JP2003100422A - Foil-type heat generation resistor and surface-type ceramics heater - Google Patents
Foil-type heat generation resistor and surface-type ceramics heaterInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗発熱素子及び
面状セラミックスヒーターに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a resistance heating element and a planar ceramic heater.
【０００２】[0002]
【従来の技術】たとえば半導体の製造に当たっては、半
導体ウェハに対するＰＶＤ、プラズマＣＶＤ、プラズマ
エッチング、光エッチングなどの加工処理が施される。
また、これらの加工処理は、一般的に、被加工体を面状
ヒーター（発熱体）上に配置し、被加工体に加熱を施し
ながら行われる。そして、高性能ないし高信頼性を有す
る半導体を歩留まりよく、しかも量産的に得るために、
加熱処理が一つの重要なファクターとなる。2. Description of the Related Art For example, in manufacturing a semiconductor, a semiconductor wafer is subjected to processing such as PVD, plasma CVD, plasma etching, and photoetching.
In addition, these processing treatments are generally performed while the object to be processed is placed on a planar heater (heating element) and the object to be processed is heated. In order to obtain semiconductors with high performance or high reliability in good yield and in mass production,
Heat treatment is one important factor.
【０００３】ここで、面状セラミックスヒーターは、た
とえば緻密でガスタイトなセラミックス焼結体層の内部
に、タングステン線やモリブデン線などの抵抗発熱線
（もしくはコイル）を、たとえば螺旋状やジグザグ状に
埋設したものである。そして、抵抗発熱素子のリード端
子ないし電極部をセラミックス焼結体外に導出させた構
造を採っている。なお、セラミックスは、たとえばアル
ミナ系やシリカ系、窒化アルミニウム系、窒化ケイ素
系、あるいはサイアロンなどが挙げられるが、特に、窒
化アルミニウム系が熱伝導性や耐食性、タングステンと
の熱膨張率が近いなどの点で適している。Here, in the planar ceramic heater, for example, a resistance heating wire (or coil) such as a tungsten wire or a molybdenum wire is embedded in a dense and gastight ceramic sintered body layer, for example, in a spiral shape or a zigzag shape. It was done. The lead terminal or electrode portion of the resistance heating element is led out of the ceramic sintered body. Examples of ceramics include alumina-based, silica-based, aluminum nitride-based, silicon nitride-based, and sialon. Among them, aluminum nitride-based ceramics have thermal conductivity, corrosion resistance, and thermal expansion coefficient close to that of tungsten. Suitable in terms.
【０００４】また、この種の面状セラミックヒーター
は、一般的に、次のような手段で製造されている。第１
の手段は、セラミックベース用基材（グリーンシート）
の一主面に、前記抵抗発熱線で形成した抵抗発熱素子を
配置し、その抵抗発熱素子面にヒーターカバーシートを
積層する一方、リード端子を組み込んだ後に、所定の条
件での脱脂、所要温度での焼成などを施して焼結・一体
化させて製作する方法である。Further, this type of planar ceramic heater is generally manufactured by the following means. First
The means is ceramic base material (green sheet)
A resistance heating element formed of the resistance heating wire is arranged on one main surface of the heating element, and a heater cover sheet is laminated on the resistance heating element surface. It is a method of manufacturing by sintering and integrating by firing at.
【０００５】第２の手段は、予め、板状のセラミック焼
結体を２枚作製し、このセラミック焼結体面間に、前記
抵抗発熱線で形成した抵抗発熱素子を配置する一方、接
合剤層を介挿して接合・一体化させて製作する方法であ
る。なお、第１及び第２のいずれの手段においても、抵
抗発熱素子の形成は、抵抗発熱体用のペーストのスクリ
ーン印刷、タングステン板のレーザー加工やパンチ型打
ち抜き加工などでも行われる。The second means is to prepare two plate-shaped ceramic sintered bodies in advance and dispose the resistance heating element formed by the resistance heating wire between the surfaces of the ceramic sintered bodies while the bonding agent layer is formed. It is a method of manufacturing by inserting and joining and integrating. In any of the first and second means, the resistance heating element is formed by screen printing of a paste for the resistance heating element, laser processing of a tungsten plate, punch punching, or the like.
