JP2961440B2 - Carbon heater - Google Patents

Carbon heater

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェーハ又は単結晶引上げ用ルツボ
等を加熱する平板状又は円筒状のカーボンヒータに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a flat or cylindrical carbon heater for heating a semiconductor wafer, a single crystal pulling crucible, or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種のカーボンヒータは、単に方形状をなす
平板状又は円筒状のカーボン基材の対向する辺から平行
な複数のスリットを交互に設けて構成されている。
Conventionally, this type of carbon heater is configured by alternately providing a plurality of parallel slits from opposing sides of a flat or cylindrical carbon base material having a square shape.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来のカーボンヒータにおいて
は、スリット両側の発熱体を流れる電流の電磁作用によ
って生ずる振動に対処するため、その厚さを大きくして
剛性を高める必要があると共に、当熱にスリットからの
熱放射が行われないため、均熱性に欠ける問題がある。
However, in the above-described conventional carbon heater, it is necessary to increase the thickness of the carbon heater to increase the rigidity in order to cope with the vibration caused by the electromagnetic action of the current flowing through the heating element on both sides of the slit. Since heat radiation is not performed, there is a problem of lack of uniformity.

そこで、本発明は、剛性を高めて薄型化が可能である
と共に、均熱性に優れたカーボンヒータの提供を目的と
する。
Therefore, an object of the present invention is to provide a carbon heater which can be thinned by increasing rigidity and has excellent heat uniformity.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記課題を解決するため、本発明のカーボンヒータ
は、スリットを交互に設けた平板状又は円筒状のカーボ
ンヒータにおいて、電気比抵抗がカーボン発熱体の103
倍以上で、かつ放射率が0.65〜1.0の物質を前記各スリ
ットにCVD法により充填したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a carbon heater according to the present invention is a flat or cylindrical carbon heater having slits provided alternately, wherein the electrical resistivity of the carbon heater is 10 3.
Each slit is filled with a material having an emissivity of at least 0.65 and an emissivity of 0.65 to 1.0 by a CVD method.

〔作 用〕(Operation)

上記手段においては、スリット両側のカーボン発熱体
がスリット充填物質によって一体的に接合されると共
に、このスリット充填物質がカーボン発熱体からの熱伝
導によって同等の温度に温められる。
In the above means, the carbon heating elements on both sides of the slit are integrally joined by the slit filling substance, and the slit filling substance is heated to the same temperature by heat conduction from the carbon heating element.

カーボン発熱体としては、電気比抵抗が10-2〜10-3Ω
-cmの黒鉛又はC/C(炭素繊強化炭素)複合材が用られ
る。カーボン発熱体の厚さは、1〜5mmが好ましく、1mm
未満であるとヒータとしての均熱性が低下し、5mmを超
えるとヒータが厚肉化し、かつ均熱性が低下する。
As a carbon heating element, the electrical resistivity is 10 -2 to 10 -3 Ω
· - cm graphite or C / C (carbon繊強carbon) composite material is use. The thickness of the carbon heating element is preferably 1 to 5 mm, and 1 mm
If it is less than 5 mm, the uniformity of the heater will decrease. If it exceeds 5 mm, the heater will be thick and the uniformity will decrease.

スリット充填物質の電気比抵抗がカーボン発熱体の10
3倍未満であると電流がスリット充填物質内を流れ、カ
ーボン発熱体からの発熱量が減少し、かつ均熱性が著し
く阻害される。スリット充填物質の放射率が0.65未満で
あると上記充填物質よりの放射が小さくなり、カーボン
発熱部との放熱差が大きくなる。従って、ヒータ発熱面
よりの放熱ムラが大きく、均熱性が低下する。スリット
充填物質としては、SiC(炭化けい素)が好適である。
The electrical resistivity of the slit filling material is 10
If it is less than three times, a current flows through the slit filling material, the calorific value from the carbon heating element is reduced, and the heat uniformity is significantly impaired. If the emissivity of the slit filling material is less than 0.65, the radiation from the filling material will be small, and the heat radiation difference from the carbon heating part will be large. Therefore, heat radiation unevenness from the heater heat generating surface is large, and heat uniformity is reduced. As the slit filling material, SiC (silicon carbide) is preferable.

