JP2009176569A - Ceramic heater and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater capable of suppressing the degradation of strength of a joint part caused by heating. <P>SOLUTION: The ceramic heater includes a plate part 10 formed of a first ceramic sintered body for placing a heated object on the upper face, and a shaft part 12 jointed to the lower face of the plate part 10. The shaft part 12 has a first member 14 joined at one end to the lower face of the plate part 10 and formed of a ceramic sintered body of the same composition as the first ceramic sintered body, and a second member 16 joined to the other end of the first member 14 and formed of a second ceramic sintered body lower in heat conductivity than the plate part 10. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子装置の製造装置に用いるセラミックスヒータ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a ceramic heater used in an electronic device manufacturing apparatus and a manufacturing method thereof.

半導体装置や液晶装置等の電子装置の製造工程において、化学気相成長(CVD)、表面改質等の高温処理が用いられている。例えば、CVDにおいては、CVD装置の反応室に設けられたセラミックスヒータ上に被処理物の基板を載置する。基板はセラミックスヒータにより約500℃以上の高温に加熱され、基板上に半導体膜や絶縁膜の成膜が行なわれる。   High temperature processing such as chemical vapor deposition (CVD) and surface modification is used in the manufacturing process of electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal devices. For example, in CVD, a substrate to be processed is placed on a ceramic heater provided in a reaction chamber of a CVD apparatus. The substrate is heated to a high temperature of about 500 ° C. or higher by a ceramic heater, and a semiconductor film or an insulating film is formed on the substrate.

セラミックスヒータは、窒化アルミニウム(AlN)製の平板状のプレート部の下面に筒状のシャフト部を接合することで製造されている(特許文献1参照。)。プレート部には、発熱体が埋め込まれる。プレート部の上面が基板の載置面となる。セラミックスヒータは、反応室にシャフト部により固定される。   The ceramic heater is manufactured by joining a cylindrical shaft portion to the lower surface of a flat plate portion made of aluminum nitride (AlN) (see Patent Document 1). A heating element is embedded in the plate portion. The upper surface of the plate portion becomes the mounting surface of the substrate. The ceramic heater is fixed to the reaction chamber by a shaft portion.

プレート部には、均熱性をよくするために、AlNに添加物を添加した熱伝導率の高い材料が用いられる。一方、セラミックスヒータではプレート部の熱がシャフト部を伝わり逃げていく。そのため、シャフト部が接合された領域近傍にクールスポットが形成され、プレート部上面の均熱性が劣化する。シャフト部を介しての放熱を防ぐために、シャフト部ではプレート部よりも熱伝導率の低い、高純度の窒化アルミニウムを材料として用いている。   For the plate portion, a material having high thermal conductivity in which an additive is added to AlN is used in order to improve the thermal uniformity. On the other hand, in the ceramic heater, the heat of the plate portion is transmitted through the shaft portion and escapes. Therefore, a cool spot is formed in the vicinity of the region where the shaft portion is joined, and the heat uniformity on the upper surface of the plate portion is deteriorated. In order to prevent heat dissipation through the shaft portion, the shaft portion uses high-purity aluminum nitride having a lower thermal conductivity than the plate portion as a material.

このように、プレート部及びシャフト部に純度の異なるAlNを用いることにより、シャフト部を介しての放熱を低減することができ、プレート部上面の均熱性の劣化を防止できる。
特許第2783980号公報
As described above, by using AlN having different purity for the plate portion and the shaft portion, heat radiation through the shaft portion can be reduced, and deterioration of the heat uniformity on the upper surface of the plate portion can be prevented.
Japanese Patent No. 2783980

最近、従来より高温で長時間過酷な状況でセラミックヒーターを使用したいとの要望が高まっている。しかしながら、このようなセラミックスヒータを高温で長時間使用すると、プレート部とシャフト部の接合部近傍の強度が低下する。その結果、セラミックスヒータの耐久性が劣化し、過大な荷重がかかると破損する場合があることが判明した。   Recently, there is an increasing demand for using a ceramic heater in a harsh situation for a long time at a higher temperature than before. However, when such a ceramic heater is used at a high temperature for a long time, the strength in the vicinity of the joint between the plate portion and the shaft portion is lowered. As a result, it has been found that the durability of the ceramic heater deteriorates and may be damaged when an excessive load is applied.

本発明の目的は、このような強度の劣化を抑制可能なセラミックスヒータ及びその製造方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the ceramic heater which can suppress such deterioration of intensity | strength, and its manufacturing method.

本発明の第1の態様によれば、(イ)上面に被加熱物を載置する第1セラミックス焼結体からなるプレート部と、(ロ)プレート部の下面に接合されたシャフト部とからなるセラミックスヒータであって、(ハ)前記シャフト部は、プレート部の下面に一端が接合され、第1セラミックス焼結体と同じ組成のセラミックス焼結体からなる第1部材と、(ニ)第1部材の他端に接合され、プレート部より熱伝導率が低い第2セラミックス焼結体からなる第2部材とを有するセラミックスヒータが提供される。   According to the first aspect of the present invention, (a) a plate portion made of a first ceramic sintered body on which an object to be heated is placed on the upper surface, and (b) a shaft portion joined to the lower surface of the plate portion. (C) a first member made of a ceramic sintered body having the same composition as that of the first ceramic sintered body, and (c) the shaft portion having one end bonded to the lower surface of the plate portion; A ceramic heater having a second member made of a second ceramic sintered body that is bonded to the other end of one member and has a lower thermal conductivity than the plate portion is provided.