【０００６】ところで、半導体の製造工程における加熱
処理では、加工稼働率や低コスト化などの点から、熱源
として使用される面状セラミックスヒーターの耐久性、
および均一的ないし温度精度の高い加熱による良好な歩
留まりを確保するために、面内温度分布の一様性などが
要求されている。By the way, in the heat treatment in the semiconductor manufacturing process, the durability of the planar ceramics heater used as a heat source,
Further, in order to secure a good yield by heating uniformly or with high temperature accuracy, uniformity of in-plane temperature distribution is required.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記、面状セラミック
スヒーターの面内温度分布の一様性は、抵抗発熱素子を
細線で、かつ捲回ないし捲装ピッチを小さく設定するこ
とで可能となる。すなわち、抵抗発熱素子を精度よく配
置・パターンニングし、全体的に可能な限りバラツキの
ない発熱温度を確保できるように設定することにより、
面内温度分布が一様な面状セラミックスヒーターとなる
ので、前記要望に対応できることになる。The uniformity of the in-plane temperature distribution of the planar ceramic heater can be achieved by setting the resistance heating element to a fine wire and setting the winding or winding pitch to be small. In other words, by arranging and patterning the resistance heating elements with high accuracy, and setting so that the overall heating temperature can be as uniform as possible,
Since the planar ceramic heater has a uniform in-plane temperature distribution, it is possible to meet the above demand.
【０００８】しかしながら、上記抵抗発熱素子の場合
は、実用上、次のような不都合が認められる。すなわ
ち、タングステン線もしくはモリブデン線は、硬い材質
であるため、細かい折り曲げ加工が困難であり、加熱し
て軟化させた状態で加工する必要がある。ここで、加熱
軟化させた状態での加工では、細かい折り曲げや捲装・
コイル化など可能になるが、冷却後において反りや変形
などを生じ易いだけでなく、表面が酸化したりするの
で、加工精度が損なわれる。したがって、面状セラミッ
クスヒーター化した場合、面内温度分布が影響を受ける
と言う問題がある。However, in the case of the resistance heating element, the following disadvantages are recognized in practical use. That is, since the tungsten wire or the molybdenum wire is a hard material, it is difficult to perform fine bending work, and it is necessary to work the softened wire by heating. Here, in the processing in the state of heating and softening, fine bending and winding
Although it is possible to form a coil, the processing accuracy is impaired because the surface is not only warped or deformed easily after cooling but also oxidized. Therefore, there is a problem that the in-plane temperature distribution is affected when a planar ceramic heater is used.
【０００９】一方、スクリーン印刷による抵抗発熱素子
の形成は、必要な膜厚まで、通常、多数回の重ね印刷で
行われるため、位置決め精度を得るための操作が煩雑
で、かつ寸法精度の点でも問題があるだけでなく、生産
性も劣るという不都合もある。また、タングステン板な
どのレーザー加工、あるいはパンチ型打ち抜きによるパ
ターン加工した抵抗発熱素子は、セラミックス基板間に
埋め込んだ構成の場合、加熱冷却の繰り返しで剥離を招
来するなどして、結果的に、安定した発熱温度の維持が
困難となって、耐久性が損なわれ易いという不都合があ
る。つまり、スクリーン印刷、あるいはレーザー加工や
パンチ型打ち抜きによる抵抗発熱体のパターン化手段
は、寸法精度などに限界があり、面内温度分布の優れた
セラミックスヒーター用の抵抗発熱素子を提供すること
が困難である。On the other hand, the formation of the resistance heating element by screen printing is usually performed by repeated printing up to a required film thickness, so that the operation for obtaining the positioning accuracy is complicated and the dimensional accuracy is also high. Not only is there a problem, but it also has the disadvantage of poor productivity. In addition, the resistance heating element patterned by laser processing such as a tungsten plate or punching punching, when it is embedded between the ceramic substrates, may cause peeling due to repeated heating and cooling, resulting in stable It is difficult to maintain the heat generation temperature and the durability is likely to be impaired. In other words, the patterning means of the resistance heating element by screen printing, laser processing or punching has a limit in dimensional accuracy, etc., and it is difficult to provide a resistance heating element for a ceramic heater having an excellent in-plane temperature distribution. Is.
【００１０】面内温度分布の一様性ないし設定のし易さ
は、製造・加工効率ないし生産性を上げるため、被加工
体（たとえば半導体ウェハ）の大口径化などを進める上
で、重要なポイントとなる。すなわち、被加工体の大口
径化など対応した面状セラミックスヒーターの大口径化
においては、面状セラミックスヒーターの放熱・加熱温
度の制御・精度、あるいは一様な温度設定が必要視され
るのに、上記抵抗発熱素子の形状・寸法精度が劣ること
は、発熱ムラ発生の恐れとなって、面内温度勾配などの
発生を招来し易くすることになる。The uniformity or ease of setting of the in-plane temperature distribution is important in order to increase the manufacturing / processing efficiency or productivity and to increase the diameter of the workpiece (eg, semiconductor wafer). It will be a point. In other words, when increasing the diameter of a planar ceramics heater that corresponds to the increase in the diameter of a workpiece, it is necessary to control the heat dissipation and heating temperature of the planar ceramics heater, or to set the temperature uniformly. The inferior shape and dimensional accuracy of the resistance heating element may cause unevenness in heat generation, which easily causes an in-plane temperature gradient or the like.
