JPH05275434A

JPH05275434A - 半導体加熱用セラミックスヒーター及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05275434A
Application number: JP6615792A
Authority: JP
Inventors: Junji Sakon; 淳司左近; Ryusuke Ushigoe; 隆介牛越; Yusuke Arai; 裕介新居
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-10-22
Anticipated expiration: 2015-02-21
Also published as: JP3011528B2

Abstract

(57)【要約】【目的】緻密質セラミックスからなる基体の内部に抵
抗発熱体を一体に埋設した半導体加熱用セラミックスヒ
ーターにおいて、セラミックスヒーターの均熱性と品質
の安定性とを確保し、製品毎のバラツキを抑え、生産性
を上げ、かつ盤状等の基体を薄くできるようにすること
である。【構成】緻密質セラミックスからなる例えば円盤状の
基体９Ａの内部に、抵抗発熱体２を一体に埋設する。抵
抗発熱体２は、高融点金属からなる金属箔によって形成
されている。この製造工程においては、抵抗発熱体を上
記金属箔によって形成し、抵抗発熱体をセラミックス粉
体中に埋設し、次いでセラミックス粉体を一軸加圧成形
して成形体を作製する。そして、成形体をホットプレス
焼結等するか、コールドアイソスタティックプレス成形
後に常圧焼結等する。

Description

【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、半導体加熱用セラ
ミックスヒーター及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置における熱源とし
ては、いわゆるステンレスヒーターや、間接加熱方式の
ものが一般的であった。しかし、これらの熱源を用いる
と、ハロゲン系腐蝕性ガスの作用によってパーティクル
が発生したり、熱効率が悪いといった問題があった。こ
うした問題を解決するため、本発明者は、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提案し
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】しかも、抵抗発熱体であるワイヤーは、ホ
ットプレス時にかかる剪断力によって断線し易い。これ
を防止するには、抵抗発熱体、円盤状成形体にかなりの
剛性を与える必要があった。このため、線状の抵抗発熱
体の線径、円盤状成形体の厚さをある程度大きくする必
要がある。こうした制限から、ヒーターの肉厚を小さく
してその熱容量を下げ、また発熱量を大きくすることが
できず、表面温度変化に対する応答が遅く、また昇温速
度が遅いため、この点で半導体の生産性を上げることが
できなかった。

【０００６】本発明の課題は、セラミックスヒーターの
均熱性と品質の安定性とを確保し、その生産性を上げ、
かつ基体を薄型化してヒーターの応答性を向上させるこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、緻密質セラミ
ックスからなる基体と、この基体の内部に一体に埋設さ
れた抵抗発熱体とを備えた半導体加熱用セラミックスヒ
ーターにおいて、前記抵抗発熱体が、高融点金属からな
る金属箔によって形成されていることを特徴とする、半
導体加熱用セラミックスヒーターに係るものである。

【０００８】また、本発明は、高融点金属からなる金属
箔によって形成された抵抗発熱体をセラミックス粉体中
に埋設し、次いでセラミックス粉体を一軸加圧成形して
成形体を作製し、この成形体を焼結させることを特徴と
する、半導体加熱用セラミックスヒーターの製造方法に
係るものである。

【０００９】また、本発明は、高融点金属からなる金属
箔を、金属箔の主表面に対してほぼ垂直の方向へと延ば
して所定パターンの抵抗発熱体を作製し、この抵抗発熱
体をセラミックス粉体中に埋設し、次いで前記金属箔の
主表面に対してほぼ平行の方向に向って前記セラミック
ス粉体を一軸加圧成形して成形体を作製し、この成形体
をコールドアイソスタティックプレス法によって加圧成
形し、次いで焼結させることを特徴とする、半導体加熱
用セラミックスヒーターの製造方法に係るものである。
成形体の焼結方法としては、常圧焼結、ホットプレス法
による焼結、常圧焼結後にホットアイソスタティックプ
レス焼結する方法がある。

【００１０】

【実施例】（実施例１）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抵抗発熱体２を製造する。抵抗
発熱体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。

【００１１】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。

【００１２】図２(a) 〜 (d)は、円盤状成形体の作製手
順を模式的に示す断面図である。まず、下型５Ａの上
（枠６の内側）にセラミックス粉体を充填し、一旦プレ
ス成形して予備成形体７を得る。次いで、予備成形体７
の上に抵抗発熱体２を設置し、この際端子３が抵抗発熱
体２の上にくるようにする。抵抗発熱体２の上にセラミ
ックス粉体８を充填する。次いで、図２(c) に示すよう
に、上型５Ｂと下型５Ａとでセラミックス粉体を一軸加
圧成形し、円盤状成形体９を得る。次いで、図２(d) に
示すように、下型５Ａを上昇させて円盤状成形体９を取
り出す。

