JP2003007433A - セラミックヒータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造装置等に好適であり、放電加工時
に使用した放電ワイヤーの素材元素の表面への転移がな
く、耐熱衝撃性を向上させ、熱衝撃によるクラックの発
生のない高品質なセラミックヒータ、及び該セラミック
ヒータを効率よく製造し得る方法の提供。 【解決手段】 渦巻き状に切断した炭化ケイ素焼結体に
対し１０００℃以上でアニール処理を行うセラミックヒ
ータの製造方法である。前記アニール処理の温度が１３
５０℃以上である態様、前記アニール処理の温度が１４
００〜１５５０℃である各態様などが好ましい。前記セ
ラミックヒータの製造方法により製造されるセラミック
ヒータである。放電加工で使用した放電ワイヤーの素材
元素の付着量が５×１０^１０原子／ｃｍ^２以下、前記曲
げ強さ試験法（ＪＩＳ １６０１）により測定した曲げ
強度が７００ＭＰａ以上、前記密度が２．９ｇ／ｃｍ^３
以上である各態様などが好ましい。

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
に好適なセラミックヒータ及び該セラミックヒータの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化ケイ素は、耐熱性に優れることか
ら、その焼結体がセラミックヒータに応用されるに至っ
ている。前記炭化ケイ素の焼結体によるセラミックヒー
タは、炭化ケイ素粉末をホットプレス法等により成型し
てなる炭化ケイ素焼結体を放電加工等によりヒータ状に
スライス切断した後、面取り、洗浄、乾燥、研磨等を行
うことにより得られる。このようにして得られたセラミ
ックヒータにおいては、放電加工時に使用した放電ワイ
ヤーの素材元素が表面に転移してしまうため、該放電ワ
イヤーの素材元素の転移がないことが望まれ、また、ク
ラックが発生しないことが望まれ、特に熱衝撃付与時に
クラックが発生しないことが望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる要望
に応え、以下の目的を達成することを課題とする。本発
明は、半導体製造装置等に好適であり、放電加工時に使
用した放電ワイヤーの素材元素の表面への転移がなく、
耐熱衝撃性を向上させ、熱衝撃によるクラックの発生の
ない高品質なセラミックヒータ、及び該セラミックヒー
タを効率よく製造し得る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
の手段は、以下の通りである。即ち、 ＜１＞ ヒータ状に切断した炭化ケイ素焼結体に対し１
０００℃以上でアニール処理を行うことを特徴とするセ
ラミックヒータの製造方法である。 ＜２＞ ヒータ状が渦巻き状である前記＜１＞に記載の
セラミックヒータの製造方法である。 ＜３＞ アニール処理の温度が１３５０℃以上である前
記＜１＞又は＜２＞に記載のセラミックヒータの製造方
法である。 ＜４＞ アニール処理の温度が１４００〜１５５０℃で
ある前記＜１＞又は＜２＞に記載のセラミックヒータの
製造方法である。 ＜５＞ アニール処理の圧力が１０^−４Ｔｏｒｒ（１．
３×１０^−２Ｐａ）以下である前記＜１＞から＜４＞の
いずれかに記載のセラミックヒータの製造方法である。 ＜６＞ 前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のセラ
ミックヒータの製造方法により製造されることを特徴と
するセラミックヒータである。 ＜７＞ 放電加工で使用した放電ワイヤーの素材元素の
付着量が、５×１０^{１ ０}原子／ｃｍ^２以下である前記＜
６＞に記載のセラミックヒータである。 ＜８＞ 曲げ強さ試験法（ＪＩＳ １６０１）により測
定した曲げ強度が７００ＭＰａ以上である前記＜６＞又
は＜７＞に記載のセラミックヒータである。 ＜９＞ 全部分における元素組成比が、Ｓｉ／Ｃ＝０．
４８／０．５２〜０．５２／０．４８である前記＜６＞
から＜８＞に記載のセラミックヒータである。 ＜１０＞ 熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である前記
＜６＞から＜９＞のいずれかに記載のセラミックヒータ
である。 ＜１１＞ 密度が２．９ｇ／ｃｍ^３以上である前記＜６
＞から＜１０＞のいずれかに記載のセラミックヒータで
ある。 ＜１２＞ 表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜２．０μｍで
ある前記＜６＞から＜１１＞のいずれかに記載のセラミ
ックヒータである。 ＜１３＞ 周期表における１族から１６族に属しかつ原
子番号３以上（但し原子番号６〜８及び同１４を除く）
である元素を、合計で１．０ｐｐｍ以下含有する前記＜
６＞から＜１２＞のいずれかに記載のセラミックヒータ
である。 ＜１４＞ 炭化ケイ素焼結体が、少なくとも炭化ケイ素
粉末と非金属系焼結助剤とを混合し焼結して得られ、該
炭化ケイ素粉末が、液状ケイ素化合物の少なくとも１種
と、加熱により炭素を発生する有機化合物の少なくとも
１種とを混合し焼成して得られる前記＜６＞から＜１３
＞のいずれかに記載のセラミックヒータである。