【００１１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、寸法精度が良好で、面内温度勾配の発生を回避ない
し防止できる抵抗発熱素子、及び耐久性の優れた面状セ
ラミックヒーターの提供を目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a resistance heating element having good dimensional accuracy and capable of avoiding or preventing the generation of an in-plane temperature gradient, and a sheet ceramic heater having excellent durability. With the goal.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、タン
グステン箔もしくはモリブデン箔を素材としてパターン
化され、かつ主面が表面粗さＲａ０．１〜１００μｍに
粗面化加工されていることを特徴とする箔状の抵抗発熱
素子である。According to a first aspect of the present invention, a tungsten foil or a molybdenum foil is used as a material for patterning, and the main surface is roughened to have a surface roughness Ra of 0.1 to 100 μm. It is a characteristic foil-shaped resistance heating element.
【００１３】請求項２の発明は、放熱・加熱面をなす窒
化アルミニウム系焼結体層と、前記窒化アルミニウム系
焼結体層に埋め込み配置され、かつリード端子対が他主
面側に導出されたタングステン箔もしくはモリブデン箔
をパターン化した抵抗発熱素子とを有する面状セラミッ
クスヒーターであって、前記抵抗発熱素子は主面が表面
粗さＲａ０．１〜１００μｍに粗面化加工されているこ
とを特徴とする面状セラミックスヒーターである。According to a second aspect of the present invention, the aluminum nitride based sintered body layer forming the heat radiation / heating surface and the aluminum nitride based sintered body layer are embedded and arranged, and the lead terminal pair is led out to the other main surface side. And a resistance heating element having a patterned tungsten foil or molybdenum foil, wherein the resistance heating element has a main surface roughened to a surface roughness Ra of 0.1 to 100 μm. It is a characteristic planar ceramic heater.
【００１４】すなわち、請求項１の発明は、抵抗発熱素
子の素材としてタングステン箔、もしくはモリブデン箔
を使用すること、また、抵抗発熱素子のパターン化がエ
ッチング処理などで行われること、さらに、パターン主
面の表面がＲａ０．１〜１００μｍに粗面化加工されて
いることを骨子とし、請求項２の発明は、前記抵抗発熱
素子の埋め込み・内蔵を比較的熱伝導率が大きく、かつ
耐食性の優れた窒化アルミニウム系焼結体層で構成する
ことを骨子としている。That is, the invention of claim 1 uses a tungsten foil or a molybdenum foil as a material of the resistance heating element, and the resistance heating element is patterned by etching or the like. The essence is that the surface of the surface is roughened to Ra 0.1 to 100 μm, and the invention of claim 2 has a relatively large thermal conductivity for embedding / embedding the resistance heating element and is excellent in corrosion resistance. The main point is that the aluminum nitride-based sintered body layer is used.
【００１５】請求項１及び２の発明において、抵抗発熱
素子を構成するタングステン箔、もしくはモリブデン箔
は、たとえば厚さ３０〜５００μｍ、好ましくは１５０
±１０μｍ程度であり、また、パターン、パターンの幅
及び全長は、目的とする抵抗発熱容量を考慮して選択・
設定する。さらに、パターニング化は、一般的に、エッ
チング処理が有効な手段であるが、レーザー加工法や打
ち抜き法などによるパターンニングでもよい。In the invention of claims 1 and 2, the tungsten foil or molybdenum foil forming the resistance heating element has a thickness of, for example, 30 to 500 μm, preferably 150.
It is about ± 10 μm, and the pattern, pattern width and total length are selected in consideration of the target resistance heating capacity.
Set. Further, for patterning, generally, etching is an effective means, but patterning by a laser processing method or a punching method may be used.
【００１６】ここで、エッチング処理の場合は、金属箔
ないし金属薄板を対象とした酸性の腐食液（たとえばフ
ッ化水素−硝酸系のエッチング液）、もしくはアルカリ
性の腐食液（たとえば水酸化ナトリウム系のエッチング
液）を使用する選択エッチング手段で行われる。つま
り、タングステン箔の一主面もしくは両主面に、エッチ
ングレジストでマスキングし、エッチング液中に浸漬す
る一般的なエッチング処理手段で行われる。In the case of the etching treatment, an acidic corrosive solution (for example, a hydrogen fluoride-nitric acid type etching solution) or an alkaline corrosive solution (for example, a sodium hydroxide type etching solution) for a metal foil or a thin metal plate is used. It is performed by a selective etching means using an etching solution). That is, it is carried out by a general etching treatment means in which one main surface or both main surfaces of the tungsten foil are masked with an etching resist and immersed in an etching solution.
