JP2766443B2 - セラミックスヒーターの製造方法 - Google Patents

セラミックスヒーターの製造方法

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JP2766443B2
JP2766443B2 JP5046715A JP4671593A JP2766443B2 JP 2766443 B2 JP2766443 B2 JP 2766443B2 JP 5046715 A JP5046715 A JP 5046715A JP 4671593 A JP4671593 A JP 4671593A JP 2766443 B2 JP2766443 B2 JP 2766443B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種の半導体製造装
置、エッチング装置等に使用できる、セラミックスヒー
ターの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本出願人は、緻密質セラミックスからな
る円盤状基体の内部に、高融点金属からなるワイヤーを
埋設したセラミックスヒーターを開示した。このワイヤ
ーは、円盤状基体内部で螺旋状に巻回されており、かつ
このワイヤーの両端に端子を接続する。こうしたセラミ
ックスヒーターは、特に半導体製造用として、優れた特
性を備えていることが解った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした円盤
状のセラミックスヒーターにおいても、特に製造上の理
由から、幾つかの問題が生ずることが解った。即ち、上
記したようなセラミックスヒーターを製造するために
は、まず高融点金属からなるワイヤーを螺旋状に巻回さ
せ、ワイヤーの両端に端子(電極)を接着し、真空中で
アニールする。一方、プレス成形機内にセラミックス粉
体を仕込み、ある程度の硬さになるまで予備成形し、こ
の際、予備成形体の表面に凹みを設ける。そして、ワイ
ヤーをこの凹部に収容し、その上に更にセラミックス粉
体を充填する。そして、セラミックス粉体を一軸加圧成
形して円盤状成形体を作製し、円盤状成形体をホットプ
レス焼結させる。
【0004】しかし、抵抗発熱体をアニール用装置から
予備成形体へと運ぶ際、抵抗発熱体の形状を崩さずに運
ぶことは極めて難しく、どうしても型崩れしてしまうこ
とが多い。また、予備成形体の凹みへ抵抗発熱体を設置
した後、その上にセラミックス粉体を充填し、一軸加圧
成形するのだが、この際にも粉体の充填密度が場所によ
って異なることから、抵抗発熱体が型崩れし易い。更
に、ホットプレス時に大きな圧力が円盤状基体の厚さ方
向にかかるので、たとえ成形時点で型崩れがなくとも、
ホットプレス時に抵抗発熱体が位置ズレすることがあ
る。これらの現象が生ずると、いずれの場合も、ヒータ
ー発熱面の温度にムラが生じるし、ヒーター特性が一定
しない。
【0005】この問題を解決するため、本発明者は、特
願平4−66157 号明細書(本出願時には未公開)におい
て、上記予備成形体の表面に金属箔を設置し、この上に
更にセラミックス粉体を充填し、セラミックス粉体を一
軸加圧成形して円盤状成形体を作製する方法を提案し
た。この方法によれば、抵抗発熱体が金属箔からなり、
ワイヤーと異なり三次元的に変形しないので、運搬時や
設置時に型崩れしない。
【0006】ところが、この技術でも、次の問題が生じ
てくることが判明した。即ち、箔状抵抗体は、その厚さ
方向に向うせん断応力が弱い。そして、前記したよう
に、セラミックス粉体を充填して一軸加圧成形する際に
は、粉体の充填密度が場所によって異なるので、粉体は
不均一に流動し、箔状抵抗体にせん断応力が加わる。こ
の結果、箔状抵抗体が引き裂かれ、不良品が生じてい
た。または、少なくとも箔状抵抗体がねじれ、位置ズレ
を起すため、加熱面の温度分布における不均一が大きく
なっていた。
【0007】本発明の課題は、箔状抵抗体の埋設された
セラミックスヒーターを製造するのに際し、箔状抵抗体
の断線や位置ズレが生じないようにし、不良品の発生を
少なくし、また加熱面の温度分布の均熱性を高めること
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、緻密質のセラ
ミックス基材と、セラミックス基材の内部に埋設されて
いる、高融点金属からなる箔状抵抗体とを備えているセ
ラミックスヒーターを製造する方法であって、コールド
アイソスタティックプレス法により複数のセラミックス
成形体を作製し、この際各セラミックス成形体に平坦な
接合面を形成し、次いで各セラミックス成形体の各接合
面の間に箔状抵抗体を挟んだ状態で各セラミックス成形
体を積層して積層体を得、この際箔状抵抗体の主面が各
セラミックス成形体の各接合面に接触するようにし、次
いで積層体に対して箔状抵抗体の主面および各接合面と
垂直な方向に圧力を加えつつホットプレス焼結すること