【０００５】更に、以下の手段も好ましい。 ＜１５＞ 液状ケイ素化合物の少なくとも１種及び加熱
により炭素を発生する有機化合物の少なくとも１種を混
合し焼成して得られる炭化ケイ素粉末と、非金属系焼結
助剤とを混合し焼結して得られ、密度が２．９ｇ／ｃｍ
^３以上である炭化ケイ素焼結体を、セラミックヒータ状
に切断した後、アニール処理を行うことを特徴とするセ
ラミックヒータの製造方法である。 ＜１６＞ アニール処理の温度が１３５０℃以上である
前記＜１５＞に記載のセラミックヒータの製造方法であ
る。 ＜１７＞ アニール処理の温度が１４００〜１５５０℃
である前記＜１５＞に記載のセラミックヒータの製造方
法である。

【０００６】本発明のセラミックヒータの製造方法にお
いては、ヒータ状に切断した炭化ケイ素焼結体に対し１
０００℃以上でアニール処理を行う。このアニール処理
により、前記炭化ケイ素焼結体における渦巻き状表面に
放電加工時に転移した放電ワイヤーの素材元素が効果的
に除去され、また、該アニール処理の前までに蓄積され
た加工残留応力も除去される。このため、得られるセラ
ミックヒータにおいては、放電加工時に使用した放電ワ
イヤーの素材元素の表面への転移がなく高純度であり、
また、熱衝撃が付与された際にクラックの発生が効果的
に抑制される。本発明のセラミックヒータは、前記本発
明のセラミックヒータの製造方法により製造されるの
で、放電加工時に使用した放電ワイヤーの素材元素の表
面への転移がなく高純度であり、また、加工時に付与さ
れた応力が残留しておらず、熱衝撃が付与された際にク
ラックの発生が効果的に抑制される。

【０００７】

【発明の実施の形態】（セラミックヒータの製造方法）
以下、本発明のセラミックヒータの製造方法について説
明する。本発明のセラミックヒータの製造方法において
は、ヒータ状に切断した炭化ケイ素焼結体に対し１００
０℃以上でアニール処理を行う。

【０００８】前記アニール処理の温度としては、目的に
応じて適宜選択することができるが、１０００℃以上で
あることが必要であり、１３５０℃以上が好ましく、１
３５０〜１６００℃がより好ましく、１４００〜１５５
０℃が特に好ましい。前記アニール処理の温度が、１０
００℃未満であると放電加工時に表面に転移した放電ワ
イヤーの素材元素が効果的に除去されないことがある．
一方、１０００℃以上であると放電加工時に表面に転移
した放電ワイヤーの素材元素が効果的に除去され、１３
５０℃以上であるとさらに耐熱衝撃性が向上し、熱衝撃
によるクラックの発生が抑制される点で好ましく、１３
５０〜１６００℃であると耐熱衝撃性がより向上し、熱
衝撃によるクラックの発生が効果的に抑制される点でよ
り好ましく、１４００〜１５５０℃の場合には、その上
さらに、炭化現象をも効果的に抑制し、セラミックヒー
タの全部分における元素組成比を、Ｓｉ／Ｃ＝０．４８
／０．５２〜０．５２／０．４８、と維持することがで
きる点で特に好ましい。

【０００９】なお、本発明においては、前記アニール処
理を複数段で行うことができ、この場合、少なくとも１
段が前記好ましい範囲内又はより好ましい範囲内で行わ
れるのが好ましい。前記アニール処理を複数段で行う態
様としては、例えば、１０００℃程度で処理した後、１
４００〜１５５０℃で処理する態様、などが特に好適に
挙げられる。

【００１０】前記アニール処理の温度にまで昇温する際
の昇温速度としては、目的に応じて適宜選択することが
できるが、１〜２０℃／分程度であり、３〜１２℃／分
程度が好ましい。前記昇温速度が３〜１２℃／分程度で
あると、得られるセラミックヒータの耐熱衝撃性が向上
し、熱衝撃によるクラックの発生が効果的に抑制される
点で好ましい。

【００１１】前記アニール処理の圧力としては、特に制
限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、
１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２Ｐａ）以下が好ま
しい。前記アニール処理の圧力が、１０^−４Ｔｏｒｒ
（１．３×１０^−２Ｐａ）以下であると、純化効果が得
られる点で好ましい。

【００１２】前記アニール処理の時間としては、特に制
限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、
０．２〜２．０時間程度が好ましく、０．５〜１．５時
間程度がより好ましい。前記アニール処理の時間が、前
記範囲であるとセラミックヒータ内に残留していた加工
応力を効果的に除去することができ、前記より好ましい
範囲であるとさらに効果的に除去することができる点で
好ましい。

【００１３】前記アニール処理を複数段で行う場合であ
って、１０００℃程度で処理した後、１４００〜１５５
０℃で処理する態様では、１０００℃程度での処理の時
間が１〜６時間程度であり、１４００〜１５５０℃での
処理の時間が上記範囲内であるのが好ましい。