【００１７】このエッチング処理によるパターニングに
おいて、エッチング除去される領域、すなわちパターン
幅方向の端縁部は、いわゆるサイドエッチング作用によ
って、厚さ（深さ）方向へ略Ｖ字状を成すテーパ付けに
形成される。そして、このテーパ付けは、セラミックス
基板に埋め込み・内装させたとき、テーパ付き端縁部が
セラミックス層に噛み合うので、強固な一体化が助長さ
れる。なお、金属箔の材質、金属箔の厚さ、エッチング
レジストマスキング、エッチング液の種類、エッチング
処理温度・時間などの条件によって、適宜選択・設定す
ることができる。In the patterning by this etching process, the region to be removed by etching, that is, the edge portion in the pattern width direction is formed by the so-called side etching action so as to have a taper shape which is substantially V-shaped in the thickness (depth) direction. To be done. When the taper is embedded in the ceramics substrate and embedded therein, the tapered edge portion meshes with the ceramics layer, which promotes strong integration. It should be noted that it can be appropriately selected and set according to conditions such as the material of the metal foil, the thickness of the metal foil, the etching resist masking, the type of etching solution, and the etching temperature and time.
【００１８】請求項１及び２の発明において、箔状の抵
抗発熱素子主面の粗面化は、たとえばサンドブラスト処
理やエッチング処理などによって行われる。すなわち、
サンドブラスとに使用する研磨剤の材質や粒度の選択に
より、あるいはエッチング処理液の種類やエッチング処
理条件の選択によって、制御された表面粗さに粗面化で
きる。ここで、箔状の抵抗発熱素子主面の粗面化は、常
に、表面粗さＲａ０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜
５０μｍの範囲内に選択される。つまり、表面粗さＲａ
が０．１μｍ未満では、セラミックス層に対する接合力
の向上が不十分であり、また、表面粗さＲａが１００μ
ｍを超えると、断面積のバラツキや内部に空隙を生じる
などの問題があり、温度分布の均一性が損なわれ易いか
らである。In the inventions of claims 1 and 2, the main surface of the foil-shaped resistance heating element is roughened by, for example, sandblasting or etching. That is,
The surface can be roughened to a controlled surface roughness by selecting the material and particle size of the abrasive used for sandblasting, or by selecting the type of etching treatment liquid and etching treatment conditions. Here, the roughening of the main surface of the foil-shaped resistance heating element is always performed by surface roughness Ra 0.1 to 100 μm, preferably 1 to
It is selected within the range of 50 μm. That is, the surface roughness Ra
Is less than 0.1 μm, the improvement of the bonding force with respect to the ceramic layer is insufficient, and the surface roughness Ra is 100 μm.
When it exceeds m, there are problems such as variations in cross-sectional area and voids inside, and the uniformity of temperature distribution is likely to be impaired.
【００１９】請求項２の発明において、箔状の抵抗発熱
素子を埋め込み・内蔵する窒化アルミニウム系焼結体層
は、たとえば平均粒径０．０１〜５μｍ程度の窒化アル
ミニウム粉末に、焼結助剤およびバインダーを添加・混
合して得たスラリーから造粒し、これを所要の形状寸法
の成形体に成形し、有機成分を熱脱脂処理後、１８００
℃以上の高温不活性雰囲気中で焼結することにより作製
される。ここで、焼結助剤としては、酸化イットリウム
などが例示され、また、バインダーとしては、ポリビニ
ルブチラールなどが例示される。なお、高温焼結に先立
って、成形体の一主面に、抵抗発熱素子の配置・埋め込
み用の溝などを予め設けておくことが望ましい。In the second aspect of the present invention, the aluminum nitride-based sintered body layer in which the foil-shaped resistance heating element is embedded / built in is, for example, aluminum nitride powder having an average particle size of about 0.01 to 5 μm and a sintering aid. Granulate from a slurry obtained by adding and mixing a binder and a binder, and mold it into a molded product having a required shape and size, and after the organic component is subjected to thermal degreasing treatment, 1800
It is produced by sintering in a high temperature inert atmosphere at ℃ or higher. Here, the sintering aid is exemplified by yttrium oxide, and the binder is exemplified by polyvinyl butyral. Prior to the high temperature sintering, it is desirable to previously provide a groove for arranging and embedding the resistance heating element on one main surface of the molded body.
