JP2533679B2 - Plate-shaped ceramic heater and method for manufacturing the same - Google Patents

Plate-shaped ceramic heater and method for manufacturing the same

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JP2533679B2
JP2533679B2 JP2215811A JP21581190A JP2533679B2 JP 2533679 B2 JP2533679 B2 JP 2533679B2 JP 2215811 A JP2215811 A JP 2215811A JP 21581190 A JP21581190 A JP 21581190A JP 2533679 B2 JP2533679 B2 JP 2533679B2
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silicon nitride
rare earth
shaped
heater
disk
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真一 三輪
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NGK Insulators Ltd
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体製造装置等に好適に使用できる盤状
セラミックスヒーター及びその製造方法に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plate-shaped ceramics heater that can be suitably used in a semiconductor manufacturing apparatus and the like, and a manufacturing method thereof.

(従来の技術及びその問題点) 半導体製造に必要とされる高温処理時の加熱温度は数
百〜1000℃の領域にあり、こうした高温処理工程として
は、酸化拡散、薄膜形成、アニーリング、ゲッタリン
グ、シンタリング等がある。
(Prior art and its problems) The heating temperature at the time of high temperature processing required for semiconductor manufacturing is in the range of several hundred to 1000 ° C, and such high temperature processing steps include oxidation diffusion, thin film formation, annealing and gettering. , Sintering, etc.

スーパークリーン状態を必要とする半導体製造用装置
では、デポジション用ガス、エッチング用ガス、クリー
ニング用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガス等の腐食性
ガスが使用されている。このため、ウエハーをこれらの
腐食性ガスに接触させた状態で加熱するための加熱装置
として、抵抗発熱体の表面をステンレススチール、イン
コネル等の金属により被覆した従来のヒーターを使用す
ると、これらのガスの曝露によって、塩化物、酸化物、
弗化物等の粒径数μmの、好ましくないパーティクルが
発生する。このため、不純物汚染、耐食性に問題があっ
た。
In semiconductor manufacturing equipment requiring a super clean state, a corrosive gas such as a chlorine gas or a fluorine gas is used as a deposition gas, an etching gas, or a cleaning gas. Therefore, if a conventional heater in which the surface of the resistance heating element is coated with a metal such as stainless steel or Inconel is used as a heating device for heating the wafer in contact with these corrosive gases, these gases are used. Exposure to chlorides, oxides,
Unfavorable particles such as fluoride having a particle diameter of several μm are generated. Therefore, there are problems in impurity contamination and corrosion resistance.

そこでデポジション用ガス等に曝露される容器の外側
に赤外線ランプを設置し、容器外壁に赤外線透過窓を設
け、グラファイト等の耐食性良好な材質からなる被加熱
体に赤外線を放射し、被加熱体の上面に置かれたウエハ
ーを加熱する、間接加熱方式のウエハー加熱装置が開発
されている。ところがこの方式のものは、直接加熱式の
ものに比較して熱損失が大きいこと、温度上昇に時間が
かかること、赤外線透過窓へのCVD膜の付着により赤外
線の透過が次第に妨げられ、赤外線透過窓で熱吸収が生
じて窓が加熱すること等の問題があった。
Therefore, an infrared lamp is installed on the outside of the container that is exposed to deposition gas, etc., an infrared transmission window is installed on the outer wall of the container, and infrared rays are radiated to a heated object made of a material with good corrosion resistance such as graphite, to be heated An indirect heating type wafer heating device has been developed for heating a wafer placed on the upper surface of the wafer. However, this type has a larger heat loss than the direct heating type, it takes longer to raise the temperature, and the transmission of infrared rays is gradually hindered due to the deposition of the CVD film on the infrared ray transmission window. There is a problem that the window absorbs heat and the window is heated.

更に、いわゆる高周波加熱法が知られているが、この
方法では温度制御が困難であり、またウエハー加熱領域
を均熱化できない。
Further, a so-called high-frequency heating method is known, but it is difficult to control the temperature by this method and the wafer heating region cannot be soaked.

(発明に到る経過) 上記の問題を解決するため、本発明者等は、新たに円
盤状の緻密質セラミックス内に螺旋状の抵抗発熱体を埋
設し、このセラミックスヒーターをグラファイトのケー
スに保持した加熱装置について検討した。その結果この
加熱装置は、上述のような問題点を一掃した極めて優れ
た装置であることが判明した。
(Process leading to the invention) In order to solve the above problems, the present inventors newly embed a spiral resistance heating element in a disc-shaped dense ceramic, and hold this ceramic heater in a graphite case. The heating device was examined. As a result, this heating device was found to be an extremely excellent device that eliminated the above-mentioned problems.

しかし、このセラミックスヒーターを実際の半導体装
置に使用すると、新たな問題が生ずることが解った。
However, it has been found that a new problem arises when this ceramic heater is used in an actual semiconductor device.

即ち、セラミックス成形体内部に螺旋状の抵抗発熱体
を埋設し、ホットプレス法によって焼成するため、プレ
ス時の抵抗発熱体の断線を防止するため、抵抗発熱体、
セラミックス成形体に剛性を与える必要があった。この
ため、線状の抵抗発熱体の線径、円盤状セラミックス成
形体の厚さをある程度大きくする必要があり、この厚さ
を小さくしかつ微細な発熱体パターンを形成することが
できなかった。
That is, since a spiral resistance heating element is embedded inside the ceramic molded body and fired by the hot pressing method, in order to prevent the resistance heating element from breaking during pressing, the resistance heating element,
It was necessary to give rigidity to the ceramic molded body. Therefore, it is necessary to increase the wire diameter of the linear resistance heating element and the thickness of the disk-shaped ceramic molded body to some extent, and it is not possible to reduce the thickness and form a fine heating element pattern.

このため、プレス成形時に抵抗発熱体が歪み易く、ま
た個々の製品毎に抵抗発熱体形状が異なり、温度分布の
バラツキが大きかった。またセラミックス成形体の外周
部にまで抵抗発熱体を埋め込むと、この成形体にクラッ
ク、破壊が発生した。
For this reason, the resistance heating element is easily distorted during press molding, and the shape of the resistance heating element is different for each product, resulting in large variations in temperature distribution. Further, when the resistance heating element was embedded even in the outer peripheral portion of the ceramic molded body, cracks and breakage occurred in this molded body.

更に、以上の制限から、ヒーターの肉厚を小さくして
その熱容量を下げ、また発熱量を大きくすることができ
ず、表面温度変化に対する応答が遅く、また昇温速度が
遅いため、この点で半導体の生産性を上げることができ
なかった。
Furthermore, due to the above restrictions, it is not possible to reduce the thickness of the heater to reduce its heat capacity and increase the amount of heat generation, resulting in a slow response to changes in surface temperature and a slow heating rate. We could not increase the productivity of semiconductors.

(発明が解決しようとする課題) 本発明の課題は、不純物汚染を生じず、耐食性、耐熱
衝撃性に優れ、かつ温度分布の製品毎のバラツキや応答
速度、昇温速度の遅さを克服できるようなセラミックス
ヒーター及びその製造方法を抵抗することである。
(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to prevent impurity contamination, to have excellent corrosion resistance and thermal shock resistance, and to overcome variations in temperature distribution among products, response speed, and slow temperature rising speed. It is to resist such a ceramic heater and its manufacturing method.

