JP3642746B2

JP3642746B2 - Ceramic heater

Info

Publication number: JP3642746B2
Application number: JP2001188285A
Authority: JP
Inventors: 俊洋立川; 淳一宮原; 年彦花待
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: JP2003007432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体の製造プロセス等においてウエハーやガラス基板等のワークを加熱するために使用されるセラミックスヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造プロセスにおいて、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Plasma Vapor Deposition）、エッチング等の処理を行うために、ウエハーを加熱するセラミックスヒータが使われている。また、ガラス基板に薄膜を形成するための成膜装置においても、セラミックスヒータが使われている。
【０００３】
従来のセラミックスヒータは、例えば特許第３０１１５２８号公報に記載されているように、セラミックスからなるヒータプレートと、ヒータプレートに埋設された金属箔ヒータ線などを含んでいる。ヒータプレートは、窒化けい素や窒化アルミニウムなどの焼結体によって構成されている。タングステン等の高融点金属からなる金属箔ヒータ線は、ヒータプレートの内部に同心円状あるいは渦巻き状に埋設されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセラミックスヒータ、特に厚さ５０μｍ以下の金属箔ヒータ線が、焼結セラミックスに埋設されている。セラミックスヒータは、以下に述べる問題が発生する可能性があった。
【０００５】
［問題点１］ヒータ線が薄く断面積が小さいため、下記面積比（Ｓ１／Ｓ２）がかなり小さくなる。ここでＳ１はヒータ線の総表面積、Ｓ２はヒータプレートのワーク載置面の面積である。この場合、ヒータプレートの径方向にヒータ線が存在しない領域が多く存在することから、図４に２点鎖線Ｌ１で示すように、ヒータプレートの中心から外周に向かって、径方向の温度変化が大きくなる。すなわち均熱性に劣る。
【０００６】
特に半導体製造プロセスにおいてウエハーを加熱するヒータプレートは、温度分布を均一に保つ必要があるため、ヒータプレートの温度むらは大きな問題である。さらに、ヒータプレートに温度むらが生じると、温度分布が均一な場合に比べて大きな熱応力がヒータプレートに作用し、ヒータプレートが破損する原因となる。
【０００７】
［問題点２］ヒータ線をセラミックス原料粉に埋設し焼結する過程で、ヒータ線の表面層がセラミックス原料中の炭素と反応し、炭化することによって粒界割れが発生することがある。ここでヒータ線の厚さが薄いと、図７あるいは図８に示すように、ヒータ線１とセラミックス２との間の反応層３から、粒界割れ４がヒータ線１の内部に進行してしまう。図７に示すヒータ線１の厚さは２５μｍ、図８に示すヒータ線１の厚さは５０μｍである。図７と図８は、いずれもＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）をもとにして描いた断面図である。
【０００８】
ヒータ線に前記粒界割れが生じると、セラミックス原料粉を焼結する過程で、ヒータ線の電気抵抗が正常値よりも高くなる原因となる。ヒータ線の電気抵抗値が大きくなると、電流が十分に流れることができず、セラミックスヒータの温度特性に悪影響を与える。
【０００９】
［問題点３］従来のヒータ線は薄く断面積が小さいため、ヒータ線の負荷密度（Ｑ／Ｓ１）が高い。ここでＱはヒータ線の発熱量、Ｓ１はヒータ線の総表面積である。負荷密度が高いと、使用時（電流が流れたとき）にヒータ線が断線する可能性がある。また、ヒータ線が薄いために、ヒータ線の厚みのばらつきが、発熱量の大きな変動を引き起こし、均熱性に悪影響を与える。しかも、ヒータ線をセラミックス原料中に埋設する際に十分注意しないと、埋設の際、あるいは焼結時にヒータ線が切れるおそれがある。
【００１０】
従って本発明の目的は、均熱性に優れかつ発熱量が安定しているセラミックスヒータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックスヒータは、焼結したセラミックスからなるヒータプレートと、厚さが１００μｍから１７５μｍのモリブデン金属箔またはタングステン金属箔からなり、該金属箔の全周が前記焼結したセラミックスによって覆われるよう前記ヒータプレートに埋設された金属箔ヒータ線とを具備している。前記ヒータプレートは、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。この発明の金属箔ヒータ線は厚さが１００μｍ以上であるため、従来の金属箔ヒータ線（厚さ５０μｍ以下）と比較して、同一発熱量であれば長いヒータ線を用いることができる。このヒータ線は、例えば、同一平面上にジグザグ形状に形成される。
【００１２】
この発明において、ヒータプレートの均熱性をさらに高めるために、前記金属箔ヒータ線が、前記ヒータプレートの中心寄りの位置において該ヒータプレートの周方向に第１のピッチでジグザグ形状に形成された内側部分と、前記ヒータプレートの外周寄りの位置において該ヒータプレートの周方向に第２のピッチでジグザグ形状に形成された外側部分とを有し、前記第２のピッチを前記第１のピッチよりも小さくしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
図１と図２に示すように、セラミックスヒータ１０は、窒化アルミニウム等のセラミックス１１からなる略円形のヒータプレート１２と、ヒータプレート１２に埋設された金属箔ヒータ線１３とを備えている。ヒータプレート１２はセラミックス原料粉を所定の形状に焼結したものである。なお、図１においてはヒータプレート１２の輪郭のみが示されている。
【００１４】
このセラミックスヒータ１０は、例えば半導体製造装置あるいはガラス基板の成膜装置などに使用される。ヒータプレート１２の上面は半導体ウエハー等のワークを乗せる平坦なワーク載置面１４となっている。ヒータプレート１２の直径は例えば２５０ｍｍ前後である。ヒータプレート１２の厚さは、例えば１５ｍｍ〜３０ｍｍである。ただしこれらの寸法は加熱すべきワークの寸法等の仕様に応じて適宜設定されるため、上記の値に制約されることはない。ヒータプレート１２の材料として、窒化アルミニウム以外に、例えばアルミナやマグネシア等を用いてもよい。
【００１５】
図２に模式的に示すように、ヒータプレート１２に金属箔ヒータ線１３が埋設されている。金属箔ヒータ線１３の厚さＴは、後述する理由により、１００μｍから１７５μｍの範囲としている。このヒータ線１３は、高融点金属（例えばモリブデンあるいはタングステン）からなり、エッチング等の製造方法によって、同一平面上にジグザグ形状に形成されている。ヒータ線１３の幅Ｗは、例えば２〜３ｍｍ前後である。