【００２０】また、窒化アルミニウム系焼結体層に対す
る箔状の抵抗発熱素子の埋め込みは、組み合わせる窒化
アルミニウム系焼結体部材の対向面間に、抵抗発熱素子
を位置決め配置する一方、前記窒化アルミニウム系焼結
体部材の対向する面に、たとえば窒化アルミニウム−酸
化イットリウム−酸化リチウム系ペーストなどの接合剤
を印刷や塗布して接合層を設け、６ｇ／ｃｍ２以上の荷
重を加え、不活性雰囲気中もしくは減圧雰囲気下で、１
５５０〜１７５０℃程度の温度で加熱することにより行
われる。なお、抵抗発熱素子の埋め込みは、いわゆるグ
リーンシートの複数枚を積層して、一体的に高圧・高温
焼結することによっても形成できる。The foil-shaped resistance heating element is embedded in the aluminum nitride sintered body layer by positioning the resistance heating element between the facing surfaces of the aluminum nitride sintered body members to be combined, while A bonding agent such as aluminum nitride-yttrium oxide-lithium oxide paste or the like is printed or applied on the opposing surfaces of the sintered member to form a bonding layer, and a load of 6 g / cm 2 or more is applied, and the bonding layer is placed in an inert atmosphere Or under reduced pressure, 1
It is performed by heating at a temperature of about 550 to 1750 ° C. The resistance heating element can also be embedded by stacking a plurality of so-called green sheets and integrally sintering them under high pressure and high temperature.
【００２１】さらに、前記抵抗発熱素子の埋め込み構成
においては、取り扱い易いように、抵抗発熱素子のリー
ド端子を加熱・放熱面に対して反対面側に一括的に導出
して構造を簡略化する一方、省スペース化なども図り易
くする。Further, in the embedded structure of the resistance heating element, the lead terminals of the resistance heating element are collectively led to the opposite side to the heating / radiating surface to simplify the structure for easy handling. It also facilitates space saving.
【００２２】請求項１及び２の発明では、抵抗発熱素子
がタングステンもしくはモリブデンの箔を素材とし、精
度の高い寸法・形状のパターンを形成・保持する。した
がって、全体的に、設定通りの抵抗発熱性が確保され、
所要の面内温度分布を容易に呈する。また、抵抗発熱素
子パターンの主面が粗面化されているため、面状セラミ
ックスヒーター化した場合、セラミックス基材や接合剤
との密着性ないし接合力が向上し、安定した埋め込みが
保持される。According to the first and second aspects of the invention, the resistance heating element is made of a foil of tungsten or molybdenum, and forms and holds a highly precise pattern of size and shape. Therefore, as a whole, the resistance heating property as set is secured,
Easily exhibit the required in-plane temperature distribution. Further, since the main surface of the resistance heating element pattern is roughened, when it is used as a planar ceramic heater, the adhesion or the bonding force with the ceramic base material or the bonding agent is improved, and stable filling is maintained. .
【００２３】つまり、熱源としての繰り返し使用におい
て、セラミックス基材などと抵抗発熱体素子との剥離が
回避され、耐久性の向上と安定した面内温度分布の確保
となる。特に、急速な温度上昇などにおいて、この剥離
現象の回避・防止機能が顕著である。That is, in repeated use as a heat source, peeling between the ceramic base material and the resistance heating element is avoided, and durability is improved and stable in-plane temperature distribution is secured. In particular, the function of avoiding / preventing the peeling phenomenon is remarkable when the temperature rises rapidly.
【００２４】[0024]
【発明の実施態様】以下、図１（ａ），（ｂ），
（ｃ）、及び図２を参照して実施例を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, FIG. 1 (a), (b),
An embodiment will be described with reference to (c) and FIG.
【００２５】図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、実施例に
係る抵抗発熱素子の製造工程の実施態様を模式的に示す
要部断面図である。先ず、図１（ａ）に示すような、タ
ングステン箔もしくはモリブデン箔、たとえば厚さ１５
０μｍ程度のタングステン箔１を用意し、図１（ｂ）に
示すように、タングステン箔１の両主面に対向させて、
幅１ｍｍ程度の螺旋状にエッチングレジスト２でマスキ
ングを行った。1 (a), 1 (b) and 1 (c) are schematic cross-sectional views showing an embodiment of the manufacturing process of the resistance heating element according to the embodiment. First, as shown in FIG. 1A, a tungsten foil or molybdenum foil, for example, a thickness of 15 is used.