(課題を解決するための手段) 本発明は、盤状の窒化珪素焼結体、及び窒化珪素焼結
体の内部に印刷により形成されており、窒化珪素焼結体
の焼結温度よりも高い融点を有する金属からなる膜状抵
抗発熱体を有しており、窒化珪素焼結体内に、Yb2O3、E
r2O3、Y2O3、Tm2O3およびLu2O3からなる群より選ばれた
二種以上の希土類酸化物が含有されており、希土類酸化
物の総添加量のうち50モル%〜95モル%を希土類酸化物
のうちの一種が占めており、50モル%〜5モル%を他の
希土類酸化物が占めており、窒化珪素焼結体に含まれる
酸素(希土類酸化物から導入される酸化を除く)の量を
SiO2に換算したときのSiO2のモル量に対する希土類酸化
物のモル量の比率が0.4〜1.3であることを特徴とする、
盤状セラミックスヒーターに係るものである。
(Means for Solving the Problem) The present invention is formed by printing inside a disk-shaped silicon nitride sintered body and a silicon nitride sintered body, and is higher than the sintering temperature of the silicon nitride sintered body. It has a film-shaped resistance heating element made of a metal having a melting point, and contains Yb 2 O 3 and E in the silicon nitride sintered body.
r 2 O 3, Y 2 O 3, Tm 2 O 3 and Lu 2 O 3 two or more rare earth oxides selected from the group consisting of are contained 50 mol of the total amount of rare earth oxide % To 95 mol% is occupied by one of the rare earth oxides, 50 mol% to 5 mol% is occupied by other rare earth oxides, and oxygen contained in the silicon nitride sintered body (from rare earth oxides Amount (excluding oxidation introduced)
The molar amount of the ratio of the rare earth oxide to the molar amount of SiO 2 when converted into SiO 2 is characterized in that it is a 0.4 to 1.3,
The present invention relates to a plate-shaped ceramics heater.

また、本発明は、盤状窒化珪素成形体を作製する工
程;盤状窒化珪素成形体の表面に、窒化珪素成形体の焼
結温度よりも高い融点を有する金属粉を含有する抵抗発
熱体ペーストを印刷する印刷工程;盤状窒化珪素成形体
の少なくとも表面側を窒化珪素成形材料で覆い、盤状の
窒化珪素ヒーター成形体を作製する工程;及び窒化珪素
ヒーター成形体をホットプレス法によって焼結する焼結
工程を有する、盤状セラミックスヒーターの製造方法で
あって、盤状窒化珪素成形体および窒化珪素成形材料中
に、Yb2O3、Er2O3、Y2O3、Tm2O3およびLu2O3からなる群
より選ばれた二種以上の希土類酸化物を含有させ、この
際希土類酸化物の総添加量のうち50モル%〜95モル%を
希土類酸化物の一種が占め、50モル%〜5モル%を他の
希土類酸化物が占め、かつ焼結後の窒化珪素焼結体に含
まれる酸素(希土類酸化物から導入される酸化を除く)
の量をSiO2に換算したときのSiO2のモル量に対する希土
類酸化物のモル量の比率が0.4〜1.3となるように配合す
る、製造方法に係るものである。
The present invention also provides a step of producing a disc-shaped silicon nitride compact; a resistance heating element paste containing metal powder having a melting point higher than the sintering temperature of the silicon nitride compact on the surface of the disc-shaped silicon nitride compact. A printing step of printing a disk-shaped silicon nitride molded body by covering at least the surface side of the disk-shaped silicon nitride molded body with a silicon nitride molding material; and sintering the silicon nitride heater molded body by a hot pressing method. A method for manufacturing a disk-shaped ceramics heater, comprising: Yb 2 O 3 , Er 2 O 3 , Y 2 O 3 , Tm 2 O in a disk-shaped silicon nitride molded body and a silicon nitride molding material. 3 and 2 or more rare earth oxides selected from the group consisting of Lu 2 O 3 is contained, and one kind of rare earth oxide occupies 50 mol% to 95 mol% of the total amount of rare earth oxides added. , 50 mol% to 5 mol% is occupied by other rare earth oxides And oxygen contained in the silicon nitride sintered body after sintering (excluding oxide introduced from the rare earth oxide)
When the amount of SiO 2 is converted to SiO 2 , the ratio of the molar amount of rare earth oxide to the molar amount of SiO 2 is 0.4 to 1.3.

「盤状窒化珪素成形体」の内部にも、予め抵抗発熱体
ペーストを印刷していてよく、この場合は焼結後に抵抗
発熱体が積層される。
The resistance heating element paste may be printed in advance inside the “disk-shaped silicon nitride molded body”, and in this case, the resistance heating element is laminated after sintering.

(実施例) まず、本発明の実施例に係る円盤状セラミックスヒー
ターについて説明する。
(Example) First, a disk-shaped ceramics heater according to an example of the present invention will be described.

第1図、第2図はそれぞれ窒化珪素セラミックスヒー
ター1,11を示す部分断面図、第4図、第5図はそれぞれ
抵抗発熱体パターンの例を示す破断平面図である。
1 and 2 are partial cross-sectional views showing the silicon nitride ceramic heaters 1 and 11, respectively, and FIGS. 4 and 5 are cutaway plan views showing examples of resistance heating element patterns.

本実施例においては、円盤状窒化珪素焼結体2の内部
に、この焼結体2の焼結温度よりも高い融点を有する金
属からなる膜状抵抗発熱体3を印刷により形成する。こ
の際、第1図に示すように抵抗発熱体3を複数層(この
例では3層)設けることが可能であり、第2図に示すよ
うに1層設けることも可能である。抵抗発熱体3の形成
方法については後述する。
In this embodiment, a film-shaped resistance heating element 3 made of a metal having a melting point higher than the sintering temperature of the sintered body 2 is formed inside the disc-shaped silicon nitride sintered body 2 by printing. At this time, a plurality of layers (three layers in this example) of the resistance heating element 3 can be provided as shown in FIG. 1, and one layer can be provided as shown in FIG. A method of forming the resistance heating element 3 will be described later.

抵抗発熱体3は、例えば、第4図、第5図に示すよう
なパターンに形成する。
The resistance heating element 3 is formed in a pattern as shown in FIGS. 4 and 5, for example.

第4図に示す例では、膜状抵抗発熱体の端部3aを円盤
状焼結体2の外周部から中央部へと向って形成し、円形
の内周電極3bを設け、この内周電極3bの内側に中央発熱
部3cを設け、中央発熱部3cの端を連結部3dに接続し、連
結部3dのヒーター外周側端部からヒーター外周縁部全体
に亘って円形の外周電極3eを形成した。そして、内周電
極3bと外周電極3eとの間の領域に、全体として扇形形状
の配線パターン3fを複数形成し、この領域を複数の扇形
配線パターン3fで埋める(第4図では、見易くするた
め、一部でパターン3fを図示省略した。)。これによ
り、主として、内周電極3bの内側は中央発熱部3cで加熱
し、内周電極3bと外周電極3eとの間は、複数の扇形配線
パターン3fで加熱する。
In the example shown in FIG. 4, the end portion 3a of the film-shaped resistance heating element is formed from the outer peripheral portion of the disk-shaped sintered body 2 toward the central portion, and the circular inner peripheral electrode 3b is provided. A central heating portion 3c is provided inside 3b, the end of the central heating portion 3c is connected to the connecting portion 3d, and a circular outer peripheral electrode 3e is formed from the heater outer peripheral side end of the connecting portion 3d to the entire heater outer peripheral edge portion. did. Then, a plurality of fan-shaped wiring patterns 3f as a whole are formed in a region between the inner peripheral electrode 3b and the outer peripheral electrode 3e, and this region is filled with a plurality of fan-shaped wiring patterns 3f (in order to make it easy to see in FIG. 4, , The pattern 3f is omitted in part.). As a result, mainly the inside of the inner peripheral electrode 3b is heated by the central heating portion 3c, and the space between the inner peripheral electrode 3b and the outer peripheral electrode 3e is heated by a plurality of fan-shaped wiring patterns 3f.