カーボンヒータは、全面がSiC被膜で覆われているこ
とが好ましく、このようにすることにより放熱面全面に
亘り放射率が等しくなるので、均熱性が一層向上する。
SiC被膜の厚さは、20〜120μmが好ましく、20μm未満
であるとSiC被覆率が低下するため均熱性に寄与せず、2
00μmを超えると製造コストが大きくなる。
It is preferable that the entire surface of the carbon heater is covered with the SiC coating. By doing so, the emissivity becomes equal over the entire heat radiating surface, so that the heat uniformity is further improved.
The thickness of the SiC coating is preferably 20 to 120 μm.
If the thickness exceeds 00 μm, the manufacturing cost increases.

CVD(化学気相反応)法によるスリット充填物質の充
填に際しては、カーボン発熱体の板面にマスキングを施
して行うことにより、平滑な発熱面が得られる。
When the slit filling material is filled by the CVD (chemical vapor reaction) method, a smooth heating surface can be obtained by masking the plate surface of the carbon heating element.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施例1〜3 C/C複合材(電気比抵抗5×10-3Ω・-cm)からなる厚
さ1mm、3mm及び5mmの方形平板状(縦250mm、横250mm)
のカーボン発熱体を用い、第1図に示すように、各カー
ボン発熱体1における対向する上下辺から互いに平行な
複数(図においては10本)のスリット2(幅3mm、長さ2
10mm)を形成すると共に、対向する左右辺に電流の入出
力端子部3a,3bを形成した。
Examples 1 to 3 C / C composite (electrical resistivity 5 × 10 -3 Ω · - cm ) having a thickness of 1 mm, 3 mm and 5mm square plate-shaped (vertical 250 mm, horizontal 250 mm)
As shown in FIG. 1, a plurality (10 in the figure) of slits 2 (width 3 mm, length 2) parallel to each other from upper and lower sides of each carbon heating element 1 as shown in FIG.
10 mm), and current input / output terminal portions 3a and 3b were formed on opposite left and right sides.

ついで、カーボン発熱体1の両板面にマスキングを施
し、スリット充填物質としてSiC4(電気比抵抗2×100
Ω・-cm、放射率0.8)を各スリット2にCVD法により充
填して各カーボンヒータを得た。
Next, masking was performed on both plate surfaces of the carbon heating element 1 and SiC4 (electric resistivity 2 × 10 0) was used as a slit filling material.
Ω · - cm, to obtain each carbon heater is filled by CVD emissivity 0.8) into the slits 2.

このCVD条件は、次の通りである。 The CVD conditions are as follows.

原料ガス:MTCSソース 15/分 H2 95/分 温 度:1300℃ 時 間:実施例1 4時間 実施例2 12時間 実施例3 20時間 雰囲気圧:100〜200Torr 実施例4〜6 実施例1〜3で得られた各カーボンヒータの全面にCV
D法によりSiC被膜(厚さ、40μm)を形成し、各カーボ
ンヒータを得た。
Source gas: MTCS source 15 / min H 2 95 / min Temperature: 1300 ° C Time: Example 1 4 hours Example 2 12 hours Example 3 20 hours Atmospheric pressure: 100 to 200 Torr Examples 4 to 6 Example 1 CV on the entire surface of each carbon heater obtained in
An SiC film (thickness, 40 μm) was formed by Method D, and each carbon heater was obtained.

このCVD条件は、次の通りである。 The CVD conditions are as follows.