【００１４】前記アニール処理は、公知の加熱処理装
置、例えば炭化ケイ素の焼結に使用するような熱処理装
置を用いて行うことができ、該熱処理装置としては、例
えば、熱処理炉などが好適に挙げられる。該加熱装置の
加熱方式としては、抵抗加熱方式であってもよいし、誘
電加熱方式であってもよい。

【００１５】前記アニール処理後の冷却速度としては、
目的に応じて適宜選択することができるが、通常０．１
〜２０℃／分程度であり、０．５〜８℃／分程度が好ま
しい。前記昇温速度が０．５〜８℃／分程度であると、
得られるセラミックヒータの耐熱衝撃性が向上し、熱衝
撃によるクラックの発生が効果的に抑制される点で好ま
しい。

【００１６】前記アニール処理後の冷却雰囲気として
は、目的に応じて適宜選択することができるが、コスト
の点で、高純度窒素ガス雰囲気であるのが好ましい。

【００１７】本発明においては、前記アニール処理の前
に、炭化ケイ素焼結体を公知のヒータの形状、例えば渦
巻き状等に切断した後、目的に応じて適宜、面取り、洗
浄、乾燥、研磨等を行うことができる。これらの処理
は、公知の機械、器具、装置等を用い、公知の方法に従
って行うことができる。

【００１８】前記炭化ケイ素焼結体は、炭化ケイ素粉末
を焼結することにより得られる。前記焼結の方法として
は、特に制限はなく、反応焼結法、ホットプレス法など
が挙げられるが、製造容易性の点ではホットプレス法が
好ましい。

【００１９】前記炭化ケイ素粉末としては、純度、その
製造方法等については特に制限はなく、目的に応じて適
宜選択することができる。

【００２０】前記純度としては、高いことが好ましく、
不純物元素の含有量が０．５ｐｐｍ以下であるのが好ま
しい。前記不純物元素の含有量は、化学的な分析による
不純物含有量であり、参考値としての意味を有するに過
ぎず、実用的には、前記不純物元素が前記炭化ケイ素焼
結体中に均一に分布しているか、局所的に偏在している
かによっても、評価が異なってくる。ここで、「不純物
元素」とは、１９８９年ＩＵＰＡＣ無機化学命名法改訂
版の周期律表における１族から１６族に属しかつ原子番
号３以上（但し原子番号６〜８及び同１４を除く）であ
る元素をいう。

【００２１】前記炭化ケイ素粉末は、例えば、ケイ素源
として、ケイ素化合物の少なくとも１種と、炭素源とし
て、加熱により炭素を生ずる有機化合物の少なくとも１
種と、重合触媒又は架橋触媒とを溶媒中で溶解し乾燥し
て得られた粉末を非酸化性雰囲気下で焼成することによ
り得られる。なお、前記焼成後に、得られた炭化ケイ素
粉末を１７００℃以上２０００℃未満の温度に保持し、
２０００〜２１００℃で５〜２０分間行う加熱処理が少
なくとも１回行われてもよい。

【００２２】前記ケイ素化合物としては、液状のものと
固体のものとを併用することができるが、少なくとも１
種は液状のものから選択する。

【００２３】前記液状のものとしては、アルコキシシラ
ン及びテトラアルコキシシラン重合体が好適に用いられ
る。

【００２４】前記アルコキシシランとしては、例えば、
メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、
ブトキシシラン等が挙げられ、これらの中でもハンドリ
ングの点でエトキシシランが好ましい。前記アルコキシ
シランとしては、モノアルコキシシラン、ジアルコキシ
シラン、トリアルコキシシラン、テトラアルコキシシラ
ンのいずれであってもよいが、テトラアルコキシシラン
が好ましい。前記テトラアルコキシシラン重合体として
は、重合度が２〜１５程度の低分子量重合体（オリゴマ
ー）及びケイ酸ポリマーが挙げられる。

【００２５】前記固体のものとしては、ＳｉＯ、シリカ
ゾル（コロイド状超微細シリカ含有液、内部にＯＨ基や
アルコキシル基を含む）、二酸化ケイ素（シリカゲル、
微細シリカ、石英粉末）等の酸化ケイ素が挙げられる。

【００２６】前記ケイ素化合物は、１種単独で用いても
よいし、２種以上を併用してもよい。前記ケイ素化合物
の中でも、均質性やハンドリング性が良好な点でテトラ
エトキシシランのオリゴマー、テトラエトキシシランの
オリゴマーと微粉末シリカとの混合物、等が好ましい。

【００２７】前記ケイ素化合物は、高純度であるのが好
ましく、初期における各不純物の含有量が２０ｐｐｍ以
下であるのが好ましく、５ｐｐｍ以下であるのがより好
ましい。

【００２８】前記加熱により炭素を生ずる有機化合物と
しては、液状のものを単独で用いてもよいし、液状のも
のと固体のものとを併用してもよい。

【００２９】前記加熱により炭素を生ずる有機化合物と
しては、残炭率が高く、かつ触媒若しくは加熱により重
合又は架橋する有機化合物が好ましく、例えば、フェノ
ール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポ
リビニルアルコール等の樹脂のモノマーやプレポリマー
が好ましく、その他、セルロース、蔗糖、ピッチ、ター
ル等の液状物が挙げられる。これらの中でも、高純度の
ものが好ましく、フェノール樹脂がより好ましく、レゾ
ール型フェノール樹脂が特に好ましい。

