JP2002008829A - セラミックスヒーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 温度ムラが小さく、断線の生じない、または
断線してもヒーターとしての機能が失われないセラミッ
クスヒーターを提供すること。 【解決手段】 セラミックス焼結体中に抵抗体が内蔵さ
れているセラミックスヒーターにおいて、前記抵抗体が
網状金属からなることとしたセラミックスヒーター。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒーターに関し、
特に半導体製造装置、フラットパネルディスプレイ製造
装置などに使用されるセラミックスヒーターに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体、あるいはフラットパネルディス
プレイなどの製造においては、種々の工程を経て製造さ
れるが、その中でＣＶＤやスパッタ、ドライエッチング
といった工程では、近年、減圧下での正確で均一な加熱
や冷却が厳しく要求されている。その加熱においては、
これらの工程では腐食性のガスが使用されることが多い
ため、耐食性に優れるセラミックスに抵抗体を内臓した
セラミックスヒーターが使用されている。

【０００３】そのセラミックスヒーターは、以下のよう
な方法で作製されている。それは、 セラミックス焼結体を作製し、その上面に金属ペース
トを印刷し、そのペーストを焼き付けるか、あるいは焼
結体上面に金属線または金属箔を配置し、その上面に別
のセラミックス焼結体を被せ、上下のセラミックス焼結
体をロウ材などで接合する方法 ドクターブレード法等により作製されたグリーンシー
トの上面に金属ペーストを印刷し、そのシートを必要枚
積層し、圧着した後、その積層体を焼成して焼結する方
法 セラミックス成形体の上面に金属線または金属箔を配
置し、その上面にセラミックス粉末を被せ、それをＨＰ
（ホットプレス）して焼結する方法 セラミックス成形体の上面に金属線または金属箔を配
置し、その上面にセラミックス粉末を被せ、それをＣＩ
Ｐ（静水圧加圧）成形した後、その成形体を焼成して焼
結する方法 セラミックス焼結体を作製し、その上面に金属ペース
トを印刷し、あるいは金属線または金属箔を配置し、そ
の上面にセラミックス粉末を被せ、それをＨＰして焼結
する方法などである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法で作製したセラミックスヒーターでは、以下の問
題があった。それは、前記（但し、抵抗体が金属ペー
ストの場合）、及び（但し、抵抗体が金属ペースト
の場合）については、抵抗体のパターンをスクリーン印
刷で形成するため、抵抗体の厚さにムラが生じ、この抵
抗体の発熱によって生ずる温度に大きな温度ムラが生じ
る。

【０００５】一方、（但し、抵抗体が金属線または金
属箔の場合）、、及び（但し、抵抗体が金属線ま
たは金属箔の場合）については、抵抗体を金属線または
金属箔で形成するため、大きな温度ムラは生じないもの
の、ヒーターとするほどの抵抗値を得るためには、印刷
により形成したパターンの長さより極めて長くする必要
があるため、焼結時に断線しやすく、断線してしまうと
導通が絶たれ、ヒーターとしての機能が失われる。

【０００６】また、この抵抗体で作製されたセラミック
スヒーターは、断線しなくても昇降温を繰り返すと金属
線と母材であるセラミックスとの間の大きな熱膨張差に
より割れやクラックが発生する。たとえ割れやクラック
が発生しない場合でも、セラミックスが焼成収縮する場
合、その焼成収縮により抵抗体にうねり等の変形が発生
してしまい、温度ムラの原因となる。

【０００７】本発明は、上述したセラミックスヒーター
が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的
は、温度ムラが小さく、断線の生じない、または断線し
てもヒーターとしての機能が失われないセラミックスヒ
ーターを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、抵抗体を網状金属と
すれば、温度ムラが小さく、断線の生じない、または一
部が断線してもヒーターとしての機能が失われないセラ
ミックスヒーターとすることができるとの知見を得て本
発明を完成するに至った。

【０００９】即ち本発明は、セラミックス焼結体中に抵
抗体が内蔵されているセラミックスヒーターにおいて、
前記抵抗体が網状金属からなることを特徴とするセラミ
ックスヒーターとすることを要旨とする。以下さらに詳
細に説明する。

