JP2000252045A - プレートヒーターとその製造方法 - Google Patents

プレートヒーターとその製造方法

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JP2000252045A
JP2000252045A JP5177399A JP5177399A JP2000252045A JP 2000252045 A JP2000252045 A JP 2000252045A JP 5177399 A JP5177399 A JP 5177399A JP 5177399 A JP5177399 A JP 5177399A JP 2000252045 A JP2000252045 A JP 2000252045A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて均一な加熱を可能とし得るプレートヒ
ーターを提供する。 【解決手段】 粒界成分が酸化イットリウムアルミニウ
ム相のAIN焼結体からなるカバープレート1とベース
プレート2が発熱回路3を介在しAINと酸化イットリ
ウムアルミニウムを主成分とする接合剤層4によって接
合され、カバープレートの加熱面1aの平面度が20μ
m以下で、発熱回路と加熱面の間隔の最大値と最小値の
差が50μm以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
に使用されるAlN(窒化アルミニウム)焼結体からな
るプレートヒーターとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のプレートヒーターとして
は、AlN焼結体からなるプレート中にW(タングステ
ン)からなる発熱回路を埋設したもの(特開平7−32
6655号公報参照)、又はAlN焼結体からなるプレ
ート中にW等の金属からなるスパイラル状の抵抗発熱体
を埋設したもの(特開平5−101871号公報参照)
が知られている。前者のものは、AlN粉末にY23
(イットリア)を添加、混合した原料をシート状に形成
し、2枚のグリーンシートの一方に発熱回路用ペースト
を塗布すると共に、他方のグリーンシートをその上に積
層し、積層体を窒素ガス雰囲気において1750℃の温
度で焼成して製造される。又、後者のものは、原料粉末
を成形する時点で内部にスパイラル状の抵抗発熱体を入
れ、脱脂、焼成し、あるいはホットプレスを行って製造
されるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のいずれ
かのプレートヒーターも、加熱面の平面度が低下し、か
つ、発熱回路又は抵抗発熱体と焼結体表面の加熱面との
間の距離のばらつきが大きくなり、加熱面における加熱
温度のむらを生じ、均一な加熱が困難になる不具合があ
る。これは、いずれのプレートヒーターの製造方法にお
いても、成形体の形成時点で発熱回路又は抵抗発熱体を
埋設しており、この成形体の焼成に伴って反り等の変形
を生じるためだと考えられる。又、たとえ、変形の生じ
たプレートヒーターの加熱面に研削加工を施し、平面度
を改善したとしても、発熱回路又は抵抗発熱体と加熱面
との間の距離のばらつきは解消されず、加熱面における
加熱温度のむらを生じる。そこで、本発明は、極めて均
一な加熱を可能とし得るプレートヒーターとその製造方
法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のプレートのヒーターは、粒界成分が酸化イ
ットリウムアルミニウム相のAlN焼結体からなるカバ
ープレートとベースプレートが発熱回路を介在しAlN
と酸化イットリウムアルミニウムを主成分とする接合剤
層によって接合され、カバープレートの加熱面の平面度
が20μm以下で、発熱回路と加熱面の間隔の最大値と
最小値の差が50μm以下であることを特徴とする。第
1のプレートヒーターの製造方法は、粒界成分が酸化イ
ットリウムアルミニウム相のAlN焼結体からなるカバ
ープ用レート及びベース用プレートにおけるカバー用プ
レートの一方の面又はベース用プレートの一方の面のい
ずれかに研削加工を施して平面度10μm以下とし、こ
の一方の面に発熱回路用ペーストを発熱回路パターンで
塗布し、かつ、その面の残余部分にAlN粉末100重
量部、Y23 換算でY(イットリウム)化合物粉末
0.5〜30重量部及びLi2 O(酸化リチウム)換算
でLi(リチウム)化合物粉末が上記Y23 換算量に
対し外率で0.1〜100wt%の混合粉末からなる接
合剤をペースト状として塗布する一方、残る面に研削加
工を施して平面度10μm以下とし、この一方の面に前
記ペースト状とした接合剤を塗布した後、両プレートを
一方の面同士が当接するように平行に積層して不活性ガ
スまたは真空雰囲気において1550℃以上1850℃
未満の温度で熱処理し、しかる後に、カバー用プレート
の他方の面に研削加工を施してカバー用プレートの一方