【００３０】前記加熱により炭素を生ずる有機化合物
は、１種単独で用いてもよいし、２以上を併用してもよ
い。前記加熱により炭素を生ずる有機化合物の純度とし
ては、目的に応じて適宜選択することができるが、高純
度の炭化ケイ素粉末が必要な場合には各金属を５ｐｐｍ
以上含有していない有機化合物を用いることが好まし
い。

【００３１】前記重合触媒及び架橋触媒としては、前記
加熱により炭素を生ずる有機化合物に応じて適宜選択で
きるが、前記加熱により炭素を生ずる有機化合物がフェ
ノール樹脂やフラン樹脂の場合、トルエンスルホン酸、
トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、硫酸等の酸類が
好ましく、トルエンスルホン酸が特に好ましい。

【００３２】前記加熱により炭素を生ずる有機化合物に
含まれる炭素と、前記ケイ素化合物に含まれるケイ素と
の比（以下「Ｃ／Ｓｉ比」と略記）は、両者の混合物を
１０００℃にて炭化して得られる炭化物中間体を、元素
分析することにより定義される。化学量論的には、前記
Ｃ／Ｓｉ比が３．０の時に得られた炭化ケイ素粉末中の
遊離炭素が０％となるはずであるが、実際には同時に生
成するＳｉＯガスの揮散により低Ｃ／Ｓｉ比において遊
離炭素が発生する。この得られた炭化ケイ素粉末中の遊
離炭素量が適当な量となるように予め配合比を決定して
おくのが好ましい。通常、１気圧近傍で１６００℃以上
での焼成では、前記Ｃ／Ｓｉ比を２．０〜２．５にする
と遊離炭素を抑制することができる。前記Ｃ／Ｓｉ比が
２．５を超えると、前記遊離炭素が顕著に増加する。但
し、雰囲気の圧力を低圧又は高圧で焼成する場合は、純
粋な炭化ケイ素粉末を得るためのＣ／Ｓｉ比は変動する
ので、この場合は必ずしも前記Ｃ／Ｓｉ比の範囲に限定
するものではない。

【００３３】なお、前記炭化ケイ素粉末は、例えば、前
記ケイ素化合物と前記加熱により炭素を生ずる有機化合
物との混合物を硬化することによっても得られる。前記
硬化の方法としては、加熱により架橋する方法、硬化触
媒により硬化する方法、電子線や放射線による方法、な
どが挙げられる。前記硬化触媒としては、前記加熱によ
り炭素を生ずる有機化合物の種類等に応じて適宜選択す
ることができ、フェノール樹脂やフラン樹脂の場合に
は、トルエンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、
しゅう酸、塩酸、硫酸、マレイン酸等の酸類、ヘキサミ
ン等のアミン類などが好適に挙げられる。これらの硬化
触媒を用いる場合、該硬化触媒は溶媒に溶解し又は分散
される。前記溶媒としては、低級アルコール（例えばエ
チルアルコール等）、エチルエーテル、アセトンなどが
挙げられる。

【００３４】以上により得られた炭化ケイ素粉末は、窒
素又はアルゴン等の非酸化性雰囲気中、８００〜１００
０℃にて３０〜１２０分間、焼成される。前記焼成によ
り前記炭化ケイ素粉末が炭化物になり、該炭化物を、ア
ルゴン等の非酸化性雰囲気中、１３５０〜２０００℃で
焼成することにより、炭化ケイ素粉末が生成される。

【００３５】前記焼成の温度と時間とは、得ようとする
炭化ケイ素粉末の粒径等に応じて適宜選択することがで
き、炭化ケイ素粉末のより効率的な生成の点で前記温度
は１６００〜１９００℃が好ましい。なお、前記焼成の
後に、不純物を除去し高純度の炭化ケイ素粉末を得る目
的で、２０００〜２１００℃で５〜２０分間加熱処理を
行うのが好ましい。

【００３６】以上により得られた炭化ケイ素粉末は、大
きさが不均一であるため、解粉、分級、等を行うことに
より所望の粒度にすることができる。前記炭化ケイ素粉
末の平均粒径としては、１０〜７００μｍが好ましく、
１００〜４００μｍがより好ましい。

【００３７】なお、前記炭化ケイ素粉末を焼結して得た
前記炭化ケイ素焼結体に、ｎ型又はｐ型の導電性を付与
する目的で、窒素又はアルミニウムを導入することがで
き、該窒素又はアルミニウムを前記炭化ケイ素粉末の製
造時に導入する場合は、まず前記ケイ素源と、前記炭素
源と、窒素源又はアルミニウム源からなる有機物質と、
前記重合触媒又は架橋触媒とを均一に混合すればよい。
このとき、例えば、フェノール樹脂等の炭素源と、ヘキ
サメチレンテトラミン等の窒素源からなる有機物質と、
トルエンスルホン酸等の重合触媒又は架橋触媒とを、エ
タノール等の溶媒に溶解する際に、テトラエトキシシラ
ンのオリゴマー等のケイ素源と十分に混合することが好
ましい。