【００１０】上記で述べたように、抵抗体を網状金属と
することにより、網状金属の線径がほぼ一定であること
から、抵抗体の発熱によって生ずる温度がほぼ一定とな
り、温度ムラが極めて小さくなる。また、金属が網状で
繋がっていることから、断線の少ない、またはたとえど
こかで断線してもその部分だけが導通されないだけで残
りの部分は導通され、ヒーターとしての機能は少しも落
ちることはない。

【００１１】また、この網状金属は、例えば、網状金属
の金属線部分と同面積の金属箔とを比較した場合、網状
金属は細い線の組み合わせのため、線と線との間にセラ
ミックスが存在し、熱膨張差による応力が分散し、応力
の集中が緩和され、その結果、熱膨張差を原因とする割
れやクラックの発生が低減でき、熱サイクルに対しても
その耐性が上がり、ヒーターの寿命が長くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法を述べると、先
ずヒーターの基材としては、窒化アルミニウム、アルミ
ナ、窒化珪素、ジルコニア、スピネル、炭化ホウ素、窒
化ホウ素等の絶縁性セラミックスを使用することができ
る。

【００１３】抵抗体として使用する網状金属としては、
その金属と基材とを一体焼成する場合には、基材が高温
度でないと焼結しないので、高融点金属であることが望
ましく、タングステン、モリブデン、パラジウム、白金
等を主成分とする金属を使用することができる。一体焼
成しない場合には、必ずしも高融点金属とする必要はな
く、所定の電力で所望の温度が得られる材質の抵抗体を
使用すればよい。

【００１４】これら基材と網状金属とを用いて先の〜
の方法でセラミックスヒーターを作製する。一体焼成
する〜は、抵抗体とセラミックスとの界面に気孔等
が存在しないので、抵抗体から発生する熱を効率よくセ
ラミックスに伝えることができる。そのうち及び
は、焼成収縮がないので、抵抗体の変形が少なく、また
容易な作製方法となるので特に優れた方法である。一
方、及びは、焼成収縮があるので、抵抗体のパター
ンの変形と厚さ方向の変形が発生し、温度ムラの原因と
なることが多い。

【００１５】網状金属の金属線部分の線径としては、そ
の金属の熱膨張率を基材のセラミックスと一致させるこ
とが難しいため、熱膨張差による応力の発生をできるだ
け小さくする必要から、細い方が望ましい。例えば、セ
ラミックスが窒化アルミニウムで抵抗体がモリブデンの
場合には、その線径は０．０２６〜１．０ｍｍとするの
を目安とするのが望ましい。線径が０．０２６ｍｍより
細いと焼成時の熱膨張差により断線する可能性が高くな
る。１．０ｍｍより太くなると焼成時の熱膨張差により
セラミックスから剥離する可能性が高くなる。

【００１６】他のセラミックスを基材とする場合には、
例えば、アルミナを基材とする場合、窒化アルミニウム
よりも焼結温度が低いため、使用できる金属の線径の範
囲は大きくすることができるが、窒化アルミニウムより
高温で焼結するセラミックスの場合には、線径の範囲は
小さくする必要がある。一般的には、基材となるセラミ
ックスと内蔵する抵抗体である網状金属との熱膨張係数
の差に応じて線径を選べばよい。

【００１７】網状金属の目開きについては、広い方が好
ましいが、線径が０．０２６〜１．０ｍｍの場合には、
２〜４００メッシュのものを使用することができる。目
開きは広い方が金属線と金属線との間に存在するセラミ
ックスが多くなり、熱膨張差を原因とする割れやクラッ
クの発生が低減でき、熱サイクルに対してもその耐性が
上がり、ヒーターの寿命が長くなる。例えば、線径が
０．１ｍｍで目開きが５０メッシュのものと線径が同じ
で１００メッシュのものとを比較すると、先のものが目
開き２倍となり、面積が１／２となり、負荷が少なくな
る。従って、目開きは広い方がよいが、その代わりヒー
ターの性能が落ちるので、ヒーターの必要とする性能を
勘案して決めればよい。