【００１６】
この明細書で言うジグザグ形状とは、図３に模式的に示したように、第１の方向Ｘに延びる部分Ｘ１と、この部分Ｘ１の端から第２の方向Ｙに延びる部分Ｙ１と、この部分Ｙ１の端から再び第１の方向Ｘに延びる部分Ｘ２と、この部分Ｘ２の端から第１の方向Ｙとは逆方向に延びる第４の部分Ｙ２とが、順次連なる形状である。第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとのなす角度は９０度以外でもよい。各部分Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２は、湾曲していてもよい。
【００１７】
このヒータ線１３は、ヒータプレート１２の中心１２ａ寄りの位置に形成された内側部分１３ａと、ヒータプレート１２の外周１２ｂ寄りの位置に形成された外側部分１３ｂとを有している。内側部分１３ａは、ヒータプレート１２の周方向に、第１のピッチＰ１でジグザグ形状に形成されている。外側部分１３ｂは、ヒータプレート１２の周方向に、第２のピッチＰ２でジグザグ形状に形成されている。
【００１８】
内側部分１３ａと外側部分１３ｂとの間に中間部分１３ｃが形成されている。中間部分１３ｃのピッチＰ３は、内側部分１３ａのピッチＰ１よりも小さく、外側部分１３ｂのピッチＰ２よりも大きい。これら内側部分１３ａと外側部分１３ｂと中間部分１３ｃは、互いに電気的に直列に接続されている。
【００１９】
ヒータ線１３の両端に金属端子１５，１６が設けられている。金属端子１５，１６は、ヒータプレート１２に、ろう付け等によって固定されている。金属端子１５，１６に電圧を印加し、ヒータ線１３に電流を流すことによって、ヒータ線１３が発熱する。ヒータ線１３が発熱することにより、ヒータプレート１２が加熱され、ワーク載置面１４上のワークが加熱される。
【００２０】
ヒータプレート１２の外周１２ｂ寄りの部分は、中心１２ａ寄りの部分よりも放熱しやすい。しかしこの実施形態では、外側部分１３ｂのピッチＰ２を内側部分１３ａのピッチＰ１よりも大きくすることにより、ヒータプレート１２の径方向の温度分布を、より均等なものにすることができる。
【００２１】
前記金属箔ヒータ線１３の厚さは１００μｍ以上であり、従来の金属箔ヒータ線と比較して断面積が数倍以上ある。例えばヒータ線１３の厚さが１００μｍの場合、厚さが２５μｍの従来のヒータ線と同じ電気抵抗値にするためには、ヒータ線１３の長さが４倍以上必要である。
【００２２】
ヒータ線１３が長くなるということは、それだけ前記面積比（Ｓ１／Ｓ２）が大きく、ヒータプレート１２の径方向にヒータ線１３が存在しない領域が減ることになる。この実施形態のセラミックスヒータ１０は、図４に実線Ｌ２で示すように、従来のヒータ線を用いたセラミックスヒータの温度分布Ｌ１と比較して、ヒータプレート１２の径方向の温度変化が小さくなる。すなわち均熱性に優れている。
【００２３】
ヒータプレート１２を構成しているセラミックス１１を焼結する過程で、ヒータ線１３の表面層がセラミックス原料中の炭素と反応し、炭化することによって粒界割れが生じることがある。しかしこの実施形態のセラミックスヒータ１０はヒータ線１３が１００μｍ以上と厚いため、ヒータ線１３の内部にまで粒界割れが進行することを回避できる。
【００２４】
図５と図６は、セラミックスヒータ１０のＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）をもとにして描いた断面図である。図５に示すヒータ線１３の厚さは１００μｍである。図６に示すヒータ線１３の厚さは１５０μｍである。図５と図６のいずれの場合も、ヒータ線１３はモリブデン、セラミックス１１は窒化アルミニウムである。
【００２５】
図５あるいは図６に示されるように、ヒータ線１３の表面層２０に生じる粒界割れはヒータ線１３の表面層２０にとどまっている。ヒータ線１３の内部に見られる微小欠陥２１は粒界割れとは無関係であり、ヒータ線１３の性能に悪影響を与えるほどではない。
【００２６】
このように、ヒータ線１３の厚さを１００μｍ以上にすることにより、粒界割れがヒータ線１３の断面全体に及ぶことが回避された。このため、セラミックス原料粉の焼結過程でヒータ線１３の電気抵抗が正常値よりも高くなってしまうことを防止でき、セラミックスヒータ１０の温度特性が向上する。
【００２７】
次の表１と表２は、ヒータ線の厚さを２５μｍから２００μｍまで種々に変えた場合に、ヒータ線の割れの有無と、ヒータプレート（セラミックス）の割れの有無を調べた結果をそれぞれ示している。表１と表２中の×は割れが見られた場合を示し、○は割れが見られなかった場合を示している。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
表１に示されるように、ヒータ線の厚さが２５μｍと５０μの場合は、ヒータ線が割れることがあった。ヒータ線の厚さが１００μｍ以上になると、ヒータ線が割れることはなかった。表２に示されるように、ヒータ線の厚さが２００μｍを越えると、ヒータ線に通電したとき（発熱時）に、セラミックスが割れてしまった。セラミックスが割れた理由は、ヒータ線が厚くなるほど、ヒータ線とセラミックスとの熱膨張差の影響が大きくなるためと考えられる。
【００３１】
前記実施形態のセラミックスヒータ１０は、ヒータ線１３が１００μｍ以上と厚く、断面積が大きいため、従来のヒータ線よりも負荷密度が低く、使用時にヒータ線１３が断線する可能性が抑制された。また、ヒータ線１３が厚いため、ヒータ線１３の厚さのばらつきによって発熱量が大きく変動することも回避でき、均熱性をさらに高めることができた。
【００３２】
しかも前記ヒータ線１３は厚く剛性が大きいため、セラミックス原料粉に埋設する際に取扱いが容易であり、ヒータ線１３を所定の位置に埋設することが容易となる。このため、ヒータ線１３を埋設する際にヒータ線１３が切れたり、セラミックス１１の焼結時にヒータ線１３が切れる危険性を抑制できる。
【００３３】
これらの理由により、本発明では、金属箔ヒータ線の厚さを１００μｍ〜１７５μｍの範囲に限定する。
【００３４】
なお、この発明を実施するに当たって、ヒータプレートや金属箔ヒータ線の形状や材質、ヒータ線のパターンなど、発明の構成要素を本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、焼結したセラミックスからなるヒータプレートと、厚さが１００μｍから１７５μｍのモリブデンまたはタングステンの箔からなり、該箔の全周が前記焼結したセラミックスによって覆われるよう前記ヒータプレートに埋設された金属箔ヒータ線とを具備したことにより、従来の金属箔ヒータ線を用いたセラミックスヒータと比較して、十分長い金属箔ヒータ線をヒータプレートに埋設することができる。このためヒータプレートの均熱性が向上する。本発明によれば、セラミックスの焼結時にヒータ線の表面層に生じることのある粒界割れがヒータ線の断面全体に及ぶことを回避できる。このためヒータ線が割れることによる発熱量のばらつきを抑制することができる。
