JPH0732062B2 - セラミックヒータ及びその製造法 - Google Patents

セラミックヒータ及びその製造法

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JPH0732062B2
JPH0732062B2 JP2197820A JP19782090A JPH0732062B2 JP H0732062 B2 JPH0732062 B2 JP H0732062B2 JP 2197820 A JP2197820 A JP 2197820A JP 19782090 A JP19782090 A JP 19782090A JP H0732062 B2 JPH0732062 B2 JP H0732062B2
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JP
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refractory metal
heating element
ceramic heater
resistance heating
silicon nitride
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博明 阪井
真 古谷
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NGK Insulators Ltd
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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、タングステンまたはモリブデンからなる高融
点金属を、窒化珪素を主成分とする部材中に抵抗発熱体
として埋設した構造のセラミックヒータ及びその製造法
に関するものである。
(従来の技術) 従来、タングステン、モリブデン等の高融点金属を窒化
珪素を主成分とする部材中に埋設した窒化珪素部材とし
て数々の構造体が知られている。その一例として、タン
グステン等の発熱体を窒化珪素中に埋設した構造のセラ
ミックヒータが、各種の用途に使用されている。
特公昭63−51356号公報では、タングステンをヒータと
して埋設したセラミックヒータにおいて、タングステン
の表面に珪化物(WSi2)を2〜30μm形成することによ
り、昇温降温繰り返し試験時の抵抗の変化を改善する技
術が開示されている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、特公昭63−51356号公報に記載された技
術では、所定の厚さの珪化物層が必須であるが、珪化物
層の厚みが窒化珪素の焼成温度によって変化するため、
珪化物層の厚みの制御が困難となる問題があった。ま
た、珪化物層は脆く剥離し易く、セラミックヒータとし
ての信頼性が十分でない問題もなった。
本発明の目的は上述した課題を解消して、昇温降温繰り
返し試験時の抵抗の変化を改善でき、信頼性を高めるこ
とができるセラミックヒータ及びその製造法を提供しよ
うとするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明のセラミックヒータは、タングステンまたはモリ
ブデンからなる高融点金属を、窒化珪素を主成分とする
部材中に抵抗発熱体として埋設した構造のセラミックヒ
ータにおいて、前記抵抗発熱体を、この抵抗発熱体を形
成する高融点金属の高融点金属炭化物で被覆したことを
特徴とするものである。
本発明のセラミックヒータの製造法は、炭素を含有する
タングステンまたはモリブデンからなる高融点金属を、
窒化珪素成形体中に抵抗発熱体として埋設し、その後焼
成し、前記抵抗発熱体の表面に焼成中に少なくともこの
抵抗発熱体を形成する高融点金属の高融点金属炭化物を
生成させたことを特徴とするものである。
(作用) 上述した構成において、本発明では、従来のように高融
点金属を高融点金属珪化物で被覆するのではなく、高融
点炭化物で被覆することにより、すなわち抵抗発熱体
を、この抵抗発熱体を形成する高融点金属の高融点金属
炭化物で被覆することにより、信頼性の高いセラミック
ヒータを得ることが出来ることを見いだした。
これは、炭化物層は珪化物層よりも緻密であり、酸化に
対し安定な層となるため、タングステン等の窒化珪素中
に埋設される高融点金属の安定性に良い影響を与えてい
るためである。
また、厚みの制御の問題についても、炭化物層の場合は
珪化物層に比べて、高融点金属中の炭素量を予め決めて
おけば、生成する炭化物層の厚みを簡単に制御出来るこ
とを見いだした。
なお、本発明の製造法における高融点金属中の炭素の含
有量は、0.1wt%以下が好ましい。0.1wt%を越えると、
高融点金属が脆くなり、取り扱いが困難になるからであ
る。また高融点金属炭化物層の厚さは5〜50μmが好ま
しい。5μmより小さいと安定性改善に十分な効果がな
く、50μmを越えると炭化物層が脆いことから、発熱体
として用いる場合に断線し易いといった問題がある。
(実施例) 第1図(a),(b)は本発明のセラミックヒータの一
例の構成を示す横断面図及び縦断面図である。第1図
(a),(b)に示す実施例では、窒化珪素を主成分と
する部材1中にタングステンからなる高融点金属の抵抗
発熱体2を埋設し、この高融点金属の抵抗発熱体2に高
融点金属炭化物層3を被覆して、窒化珪素部材4を形成
した例を示している。
製造に当たっては、タングステンからなる高融点金属の
抵抗発熱体2中に炭素を含有するものを使用することが
重要であり、この高融点金属の抵抗発熱体2を窒化珪素
成形体の中に配置して焼成することにより、窒化珪素を
主成分とする部材1と高融点金属の抵抗発熱体2との間
に高融点金属炭化物層3を形成している。
なお、高融点金属の抵抗発熱体2に含有させる炭素は、
不純物としての炭素でもよいし、積極的に添加した炭素
でもよく、その合計量が生成する高融点酸化物層3の厚
さの制御に影響する。第2図は、本発明の窒化珪素部材
の一例としての窒化珪素セラミックヒータを、熱CVD装
置に取り付けた状態を示す断面図である。第2図におい
て、26は半導体製造用CVDに使用される容器、60はその
内部のケース6に取り付けられたウェハー加熱用の盤上