【００１３】次いで、円盤状成形体９を焼結してセラミ
ックスを緻密化させ、円盤状基体とする。この円盤状基
体の背面側を研削加工し、図３に示すようなセラミック
スヒーターを得る。図３においては、円盤状基体９Ａの
内部に抵抗発熱体２が埋設され、一対の端子３が、背面
９ａ側に露出している。円盤状成形体９は、常圧焼結す
るか、ホットプレス法で焼結するか、常圧で予備焼結さ
せた後にホットアイソスタティックプレス法で焼結させ
ることが好ましい。

【００１４】本実施例においては、金属箔からなる抵抗
発熱体を用いており、かつ抵抗発熱体２がほぼ同一平面
内にある。このため、抵抗発熱体の型崩れという問題が
ほとんどなく、運搬、予備成形体７上への設置を短時間
に行えるので、生産性が大きく向上する。また、ワイヤ
ーの場合と異なり、平面的形状が定まっているので、ア
ニール処理も不要である。しかも、常圧焼結、ホットプ
レス焼結又はＨＩＰ焼結した場合も、抵抗発熱体２の平
面形状が定まっていることから、抵抗発熱体の変形や位
置ズレがほとんどなくなった。従って、セラミックスヒ
ーターの均熱性が向上し、製品の品質が安定する。

【００１５】しかも、抵抗発熱体が薄いので、円盤状成
形体９の肉厚を小さくしても、容易に一軸加圧成形でき
る。従って、円盤状基体９Ａを従来よりも薄くし、温度
の上昇、下降についての応答を速くすることができる。

【００１６】円盤状基体９Ａ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。抵抗発熱体２を構成す
る高融点金属としては、タングステン等が好ましい。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。

【００１７】前述の手順に従い、図１〜図３に示すよう
にして円盤状セラミックスヒーターを製造した。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、その影響を調べた。抵抗発熱体２は、サンドブ
ラスト加工により形成した。円盤状基体９Ａは、窒化物
セラミックスで形成した。サンドブラストによる加工
は、金属箔１の厚さが25μｍ、50μｍのときが最も行い
易かった。また、抵抗発熱体２の厚さが25μｍ以上の場
合に、最も扱い易かった。また、いずれの場合も、ホッ
トプレスによる抵抗発熱体の変形は見られなかった。ま
た、抵抗発熱体２の厚さが15μｍ、25μｍ、50μｍの場
合が、円盤状セラミックスヒーターの表面温度のバラツ
キが最も少なかった。

【００１８】（実施例２）まず、図４に示すような、緻
密質の高融点金属からなる細長い金属箔11を用意する。
本例では、金属箔11は直線状に成形されており、これを
図４に示すように巻いてある。そして、金属箔11を所定
パターンに従って成形し、例えば図５に示すような平面
形状の抵抗発熱体12を作製する。抵抗発熱体12は、金属
箔の主表面に対してほぼ垂直の方向へと延び、平面的パ
ターンを形成している。

【００１９】抵抗発熱体12の両端には、例えば図６に示
すような端子を固定する。本例では、円柱状端子13の下
部に円形貫通孔13ａを開け、かつ、この円形貫通孔13ａ
と直交するように、雌ネジ13ｂを設ける。そして、図６
(b) に示すように、抵抗発熱体12の末端を円形貫通孔13
ａに通し、ボルト14の雄ネジ14ａを雌ネジ13ｂに螺合さ
せ、ボルト14の先端で抵抗発熱体12の末端を押しつぶ
し、係止する。

【００２０】次いで、図７(a) 〜 (c)に示すように一軸
加圧成形する。即ち、予備成形体７の上に抵抗発熱体12
を設置し、この際端子13が抵抗発熱体12の上にくるよう
にする。抵抗発熱体12の上にセラミックス粉体８を充填
する。次いで、図７(b) に示すように、上型５Ｂと下型
５Ａとでセラミックス粉体を一軸加圧成形し、円盤状成
形体９を得る。この際、金属箔の主表面に対してほぼ平
行の方向に向ってセラミックス粉体が圧縮される。次い
で、図７(c) に示すように、下型５Ａを上昇させて円盤
状成形体９を取り出す。

【００２１】この後、二通りの焼結方法がある。第一の
方法では、円盤状成形体９を常圧焼結するか、ホットプ
レス焼結するか、又は常圧で予備焼結した後にＨＩＰ焼
結してセラミックスを緻密化させ、円盤状基体とする。
この円盤状基体の背面側を研削加工し、図８に示すよう
なセラミックスヒーターを得る。図８においては、円盤
状基体９Ａの内部に抵抗発熱体12が埋設され、一対の端
子13が、背面９ａ側に露出している。第二の方法では、
円盤状成形体９をコールドアイソスタティックプレスで
緻密に成形し、この成形体を焼結する。この焼結方法と
しては、上記した各焼結方法を用いうる。