【００３６】
請求項２に記載した発明によれば、窒化アルミニウムからなるヒータプレートにおいて、ヒータプレートの均熱性が向上するとともに、ヒータ線が割れることによる発熱量のばらつきを抑制することができる。
請求項３に記載した発明によれば、長い金属箔ヒータ線をヒータプレート内の同一平面上にレイアウトすることが可能となり、均熱性をさらに向上させることができる。
請求項４に記載した発明によれば、ヒータプレートの径方向の温度分布をさらに均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のセラミックスヒータの金属箔ヒータ線を示す平面図。
【図２】図１中のＦ２−Ｆ２線に沿うセラミックスヒータの一部の断面図。
【図３】ヒータ線の一部を模式的に示す平面図。
【図４】図１に示されたセラミックスヒータと従来のセラミックスヒータの径方向の温度分布をそれぞれ示す図。
【図５】厚さ１００μｍの金属箔ヒータ線を用いたセラミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。
【図６】厚さ１５０μｍの金属箔ヒータ線を用いたセラミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。
【図７】厚さ２５μｍの金属箔ヒータ線を用いた従来のセラミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。
【図８】厚さ５０μｍの金属箔ヒータ線を用いた従来のセラミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１０…セラミックスヒータ
１１…セラミックス
１２…ヒータプレート
１３…金属箔ヒータ線
１３ａ…内側部分
１３ｂ…外側部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic heater used for heating a workpiece such as a wafer or a glass substrate in a semiconductor manufacturing process, for example.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing process, a ceramic heater for heating a wafer is used to perform processes such as CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Plasma Vapor Deposition), and etching. Ceramic heaters are also used in film forming apparatuses for forming a thin film on a glass substrate.
[0003]
A conventional ceramic heater includes, for example, a heater plate made of ceramic and a metal foil heater wire embedded in the heater plate, as described in Japanese Patent No. 3011528. The heater plate is made of a sintered body such as silicon nitride or aluminum nitride. A metal foil heater wire made of a refractory metal such as tungsten is buried concentrically or spirally in the heater plate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional ceramic heaters, particularly metal foil heater wires with a thickness of 50 μm or less are embedded in the sintered ceramics. The ceramic heater may have the following problems.
[0005]
[Problem 1] Since the heater wire is thin and the cross-sectional area is small, the following area ratio (S1 / S2) becomes considerably small. Here, S1 is the total surface area of the heater wire, and S2 is the area of the work placement surface of the heater plate. In this case, since there are many regions where no heater wire exists in the radial direction of the heater plate, as shown by a two-dot chain line L1 in FIG. 4, the temperature change in the radial direction from the center of the heater plate toward the outer periphery. growing. That is, it is inferior in soaking | uniform-heating property.
[0006]
In particular, a heater plate that heats a wafer in a semiconductor manufacturing process needs to maintain a uniform temperature distribution, and thus the temperature unevenness of the heater plate is a serious problem. Further, when the temperature unevenness occurs in the heater plate, a larger thermal stress acts on the heater plate than in the case where the temperature distribution is uniform, causing the heater plate to be damaged.
[0007]