A tungsten foil 1 having a thickness of about 0 μm is prepared, and as shown in FIG.
Masking was performed with the etching resist 2 in a spiral shape having a width of about 1 mm.
【００２６】次いで、上記エッチングレジスト２のマス
キングを行ったタングステン箔１を支持具にて保持し、
酸性エッチング液、たとえばフッ化水素（ＨＦ）及び硝
酸（ＨＮＯ３の混合系で、２０℃程度に加熱保持したエ
ッチング液中に、箔間のピッチ幅に合わせ１０〜１時間
程度浸漬し、露出しているタングステン箔１（余分な部
分）を選択的にエッチング除去して分離させる。その
後、エッチング液中から取り出して洗浄する一方、エッ
チングレジスト２を除去することにより、寸法ないし形
状精度が高い螺旋状の抵抗発熱素子を作製した。なお、
このエッチング処理過程においては、エッチングレジス
ト２でマスキングした領域外（露出部）が、厚さ方向へ
選択的にエッチング除去される。そして、この厚さ方向
へのエッチング侵食は、被エッチング領域が順次狭小化
するため、厚さないし深さ方向にＶ字形に進行し分離す
ることになり、分離端面（パターン幅方向端縁）はテー
パ付きとなる。その後、マスキングなしにエッチング液
に３０分再度浸漬し、箔表面をエッチングする。Next, the tungsten foil 1 on which the etching resist 2 has been masked is held by a support,
An acidic etching solution, for example, a mixed system of hydrogen fluoride (HF) and nitric acid (HNO3), which is heated and maintained at about 20 ° C., is immersed for about 10 to 1 hour according to the pitch width between the foils, and exposed. The tungsten foil 1 (extra portion) present is selectively etched and separated, and then taken out from the etching solution and washed, while the etching resist 2 is removed to form a spiral shape with high dimension or shape accuracy. A resistance heating element was manufactured.
In this etching process, the area (exposed portion) outside the area masked by the etching resist 2 is selectively removed in the thickness direction by etching. This etching erosion in the thickness direction results in V-shaped separation in the depth direction because the etched region is gradually narrowed, and the separation end face (edge in the pattern width direction) is separated. It becomes tapered. Then, the foil surface is etched by immersing it again in the etching solution for 30 minutes without masking.
【００２７】もしくは、上記製作した螺旋状の抵抗発熱
素子を研磨板上にセットし、平均粒径３０μｍの研磨剤
でサンドブラスと処理しても、幅方向の断面形状が図１
（ｃ）に示すように、両主面を表面粗さＲａ２０μｍに
粗面化３ａ処理された構造で、かつ寸法ないし形状精度
が高い螺旋状の抵抗発熱素子３を作製した。Alternatively, even if the spiral resistance heating element manufactured as described above is set on a polishing plate and sandblasted with an abrasive having an average particle diameter of 30 μm, the cross-sectional shape in the width direction is as shown in FIG.
As shown in (c), a spiral resistance heating element 3 having a structure in which both main surfaces were roughened to have a surface roughness Ra of 20 μm 3a and the size or shape accuracy was high was produced.
【００２８】次に、図２を参照して、上記構成の箔状抵
抗発熱素子３を内蔵・具備した面状セラミックスヒータ
ーの実施例を説明する。図２において、４は一主面側が
放熱・加熱面を構成する窒化アルミニウム系焼結体層、
３は前記窒化アルミニウム系焼結体層４に螺旋状に埋め
込み配置された抵抗発熱素子である。ここで、図示を省
略してあるが、抵抗発熱素子３のリード端子対は、窒化
アルミニウム系焼結体層４の他主面側に導出されてい
る。Next, with reference to FIG. 2, an embodiment of a sheet-like ceramic heater having the foil-shaped resistance heating element 3 having the above-mentioned structure built therein and equipped therein will be described. In FIG. 2, 4 is an aluminum nitride-based sintered body layer whose one main surface side constitutes a heat dissipation / heating surface,
A resistance heating element 3 is embedded in the aluminum nitride-based sintered body layer 4 in a spiral shape. Here, although not shown, the lead terminal pair of the resistance heating element 3 is led out to the other main surface side of the aluminum nitride-based sintered body layer 4.