本発明の第2の態様によれば、(イ)上面に被加熱物を載置する第1セラミックス焼結体からなるプレート部を形成する工程と、(ロ)第1セラミックス焼結体と同じ組成のセラミックス焼結体からなる筒形状の第1部材を形成する工程と、(ハ)プレート部より熱伝導率が低い第2セラミックス焼結体からなる筒形状の第2部材を形成する工程と、(二)第1部材の他端に第2部材の一端をホットプレスにより接合する工程と、(ホ)第1及び第2部材を接合した後に、プレート部の下面に第1部材の一端をホットプレスにより接合する工程とを含むセラミックスヒータの製造方法が提供される。   According to the second aspect of the present invention, (a) a step of forming a plate portion made of a first ceramic sintered body on which an object to be heated is placed, and (b) the same as the first ceramic sintered body. A step of forming a cylindrical first member made of a ceramic sintered body of the composition, and (c) a step of forming a cylindrical second member made of the second ceramic sintered body having a lower thermal conductivity than the plate portion. (2) a step of joining one end of the second member to the other end of the first member by hot pressing; and (e) joining one end of the first member to the lower surface of the plate portion after joining the first and second members. There is provided a method for manufacturing a ceramic heater including a step of bonding by hot pressing.

本発明によれば、加熱による接合部の強度の劣化を抑制可能なセラミックスヒータ及びその製造方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the ceramic heater which can suppress the deterioration of the intensity | strength of the junction part by heating, and its manufacturing method.

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータは、図1及び図2に示すように、プレート部10、シャフト部12、発熱体18等を備える。プレート部10の内部に、発熱体18が埋め込まれる。シャフト部12は、第1部材14及び第2部材16を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic heater according to the embodiment of the present invention includes a plate portion 10, a shaft portion 12, a heating element 18, and the like. A heating element 18 is embedded in the plate portion 10. The shaft portion 12 includes a first member 14 and a second member 16.

プレート部10は、例えば被加熱物が円形の半導体基板であれば円板形状である。被加熱物は、プレート部10の上面に載置され、プレート部10に埋め込まれた発熱体18により加熱される。発熱体18には、電極端子(図示省略)が接続される。なお、セラミックスヒータは、円板形状に限定されず、例えば、多角形状であってもよい。   The plate part 10 has a disk shape, for example, if the object to be heated is a circular semiconductor substrate. The object to be heated is placed on the upper surface of the plate portion 10 and heated by the heating element 18 embedded in the plate portion 10. An electrode terminal (not shown) is connected to the heating element 18. The ceramic heater is not limited to a disk shape, and may be a polygonal shape, for example.

セラミックスヒータは、CVD装置等の反応室(図示省略)に筒形状のシャフト部12により固定される。シャフト部12の第1部材14の一端には、第1部材14をプレート部10の下面に接合するためのフランジ20が設けられる。第1部材14の他端には、第2部材16が接合されるフランジ22が設けられる。第1部材14は、一端のフランジ20から他端のフランジ22の間で筒形状の径方向において外に向かって凸の曲率を有し、フランジ20からフランジ22に向かって直径が減少する「はかま」形状を有する。第2部材16の一端には、フランジ22に接合されるフランジ24が設けられる。第2部材16の他端には、反応室(図示省略)に固定するためのフランジ26が設けられる。第2部材16は、一端のフランジ24から他端のフランジ26に向かって直径が略同一の円筒形状を有する。   The ceramic heater is fixed to a reaction chamber (not shown) such as a CVD apparatus by a cylindrical shaft portion 12. A flange 20 for joining the first member 14 to the lower surface of the plate portion 10 is provided at one end of the first member 14 of the shaft portion 12. A flange 22 to which the second member 16 is joined is provided at the other end of the first member 14. The first member 14 has a convex curvature in the cylindrical radial direction between the flange 20 at one end and the flange 22 at the other end, and the diameter decreases from the flange 20 toward the flange 22. Has a shape. A flange 24 joined to the flange 22 is provided at one end of the second member 16. At the other end of the second member 16, a flange 26 for fixing to the reaction chamber (not shown) is provided. The second member 16 has a cylindrical shape having substantially the same diameter from the flange 24 at one end toward the flange 26 at the other end.

プレート部10の直径は、例えば、200mm〜300mmである。シャフト部12の高さは、200mmである。第1部材14の両端間の距離を高さHとする。第1部材14のフランジ20側の外径Daは、例えば、60mmである。フランジ22の外径Dbとフランジ24の外径Dcは、略同一である。第2部材16の中央部の内径Dd及び外径Deは、それぞれ36mm及び45mmである。なお、上記した第1及び第2部材14、16の各寸法は、限定されず、適宜変更可能である。   The diameter of the plate part 10 is, for example, 200 mm to 300 mm. The height of the shaft portion 12 is 200 mm. A distance between both ends of the first member 14 is a height H. The outer diameter Da on the flange 20 side of the first member 14 is, for example, 60 mm. The outer diameter Db of the flange 22 and the outer diameter Dc of the flange 24 are substantially the same. An inner diameter Dd and an outer diameter De at the center of the second member 16 are 36 mm and 45 mm, respectively. The dimensions of the first and second members 14 and 16 are not limited and can be changed as appropriate.

