陶瓷加热器及其制法的制作方法

1.本发明涉及陶瓷加热器及其制法。


背景技术：

2.以往，作为陶瓷加热器，已知在具有晶片载置面的圆盘状的陶瓷基体的内周侧和外周侧分别独立地埋入有电阻发热体的、被称为双区加热器的陶瓷加热器。例如在专利文献1中公开了图9所示的带轴的陶瓷加热器410。该带轴的陶瓷加热器410利用外周侧热电偶450来测定陶瓷基体420的外周侧的温度。热电偶引导件432是筒状部件，在直轴440的内部从下方向上方笔直地延伸后弯曲成圆弧状，从而进行90
°
转向。该热电偶引导件432安装于在陶瓷基体420背面中被直轴440所包围的区域设置的狭缝427a中。狭缝427a构成热电偶通路427的入口部分。外周侧热电偶450插入热电偶引导件432的筒内并到达热电偶通路427的末端位置。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利第5501467号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.但是，在陶瓷加热器410中，晶片载置面420a与外周侧热电偶450是离开的。因此，在载置了晶片的状态下进行测温时，晶片的实际温度与外周侧热电偶450的测温结果不同，无法由外周侧热电偶450准确地测定晶片的温度。
8.本发明是为了解决这样的课题而完成的，其主要目的在于利用热电偶准确地进行晶片温度的测定。
9.用于解决课题的方案
10.本发明的陶瓷加热器具备：
11.圆盘状的陶瓷基体，其在上表面具有晶片载置面；
12.电阻发热体，其埋设于所述陶瓷基体中；
13.筒状轴，其从所述陶瓷基体的下表面支撑所述陶瓷基体；
14.热电偶通路，其设置在所述电阻发热体与所述晶片载置面之间且从所述陶瓷基体的内部的中心侧的起点位置到达外周侧的末端位置；以及
15.热电偶插入孔，在所述陶瓷基体的所述下表面中被所述筒状轴包围的轴内区域开口，并与所述热电偶通路连通。
16.在本发明的陶瓷加热器中，在使用热电偶测定晶片的温度时，将热电偶从热电偶插入孔的开口插入到设置在电阻发热体与晶片载置面之间的热电偶通路中。并且，将热电偶的测温部(前端)配置在陶瓷基体的外周侧的末端位置。该末端位置位于电阻发热体与晶片载置面之间。因此，与以往相比热电偶的测温部配置在晶片附近。因此，能够利用热电偶
准确地测定晶片温度。
17.在本发明的陶瓷加热器中，所述陶瓷基体也可以具有：上侧板，其在上表面侧具有所述晶片载置面；以及下侧板，其埋设有所述电阻发热体且设置于所述上侧板的下表面侧，所述热电偶通路由设置于所述上侧板的下表面的上侧板槽和覆盖所述上侧板槽的所述下侧板形成，所述热电偶插入孔设置为在厚度方向上贯通所述下侧板。这样的话，通过将上侧板槽与热电偶插入孔的位置对齐而在上侧板的下表面侧设置下侧板，从而能够得到能将热电偶插入电阻发热体与晶片载置面之间的陶瓷加热器。在该情况下，所述热电偶插入孔的宽度可以小于所述热电偶通路中与所述热电偶插入孔连通的部分的宽度。这样的话，在将上侧板与下侧板接合时，能够容许上侧板槽与热电偶插入孔的位置偏移。
18.在本发明的陶瓷加热器中，所述陶瓷基体也可以具有：上侧板，其在上表面侧具有所述晶片载置面；以及下侧板，其埋设有所述电阻发热体且设置于所述上侧板的下表面侧，所述热电偶通路由设置于所述下侧板的上表面的下侧板槽和覆盖所述下侧板槽的所述上侧板形成，所述热电偶插入孔设置为以与所述热电偶通路连通的方式在厚度方向上贯通所述下侧板。这样的话，通过在上侧板的下表面侧设置下侧板，能够容易地得到能将热电偶插入电阻发热体与晶片载置面之间的陶瓷加热器。
19.在本发明的陶瓷加热器中，所述电阻发热体也可以是在从设置于所述陶瓷基体的中央部的一对端子中的一方出发，在多个折返部折返并配线之后到达所述一对端子中的另一方的形状，所述热电偶插入孔利用所述折返部彼此相对的不存在发热体的区域而设置。这样的话，能够确保设置热电偶插入孔时的加工余隙。