[Problem 2] In the process of embedding and sintering the heater wire in the ceramic raw material powder, the surface layer of the heater wire may react with carbon in the ceramic raw material and carbonize to cause grain boundary cracking. Here, when the heater wire is thin, the grain boundary crack 4 proceeds from the reaction layer 3 between the heater wire 1 and the ceramic 2 to the inside of the heater wire 1 as shown in FIG. End up. The heater wire 1 shown in FIG. 7 has a thickness of 25 μm, and the heater wire 1 shown in FIG. 8 has a thickness of 50 μm. 7 and 8 are cross-sectional views drawn based on SEM photographs (scanning electron micrographs).
[0008]
When the grain boundary cracks occur in the heater wire, the electrical resistance of the heater wire becomes higher than the normal value in the process of sintering the ceramic raw material powder. When the electrical resistance value of the heater wire is increased, the current cannot sufficiently flow, which adversely affects the temperature characteristics of the ceramic heater.
[0009]
[Problem 3] Since the conventional heater wire is thin and has a small cross-sectional area, the load density (Q / S1) of the heater wire is high. Here, Q is the heating value of the heater wire, and S1 is the total surface area of the heater wire. If the load density is high, the heater wire may be disconnected during use (when current flows). In addition, since the heater wire is thin, variations in the thickness of the heater wire cause a large fluctuation in the amount of heat generation, which adversely affects the thermal uniformity. In addition, if the heater wire is not sufficiently taken care of when embedded in the ceramic raw material, the heater wire may be broken during embedding or sintering.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceramic heater having excellent heat uniformity and a stable calorific value.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The ceramic heater of the present invention comprises a heater plate made of sintered ceramic and a molybdenum metal foil or tungsten metal foil having a thickness of 100 μm to 175 μm, and the entire circumference of the metal foil is covered with the sintered ceramic. A metal foil heater wire embedded in the heater plate. The heater plate is made of, for example, aluminum nitride (AlN). Since the metal foil heater wire of the present invention has a thickness of 100 μm or more, a longer heater wire can be used as long as it has the same calorific value as compared with a conventional metal foil heater wire (thickness of 50 μm or less). For example, the heater wire is formed in a zigzag shape on the same plane.
[0012]