の面と平行で平面度20μm以下とすることを特徴とす
る。第2のプレートヒーターの製造方法は、粒界成分が
酸化イットリウムアルミニウム相のAlN焼結体からな
るカバー用プレート及びベース用プレートにおけるカバ
ー用プレートの一方の面又はベース用プレートの一方の
面のいずれかに研削加工を施して平面度10μm以下と
し、この一方の面に発熱回路用ペーストを発熱回路パタ
ーンで塗布し、かつ、その面の残余部分にAlN粉末1
00重量部、Y23 換算でY化合物粉末0.5〜30
重量部及びLi2 O換算でLi化合物粉末が上記Y2
3 換算量に対し外率で0.1〜100wt%の混合粉末
からなる接合剤をペースト状として塗布し、又、それら
の上に前記ペースト状とした接合剤を塗布する一方、残
る面に研削加工を施して平面度10μm以下とした後、
両プレートを一方の面同士が当接するように平行に積層
して不活性ガス又は真空雰囲気において1550℃以上
1850℃未満の温度で熱処理し、しかる後に、カバー
用プレートの他方の面に研削加工を施してカバー用プレ
ートの一方の面と平行で平面度20μm以下とすること
を特徴とする。又、第3のプレートヒーターの製造方法
は、粒界成分が酸化イットリウムアルミニウム相のAl
N焼結体からなるカバープ用レート及びベース用プレー
トにおけるカバー用プレートの一方の面又はベース用プ
レートの一方の面のいずれかに研削加工を施して平面度
10μm以下とし、この一方の面に発熱回路ペーストを
発熱回路パターンで塗布し、かつ、その面の残余部分及
び発熱回路用ペーストを覆うようにしてAlN粉末10
0重量部、Y23 換算でY化合物粉末0.5〜30重
量部及びLi2 O換算でLi化合物粉末が上記Y23
換算量に対し外率で0.1〜100wt%の混合粉末か
らなる接合剤をペースト状として塗布する一方、残る面
に前記発熱回路用ペースト等の塗布部と係合可能な凹部
を形成し、かつ、この残る面及び凹部の底面に研削加工
を施して互いに平行で平面度10μm以下とした後、両
プレートを発熱回路用ペースト等の塗布部と凹部が係合
するように平行に積層して不活性ガス又は真空雰囲気に
おいて1550℃以上1850℃未満の温度で熱処理
し、しかる後に、カバープ用レートの他方の面に研削加
工を施してカバー用プレートの一方の面と平行で平面度
20μm以下とすることを特徴とする。
【0005】粒界成分が酸化イットリウムアルミニウム
相のAlN焼結体は、例えば、AlN粉末にY化合物粉
末、適量の有機バインダー(PVB)及び有機溶媒(メ
タノール)を添加してボールミル中で混合し、得られた
スラリーをスプレードライヤーを用いて造粒した後、造
粒粉を成形して成形体を得(例えば、一軸金型成形し、
更に、静水圧プレスで加圧して成形体を得ることができ
る)、しかる後に、成形体を空気中又は非酸化性雰囲気
において脱脂し(例えば、400℃以上の温度で行うこ
とができる)、非酸化性雰囲気(不活性ガス又は真空雰
囲気)において1800〜2000℃の温度(好ましく
は1850〜1900℃)で焼成して得られる。Y化合
物粉末は、AlN粉末100重量部に対し、Y23
算で0.5〜20重量部添加することが好ましい。Y化
合物粉末の添加量が、AlN粉末100重量部に対し、
23 換算で0.5重量部未満であると、液相成分が
不足し緻密な焼結体を得難い。一方、20重量部を越え
ると、未反応の焼結助剤が残存するおそれがある。Y化
合物としては、後述する接合剤に用いられるものと同様
のものを用いることができる。又、後述するように接合
剤に含まれるLi化合物は蒸発し、接合体(プレートヒ
ーター)中には残留しないため(残留したとしても数p
pmに抑えられる)、AlN焼結体に含まれるLi量を
低減することにより、得られるプレートヒーターのLi
含有量を10ppm以下に抑えることができる。
【0006】カバープレートの加熱面の平面度(JIS
B0621−1984)が20μm以下、発熱回路と
加熱面の間隔の最大値と最小値の差が50μm以下であ
ることにより、加熱面温度の最大値と最小値の差が極め
て小さくなる。加熱面の平面度が20μmを超え、間隔
の最大、最小値の差が50μmを超えると、加熱面温度
の最大、最小値の差が大きくなる。ここで、加熱面温度
の最大値と最小値の差(温度むらの程度)は、加熱面の
設定温度によって変化し、設定温度が低いほど加熱面温
度の最大値と最小値の差は小さく、高いほど加熱面温度
の最大値と最小値の差は大きくなる。本発明によれば設
定温度が300℃以下の場合には加熱面温度の最大値と
最小値の差が1℃以下となり、設定温度が300〜60
0℃の場合には加熱面温度の最大値と最小値の差が2℃
以下となり、設定温度が600℃を越える場合でも加熱
面温度の最大値と最小値の差を5℃以下に抑えることが
できる。又、平面度が20μmを超えると、被加熱物が
加熱面と均一に接触することができず、被加熱物を均一
に加熱できないという不具合も生じる。好ましい平面度