原料ガス:MTCSソース 5/分 H2 95/分 温 度:1300℃ 時 間:0.5時間 雰囲気圧:100〜200Torr 比較例1〜3 C/C複合材(電気比抵抗5×10-2Ω・-cm)からなる厚
さ3mm、0.5mm及び8mmの方形平板状(縦250mm、横250m
m)のカーボン発熱体を用い、実施例1〜3と同様の寸
法で入出力端子部及びスリットを形成した後、厚さ3mm
のものをそのままで比較例1のカーボンヒータとする一
方、厚さ0.5m及び8mmのものの両板面にマスキングを施
し、スリット充填物質としてSiC(電気比抵抗5×100Ω
-cm、放射率0.8)をそれぞれのスリットにCVD法によ
り充填して比較例2及び比較例3のカーボンヒータを得
た。
Source gas: MTCS source 5 / min H 2 95 / min Temperature: 1300 ° C Time: 0.5 hour Atmospheric pressure: 100 to 200 Torr Comparative Examples 1 to 3 C / C composite material (electric resistivity 5 × 10 -2 Ω · - thickness consisting cm) 3 mm, 0.5 mm and 8mm square plate-shaped (vertical 250 mm, horizontal 250m
m), after forming the input / output terminal portion and the slit with the same dimensions as those in Examples 1 to 3, using a carbon heating element of 3 mm in thickness,
The carbon heater of Comparative Example 1 was used as it was, while masking was performed on both surfaces of the 0.5 mm and 8 mm thick heaters, and SiC (electric resistivity 5 × 10 0 Ω) was used as a slit filling material.
· - cm, were filled by CVD emissivity 0.8) to each of the slits to obtain a carbon heater of Comparative Example 2 and Comparative Example 3.

このCVD条件は、次の通りである。 The CVD conditions are as follows.

原料ガス:MTCSソース 15/分 H2 95/分 温 度:1300℃ 時 間:比較例2 2時間 比較例3 32時間 雰囲気圧:100〜200Torr 比較例4〜6 CIP法による等方性黒鉛(電気比抵抗1.5×10-3Ω・-c
m)からなる厚さ3mm、0.5m及び8mmの方形平板状(縦250
mm、横250mm)のカーボン発熱体を用い、実施例1〜3
と同様の寸法で入出力端子部及びスリットを形成して各
カーボンヒータを得た。
Source gas: MTCS source 15 / min H 2 95 / min Temperature: 1300 ° C Time: Comparative example 2 2 hours Comparative example 3 32 hours Atmospheric pressure: 100-200 Torr Comparative examples 4-6 Isotropic graphite by CIP method ( electrical resistivity 1.5 × 10 -3 Ω · - c
m) 3mm, 0.5m and 8mm square flat plate
Examples 1 to 3 using a carbon heating element (mm, width 250 mm)
Input / output terminal portions and slits were formed in the same dimensions as in the above to obtain carbon heaters.

得られた各カーボンヒータの均熱性をみるため、窒素
ガス雰囲気中において、単結晶ウェーハをサセプターに
載置し、上記カーボンヒータによりサセプターの下面か
ら加熱して単結晶ウェーハの中央部が1100℃の温度とな
るようにした場合、第2図に示す単結晶ウェーハWの各
部(A〜G)の温度は、基準温度(1100℃)との差を示
す第1表のようになった。
In order to check the thermal uniformity of each of the obtained carbon heaters, in a nitrogen gas atmosphere, the single-crystal wafer was placed on a susceptor, and the carbon heater was heated from the lower surface of the susceptor so that the central portion of the single-crystal wafer was 1100 ° C. In the case where the temperature was set to be the temperature, the temperature of each part (A to G) of the single crystal wafer W shown in FIG. 2 was as shown in Table 1 showing the difference from the reference temperature (1100 ° C.).

従って、厚さを1〜5mmとし、スリットをCVD−SiCで
充填することにより温度差を4〜6℃と均一にすること
ができ、かつCVD−SiC被膜で全面を覆うことにより、一
層均熱性を高め得ることがわかる。
Therefore, by setting the thickness to 1 to 5 mm and filling the slit with CVD-SiC, the temperature difference can be made uniform at 4 to 6 ° C, and by covering the entire surface with the CVD-SiC film, more uniform heat It can be seen that can be increased.