【００２９】上記窒化アルミニウム系焼結体層４は、径
２４０ｍｍ程度、厚さ１０ｍｍ程度の２枚の窒化アルミ
ニウム系焼結体部材４ａ，４ｂで構成されている。すな
わち、両窒化アルミニウム系焼結体部材４ａ，４ｂの対
向面間に、抵抗発熱素子３を位置決め配置し、この抵抗
発熱素子３配置面に、図示を省略した接合剤によって一
体化された構造を採っている。なお、抵抗発熱素子３の
位置決め配置に当たって、窒化アルミニウム系焼結体部
材４ａ，４ｂの少なくともいずれか一方の対向面に、抵
抗発熱素子３が係合する凹部を設けておくことが好まし
い。The aluminum nitride based sintered body layer 4 is composed of two aluminum nitride based sintered body members 4a and 4b having a diameter of about 240 mm and a thickness of about 10 mm. That is, the resistance heating element 3 is positioned and disposed between the facing surfaces of the two aluminum nitride-based sintered body members 4a and 4b, and a structure integrated on the resistance heating element 3 mounting surface by a bonding agent (not shown) is used. I am collecting. In positioning the resistance heating element 3, it is preferable to provide a concave portion with which the resistance heating element 3 engages on at least one of the facing surfaces of the aluminum nitride-based sintered body members 4a and 4b.
【００３０】上記構成の抵抗発熱体は、窒化アルミニウ
ム系燒結体層４の良好な熱伝導性、耐熱性及び耐プラズ
マ性などを呈するだけでなく、抵抗発熱素子３の寸法精
度の高さ、換言すると、所要の発熱容量などが容易に制
御・調整された抵抗発熱素子３の内装・具備に伴って、
所要の発熱・放熱が確保される。しかも、窒化アルミニ
ウム系燒結体層４に対する抵抗発熱素子３の埋め込みで
は、抵抗発熱素子３の粗面化による接着力の向上によっ
て、安定的な内蔵・装着が確保され、全体的に温度勾配
を生じない発熱体として機能する。なお、この例では、
抵抗発熱素子３の端縁部のテーパ（突起部）が食い込む
形を採っているため、安定的な内蔵・装着の確保などが
助長される。The resistance heating element having the above-mentioned structure not only exhibits good heat conductivity, heat resistance, plasma resistance, etc. of the aluminum nitride-based sintered body layer 4, but also has high dimensional accuracy of the resistance heating element 3. Then, with the interior and provision of the resistance heating element 3 whose required heating capacity and the like are easily controlled and adjusted,
The required heat generation and heat dissipation are secured. Moreover, when the resistance heating element 3 is embedded in the aluminum nitride-based sintered body layer 4, the resistance heating element 3 is roughened to improve the adhesive force, so that stable mounting / mounting is secured and a temperature gradient is generated as a whole. Does not function as a heating element. In this example,
Since the taper (projection portion) of the edge of the resistance heating element 3 bites into the resistance heating element 3, it is promoted to secure stable mounting and mounting.
【００３１】たとえば上記構成の抵抗発熱に、所要の電
力を加えて８００℃設定で、加熱試験を繰り返し行った
ところ、加熱面表面の温度は、常時、８００℃±２℃で
すぐれた面内温度の均一性を呈した。つまり、径２３０
ｍｍの円形面において、全体的にほぼ一様な加熱温度を
示し、応力が発生する恐れ、換言するとセラミックスヒ
ーター自体の破損・損壊の恐れも全面的に解消ないし回
避され、すぐれた耐久性を有することも確認された。For example, when the heating test was repeated at a temperature of 800 ° C. by adding the required electric power to the resistance heating of the above construction, the temperature of the heating surface was always 800 ° C. ± 2 ° C., which was an excellent in-plane temperature. Exhibited the uniformity of. That is, diameter 230
In the circular surface of mm, the heating temperature is almost uniform on the whole, and the risk of stress generation, in other words, the damage and damage of the ceramic heater itself is completely eliminated or avoided, and it has excellent durability. It was also confirmed.
【００３２】上記構成例では、タングステン箔を素材と
した抵抗発熱素子３の構成、製造方法例、発熱体の構成
例を説明したが、モリブデン箔を素材とした場合も、同
様の作用・効果が認められた。In the above configuration example, the configuration of the resistance heating element 3 made of tungsten foil, the example of the manufacturing method, and the configuration example of the heating element have been described, but the same action and effect can be obtained when the molybdenum foil is used as the material. Admitted.
【００３３】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば、抵抗発熱素子の形状・寸
法、入力電力、あるいは発熱体の径、厚さ、形状・寸法
など用途に応じて選択・設定できる。また、金属箔のパ
ターン幅を変更することで、静電チェック用やサセプタ
ー用の電極としての応用も可能である。The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the shape and size of the resistance heating element, the input power, or the diameter, thickness, shape and size of the heating element can be selected and set according to the application. Further, by changing the pattern width of the metal foil, it can be applied as an electrode for electrostatic check or susceptor.