は、10μm以下、又、好ましい間隔の最大、最小値の
差は、35μm以下である。ただし、プレートヒーター
の加熱面の面積が大きくなる程、加熱面の平面度を小さ
く加工することが困難となり、8インチサイズ以下のプ
レートヒーターの場合には10μm以下とする加工は容
易にできるが、8インチを越えるサイズのプレートヒー
ターの場合には、平面度10μmを超えて20μm以下
とする加工は容易にできるものの、平面度10μm以下
の加工は困難となる。
【0007】後述する熱処理前のカバー用プレートの一
方の面の平面度が10μm以下となるように研削加工を
行う。熱処理前のカバー用プレートの一方の面の平面度
が10μmを超えると、カバー用プレートの一方の面に
ペースト状とした接合剤や発熱回路用ペーストを塗布す
る場合には、均一な厚みで塗布することができず、発熱
回路と加熱面の間隔の最大値と最小値の差が大きくなっ
てしまう。又、塗布しない場合でも、発熱回路と加熱面
の間隔の最大値と最小値の差を大きくする要因となり、
かつ、接合剤層とカバー用プレートの一方の面との間に
わずかな隙間が生じ、両者の密着性が低下するといった
不具合も生じることとなる。好ましい平面度は、8μm
以下である。又、カバー用プレートの一方の面に後述す
る発熱回路用ペースト等の塗布部と係合可能な凹部が形
成されている場合には、一方の面(凹部を除く面)及び
凹部の底面の平面度を10μm以下となるように研削加
工を行う。一方の面及び凹部底面の平面度が10μmを
超えると、発熱回路と加熱面の間隔の最大値と最小値の
差を大きくする要因となり、かつ、接合剤層とカバー用
プレートの一方の面や凹部の底面との間にわずかな隙間
が生じ、両者の密着性が低下するといった不具合も生じ
ることとなる。好ましい平面度は8μm以下である。更
に、熱処理前のカバー用プレートの他方の面にも研削加
工を施して一方の面と平行で平面度10μm以下として
おくことが好ましい。更に又、カバー用プレートの一方
の面(前記凹部を形成する場合には凹部の底面も)の表
面粗さをRa=0.2〜1.0μm、Rmax=2〜8
μmとしておくことが好ましい。カバー用プレートの一
方の面に発熱回路用ペーストを塗布する場合に、Ra<
0.2μm、Rmax<2μmであると、発熱回路の剥
離が生じるおそれがある一方、Ra>1.0μm、Rm
ax>8μmであると、発熱回路の形成に不具合を生じ
る。また、発熱回路用ペーストを塗布しない場合でも、
表面粗さを上記範囲とすることにより接合剤層とカバー
用プレートの一方の面や凹部の底面との密着性を向上さ
せることができる。
【0008】発熱回路用ペーストは、導電性粉末にペー
スト用有機溶剤(例えば、ブチルカルビトール、アクリ
ル樹脂及びフタル酸ジブチルの混合物)を添加して調製
され、200〜500ポイズの粘度が好ましい。粘度
が、200ポイズ未満であると、塗布物がだれる(形を
保てない)。一方、500ポイズを超えると、塗布が良
好に行われず、スクリーン印刷の場合、スクリーンにペ
ーストが残留し、転写が行われない。導電性粉末として
は、W、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、銀
(Ag)、白金(Pt)等の金属粉末若しくはそれらの
混合物又は導電性セラミックスを用いることができる
が、AlNと熱膨張率が最も近いWが発熱回路剥離防止
の観点から好ましい。又、Wには、Mo(モリブデ
ン)、Ni(ニッケル)及びCo(コバルト)粉末の1
種以上を添加することが好ましく、このようにすること
により、低温接合においてAlN焼結体との密着性を向
上できる。ペーストの塗布は、発熱回路の厚みが均一と
なるように行われなければならず、スクリーン印刷によ
るのが望ましい。
【0009】接合剤は、その使用時にLi化合物が、先
ず、Y又はAl(アルミニウム)と複合酸化物を作り、
その複合酸化物から酸化イットリウムアルミニウム相
(ほとんどYAG(Y3 Al512)だが、YAM(2
23 ・Al23 又はY4Al29 )、YAP
(Y23 ・Al23 又はYAlO3 等を含む。)を
生成し、その融点を低下させる。又、Li化合物は、高
温で高蒸気圧を有するため、酸化イットリウムアルミニ
ウム相生成後、接合部分から蒸発し、接合体中に残留し
ない。このため、AlN焼結体からなるカバー用プレー
トとベース用プレートが1850℃未満の温度で従来と
同等の純度で接合され、又、両プレートに変形を生じな
い。
【0010】AlN粉末は、0.1〜10μmの粒径で
あることが望ましく、このようにすることにより、Y化
合物粉末、Li化合物粉末の存在のいかんにかかわら
ず、低温での接合強度が向上する。又、AlN粉末の粒
径が、0.1μm未満であると、ペーストの粘性が上が
り易く、ペースト化が困難となる。一方、10μmを超
えると、緻密な接合剤層の形成が困難となり、接合強度
が低下するおそれがある。より好ましい粒径は、0.4
〜2.9μmである。