【００３８】前記窒素源からなる有機物質としては、加
熱により窒素を発生する物質が好ましく、例えば、高分
子化合物（具体的には、ポリイミド樹脂、及びナイロン
樹脂等）、有機アミン（具体的には、ヘキサメチレンテ
トラミン、アンモニア、トリエチルアミン等、及びこれ
らの化合物、塩類）の各種アミン類が挙げられる。これ
らの中でも、ヘキサメチレンテトラミンが好ましい。ま
た、ヘキサミンを触媒として合成され、その合成工程に
由来する窒素を樹脂１ｇに対して２．０ｍｍｏｌ以上含
有するフェノール樹脂も、該窒素源からなる有機物質と
して好適に用いることができる。これらの窒素源からな
る有機物質は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を
併用してもよい。なお、前記アルミニウム源からなる有
機物質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選
択することができる。

【００３９】前記窒素源からなる有機物質の添加量とし
ては、前記ケイ素源と前記炭素源と同時に添加する場合
には、前記ケイ素源１ｇ当たり窒素が１ｍｍｏｌ以上含
有することが好ましく、前記ケイ素源１ｇに対して８０
〜１０００μｇが好ましい。

【００４０】本発明のセラミックヒータの製造方法によ
ると、耐熱衝撃性に優れ、熱衝撃によるクラックの発生
のない高品質なセラミックヒータを効率的に製造するこ
とができる。

【００４１】（セラミックヒータ）本発明のセラミック
ヒータ、上述した本発明の製造方法により好適に製造さ
れる。

【００４２】本発明のセラミックヒータにおける、放電
加工で使用した放電ワイヤーの素材元素の付着量（転移
量）としては、５×１０^１０原子／ｃｍ^２以下であるの
が好ましい。前記付着量（転移量）が５×１０^１０原子
／ｃｍ^２を超えると、半導体用治具として用いるとパー
ティクル汚染になる場合がある。前記付着量（転移量）
は、例えば、全反射蛍光Ｘ線装置などを用いて測定する
ことができる。

【００４３】本発明のセラミックヒータの曲げ強度とし
ては、曲げ強さ試験法（ＪＩＳ １６０１）に準拠して
測定した値が、６５０ＭＰａ以上であるのが好ましく、
７００ＭＰａ以上であるのがより好ましい。前記曲げ強
度が６５０ＭＰａ以上であると、前記アニール処理を行
わなかった場合の曲げ強度が６５０ＭＰａ未満であり、
この場合に比し高曲げ強度を達成することができる点で
好ましい。

【００４４】本発明のセラミックヒータの熱伝導率とし
ては、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましく、１８
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのがより好ましい。前記熱伝導
率が、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると、加熱時にセラミ
ックヒータ表面と内部との間で温度差が生ずることが殆
どない。前記熱伝導率は、熱定数測定装置（ＦＡ８５１
０Ｂ、理学電機社製）を用い、レーザーフラッシュ法に
より測定することができる。

【００４５】本発明のセラミックヒータの密度として
は、２．９ｇ／ｃｍ^３以上であるのが好ましく、３．０
ｇ／ｃｍ^３以上がより好ましい。前記密度が、２．９ｇ
／ｃｍ^３未満の場合には、測温セラミックヒータの曲げ
強度・破壊強度等の機械的強度が低下し、繰り返し使用
した際に、変形や、クラック（ひび割れ）等の破損を招
くことがある。また、耐熱性、耐酸化性、耐薬品性も低
下し、腐食し易いことがある。前記密度は、アルキメデ
ス法により測定することができる。

【００４６】本発明のセラミックヒータの表面粗さ（Ｒ
ａ）としては、０．０１〜２．０μｍであるのが好まし
い。前記表面粗さ（Ｒａ）が前記範囲内にあると、パー
ティクルの発生を防ぐことができる点で好ましい。前記
表面粗さ（Ｒａ）は、表面粗さ計などを用いて測定する
ことができる。

【００４７】本発明のセラミックヒータの体積抵抗率と
しては、１．０Ω・ｃｍ以下が好ましい。前記体積抵抗
率が１．０Ω・ｃｍを超えると、放電加工が困難となる
ことがある。前記体積抵抗率を前記範囲内に制御する目
的で、前記セラミックヒータに所定量の窒素を含有させ
ることができる。該窒素の含有量としては、１５０ｐｐ
ｍ以上が好ましく、２００ｐｐｍ以上がより好ましい。
該窒素は、安定性の点からは固溶状態で含有されている
のが好ましい。

【００４８】本発明のセラミックヒータにおけるβ型の
炭化ケイ素の含有量としては、機械的強度の等方性を向
上させる点からは、炭化ケイ素全成分に対し７０重量％
以上が好ましく、８０重量％以上がより好ましい。