により、セラミックス基材を生成させることを特徴とす
る。
【0009】
【作用】本発明によれば、コールドアイソスタティック
法により成形したセラミックス成形体の間に箔状抵抗体
を挟み、次いでこの積層体をホットプレス焼結してい
る。即ち、上記セラミックス成形体の密度は、箔状抵抗
体を挟むときには既に高密度であるので、ホットプレス
焼結の段階でも箔状抵抗体の断線や位置ズレ、ねじれ等
は生じない。従って不良品の発生は少なくなり、加熱面
の温度分布の均熱性は向上する。
【0010】また、箔状抵抗体に、ねじれ等の変形やこ
れによるクラックが生じないことから、こうした変形、
クラック部分に電力集中が生ずることもない。従って、
セラミックスヒーターに長時間通電しても、箔状抵抗体
に電力集中による断線が生じにくく、セラミックスヒー
ターの寿命が長くなる。
【0011】本発明において、コールドアイソスタティ
ックプレス法によって複数のセラミックス成形体を作製
する際には、成形圧力を2.5 トン/cm2 以上とすること
が好ましい。この成形圧力を2.5 トン/cm2 よりも大き
くしていっても、本発明の効果にはほとんど変化がな
い。
【0012】また、好ましくは、上記積層体をコールド
アイソスタティックプレス成形することにより、複数の
セラミックス成形体を互いに接合する。
【0013】
【実施例】まず、図1(a) に示すように、例えば平面長
方形の、高融点金属からなる金属箔1を準備する。この
厚さは、後述する理由から、25〜50μmとすると更に好
ましい。次いで、金属箔1をサンドブラストやエッチン
グによって加工し、例えば図1(b) に示すような平面的
パターンの箔状抵抗体2を製造する。
【0014】箔状抵抗体2においては、金属箔の主表面
に対してほぼ平行に、細長い金属箔が延びた形状となっ
ており、従って、抵抗発熱体2の全体がほぼ同一平面上
にある。抵抗発熱体2の両端には、他の部分より幅の広
い末端部2aが形成され、各末端部2aに、端子取付孔
2bが形成されている。
【0015】次いで、端子3を抵抗発熱体2の端部に取
り付ける。この際には、例えば図1(c) に示すように、
円柱形状の本体の底面に雄ネジ3aを設け、雄ネジ3a
を端子取付孔2bに挿通させる。ナット4の雌ネジ4a
に雄ネジ3aを螺合させ、ナット4を締め付け、端子3
を固定する。
【0016】本実施例においては、コールドアイソスタ
ティックプレス法により2枚の円盤状成形体を作製す
る。この際、好ましくは、まず円盤状の予備成形体を一
軸加圧成形法によって製造し、この予備成形体をコール
ドアイソスタティックプレス成形し、図2(a) に示す円
盤状成形体5を得る。
【0017】次いで、図2(b) に示すように、円盤状成
形体5の接合面5a側に凹部5bを形成する。図中、5cは非
接合面である。次いで、図2(c) に示すように、接合面
5aに箔状抵抗体2を載置し、ナット4を凹部5bに収容す
る。
【0018】一方、図2(d) に示す円盤状成形体6を、
上記と同様にして作製する。ただし、図中、6aは接合面
であり、6bは凹部であり、6cは非接合面である。そし
て、図2(d) に示すように、接合面6aを接合面5aと対向
させ、端子3を凹部6bに収容し、接合面6aを接合面5a及
び箔状抵抗体2に密着させる。
【0019】次いで、図2(d) の積層体をホットプレス
焼結させることにより、成形体を緻密化させる。そし
て、所定の研削加工を施して端子3の表面を露出させる
ことにより、図3に示すセラミックスヒーター7が得ら
れる。図3においては、円盤状基材8の内部に箔状抵抗
体2が埋設され、一対の端子3が、背面8a側に露出して
いる。
【0020】円盤状基材8を構成する緻密質セラミック
スとしては、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン
等を例示できる。本発明者の研究によると、このうち窒
化珪素を使うとヒーターの耐熱衝撃性が高い。また、窒
化アルミニウムを使うと、ハロゲン系腐蝕性ガスに対し
て、高い耐蝕効果が得られる。箔状抵抗体2を構成する
高融点金属としては、タングステン、モリブデン等が好
ましい。また、金属箔は、印刷、蒸着等で用いられる多
孔質のものではなく、緻密質であることは言うまでもな
い。
【0021】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。図1〜図3に示した本発明の手順に従って、円盤状
セラミックスヒーター7を製造した。ただし、セラミッ
クスとしては窒化珪素を用い、箔状抵抗体2の材料とし
てはタングステンを用いた。
【0022】まず、タングステンからなる金属箔1の厚
さを15, 25, 50, 75μm に変更し、サンドブラスト加工
を行ってみた。この結果、サンドブラスト加工は、金属
箔1の厚さが25, 50μm のときが、最も行い易かった。
そこで、金属箔1の厚さを50μm に設定した。
【0023】円盤状成形体5を得るときの成形圧力は2.
