JP3057670B2 - 複層セラミックスヒーター - Google Patents

複層セラミックスヒーター

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JP3057670B2
JP3057670B2 JP4312899A JP31289992A JP3057670B2 JP 3057670 B2 JP3057670 B2 JP 3057670B2 JP 4312899 A JP4312899 A JP 4312899A JP 31289992 A JP31289992 A JP 31289992A JP 3057670 B2 JP3057670 B2 JP 3057670B2
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敦雄 川田
和弘 山口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複層セラミックスヒータ
ー、特には化合物半導体加熱用に好適とされる複層セラ
ミックスヒーターに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、化合物半導体プロセスに使用され
るヒーターとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、ジ
ルコニアなどの焼結セラミックスからなる支持基材にモ
リブデン、タングステンなどの高融点金属の線や箔を発
熱体として巻き付けるか接着し、その上に電気絶縁性の
セラミックス板をのせたものが用いられてきており、こ
れを改良したものとしては電気絶縁性セラミックス支持
基材上に導電性セラミックスの発熱層を設け、これに電
気絶縁性セラミックスの被覆を施したセラミックスヒー
ターも開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来公知
のヒーターには発熱体が金属製であるために変形や脆化
が起り易く、短寿命であり、また組み立ても煩雑である
という問題点があり、また、これを改良したものは、発
熱体がセラミックスなので長寿命であり、電気絶縁性被
覆層と発熱体とが支持基材と一体化しているために組み
立ても容易であるけれども、このものは被覆層と発熱体
とが支持基材と一体化しているために、それらの熱膨張
の差によって温度が変化すると接合部に熱応力が発生
し、支持基材と発熱層、発熱層と被覆層とが剥離すると
いう欠点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような不
利、欠点を解決するために、窒化ほう素または窒化けい
素からなる支持基材の1表面にグラファイトまたは炭化
けい素からなる発熱層を有し、更にその上面に支持基材
と同一材料からなる被覆層を有する複層セラミックスヒ
ーターであって、支持基材と発熱層、発熱層と被覆層の
各々の間の境界面の凹凸が、Rmax5〜10μmである
ことを特徴とするものである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明者らは、従来公知の複層セ
ラミックスヒーターにおける接合部の剥離を防止する方
法について種々検討した結果、電気絶縁性セラミックス
からなる支持基材の上に導電性セラミックスからなる発
熱層を接合し、この上に電気絶縁性セラミックスからな
る被覆層を設けた公知の複層セラミックスヒーターにお
いて、支持基材と発熱層、発熱層と被覆層との各々の間
の境界面の凹凸を、Rmax5〜10μmとすればこの接
合部での剥離が起らなくなるということを見出し、化合
物半導体加熱用に使用するときの電気絶縁性セラミック
ス、導電性セラミックスの種類、この境界面の凹凸の作
成方法などについての研究を進めて本発明を完成させる
に至ったものである。
【0006】本発明は、電気絶縁性セラミックスである
窒化ほう素または窒化けい素からなる支持基材の表面に
導電性セラミックスであるグラファイトまたは炭化けい
素からなる発熱層を接合し、その上に支持基材と同一材
料からなる被覆層を設けてなる複層セラミックスヒータ
ーであって、支持基材と発熱層、発熱層と被覆層の各々
の間の境界面の凹凸が、Rmax5〜10μmであること
を特徴とするものであるが、これによれば、支持基材と
発熱層、発熱層と被覆層との剥離がなくなるので、この
複層セラミックスヒーターは寿命の長いものになる。
【0007】本発明の複層セラミックスヒーターは電気
絶縁性セラミックスからなる支持基材の表面に導電性セ
ラミックスからなる発熱層を接合し、その上に電気絶縁
性セラミックスからなる被覆層を設けてなるものである
ので、この構成自体は公知のものである。しかし、この
公知の複層セラミックスヒーターでは支持基材と発熱層
および被覆層が接合一体化されているものの、これらは
熱膨張係数に差があるために室温から加熱温度である
1,100℃までの昇温、降温をくり返していると、こ