【００４９】本発明のセラミックヒータのヤング率とし
ては、３．５×１０^４〜４．５×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ²
（３．４×１０^５〜４．４×１０^５ＭＰａ）が好まし
い。本発明のセラミックヒータのビッカース硬度として
は、２０００ｋｇｆ／ｍｍ ²（１８０００〜２００００
ＭＰａ）以上が好ましい。本発明のセラミックヒータの
ポアソン比としては、０．１４〜０．２１が好ましい。
本発明のセラミックヒータの熱膨張係数としては、３．
８×１０^-6〜４．２×１０^-6／Ｋ、が好ましい。本発明
のセラミックヒータの比熱としては、０．１５〜０．１
８ｃａｌ／ｇ・Ｋが好ましい。

【００５０】本発明のセラミックヒータにおける不純物
元素の含有率としては合計で１．０ｐｐｍ以下であるの
が好ましく、０．８ｐｐｍ以下がより好ましい。前記含
有率が合計で１．０ｐｐｍ以下であると、高性能のセラ
ミックヒータとして各種分野に好適に使用することがで
きる。

【００５１】前記不純物元素とは、周期表における１族
から１６族に属しかつ原子番号３以上（但し原子番号６
〜８及び同１４を除く）である元素を意味する。前記含
有率は、セラミックヒータを強酸によって全量分解して
得られた溶液をＩＣＰ−ＭＳで分析することにより測定
することができる。

【００５２】本発明のセラミックヒータは、耐熱衝撃性
が従来品に比し十分に向上しており、熱衝撃によるクラ
ックの発生がなく、高品質であるため、電子デバイス、
光学デバイス等として特に好適に使用することができ
る。

【００５３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

【００５４】（実施例１） ＜セラミックヒータの製造＞ＳｉＯ_２含有量４０％の高
純度エチルシリケートオリゴマー（液状のケイ素化合
物）６８０ｇと、含水率２０％の高純度液体レゾール型
フェノール樹脂（加熱により炭素を発生する有機化合
物）３０５ｇとを混合し、これに高純度ｐ−トルエンス
ルホン酸（硬化触媒）の２８％水溶液１３７ｇを加えて
硬化乾燥させた後、窒素雰囲気下、９００℃において１
時間炭化し、均質な混合固形物を得た。得られた混合固
形物の４００ｇを、炭素製容器に収容し、アルゴン雰囲
気下で１７５０℃まで昇温して３０分間保持した後、１
８５０℃まで昇温して１時間保持した。なお、前記１時
間保持した過程では、１８５０℃で１５分間保持する操
作と、２０３０℃で５分間保持する操作とを、それぞれ
交互に３回づつ行い、高純度炭化ケイ素粉末（平均粒
径：０．８μｍ）を調製した。

【００５５】得られた高純度炭化ケイ素粉末（平均粒
径：０．８μｍ）の２７００ｇと、含水率２０％の高純
度液体レゾール型フェノール樹脂（熱分解後の残炭率５
０％）（非金属系焼結助剤）の３００ｇとを、エチルア
ルコールの４５００ｇに分散させ、遊星ボールミルで１
８時間攪拌し、均質に混合した。その後、５０〜６０℃
に加温してエチルアルコールを蒸発乾固させ、１００μ
ｍの篩にかけて、均一な混合物（炭化ケイ素粉末含有混
合物）を得た。

【００５６】得られた混合物（炭化ケイ素粉末含有混合
物）を以下のようにして焼結し、炭化ケイ素焼結体を作
製した。即ち、内径３２０ｍｍφの黒鉛型モールド内
に、得られた混合物（炭化ケイ素粉末含有混合物）を約
６５００ｇ収容し、これを黒鉛製パンチに挟み、ホット
プレス（ホットプレス装置：抵抗加熱式４００ｔホット
プレス）内にセットした。真空条件（１０^−５〜１０
^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２〜１．３×１０^−３Ｐ
ａ））下で、室温から７００℃まで８時間かけて昇温
し、１時間その温度に保持した。その後、真空条件（１
０^−５〜１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２〜１．３
×１０^−３Ｐａ））下で、７００℃から１２００℃まで
３時間で昇温して、さらに１２００℃から１５００℃ま
で３時間で昇温し、４時間その温度で保持した。その
後、５００ｋｇｆ／ｃｍ^２（４９Ｐａ）の圧力で加圧
し、アルゴン雰囲気下で１５００℃から２３００℃まで
４時間で昇温し、３時間その温度・圧力に保持した（ホ
ットプレス工程）後、冷却した。そして、熱処理炉内
で、真空（１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２Ｐ
ａ））条件下、１９５０℃で３時間保持することによ
り、炭化ケイ素焼結体を作製した。

【００５７】得られた炭化ケイ素焼結体を、放電ワイヤ
ーとして銅製のものを使用した放電加工により、厚さ２
ｍｍに渦巻き状にスライスした後、洗浄処理、表面研磨
処理等を施して、外径８インチ、厚み０．６５ｍｍ、表
面粗さ（Ｒａ）０．６μｍの渦巻き状セラミックヒータ
を作製した。

