JP2002299015A

JP2002299015A - セラミックヒーター

Info

Publication number: JP2002299015A
Application number: JP2001098696A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yamaguchi; 慎治山口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的低コストで製作でき、酸化性雰囲気下で
通電し、運転させたときにもヒーターの加熱面の温度の
均一性が保持できるようなセラミックヒーターを提供す
る。【解決手段】セラミックヒーター１Ａは、セラミックス
からなり、加熱面２ａを備える基体２と、基体２の加熱
面２ａに形成された、アルミニウム基金属からなる抵抗
発熱体３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒータ
ーに係るものである。

【０００２】

【従来の技術】緻密質セラミックスからなる円盤状基体
の内部に、高融点金属からなるワイヤーを埋設したセラ
ミックスヒーターが知られている。このワイヤーは、円
盤状基体内部で螺旋状に巻回されており、かつこのワイ
ヤーの両端に端子を接続する。こうしたセラミックスヒ
ーターは、特に半導体製造用として、優れた特性を備え
ている。このセラミックスヒーターを製造するために
は、まず高融点金属からなるワイヤーを螺旋状に巻回さ
せ、ワイヤーの両端に端子（電極）を取り付け、真空中
でアニールする。一方、プレス成形機内にセラミックス
粉体を仕込み、ある程度の硬さになるまで予備成形し、
この際、予備成形体の表面に凹みを設ける。そして、ワ
イヤーをこの凹部に収容し、その上に更にセラミックス
粉体を充填する。そして、セラミックス粉体を一軸加圧
成形して円盤状成形体を作製し、円盤状成形体をホット
プレス焼結させる。こうした製法をとるため、製造コス
トは比較的高い。

【０００３】こうした一体焼成型のヒーターよりも低コ
ストのセラミックヒーターとしては、セラミックス製の
基板の表面に、例えばモリブデン、タングステンの膜か
らなるヒーターを形成したものがある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】しかし、セラミックス製
の基板の表面に、例えばモリブデン、タングステンの膜
を形成し、ヒーターを作製し、酸化性雰囲気下、あるい
は腐食性雰囲気下で通電して運転させて見ると、ヒータ
ーの加熱面の全面にわたって温度の均一性が確保され
ず、一部で温度が上昇したり、ホットスポットが生ずる
ことがあり、また甚だしい場合には断線するおそれがあ
った。

【０００５】本発明の課題は、比較的低コストで製作で
き、酸化又は腐食性雰囲気下で通電し、運転させたとき
にもヒーターの加熱面の温度の均一性が保持できるよう
なセラミックヒーターを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
からなり、加熱面を備える基体と、この基体の加熱面に
形成されたアルミニウム基金属からなる抵抗発熱体とを
備えていることを特徴とする、セラミックヒーターに係
るものである。

【０００７】本発明者は、アルミニウム基金属をセラミ
ック基体の加熱面に形成し、セラミックヒーターを構成
することを検討してみた。純金属アルミニウムやアルミ
ニウム合金は、体積抵抗率が低く、電流が流れやすいた
めに、通電しても十分な発熱が得られないこと、及び、
セラミックスとの熱膨張率差が大きく、断線、破損する
と考えられたために、これまでセラミックヒーターとし
ては検討されてこなかった。

【０００８】しかし、本発明者が、セラミック基体の加
熱面に、アルミニウム基金属からなる抵抗発熱体を形成
し、通電し、運転してみると、酸化性雰囲気中で長時間
運転しても、加熱面における温度の均一性が比較的良好
に保持されることを見出した。本発明者は、Ｎｉからな
る抵抗発熱体を形成し運転してみたが、局所的な異常発
熱が起こり、温度均一性が得られなかった。

【０００９】この理由について検討してみると、モリブ
デンやタングステンなどの高融点金属からなる抵抗発熱
体をセラミックス上に形成し、通電した場合には、抵抗
発熱体の表面領域が酸化を受け、抵抗発熱体が一部変質
し易く、変質部分においては抵抗値が変化し、発熱量が
変化して温度の均一性が損なわれることが分かった。セ
ラミックス基体上にアルミニウム基金属からなる抵抗発
熱体を形成した本発明のセラミックヒーターにおいて
は、こうした抵抗発熱体の酸化による温度の均一性の劣
化が生じにくいものと思われる。