プレート部10及びシャフト部12として、同じ組成のAlNセラミックス焼結体が用いられる。例えば、プレート部10及び第1部材14には、イットリア(Y23)を添加物として2重量%〜10重量%、望ましくは4重量%〜6重量%含有するAlNセラミックス焼結体(第1セラミックス焼結体)が用いられる。なお、添加物として、Sm23、CeO2、Yb23、MgO、CaO等のAlNの焼結助剤として一般に用いられる金属酸化物を用いてもよい。第2部材16には、純度が99%以上のAlNセラミックス焼結体(第2セラミックス焼結体)が用いられる。 As the plate portion 10 and the shaft portion 12, an AlN ceramic sintered body having the same composition is used. For example, the plate part 10 and the first member 14 are AlN ceramics sintered bodies (secondary) containing 2 wt% to 10 wt%, preferably 4 wt% to 6 wt% of yttria (Y 2 O 3 ) as an additive. 1 ceramic sintered body) is used. Incidentally, as an additive, Sm 2 O 3, CeO 2 , Yb 2 O 3, MgO, may be used generally metal oxides used as sintering aids AlN such CaO. For the second member 16, an AlN ceramic sintered body (second ceramic sintered body) having a purity of 99% or more is used.

発熱体18として、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)等の高融点金属、又は炭化タングステン(WC)等の高融点金属炭化物等の導電材料が用いられる。発熱体18は、コイル状や、メッシュ、スクリーン印刷体、あるいは箔等の平面型形状が用いられる。   As the heating element 18, a conductive material such as a refractory metal such as tungsten (W), molybdenum (Mo), niobium (Nb), or a refractory metal carbide such as tungsten carbide (WC) is used. The heating element 18 has a coil shape, a planar shape such as a mesh, a screen printing body, or a foil.

例えば、Y23を5重量%含有するAlN、及び純度が99%のAlNの熱伝導率は、それぞれ170W/(m・K)及び50W/(m・K)である。プレート部10は、熱伝導率が大きなセラミックス焼結体を用いているので、均熱性をよくすることが可能である。一方、第2部材16は、熱伝導率の低いセラミックス焼結体を用いているので、シャフト部12を介しての放熱を抑制することができる。その結果、プレート部10の均熱性は従来のセラミックスヒータと比べ遜色ない。 For example, the thermal conductivity of AlN containing 5% by weight of Y 2 O 3 and AlN having a purity of 99% are 170 W / (m · K) and 50 W / (m · K), respectively. Since the plate portion 10 uses a ceramic sintered body having a high thermal conductivity, it is possible to improve the thermal uniformity. On the other hand, since the second member 16 uses a ceramic sintered body having a low thermal conductivity, heat dissipation through the shaft portion 12 can be suppressed. As a result, the thermal uniformity of the plate portion 10 is comparable to the conventional ceramic heater.

また、第1部材14には、プレート部10と同様にY23を含有するAlNセラミックス焼結体が用いられる。CVD等の600℃以上の高温処理時に、プレート部10とフランジ20の接合部の近傍が高温に曝される。接合部の近傍の領域では、濃度勾配は無いため、Y23の拡散を抑制することができる。また、第1及び第2部材14、16の接合部であるフランジ22、24は、プレート部10から離れた位置にあり、高温処理時においても比較的低温に保たれる。その結果、第1部材14から第2部材16へのY23の拡散を抑制することができ、接合部の強度の劣化を防止することが可能となる。
→この部分が唐突な印象はあります。⇒ここは、本発明の効果の一部を開示していますので、問題ないと思います。
The first member 14 is made of an AlN ceramic sintered body containing Y 2 O 3 in the same manner as the plate portion 10. During the high temperature treatment at 600 ° C. or higher such as CVD, the vicinity of the joint between the plate portion 10 and the flange 20 is exposed to a high temperature. Since there is no concentration gradient in the region near the junction, diffusion of Y 2 O 3 can be suppressed. Further, the flanges 22 and 24, which are the joint portions of the first and second members 14 and 16, are located away from the plate portion 10, and are kept at a relatively low temperature even during high temperature processing. As a result, the diffusion of Y 2 O 3 from the first member 14 to the second member 16 can be suppressed, and the strength of the joint can be prevented from deteriorating.
→ This part has a sudden impression. ⇒This is a partial disclosure of the effects of the present invention, so I think there is no problem.

次に、図1及び図2に示したセラミックスヒータの製造方法を、図3及び図4を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the ceramic heater shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS.

(イ)まず、プレート部10をホットプレス焼成により作製する。第1及び第2部材14、16それぞれのセラミックス成形体を、冷間静水圧(CIP)成形により形成し、焼成する。プレート部10及び第1部材14には、Y23を添加物として、例えば5重量%含有するAlNが用いられる。第2部材16には、純度が99%のAlNが用いられる。 (A) First, the plate part 10 is produced by hot press firing. The ceramic molded bodies of the first and second members 14 and 16 are formed by cold isostatic pressing (CIP) molding and fired. For the plate part 10 and the first member 14, for example, AlN containing 5% by weight of Y 2 O 3 as an additive is used. For the second member 16, AlN having a purity of 99% is used.

(ロ)図3に示すように、第1部材14のフランジ22に第2部材16のフランジ24をホットプレスにより接合して、シャフト部12を形成する。ホットプレスは、温度が1500℃〜2500℃、圧力が40kPa〜60kPaの条件で、図3に矢印で示したように、突き合わせたフランジ22、24をフランジ面を合わせて図示しない黒鉛冶具で挟むように押圧することにより実施される。   (B) As shown in FIG. 3, the flange 24 of the second member 16 is joined to the flange 22 of the first member 14 by hot pressing to form the shaft portion 12. As shown by the arrows in FIG. 3, the hot press is sandwiched between unillustrated graphite jigs with the flange surfaces 22 and 24 aligned with each other under the conditions of a temperature of 1500 ° C. to 2500 ° C. and a pressure of 40 kPa to 60 kPa. It is carried out by pressing.