20.在本发明的陶瓷加热器中，所述电阻发热体也可以是从设置于所述陶瓷基体的中央部的一对端子中的一方向所述陶瓷基体的外周部延伸出并配线于所述外周部之后，从所述外周部到达所述一对端子中的另一方的形状，所述热电偶插入孔利用从所述一对端子分别向所述外周部延伸出的所述电阻发热体的跳线彼此相对的不存在发热体的区域而设置。这样的话，能够确保设置热电偶插入孔时的加工余隙。
21.在本发明的陶瓷加热器中，优选所述热电偶插入孔与所述电阻发热体的间隔以及所述热电偶通路与所述电阻发热体的间隔为3mm以上。这样的话，容易维持热电偶通路与电阻发热体之间的绝缘性、热电偶插入孔与电阻发热体之间的绝缘性。
22.在本发明的陶瓷加热器也可以具备插入所述热电偶通路中的热电偶。这样的话，热电偶的测温部配置在电阻发热体与晶片载置面之间，因此能够利用热电偶准确地测定晶片温度。在该情况下，也可以具备热电偶引导件，该热电偶引导件安装于所述热电偶插入孔，并引导所述热电偶插入所述热电偶通路，所述热电偶被所述热电偶引导件引导而插入所述热电偶通路中。
23.本发明的第一陶瓷加热器的制法包括：
24.(a)从在上表面侧具有晶片载置面的上侧板的下表面的中心侧的起点位置到外周侧的末端位置为止设置上侧板槽的工序；
25.(b)设置在厚度方向上贯通埋设有电阻发热体的下侧板的热电偶插入孔的工序；
26.(c)以使所述上侧板槽与所述热电偶插入孔一致的方式将所述上侧板和所述下侧板一体化的工序。
27.在第一陶瓷加热器的制法中，通过将上侧板槽与热电偶插入孔的位置对齐而将上
侧板与下侧板一体化，从而能够制造能将热电偶插入电阻发热体与晶片载置面之间的陶瓷加热器。另外，“一体化”例如通过接合、粘接、压接等来进行。
28.在本发明的第一陶瓷加热器的制法中，在所述工序(b)中，也可以将所述热电偶插入孔的宽度设置为小于所述上侧板槽的宽度。这样的话，在将上侧板与下侧板一体化时，能够容许上侧板槽与热电偶插入孔的位置偏移。
29.本发明的第二陶瓷加热器的制法包括：
30.(a)从埋设有电阻发热体的下侧板的上表面的中心侧的起点位置到外周部的末端位置为止设置下侧板槽的工序；
31.(b)以与所述下侧板槽连通的方式设置在厚度方向上贯通所述下侧板的热电偶插入孔的工序；
32.(c)将所述下侧板的上表面和在上表面具有晶片载置面的上侧板的下表面一体化的工序。
33.在本发明的第二陶瓷加热器的制造方法中，通过将上侧板和下侧板一体化，从而能够制造能将热电偶插入电阻发热体与晶片载置面之间的陶瓷加热器。
附图说明
34.图1为陶瓷加热器10的立体图。
35.图2为图1的a
‑
a的截面图。
36.图3为图1的b
‑
b的截面图。
37.图4为图3的局部放大图。
38.图5为表示陶瓷加热器10的制造方法的一例的图。
39.图6为表示陶瓷加热器110的制造方法的一例的图。
40.图7为陶瓷加热器110的截面图。
41.图8为陶瓷加热器210的截面图。
42.图9为陶瓷加热器410的截面图。
具体实施方式
43.以下，参照附图对本发明的合适的实施方式进行说明。图1是陶瓷加热器10的立体图，图2是图1的a
‑
a截面图，图3是图1的b
‑
b截面图。另外，在本说明书中，“上”、“下”并不表示绝对的位置关系，而是表示相对的位置关系。因此，根据陶瓷加热器的朝向，“上”、“下”会成为“左”、“右”或“前”、“后”。
44.陶瓷加热器10用于对实施蚀刻、cvd等处理的晶片w进行加热，设置在未图示的真空腔内。该陶瓷加热器10具备：具有晶片载置面20a的圆盘状的陶瓷基体20、以及接合在陶瓷基体20的与晶片载置面20a相反侧的面(下表面)20b上的筒状轴40。
45.陶瓷基体20是由氮化铝、氧化铝等为代表的陶瓷材料构成的圆盘状的板。陶瓷基体20的直径没有特别限定，例如为300mm左右。陶瓷基体20由与陶瓷基体20呈同心圆状的假想边界20c(参照图3)而分成小圆形的内周侧区域z1和圆环状的外周侧区域z2。在陶瓷基体20的内周侧区域z1埋设有内周侧电阻发热体22，在外周侧区域z2埋设有外周侧电阻发热体24。电阻发热体22、24例如由以钼、钨或碳化钨为主成分的线圈构成。如图2所示，陶瓷基体