【0011】Y化合物としては、Y23 、YF(フッ
化イットリウム)、YAG又はY23 とAl23
(アルミナ)をYAGとなる配合比で混合した混合物が
用いられる。Y23 換算でY化合物粉末の添加量が、
0.5重量部未満であると、液相成分が不足して接合で
きない。一方、30重量部を超えると、接合できない。
好ましい添加量は、1〜10重量部である。Y化合物粉
末は、0.1〜50μmの粒径であることが望ましく、
このようにすることによって、ペースト中での分散性が
向上する。又、Y化合物粉末の粒径が、0.1μm未満
であると、ペーストの粘性が上がり易く、ペースト化が
困難となる。一方、50μmを超えると、ペースト中で
粉末が沈降し易くなり分散性が低下し、かつ、スクリー
ン印刷によりペースト状とした接合剤を塗布する際に使
用するスクリーンのメッシュが限定される。より望まし
い粒径は、0.1〜10μmである。
【0012】Li化合物としては、Li2 O、Li2
3 (炭酸リチウム)、LiF(フッ化リチウム)、L
iNO3 (硝酸リチウム)、LiOH(水酸化リチウ
ム)、LiCl(塩化リチウム)、LiCH3 COO
(酢酸リチウム)、Yとの複合酸化物及びAlとの複合
酸化物の1種以上が用いられる。Li2 O換算でLi化
合物粉末の添加量が、前述したY23 換算量の0.1
wt%未満であると、1850℃未満の温度での接合が
できない。一方、100wt%を超えると、接合できな
い。好ましい添加量は、5〜50wt%である。Li化
合物粉末は、0.1〜50μmの粒径であることが望ま
しく、このようにすることによって、ペースト中での分
散性が向上する。又、Li化合物粉末の粒径が、0.1
μm未満であると、ペーストの粘性が上がり易く、ペー
スト化が困難となる。一方、50μmを超えると、ペー
スト中で粉末が沈降し易くなり分散性が低下し、かつ、
スクリーン印刷によりペースト状とした接合剤を塗布す
る際に使用するスクリーンのメッシュが限定される。よ
り望ましい粒径は、0.1〜10μmである。なお、L
iClやLiNO3 、LiOH、LiCH3 COO等
は、エタノールやアセトン等の有機溶媒に溶解するの
で、それらの有機溶剤可溶性Li化合物が有機溶媒に溶
解した溶液と、Y化合物粉末及びAlN粉末とを混合
し、溶媒を除去後、不活性ガス又は真空雰囲気において
400〜800℃の温度(800℃を超えるとLiが揮
発し、低温接合が困難となるおそれがある。)で仮焼す
ると、それらが均一に混合した仮焼粉が得られ、接合剤
となる。仮焼粉は、通常粉砕して使用される(好ましく
は400メッシュ以下)。LiCl、LiNO3 は、有
機溶媒に対する溶解度が高くこの方法に適しており、特
にLiClは潮解性を有し粉末での取り扱いが困難であ
るためこの方法が有効である。
【0013】接合剤をペースト状とするには、混合粉末
をペースト用有機溶剤(例えば、ブチルカルビトール、
アクリル樹脂及びフタル酸ジブチルの混合物)に分散さ
せて調製され、200〜500ポイズの粘度が好まし
い。粘度が、200ポイズ未満であると、塗布物がだれ
る(形を保てない)。一方、500ポイズを超えると、
塗布が良好に行われず、スクリーン印刷の場合、スクリ
ーンにペーストが残留し、転写が行われない。ペースト
状とした接合剤の塗布は、接合剤層の厚みが均一となる
ように行われなければならず、スクリーン印刷によるの
が望ましい。なお、ペースト用有機溶剤の除去は、用い
た有機溶剤の特性に合わせて行えばよく、十分除去でき
る温度(例えば、400℃以上)で不活性ガス雰囲気
(窒素ガス(N2 )、アルゴンガス(Ar)等)で脱脂
を行えばよい。
【0014】後述する熱処理前のベース用プレートの一
方の面の平面度が10μm以下となるように研削加工を
行う。熱処理前のカバー用プレートの一方の面の平面度
が10μmを超えると、ベース用プレートの一方の面に
ペースト状とした接合剤や発熱回路用ペーストを塗布す
る場合には、均一な厚みで塗布することができず、発熱
回路と加熱面の間隔の最大値と最小値の差が大きくなっ
てしまう。又、塗布しない場合でも、発熱回路と加熱面
の間隔の最大値と最小値の差を大きくする要因となり、
かつ、接合剤層とベース用プレートの一方の面との間に
わずかな隙間が生じ、両者の密着性が低下するといった
不具合も生じることとなる。好ましい平面度は、8μm
以下である。又、ベース用プレートの一方の面に後述す
る発熱回路用ペースト等の塗布部と係合可能な凹部が形
成されている場合には、一方の面(凹部を除く面)及び
凹部の底面の平面度10μm以下となるように研削加工
を行う。一方の面及び凹部の底面の平面度が10μmを
超えると、発熱回路と加熱面の間隔の最大値と最小値の
差を大きくする要因となり、かつ、接合剤層とベース用
プレートの一方の面や凹部の底面との間にわずかな隙間
が生じ、両者の密着性が低下するといった不具合も生じ
ることとなる。好ましい平面度は8μm以下である。更