の温度の変化によって支持基材と発熱層、発熱層と被覆
層とがその接合面で剥離してこの構成がくずれ、使用に
耐えなくなるという重大な欠点がある。
【0008】しかるに本発明にしたがって、この支持基
材と発熱層、発熱層と被覆層の各々の間の境界面の凹凸
を、Rmax5〜10μmとすると、この支持基材とこの
支持基材上に接合された発熱層との間の物理的接合力、
および発熱層とこの発熱層上に接合された被覆層との間
の物理的接合力が、アンカー効果によって増大するため
に、この複層セラミックスヒーターを常法により常温か
ら1,100℃までの昇温、降温をくり返してもその温
度変化によってこの支持基材、発熱層、被覆層がその接
合面から剥離することがなくなり、したがってこのヒー
ターは寿命の長いものになるという効果が得られる。
【0009】本発明の複層セラミックスヒーターは上記
したように支持基材、発熱層、被覆層とからなるものと
される。この支持基材は電気絶縁性セラミックスからな
るもとされるが、本発明の複層セラミックスヒーターが
特に化合物半導体プロセスへの使用を目的とするもので
あり、III、IV族化合物半導体も含まれることから、同
族化合物である窒化ほう素、窒化けい素からなるものと
することがよい。この窒化ほう素は例えばアンモニアと
三塩化ほう素とを1,900〜2,100℃、10トー
ルの条件下で反応させることによって得られるものとす
ればよく、この窒化けい素はアンモニアと四塩化けい素
とを1,400〜1,500℃、5トールの条件下で反
応させて得た化学気相蒸着法によるものとすればよい。
【0010】また、ここに使用される発熱層は、支持基
材としての窒化ほう素などとの付着性が比較的よいとい
うことから熱分解グラファイトまたは炭化けい素からな
るものとすればよく、熱分解グラファイトは例えばメタ
ンガスを1,900〜2,200℃、5トールという条
件下で熱分解することによって得たものとすればよく、
炭化けい素はメチルトリクロロシランなどの有機けい素
化合物を1,250℃、3トールの条件下で反応させて
得た化学気相蒸着法によるとよい。
【0011】ここに使用される被覆層は、支持基材と同
じものとし、したがって支持基材の製造方法と同じ方法
で作られたものとすればよい。
【0012】本発明ではこの支持基材と発熱層、発熱層
と被覆層の各々の間の境界面の凹凸が、Rmaxが5〜1
0μmのものとすることが必要であるが、そのために
は、この支持基材、発熱層の表面を、例えばサンドブラ
スト処理により、表面粗さRmaxを5〜10μmとすれ
ばよく、この支持基材としての窒化ほう素、窒化けい
素、発熱層としてのグラファイト、炭化けい素の表面
は、表面粗さRmaxを容易に5〜10μmのものとする
ことができる。
【0013】このようにして支持基材と発熱層の表面の
表面粗さRmaxを5〜10μmとしておけば、この支持
基材に発熱層を接合し、発熱層に被覆層を接合して得ら
れた本発明の複層セラミックスヒーターは、これらの接
合面における物理的接合力がこの境界面の凹凸によるア
ンカー硬化によって増大したものとなっているので、こ
れを例えば常温から1,100℃までの昇温、降温をく
り返すテストを行なっても、この温度変化によって発熱
層が支持基材から、また被覆層が発熱層から剥離するこ
とはなく、したがって寿命の長いものとなる。
【0014】なお、本発明の複層セラミックスヒーター
はこの支持基材および被覆層を窒化ほう素、窒化けい素
からなるものとすると、これが化合物半導体と同族化合
物であるのでIV族元素による汚染は起らないし、この窒
化ほう素、窒化けい素、グラファイトは化学気相蒸着法
で作られたもので、焼結法で製造されたものに比べてバ
インダーなどの不純物が含まれていない高純度のもので
あるので、これは化合物半導体プロセスに使用しても不
純物によって汚染されるおそれはない。
【0015】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 [実施例1、比較例1] アンモニアと三塩化ほう素とを2,000℃、10トー
ルの条件下で反応させて直径80mm、厚さ1mmの熱
分解窒化ほう素製円板を作ったのち、サンドブラスト処
理してその表面の表面粗さRmaxが5μmのものとし
た。
【0016】ついで、この表面上でメタンガスを2,2
00℃、5トールの条件下で熱分解してこの上に厚さ1
0μmの熱分解グラファイト層を形成したのち、サンド
ブラスト処理してこの表面の表面粗さRmaxを5μmの
ものとし、これにヒーターパターンを加工して発熱層と
した。
【0017】つぎに、この発熱層の表面でアンモニアと
三塩化ほう素を2,000℃、10トールの条件下で反
応させて、この上に厚さ100μmの熱分解窒化ほう素
被覆層を設けて複層セラミックスヒーターを作り、この
ものを室温から1,100℃まで100回昇温、降温を
くり返したが、これには支持基材と発熱層、発熱層と被
覆層との剥離は発生しなかった。
【0018】しかし、比較のために、この支持基材およ
び発熱層の表面の表面粗さを2μmのものとしたほか