(ハ)図4に示すように、第1部材14のフランジ20をプレート部10の下面にホットプレスにより接合する。ホットプレスは、温度が1500℃〜2500℃、圧力が40kPa〜60kPaPaの条件で、図4に矢印で示したように、フランジ20及びプレート部上面を図示しない黒鉛冶具で挟むように押圧することにより実施される。このようにして、図1及び図2に示したセラミックスヒータが製造される。   (C) As shown in FIG. 4, the flange 20 of the first member 14 is joined to the lower surface of the plate portion 10 by hot pressing. Hot press is performed by pressing the flange 20 and the upper surface of the plate part with a graphite jig (not shown) as shown by arrows in FIG. 4 under conditions of a temperature of 1500 ° C. to 2500 ° C. and a pressure of 40 kPa to 60 kPa. To be implemented. In this way, the ceramic heater shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.

製造されたセラミックスヒータのシャフト部12の形状の変化が、形状評価装置により評価されている。また、セラミックスヒータに対して、大気中で800℃、5000時間の加熱処理が施され、接合強度が引張強度試験により測定されている。   Changes in the shape of the shaft portion 12 of the manufactured ceramic heater are evaluated by a shape evaluation apparatus. Further, the ceramic heater is subjected to heat treatment at 800 ° C. for 5000 hours in the atmosphere, and the bonding strength is measured by a tensile strength test.

なお、図5に示すように、Y23を添加物として5重量%含有するAlNセラミックス成形体からなるプレート部10、及び純度が99%のAlNセラミックス焼結体からなるシャフト部12aを備えるセラミックスヒータが、比較例として用いられる。比較例においては、シャフト部12aは一体焼結体で、高さHのはかま形状の第1シャフト部14a及び円筒形状の第2シャフト部16aを備える。シャフト部12は、第1シャフト部14aのフランジ20によりプレート部10に接合される。 As shown in FIG. 5, a plate portion 10 made of an AlN ceramic molded body containing 5% by weight of Y 2 O 3 as an additive and a shaft portion 12a made of an AlN ceramic sintered body having a purity of 99% are provided. A ceramic heater is used as a comparative example. In the comparative example, the shaft portion 12a is an integral sintered body, and includes a first shaft portion 14a having a hook shape having a height H and a second shaft portion 16a having a cylindrical shape. The shaft portion 12 is joined to the plate portion 10 by the flange 20 of the first shaft portion 14a.

図6の表には、Y23を添加物として含有する第1部材14の高さHを30mm〜70mmの範囲で変化させて製造した実施例1〜5の接合強度を評価した結果が示されている。Y23を添加物として含有するセラミックス焼結体がないシャフト部12aを備える比較例では、加熱試験前後の初期強度及び試験後強度は、それぞれ300MPa及び100MPaである。 In the table of FIG. 6, the results of evaluating the bonding strength of Examples 1 to 5 manufactured by changing the height H of the first member 14 containing Y 2 O 3 as an additive in the range of 30 mm to 70 mm are shown. It is shown. In the comparative example including the shaft portion 12a without the ceramic sintered body containing Y 2 O 3 as an additive, the initial strength before and after the heating test and the strength after the test are 300 MPa and 100 MPa, respectively.

比較例のセラミックスヒータで高温長期間の使用で劣化した接合部近傍を詳細に観察したところ、プレート部10からシャフト部12aへ焼結助剤のY23の拡散が生じていると考えられ、AlN中の粒界に沿って原子拡散による物質移動に伴うボイド化が起こっているようである。特に空気中で劣化が激しいことから、酸素の拡散が影響しているものと考えられる。拡散はプレート部10とシャフト部12aのY23の濃度が異なるために生じていると考えられる。 When the vicinity of the joint deteriorated by the use of the ceramic heater of the comparative example for a long period of time at high temperature was observed in detail, it is considered that the diffusion of Y 2 O 3 as a sintering aid occurred from the plate portion 10 to the shaft portion 12a. Voiding due to mass transfer due to atomic diffusion seems to occur along the grain boundaries in AlN. In particular, since the deterioration is severe in the air, the diffusion of oxygen is considered to have an effect. It is considered that the diffusion occurs because the Y 2 O 3 concentrations of the plate portion 10 and the shaft portion 12a are different.

一方、第1部材を備える実施例1〜5においては、初期強度及び試験後強度は、それぞれ430MPa〜460MPaの範囲及び210MPa〜440MPaと、劣化の割合が比較例に比べて著しく小さい。実施例1〜5では、初期強度には大きな差は見られないが、試験後強度は第1部材14の高さHの増加と共に増加し、例えば高さHが70mmの実施例5においては、試験後強度は440MPaと初期強度と同程度の値を示している。即ち、第1部材14の高さHは増加させる方が、加熱処理による接合強度の劣化をより効果的に防止できることが判る。しかし、シャフト部の高さ200mmに対して、第1部材14の高さHを120mm以上にすると、シャフト部12を通しての放熱が増加してプレート部10の均熱性が劣化してしまう。したがって、第1部材14の高さHとして、30mm〜120mmの範囲、好ましくは50mm〜70mmの範囲が望ましい。   On the other hand, in Examples 1 to 5 including the first member, the initial strength and post-test strength are in the range of 430 MPa to 460 MPa and 210 MPa to 440 MPa, respectively, and the deterioration rate is significantly smaller than that of the comparative example. In Examples 1-5, although a big difference is not seen in initial strength, strength after a test increases with the increase in height H of the 1st member 14, for example, in Example 5 in which height H is 70 mm, The strength after the test is 440 MPa, which is the same value as the initial strength. That is, it can be seen that increasing the height H of the first member 14 can more effectively prevent the deterioration of the bonding strength due to the heat treatment. However, if the height H of the first member 14 is set to 120 mm or more with respect to the height of the shaft portion of 200 mm, the heat dissipation through the shaft portion 12 increases and the thermal uniformity of the plate portion 10 deteriorates. Therefore, the height H of the first member 14 is desirably in the range of 30 mm to 120 mm, preferably in the range of 50 mm to 70 mm.