【００１８】網状金属の網の種類としては、溶接金網で
は、焼結時や昇降温を繰り返している過程で縦線と横線
の剥離が生じ易い。ひし形金網やクリンプ金網、亀甲金
網では、各線が交互に組み合っているものや、ねじって
あるものは、剥離が生じ難いので、使用することが望ま
しい。以上から必要とするヒーターの性能とそれを制御
する電源の能力を考慮に入れて、抵抗体、即ち網状金属
の材質、そのパターン、線径、目開き及び網の種類など
を決めればよい。

【００１９】以上述べた方法でセラミックスヒーターを
作製すれば、温度ムラが小さく、断線の生じない、また
は断線してもヒーターとしての機能が失われないセラミ
ックスヒーターを得ることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。

【００２１】（実施例１） （１）セラミックスヒーターの作製 φ２００×１０ｍｍの表面が研削された窒化アルミニウ
ム焼結体を用意し、その上面に線径が０．１ｍｍで目開
きが５０メッシュのモリブデンからなる金網から切り出
した図１に示すパターンを有する網状金属を配置した。
このパターンは、最外径が１９０ｍｍで、網状金属の幅
が１０ｍｍで、その間隔が１０ｍｍのパターンであり、
両端にヒーター導入端子を有している。

【００２２】この網状金属の上面に窒化アルミニウム粉
末を被せてホットプレス焼結した。次いで、図２に示す
形状とサイズになるよう研削加工を行い、底面側からヒ
ーター導入端子に向かって穴加工を行い、端子を露出さ
せて外部端子と接続して２個のセラミックスヒーターを
作製した。

【００２３】（２）評価 得られたセラミックスヒーターを表面の中心部が４００
℃になるように定電圧を負荷し、図４に示す測定個所
（数字を付してある９個所）の温度を測定した。その結
果を表１に示す。

【００２４】（比較例１）比較のために比較例１では、
実施例１と同様のφ２００×１０ｍｍの表面が研削され
た窒化アルミニウム焼結体を用意し、その上面に目開き
が２００メッシュで、乳圧が２０μｍで、メッシュ厚が
６０μｍの版枠を使用し、タングステンペーストで実施
例１と同様のパターンをスクリーン印刷した。その他は
実施例１と同様ホットプレス焼結し、研削加工するなど
してセラミックスヒーターを２個作製し、評価した。そ
の結果も表１に示す。

【００２５】比較例２では、φ２００×１３ｍｍの窒化
アルミニウム成形体を用意し、その上面に線径が１．０
ｍｍのタングステン線を図３に示すように配置し、その
上面に窒化アルミニウム粉末を被せた他は実施例１と同
様ホットプレス焼結し、研削加工するなどしてセラミッ
クスヒーターを２個作製し、評価した。その結果も表１
に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、実施例１は２個
とも最高の温度と最低の温度との差が極めて小さく、ま
た、断線の障害もなかった。このことは、本発明のセラ
ミックスヒーターとすれば、温度ムラが小さく、断線の
心配のないセラミックスヒーターとすることができると
いうことを示している。

【００２８】これに対して、比較例１では、抵抗体が金
属ペーストであるので、２個とも温度ムラが大きかっ
た。また、比較例２では、抵抗体が金属線であるので、
２個とも断線してしまっていた。

【００２９】

【発明の効果】以上の通り、本発明にかかるセラミック
スヒーターであれば、温度ムラが小さく、断線の生じな
い、または断線してもヒーターとしての機能が失われな
いセラミックスヒーターとすることができるようになっ
た。このことにより、優れた均熱性を有し、寿命の長い
セラミックスヒーターを得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の抵抗体のパターンを示す平面図であ
る。

【図２】実施例１のセラミックスヒーターを示す断面図
である。

【図３】比較例２の抵抗体である金属線の配置を示す平
面図である。

【図４】実施例１のセラミックスヒーターの温度測定個
所を示す概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩貝 達也 東京都江東区清澄１−２−23 太平洋セメ ント株式 会社 中央研究所 Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA04 AA08 AA16 AA24 AA32 AA37 BA06 BA14 BB06 BB14 BC17 BC29 CA02 CA19 CA32 HA10 JA01 JA10

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス焼結体中に抵抗体が内蔵さ
   れているセラミックスヒーターにおいて、前記抵抗体が
   網状金属からなることを特徴とするセラミックスヒータ
   ー。