20通过将上侧板p1与下侧板p2进行面接合而制作。这一点将在后面详细叙述。
46.筒状轴40与陶瓷基体20同样地由氮化铝、氧化铝等陶瓷形成。筒状轴40的上端的凸缘部40a扩散接合于陶瓷基体20。
47.如图3所示，内周侧电阻发热体22形成为：从一对端子22a、22b中的一方出发，以一笔画的要领在多个折返部折返并在几乎整个内周侧区域z1中配线后，到达一对端子22a、22b中的另一方。一对端子22a、22b设置于轴内区域20d(陶瓷基体20的下表面20b中的筒状轴40的内侧区域)。在一对端子22a、22b上分别接合有金属制(例如ni制)的供电棒42a、42b。
48.如图3所示，外周侧电阻发热体24形成为：从一对端子24a、24b中的一方向陶瓷基体20的外周侧区域z2延伸出，以一笔画的要领在多个折返部折返并在几乎整个外周侧区域z2配线后，从外周侧区域z2到达一对端子24a、24b中的另一方。一对端子24a、24b设置于陶瓷基体20的下表面20b的轴内区域20d。在一对端子24a、24b上分别接合有金属制(例如ni制)的供电棒44a、44b。另外，将外周侧电阻发热体24中的从一对端子24a、24b分别向外周侧区域z2延伸出的部分称为跳线24c、24d。
49.如图2所示，在陶瓷基体20的内部，在晶片载置面20a与电阻发热体22、24之间与晶片载置面20a平行地设置有用于插入外周侧热电偶50的长孔形状的热电偶通路27。另外，热电偶通路27从陶瓷基体20内部的中心侧的起点位置s朝向陶瓷基体20的外周部的末端位置e直线地延伸。在陶瓷基体20中，从轴内区域20d到热电偶通路27的部分成为用于嵌入热电偶引导件32的弯曲部34前端的长槽形状的热电偶插入孔26。热电偶插入孔26在轴内区域20d开口。如图2～4所示，热电偶插入孔26利用陶瓷基体20中的内周侧电阻发热体22的折返部彼此相对的不存在发热体的区域25，从轴内区域20d的中心侧朝向外周侧及晶片载置面20a延伸，与位于内周侧电阻发热体22与晶片载置面20a之间的热电偶通路27连通。热电偶插入孔26的宽度α形成为小于热电偶通路27中与热电偶插入孔26连通的部分的宽度β(参照图4)。为了维持绝缘性，热电偶插入孔26与电阻发热体22、24的间隔、热电偶通路27与电阻发热体22、24的间隔优选为3mm以上。
50.如图2所示，热电偶引导件32是具备引导孔32a的金属制(例如不锈钢制)的筒状部件。热电偶引导件32具备：在与晶片载置面20a垂直的方向上延伸的垂直部33；以及从垂直方向转变为水平方向的弯曲部34。弯曲部34的曲率半径没有特别限定，例如为20～40mm左右。在热电偶引导件32的引导孔32a中插通有外周侧热电偶50。弯曲部34的前端可以仅嵌入热电偶插入孔26中，也可以接合或粘接在热电偶插入孔26内。
51.如图2～4所示，在筒状轴40的内部，除了热电偶引导件32以外，还配置有分别与内周侧电阻发热体22的一对端子22a、22b连接的供电棒42a、42b、分别与外周侧电阻发热体24的一对端子24a、24b连接的供电棒44a、44b。在筒状轴40的内部还配置有用于测定陶瓷基体20的中央附近的温度的内周侧热电偶48、用于测定陶瓷基体20的外周附近的温度的外周侧热电偶50。内周侧热电偶48插入设置于陶瓷基体20的轴内区域20d的凹部49，前端的测温部48a与陶瓷基体20接触。凹部49设置于下表面20b中没有各端子22a、22b、24a、24b、热电偶插入孔26的位置。外周侧热电偶50是铠装热电偶，以穿过热电偶引导件32的引导孔32a和热电偶通路27的方式配置。
52.接下来，对陶瓷加热器10的制造方法的一例进行说明。图5是表示陶瓷加热器10的制造方法的一例的图。