は、この実施例と同じように処理して複層セラミックス
ヒーターを作り、これについて同様の剥離試験を行った
ところ、このものは常温、1,100℃の昇温、降温を
8回くり返した時点で接合部に剥離が発生した。
【0019】[実施例2、比較例2] アンモニアと四塩化けい素とを1,400℃、5トール
の条件下で反応させて、直径110mm、厚さ1mmの
化学気相蒸着法により窒化けい素円板を作り、これにサ
ンドブラスト処理して、表面の表面粗さRmaxが8μm
の支持基材を作った。ついで、この支持基材の上でメチ
ルトリクロロシランを1,250℃、3トールで熱分解
して、この支持基材の上に厚さ10μmの化学気相蒸着
法による炭化けい素層を設け、これにサンドブラスト処
理して表面粗さ5μmのものとし、これにヒーターパタ
ーンを加工して発熱層とした。
【0020】つぎに、この発熱層の上でアンモニアと四
塩化けい素とを1,400℃、5トールの条件下で反応
させて、厚さ50μmの窒化けい素被覆を施して複層セ
ラミックスヒーターを作り、これを室温から1,100
℃まで100回、昇温、降温をくり返したが、この支持
基材と発熱層、発熱層と被覆層との剥離は発生しなかっ
た。しかし、比較のためにこの支持基材の表面粗さR
maxを3μmとしたこと以外は実施例2と全く同様に処
理して複層セラミックスヒーターを作り、これについて
実施例2と同様に試験したところ、このヒーターは30
回の昇温、降温を行なった時点で接合部に剥離が発生し
た。
【0021】[実施例3、比較例3] アンモニアと四塩化けい素とを1,400℃、5トール
の条件下で反応させて、直径110mm、厚さ1mmの
熱分解窒化けい素円板を作り、これをサンドブラスト処
理してその表面の表面粗さRmaxを10μmのものとし
た。ついでこの円板上でメタンガスを1,900℃、8
トールで反応させてこの円板上に厚さ10μmの熱分解
グラファイト層を設け、これをサンドブラスト処理して
この表面の表面粗さRmaxを6μmのものとしたのち、
これにヒーターパターンを加工して発熱層を作った。
【0022】つぎに、この発熱層にこの上でアンモニア
と四塩化けい素とを1,400℃、5トールの条件下で
反応させて、厚さ50μmの窒化けい素被覆層を形成さ
せて複層セラミックスヒーターを作り、これを室温から
1,100℃までの昇温、降温を100回くり返した
が、これには支持基材と発熱層、発熱層と被覆層との剥
離は発生しなかった。しかし、比較のためにこの支持基
材の表面粗さRmaxを4μmとしたほかは実施例3と全
く同じように処理して複層セラミックスヒーターを作
り、これについて実施例3と同様に試験したところ、こ
のものは23回の昇温、降温のくり返しで支持基材と発
熱層との間で剥離が発生した。
【0023】
【発明の効果】本発明は、支持基材と発熱層、発熱層と
被覆層の各々の間の境界面の凹凸をRmax5〜10μm
としたことにより、支持基材と発熱層および発熱層と被
覆層との物理的な接合力がアンカー効果により増大され
ることから、この複層セラミックスヒーターは、これを
常温から1,100℃という昇温、降温をくり返しても
支持基材と発熱層、発熱層と被覆層とが剥離することが
なく、したがって寿命の極めて長いものになるという有
利な効果が得られる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−292475(JP,A) 特開 平2−104656(JP,A) 特開 平2−126602(JP,A) 特開 平4−37186(JP,A) 特開 昭49−19352(JP,A) 特開 昭55−131979(JP,A) 実開 平4−5095(JP,U) 実開 昭61−48692(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ほう素または窒化けい素からなる支
    持基材の1表面にグラファイトまたは炭化けい素からな
    る発熱層を有し、更にその上面に支持基材と同一材料か
    らなる被覆層を有する複層セラミックスヒーターであっ
    て、支持基材と発熱層、発熱層と被覆層の各々の間の境
    界面の凹凸が、Rmax 5〜10μmであることを特徴と
    る複層セラミックスヒーター。
JP4312899A 1992-10-28 1992-10-28 複層セラミックスヒーター Expired - Lifetime JP3057670B2 (ja)

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JP5279447B2 (ja) * 2008-10-28 2013-09-04 京セラ株式会社 セラミックヒータ
JP5854512B2 (ja) * 2012-12-17 2016-02-09 信越化学工業株式会社 熱分解窒化ホウ素被覆炭素質基材の製造方法

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