上記のセラミックスヒータにおいては、プレート部10と実質的に同一の純度のAlNセラミックス焼結体からなる第1部材14を用いて説明している。しかし、図5に示した一体焼結体からなるシャフト部12aにおいて、AlNの純度を傾斜させた第1シャフト部14aを用いてもよい。プレート部10及び第2シャフト部16aのAlNセラミックス焼結体の純度を、それぞれ95%(Y23を5重量%含有)及び99%とする。第1シャフト部14aの高さHを70mmとして、第1シャフト部14aにおいて、プレート部10側を95%、第2シャフト部16a側を99%として、その間を純度差4%以下の刻み幅で等間隔に純度を傾斜させる。図7の表には、AlNセラミックス成形体の純度を刻み幅4%、2%、1%、及び0.5%で等間隔に傾斜させた実施例6〜9の接合強度が示されている。 The above ceramic heater is described using the first member 14 made of an AlN ceramic sintered body having substantially the same purity as the plate portion 10. However, in the shaft portion 12a made of the integrally sintered body shown in FIG. 5, the first shaft portion 14a in which the purity of AlN is inclined may be used. The purity of the AlN ceramic sintered body of the plate part 10 and the second shaft part 16a is 95% (containing 5% by weight of Y 2 O 3 ) and 99%, respectively. The height H of the first shaft portion 14a is set to 70 mm, and in the first shaft portion 14a, the plate portion 10 side is set to 95%, the second shaft portion 16a side is set to 99%, and the gap between them is a step difference of 4% or less. The purity is inclined at regular intervals. The table of FIG. 7 shows the bonding strengths of Examples 6 to 9 in which the purity of the AlN ceramic molded body is inclined at equal intervals of 4%, 2%, 1%, and 0.5%. .

図7に示すように、実施例6〜9の初期強度及び試験後強度は、それぞれ340MPa〜390MPa及び300MPa〜350MPaと比較例に比べて増加している。純度の刻み幅を小さくしたほうが初期強度及び試験後強度共に大きな値を示している。また、加熱試験による劣化も40MPaと比較的小さい。   As shown in FIG. 7, the initial strength and post-test strength of Examples 6 to 9 are increased from 340 MPa to 390 MPa and 300 MPa to 350 MPa, respectively, as compared to the comparative example. The smaller the step size of the purity, the larger the initial strength and the strength after the test. Moreover, the deterioration by a heating test is comparatively small with 40 MPa.

図8の表には、図2に示したフランジ22の外径Dbとフランジ24の外径Dcのフランジ外径差(Db−Dc)を変化させた場合の接合強度が示されている。フランジ外径差(Db−Dc)が、−5mm、−2mm、2mm、及び5mmの実施例10〜13の初期強度及び試験後強度は、フランジ外径差(Db−Dc)がほぼ0の実施例5よりは低いが、それぞれ400MPa〜370MPa及び380MPa〜350MPaと比較例に比べて増加している。また、第2部材16のフランジ24の外径を第1部材14のフランジ22より小さくすると、接合強度の低下が若干大きいことがわかる。このように、フランジ22、24の外径差は、小さい方が望ましく、更に、フランジ24の外径をフランジ22より小さくしない方が望ましい。   The table of FIG. 8 shows the bonding strength when the flange outer diameter difference (Db−Dc) between the outer diameter Db of the flange 22 and the outer diameter Dc of the flange 24 shown in FIG. 2 is changed. Flange outer diameter difference (Db-Dc) is -5 mm, -2 mm, 2 mm, and 5 mm. Although lower than Example 5, they are increased from 400 MPa to 370 MPa and 380 MPa to 350 MPa, respectively, as compared with the comparative example. Further, it can be seen that when the outer diameter of the flange 24 of the second member 16 is made smaller than the flange 22 of the first member 14, the reduction in bonding strength is slightly greater. Thus, it is desirable that the difference between the outer diameters of the flanges 22 and 24 is smaller, and it is more desirable that the outer diameter of the flange 24 is not smaller than that of the flange 22.

図9の表には、ホットプレス処理において、接合順番及び押圧場所を変えて接合強度及びシャフト部12の変形の有無を評価した結果が示されている。実施例5及び14では、先に第1部材14と第2部材16を接合し、実施例15及び16では、先にプレート部10と第1部材14を接合している。また、後に接合する対象の部材に対して、実施例5及び15では、接合対象のフランジを押圧し、実施例14及び16では、接合対象のフランジに対向する端面のフランジを押圧している。   The table in FIG. 9 shows the results of evaluating the joining strength and the presence or absence of deformation of the shaft portion 12 by changing the joining order and the pressing place in the hot press process. In Example 5 and 14, the 1st member 14 and the 2nd member 16 are joined previously, and in Example 15 and 16, the plate part 10 and the 1st member 14 are joined previously. Further, in the fifth and fifteenth embodiments, the flange to be bonded is pressed against the target member to be bonded later, and in the fourteenth and sixteenth embodiments, the flange on the end surface facing the flange to be bonded is pressed.