なお、カーボンヒータは、方形板状のものに限らず、
例えば第3図に示すように、円板状のカーボン発熱体5
にスパイラル状にスリットを形成すると共に、中心部と
外周端部とに電流の入出力端子6a,6bを形成し、かつス
リットに実施例1〜3のものと同様にスリット充填物質
7を充填しても同様な作用効果が得られ、かつ全面をSi
Cで被覆することにより、均熱性が一層向上した。
The carbon heater is not limited to a rectangular plate,
For example, as shown in FIG.
A slit is formed in a spiral shape, current input / output terminals 6a and 6b are formed at a center portion and an outer peripheral end portion, and a slit filling material 7 is filled in the slit as in the first to third embodiments. The same effect can be obtained even if
By coating with C, the heat uniformity was further improved.

実施例7 C/C複合材(電気比抵抗7×10-3Ω・-cm)からなる厚
さ2mm、外形200mm、高さ300mmの円筒形のカーボン発熱
体を用い、第4図に示すように、カーボン発熱体8の下
端部を適宜に切り欠き、電流の入出力端子部9a,9bを形
成すると共に、上下端から複数(図においては16本)の
スリット10(幅3mm、長さ250mm)を交互に平行に形成し
た。
Example 7 C / C composite (electrical resistivity 7 × 10 -3 Ω · - cm ) thick 2mm made of, outer 200 mm, using a cylindrical carbon heating element height 300 mm, as shown in FIG. 4 In addition, the lower end of the carbon heating element 8 is appropriately cut out to form current input / output terminals 9a and 9b, and a plurality of (sixteen in the figure) slits 10 (width 3 mm, length 250 mm) from the upper and lower ends. ) Were formed alternately in parallel.

ついで、カーボン発熱体5の内外周面にマスキングを
施し、スリット充填物としてSiC11(電気比抵抗5×100
Ω・-cm、放射率0.8)を各スリット10にCVD法により充
填してカーボンヒータを得た。
Next, the inner and outer peripheral surfaces of the carbon heating element 5 are masked, and SiC11 (electrical resistivity 5 × 10 0
Ω · - cm, to obtain a carbon heater is filled by CVD emissivity 0.8) in each slit 10.

このCVD条件は、次の通りである。 The CVD conditions are as follows.

原料ガス:MTCSソース 15/分 H2 95/分 温 度:1300℃ 時 間:8時間 雰囲気圧:100〜200Torr 比較例7 実施例と同様のC/C複合材からなる同形状の円筒形の
カーボン発熱体に同様に入出力端子部及びスリットを形
成し、カーボンヒータとした。
Source gas: MTCS source 15 / min H 2 95 / min Temperature: 1300 ° C. at between: 8 hours Atmosphere pressure: 100~200Torr Comparative Example 7 Example similar C / C a composite material the same shape cylindrical in the Similarly, an input / output terminal portion and a slit were formed in the carbon heating element to obtain a carbon heater.

比較例8 CIP法による等方性黒鉛からなり、実施例7と同形状
の円筒形のカーボン発熱体に同様に入出力端子部及びス
リットを形成し、カーボンヒータとした。
Comparative Example 8 An input / output terminal portion and a slit were similarly formed on a cylindrical carbon heating element made of isotropic graphite by the CIP method and having the same shape as that of Example 7 to obtain a carbon heater.

このカーボンヒータを単結晶引上げルツボ用のヒータ
として使用し、単結晶の引上げ(15回)を行ったとこ
ろ、育成された単結晶の良品数及び使用後のヒータの変
形状態(入出力端子間の内径D1とこれと直交する方向の
内径D2との比D2/D1(第5図参照))は第2表に示すよ
うになった。
When this carbon heater was used as a heater for a single crystal pulling crucible and the single crystal was pulled (15 times), the number of non-defective single crystals grown and the state of deformation of the heater after use (between input and output terminals) Table 2 shows the ratio D 2 / D 1 (see FIG. 5) between the inner diameter D 1 and the inner diameter D 2 in a direction perpendicular to the inner diameter D 1 .