また、第5図の例でも、内周電極3bと外周電極3eとの
間に、やはり全体として扇形の配線パターン3gを複数個
形成し、電極3bと3eとの間を埋めている(パターン3gは
一部図示省略してある。)。
Also in the example of FIG. 5, a plurality of fan-shaped wiring patterns 3g are also formed between the inner peripheral electrode 3b and the outer peripheral electrode 3e to fill the space between the electrodes 3b and 3e (pattern 3g). Are partially omitted in the figure.).

第6図はセラミックスヒーターを熱CVD装置へと取り
つけた状態を示す断面図である。ここでは、見易くする
ため、抵抗発熱体3を図示省略してある。
FIG. 6 is a sectional view showing a state where the ceramics heater is attached to the thermal CVD device. Here, the resistance heating element 3 is not shown in the drawings for easy viewing.

第6図において、18は半導体製造用CVDに使用される
容器、1(又は11)はその内部のケース7に取付けられ
たウエハー加熱用の円盤状セラミックスヒーターであ
り、ウエハー加熱面6の大きさは例えば4〜8インチと
してウエハーの設置可能なサイズとしておく。
In FIG. 6, 18 is a container used for semiconductor manufacturing CVD, 1 (or 11) is a disk-shaped ceramic heater for heating a wafer, which is attached to a case 7 inside thereof, and the size of the wafer heating surface 6 Is set to, for example, 4 to 8 inches, which is a size in which a wafer can be installed.

容器18の内部にはガス供給孔16から熱CVD用のガスが
供給され、吸引孔17から真空ポンプにより内部の空気が
排出される。円盤状セラミックスヒーター1(11)の中
央及び端部の電極部材20を介して外部から電力が供給さ
れ、円盤状セラミックスヒーター1(11)を例えば1100
℃程度に加熱することができる。10はケース7の上面を
覆う水冷ジャケット15付きのフランジであり、Oリング
14により容器18の側壁との間がシールされ、容器18の天
井面が構成されている。8はこのような容器18のフラン
ジ10の壁面を貫通して容器18の内部へと挿入された中空
シースであり、セラミックスヒーター1(11)に接合さ
れている。中空シース8の内部に、ステンレスシース付
きの熱電対9が挿入されている。中空シース8と容器18
のフランジ10との間にはOリングを設け、大気の侵入を
防止している。
Gas for thermal CVD is supplied to the inside of the container 18 from the gas supply hole 16, and the air inside is exhausted from the suction hole 17 by a vacuum pump. Electric power is supplied from the outside through the electrode members 20 at the center and the end of the disk-shaped ceramic heater 1 (11), and the disk-shaped ceramic heater 1 (11) is, for example, 1100.
It can be heated to about ° C. 10 is a flange with a water cooling jacket 15 that covers the upper surface of the case 7, and is an O-ring.
The space between the side wall of the container 18 and 14 is sealed by 14 to form the ceiling surface of the container 18. Reference numeral 8 denotes a hollow sheath that is inserted into the inside of the container 18 by penetrating the wall surface of the flange 10 of the container 18 as described above, and is joined to the ceramic heater 1 (11). A thermocouple 9 with a stainless steel sheath is inserted inside the hollow sheath 8. Hollow sheath 8 and container 18
An O-ring is provided between the flange 10 and the flange 10 to prevent atmospheric air from entering.

ウエハー加熱面6は平滑面とすることが好ましく、特
にウエハー加熱面6にウエハーが直接セットされる場合
には、平面度を500μm以下としてウエハーの裏面への
デポジション用ガスの侵入を防止する必要がある。
It is preferable that the wafer heating surface 6 is a smooth surface. Especially when the wafer is directly set on the wafer heating surface 6, it is necessary to set the flatness to 500 μm or less to prevent the deposition gas from entering the back surface of the wafer. There is.

本実施例の円盤状セラミックスヒーターによれば以下
の効果を奏しうる。
The disk-shaped ceramics heater of this embodiment can provide the following effects.

(1) 円盤状窒化珪素焼結体2の内部に膜状の抵抗発
熱体3を形成してあるので、装置内部の汚染や間接加熱
方式の場合における熱効率の悪化等の問題を解決でき
る。
(1) Since the film-shaped resistance heating element 3 is formed inside the disk-shaped silicon nitride sintered body 2, it is possible to solve problems such as contamination of the inside of the apparatus and deterioration of thermal efficiency in the case of the indirect heating method.

(2) ヒーター基体として窒化珪素焼結体を使用して
いるので、腐食性ガスに対する耐食性、耐熱衝撃性が高
く、繰り返し加熱と冷却とを行っても基体にクラックが
発生しない。
(2) Since the silicon nitride sintered body is used as the heater base, it has high corrosion resistance against a corrosive gas and high thermal shock resistance, and cracks do not occur in the base even after repeated heating and cooling.

(3) 膜状の抵抗発熱体を印刷によって形成している
ので、プレス成形し易く、プレス成形時に膜状の抵抗発
熱体が歪みにくい。従って、製品毎に同一のパターンを
成形によるバラツキ無しに形成でき、温度分布の差を少
なくできる。また、印刷によりパターンを形成するの
で、螺旋状の発熱体にくらべて一層微細なパターンを形
成することが可能である。更に、円盤状焼結体2の外周
付近にも膜状の抵抗発熱体を形成しても、焼結体2に無
理な応力がかからないので、クラックが生じにくい。
(3) Since the film-shaped resistance heating element is formed by printing, press molding is easy, and the film-shaped resistance heating element is less likely to be distorted during press molding. Therefore, the same pattern can be formed for each product without variation due to molding, and the difference in temperature distribution can be reduced. Further, since the pattern is formed by printing, it is possible to form a finer pattern as compared with the spiral heating element. Furthermore, even if a film-shaped resistance heating element is formed near the outer periphery of the disc-shaped sintered body 2, cracks are less likely to occur because the sintered body 2 is not unduly stressed.

しかも、抵抗発熱体が膜状なので、ヒーター肉厚を小
さくしてその熱容量を下げても、容易に成形体のプレス
成形ができる。従って、ヒーターの表面温度変化に対す
る応答を速くし、またヒーターの昇温速度を速くでき
る。
Moreover, since the resistance heating element is in the form of a film, the molded body can be easily press-molded even if the heater wall thickness is reduced to reduce the heat capacity. Therefore, the response of the heater to changes in the surface temperature can be increased, and the heating rate of the heater can be increased.

この意味で、焼結体2の肉厚は8mm以下とすることが
好ましい。
In this sense, the thickness of the sintered body 2 is preferably 8 mm or less.

(4) 近年、半導体は集積化の一途にあり、半導体製
造工程では、大型のウエハーを用いる方向にあり、例え
ば16MDRAMでは8インチタイプのウエハーの採用が検討
されている。こうした半導体に微細なパターンを形成す
るには、膜形成の均一化、ウエハーの歪防止が重要であ
る。この点、本例のヒーターは抵抗加熱型であるので、
均熱性に優れている。
(4) In recent years, semiconductors are in the process of integration, and large-sized wafers are being used in the semiconductor manufacturing process. For example, in 16M DRAM, adoption of 8-inch type wafers is being considered. In order to form a fine pattern on such a semiconductor, it is important to uniformize the film formation and prevent the distortion of the wafer. In this respect, since the heater of this example is a resistance heating type,
Excellent heat uniformity.