53.首先，制作在上表面具有晶片载置面20a的上侧板p1和埋设有在多个折返部折返并配线的电阻发热体22、24的下侧板p2。上侧板p1和下侧板p2例如可通过利用模铸法制作陶瓷成型体，并对陶瓷成型体进行烧成而得到。在此，“模铸法”是指，将包含陶瓷原料粉末和模制化剂的陶瓷浆料注入成型模具内，在该成型模具内使模制化剂发生化学反应以使陶瓷浆料模制化，从而得到成型体的方法。作为模制化剂，例如，可以包含异氰酸酯和多元醇，通过氨酯化反应进行模制化。接着，如图5(a)所示，在上侧板p1的下表面形成上侧板槽27a。具体而言，通过切削加工、喷砂加工来形成从上侧板p1的下表面的中心侧的起点位置s到外周部的末端位置e为止直线状延伸的槽。
54.接着，如图5(b)所示，在下侧板p2的不存在发热体的区域25形成热电偶插入孔26。具体而言，通过切削加工、喷砂加工来形成在厚度方向上贯通下侧板p2的贯通孔。使热电偶插入孔26的短边方向的宽度α小于上侧板槽27a中与热电偶插入孔26连通的部分的宽度β。
55.接着，如图5(c)所示，将上侧板p1与下侧板p2接合而得到陶瓷基体20。具体而言，在从晶片载置面20a侧观察时，以热电偶插入孔26位于上侧板槽27a内侧的方式使上侧板p1与下侧板p2重叠后，将两者接合。由此，可利用上侧板槽27a和覆盖上侧板槽27a的下侧板p2，在电阻发热体22、24与晶片载置面20a之间形成热电偶通路27。
56.接着，将陶瓷基体20与筒状轴40接合。筒状轴40例如通过利用模铸法制作陶瓷成型体，并对陶瓷成型体进行烧成而得到。最后，在轴内区域20d中的与端子22a、22b、24a、24b对应的位置设置贯通孔，使端子22a、22b、24a、24b在轴内区域20d露出。然后，用焊料将端子22a、22b、24a、24b与供电棒42a、42b、44a、44b接合。
57.接着，对陶瓷加热器10的使用例进行说明。首先，在未图示的真空腔内设置陶瓷加热器10，在该陶瓷加热器10的晶片载置面20a上载置晶片w。然后，调整向内周侧电阻发热体22供给的电力，以使由内周侧热电偶48检测出的温度成为预先确定的内周侧目标温度，并且调整向外周侧电阻发热体24供给的电力，以使由外周侧热电偶50检测出的温度成为预先确定的外周侧目标温度。由此，将晶片w的温度控制为所期望的温度。然后，将真空腔内设定为真空气氛或减压气氛，在真空腔内产生等离子体，利用该等离子体对晶片w实施cvd成膜或实施蚀刻。
58.在以上说明的本实施方式的陶瓷加热器10中，在使用外周侧热电偶50测定晶片w的温度时，将外周侧热电偶50从热电偶插入孔26的开口插入设置于电阻发热体22、24与晶片载置面20a之间的热电偶通路27。并且，将外周侧热电偶50的测温部50a(前端)配置在陶瓷基体20的外周侧的末端位置e。该末端位置e位于电阻发热体22、24与晶片载置面20a之间。因此，与以往相比，外周侧热电偶50的测温部50a配置在晶片w附近。因此，能够利用外周侧热电偶50准确地测定晶片w的温度。
59.另外，在陶瓷加热器10中，通过将上侧板槽27a与热电偶插入孔26的位置对齐并在上侧板p1的下表面侧设置下侧板p2，从而能够得到能将外周侧热电偶50插入电阻发热体22、24与晶片载置面20a之间的陶瓷加热器。另外，由于热电偶插入孔26的宽度α小于热电偶通路27中与热电偶插入孔26连通的部分的宽度β，因此在将上侧板p1与下侧板p2接合时，能够容许上侧板槽27a与热电偶插入孔26的位置偏移。另外，也可以使位于比热电偶通路27中与热电偶插入孔26连通的部分靠外周的位置的热电偶通路27的宽度朝向外周以锥状变细。由此，能够抑制外周侧热电偶50的曲折蜿蜒。
60.而且，在陶瓷加热器10中，由于利用陶瓷基体20中的内周侧电阻发热体22的折返部彼此相对的不存在发热体的区域25而设置，因此能够确保用于设置热电偶插入孔26的加工余隙。
