JP2698537B2

JP2698537B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP2698537B2
Application number: JP23486093A
Authority: JP
Inventors: 和宏 ▲昇▼; 隆介牛越; 鍠一梅本
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1998-01-19
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JPH0794257A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧
ＣＶＤ、プラズマエッチング、光エッチング装置等にお
いて好適に使用できる加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒーターとしては、ステンレスケ
ース内に金属線を埋め込んだものが一般的であった。こ
うしたヒーター、例えばグロープラグヒーターにおいて
は、加熱部が高温になっても、ヒーターの電極部分は、
温度の低い容器外に設けることが可能である。実公昭60
−30611 号等に開示されている窒化珪素製のグロープラ
グ用ヒーター等では、電極部分は 500℃以下の大気中に
配置されており、線状の抵抗発熱体端子と電極ケーブル
とを銀ろうによって接合し、電気的に導通させている。

【０００３】一方、本発明者は、高融点金属線をセラミ
ックス基体内に埋設してセラミックスヒーターを作製
し、これを減圧ＣＶＤ、熱ＣＶＤ装置等の半導体製造装
置の加熱源とすることを検討した。こうしたセラミック
スヒーターでは、抵抗発熱体をセラミックス粉体内に入
れてプレス成形するため、円盤状等、プレス成形し易い
単純な形状としなければならず、焼成段階でもホットプ
レス焼成するので同様である。しかも、焼成後の焼成体
表面には黒皮といわれる焼成変質層があり、加工により
この変質層を除去する必要がある。このとき、ダイヤモ
ンド砥石による研削加工が必要であり、複雑な形状であ
るとコストが上がる。このように、抵抗体を埋設したセ
ラミックスヒーターでは、製造上の困難さから円盤状等
の単純形状としなければならず、その構造から必然的に
ヒーターの端子は、半導体製造装置内の高温、腐食性ガ
スに曝されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなセラミッ
クスヒーターにおいては、各端子に電力供給用の部材を
接続し、この電力供給部材を半導体製造装置の外へと出
し、交流又は直流の電力を供給する必要がある。各電力
供給部材は、ヒーターの温度上昇に対応するため、高融
点金属で形成する必要がある。しかし、例えば成膜用ガ
スや不活性ガスを半導体製造装置内に流し、ヒーターを
高温に発熱させると、電力供給部材の間で放電が生じ、
ヒーターの機能が停止するという問題があった。各電力
供給部材を何らかの絶縁材料で被覆することも考えられ
る。しかし、ヒーターの温度は1000℃位まで上昇しうる
ので、適当な被覆材料は見つからない。従って、特別の
絶縁方法が必要である。

【０００５】本発明者は、この問題を解決するため、図
３に示す絶縁方法を開発した。緻密質セラミックスから
なるセラミックス基体１の内部に抵抗発熱体４が埋設さ
れ、抵抗発熱体４の端部３が、図３において垂直方向を
向いている。塊状端子２がセラミックス基体１に埋設さ
れる。塊状端子２の本体2aの外側輪郭は略円柱状であ
り、本体2aの下側に圧着部2bが設けられ、本体2aの上部
に雌ネジ2eが設けられている。端部３が、圧着部2bの先
端2d間に挟まれ、空間2c内に挿入されている。端部３と
塊状端子２とは、いわゆるかしめ圧着構造によって接合
され、電気的に接続される。円柱形状の電力供給部材５
の雄ネジ5aが、雌ネジ2eに螺合され、固定されている。

【０００６】略円筒形状の絶縁管16を、窒化珪素によっ
て形成する。絶縁管16の下端部に円環形状のフランジ16
a を設け、フランジ16a とヒーター背面1aとを、オキシ
ナイトライドガラス層９によって接合する。塊状端子２
の表面が、絶縁管16の内側空間７に露出する。しかし、
この絶縁構造を作製するためには、絶縁管16と背面1aと
の間に、Si₃N₄, SiO₂, Al₂O₃, Y₂O₃, Yb₂O₃等の粉末の
ペーストを塗布し、千数百度もの高温で塗布層を加熱
し、オキシナイトライドガラス層９を生成させなければ
ならない。このためには、特別の治具、窯が必要であ
り、かつ非常に手間がかかり、莫大なエネルギーを消費
する。また、窒化珪素等のセラミックスからなる部材同
士を強固に接合することは困難であり、特に高温で充分
な構造強度が得られない。また、千数百度という高温で
処理するため、埋設した抵抗発熱体が劣化する問題もあ
った。