(5) 第1図に示すように、膜状の抵抗発熱体3を複
数層設けた場合は、一層当りの発熱量を小さく抑えるこ
とができる。
(5) As shown in FIG. 1, when a plurality of film-shaped resistance heating elements 3 are provided, the heat generation amount per one layer can be suppressed to be small.

(6) 膜状の抵抗発熱体3を構成する金属をタングス
テン、モリブテンとすると、抵抗発熱体3と焼結体2と
の密着性が優れている。
(6) When the metal forming the film-shaped resistance heating element 3 is tungsten or molybdenum, the adhesion between the resistance heating element 3 and the sintered body 2 is excellent.

(7) 従来、導電性セラミックスのペーストを絶縁性
セラミックス成形体内部に印刷し、この成形体を焼結し
て導電性セラミックスのパターンを形成したセラミック
スヒーターがある。しかし、こうしたヒーターでは、い
わゆるヒートスポットと呼ばれる現象が生じ、発熱体断
線の原因となっていた。
(7) Conventionally, there is a ceramic heater in which a conductive ceramic paste is printed inside an insulating ceramic molded body and the molded body is sintered to form a conductive ceramic pattern. However, in such a heater, a phenomenon called a so-called heat spot occurs, which causes a breakage of the heating element.

この点、本実施例においても、高融点金属からなる抵
抗発熱体3を形成しても、第3図に示すように、例えば
小孔4があると、小孔4の周辺で断面積の小さいヒート
スポット部5が発生する。この部分は周囲よりも比抵抗
が大きいので、発熱量が増大して温度が上昇し、この温
度上昇によって更に比抵抗が大きくなるという悪循環に
より、抵抗発熱体3の断線につながる。
In this respect, also in the present embodiment, even if the resistance heating element 3 made of a refractory metal is formed, as shown in FIG. 3, if there are small holes 4, for example, the cross-sectional area around the small holes 4 is small. The heat spot portion 5 is generated. Since the specific resistance of this portion is larger than that of the surroundings, the amount of heat generation increases and the temperature rises. This vicious cycle in which the specific resistance further increases due to this temperature rise leads to disconnection of the resistance heating element 3.

しかし、第4図、第5図に示すように、外周電極3eと
内周電極3bとの間に扇形形状の配線パターン3f又は3gを
複数形成すると、外周電極3eと内周電極3bと間は並列接
続となるので、配線パターン3f又は3gのうちいずれか一
つが前記のように断線しても、他のパターンは正常のま
ま保持されている。従って、配線パターン3f又は3gのう
ちいずれかが断線しても、全体としてある程度の均熱性
を保持でき、従ってヒーターを使用できる。この意味
で、扇形配線パターンの数は、30個以上ある方が好まし
い。
However, as shown in FIGS. 4 and 5, when a plurality of fan-shaped wiring patterns 3f or 3g are formed between the outer peripheral electrode 3e and the inner peripheral electrode 3b, the outer peripheral electrode 3e and the inner peripheral electrode 3b are separated from each other. Since they are connected in parallel, even if any one of the wiring patterns 3f or 3g is disconnected as described above, the other patterns are maintained as normal. Therefore, even if one of the wiring patterns 3f or 3g is broken, the uniform heat distribution can be maintained to some extent, so that the heater can be used. In this sense, the number of fan-shaped wiring patterns is preferably 30 or more.

上記各例において、セラミックスヒーターの形状は、
円形ウエハーを均等に加熱するためには円盤状とするの
が好ましいが、他の形状、例えば四角盤状、六角盤状等
としてもよい。また、これらのセラミックスヒーター
は、プラズマエッチング装置、光エッチング装置等にお
けるセラミックスヒーターに対しても適用可能である。
In each of the above examples, the shape of the ceramic heater is
In order to uniformly heat the circular wafer, it is preferable to have a disk shape, but other shapes such as a square disk shape and a hexagonal disk shape may be used. Further, these ceramics heaters can also be applied to ceramics heaters in plasma etching devices, photo-etching devices and the like.

窒化珪素焼結体として、特願昭62−29919号明細書
(特開昭63−10067号公報)によって本出願人が開示し
た窒化珪素焼結体が、高温強度、熱伝導率が大きいこと
から特に好ましい。
As a silicon nitride sintered body, the silicon nitride sintered body disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 62-29919 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-10067) has high strength at high temperature and high thermal conductivity. Particularly preferred.

即ち、この窒化珪素焼結体は、Y2O3,Er2O3,Tm2O3,Yb2
O3,Lu2O3の希土類酸化物のうちの2種以上と窒化珪素原
料粉末との混合粉末であって、選ばれた希土類酸化物の
うちのどの1種も希土類酸化物総添加量の95モル%以下
であるとともに、選ばれた希土類酸化物の総添加量が焼
結後焼結体に含まれる酸素(希土類酸化物から導入され
る酸素を除く)をSiO2に換算したSiO2のモル量に対する
比で0.4〜1.3である混合粉末を成形し、この成形体を好
ましくは仮焼し、次いで成形体を本発明に従ってホット
プレス焼成するものである。この窒化珪素焼結体では、
陽イオン半径の小さい希土類元素の酸化物(Er2O3,Y
2O3,Tm2O3,Yb2O3,Lu2O3)のうちの2種以上の混合、好
ましくはYb2O3を希土類元素の酸化物の総添加量の50〜9
5モル%、さらに好ましくはY2O3とYb2O3とを混合するこ
とにより、窒化珪素焼結体の緻密化を促進している。陽
イオン半径の大きい希土類元素を使用した場合でも緻密
化促進効果はあるが、高温(1400℃)での強度は高くな
い。これは、陽イオン半径の大きい希土類元素を含むア
パタイト構造を結晶粒界相と、陽イオン半径の小さい希
土類元素のものでは性質が異なるためである。
That is, this silicon nitride sintered body is Y 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2
It is a mixed powder of two or more kinds of rare earth oxides of O 3 and Lu 2 O 3 and a silicon nitride raw material powder, and any one of the selected rare earth oxides has a total addition amount of rare earth oxides. with 95 mol% or less, selected total amount of rare earth oxide oxygen (excluding oxygen introduced from the rare earth oxide) of SiO 2 in terms of SiO 2 contained in the sintered body after sintering A mixed powder having a molar ratio of 0.4 to 1.3 is molded, the molded body is preferably calcined, and then the molded body is hot-press fired according to the present invention. In this silicon nitride sintered body,
Oxides of rare earth elements with small cation radius (Er 2 O 3 , Y
2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 ), preferably, Yb 2 O 3 is added in an amount of 50 to 9 based on the total amount of the rare earth oxide.
By mixing 5 mol%, more preferably Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 , the densification of the silicon nitride sintered body is promoted. Even when a rare earth element having a large cation radius is used, it has a densification promoting effect, but its strength at high temperatures (1400 ° C) is not high. This is because the apatite structure containing a rare earth element having a large cation radius and the grain boundary phase having a small cation radius have different properties.