In this invention, in order to further improve the thermal uniformity of the heater plate, the metal foil heater wire is formed in a zigzag shape at a first pitch in the circumferential direction of the heater plate at a position near the center of the heater plate. And an outer portion formed in a zigzag shape at a second pitch in the circumferential direction of the heater plate at a position near the outer periphery of the heater plate, and the second pitch is more than the first pitch. It is small.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic heater 10 includes a substantially circular heater plate 12 made of a ceramic 11 such as aluminum nitride, and a metal foil heater wire 13 embedded in the heater plate 12. The heater plate 12 is obtained by sintering ceramic raw material powder into a predetermined shape. In FIG. 1, only the outline of the heater plate 12 is shown.
[0014]
The ceramic heater 10 is used in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus or a glass substrate deposition apparatus. The upper surface of the heater plate 12 is a flat work placement surface 14 on which a work such as a semiconductor wafer is placed. The diameter of the heater plate 12 is, for example, about 250 mm. The thickness of the heater plate 12 is 15 mm to 30 mm, for example. However, these dimensions are appropriately set according to specifications such as the dimensions of the workpiece to be heated, and are not limited to the above values. As a material of the heater plate 12, for example, alumina or magnesia may be used in addition to aluminum nitride.
[0015]
As schematically shown in FIG. 2, a metal foil heater wire 13 is embedded in the heater plate 12. The thickness T of the metal foil heater wire 13 is in the range of 100 μm to 175 μm for the reason described later. The heater wire 13 is made of a refractory metal (for example, molybdenum or tungsten), and is formed in a zigzag shape on the same plane by a manufacturing method such as etching. The width W of the heater wire 13 is, for example, around 2 to 3 mm.
[0016]
The zigzag shape referred to in this specification includes, as schematically shown in FIG. 3, a portion X1 extending in the first direction X, a portion Y1 extending in the second direction Y from the end of the portion X1, A portion X2 extending again in the first direction X from the end of the portion Y1 and a fourth portion Y2 extending in the direction opposite to the first direction Y from the end of the portion X2 are successively connected. The angle formed by the first direction X and the second direction Y may be other than 90 degrees. Each portion X1, Y1, X2, Y2 may be curved.
[0017]
The heater wire 13 has an inner portion 13 a formed at a position near the center 12 a of the heater plate 12 and an outer portion 13 b formed at a position near the outer periphery 12 b of the heater plate 12. The inner portion 13a is formed in a zigzag shape at the first pitch P1 in the circumferential direction of the heater plate 12. The outer portion 13b is formed in a zigzag shape at the second pitch P2 in the circumferential direction of the heater plate 12.
[0018]
An intermediate portion 13c is formed between the inner portion 13a and the outer portion 13b. The pitch P3 of the intermediate portion 13c is smaller than the pitch P1 of the inner portion 13a and larger than the pitch P2 of the outer portion 13b. The inner portion 13a, the outer portion 13b, and the intermediate portion 13c are electrically connected to each other in series.
[0019]

