陶瓷加热器的制作方法

本发明涉及一种陶瓷加热器。

背景技术：

一直以来，作为陶瓷加热器，公知一种具备陶瓷制的板和陶瓷制的筒状轴的陶瓷加热器，陶瓷制的板具有载置晶片的晶片载置面并内置有电阻发热体，陶瓷制的筒状轴与板的与晶片载置面相反一侧的面(背面)接合(例如参照专利文献1)。在这样的陶瓷加热器中，在采用内部堵塞的实心轴(例如圆柱状的轴)的情况下，在配置向电阻发热体供电的供电部件时，需要在实心轴设置用于插通该供电部件的贯通孔，但若采用筒状轴，则不需要设置这样的贯通孔。并且，在实心轴的情况下，有过多地吸热而板的中央部分变得过冷的倾向，刚性变得过高，因而当施加了应力时容易破损，但若采用筒状轴则能够抑制上述问题。在使板与筒状轴为一体时，例如采用固相接合。在该情况下，预先在筒状轴的端部并向半径外方向设有凸缘。在固相接合中，通过对板的背面、筒状轴的凸缘面进行研磨加工等来使表面粗糙度ra变小，并在各面涂敷衍接合辅助剂的溶液，并在使各面抵接的状态下进行加压加热来进行接合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-40422号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，通过对板的背面整个面进行研磨加工等来减小表面粗糙度并不高效。并且，在固相接合中，以朝向板施加了载荷的状态对筒状轴的凸缘加热进行接合，但此时，需要不在凸缘产生裂缝。另外，在陶瓷加热器的使用中，反复进行温度上升和温度下降，由此也需要抑制在凸缘产生裂缝。

本发明是为了解决这样的课题而完成的，其主要目的在于提供一种难以产生裂缝等破损的陶瓷加热器。

用于解决课题的方案

本发明的陶瓷加热器具备：具有载置晶片的晶片载置面并内置有电阻发热体的陶瓷制的板；和与上述板的与上述晶片载置面相反一侧的背面接合的陶瓷制的筒状轴，上述陶瓷加热器的特征在于，

在上述板的背面具有有底的圆形凹部，

上述筒状轴具有从板侧端部的外周面向半径外方向突出的板侧凸缘，

上述筒状轴的板侧端部的端面的整个面与上述板的背面中的上述圆形凹部的外侧的接合区域接合，

上述筒状轴的板侧端部的开口的直径d1、上述筒状轴的上述板侧凸缘的内径d2、以及上述板的上述圆形凹部的直径d1满足d2≥d1≥d1。

在该陶瓷加热器中，设于板的背面的圆形凹部的外侧成为接合区域。因此，即使需要在接合区域实施表面加工，由于不需要在圆形凹部的底面实施表面加工，因而与在板的背面整个面实施表面加工的情况相比，作业负担较少。并且，筒状轴的板侧端部的开口的直径d1、筒状轴的板侧凸缘的内径d2、以及板的圆形凹部的直径d1满足d2≥d1≥d1。在接合板与筒状轴时，即使以对筒状轴的板侧凸缘朝向板地施加载荷的状态进行加热来接合，由于筒状轴的板侧端部的端面整个面与圆形凹部的外侧的接合区域接触，所以在板侧凸缘不容易产生裂缝。并且，即使在陶瓷加热器的使用中反复进行温度上升与温度下降，也难以在板侧凸缘产生裂缝。

本发明的陶瓷加热器也可以构成为，在上述板的背面具有环状的突起，上述圆形凹部是上述突起的内侧的区域，上述接合区域是上述突起的表面的一部分或者全部。这样，即使需要在接合区域实施表面加工，由于接合区域是环状的突起的表面的一部分或者全部，所以实施表面加工的面积更少即可。另外，能够获得适于接合的平滑的表面状态。

此处，环状的突起的外周壁的立起部是在反复陶瓷加热器的温度上升与温度下降时应力集中的部位。因此，若板与筒状轴的接合面接近该立起部，则有在接合面附近产生裂缝的担忧。因此，通过使突起的外周壁的高度比突起的内周壁的高度高，使板与筒状轴的接合面离开突起的外周壁的立起部，来防止在接合面附近产生裂缝，而为优选。例如突起的外周壁的高度也可以为1.5mm以上3mm以下。

