镀通孔76。
(5)然后，用金刚石磨石对步骤(4)所得加热板11进行抛光，然后在其上放置掩模，通过用SiC等进行喷砂处理，在表面上形成热电偶用的底孔74。
(6)将用来控制温度的热电偶装入底孔74中。在孔内填入氧化硅溶胶，在190℃下使其硬化和胶凝2小时，获得具有电阻加热元件72和通孔76的陶瓷加热器。
(实施例3)(1)对100重量份SiC粉末(平均粒径0.3微米)、0.5重量份B4C作为烧结助剂、12重量份丙烯酸粘合剂以及醇的组合物进行喷雾干燥，制得粉末颗粒。
(2)然后，将该颗粒粉末放入模具内，成形为平板形式，获得生的成形体(生坯)。
(3)在2100℃、18MPa的压力下对经过上述加工处理的成形生坯进行热压，获得厚3毫米的SiC陶瓷板。
然后，从该板切出直径为210毫米的圆片，制得加热板。
在加热板上施加玻璃浆液(Shouei Chemical Products Co.,Ltd．生产，G-5232N)，在1000℃下对该加热板锻烧1小时，在SiC陶瓷基材上形成厚度为2微米的氧化硅薄膜。
对该成形体进行钻孔，制作出将作为通孔(其中将插入用于半导体晶片的升降销)的部分、将作为底孔(其中将包埋热电偶)的部分(直径为1.1毫米，深度为2毫米)。
(4)通过丝网印刷将含导电体浆液印刷到步骤(3)所得的加热板上。印刷式样是如图1所示的同心圆和绕线的组合式样。
所用的含导电体的浆液是下列组成90重量份鳞状银粉(Shouei ChemicalProducts Co.,Ltd.,Ag-540)、10重量份铂针状晶体(Shouei Chemical Products Co.,Ltd.,Pt-401)、7.5重量份氧化硅、1.5重量份氧化硼、6重量份氧化锌和30重量份乙酸纤维素作为有机载体。
(5)然后，在780℃下对其上印刷有含导电体浆液的陶瓷基材进行加热锻烧，使含导电体浆液中的银和铂烧结，并将其烘焙到基材上。这样，就形成了电阻加热元件。该电阻加热元件厚5微米，宽10毫米，面积电阻率为0.13mΩ/□。整体上厚度偏差为±0.5微米。然而，该偏差不是局域的。
(6)将步骤(5)中形成的基材浸在无电镍沉积浴中，该浴是含有80克/升硫酸镍、24克/升次磷酸钠、12克/升乙酸钠、8克/升硼酸和6克/升氯化铵的水溶液，将厚度为1微米的金属覆盖层(镍层)17沉积到银-铅电阻加热元件12的表面上。
(7)通过丝网印刷，将银-铅焊料浆液(Tanaka Kikinzoku kogyo.Co生产)印刷到将与连接电源的外部终端13相连的部分上，形成焊料层。
然后，将科瓦尔铝合金制成的终端插脚置于焊料层上，在420℃下加热软熔，使外部终端13与电阻加热元件的表面相连。
(8)将控制温度的热电偶装入底孔内，并在其中填入陶瓷粘合剂(Aron陶瓷，Toagosei Co.,Ltd．生产)，从而获得陶瓷加热器。
(试验例)用与实施例1相同的方式制得陶瓷加热器，不同的是对100重量份氮化铝粉末(平均粒径1.1微米)、4重量份氧化钇(平均粒径0.4微米)、12重量份丙烯酸粘合剂和乙醇制成的组合物进行喷雾干燥，制得颗粒粉末。
(对比例1)
(1)用与实施例1相同的方式制得陶瓷加热器，不同的是将含导电体浆液印刷成其电阻加热元件式样与图5所示的陶瓷加热器30相同。其厚度为6微米，但是其偏差达±0.4微米。另外，该厚度偏差表现为在垂直于印刷方向的方向上较厚，而沿平行于印刷方向的方向上较薄。所有该厚度偏差有局域性。
然后，给实施例和对比例获得的前述那些陶瓷加热器通以电流，使其中心部的温度升高至200℃，然后测定中心部和周边部(自边缘向中央距离20毫米的点)之间的温差ΔT。另外测定温度升高至200℃的时间。
结果，实施例1-3以及试验例所得陶瓷加热器的数据如下ΔT=0.5℃(实施例1)，ΔT=0.5℃(实施例2)，ΔT=0.4℃(实施例3)，ΔT=0.8℃(试验例)。因此，中心部和周边部之间的温差并不很大。而对比例1所得陶瓷加热器的ΔT为3℃，即中心部和周边部之间有较大的温差。
温度升高至200℃的时间如下30秒(实施例1)、32秒(实施例2)、40秒(实施例3)和5分钟(试验例)。对比例1的时间为30秒。
上述结果表明，考虑到温度升高时间等因素，采用非氧化物陶瓷比采用氧化物陶瓷更为有利。
工业实用性如上所述，根据本发明，在加热板的中心部形成具有同心或螺旋形式样的电阻加热元件，而在其周边部形成具有重复绕线式样的电阻加热元件，就能够抑制晶片加热面周边部的温度降低，从而能对受加热物体即半导体晶片进行均匀地加热。
权利要求
1．一种陶瓷加热器，其中电阻加热元件排列在圆盘形陶瓷基材表面上或基材内部，其特征在于，所述电阻加热元件由具有同心或螺旋形式样的电阻加热元件与具有绕线式样的电阻加热元件混合形成。
2．一种陶瓷加热器，其中电阻加热元件排列在圆盘形陶瓷基材表面上或基材内部，其特征在于，所述电阻加热元件由具有同心或螺旋形式样的电阻加热元件与具有重复绕线式样的电阻加热元件混合形成。
3．根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，其中至少在圆盘形陶瓷基材的周边部形成具有绕线式样或重复绕线式样的电阻加热元件。
4．根据权利要求1至3任一项所述的陶瓷加热器，其中所述陶瓷加热器由非氧化物陶瓷制成。
5．根据权利要求1至3任一项所述的陶瓷加热器，其中所述陶瓷基材由氮化物陶瓷制成。
6．根据权利要求1至3任一项所述的陶瓷加热器，其中所述陶瓷基材由碳化物陶瓷制成。
全文摘要
本发明的目的是提供能均匀地加热整个加热物体的陶瓷加热器。本发明的陶瓷加热器是这样一种陶瓷加热器,其中电阻加热元件排列在圆盘形陶瓷基材表面上或基材内部,其特征在于该电阻加热元件是具有同心或螺旋形式样的电阻加热元件与具有重复绕线式样的电阻加热元件的组合。
文档编号H01L21/02GK1320351SQ00801653
公开日2001年10月31日 申请日期2000年8月9日 优先权日1999年8月10日
发明者伊藤康隆, 古川正和 申请人:Ibiden股份有限公司