希土類酸化物のどの1種も希土類酸化物総添加量の95
モル%以下と限定するのは、この範囲外では2種混合に
よって得られる液相では、共融点の低下、濡れ性向上、
粘性低下の緻密化効果が発現せず、緻密な窒化珪素焼結
体を得ることができないためである。なお、この添加量
は、少なくともYb2O3を含み、Yb2O3が希土類酸化物の総
添加量の50〜95モル%であると好ましく、Y2O3とYb2O3
がモル比でY2O3/Yb2O3=50/50〜5/95であるとさらに好
ましい。
95% of the total amount of rare earth oxides added to any one of the rare earth oxides
Limiting to mol% or less is to lower the eutectic point, improve the wettability, in the liquid phase obtained by mixing two kinds outside this range.
This is because the densification effect of lowering the viscosity does not appear and a dense silicon nitride sintered body cannot be obtained. It should be noted that this addition amount includes at least Yb 2 O 3 , and Yb 2 O 3 is preferably 50 to 95 mol% of the total addition amount of the rare earth oxide, and Y 2 O 3 and Yb 2 O 3
Is more preferably Y 2 O 3 / Yb 2 O 3 = 50/50 to 5/95 in terms of molar ratio.

希土類酸化物の総添加モル量が焼結後焼結体に含まれ
る酸素(希土類酸化物から導入される酸素を除く)をSi
O2に換算したSiO2のモル量に対する比が0.4〜1.3となる
ように希土類酸化物の添加量を決定するのは、この比の
範囲で添加することにより緻密化効果のある粒界液相が
得られ、かつ粒界相を実質的にアパタイト構造の結晶相
にすることができるためである。この比が1.3を超える
と緻密化効果のある粒界液相が得られず、Ln4Si2O7N
2(Ln:希土類元素)が結晶相に多く含まれる。一方比が
0.4より小さい場合には緻密化効果のある粒界液相が得
られるが結晶相にLn2Si2O7(Ln:希土類元素)が含ま
れ、高温で高強度の焼結体は得られなくなる。緻密化し
高温で高強度な焼結体となるには少なくとも窒化珪素粒
子の粒界相が実質的に結晶相よりなり、少なくとも粒界
相の50%以上がアパタイト構造の結晶相である必要があ
り、好ましくは実質的に全てアパタイト構造の結晶相で
あることが望ましい。なお、このモル比は0.5〜1.2であ
るとさらに好ましい。
The total added molar amount of the rare earth oxides is the amount of oxygen contained in the sintered body after sintering (excluding oxygen introduced from the rare earth oxides)
The addition amount of the rare earth oxide is determined so that the ratio to the molar amount of SiO 2 converted to O 2 is 0.4 to 1.3, because the grain boundary liquid phase having a densification effect by adding in this ratio range is determined. Is obtained, and the grain boundary phase can be made substantially a crystalline phase having an apatite structure. If this ratio exceeds 1.3, a grain boundary liquid phase having a densification effect cannot be obtained and Ln 4 Si 2 O 7 N
A large amount of 2 (Ln: rare earth element) is contained in the crystal phase. While the ratio is
If it is less than 0.4, a grain boundary liquid phase with a densification effect can be obtained, but Ln 2 Si 2 O 7 (Ln: rare earth element) is included in the crystal phase, making it impossible to obtain a high-strength sintered body at high temperature. . In order to densify and become a high-strength and high-strength sintered body, at least the grain boundary phase of the silicon nitride particles substantially consists of a crystal phase, and at least 50% or more of the grain boundary phase needs to be a crystal phase having an apatite structure. It is desirable that substantially all are crystalline phases having an apatite structure. The molar ratio is more preferably 0.5 to 1.2.

アパタイト構造の結晶相とはJCPDSカード30−1462に
代表されるY10(SiO46N2の化学式を持つ六方晶系の結
晶と同じ結晶構造の結晶相であり、希土類元素の2種以
上の混合添加焼結体ではY10(SiO46N2の結晶のYイオ
ンの占める位置に希土類元素イオンが置換しており、希
土類元素が2種以上でも完全に固溶する。また、Nの位
置にOが置換し、電気的中性を保つためYの位置が空孔
になる場合もある。
An apatite crystal phase is a crystal phase of the same crystal structure as a hexagonal crystal having a chemical formula of Y 10 (SiO 4 ) 6 N 2 typified by JCPDS card 30-1462, and contains two or more rare earth elements. In the mixed-added sintered body of No. 3 , the rare earth element ion is substituted at the position occupied by the Y ion of the crystal of Y 10 (SiO 4 ) 6 N 2 , and even if two or more kinds of rare earth elements are solid-dissolved. In addition, there is a case where O is substituted for the N position and the Y position becomes a hole in order to maintain electrical neutrality.

SiO2量は、窒化珪素原料粉末に含まれる酸素量と調製
中に窒化珪素の酸化によって導入される酸素量を考慮し
て、化学分析により焼結体中の酸素量を求め、希土類酸
化物の添加物により焼結体に含有される酸素量を差し引
き、残りの酸素量をSiO2に換算した量である。そのた
め、酸素量の少ない窒化珪素焼結体原料粉末、SiO2を別
に添加した窒化珪素原料粉末あるいは原料粉末を仮焼し
て酸素量を増加した粉末を使用した場合、また調製法の
変更により酸素導入量を増減した場合にはSiO2量に応じ
て希土類酸化物の添加量を増減する。SiO2量は緻密化の
ための粒界相の量を得るために1.0〜5.0重量%が好まし
い。1.0重量%以下では希土類酸化物の総添加量が少な
く緻密化のための液相量が不十分であり、5.0重量%以
上では粒界相が過剰となり高温強度が著しく低下すると
ともに窒化珪素が少なく窒化珪素焼結体本来の強度特性
が失われる。
The amount of SiO 2 is the amount of oxygen in the sintered body obtained by chemical analysis in consideration of the amount of oxygen contained in the silicon nitride raw material powder and the amount of oxygen introduced by the oxidation of silicon nitride during preparation. The amount of oxygen contained in the sintered body is subtracted by the additive, and the remaining amount of oxygen is converted to SiO 2 . Therefore, when using a silicon nitride sintered body raw material powder with a small amount of oxygen, a silicon nitride raw material powder to which SiO 2 has been added separately, or a powder in which the oxygen content has been increased by calcining the raw material powder, and due to a change in the preparation method, When the introduction amount is increased or decreased, the addition amount of the rare earth oxide is increased or decreased according to the SiO 2 amount. The amount of SiO 2 is preferably 1.0 to 5.0% by weight in order to obtain the amount of grain boundary phase for densification. If it is 1.0% by weight or less, the total amount of rare earth oxides is small and the amount of liquid phase for densification is insufficient, and if it is 5.0% by weight or more, the grain boundary phase becomes excessive and the high temperature strength is remarkably lowered and the silicon nitride content is low The original strength characteristics of the silicon nitride sintered body are lost.

次いで、第1図の円盤状セラミックスヒーターの製造
手順について、第7図〜第9図を参照しながら説明す
る。
Next, the procedure for manufacturing the disc-shaped ceramic heater of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

まず、窒化珪素原料粉末に、焼結助剤を添加する。こ
のとき、更に、タングステン化合物又はモリブデン化合
物をも添加すると、焼結体を黒色化する効果があり、好
ましい。
First, a sintering aid is added to the silicon nitride raw material powder. At this time, it is preferable to further add a tungsten compound or a molybdenum compound, because it has the effect of blackening the sintered body.

窒化珪素原料はα含有率の大きいものの方が焼結性の
点から好ましい。含有酸素量は1〜3重量%が好まし
い。
From the viewpoint of sinterability, it is preferable that the silicon nitride raw material has a large α content. The oxygen content is preferably 1 to 3% by weight.