図9に示すように、実施例5及び14〜16のいずれも比較例より接合強度が大きい。接合順番については、先に第1部材14と第2部材16とを接合した方が初期強度及び試験後強度共に若干大きくなることがわかる。先に第1部材14と第2部材16とを接合する場合、接合対象のフランジを押圧した方がよいことがわかる。一方、先にプレート部10と第1部材14を接合した実施例15及び16では、押圧場所に対する依存性は小さいことがわかる。また、実施例14及び16では、接合順番が後のホットプレス処理においてフランジ26の端面が押圧されるため、シャフト部12の変形が生じている。また、実施例15においては、接合順番が後の第1部材14と第2部材16の接合の際、プレート部10とフランジ24を押圧場所としているため、はかま形状の第1部材14に変形が生じている。このように、第1及び第2部材14、16を先に接合する手順が望ましく、押圧場所は接合対象のフランジとすることが望ましい。   As shown in FIG. 9, both Examples 5 and 14 to 16 have higher bonding strength than the comparative example. As for the joining order, it can be seen that both the initial strength and the strength after the test are slightly increased when the first member 14 and the second member 16 are joined first. When joining the 1st member 14 and the 2nd member 16 previously, it turns out that it is better to press the flange of joining object. On the other hand, in Examples 15 and 16 in which the plate portion 10 and the first member 14 are joined first, it can be seen that the dependence on the pressing location is small. In Examples 14 and 16, since the end face of the flange 26 is pressed in the hot press process in which the joining order is later, the shaft portion 12 is deformed. In the fifteenth embodiment, when the first member 14 and the second member 16 which are joined later are joined, the plate portion 10 and the flange 24 are used as pressing places, so that the first member 14 having a kettle shape is deformed. Has occurred. Thus, the procedure of joining the first and second members 14 and 16 first is desirable, and the pressing location is desirably the flange to be joined.

上記の説明においては、図2に示したはかま形状のシャフト部12を用いているが、シャフト部の形状は限定されない。例えば、図10に示すように、円筒形状の第1部材14bと円筒形状の第2部材16を備える寸胴形状のシャフト部12bであってもよい。第1部材14bは、プレート部10に接合されるフランジ20と、第2部材16のフランジ24に接合されるフランジ22を備える。第1及び第2部材14b、16の円筒部の肉厚は4mm〜5mmである。また、図11に示すように、厚肉円筒状の第1及び第2部材14c、16cを備える太形状のシャフト部12cを用いてもよい。第1及び第2部材14c、16cの肉厚は、例えば7mm〜8mmと厚く、両端にはフランジは設けられていない。このシャフト部12cは、第1及び第2部材14c、16cの肉厚の円筒部の端面からプレート部10に向かう細い貫通孔を、強度を損なうことなく設けることができ、真空チャックの用途に適した構造である。   In the above description, the hook-shaped shaft portion 12 shown in FIG. 2 is used, but the shape of the shaft portion is not limited. For example, as shown in FIG. 10, a shaft portion 12 b having a cylindrical shape including a cylindrical first member 14 b and a cylindrical second member 16 may be used. The first member 14 b includes a flange 20 joined to the plate portion 10 and a flange 22 joined to the flange 24 of the second member 16. The thickness of the cylindrical portion of the first and second members 14b, 16 is 4 mm to 5 mm. Moreover, as shown in FIG. 11, you may use the thick-shaped shaft part 12c provided with the thick cylindrical 1st and 2nd members 14c and 16c. The thickness of the first and second members 14c and 16c is, for example, 7 mm to 8 mm, and no flange is provided at both ends. The shaft portion 12c can be provided with a thin through-hole extending from the end surface of the thick cylindrical portion of the first and second members 14c and 16c to the plate portion 10 without damaging the strength, and is suitable for use as a vacuum chuck. Structure.

図12の表には、シャフト種類として、はかま形状、寸胴形状及び太形状のシャフト部12、12b、12cを有する実施例5、17及び18それぞれの接合強度及びシャフト部の変形を評価した結果を示している。実施例5及び17のホットプレス処理での押圧場所は、接合対象のフランジである。実施例18では、第1及び第2部材14c、16cそれぞれの端面が押圧場所となる。   The table of FIG. 12 shows the results of evaluating the joint strength and the deformation of the shaft portions of Examples 5, 17 and 18 having shaft portions 12, 12b, and 12c having a kettle shape, a torso shape, and a thick shape as shaft types. Show. The pressing place in the hot press processing of Examples 5 and 17 is a flange to be joined. In Example 18, the end surfaces of the first and second members 14c and 16c serve as pressing places.

図12に示すように、いずれのシャフト種類であっても、比較例に比べて接合強度は大きい。また、シャフト種類としては実施例5のはかま形状が強度が最大であり、実施例17の寸胴形状、実施例18の太形状の順に強度が若干低下している。シャフトの変形は、実施例5、17、18のいずれも見られない。端面を押圧場所とする実施例18では、第1及び第2部材14c、16cが肉厚の円筒部材を用いているため、ホットプレスによるシャフト部12cの変形を防止することが可能となる。   As shown in FIG. 12, in any shaft type, the bonding strength is higher than that in the comparative example. As for the shaft type, the strength of the hook shape of Example 5 is the maximum, and the strength is slightly decreased in the order of the cylindrical shape of Example 17 and the thick shape of Example 18. None of Examples 5, 17, and 18 is seen in the deformation of the shaft. In Example 18 in which the end face is used as the pressing place, the first and second members 14c and 16c use thick cylindrical members, so that it is possible to prevent deformation of the shaft portion 12c due to hot pressing.