【０００７】このため、本発明者は、図４に示す方法を
検討した。即ち、窒化珪素等の絶縁性セラミックスから
円筒形状の絶縁管６を形成し、この絶縁管６の末端面6a
を背面1aに接触させる。そして、絶縁管６の自重によっ
て、あるいは絶縁管６に板バネ等によって押圧力を加え
ることによって、絶縁管６を背面1aに押圧し、絶縁を確
保する。こうした絶縁方法であれば、図３の例で説明し
たような困難な問題は生じない。

【０００８】しかし、図４に示すような絶縁構造を実際
に製作してみると、チャンバー中の気体の圧力やヒータ
ーの温度によっては、やはり電力供給部材５間に放電が
生ずることが解った。これは、背面1aや末端面6aに微小
な凹凸があることから、背面1aに沿った沿面放電が生じ
ているものと考えられる。また、この方法では、絶縁管
６に板バネ等によって押圧力を加える必要があるが、チ
ャンバーの真空度を保持したうえでかかる押圧装置を設
置するためには、複雑なシール機構が必要になる。

【０００９】そこで、本発明者は、端子と端子との間に
細長い溝ないし段差部分を形成し、端子間の沿面距離
を、この溝の分だけ伸ばすことを検討した。しかし、チ
ャンバー内の圧力や温度によっては、やはり沿面放電が
発生することが解った。即ち、背面1aと端子２の表面と
真空とが接する三重接点には、電界が集中し易いため、
電子の放出源となる。端子２から放出された電子が背面
1aの表面を衝撃すると、表面から２次電子が放出され、
電子の増幅作用を起す。

【００１０】このため、上記の段差部を設ける場合に
は、なるべく三重接点の近くに設けることが好ましい。
しかし、セラミックスヒーターの端子は、セラミックス
の構造的には欠陥であり、熱応力破壊等の破壊開始点に
なり易いため、端子の近くに段差部を設けることは実用
上難しい。

【００１１】また、他の方法として、端子の周辺のみを
背面1aから高く突出させ、端子の表面を背面よりも高い
位置に露出させ、端子間の沿面距離を長くすることを検
討した。しかし、この場合にも沿面放電が発生すること
が解った。これは、沿面距離は確かに伸びたのである
が、前述した、電子の増幅の抑制作用がほとんどないた
めと考えられる。

【００１２】本発明の課題は、電力供給部材間の放電を
効果的に防止し、かつ絶縁性セラミックス同士を接合す
る困難を解決することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、緻密質セラミ
ックスからなり、表面に深さ0.5 mm以上の凹部が形成さ
れたセラミックス基体；このセラミックス基体の内部に
埋設された抵抗発熱体；前記セラミックス基体に対して
固定された絶縁管であって、末端面が前記凹部内に挿入
され、前記セラミックス基体に接触している絶縁管；前
記セラミックス基体に埋設された端子であって、前記抵
抗発熱体に対して電気的に接続されかつ前記絶縁管の内
側空間に露出している端子；及び前記内側空間に配置さ
れ、前記端子に対して電気的に接続された電力供給部材
を備えた、加熱装置に係るものである。

【００１４】

【作用】本発明者は、図４に示した絶縁構造を更に改良
すべく種々検討を重ねたところ、セラミックス基体の表
面に凹部を形成し、絶縁管の末端面をこの凹部内に挿入
し、この末端面を凹部内でセラミックス基体に接触させ
ると、電力供給部材間の放電が見られなくなることを見
出した。しかも、この際、絶縁管とセラミックス基体と
を高融点の無機接着材で接合しなくとも、前記のような
放電を防止できることも確認し、本発明に到達した。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る加熱装置の要
部拡大断面図である。図２は、この加熱装置を、放電試
験用のチャンバー内に固定した状態を概略的に示す断面
図である。