したがって、スリットをCVD−SiCで充填することによ
り、均熱性が向上して単結晶の引上げを良好に行い得、
かつ剛性に優れたものとし得ることがわかる。
Therefore, by filling the slit with CVD-SiC, the uniformity can be improved and the single crystal can be pulled well,
It can be seen that the rigidity can be excellent.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように本発明によれば、スリット両側のカーボ
ン発熱体がスリット充填物質によって一体的に接合され
るので、カーボン発熱体の剛性を高めることができ、ひ
いては薄型化が可能になると共に、スリット充填物質が
カーボン発熱体からの熱伝導によって同等の温度に温め
られるので、スリット充填物質がカーボン発熱体と同程
度の放射体として機能し、ヒータ全体の均熱性を大幅に
向上することができる。
As described above, according to the present invention, since the carbon heating elements on both sides of the slit are integrally joined by the slit filling material, the rigidity of the carbon heating element can be increased, and thus, the thickness can be reduced, and the slit can be formed. Since the filling material is heated to the same temperature by the heat conduction from the carbon heating element, the slit filling material functions as a radiator at the same level as the carbon heating element, and the uniformity of the entire heater can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】 図は本発明の実施例を示し、第1図は実施例1〜3に係
るカーボンヒータの平面図で、第2図はそのカーボンヒ
ータを用いて加熱した単結晶ウェーハの温度測定個所の
説明図、第3図は平板状カーボンヒータの他の実施例の
平面図、第4図は実施例7に係るカーボンヒータの斜視
図で、第5図はそのカーボンヒータの使用後の変形状態
の説明図である。 1……カーボン発熱体、2……スリット、3a,3b……入
出力端子部、4……スリット充填物質、5……カーボン
発熱体、6a,6b……入出力端子部、7……スリット充填
物質、8……カーボン発熱体、9a,9b……入出力端子
部、10……スリット、11……スリット充填物質。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view of a carbon heater according to Embodiments 1 to 3, and FIG. 2 is a single crystal wafer heated using the carbon heater. FIG. 3 is a plan view of another embodiment of the flat carbon heater, FIG. 4 is a perspective view of the carbon heater according to the seventh embodiment, and FIG. 5 is the use of the carbon heater. It is explanatory drawing of the deformation state after. 1 ... carbon heating element, 2 ... slit, 3a, 3b ... input / output terminal part, 4 ... slit filling material, 5 ... carbon heating element, 6a, 6b ... input / output terminal part, 7 ... slit Filling material, 8 ... Carbon heating element, 9a, 9b ... Input / output terminal, 10 ... Slit, 11 ... Slit filling material.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅井 照夫 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (72)発明者 加藤 茂男 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (72)発明者 田添 晴夫 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (72)発明者 小池 弘明 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (56)参考文献 特開 昭61−179085(JP,A) 実開 平2−101493(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 3/02 - 3/18 H05B 3/40 - 3/82 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Teruo Sugai 378 Oguni-machi, Oguni-machi, Oguni-machi, Nishiokitama-gun, Yamagata Prefecture Inside the Oguni Plant of Toshiba Ceramics Co., Ltd. Address Toshiba Ceramics Co., Ltd.Oguni Works (72) Inventor Haruo Tazoe 378 Oguni-machi, Oguni-machi, Nishiokitama-gun, Yamagata Prefecture Toshiba Ceramics Co., Ltd. 378, Toshiba Ceramics Co., Ltd. Oguni Works (56) References JP-A-61-179085 (JP, A) JP-A-2-101493 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6) H05B 3/02-3/18 H05B 3/40-3/82

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スリットを交互に設けた平板状又は円筒状
のカーボンヒータにおいて、電気比抵抗がカーボン発熱
体の103倍以上で、かつ放射率が0.65〜1.0の物質を前記
各スリットにCVD法により充填したことを特徴とするカ
ーボンヒータ。
1. A plate-shaped or cylindrical carbon heater a slit alternately, an electric resistivity of more than 10 3 times the carbon heating element, and CVD substances emissivity 0.65 to 1.0 in the respective slits A carbon heater filled by a method.
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