また、第1及び第2部材14、16の接合に際し、平面で接触するフランジ22及び24の代わりに、部材間の位置ずれを防止するためにシャフト部12の接合形状として、テーパや段差を設けてもよい。図13に示すように、第1部材14のフランジ22aと第2部材16のフランジ24a間の接合面をテーパ角αで傾斜させて第1及び第2部材14、16が接合される。図14に示すように、第1部材14のフランジ22bの内側が外側より凹むようにフランジ22b、24bのそれぞれの接合面に段差Saを設けて第2部材14、16が接合される。図15に示すように、第1部材14のフランジ22bの外側が内側より凹むようにフランジ22c、24cのそれぞれの接合面に段差Sbを設けて第2部材14、16が接合される。   Further, when the first and second members 14 and 16 are joined, a taper or a step is provided as a joining shape of the shaft portion 12 in order to prevent displacement between the members, instead of the flanges 22 and 24 that contact in a plane. May be. As shown in FIG. 13, the first and second members 14 and 16 are joined with the joint surface between the flange 22 a of the first member 14 and the flange 24 a of the second member 16 inclined at a taper angle α. As shown in FIG. 14, the second members 14 and 16 are joined by providing a step Sa on the joining surfaces of the flanges 22 b and 24 b so that the inside of the flange 22 b of the first member 14 is recessed from the outside. As shown in FIG. 15, the second members 14 and 16 are joined by providing a step Sb on each joint surface of the flanges 22 c and 24 c so that the outer side of the flange 22 b of the first member 14 is recessed from the inside.

図16の表には、シャフト部12の接合形状が、テーパ形状の実施例19〜21、段差Saの実施例22、及び段差Sbの実施例23それぞれに対する接合強度の評価結果が示されている。実施例19〜21のテーパ角αは、それぞれ5°、10°、及び15°である。   The table of FIG. 16 shows the evaluation results of the bonding strength for each of Examples 19 to 21 in which the joint shape of the shaft portion 12 is tapered, Example 22 of the step Sa, and Example 23 of the step Sb. . The taper angles α of Examples 19 to 21 are 5 °, 10 °, and 15 °, respectively.

図16に示すように、テーパ角αが大きくなると、接合強度は低下する。テーパ角αが15°の実施例21では、初期強度が比較例と同程度の値となっているが、試験後強度の低下は比較例に比べて抑制されていることがわかる。実施例22、23の結果から、段差Saの方が段差Sbよりも接合強度が大きいことがわかる。接合形状が平面の実施例5の接合強度が最も高くなっている。したがって、シャフト部12の接合形状がテーパの場合は、テーパ角αを小さく、接合形状が段差の場合は、段差を小さくすることが望ましい。   As shown in FIG. 16, as the taper angle α increases, the bonding strength decreases. In Example 21 in which the taper angle α is 15 °, the initial strength is the same value as that of the comparative example, but it can be seen that the decrease in strength after the test is suppressed as compared with the comparative example. From the results of Examples 22 and 23, it can be seen that the step Sa has higher bonding strength than the step Sb. The bonding strength of Example 5 having a flat bonding shape is the highest. Therefore, when the joint shape of the shaft portion 12 is a taper, it is desirable to reduce the taper angle α, and when the joint shape is a step, it is desirable to reduce the step.

このように、本発明の実施の形態では、プレート部10とプレート部10に接合される第1部材14にY23を添加物として含有するAlNセラミックス焼結体を用い、反応室に固定される第2部材16には99%以上の純度のAlNセラミックス焼結体を用いている。したがって、プレート部10を高温に加熱する際、プレート部10とシャフト部12の接合部が高温に曝されても、接合部の強度劣化を防止することができる。また、第1及び第2部材14、16の接合部は比較的低温に保持されるため、接合部の強度劣化はほとんど生じない。更に、第2部材16の熱伝導率は、プレート部10及び第1部材14に比べて小さい。そのため、シャフト部12を通しての放熱を抑制することができる。このように、本発明の実施の形態によれば、セラミックスヒータの良好な均熱性が得られ、高温での加熱による接合部の強度の劣化を防止することが可能となる。 Thus, in the embodiment of the present invention, the AlN ceramic sintered body containing Y 2 O 3 as an additive is used for the first member 14 joined to the plate portion 10 and the plate portion 10, and is fixed to the reaction chamber. The second member 16 is made of an AlN ceramic sintered body having a purity of 99% or more. Therefore, when the plate part 10 is heated to a high temperature, even if the joint part between the plate part 10 and the shaft part 12 is exposed to a high temperature, the strength deterioration of the joint part can be prevented. Moreover, since the joint part of the 1st and 2nd members 14 and 16 is hold | maintained at comparatively low temperature, the strength deterioration of a joint part hardly arises. Furthermore, the thermal conductivity of the second member 16 is smaller than that of the plate portion 10 and the first member 14. Therefore, heat dissipation through the shaft portion 12 can be suppressed. As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a good temperature uniformity of the ceramic heater, and to prevent deterioration of the strength of the joint due to heating at a high temperature.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described as described above, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. It goes without saying that the present invention includes various embodiments not described herein. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 図1に示したセラミックスヒータのA−A断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the AA cross section of the ceramic heater shown in FIG. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの製造方法の一例を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows an example of the manufacturing method of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの製造方法の一例を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows an example of the manufacturing method of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 比較例によるセラミックスヒータの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the ceramic heater by a comparative example. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの評価結果の一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the evaluation result of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの評価結果の他の例を示す表である。It is a table | surface which shows the other example of the evaluation result of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの評価結果の他の例を示す表である。It is a table | surface which shows the other example of the evaluation result of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの評価結果の他の例を示す表である。It is a table | surface which shows the other example of the evaluation result of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの評価結果の他の例を示す表である。It is a table | surface which shows the other example of the evaluation result of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るセラミックスヒータの評価結果の他の例を示す表である。It is a table | surface which shows the other example of the evaluation result of the ceramic heater which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…プレート部
12…シャフト部
14…第1部材
16…第2部材
20、22、24、26…フランジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Plate part 12 ... Shaft part 14 ... 1st member 16 ... 2nd member 20, 22, 24, 26 ... Flange

