JPH06140132A - 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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JPH06140132A
JPH06140132A JP31290292A JP31290292A JPH06140132A JP H06140132 A JPH06140132 A JP H06140132A JP 31290292 A JP31290292 A JP 31290292A JP 31290292 A JP31290292 A JP 31290292A JP H06140132 A JPH06140132 A JP H06140132A
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JP
Japan
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layer
ceramic heater
coating layer
heat generating
thermal expansion
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Pending
Application number
JP31290292A
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English (en)
Inventor
Atsuo Kawada
敦雄 川田
Kazuto Hirata
和人 平田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 本発明は常温から 1,300℃という昇温、降温
をくり返す試験におい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いので長寿命であり、かつ
高純度であることから半導体ウエハ加熱用などに好適と
される複層セラミックスヒーターの提供を目的とするも
のである。 【構成】 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複層セラミック
スヒーターにおいて、該被覆層と該支持基材との熱膨張
係数の差および該被覆層と該発熱層との熱膨張係数との
差をともに1×10-6/℃以下としてなることを特徴とす
るものである。

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 III・V族化合物半導体ウエハ加熱用に好適
とされる複層セラミックスヒーターに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、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、絶縁用被覆層と発
熱体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、支持部と発熱
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、欠点を解決した複層セラミックスヒーターに関する
もので、これ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
設けてなる複層セラミックスヒーターにおいて、該被覆
層と該支持部材との熱膨張係数の差および該被覆層と該
発熱層との熱膨張係数の差をともに1×10-6/℃以下と
してなることを特徴とするものである。
【0005】すなわち、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、これについては電気絶縁
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、この被覆層と支持基材および被覆
層と発熱層の熱膨張係数の差を1×10-6/℃以下とする
と、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、このものを半導体プロセスに使用するときの電気
絶縁性セラミックス部材、導電性セラミックスの種類、
この熱膨張係数のコントロール方法などについての研究
を進めて本発明を完成させた。
【0006】
【作用】本発明は複層セラミックスヒーターに関するも
のであり、これ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
設けてなる複層セラミックスヒーターにおいて、該被覆
層と該支持部材および該被覆層と該発熱層との熱膨張係
数の差を1×10-6/℃以下としてなることを特徴とする
ものであるが、これによれば支持部材と発熱層、発熱層
と被覆層との剥離がなくなるのでこのヒーターは寿命の
長いものになるという有利性が与えられる。
【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
1,300℃までの昇温、降温をくり返しているとこの温度
の変化によって接合部に熱応力が発生し、これによって
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、この被覆層
と支持基材および被覆層と発熱層との間の熱膨張係数の
差を1×10-6/℃以下とすると、両者の熱膨張の差によ
り発生する接合部の熱応力がその接合強度より小さいも
のとなるので、この接合部での剥離がなくなるという効
果が与えられ、したがってこれによればこの複層セラミ
ックスヒーターを常法により常温から 1,300℃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
有利性が与えられる。
【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
特に半導体プロセスへの使用を目的とするものであり、
この半導体プロセスには III、IV族化合物半導体も含ま
れることから、これはそれとは同族化合物である窒化ほ
う素からなるものとすることがよいが、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、このようにして得られた熱分解窒
化ほう素は熱膨張係数が2〜4×10-6/℃のものとな
る。
【0010】また、ここに使用される発熱層は導電性セ
ラミックスからなるものとされるが、これは支持基材と