次いで、これらの原料を蒸留水中、アトライター等に
よって混合する。この後、必要に応じて、脱鉄、ふるい
分けを行い、混合粉末に造粒用バインダーを添加し造粒
粉末を作製する。次いで、この造粒粉末を、必要に応じ
て整粒、水分調整、ふるい分け、放置する。
Next, these raw materials are mixed in distilled water with an attritor or the like. Thereafter, if necessary, iron removal and sieving are performed, and a granulating binder is added to the mixed powder to prepare a granulated powder. Next, this granulated powder is subjected to sizing, water content adjustment, sieving, and left as required.

この後は、以下に示す二種類の工程のいずれかを採用
することが好ましい。
After this, it is preferable to employ either of the following two types of steps.

(a)第7図に示すように、窒化珪素成形材料である造
粒粉末をプレス成形して成形体21を作製し、成形体21を
好ましくは400〜800℃で仮焼して強度を付与し、仮焼後
の成形体表面21aに、窒化珪素焼結体の焼結温度よりも
高い融点を有する金属を含有するペーストを印刷し、抵
抗発熱体ペースト層23を形成する。次いで、この成形体
21の上面に再び造粒粉末を充填してプレスして成形し、
この成形体の上に再び抵抗発熱体ペースト層23を形成す
る。そして、この上に更に造粒粉末を充填してプレス成
形し、第8図に示すように円盤状窒化珪素成形体24を得
る。そして、円盤状窒化珪素成形体24の表面24aに更に
抵抗発熱体ペースト層23を印刷する。
(A) As shown in FIG. 7, a granulated powder, which is a silicon nitride molding material, is press-molded to produce a molded body 21, and the molded body 21 is preferably calcined at 400 to 800 ° C. to give strength. Then, a paste containing a metal having a melting point higher than the sintering temperature of the silicon nitride sintered body is printed on the surface 21a of the compact after calcination to form the resistance heating element paste layer 23. Then, this molded body
The upper surface of 21 is filled with granulated powder again and pressed to form,
The resistance heating element paste layer 23 is formed again on this molded body. Then, granulated powder is further filled on this and press-molded to obtain a disk-shaped silicon nitride compact 24 as shown in FIG. Then, the resistance heating element paste layer 23 is further printed on the surface 24a of the disk-shaped silicon nitride compact 24.

次いで、この円盤状窒化珪素成形体24の表面24aを、
窒化珪素成形材料である造粒粉末で覆い、再びプレス成
形して第9図に示す円盤状窒化珪素ヒーター成形体25を
作製する。
Then, the surface 24a of the disk-shaped silicon nitride molded body 24,
A disk-shaped silicon nitride heater molded body 25 shown in FIG. 9 is manufactured by covering with granulated powder which is a silicon nitride molding material and press-molding again.

最後に、この成形体25を、好ましくは400〜800℃の温
度で仮焼し、次いで1700〜2100℃の温度でホットプレス
焼結する。
Finally, this molded body 25 is preferably calcined at a temperature of preferably 400 to 800 ° C., and then hot pressed and sintered at a temperature of 1700 to 2100 ° C.

400℃以下の仮焼温度では有機物が十分に分解しな
い。一方800℃以上では原料窒化珪素が酸化するためで
ある。
Organic substances are not fully decomposed at calcination temperatures below 400 ℃. On the other hand, at 800 ° C. or higher, the raw material silicon nitride is oxidized.

焼結温度の限定理由は1700℃より低い温度では、焼結
性が十分でなく、高緻密化せず、強度が低い。一方2100
℃を越える領域においては、窒化珪素が分解し、焼結体
内部に気孔が増加し、緻密化が不十分となる。
The reason for limiting the sintering temperature is that, at a temperature lower than 1700 ° C., the sinterability is not sufficient, high densification does not occur and strength is low. Meanwhile 2100
In the region exceeding ° C, silicon nitride is decomposed and pores increase inside the sintered body, resulting in insufficient densification.

(b)第7図に示すように、造粒粉末をシート成形して
成形体21を作製し、この成形体の表面21aに抵抗発熱体
ペースト23を印刷する。次いで、前述したような方法に
より、第9図に示すように抵抗発熱体ペースト23を積層
して円盤状の窒化珪素ヒーター成形体25を作製し、この
窒化珪素ヒーター成形体25を、前述したように仮焼し、
ホットプレス焼結する。
(B) As shown in FIG. 7, the granulated powder is formed into a sheet to form a molded body 21, and the resistance heating element paste 23 is printed on the surface 21a of the molded body. Then, the resistance heating element paste 23 is laminated as shown in FIG. 9 by the method described above to produce a disk-shaped silicon nitride heater molded body 25, and the silicon nitride heater molded body 25 is processed as described above. Calcined to
Hot press sinter.

また、第7図〜第9図の例では、抵抗発熱体ペースト
層23を3層形成したが、第7図において、円盤状窒化珪
素成形体21の表面21aを造粒粉末で覆ってプレス形成
し、これにより円盤状の窒化珪素ヒーター成形体を作製
し、これを仮焼、ホットプレス焼結して第2図のヒータ
ー11を製造することもできる。
Further, in the example of FIGS. 7 to 9, three layers of resistance heating element paste layers 23 are formed, but in FIG. 7, the surface 21a of the disk-shaped silicon nitride compact 21 is covered with the granulated powder and press-formed. Then, a disk-shaped silicon nitride heater molded body can be manufactured by this, and the heater 11 shown in FIG. 2 can be manufactured by calcination and hot press sintering.

次いで、更に具体的に実験例について述べる。 Next, an experimental example will be described more specifically.

前記(b)の方法に従い、第1図のヒーターを製造し
た。ここで抵抗発熱体ペースト層23はスクリーン印刷で
形成し、この層の幅は500μm、厚さ30μmとした。ま
た、円盤状セラミックスヒーターの寸法は径200mm、厚
さ5mmとした。また、バインダーを飛散させるための仮
焼温度は450℃とし、ホットプレス焼結時の圧力は200at
m、焼結温度1850℃とした。
The heater of FIG. 1 was manufactured according to the method of (b) above. Here, the resistance heating element paste layer 23 was formed by screen printing, and the width of this layer was 500 μm and the thickness was 30 μm. The dimensions of the disk-shaped ceramics heater were 200 mm in diameter and 5 mm in thickness. The calcination temperature for scattering the binder is 450 ℃, and the pressure during hot press sintering is 200at.
m, and the sintering temperature was 1850 ° C.

抵抗発熱体ペーストの組成は、以下の通りとした。 The composition of the resistance heating element paste was as follows.

抵抗発熱体ペーストの組成は、70重量パーセントのタ
ングステン粉末と5重量パーセントのMo粉末に酢酸ブチ
ルカービトルに融解させた25重量パーセントのエチルセ
ルロースから成るペーストを使用した。
The composition of the resistance heating paste used was a paste consisting of 70 weight percent tungsten powder and 5 weight percent Mo powder, 25 weight percent ethyl cellulose dissolved in butyl carbitol.

窒化珪素は以下のものを用いた。 The following silicon nitride was used.

比表面積15m2/g、酸素量1.5wt%、α化率96%の窒化
珪素粉末93.31wt%にY2O3を1.32、Yb2O3を5.37wt%加え
た。この混合粉末を成形、仮焼、ホットプレス焼結し
た。
1.32 wt% of Y 2 O 3 and 5.37 wt% of Yb 2 O 3 were added to 93.31 wt% of silicon nitride powder having a specific surface area of 15 m 2 / g, an oxygen content of 1.5 wt% and an alpha conversion rate of 96%. This mixed powder was molded, calcined, and hot pressed and sintered.

こうして得られたヒーター1について、次の各実験を
行った。抵抗発熱体のパターンとしては、第4図のもの
を採用した。
The following experiments were conducted on the heater 1 thus obtained. As the pattern of the resistance heating element, that shown in FIG. 4 was adopted.