【００５８】次に、このセラミックヒータに以下の条件
にてアニーリング処理を行った。即ち、装置として、抵
抗加熱型大型熱処理炉を用い、アニーリング温度は１０
００〜１６００℃とし、アニーリング時間は１時間とし
（１０００℃でのアニーリング処理は１〜６時間）、ア
ニーリング圧力は真空（１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１
０^−２Ｐａ）以下とし、昇温速度は８℃／分とし、冷却
速度は４℃／分とし、冷却雰囲気は高純度窒素ガス雰囲
気とした。

【００５９】＜セラミックヒータの評価＞以上のように
して得られたセラミックヒータ（本発明のセラミックヒ
ータ）であって、前記アニーリング温度が、１０００
℃、１２００℃及び１４００℃の３種と、上記アニーリ
ング処理のみを行わないで得られたセラミックヒータ
（比較例のセラミックヒータ）及びアニーリング温度が
９００℃で得られたセラミックヒータ（比較例のセラミ
ックヒータ）とについて、放電ワイヤーの素材元素のセ
ラミックヒータ表面への転移量を、全反射蛍光Ｘ線装置
を使用して測定した。その結果を表１に示した。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１に示す評価結果より、アニーリング温
度が１０００℃以上でアニーリング処理されて得られた
本発明のセラミックヒータでは、放電加工時に使用する
放電ワイヤの素材元素の表面への転移（付着）量が少な
かったのに対し、１０００℃未満でアニーリング処理さ
れ、又はアニーリング処理されることなく得られた比較
例のセラミックヒータでは、放電加工時に使用する放電
ワイヤの素材元素の表面への転移（付着）量が多かった
ことが明らかである。

【００６２】次に、以上のようにして得られたセラミッ
クヒータ（本発明のセラミックヒータ）であって、前記
アニーリング温度が、それぞれ１０００℃、１２００
℃、１３５０℃、１４００℃、１４５０℃及び１６００
℃の６種と、上記アニーリング処理のみを行わないで得
られたセラミックヒータ（比較例のセラミックヒータ）
とについて、さらに以下の評価を行った。

【００６３】−耐熱衝撃性− 図１に示すように、評価試料としてのセラミックヒータ
１をオーブン１０内に収容して、所定温度に１５分間保
持させた。その後、セラミックヒータ１をオーブン１０
から取り出し、容器２０内に収容させた水２１（約２０
リットル、約２０℃）中に投下した。水中投下時の温度
差（水温とセラミックヒータの温度との差）は、それぞ
れ、１５０℃、２００℃、２５０℃、２７５℃、３００
℃、３２５℃、３５０℃、３７５℃、４００℃、４２５
℃、４５０℃となる各場合について評価した。その結果
を表２に示す。なお、表２において、各欄の結果につ
き、分母の数は試験したセラミックヒータの数を意味
し、分子の数はクラックが発生したセラミックヒータの
数を意味し、「−」は試験を行わなかったことを意味す
る。

【００６４】

【表２】

【００６５】表２に示す評価結果から、アニーリング処
理を行わなかった比較例のセラミックヒータでは、水中
投下時の温度差（水温とセラミックヒータの温度との
差）が小さくてもクラックが発生し、耐熱衝撃性が十分
でないことが明らかである。一方、アニーリング処理を
行った本発明のセラミックヒータでは、耐熱衝撃性が改
善されていることが明らかであり、アニーリング温度が
１３５０℃の場合には、アニーリング処理を行わなかっ
た比較例のセラミックヒータに比し耐熱衝撃性が５０℃
以上も改善され、アニーリング温度が１４００℃、１４
５０℃及び１６００℃の場合には、アニーリング処理を
行わなかった比較例のセラミックヒータに比し耐熱衝撃
性が１００℃以上も改善されたことが明らかである。

【００６６】次に、アニーリング温度が１４００℃及び
１６００℃の場合について、得られたセラミックヒータ
の元素組成比（Ｓｉ／Ｃ）を、セラミックヒータ表面か
らの深さが１５ｎｍ及び５０ｎｍの場合について、オー
ジェ電子分光装置を用いてそれぞれ測定した。その結果
を表３に示した。

【００６７】

【表３】

【００６８】表３に示すの評価結果から、アニーリング
温度が１４００℃の場合には、セラミックヒータ表面か
ら１５ｎｍ及び５０ｎｍのいずれの深さにおいても。Ｓ
ｉ／Ｃの元素組成比がほぼ１／１であったのに対し、ア
ニーリング温度が１６００℃の場合には、前記いずれの
深さにおいても炭化が進行する傾向が観られた。