在本发明的陶瓷加热器中，圆形凹部的深度优选为0.1mm以上0.5mm以下。由于在圆形凹部的外侧的接合区域实施表面加工时的切削量为几μm～几十μm，所以圆形凹部的深度为0.1mm以上就足够。并且，若圆形凹部的深度为0.5mm以下，则能够缩短在板的背面形成圆形凹部所需的时间，并且圆形凹部的侧壁的表面积不会变得过大，因而散热量不会变得过多。

在本发明的陶瓷加热器中，上述筒状轴的板侧端部的开口缘也可以被倒角。这样，由于利用倒角能够调整筒状轴的板侧端部的开口的直径d1，所以能够较为容易地满足上述的关系式。

附图说明

图1是实施方式的陶瓷加热器10的纵剖视图。

图2是示出使筒状轴30的接合面与板20的接合面重叠的状况的立体图。

图3是板20与筒状轴30的接合工序图。

图4是比较形态的陶瓷加热器110的纵剖视图。

图5是板120与筒状轴30的接合工序图。

图6是其它实施方式的陶瓷加热器210的纵剖视图。

图7是其它实施方式的陶瓷加热器310的纵剖视图。

图8是陶瓷加热器10的变形例的局部放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明优选的实施方式进行说明。图1是陶瓷加热器10的纵剖视图(以包含中心轴的面剖切陶瓷加热器10时的剖视图)，图2是示出使筒状轴30的接合面与板20的接合面重叠的状况的立体图，图3是板20与筒状轴30的接合工序图。

陶瓷加热器10用于对实施蚀刻、cvd等处理的晶片进行加热，设置在未图示的真空腔内。该陶瓷加热器10具备能够载置晶片的板20和支撑板20的筒状轴30。

板20是内置电阻发热体22的陶瓷制的圆板。板20的表面成为载置晶片的晶片载置面20a。在板20的与晶片载置面20a相反一侧的背面20b具有扁平的环状的突起24。板20的背面20b中的环状的突起24的内侧的区域成为有底的圆形凹部23。此外，圆形凹部23的底面与板20的背面20b中的突起24的外侧的面可以是相同高度，也可以是不同高度。作为陶瓷，没有特别限定，例如可以举出以氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅等作为原料的陶瓷。电阻发热体22呈线圈形状、带形状、网状、板状或者薄膜状，例如利用以w、mo、ti、si、ni的单体或者化合物(碳化物等)作为主成分的材料、组合上述材料后的材料、或者上述材料与板20所使用的陶瓷原料的混合材料等来制成。电阻发热体22布线成从一端至另一端以一笔描绘的要领遍及晶片载置面20a的整个区域。电阻发热体22的一端和另一端分别与从板20的背面20b向筒状轴30的内部空间露出的供电端子(图示省略)连接。一对供电端子经由各自连接的棒状的供电部件(图示省略)而与外部电源(图示省略)连接。棒状的供电部件配置在筒状轴30的内部空间。若从电阻发热体22的外部电源向电阻发热体22供电，则电阻发热体22发热并对载置于晶片载置面20a的晶片进行加热。

筒状轴30是陶瓷制的筒状部件，与板20的背面20b接合。筒状轴30具有从板侧的端部的外周面向半径外方向突出的板侧凸缘32和从与板侧的端部相反一侧的端部的外周面向半径外方向突出的相反侧凸缘34。筒状轴30的板侧端部的端面30a的整个面与板20的突起24的水平面部分24a(圆形凹部23的外侧的接合区域)接合。筒状轴30的板侧端部的开口的直径d1、板侧凸缘32的内径d2、以及板20的圆形凹部23的直径d1满足d2≥d1≥d1。筒状轴30成为接近板侧端部的部分向半径外方向鼓出的形状。相反侧凸缘34的外径d3比板侧凸缘32的内径d2小(d3＜d2)。板侧凸缘32的外径与环状的突起24的外径相同。其中，也可以使板侧凸缘32的外径比环状的突起24的外径小。

接下来，使用图2及图3对板20与筒状轴30的接合方法进行说明。此处，以固相接合板20与筒状轴30的情况为例进行说明。在日本专利第2783980号、日本专利第4070752号、日本专利第3316167号等中详述固相接合的详细内容。

首先，将板20的环状的突起24的水平面部分24a和筒状轴30的板侧端部的端面30a研磨加工成预定表面粗糙度ra(例如0.4μm以下)。而且，根据需要对水平面部分24a及端面30a中的一方或双方涂敷接合辅助剂的溶液(例如硝酸钇水溶液等)。