に、熱処理前のベース用プレートの他方の面にも研削加
工を施して一方の面と平行で平面度10μm以下として
おくことが好ましい。更に又、ベース用プレートの一方
の面(前記凹部を形成する場合には凹部の底面も)の表
面粗さをRa=0.2〜1.0μm、Rmax=2〜8
μmとしておくことが好ましい。ベース用プレートの一
方の面に発熱回路用ペーストを塗布する場合に、Ra<
0.2μm、Rmax<2μmであると、発熱回路の剥
離が生じるおそれがある一方、Ra>1.0μm、Rm
ax>8μmであると、発熱回路の形成に不具合を生じ
る。また、発熱回路用ペーストを塗布しない場合でも、
表面粗さを上記範囲とすることにより接合剤層とベース
用プレートの一方の面や凹部の底面との密着性を向上さ
せることができる。又、カバー用プレートの一方の面又
はベース用プレートの一方の面に発熱回路用ペースト等
の塗布部と係合可能な凹部が形成されている場合には、
凹部の底面を加工する際に、カバー用プレートの一方の
面又はベース用プレートの一方の面と凹部の底面が互い
に平行となるようにする。カバー用プレートの一方の面
又はベース用プレートの一方の面と凹部の底面が互いに
平行でないと、加熱面と発熱回路の間隔の最大値と最小
値の差を大きくする要因となり、かつ、接合剤層と凹部
との間にわずかな隙間が生じ、両者の密着性が低下する
といった不具合も生じることとなる。更に、カバー用プ
レートの一方の面又はベース用プレートの一方の面の発
熱回路用ペーストを覆うペースト状とした接合剤の厚み
は、その面の残余部分を覆うペースト状の接合剤と同等
とすることが望ましい。カバー用プレート及びベース用
ペレートを一方の面同士が当接するように平行に積層す
る。カバー用プレート及びベース用プレートを一方の面
同士が当接するように平行に積層しないと、加熱面と発
熱回路の間隔の最大値と最小値の差が大きくなってしま
う。更に又、カバー用プレートの一方の面又はベース用
プレートの一方の面に発熱回路用ペースト等の塗布部と
係合可能な凹部が形成されている場合には、カバー用プ
レート及びベース用プレートを発熱回路用ペースト等の
塗布部と凹部が係合するように平行に積層する。カバー
用プレート及びベース用プレートを発熱回路用ベースト
等の塗布部と凹部が係合するように平行に積層しない
と、加熱面と発熱回路の間隔の最大値と最小値の差が大
きくなってしまう。
【0015】不活性ガス雰囲気としては、Ar雰囲気中
やN2 雰囲気が用いられ、真空雰囲気としては、10-1
〜10-3Torrの真空雰囲気が用いられる。Li化合
物の蒸発除去効果を上げるため、又、接合剤とAlN焼
結体からなる両プレートとの密着性を上げるため、真空
雰囲気であることが好ましい。
【0016】熱処理温度が、1550℃未満であると、
接合が行われない。一方、1850℃以上であると、A
lN焼結体である両プレートの変形が大きくなり、特に
真空雰囲気の場合、AlN焼結体の粒界成分の移動、蒸
発を生じて所定形状の保持が困難となる。AlN焼結体
の変形量は、その大きさや厚みによって異なるため一概
にいえないが、例えば、直径150mm、厚み5mm、
平面度10μmのAlN焼結体を1850℃以上の熱処
理温度で接合した場合、接合後の平面度が30倍の30
0μmになってしまう。これに対し、熱処理温度を16
00℃とし他を同一条件で接合した後の平面度は30μ
m以下である。よって、熱熱処理温度は、1500℃以
上1850℃未満とする。好ましい熱処理温度は、16
50〜1750℃である。この熱処理により、接合剤は
焼結し、両プレート間にAlNと酸化イットリウムアル
ミニウムを主成分とする接合剤層を形成して両プレート
と接合する。その結果、両プレートが強固に接合される
こととなる。又、接合剤層がAlNと酸化イットリウム
アルミニウムを主成分としており、粒界成分が酸化イッ
トリウムアルミニウム相のAlN焼結体からなるプレー
トと同じ材質であるため、プレートと同様に熱を伝える
ことができ、加熱面における加熱温度のむらを生じな
い。更に、プレートと同様にフッ素系ガス等の腐食性ガ
スに対する耐食性や耐プラズマ性にも優れている。
【0017】なお、接合剤とAlN焼結体からなる両プ
レートの密着性を高めるため、荷重をかけることが望ま
しい。ホットプレスによる加熱加圧でもよいが、6g/
cm2 以上の荷重をかけられれば、ホットプレスに限定
するものではない。又、接合に要する熱処理時間は、接
合剤とAlN焼結体が十分接合し、かつ、Li化合物を
十分除去し得ればよく、通常、1〜10時間でよく、望
ましくは1〜5時間である。カバー用プレートの他方の
面に研削加工を施す際には、カバー用プレートの一方の
面と平行となるようにする。カバー用プレートの一方の
面と他方の面が互いに平行でないと、加熱面と発熱回路
の間隔の最大値と最小値の差が大きくなってしまう。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。実施例1図1は本発明に係