【００１０】更に検討を進めてみると、本発明のセラミ
ックヒーターは、各種の腐食性ガス環境下、特にハロゲ
ン系腐食性ガス環境下で運転させたときにも、比較的良
好な耐蝕性を示し、やはり加熱面における温度の均一性
が比較的良好に保持された。

【００１１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る
セラミックヒーター１Ａを模式的に示す正面図であり、
図１（ｂ）は、図１（ａ）のセラミックヒーターの平面
図である。

【００１２】例えば円板状の基体２Ａの主面（加熱面）
２ａに、アルミニウム基金属からなる細長い帯状の抵抗
発熱体３が形成されている。抵抗発熱体３の両端には端
子５が接続されている。

【００１３】図２は、本発明の他の実施形態に係るセラ
ミックヒーター１Ｂを示す平面図である。図１のヒータ
ーとは異なるらせん状の平面的パターンに従って、帯状
の抵抗発熱体３を形成してある。

【００１４】図３のセラミックヒーター１Ｃにおいて
は、平面的に見て四角形、例えば正方形の基体２Ｂの加
熱面２ａに、抵抗発熱体３が形成されている。抵抗発熱
体３は、加熱面２ａの図面において右端の端面と左端の
端面との間を往復するように形成されている。

【００１５】基体を構成するセラミックスとしては、窒
化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、サイアロン等
の窒化物系セラミックス、アルミナ、窒化アルミニウム
等のアルミニウム基セラミックスが好ましい。ハロゲン
系腐食性ガスに対する耐蝕性の点では、窒化アルミニウ
ムが特に好ましい。

【００１６】アルミニウム基金属とは、アルミニウムを
主成分とする金属を言う。アルミニウム基金属における
アルミニウムの割合は限定されないが、好ましくは３０
重量％以上であり、更に好ましくは９５重量％以上であ
る。アルミニウム基金属には、純金属アルミニウム、お
よびアルミニウム合金が含まれる。

【００１７】アルミニウムと合金化されるべき金属とし
ては、チタン、ジルコニウム、ハフニウムが、基体への
抵抗発熱体の付着力を向上させるという観点から好まし
い。この場合には、チタン、ジルコニウム、ハフニウム
の合計量は、０．１重量％以上であることが好ましく、
また本発明の効果を奏する上で７０重量％以下であるこ
とが好ましい。また、アルミニウムと合金化されるべき
金属としては、半導体汚染防止の観点からは、タンタ
ル、タングステン、モリブデン、白金、希土類元素が好
ましい。

【００１８】本発明のセラミックヒーターは、種々の酸
化性雰囲気中で使用できる。また、ハロゲン系腐食性ガ
ス中でも使用できる。こうしたガスとしては、ＣｌＦ
_３、ＮＦ_３、ＣＦ_４、ＷＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣ
ｌ_３を例示できる。

【００１９】抵抗発熱体の寸法は特に限定されないが、
基体の表面からの厚さを１００μｍ以下とすることによ
って、好適な発熱を得ることができ、かつ運転時に抵抗
発熱体の基体からの剥離が抑制される。この観点から
は、抵抗発熱体の厚さを３０μｍ以下とすることが好ま
しく、２０μｍ以下とすることが一層好ましい。また、
アルミニウム抵抗発熱体の厚さを１０μｍ以下にし、そ
のパターンを１〜１０ｍｍ幅に形成することにより、よ
り良い均熱性を得ることができる。

【００２０】抵抗発熱体の形成方法は限定されず、アル
ミニウムペーストの塗布および焼成、スパッタリング
法、化学的気相成長法、物理的気相成長法などの気相法
を例示できる。特に、気相法、とりわけスパッタリング
法、化学的気相成長法によって抵抗発熱体を形成する
と、抵抗発熱体が基体から最も剥離しにくく、好適であ
る。また、アルミニウム抵抗発熱体に絶縁体をコーティ
ングすることの可能である。

【００２１】本発明のセラミックヒーターの用途は限定
されないが、半導体加熱用、あるいは液晶ディスプレー
製造装置用に好適に使用できる。また、同時にセラミッ
ク基体には、静電チャック電極や高周波電極を形成する
ことも可能であり、セラミック気体中に埋設することの
可能である。