接着，以突起24朝上的方式将板20载置于作业台(图示省略)，并使板20的水平面部分24a与筒状轴30的端面30a重叠。此时，以筒状轴30的端面30a的整个面与板20的水平面部分24a接触的方式进行重叠。并且，以板20的中心轴与筒状轴30的中心轴一致的方式进行重叠。

接着，从筒状轴30的与板侧端部相反一侧的端部插入加压筒40。此时，加压筒40的下端面成为与板侧凸缘32的背面接触的状态。加压筒40的内径与板侧凸缘32的内径d2大致相同且比相反侧凸缘34的外径d3大，加压筒40的外径与板侧凸缘32的外径大致相同。因此，能够容易地将加压筒40插入至筒状轴30。加压筒40的高度比筒状轴30高。

接着，在加压筒40的上端面载置平衡锤42。将其设于加热炉内，在惰性气体环境气氛下，升温至预定高温(例如1800～2000℃)，在该温度维持预定时间，之后进行降温。由于在加热状态下由平衡锤42对两接合面(水平面部分24a和端面30a)施加按压力，所以板20与筒状轴30的陶瓷彼此固相接合。这样，即使在对筒状轴30的板侧凸缘32施加了载荷的状态下进行加热来接合，由于筒状轴30的端面30a的整个面与圆形凹部23的外侧的接合区域(即突起24的水平面部分24a)接触，所以也难以在板侧凸缘32产生裂缝。并且，即使在陶瓷加热器10的使用中反复进行温度上升和温度下降，也难以在板侧凸缘32产生裂缝。

另一方面，图4是比较形态的陶瓷加热器110的纵剖视图。陶瓷加热器110的板120的表面是晶片载置面120a，在背面120b具有环状的扁平的突起124。筒状轴30的板侧凸缘32的外径与突起124的外径相同。突起124的内侧的区域(即圆形凹部123)的内径d1比筒状轴30的板侧端部的开口的直径d1大，且比板侧凸缘32的内径d2大。也就是说，d1＞d1，d1＞d2，不满足d2≥d1≥d1。筒状轴30的端面30a从突起124的水平面部分124a伸出。此外，图4中对与上述的实施方式相同的构成要素标注相同的符号。比较形态的陶瓷加热器110也通过接合板120与筒状轴30来制造。在与上述的实施方式相同地利用加压筒40和平衡锤42来进行固相接合的情况下，如图5所示，若在加热状态下对筒状轴30的板侧凸缘32朝向板120地施加载荷，则筒状轴30的端面30a的内侧压入圆形凹部123，在端面30a中与圆形凹部123的边缘接触的部分产生裂缝c。并且，即使在接合时未产生裂缝，若在陶瓷加热器110的使用中反复进行温度上升和温度下降，则也会因热历史而产生裂缝c。

在以上说明的陶瓷加热器10中，板20中的圆形凹部23的外侧部分成为接合区域。因此，即使需要在接合区域实施表面加工等，也不需要在圆形凹部23的底面实施表面加工，因而与在板20的背面整个面实施表面加工的情况相比，作业负担变少。并且，筒状轴30的板侧端部的开口的直径d1、板侧凸缘32的内径d2、以及板20的圆形凹部23的直径d1满足d2≥d1≥d1。在接合板20与筒状轴30时，即使在对筒状轴30的板侧凸缘32朝向板20地施加了载荷的状态下进行加热来接合，由于筒状轴30的端面30a的整个面与圆形凹部23的外侧的接合区域接触，所以也难以在板侧凸缘32产生裂缝。并且，即使在陶瓷加热器10的使用中反复进行温度上升和温度下降，也难以在板侧凸缘32产生裂缝。

并且，在板20的背面具有环状的突起24，圆形凹部23是突起24的内侧的区域，接合区域是突起24的水平面部分24a的一部分。因此，在需要在接合区域实施表面加工的情况下，由于在水平面部分24a进行表面加工即可，所以加工面积可以更少。

圆形凹部23的深度优选为0.1mm以上0.5mm以下。由于在圆形凹部23的外侧的接合区域实施表面加工时，切削量为几μm～几十μm，所以圆形凹部23的深度为0.1mm以上就足够。并且，若圆形凹部23的深度为0.5mm以下，则能够缩短在板20的背面20b形成圆形凹部23所需的时间，并且圆形凹部23的侧壁的表面积不会过大，没有散热量不会变得过多。