【００１６】本実施例においては、セラミックスヒータ
ー10に対して本発明を適用している。即ち、セラミック
スヒーター10のセラミックス基体１は略円盤状であり、
セラミックス基体１の内部に抵抗発熱体４が埋設されて
いる。抵抗発熱体４の端部３が、図１において垂直方向
を向いている。塊状端子２がセラミックス基体１に埋設
される。塊状端子２の本体2aの外側輪郭は略円柱状であ
り、本体2aの下側に圧着部2bが設けられ、本体2aの上部
に雌ネジ2eが設けられている。端部３が、圧着部2bの先
端2d間に挟まれ、空間2c内に挿入されている。端部３と
塊状端子２とは、いわゆるかしめ圧着構造によって接合
され、電気的に接続される。円柱形状の電力供給部材５
の雄ネジ5aが、雌ネジ2eに螺合され、固定されている。
ただし、これらの各構造部材は、図面の寸法上の制約か
ら、図２の概略図においては、簡略化して図示してあ
る。

【００１７】ヒーター背面1a側に、切削加工によって凹
部８を設け、凹部８に絶縁管６の末端を挿入し、固定す
る。絶縁管６の末端面6aを、凹部８の壁面に接触させ
る。本例では、凹部８の平面的形状を円形とし、その直
径を、絶縁管６の外側直径とほぼ同じにした。なお、絶
縁管６を２本か３本使用し、２重や３重の絶縁管構造を
形成してもよい。

【００１８】本実施例の加熱装置によれば、絶縁管６の
末端面6aを凹部８内に挿入し、末端面6aを凹部８内でセ
ラミックス基体１に接触させることで、電力供給部材５
間の沿面放電を防止することができる。しかも、絶縁管
６とセラミックス基体１とを、オキシナイトライドガラ
ス等の耐熱性無機接着剤で接合する必要がなく、比較的
簡単に上記の放電を防止することができる。

【００１９】上記のように沿面放電を防止するうえで、
凹部８の深さｌを0.5mm以上とする必要があり、これに
より10^-2torr〜常圧の領域でも沿面放電が生じなくなる
ことを確認した。

【００２０】また、電力供給部材５と塊状端子２との結
合部分付近には、各種の腐食性ガスが侵入してくるし、
高温への加熱と冷却とに繰り返し曝される。しかし、本
実施例では、電力供給部材５と塊状端子２とをネジによ
って結合してあるので、腐食性ガスや熱による結合部分
の劣化が生じにくい。

【００２１】電力供給部材５と塊状端子２との結合方法
は、ネジ切り法には限らないが、室温とヒーター使用温
度との間の冷熱サイクル及び腐食性ガスに対して安定で
あることが好ましい。こうした方法としては、下記の接
合及び結合方法がある。

【００２２】高融点接合層を介した接合には、次のもの
がある。（１）端子と電極部材との間に、Mo, W 等の高融点金属
の粉末を介在させ、拡散接合すること。（２）ろう材で接合すること。（３）箔を介在させて拡散接合すること。（４）端子の端面又は電極部材の端面に、めっき、ＣＶ
Ｄ、溶射等によって被覆層を形成し、次いで拡散接合又
は摩擦圧接すること。（５）溶接すること。機械的結合法としては，圧入法、かしめ、埋め込み、差
し込み、スプリング、弾性ボードによる機械的圧接があ
る。

【００２３】セラミックス基体１の材質としては、窒化
珪素、サイアロン、窒化アルミニウム等が好ましい。窒
化珪素やサイアロンが耐熱衝撃性の点で更に好ましい。
窒化アルミニウムは、ClF₃などのハロゲン系腐食性ガス
に対して耐久性が高いので好ましい。抵抗発熱体４とし
ては、高融点であり、しかも窒化珪素等との密着性に優
れたタングステン、モリブデン、白金等を使用すること
が適当である。

【００２４】図２に示すような設備を用い、本発明のセ
ラミックスヒーター10について、放電の有無を検査し
た。また、同じく図２に示す設備を用い、図３、図４に
示す比較例の絶縁構造について放電の有無を検査した。
この結果について述べる。図２に示す設備は、基本的に
はセラミックスヒーターの加熱面の均熱性等を検査する
ためのものである。