【００２２】本実施例においても、抵抗発熱体12の運
搬、設置は比較的容易であり、従来よりも生産性が向上
する。また、成形体内部における位置ズレや変形が少な
く、従来よりも円盤状セラミックスヒーターの均熱性、
製品品質が安定する。また、ワイヤーを巻回させてコイ
ル状の抵抗発熱体を形成する場合とくらべて、抵抗発熱
体の形状が安定していることから、円盤状成形体９を薄
くできる。

【００２３】しかも、本実施例では、円盤状成形体９を
コールドアイソスタティックプレス成形することができ
る。即ち、抵抗発熱体12が、円盤状成形体９の中心へと
向って径方向に均一に収縮しうるので、コールドアイソ
スタティックプレス（ＣＩＰ）によって円盤状成形体９
の表面に等方的に圧力をかけても、成形が可能なのであ
る。例えばコイル状の抵抗発熱体を用いる場合は、径方
向に圧力をかけると抵抗発熱体が反発するので、ＣＩＰ
成形は困難であった。

【００２４】このように、ＣＩＰ成形を採用できること
から、従来よりも緻密で高密度の成形体が得られるの
で、円盤状基体９Ａのセラミックスとしての特性が向上
する。しかも、ＣＩＰ成形後に常圧焼結することもでき
る。この場合には、ホットプレス焼結が不要になる。従
って、ホットプレス焼結の場合よりも、多数の製品を一
度に常圧焼結できるので、著しく生産性が向上する。も
っとも、この点を度外視すれば、ホットプレス焼結やホ
ットアイソスタティックプレス焼結も利用することがで
きる。

【００２５】本発明においては、盤状基体の平面的形状
を種々変更できる。また、二体以上の抵抗発熱体を一基
の盤状基体の内部に埋設し、２ゾーン加熱等することが
できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、セラミックスヒーター
において、緻密質の高融点金属からなる金属箔によって
形成された抵抗発熱体を、基体の内部に一体に埋設して
いる。従って、抵抗発熱体の型崩れという問題がほとん
どなく、運搬、予備成形体上への設置を短時間に行える
ので、生産性が大きく向上する。また、成形、焼結段階
において、抵抗発熱体の変形や位置ズレがほとんどなく
なり、セラミックスヒーターの均熱性が向上し、製品の
品質が安定する。しかも、抵抗発熱体を薄くでき、かつ
抵抗発熱体の形状が安定していることから、成形体の肉
厚を小さくしても、容易に一軸加圧成形できる。従っ
て、基体を従来よりも薄くし、温度の上昇、下降につい
ての応答を速くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は金属箔１の斜視図、(b) は抵抗発熱体２
の平面図、(c) は抵抗発熱体２の末端に端子３を取り付
ける直前の状態を示す斜視図である。

【図２】(a), (b), (c) 及び(d) は、円盤状成形体９の
各製造工程を模式的に示す断面図である。

【図３】円盤状セラミックスヒーターを示す斜視図であ
る。

【図４】金属箔11を示す斜視図である。

【図５】抵抗発熱体12を示す平面図である。

【図６】(a) は端子13及びボルト14の正面図、(b) は、
抵抗発熱体12の末端に端子13を取り付けた状態を示す斜
視図である。

【図７】(a), (b)及び(c) は、円盤状成形体９の各製造
工程を模式的に示す断面図である。

【図８】円盤状セラミックスヒーターを示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１, 11 金属箔２, 12 抵抗発熱体３, 13 円柱状の端子７予備成形体８セラミックス粉体９円盤状成形体９Ａ円盤状基体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】緻密質セラミックスからなる基体と、こ
の基体の内部に一体に埋設された抵抗発熱体とを備えた
半導体加熱用セラミックスヒーターにおいて、前記抵抗
発熱体が、高融点金属からなる金属箔によって形成され
ていることを特徴とする、半導体加熱用セラミックスヒ
ーター。
【請求項２】前記金属箔の厚さが25〜50μｍであるこ
とを特徴とする、請求項１記載の半導体加熱用セラミッ
クスヒーター。
【請求項３】高融点金属からなる金属箔によって形成
された抵抗発熱体をセラミックス粉体中に埋設し、次い
でセラミックス粉体を一軸加圧成形して成形体を作製
し、この成形体を焼結させることを特徴とする、半導体
加熱用セラミックスヒーターの製造方法。
【請求項４】高融点金属からなる金属箔を、金属箔の
主表面に対してほぼ垂直の方向へと延ばして所定パター
ンの抵抗発熱体を作製し、この抵抗発熱体をセラミック
ス粉体中に埋設し、次いで前記金属箔の主表面に対して
ほぼ平行の方向に向って前記セラミックス粉体を一軸加
圧成形して成形体を作製し、この成形体をコールドアイ
ソスタティックプレス法によって加圧成形し、次いで焼
結させることを特徴とする、半導体加熱用セラミックス
ヒーターの製造方法。