此外，本发明对上述的实施方式不做任何限定，当然在属于本发明的技术范围的范围内，能够以各种方式来实施。

例如，在上述的实施方式中，对固相接合板20与筒状轴30的情况进行了说明，但也可以用固相接合以外的方法来接合，例如也可以采用tcb接合(thermalcompressionbonding，热压接合)。例如在日本专利第5008875号等中详述tcb接合的详细内容。在tcb接合中，使用软质金属的接合材料。作为软质金属，可以举出铝、铝合金等。铝合金优选含有0.5～5重量％的镁(mg)。接合温度设定为不足软质金属的液相线。并且，接合温度优选设定为从软质金属的固相线减去30℃后的温度(固相线－30℃)以上。另外，优选将板20与筒状轴30的热压接中的压力设定为4.9～19.8mpa。即使在采用了tcb接合的情况下，也获得与上述的实施方式相同的效果。

在上述的实施方式中，也可以使环状的突起24的内径(即圆形凹部23的内径d1)与筒状轴30的板侧端部的开口的直径d1相同。即使如此，也获得与上述的实施方式相同的效果。

在上述的实施方式中，在板20的背面20b设有环状的突起24并将该突起24的内侧的区域作为圆形凹部23，但也可以如图6所示的陶瓷加热器210那样，不设置突起24，在板220的背面220b设置与板220同心圆的圆形凹部223。此外，图6中，对与上述的实施方式相同的构成要素标注相同的符号。对于陶瓷加热器210，若满足d2≥d1≥d1，则也获得与上述的实施方式相同的效果。

在上述的实施方式中，筒状轴30的板侧端部的开口缘未被倒角，但也可以如图7所示的陶瓷加热器310那样，对筒状轴30的板侧端部的开口缘实施斜切倒角(c倒角)来设置锥形部336。图7中，与上述的实施方式相比，筒状轴30的板侧端部的开口的直径d1变小与实施斜切倒角相应的量，板侧端部的端面330a的面积也变小。此外，图7中，对与上述的实施方式相同的构成要素标注相同的符号。对于陶瓷加热器310，若满足d2≥d1≥d1(图7中d2＝d1＝d1)，则也获得与上述的实施方式相同的效果。此外，也可以对开口缘实施圆弧倒角(r倒角)来代替实施斜切倒角。并且，图7中，也可以不设置环状的突起24而设置图6所示的有底的圆形凹部223。

在上述的实施方式中，示出在板20内置有电阻发热体22的情况的例子，但也可以在板20除了设置电阻发热体22之外还内置有静电电极或者内置有高频电极。静电电极是用于将晶片吸附于晶片载置面20a的电极，高频电极是用于产生等离子体的电极。

在上述的实施方式中，如图8所示，也可以使环状的突起24的外周壁24b的高度h1(从水平面部分24a至板20的背面20b中的突起24的内侧的区域为止的高度)比突起24的内周壁24c的高度h2(从水平面部分24a至板20的背面20b中的突起24的外侧的区域为止的高度)高。高度h2与圆形凹部23的深度相同。此外，图8中，对与上述的实施方式相同的构成要素标注相同的符号。突起24的外周壁24b的立起部24d是在反复陶瓷加热器10的温度上升与温度下降时应力集中的部位。因此，若板20与筒状轴30的接合面接近突起24的外周壁24b的立起部24d，则有在接合面附近产生裂缝的担忧。由此，如图8所示，通过使突起24的外周壁24b的高度h1比突起24的内周壁24c的高度h2高，并使板20与筒状轴30的接合面离开突起24的外周壁24b的立起部24d，来防止在接合面附近产生裂缝，而为优选。突起24的外周壁的高度h1优选为1.5mm以上3mm以下。突起24的内周壁的高度h2如上所述地优选为0.1mm以上0.5mm以下。为了缓和应力集中，立起部24d优选被斜切倒角(c倒角)或者圆弧倒角(r倒角)。

本申请将在2018年7月13日申请的日本专利申请第2018-132826号作为主张优先权的基础，并通过引用在本说明书中包括其所有内容。

工业上的可利用性

本发明能够利用于能够加热晶片的陶瓷加热器。

符号的说明

10、110、210、310—陶瓷加热器，20、120、220—板，20a、120a—晶片载置面，20b、120b、220b—背面，22—电阻发热体，23、123、223—圆形凹部，24、124—突起，24a、124a—水平面部分，24b—外周壁，24c—内周壁，24d—立起部，30—筒状轴，30a、330a—端面，32—板侧凸缘，34—相反侧凸缘，40—加压筒，42—平衡锤，336—锥形部。