5 トン/cm2 とした。二つの円盤状成形体5を接合する
ときの成形圧力は、5〜7トン/cm2 とした。
【0024】一方、比較例として、一軸加圧成形法によ
って円盤状の予備成形体を作製し、予備成形体の上に箔
状抵抗体2を載置し、この上に窒化珪素粉体を充填し、
一軸加圧成形し、円盤状成形体を得た。この円盤状成形
体をホットプレス焼結し、セラミックスヒーターを得
た。
【0025】まず、焼成後の歩留りについて調べた。本
発明の上記方法により製造した場合は、100 個につい
て、箔状抵抗体2の断線や抵抗値の異常は生じなかっ
た。一方、比較例の方法により製造した場合は、100 個
のうち40個について、箔状抵抗体2の断線か抵抗値の異
常が生じていた。
【0026】また、8インチの寸法のものについて、50
0 ℃における加熱面の温度分布を調べた。この結果、本
発明の方法により製造した場合は、均熱性が最良のもの
で±2℃、最悪のもので±4℃の温度差が生じていた。
一方、比較例の方法により製造した場合は、均熱性が最
良のもので±2℃、最悪のもので±10℃の温度差が生じ
ていた。
【0027】一方、抵抗発熱体として、ワイヤー状の抵
抗体をコイル状に巻回させたものを使用し、セラミック
スヒーターを製造してみた。この場合には、均熱性が最
良のもので±5℃、最悪のもので±25℃の温度差が生じ
ていた。
【0028】また、セラミックスヒーターを1000℃に連
続して加熱し、箔状抵抗体の断線が生ずるまでの平均時
間を測定した。この結果、本発明の方法により製造した
場合は平均して約20,000時間であった。上記した比較例
の方法により製造した場合は、平均して約5,000 時間で
あった。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、コールドアイソスタテ
ィック法により成形したセラミックス成形体の間に箔状
抵抗体を挟み、次いでこの積層体をホットプレス焼結し
ている。即ち、上記セラミックス成形体の密度は、箔状
抵抗体を挟むときには既に高密度であるので、ホットプ
レス焼結の段階でも箔状抵抗体の断線や位置ズレ、ねじ
れ等は生じない。従って、不良品の発生は少なくなり、
加熱面の温度分布の均熱性は向上する。
【0030】また、箔状抵抗体に、ねじれ等の変形やこ
れによるクラックが生じないことから、こうした変形、
クラック部分に電力集中が生ずることもない。従って、
セラミックスヒーターに長時間通電しても、箔状抵抗体
に電力集中による断線が生じにくく、セラミックスヒー
ターの寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) は、金属箔1を示す斜視図である。(b)
は、箔状抵抗体2を示す平面図である。(c) は、端子取
付孔2bの周辺を示す斜視図である。
【図2】(a) ,(b) ,(c) ,(d) は、本発明の各工程に
おける状態を模式的に示す断面図である。
【図3】セラミックスヒーター7を概略的に示す斜視図
である。
【符号の説明】
2 箔状抵抗体 3 端子 5,6 セラミックス成形体 5a, 6a 接合面 5c, 6c 非接合面 7 セラミックスヒーター 8 セラミックス基材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05B 3/20 328 C04B 35/64 L (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 3/18 B28B 3/00 102 B28B 3/02 C04B 35/64 H05B 3/14 H05B 3/20 328

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 緻密質のセラミックス基材と、このセラ
    ミックス基材の内部に埋設されている、高融点金属から
    なる箔状抵抗体とを備えているセラミックスヒーターを
    製造する方法であって、 コールドアイソスタティックプレス法により複数のセラ
    ミックス成形体を作製し、この際各セラミックス成形体
    に平坦な接合面を形成し、次いで各セラミックス成形体
    の前記の各接合面の間に前記箔状抵抗体を挟んだ状態で
    前記の各セラミックス成形体を積層して積層体を得、こ
    の際前記箔状抵抗体の主面が前記の各接合面に接触する
    ようにし、次いで前記積層体に対して前記箔状抵抗体の
    主面および前記各接合面と垂直な方向に圧力を加えつつ
    ホットプレス焼結することにより、前記セラミックス基
    材を生成させることを特徴とする、セラミックスヒータ
    ーの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記積層体をコールドアイソスタティッ
    クプレス成形することにより、複数の前記セラミックス
    成形体を接合し、次いで前記積層体をホットプレス焼結
    することを特徴とする、請求項1記載のセラミックスヒ
    ーターの製造方法。
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JPH02109289A (ja) * 1988-10-18 1990-04-20 Hitachi Heating Appliance Co Ltd 面状発熱体
JPH04231384A (ja) * 1990-12-28 1992-08-20 Kawasaki Refract Co Ltd 加熱調理器具の伝熱体

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