【００６９】−曲げ強度− アニーリング温度が１４００℃及び１６００℃の場合に
ついて、得られたセラミックヒータの曲げ強度を、ＪＩ
Ｓ １６０１（１９９９）に準拠して測定した。その結
果を表４に示した。なお、表４において、「ダミーセラ
ミックヒータ部材」は、得られた実施例のセラミックヒ
ータ及び比較例のセラミックヒータについて、大きさが
４ｍｍ（Ｗ）×０．６５ｍｍ（ｔ）×４０ｍｍ（ｌ）、
表面粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍとした。「研削加工Ｊ
ＩＳ試験片」は、得られた実施例のセラミックヒータ及
び比較例のセラミックヒータについて、大きさが４ｍｍ
（Ｗ）×３ｍｍ（ｔ）×４０ｍｍ（ｌ）、表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．１５μｍとした。「鏡面加工ＪＩＳ試験片」
は、得られた実施例のセラミックヒータ及び比較例のセ
ラミックヒータについて、大きさが４ｍｍ（Ｗ）×３ｍ
ｍ（ｔ）×４０ｍｍ（ｌ）、表面粗さ（Ｒａ）が０．０
２μｍとした。

【００７０】

【表４】

【００７１】表４に示すの評価結果から、アニーリング
温度が１４００℃及び１６００℃である本発明のセラミ
ックヒータの各試験片では、比較例のセラミックヒータ
の各試験片に比し曲げ強度が約１５０ＭＰａ以上も向上
していることが明らかである。

【００７２】−熱伝導率− 得られた本発明のセラミックヒータの熱伝導率を公知の
測定方法で測定したところ、２２０Ｗ／ｍ・Ｋであっ
た。

【００７３】−密度− 得られた本発明のセラミックヒータの密度を公知の測定
方法で測定したところ、３．１０ｇ／ｃｍ^３であった。

【００７４】−不純物元素の総含有量− 得られた本発明のセラミックヒータにおける不純物元素
の総含有量を、溶液法によって前記ＩＣＰ−ＭＳで分析
・測定したところ、０．７５ｐｐｍであった。

【００７５】

【発明の効果】本発明によると、半導体製造装置等に好
適であり、放電加工時に使用した放電ワイヤーの素材元
素の表面への転移がなく、耐熱衝撃性を向上させ、熱衝
撃によるクラックの発生のない高品質なセラミックヒー
タ、及び該セラミックヒータを効率よく製造し得る方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、水中投下法による耐熱衝撃試験を説明
するための概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 35/64 Ｍ Ｆターム(参考） 3K034 AA04 AA15 AA31 BB06 BB14 JA10 3K092 PP20 QA05 QB09 QB31 QB44 QB71 RF03 RF11 RF17 VV31 4G001 BA22 BA78 BB22 BC42 BC54 BC71 BD01 BD03 BD04 BD14 BE31 BE35

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータ状に切断した炭化ケイ素焼結体に
   対し１０００℃以上でアニール処理を行うことを特徴と
   するセラミックヒータの製造方法。
2. 【請求項２】 ヒータ状が渦巻き状である請求項１に記
   載のセラミックヒータの製造方法。
3. 【請求項３】 アニール処理の温度が１３５０℃以上で
   ある請求項１又は２に記載のセラミックヒータの製造方
   法。
4. 【請求項４】 アニール処理の温度が１４００〜１５５
   ０℃である請求項１又は２に記載のセラミックヒータの
   製造方法。
5. 【請求項５】 アニール処理の圧力が１０^−４Ｔｏｒｒ
   （１．３×１０^−２Ｐａ）以下である請求項１から４の
   いずれかに記載のセラミックヒータの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載のセラ
   ミックヒータの製造方法により製造されることを特徴と
   するセラミックヒータ。
7. 【請求項７】 放電加工で使用した放電ワイヤーの素材
   元素の付着量が、５×１０^１０原子／ｃｍ^２以下である
   請求項６に記載のセラミックヒータ。
8. 【請求項８】 曲げ強さ試験法（ＪＩＳ １６０１）に
   より測定した曲げ強度が７００ＭＰａ以上である請求項
   ６又は７に記載のセラミックヒータ。
9. 【請求項９】 全部分における元素組成比が、Ｓｉ／Ｃ
   ＝０．４８／０．５２〜０．５２／０．４８である請求
   項６から８に記載のセラミックヒータ。
10. 【請求項１０】 熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
    る請求項６から９のいずれかに記載のセラミックヒー
    タ。
11. 【請求項１１】 密度が２．９ｇ／ｃｍ^３以上である請
    求項６から１０のいずれかに記載のセラミックヒータ。
12. 【請求項１２】 表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜２．０
    μｍである請求項６から１１のいずれかに記載のセラミ
    ックヒータ。
13. 【請求項１３】 周期表における１族から１６族に属し
    かつ原子番号３以上（但し原子番号６〜８及び同１４を
    除く）である元素を、合計で１．０ｐｐｍ以下含有する
    請求項６から１２のいずれかに記載のセラミックヒー
    タ。
14. 【請求項１４】 炭化ケイ素焼結体が、少なくとも炭化
    ケイ素粉末と非金属系焼結助剤とを混合し焼結して得ら
    れ、該炭化ケイ素粉末が、ケイ素化合物の少なくとも１
    種と、加熱により炭素を生ずる有機化合物の少なくとも
    １種とを混合し焼成して得られる請求項６から１３のい
    ずれかに記載のセラミックヒータ。