【００２５】ステンレス製の容器18の下側に開口18b を
設け、この開口18b をフランジ19で被覆する。フランジ
19と容器18とをＯリング21でシールする。フランジ19の
中央付近に透明なサファイア製の窓22を設け、窓22の外
側に赤外線カメラ23を設置する。フランジ19の内部に水
冷ジャケット17Ａを設け、容器18の外側に水冷ジャケッ
ト17Ｂ，17Ｃ，17Ｄを設ける。フランジ19の内壁面に複
数本の支持棒15を固定し、支持棒15の先端に台座14を固
定する。台座14の断面形状は変形Ｌ字形であり、台座14
の内側面に支持部14a が設けられている。複数の支持部
14aにニッケル製のパンチングメタル13が架け渡され、
パンチングメタル13上にグラファイト製フォイル12が載
置されている。パンチングメタル13には貫通孔13a が設
けられ、フォイル12には貫通孔12a が設けられ、各貫通
孔12a と13a との位置及び寸法が合わされている。

【００２６】フォイル12の上にセラミックス基体１の加
熱面1bが直接載置されており、各絶縁管６は、ケース18
及び水冷ジャケット17Ｄの貫通孔を通過し、各絶縁管６
及び電力供給部材５が、図示しないＯリングにより気密
にシールされている。なお、図２に示す例では、平面的
にみて円環形状をしたセラミックスヒーター20をフォイ
ル12上に載置した。このセラミックスヒーター20の基体
11は緻密質セラミックスからなり、セラミックス基体11
の内部に抵抗発熱体４が埋設されている。セラミックス
基体11には、平面的にみて円形の貫通孔11a が形成され
ており、貫通孔11a 内にセラミックス基体１が同心円状
に配置されている。

【００２７】こうした２ゾーンの８インチ用のセラミッ
クスヒーター10，20を用い、抵抗発熱体に電力を供給
し、セラミックスヒーター10側において電力供給部材５
間の放電の有無を確認した。この際、セラミックスヒー
ターの発熱温度を1000℃に設定した。図示しない真空ポ
ンプによって排気孔18a から矢印Ａのように容器18内を
排気し、容器18内の気圧を10²〜10^-6 torr に設定し
た。また、セラミックスヒーター10における1000℃保持
時の電圧、電流は約120 Ｖ，約16Ａであり、セラミック
スヒーター20における1000℃保持時の電圧、電流は約15
4 Ｖ，約20Ａであった。ただし、昇温中には、最大電圧
である200 Ｖが投入されることもあった。

【００２８】容器18内の真空度を表１に示すように変更
し、かつ凹部８の深さｌを変更し、セラミックスヒータ
ー10の電力供給部材５間の放電の有無を検査した。この
結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から解るように、絶縁管６を設置して
も、凹部８が存在しない場合には、10²〜10^-4 torr の
圧力領域で、電力供給部材５間に放電が生じている。凹
部８の深さｌを0.5mm 以上にすれば、10²〜10^-6 torr
の圧力で、こうした放電は生じていない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、セラミックス基体の表
面に深さ0.5 mm以上の凹部を形成し、絶縁管の末端面を
この凹部内に挿入し、この末端面を凹部内でセラミック
ス基体に接触させることで、電力供給部材間の沿面放電
を防止できる。しかも、この際に絶縁管とセラミックス
基体とを耐熱性の無機接着剤で接合する必要がないの
で、特別の治具、窯や手間がかからない。また工業生産
上、円筒研削機や平面研削機のような汎用加工機にて低
コストで実現でき、有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】塊状端子２の周辺を拡大して示す断面図であ
る。

【図２】セラミックスヒーター10を検査用設備内に設置
した状態を概略的に示す断面図である。

【図３】絶縁管16とセラミックス基体１とをオキシナイ
トライドガラス層９によって接合した状態を示す断面図
である。

【図４】絶縁管６をセラミックス基体１の表面に対して
固定した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１，11 セラミックス基体、1a 背面、２塊状端子、
４抵抗発熱体、５電力供給部材、６，16 絶縁管、
6a 末端面、７絶縁管の内側空間、８凹部、９オ
キシナイトライドガラス層、10, 20 セラミックスヒー
ター

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】緻密質セラミックスからなり、表面に深
さ0.5 mm以上の凹部が形成されたセラミックス基体；こ
のセラミックス基体の内部に埋設された抵抗発熱体；前
記セラミックス基体に対して固定された絶縁管であっ
て、末端面が前記凹部内に挿入され、前記セラミックス
基体に接触している絶縁管；前記セラミックス基体に埋
設された端子であって、前記抵抗発熱体に対して電気的
に接続されかつ前記絶縁管の内側空間に露出している端
子；及び前記内側空間に配置され、前記端子に対して電
気的に接続された電力供給部材を備えた、加熱装置。