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からなるものとすればよく、
このもの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、このようにして得られた熱分解グラファイ
トは熱膨張係数が1〜3×10-6/℃のものとなる。
【0011】なお、ここに使用される被覆層は電気絶縁
性セラミックスからなるものとされるが、これは支持基
材と同じものとしてもよく、したがってこれが窒化ほう
素、窒化けい素であるときには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が、これは窒化けい
素でもよく、この窒化けい素は熱膨張係数が2〜4×10
-6/℃のものとなる。
【0012】このようにして作られた支持基材、発熱層
および被覆層の熱膨張係数は上記したようなものとなる
が、これの被覆層と支持基材、被覆層と発熱層との熱膨
張係数の差が1×10-6/℃のものとすることが必要とさ
れるので、これらはそれを製造するときの温度、眞空度
などを調整してその熱膨張係数の差が1×10-6/℃以下
となるようにすればよい。
【0013】なお、このようにして作られた複層セラミ
ックスヒーターはその被覆層と支持基材、被覆層と発熱
層との熱膨張係数の差が1×10-6/℃以下とされている
ので、この発熱層と被覆層が支持基材から剥離すること
がなくなり、したがって寿命の長いものとなるけれど
も、このものはこれを III、V族化合物半導体などの加
熱プロセスに使用してもこれがIV族元素で汚染されるこ
とはないし、この窒化ほう素、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という有利性が与
えられる。
【0014】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例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、この表面上でメタンガスを 1,8
00℃、5トールの条件下で熱分解してこの上に厚さ10μ
mの熱分解グラファイト層を形成したのち、これにヒー
ターパターンを加工して発熱層とした。
【0015】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ったところ、この
被覆層と支持基材、被覆層と発熱層との熱膨張係数の差
は1×10-6/℃となったので、このものを室温から1,30
0 ℃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。
【0016】実施例2 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
う素円板を作り、ついでこの支持基材の上でメタンガス
を 2,000℃、5トールで熱分解して、この支持部材の上
に厚さ10μmの熱分解グラファイト層を設け、これにヒ
ーターパターンを加工してこれを発熱層とした。
【0017】つぎにこの発熱層の上でアンモニアと三塩
化ほう素とを 1,900℃、10トールで反応させてこの上に
厚さ50μmの窒化ほう素被覆を施して複層セラミックス
ヒーターを作ったところ、このものは被覆層と支持基材
との熱膨張係数の差が 0.1×10-6/℃であり、被覆層と
発熱層との熱膨張係数の差が 0.4×10-6/℃であったの
で、これを室温から 1,300℃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
との接合部で剥離は発生しなかった。
【0018】比較例 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
う素円板を作り、ついでこの円板上でメタンガスを 2,0
00℃、5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、これにヒーターパターン
を加工して発熱層を作った。
【0019】つぎにこの発熱層にこの上でアンモニアと
三塩化ほう素とを 1,800℃、5トールの条件下で反応さ
せて、ここに厚さ 100μmの窒化ほう素被覆層を形成さ
せて複層セラミックスヒーターを作ったところ、このも
のは被覆層と支持基材との熱膨張係数の差が、1.2 ×10
-6/℃であり、被覆層と発熱層との熱膨張係数の差が2
×10-6/℃であることから、これについて実施例1と同
様に試験したところ、このものは15回の昇温、降温のく
り返しで支持基材と発熱層、発熱層と被覆層との間の接
合部で剥離が発生した。
【0020】
【発明の効果】本発明は複層セラミックスヒーターに関
するものであり、これは前記したように電気絶縁性セラ
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複層セラミックスヒー
ターにおいて、該被覆層と該支持部材および該被覆層と
該発熱層との熱膨張係数の差をともに1×10-6/℃以下
としてなることを特徴とするものであるが、このものは
その被覆層と支持基材および被覆層と発熱層との熱膨張
係数の差が1×10-6/℃とされていて、両者の熱膨張係
数の差により発生する熱応力がその接合強度より小さい
ものとなるので、この複層セラミックスヒーターはこれ
を常温から 1,300℃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
性が与えられる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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
    てなる複層セラミックスヒーターにおいて、該被覆層と
    該支持基材との熱膨張係数の差および該被覆層と該発熱
    層との熱膨張係数の差をともに1×10-6/℃以下として
    なることを特徴とする複層セラミックスヒーター。
  2. 【請求項2】該支持基材と該被覆層が窒化ほう素であ
    り、該発熱層がグラファイトである請求項1に記載した
    複層セラミックスヒーター。
  3. 【請求項3】複層セラミックスヒーターが化学気相蒸着
    法で製造される請求項1に記載した複層セラミックスヒ
    ーター。
JP31290292A 1992-10-28 1992-10-28 複層セラミックスヒーター Pending JPH06140132A (ja)

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