るプレートヒーターの第1の実施形態を示す要部の概念
図である。このプレートヒーターは、6インチサイズの
大きさを有するもので、粒界成分が酸化イットリウムア
ルミニウム相のAlN焼結体からなる直径150mm、
厚み1mmのカバープレート1と直径150mm、厚さ
5mmのベースプレート2が、Wからなる発熱回路3を
介在してAlNと酸化イットリウムアルミニウムを主成
分とする接合剤層4によって接合されると共に、発熱回
路3の周辺に隙間を生じるのをを防止するため、その周
辺にもそれと同等の厚みで接合剤層4が形成され、カバ
ープレート1の加熱面1aの平面度が20μm以下で、
発熱回路3と加熱面1aの間隔の最大値と最小値の差が
50μm以下となるように設けられている。
【0019】上記構成のプレートヒーターにおいては、
加熱面1aの温度の最大値と最小値の差が極めて小さく
なるので(例えば、加熱面設定温度が600℃の場合、
600±1℃となり、最大値と最小値の差は2℃以下と
なる。)極めて均一な加熱を行うことができる。又、接
合剤層4がAlNと酸化イットリウムアルミニウムを主
成分としており、粒界成分が酸化イットリウムアルミニ
ウム相のAlN焼結体からなるプレートと同じ材質であ
るため、プレートと同様に熱を伝えることができ、加熱
面における加熱温度のむらを生じない。
【0020】上述したプレートヒータを製造するには、
先ず、AlN粉末100重量部、Y 23 粉末1重量
部、バインダーとしてPVB3重量部及び有機溶媒とし
て適量のメタノールをボールミル中で17時間混合し、
得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて造粒し
た後、造粒粉を30MPaの圧力で一軸金型成形し、更
に、100MPaの圧力で冷間静水圧プレスして成形体
を得、しかる後に、成形体を空気中において600℃の
温度で脱脂し、N2 雰囲気において1900℃の温度で
焼成して直径150mmで、厚み2mmと5mmの円板
状の2枚のAlN焼結体を得てそれぞれカバー用プレー
トとベース用プレートとし、両プレートの一方の面(接
合面)及び他方の面、すなわち両面に研削加工を施し、
両面が互いに平行で、Ra=0.65μm、Rmax=
5.25μm、平面度10μmとした。次に、発熱回路
用ペーストをW粉末にペースト用有機溶剤(ブチルカル
ビトール、アクリル樹脂、フタル酸ジブチルの混合物)
を用いて300ポイズの粘度に調製し、この発熱回路用
ペーストをカバー用プレートの一方の面にスクリーン印
刷により後述する熱処理後の厚みが均一で20μmの厚
みとなるように発熱回路パターンで塗布して乾燥した。
一方、粒径0.4〜2.9μmのAlN粉末100重量
部に対し、粒径0.1〜10μmのY23 粉末3重量
部及びY23 粉末に対し外率で35wt%のLi2
粉末を添加した混合粉末からなる接合剤をペースト用有
機溶剤(ブチルカルビトール、アクリル樹脂、フタル酸
ジブチルの混合物)を用いて300ポイズの粘度を有す
るペースト状の接合剤に調製し、このペースト状とした
接合剤をカバー用プレートの一方の面の残余部分にスク
リーン印刷により発熱回路用ペーストと同等の厚みで発
熱回路パターンと逆のパターンで塗布して乾燥した。
又、ベース用プレートの一方の面に上記ペースト状とし
た接合剤をスクリーン印刷により熱処理後の厚みが均一
で100μmとなるように塗布して乾燥した。次いで、
所定の端子等を取り付け、両プレートを一方の面同士が
当接するように平行に積層し、ペースト用有機溶剤を除
去するため、N2 雰囲気において450℃の温度で1時
間かけて脱脂し、6g/m2 に調整した荷重をかけ、1
-2Torrの真空雰囲気において1600℃の温度で
3時間かけて熱処理して両プレートを接合した後、カバ
ー用プレートの他方の面に研削加工を施してカバー用プ
レートの一方の面と平行でその厚みを1mmとしてプレ
ートヒーターを得た。プレートヒーターの加熱面1aの
平面度は、接合後で31μm、研削加工後で10μm以
下であると共に、研削加工後の発熱回路3と加熱面1a
の間隔の最大値と最小値の差は、20μm(1mm±1
0μm)であり、加熱面温度の最大値と最小値の差は、
加熱面設定温度600℃で2℃(600±1℃)となっ
た。又、接合後のLi残量を調べるため、実施例1と同
一条件で、縦40mm,横40mm、厚さ5mmのAl
N焼結体を作製し、化学分析(ICP)によって測定し
たところ、Li量は1ppmであり、接合前のAlN焼
結体にはもともと1ppmのLiが含まれていることが
分かった。次いで、前記AlN焼結体を実施例1と同一
条件で100μmの厚みの接合剤層を介在して接合して
接合体を得、化学分析(ICP)によって測定したとこ
ろ、Li量は1.5ppmであった。従って、接合剤に
Li化合物を添加しても、接合体にはほとんどLiが残
存しないことが分かる。なお、実施例1でカバー用プレ
ートの一方の面に発熱回路を形成したが、ベース用プレ