61.而且，在陶瓷加热器10中，热电偶插入孔26与电阻发热体22、24的间隔以及热电偶通路27与电阻发热体22、24的间隔为3mm以上，因此容易维持热电偶通路27与电阻发热体22、24之间的绝缘性、热电偶插入孔26与电阻发热体22、24之间的绝缘性。
62.而且，陶瓷加热器10具备插入热电偶通路27中的外周侧热电偶50。因此，外周侧热电偶50的测温部50a位于外周侧电阻发热体24与晶片载置面20a之间，能够利用外周侧热电偶50准确地测定晶片w的外周的温度。
63.而且，在本实施方式的陶瓷加热器10的制法中，由于将上侧板槽27a与热电偶插入孔26的位置对齐而将上侧板p1与下侧板p2接合，因此能够制造能将外周侧热电偶50插入电阻发热体22、24与晶片载置面20a之间的陶瓷加热器。
64.进而，在工序(b)中，热电偶插入孔26的宽度设置为小于上侧板槽27a中与热电偶插入孔26连通的部分的宽度，因此在将上侧板p1与下侧板p2接合时，能够容许上侧板槽27a与热电偶插入孔26的位置偏移。
65.另外，不言而喻，本发明不受上述实施方式的任何限定，只要属于本发明的技术范围内，就能够以各种方式来实施。
66.例如，在上述实施方式中，使用将设有上侧板槽27a的上侧板p1和设有热电偶插入孔26的下侧板p2接合而得到的陶瓷基体20来制作了陶瓷加热器10，但不限于此。例如，以下使用图6对制造图7所示的陶瓷加热器110的方法进行说明。陶瓷加热器110中，除了在下侧板p2设置下侧板槽27b来代替在上侧板p1设置上侧板槽27a以外，与陶瓷加热器10为同样的构成。首先，制作在上表面具有晶片载置面20a的上侧板p1和埋设有在多个折返部折返并配线的电阻发热体22、24的下侧板p2。接着，如图6(a)所示，在下侧板p2的上表面形成下侧板槽27b。具体而言，通过切削加工、喷砂加工而形成从下侧板p2的上表面的中心侧的起点位置s向外周侧的末端位置e直线状延伸的槽。接着，如图6(b)所示，在不存在发热体的区域25形成热电偶插入孔26。具体而言，通过切削加工、喷砂加工，以与下侧板槽27b连通的方式形成在厚度方向上贯通下侧板p2的贯通孔。接着，如图6(c)所示，将上侧板p1与下侧板p2接合而得到陶瓷基体120。也可以使用这样得到的陶瓷基体120，制作图7所示的陶瓷加热器110。由此，可通过下侧板槽27b和覆盖下侧板槽27b的上侧板p1，在电阻发热体22、24与晶片载置面20a之间形成热电偶通路27。另外，在图6、7中，对与上述实施方式相同的构成要素赋予了相同的附图标记。
67.在上述实施方式中，热电偶插入孔26利用内周侧电阻发热体22的折返部彼此相对的不存在发热体的区域25而设置，但不限于此。例如，如图8所示的陶瓷加热器210那样，热电偶插入孔26也可以利用不存在发热体的区域225而设置。如图8所示，不存在发热体的区域225是从端子24a向外周侧区域z2延伸出的跳线24c和从端子24b向外周侧区域z2延伸出的跳线24d相对的区域。这样，也能够确保用于设置热电偶插入孔26的加工余隙。另外，在图8中，对与上述实施方式相同的构成要素赋予了相同的附图标记。
68.在上述实施方式中，将上侧板p1与下侧板p2接合而制作了陶瓷加热器10，但并不限定于此。例如，也可以制作未烧成的上侧板成型体和下侧板成型体，在加工后，最后进行
一体化而烧成。
69.在上述实施方式中，电阻发热体22、24为线圈形状，但不限于此。例如，电阻发热体22、24的形状也可以是带状、网格形状等。
70.在上述实施方式中，也可以在陶瓷基体20中除了电阻发热体22、24之外还内置静电电极和rf电极中的至少一方。在内置有静电电极的情况下，通过对静电电极施加电压，能够吸附保持晶片w。另外，在内置有rf电极的情况下，通过在配置于晶片载置面20a上方的平行平板电极(未图示)与rf电极之间施加高频电压，能够产生等离子体。
71.本技术将2020年4月20日申请的日本专利申请第2020
‑
074791号作为优先权主张的基础，通过引用将其内容全部包含在本说明书中。