Metal terminals

15 and 16 are provided at both ends of the heater wire 13. The

metal terminals

15 and 16 are fixed to the heater plate 12 by brazing or the like. The heater wire 13 generates heat by applying a voltage to the

metal terminals

15 and 16 and passing a current through the heater wire 13. When the heater wire 13 generates heat, the heater plate 12 is heated, and the workpiece on the workpiece placement surface 14 is heated.
[0020]
The portion near the outer periphery 12b of the heater plate 12 is easier to radiate heat than the portion near the center 12a. However, in this embodiment, by making the pitch P2 of the outer portion 13b larger than the pitch P1 of the inner portion 13a, the temperature distribution in the radial direction of the heater plate 12 can be made more uniform.
[0021]
The thickness of the metal foil heater wire 13 is 100 μm or more, and the cross-sectional area is several times more than that of the conventional metal foil heater wire. For example, when the thickness of the heater wire 13 is 100 μm, the length of the heater wire 13 needs to be four times or more in order to obtain the same electric resistance value as that of a conventional heater wire having a thickness of 25 μm.
[0022]
The longer heater wire 13 means that the area ratio (S1 / S2) is larger and the area where the heater wire 13 does not exist in the radial direction of the heater plate 12 is reduced. In the ceramic heater 10 of this embodiment, as shown by a solid line L2 in FIG. 4, the temperature change in the radial direction of the heater plate 12 is smaller than the temperature distribution L1 of the ceramic heater using the conventional heater wire. That is, it is excellent in heat uniformity.
[0023]
In the process of sintering the ceramic 11 constituting the heater plate 12, the surface layer of the heater wire 13 may react with carbon in the ceramic raw material and carbonize, thereby causing grain boundary cracking. However, in the ceramic heater 10 of this embodiment, since the heater wire 13 is as thick as 100 μm or more, it is possible to avoid the progress of grain boundary cracking to the inside of the heater wire 13.
[0024]
5 and 6 are cross-sectional views drawn on the basis of an SEM photograph (scanning electron micrograph) of the ceramic heater 10. FIG. The thickness of the heater wire 13 shown in FIG. 5 is 100 μm. The thickness of the heater wire 13 shown in FIG. 6 is 150 μm. 5 and 6, the heater wire 13 is molybdenum and the ceramic 11 is aluminum nitride.
[0025]
As shown in FIG. 5 or FIG. 6, the grain boundary cracks generated in the surface layer 20 of the heater wire 13 remain in the surface layer 20 of the heater wire 13. The minute defect 21 seen in the heater wire 13 is not related to the grain boundary cracking and does not adversely affect the performance of the heater wire 13.
[0026]
Thus, by setting the thickness of the heater wire 13 to 100 μm or more, it was avoided that the grain boundary cracks reach the entire cross section of the heater wire 13. For this reason, it can prevent that the electrical resistance of the heater wire 13 becomes higher than a normal value in the sintering process of ceramic raw material powder, and the temperature characteristic of the ceramic heater 10 improves.
[0027]
The following Tables 1 and 2 show the results of examining the presence or absence of cracks in the heater wires and the presence or absence of cracks in the heater plate (ceramics) when the thickness of the heater wires is varied from 25 μm to 200 μm. ing. In Tables 1 and 2, “X” indicates a case where a crack was observed, and “◯” indicates a case where no crack was observed.
[0028]
[Table 1]

[0029]
[Table 2]