(昇温速度) ヒーターに25Vを印加し、室温から下記の各温度まで
の温度上昇に必要な時間を測定した。
(Rate of temperature rise) 25 V was applied to the heater, and the time required for temperature rise from room temperature to each of the following temperatures was measured.

室温→ 400℃ 7秒 室温→ 600℃ 12秒 室温→ 800℃ 18秒 室温→ 1000℃ 25秒 (温度分布) 径200mmのウエハー加熱面の全面に対し、600℃〜1000
℃に加熱した際の温度分布を赤外線放射温度計で測定し
たところ、±1℃であった。また、400℃〜600℃に加熱
した場合は±1.4℃であった。
Room temperature → 400 ℃ 7 seconds Room temperature → 600 ℃ 12 seconds Room temperature → 800 ℃ 18 seconds Room temperature → 1000 ℃ 25 seconds (Temperature distribution) 600 ℃ to 1000 ℃ for the entire surface of 200mm diameter wafer
When the temperature distribution when heated to ℃ was measured by an infrared radiation thermometer, it was ± 1 ℃. Further, when heated to 400 ° C to 600 ° C, it was ± 1.4 ° C.

(圧力変動に対する応答) まず、ウエハー加熱面を600℃まで加熱し、第6図に
おいて容器内へと窒素ガスを導入し、容器内の圧力を10
-6torrから100torrへと変えた。そして、ウエハー加熱
面の温度が600℃±3℃まで回復するのに1秒かかり、6
00℃±1℃まで回復するのに4秒かかった。
(Response to Pressure Fluctuation) First, the wafer heating surface is heated to 600 ° C., nitrogen gas is introduced into the container in FIG.
-Changed from -6 torr to 100 torr. Then, it took 1 second for the temperature of the wafer heating surface to recover to 600 ° C ± 3 ° C.
It took 4 seconds to recover to 00 ℃ ± 1 ℃.

比較例 ニクロム線抵抗発熱体をコイル状に埋設した、径150m
m、厚さ15mmのステンレスヒーターを使用し、前記した
各試験結果を行った。
Comparative example Nichrome wire resistance heating element embedded in coil shape, diameter 150m
Using a stainless steel heater having a thickness of 15 mm and a thickness of 15 mm, each test result described above was performed.

(昇温速度) ヒーターに200Vを印加し、室温から下記の各温度まで
の温度上昇に必要な時間を測定した。
(Rate of temperature rise) 200 V was applied to the heater, and the time required for temperature rise from room temperature to each of the following temperatures was measured.

室温→ 400℃ 24秒 室温→ 600℃ 39秒 室温→ 800℃ 93秒 室温→ 1000℃ 3分以上経っても昇温しない。Room temperature → 400 ℃ 24 seconds Room temperature → 600 ℃ 39 seconds Room temperature → 800 ℃ 93 seconds Room temperature → 1000 ℃ No increase in temperature after 3 minutes.

(温度分布) 径150mmのウエハー加熱面の全面に対し、400℃〜600
℃に加熱した際の温度分布を赤外線放射温度計で測定し
たところ、±2.5℃であった。また、650℃〜700℃に加
熱した場合は±3℃であり、750〜800℃に加熱した場合
は±4℃であった。
(Temperature distribution) 400 ℃ ~ 600 on the entire surface of the wafer heated surface with a diameter of 150mm
When the temperature distribution when heated to ℃ was measured by an infrared radiation thermometer, it was ± 2.5 ℃. Further, it was ± 3 ° C when heated to 650 ° C to 700 ° C, and ± 4 ° C when heated to 750 to 800 ° C.

(圧力変動に対する応答) まず、ウエハー加熱面を600℃まで加熱し、第6図に
おいて容器内へと窒素ガスを導入し、容器内の圧力を10
-6torrから100torrへと変えた。そして、ウエハー加熱
面の温度が600℃±3℃まで回復するのに20秒かかっ
た。
(Response to Pressure Fluctuation) First, the wafer heating surface is heated to 600 ° C., nitrogen gas is introduced into the container in FIG.
-Changed from -6 torr to 100 torr. It took 20 seconds for the temperature of the wafer heating surface to recover to 600 ° C. ± 3 ° C.

(発明の効果) 本発明に係る盤状セラミックスヒーター及びその製造
方法によれば、盤状の窒化珪素焼結体の内部に抵抗発熱
体を形成するので、従来のステンレスヒーターの場合の
ような装置の内部の汚染や間接加熱方式の場合のような
熱効率の悪化は生じない。
(Effect of the Invention) According to the plate-shaped ceramics heater and the method for manufacturing the same according to the present invention, since the resistance heating element is formed inside the plate-shaped silicon nitride sintered body, the device as in the case of the conventional stainless steel heater is used. There is no deterioration of thermal efficiency as in the case of indirect heating method or internal pollution of.

また、窒化珪素焼結体をヒーター基体として使用して
いるので、耐食性、耐熱衝撃性が高い。
Moreover, since the silicon nitride sintered body is used as the heater substrate, it has high corrosion resistance and high thermal shock resistance.

更に、膜状の抵抗発熱体を印刷によって形成している
ので、成形が容易であり、螺旋状の抵抗発熱体とくらべ
て成形時に歪みにくく、また一層微細なパターンを形成
することが可能であり、盤状の焼結体の外周付近に抵抗
発熱体ペーストを印刷してもこの部分に無理な応力がか
からない。こうした成形の容易さから、焼結体の肉厚を
小さくしてその熱容量を下げることが可能であり、これ
によりヒーターの表面温度変化に対する応答を速くし、
またヒーターの昇温速度を速くできる。
Furthermore, since the film-shaped resistance heating element is formed by printing, it is easy to mold, it is less likely to be distorted during molding as compared with the spiral resistance heating element, and it is possible to form a finer pattern. Even if the resistance heating element paste is printed in the vicinity of the outer periphery of the disc-shaped sintered body, no undue stress is applied to this portion. Due to such ease of molding, it is possible to reduce the thickness of the sintered body and reduce its heat capacity, which speeds up the response of the heater to changes in the surface temperature,
In addition, the heating rate of the heater can be increased.

しかも、ヒーター基体が高温強度の大きい窒化珪素焼
結体からなり、膜状の抵抗発熱体が、この焼結体の焼結
温度よりも高い融点を有する金属からなるので、従来の
例えばステンレスヒーターなどよりも高温で安定に使用
できる。
Moreover, since the heater substrate is made of a silicon nitride sintered body having a high temperature strength and the film-shaped resistance heating element is made of a metal having a melting point higher than the sintering temperature of the sintered body, a conventional stainless steel heater or the like is used. Can be used stably at higher temperatures.