Claims (7)

上面に被加熱物を載置する第1セラミックス焼結体からなるプレート部と、
前記プレート部の下面に接合されたシャフト部とからなるセラミックスヒータであって、
前記シャフト部は、
前記プレート部の下面に一端が接合され、前記第1セラミックス焼結体と同じ組成のセラミックス焼結体からなる筒形状の第1部材と、
該第1部材の他端に接合され、前記プレート部より熱伝導率が低い第2セラミックス焼結体からなる筒形状の第2部材
とを有することを特徴とするセラミックスヒータ。
A plate portion made of a first ceramic sintered body on which an object to be heated is placed on the upper surface;
A ceramic heater comprising a shaft portion joined to the lower surface of the plate portion,
The shaft portion is
A cylindrical first member made of a ceramic sintered body having one end bonded to the lower surface of the plate portion and having the same composition as the first ceramic sintered body;
A ceramic heater having a cylindrical second member made of a second ceramic sintered body joined to the other end of the first member and having a thermal conductivity lower than that of the plate portion.
前記第1部材は、前記一端と前記他端の間で筒形状の径方向において外に向かって凸の曲率を有し、前記一端から前記他端に向かって直径が減少することを特徴とする請求項1に記載のセラミックスヒータ。   The first member has a convex curvature outward in the cylindrical radial direction between the one end and the other end, and the diameter decreases from the one end toward the other end. The ceramic heater according to claim 1. 前記一端に、前記第1部材を前記プレート部にホットプレス法により接合するためのフランジが設けられ、前記他端に、前記第1部材を第2部材にホットプレス法により接合するためのフランジが設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミックスヒータ。   A flange for joining the first member to the plate portion by a hot press method is provided at the one end, and a flange for joining the first member to the second member by a hot press method at the other end. The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic heater is provided. 前記第1部材を第2部材が、肉厚が7mm〜8mmの厚肉円筒状であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックスヒータ。   The ceramic heater according to claim 1, wherein the second member of the first member is a thick cylindrical shape having a thickness of 7 mm to 8 mm. 前記第1セラミックス焼結体が、イットリアを添加物として2重量%〜10重量%含む窒化アルミニウムであり、前記第2セラミックス焼結体は、純度が99%以上の窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。   The first ceramic sintered body is aluminum nitride containing 2% by weight to 10% by weight of yttria as an additive, and the second ceramic sintered body is aluminum nitride having a purity of 99% or more. The ceramic heater according to any one of claims 1 to 4. 上面に被加熱物を載置する第1セラミックス焼結体からなるプレート部と、
前記プレート部の下面に接合された筒形状の第1シャフト部、及び前記第1シャフト部に接続され、前記プレート部より熱伝導率が低い第2セラミックス焼結体からなる筒形状の第2シャフト部を有する一体焼結体のシャフト部とからなるセラミックスヒータであって、
前記第1セラミックス焼結体が添加物を2重量%〜10重量%含む窒化アルミニウムであり、前記第2セラミックス焼結体が純度が99%以上の窒化アルミニウムであり、前記プレート側及び前記第2シャフト部側のそれぞれにおいて前記第1及び第2セラミックス焼結体と同じ組成となるように、前記第1シャフト部の組成を前記プレート側から前記第2シャフト部側に向かって傾斜させたことを特徴とするセラミックスヒータ。
A plate portion made of a first ceramic sintered body on which an object to be heated is placed on the upper surface;
A cylindrical first shaft portion joined to the lower surface of the plate portion, and a cylindrical second shaft made of a second ceramic sintered body connected to the first shaft portion and having a lower thermal conductivity than the plate portion. A ceramic heater comprising a shaft portion of an integrally sintered body having a portion,
The first ceramic sintered body is aluminum nitride containing 2 wt% to 10 wt% of an additive, the second ceramic sintered body is aluminum nitride having a purity of 99% or more, the plate side and the second Inclining the composition of the first shaft portion from the plate side toward the second shaft portion side so as to have the same composition as the first and second ceramic sintered bodies on each of the shaft portion sides. Characteristic ceramic heater.
上面に被加熱物を載置する第1セラミックス焼結体からなるプレート部を形成する工程と、
前記第1セラミックス焼結体と同じ組成のセラミックス焼結体からなる筒形状の第1部材を形成する工程と、
前記プレート部より熱伝導率が低い第2セラミックス焼結体からなる筒形状の第2部材を形成する工程と、
前記第1部材の他端に前記第2部材の一端をホットプレスにより接合する工程と、
前記第1及び第2部材を接合した後に、前記プレート部の下面に前記第1部材の一端をホットプレスにより接合する工程
とを含むことを特徴とするセラミックスヒータの製造方法。
Forming a plate portion made of a first ceramic sintered body on which an object to be heated is placed;
Forming a cylindrical first member made of a ceramic sintered body having the same composition as the first ceramic sintered body;
Forming a cylindrical second member made of a second ceramic sintered body having a lower thermal conductivity than the plate portion;
Joining one end of the second member to the other end of the first member by hot pressing;
And joining the one end of the first member to the lower surface of the plate portion by hot pressing after joining the first and second members.
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