ートの一方の面に形成してもよく、又、カバー用プレー
ト及びベース用プレートにおけるカバー用プレートの一
方の面又はベース用プレートの一方の面のいずれかに発
熱回路用ベーストを発熱回路パターンで塗布し、かつ、
その面の残余部分に接合剤をペースト状として塗布し乾
燥した後、それらの上に前記ペースト状とした接合剤を
塗布する一方、残る面に研削加工を施して平面度10μ
m以下とした後、両プレートを一方の面同士が当接する
ように平行に積層して熱処理し、接合してもよい。 比較例1 YAG粉末のみからなる接合剤を用い、N2 雰囲気にお
いて1900℃の温度で3時間かけて熱処理して両プレ
ートを接合した以外は実施例1と全く同様にして、プレ
ートヒーターを得た。プレートヒーターの加熱面の平面
度は、接合後で30lμm、研削加工後で10μm以下
であると共に、研削加工後の発熱回路と加熱面の間隔の
最大値と最小値の差は320μm(1mm±160μ
m)であり、加熱面温度の最大値と最小値の差は、加熱
面設定温度600℃で60℃(600℃±30℃)とな
った。なお、発熱回路と加熱面との間隔は渦電流式膜厚
計により、面内温度分布は赤外線画像装置により測定し
た。
【0021】図2は本発明に係るプレートヒーターの第
2の実施の形態を示す要部の概念図である。このプレー
トヒーターは、第1の実施形態のものが、カバープレー
ト1の一方の面に形成した発熱回路3の周辺に隙間を生
じるのを防止するため、発熱回路3の周辺にもそれと同
等の厚みの接合剤層4を形成しているのに対し、ベース
プレート2の一方の面(図2においては上面)に発熱回
路3等と係合する凹部5を形成し、発熱回路3を凹部4
と係合させるようにして接合剤層4によって接合したも
のである。他の構成及び作用効果は、第1の実施の形態
のものとほぼ同様であるので、同一の構成部材等には同
一の符号を付してその説明を省略する。
【0022】上述したプレートヒーターを製造するに
は、先ず、第1の実施の形態のものと同様にしてカバー
用プレートとベース用プレートを得た後、カバー用プレ
ートの両面及びベース用プレートの他方の面に同様の精
度の研削加工を施した。又、ベース用プレートの一方の
面には、後述する発熱回路用ペースト等の塗布部と係合
可能な凹部を形成し、一方の面(凹部を除く面)及び凹
部の底面の平面度を10μm以下、Ra=0.65μ
m、Rmax=5.52μmとなるように、かつ、一方
の面と凹部の底面が互いに平行となるように研削加工を
施した。凹部の形成は、成形体の成形時に行うようにし
てもよい。次に、カバー用プレートの一方の面に、第1
の実施の形態のものと同様にして発熱回路用ペーストを
発熱回路パターンで塗布して乾燥した後、その面の残余
部分に第1の実施の形態のものと同様にしてペースト状
とした接合剤を塗布して乾燥し、更に、発熱回路用ペー
ストの上面及びその適宜周辺部に第1の実施の形態のも
のと同様のペースト状とした接合剤をスクリーン印刷に
より塗布して乾燥した。次いで、所定の端子等を取り付
け、両プレートを発熱回路用ペースト等の塗布部と凹部
が係合するように平行に積層し、ペースト用有機溶剤を
除去するため、N2 雰囲気において450℃の温度で1
時間かけて脱脂し、6g/cm2 に調整した荷重をか
け、第1の実施の形態のものと同一条件で熱処理して両
プレートを接合した後、同様にカバー用プレートの他方
の面に研削加工を施してカバー用プレートの一方の面と
平行でその厚みを1mmとしてプレートヒーターを得
た。プレートヒーターは、第1の実施の形態のものとほ
ぼ同様の性能を示した。
【0023】なお、プレートヒーターは、上述したもの
に限らず、ベースプレートにRF電極を内蔵させるよう
にしてもよく、同様に製造できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプレート
ヒーターとその製造方法によれば、カバープレートの加
熱面の温度の最大値と最小値の差が極めて小さくなるの
で、極めて均一な加熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプレートヒーターの第1の実施の
形態を示す要部の概念図である。
【図2】本発明に係るプレートヒーターの第2の実施の
形態を示す要部の概念図である。
【符号の説明】
1 カバープレート 1a 加熱面 2 ベースプレート 3 発熱回路 4 接合剤層 5 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K034 AA03 AA06 AA10 AA16 AA34 BB04 BC04 BC15 BC25 FA14 FA33 JA01 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB03 QB33 QB62 QB70 QB76 RF03 RF11 RF25 SS12 SS18 SS31 VV22