更に、盤状窒化珪素成形体および窒化珪素成形材料中
に、Yb2O3、Er2O3、Y2O3、Tm2O3およびLu2O3からなる群
より選ばれた二種以上の他の希土類酸化物を含有させ、
希土類酸化物の総添加量のうち50モル%〜95モル%を希
土類酸化物の一種が占め、50モル%〜5モル%を他の希
土類酸化物が占め、かつ焼結後の窒化珪素焼結体に含ま
れる酸素(希土類酸化物から導入される酸化を除く)の
量をSiO2に換算したときのSiO2のモル量に対する希土類
酸化物のモル量の比率が0.4〜1.3となるように配合す
る。これによって、窒化珪素焼結体の緻密化が促進さ
れ、膜状の抵抗体からの熱が基体内を伝導し易くなり、
ヒーターの加熱面の均熱性が向上すると共に、ヒーター
全体としての耐熱性が高く、高温で長期間使用できる。
Furthermore, two or more kinds selected from the group consisting of Yb 2 O 3 , Er 2 O 3 , Y 2 O 3 , Tm 2 O 3 and Lu 2 O 3 in the disk-shaped silicon nitride molded body and the silicon nitride molding material. Other rare earth oxides,
Of the total amount of rare earth oxides added, 50 mol% to 95 mol% is occupied by one kind of rare earth oxide, 50 mol% to 5 mol% is occupied by other rare earth oxides, and sintering of silicon nitride after sintering is performed. Compounded so that the ratio of the molar amount of rare earth oxide to the molar amount of SiO 2 when converting the amount of oxygen (excluding oxidation introduced from rare earth oxide) contained in the body to SiO 2 is 0.4 to 1.3. To do. As a result, the densification of the silicon nitride sintered body is promoted, and the heat from the film-shaped resistor easily conducts in the substrate,
The uniform heating property of the heating surface of the heater is improved, and the heat resistance of the entire heater is high, so that the heater can be used at high temperatures for a long time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図、第2図はそれぞれ本発明の実施例に係る円盤状
セラミックスヒーターを示す部分断面図、 第3図はヒートスポットを説明するための断面図、 第4図、第5図はそれぞれ膜状抵抗発熱体の形成パター
ンを示す破断平面図、 第6図は円盤状セラミックスヒーターをCVD装置に取り
付けた状態を示す断面図、 第7図、第8図、第9図は円盤状セラミックスヒーター
の製造工程を説明するための断面図である。 1,11……円盤状セラミックスヒーター 2……円盤状の窒化珪素焼結体 3……膜状の抵抗発熱体 3b……内周電極、3e……外周電極 3f,3g……全体として扇形形状のパターン 5……ヒートポット部、6……ウエハー加熱面 18……容器 21……シート成形又はプレス成形による成形体 23……抵抗発熱体ペースト層 24……円盤状窒化珪素成形体 24a……円盤状窒化珪素成形体の表面 25……円盤状の窒化珪素ヒーター成形体
1 and 2 are partial sectional views showing a disk-shaped ceramics heater according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view for explaining a heat spot, and FIGS. 4 and 5 are films respectively. Plan view showing the formation pattern of the plate-shaped resistance heating element, FIG. 6 is a sectional view showing a state in which the disk-shaped ceramics heater is attached to the CVD device, and FIGS. 7, 8, and 9 are disk-shaped ceramics heaters. It is a sectional view for explaining a manufacturing process. 1,11 …… Disk-shaped ceramic heater 2 …… Disk-shaped silicon nitride sintered body 3 …… Membrane resistance heating element 3b …… Inner peripheral electrode, 3e …… Outer peripheral electrode 3f, 3g …… Overall fan shape Pattern 5 …… Heat pot part, 6 …… Wafer heating surface 18 …… Container 21 …… Molded body by sheet molding or press molding 23 …… Resistance heating element paste layer 24 …… Disk-shaped silicon nitride molded body 24a …… Surface of disk-shaped silicon nitride molded body 25 ... Disk-shaped silicon nitride heater molded body

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】盤状の窒化珪素焼結体、及びこの窒化珪素
焼結体の内部に印刷により形成され、前記窒化珪素焼結
体の焼結温度よりも高い融点を有する金属からなる膜状
抵抗発熱体を有しており、前記窒化珪素焼結体内に、Yb
2O3、Er2O3、Y2O3、Tm2O3およびLu2O3からなる群より選
ばれた二種以上の希土類酸化物が含有されており、希土
類酸化物の総添加量のうち50モル%〜95モル%を希土類
酸化物のうちの一種が占めており、50モル%〜5モル%
を他の希土類酸化物が占めており、前記窒化珪素焼結体
に含まれる酸素(希土類酸化物から導入される酸化を除
く)の量をSiO2に換算したときのSiO2のモル量に対する
希土類酸化物のモル量の比率が0.4〜1.3であることを特
徴とする、盤状セラミックスヒーター。
1. A disk-shaped silicon nitride sintered body, and a film formed of a metal having a melting point higher than the sintering temperature of the silicon nitride sintered body formed by printing inside the silicon nitride sintered body. It has a resistance heating element.
It contains two or more rare earth oxides selected from the group consisting of 2 O 3 , Er 2 O 3 , Y 2 O 3 , Tm 2 O 3 and Lu 2 O 3 , and the total amount of rare earth oxide added. 50% to 95% by mol of the rare earth oxides, 50% to 5% by mol.
Is occupied by other rare earth oxides, and the amount of oxygen (excluding oxidation introduced from the rare earth oxides) contained in the silicon nitride sintered body is converted into SiO 2 , and the rare earths relative to the molar amount of SiO 2 A plate-shaped ceramic heater characterized in that the molar ratio of oxides is 0.4 to 1.3.
【請求項2】盤状窒化珪素成形体を作製する工程; この盤状窒化珪素成形体の表面に、この窒化珪素成形体
の焼結温度よりも高い融点を有する金属粉を含有する抵
抗発熱体ペーストを印刷する印刷工程; 前記盤状窒化珪素成形体の少なくとも前記表面側を窒化
珪素成形材料で覆い、盤状の窒化珪素ヒーター成形体を
作製する工程;及び この窒化珪素ヒーター成形体をホットプレス法によって
焼結する焼結工程 を有する、盤状セラミックスヒーターの製造方法であっ
て、 前記盤状窒化珪素成形体および前記窒化珪素成形材料中
に、Yb2O3、Er2O3、Y2O3、Tm2O3およびLu2O3からなる群
より選ばれた二種以上の希土類酸化物を含有させ、この
際希土類酸化物の総添加量のうち50モル%〜95モル%を
希土類酸化物の一種が占め、50モル%〜5モル%を他の
希土類酸化物が占め、かつ焼結後の前記窒化珪素焼結体
に含まれる酸素(希土類酸化物から導入される酸化を除
く)の量をSiO2に換算したときのSiO2のモル量に対する
希土類酸化物のモル量の比率が0.4〜1.3となるように配
合することを特徴とする、盤状セラミックスヒーターの
製造方法。
2. A step of producing a disc-shaped silicon nitride compact; a resistance heating element containing, on the surface of the disc-shaped silicon nitride compact, a metal powder having a melting point higher than the sintering temperature of the silicon nitride compact. A printing step of printing a paste; a step of covering at least the surface side of the disk-shaped silicon nitride molded body with a silicon nitride molding material to produce a disk-shaped silicon nitride heater molded body; and hot pressing the silicon nitride heater molded body A method of manufacturing a disk-shaped ceramics heater, comprising: a sintering step of sintering by a method, wherein Yb 2 O 3 , Er 2 O 3 and Y 2 are contained in the disk-shaped silicon nitride molded body and the silicon nitride molding material. It contains two or more kinds of rare earth oxides selected from the group consisting of O 3 , Tm 2 O 3 and Lu 2 O 3 , in which 50 mol% to 95 mol% of the total amount of the rare earth oxides are rare earth oxides. One kind of oxide occupies 50 mol% to 5 mol Percent accounted other rare earth oxides, and oxygen contained in the silicon nitride sintered body after sintering (excluding oxide introduced from the rare earth oxide) amount of SiO 2 when converted into SiO 2 of A method for producing a plate-shaped ceramic heater, characterized in that the mixture is made such that the molar ratio of the rare earth oxide to the molar amount is 0.4 to 1.3.
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