【００２２】ヒーターの抵抗発熱体の端子部分の電気的
な接続方法は限定されない。例えば、ろう付け、溶接、
機械的な接合（ネジ止め、かしめ、圧着など）等であっ
てよい。

【００２３】図４の例においては、抵抗発熱体３の端部
に拡張部３ａを設け、拡張部３ａをリード線４の端部に
ろう材１０によってろう付けしている。

【００２４】図５（ａ）、（ｂ）の例においては、抵抗
発熱体３の端部に拡張部３ａを設ける共に、基体２に貫
通孔２ｂを設け、貫通孔２ｂ内にボルト６を通す。そし
て、ボルト６の頭部によって、リード線４の端部を抵抗
発熱体３の上に圧着し、ボルト６をナット７で締結す
る。

【００２５】また、図６の例においては、リード線４の
端部に略円筒形状の圧着部８を設ける。圧着部８は、例
えば４枚の分離された板状体からなっている。そして、
圧着部８を貫通孔２ｂ内に挿入した状態では、圧着部８
の各板状体が外方向へと向かって付勢され、貫通孔２ｂ
の内壁面に形成された抵抗発熱体の端部３ｂに対して圧
着される。

【００２６】

【実施例】以下、図１（ａ）、（ｂ）に示すセラミック
ヒーターを製造した。抵抗発熱体の端子部分には、図４
に示す形態を採用した。基体２Ａは、窒化アルミニウム
焼結体からなり、その直径は２４０ｍｍであり、厚さは
５ｍｍである。抵抗発熱体は純金属アルミニウムからな
り、スパッタリング法によって設けた。抵抗発熱体３の
幅は６ｍｍであり、厚さは５μｍである。

【００２７】セラミックヒーターを大気中に設置し、こ
の状態でセラミックヒーター上に温度測定用のウエハー
を設置し、抵抗発熱体３に電力を供給した。ヒーターに
６００Ｗの電力を供給した。２００Ｖ−３０Ａの電源を
使用し、電源をサイリスタ制御した。ヒーターの加熱面
の温度を４２０℃に制御した。抵抗発熱体の抵抗値は５
Ωであった。

【００２８】ウエハーの１７点で温度を測定し、面内に
おける温度分布を測定したところ、最高温度と最低温度
との差は５℃であった。大気中で５００時間以上運転し
たが、面内における温度分布はほぼ安定しており、断線
やホットスポットは生じなかった。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれは、比
較的低コストが製作でき、酸化性雰囲気下で通電し、運
転させたときにもヒーターの加熱面の温度の均一性が保
持できるようなセラミックヒーターを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るセラミッ
クヒーター１Ａを模式的に示す正面図であり、（ｂ）は
平面図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーター
１Ｂを模式的に示す平面図であり、抵抗発熱体がらせん
状に形成されている。

【図３】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーター
１Ｃを模式的に示す平面図であり、基体２Ｂが平面的に
見て四辺形状である。

【図４】ヒーターの電力供給部分を示し、抵抗発熱体３
がリード線４にろう付けされている。

【図５】ヒーターの電力供給部分を示し、抵抗発熱体３
がリード線４にボルトによって締結されている。

【図６】ヒーターの電力供給部分を示し、リード線４の
先端に取り付けられた圧着部材８が抵抗発熱体に圧着し
ている。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃセラミックヒーター、２Ａ、２Ｂ
基体、２ａ加熱面、２ｂ貫通孔、３抵抗発熱体、
４電力供給部材、５端子、６、７締結具、８圧
着部材、１０ろう材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA10 AA19 AA22 AA34 AA35 AA37 BA06 BA15 BB06 BC12 HA10 JA02 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB26 QB43 QB67 QB68 QB69 QB75 QB76 QB77 QB78 QC59 RF11 RF17 TT26 TT30 TT31 VV22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスからなり、加熱面を備える基
体と、この基体の前記加熱面に形成された、アルミニウ
ム基金属からなる抵抗発熱体とを備えていることを特徴
とする、セラミックヒーター。
【請求項２】前記抵抗発熱体の厚さが１００μｍ以下で
あることを特徴とする、請求項１記載のセラミックヒー
ター。
【請求項３】前記抵抗発熱体が気相法によって形成され
たことを特徴とする、請求項１または２記載のセラミッ
クヒーター。