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒界成分が酸化イットリウムアルミニウ
    ム相のAlN焼結体からなるカバープレートとベースプ
    レートが発熱回路を介在しAlNと酸化イットリウムア
    ルミニウムを主成分とする接合剤層によって接合され、
    カバープレートの加熱面の平面度が20μm以下で、発
    熱回路と加熱面の間隔の最大値と最小値の差が50μm
    以下であることを特徴とするプレートヒーター。
  2. 【請求項2】 粒界成分が酸化イットリウムアルミニウ
    ム相のAlN焼結体からなるカバー用プレート及びベー
    ス用プレートにおけるカバー用プレートの一方の面又は
    ベース用プレートの一方の面のいずれかに研削加工を施
    して平面度10μm以下とし、この一方の面に発熱回路
    用ペーストを発熱回路パターンで塗布し、かつ、その面
    の残余部分にAlN粉末100重量部、Y23 換算で
    Y化合物粉末0.5〜30重量部及びLi2 O換算でL
    i化合物粉末が上記Y23 換算量に対し外率で0.1
    〜100wt%の混合粉末からなる接合剤をペースト状
    として塗布する一方、残る面に研削加工を施して平面度
    10μm以下とし、この一方の面に前記ペースト状とし
    た接合剤を塗布した後、両プレートを一方の面同士が当
    接するように平行に積層して不活性ガス又は真空雰囲気
    において1550℃以上1850℃未満の温度で熱処理
    し、しかる後に、カバー用プレートの他方の面に研削加
    工を施してカバー用プレートの一方の面と平行で平面度
    20μm以下とすることを特徴とするプレートヒーター
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 粒界成分が酸化イットリウムアルミニウ
    ム相のAlN焼結体からなるカバー用プレート及びベー
    ス用プレートにおけるカバー用プレートの一方の面又は
    ベース用プレートの一方の面のいずれかに研削加工を施
    して平面度10μm以下とし、この一方の面に発熱回路
    用ペーストを発熱回路パターンで塗布し、かつ、その面
    の残余部分にAlN粉末100重量部、Y23 換算で
    Y化合物粉末0.5〜30重量部及びLi2 O換算でL
    i化合物粉末が上記Y23 換算量に対し外率で0.1
    〜100wt%の混合粉末からなる接合剤をペースト状
    として塗布し、又、それらの上に前記ペースト状とした
    接合剤を塗布する一方、残る面に研削加工を施して平面
    度10μm以下とした後、両プレートを一方の面同士が
    当接するように平行に積層して不活性ガス又は真空雰囲
    気において1550℃以上1850℃未満の温度で熱処
    理し、しかる後に、カバー用プレートの他方の面に研削
    加工を施してカバー用プレートの一方の面と平行で平面
    度20μm以下とすることを特徴とするプレートヒータ
    ーの製造方法。
  4. 【請求項4】 粒界成分が酸化イットリウムアルミニウ
    ム相のAlN焼結体からなるカバー用プレート及びベー
    ス用プレートにおけるカバー用プレートの一方の面又は
    ベース用プレートの一方の面のいずれかに研削加工を施
    して平面度10μm以下とし、この一方の面に発熱回路
    ペーストを発熱回路パターンで塗布し、かつ、その面の
    残余部分及び発熱回路用ペーストを覆うようにしてAl
    N粉末100重量部、Y23 換算でY化合物粉末0.
    5〜30重量部及びLi2 O換算でLi化合物粉末が上
    記Y23 換算量に対し外率で0.1〜100wt%の
    混合粉末からなる接合剤をペースト状として塗布する一
    方、残る面に前記発熱回路用ペースト等の塗布部と係合
    可能な凹部を形成し、かつ、この残る面及び凹部の底面
    に研削加工を施して互いに平行で平面度10μm以下と
    した後、両プレートを発熱回路用ペースト等の塗布部と
    凹部が係合するように平行に積層して不活性ガス又は真
    空雰囲気において1550℃以上1850℃未満の温度
    で熱処理し、しかる後に、カバー用プレートの他方の面
    に研削加工を施してカバー用プレートの一方の面と平行
    で平面度20μm以下とすることを特徴とするプレート
    ヒーターの製造方法。
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JP2005022966A (ja) * 2003-06-13 2005-01-27 Tokuyama Corp 窒化アルミニウム接合体及びその製造方法

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