[0030]
As shown in Table 1, when the thickness of the heater wire was 25 μm and 50 μm, the heater wire was sometimes broken. When the thickness of the heater wire was 100 μm or more, the heater wire was not broken. As shown in Table 2, when the thickness of the heater wire exceeded 200 μm, the ceramic was broken when the heater wire was energized (during heat generation). The reason for the cracking of the ceramic is considered to be that the thicker the heater wire, the greater the influence of the difference in thermal expansion between the heater wire and the ceramic.
[0031]
In the ceramic heater 10 of the above embodiment, the heater wire 13 is thicker than 100 μm and has a large cross-sectional area. Therefore, the load density is lower than that of the conventional heater wire, and the possibility that the heater wire 13 is disconnected during use is suppressed. Further, since the heater wire 13 is thick, it is possible to avoid a large fluctuation in the amount of heat generated due to the variation in the thickness of the heater wire 13, and to further improve the heat uniformity.
[0032]
Moreover, since the heater wire 13 is thick and rigid, it is easy to handle when embedded in the ceramic raw material powder, and the heater wire 13 is easily embedded at a predetermined position. For this reason, when embedding the heater wire 13, the danger that the heater wire 13 is cut or the heater wire 13 is cut when the ceramic 11 is sintered can be suppressed.
[0033]
For these reasons, the present invention limits the thickness of the metal foil heater wire to a range of 100 μm to 175 μm.
[0034]
In carrying out this invention, it goes without saying that the constituent elements of the invention, such as the shape and material of the heater plate and metal foil heater wire, and the heater wire pattern, can be appropriately modified without departing from the spirit of the invention. Yes.
[0035]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the heater plate made of sintered ceramics and the molybdenum or tungsten foil having a thickness of 100 μm to 175 μm are covered with the sintered ceramics. By providing a metal foil heater wire embedded in the heater plate , a sufficiently long metal foil heater wire can be embedded in the heater plate as compared with a ceramic heater using a conventional metal foil heater wire. . For this reason, the thermal uniformity of the heater plate is improved. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can avoid that the grain boundary crack which may arise in the surface layer of a heater wire at the time of sintering of ceramics reaches the whole cross section of a heater wire. For this reason, it is possible to suppress variation in the amount of heat generated due to breakage of the heater wire.
[0036]
According to the second aspect of the present invention, in the heater plate made of aluminum nitride, the heat uniformity of the heater plate can be improved, and variation in the amount of heat generated by the heater wire being broken can be suppressed.
According to the third aspect of the present invention, long metal foil heater wires can be laid out on the same plane in the heater plate, and the thermal uniformity can be further improved.
According to the invention described in claim 4, the temperature distribution in the radial direction of the heater plate can be made more uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a metal foil heater wire of a ceramic heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the ceramic heater taken along line F2-F2 in FIG.
FIG. 3 is a plan view schematically showing a part of a heater wire.
4 is a graph showing temperature distributions in the radial direction of the ceramic heater shown in FIG. 1 and a conventional ceramic heater, respectively.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a part of a ceramic heater using a metal foil heater wire having a thickness of 100 μm.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part of a ceramic heater using a metal foil heater wire having a thickness of 150 μm.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a conventional ceramic heater using a metal foil heater wire having a thickness of 25 μm.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a part of a conventional ceramic heater using a metal foil heater wire having a thickness of 50 μm.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ceramic heater 11 ... Ceramics 12 ... Heater plate 13 ... Metal foil heater wire 13a ... Inner part 13b ... Outer part

Claims

A heater plate made of sintered ceramics;
A metal foil heater wire embedded in the heater plate such that the metal foil is made of molybdenum metal foil or tungsten metal foil having a thickness of 100 μm to 175 μm, and the entire circumference of the metal foil is covered with the sintered ceramics;
A ceramic heater comprising:

The ceramic heater according to claim 1, wherein the heater plate is made of aluminum nitride.

The ceramic heater according to claim 1, wherein the metal foil heater wires are formed in a zigzag shape on the same plane.

The metal foil heater wire has an inner portion formed at a first pitch in the circumferential direction of the heater plate at a position near the center of the heater plate, and a circumferential direction of the heater plate at a position near the outer periphery of the heater plate. 4. The ceramic heater according to claim 3, further comprising an outer portion formed at a second pitch, wherein the second pitch is smaller than the first pitch.

The ceramic heater according to claim 1, wherein the metal foil heater wire has a surface layer that is carbonized by reacting with carbon in the ceramic.