のセラミックヒータであり、ウェハー加熱面30の大きさ
は4〜8インチとしてウェハーを設置可能なサイズとし
ておく。
容器26の内部にはガス供給孔19から熱CVD用のガスが供
給され、吸引孔20から真空ポンプにより内部の空気が排
出される。円盤状セラミックヒータ60は、窒化珪素のよ
うな緻密でガスタイトな円盤状セラミック基体11の内部
にタングステン系等の抵抗発熱体12をスパイラル状に埋
設したもので、その中央部及び端部の電極部材14を介し
て外部から電力が供給され、円盤状セラミックヒータ60
を例えば1100℃程度に加熱することができる。16はケー
ス6の上面を覆う水冷ジャケット18付きのフランジであ
り、Oリング10により容器26の側面との間がシールさ
れ、容器26の天井面が構成されている。7はこのような
容器26のフランジ16の壁面を貫通して容器26の内部へと
挿入された中空シースであり、セラミックヒータ60に接
合されている。中空シース7の内部に、ステンレスシー
ス付きの熱電対8が挿入されている。中空シース7と容
器26のフランジ16との間にはOリングを設け、大気の侵
入を防止している。
円盤状セラミック基体11の材質としては、窒化珪素、サ
イアロン、窒化アルミニウム等が好ましく、窒化珪素や
サイアロンが耐熱衝撃性の点で更に好ましい。抵抗発熱
体12としては、高融点であり、しかも窒化珪素等との密
着性に優れたタングステン、モリブデン等の高融点金属
を使用することが適当である。ウェハー加熱面30は平滑
面とすることが好ましく、特にウェハー加熱面30にウェ
ハーが直接セットされる場合には、平面度を500μm以
下としてウェハーの裏面へのデポジション用ガスの侵入
を防止する必要がある。
以下、実際の例について説明する。
実施例1 窒化珪素原料に第1表に示される焼結助剤を添加し、振
動ミルにより粉砕、混合した。混合物をスプレードライ
ヤを用いて乾燥、造粒した。得られた顆粒状粉末中に、
第1表に示すC量を含有するW線を埋め込み成形した。
W線は直径が0.4mmであり、不純物としてCを各種含む
ものを用いた。成形後、ホットプレスを用い第1表に示
される条件で焼結した。焼結体について、W線への通電
により、室温より1000℃まで10秒で加熱し、30秒保持
後、通電を停止して30秒冷却し、再び通電して1000℃ま
で加熱するという加熱、冷却を繰り返し、W線の抵抗値
の変化を検討した。結果を第1表に示す。
実施例2 実施例1において、発熱体としてWの代わりに直径が0.
5mmのMoを用い、実施例1と同様の方法で焼結体を作製
し、試験した。
第1表、第2表の結果から、厚さ5μm以上のW2C又はM
o2Cからなる高融点金属炭化物層を有する試料が最も昇
温降温後の抵抗値変化が小さく、良好な抵抗安定性を有
し、高融点金属炭化物層の厚みが5μm未満のものがこ
れに次ぎ、高融点金属炭化物層がない試料ではW線、Mo
線が断線することが解った。
また、W2C,Mo2Cの厚さも炭素量と焼結温度を変えること
により、容易に制御できることもわかった。
第3図は、窒化珪素焼結体に埋設されたタングステン金
属ヒータ線の断面の結晶構造を示すSEM写真である。第
3図に示した分析位置についてX線マイクロアナライザ
により線分析を行った結果を示す第4図から明らかなよ
うに、W線とWSi2層との間にW2C層が形成されている。
また、第5図はW線表面近傍の結晶構造を高倍率で示す
SEM写真である。第5図からわかるように、WSi2層には
多数のクラックが観察されるのに対し、W2C層には観察
されない。
(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、抵抗発熱体を、この抵
抗発熱体を形成する高融点金属の高融点金属炭化物で被
覆することにより、抵抗性が良好で信頼性も高い安定し
たセラミックヒータを得ることができ、またそのための
製造法として、炭素を含有する高融点金属を窒化珪素中
に埋め込み焼成すれば、上記セラミックヒータを簡単に
製造することができる。
また、本発明のセラミックヒータは、高温で腐食性ガス
を使用する装置、特に半導体製造装置において、従来の
金属ヒータの場合のような熱効率の悪化は生じない。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は本発明のセラミックヒータの一
例の構成を示す横断面図及び縦断面図、 第2図は、本発明のセラミックヒータの一例としての窒
化珪素セラミックヒータを、熱CVD装置に取り付けた状
態を示す断面図、 第3図は窒化珪素焼結体に埋設されたタングステン金属
ヒータ線の断面の結晶構造を示すSEM写真、 第4図は、第3図に示した分析位置についてX線マイク
ロアナライザにより線分析を行った結果を示す図、 第5図はW線表面近傍の結晶構造を高倍率で示すSEM写
真である。 1……部材 2……抵抗発熱体 3……高融点金属炭化物層 4……窒化珪素部材 11……円盤状セラミック基体 12……抵抗発熱体 14……電極部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05B 3/20 356

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タングステンまたはモリブデンからなる高
    融点金属を、窒化珪素を主成分とする部材中に抵抗発熱
    体として埋設した構造のセラミックヒータにおいて、前
    記抵抗発熱体を、この抵抗発熱体を形成する高融点金属
    の高融点金属炭化物で被覆したことを特徴とするセラミ
    ックヒータ。
  2. 【請求項2】炭素を含有するタングステンまたはモリブ
    デンからなる高融点金属を、窒化珪素成形体中に抵抗発
    熱体として埋設し、その後焼成し、前記抵抗発熱体の表
    面に焼成中に少なくともこの抵抗発熱体を形成する高融
    点金属の高融点金属炭化物を生成させたことを特徴とす
    るセラミックヒータの製造法。
JP2197820A 1990-07-27 1990-07-27 セラミックヒータ及びその製造法 Expired - Lifetime JPH0732062B2 (ja)

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