【００３４】[0034]
【発明の効果】請求項１の発明によれば、抵抗発熱素子
は、所要寸法・形状のパターンを形成・保持する一方、
表面粗面化によって埋設するセラミックスなどに対し、
良好な密着性ないし接合性を呈する。したがって、設定
通りの抵抗発熱性が確保され、所要の面内温度分布を容
易に呈するだけでなく、セラミックス類に埋め込んだ場
合、周辺部に対して係合的に一体化するので、耐剥離性
も大幅に改善され、耐久性の向上も図られる。According to the invention of claim 1, the resistance heating element forms and holds a pattern having a required size and shape,
For ceramics embedded by roughening the surface,
Exhibits good adhesion or bondability. Therefore, resistance heat generation as set is ensured, and not only the required in-plane temperature distribution is easily exhibited, but when embedded in ceramics, it is engaged and integrated with the peripheral part, so peeling resistance Is also greatly improved, and the durability is also improved.
【００３５】請求項２の発明によれば、面内での発熱・
放熱が一様で、被加工体の全体を温度ムラのない状態で
加熱できる耐久性の優れた面状セラミックスヒーターを
提供できる。According to the invention of claim 2, in-plane heat generation
It is possible to provide a planar ceramics heater that has uniform heat dissipation and is capable of heating the entire object to be processed without temperature unevenness and has excellent durability.
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、実施例に係る箔状
抵抗発熱素子の製造方法の実施態様例を模式的に順次示
す要部断面図。1A, 1B, and 1C are cross-sectional views of a main part schematically sequentially showing an embodiment example of a method for manufacturing a foil-shaped resistance heating element according to an embodiment.
【図２】実施例に係る面状セラミックスヒーターの要部
構成を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part configuration of a planar ceramics heater according to an embodiment.
１……窒化アルミニウム系焼結体層 ２……エッチングレジスト（マスキング） ３……抵抗発熱素子 ３ａ……粗面化 ４，４ａ，４ｂ……窒化アルミニウム系焼結体層 1 ... Aluminum nitride-based sintered body layer 2 ... Etching resist (masking) 3 ... Resistance heating element 3a ... roughening 4, 4a, 4b ... Aluminum nitride-based sintered body layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 浩司 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 藤田 光広 千葉県東金市小沼田1573番地８ 東芝セラ ミックス株式会社東金工場内 Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA15 AA27 AA32 AA33 BA20 BB06 BB14 BC09 BC17 JA10 3K092 PP00 QA06 QB02 QB31 QB36 QB43 RF03 RF11 RF17 RF27 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Koji Oishi 30 Soya, Hadano City, Kanagawa Prefecture Kusu Co., Ltd. Development Laboratory (72) Inventor Mitsuhiro Fujita 873, Onumada, Togane-shi, Chiba 8 Toshiba Sera Mix Togane Factory F term (reference) 3K034 AA02 AA15 AA27 AA32 AA33 BA20 BB06 BB14 BC09 BC17 JA10 3K092 PP00 QA06 QB02 QB31 QB36 QB43 RF03 RF11 RF17 RF27
Claims (2)
素材としてパターン化され、かつ主面が表面粗さＲａ
０．１〜１００μｍに粗面化加工されていることを特徴
とする箔状の抵抗発熱素子。1. A tungsten foil or molybdenum foil is used as a material and is patterned, and the main surface has a surface roughness Ra.
A foil-shaped resistance heating element characterized by being roughened to 0.1 to 100 μm.
焼結体層と、前記窒化アルミニウム系焼結体層に埋め込
み配置され、かつリード端子対が他主面側に導出された
タングステン箔もしくはモリブデン箔をパターン化した
抵抗発熱素子とを有するセラミックスヒーターであっ
て、前記抵抗発熱素子は主面が表面粗さＲａ０．１〜１
００μｍに粗面化加工されていることを特徴とするセラ
ミックスヒーター。2. An aluminum nitride-based sintered body layer forming a heat radiation / heating surface, and a tungsten foil or molybdenum embedded in the aluminum nitride-based sintered body layer and having lead terminal pairs led out to the other main surface side. A ceramic heater having a resistance heating element in which a foil is patterned, the resistance heating element having a main surface with a surface roughness Ra of 0.1 to 1
Ceramic heater characterized by being roughened to 00 μm.
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| JP2001290595A JP2003100422A (en) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | Foil-type heat generation resistor and surface-type ceramics heater |
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