JPH11251038A - セラミックスヒータ - Google Patents
セラミックスヒータInfo
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- JPH11251038A JPH11251038A JP10051989A JP5198998A JPH11251038A JP H11251038 A JPH11251038 A JP H11251038A JP 10051989 A JP10051989 A JP 10051989A JP 5198998 A JP5198998 A JP 5198998A JP H11251038 A JPH11251038 A JP H11251038A
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- heater
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 接合部の気密性を向上させると共にその気
密性が長期にわたって確保され、反応チャンバ内を汚染
することがなく、さらに、ヒータエレメントが破断する
ことがない製品寿命の長いセラミックスヒータを提供す
ることを課題とする。 【解決手段】 アルミナ製基板とアルミナ製被覆板と
を備え、前記アルミナ製基板と前記アルミナ製被覆板と
のいずれかの接合面に凹溝を設け、該凹溝に、添加剤無
添加で焼結され、焼結密度が 2.8ｇ／ｃｍ3 以上、室温
での電気比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素焼結体から
なるヒータエレメントを装填し、該ヒータエレメントに
給電用電極の一端を接続させたセラミックスヒータであ
って、前記アルミナ製基板と前記アルミナ製被覆板と
は、ＳｉＯ2 を 75 重量％以上、Ｂ 2 Ｏ3 を 10 重量％
以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以下、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏ
とを合量で 5重量％以下を含むホウ珪酸アルミニウムを
主成分とするガラス質接合剤により、気密に接合されて
なるように構成する。
密性が長期にわたって確保され、反応チャンバ内を汚染
することがなく、さらに、ヒータエレメントが破断する
ことがない製品寿命の長いセラミックスヒータを提供す
ることを課題とする。 【解決手段】 アルミナ製基板とアルミナ製被覆板と
を備え、前記アルミナ製基板と前記アルミナ製被覆板と
のいずれかの接合面に凹溝を設け、該凹溝に、添加剤無
添加で焼結され、焼結密度が 2.8ｇ／ｃｍ3 以上、室温
での電気比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素焼結体から
なるヒータエレメントを装填し、該ヒータエレメントに
給電用電極の一端を接続させたセラミックスヒータであ
って、前記アルミナ製基板と前記アルミナ製被覆板と
は、ＳｉＯ2 を 75 重量％以上、Ｂ 2 Ｏ3 を 10 重量％
以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以下、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏ
とを合量で 5重量％以下を含むホウ珪酸アルミニウムを
主成分とするガラス質接合剤により、気密に接合されて
なるように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板等を加熱
するため反応チャンバ内に設置されるセラミックスヒー
タに関する。
するため反応チャンバ内に設置されるセラミックスヒー
タに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体基板等を加熱するため反応
チャンバ内に設置されるセラミックスヒータとしては、
表面に凹溝を設けたセラミックス製基板と、前記凹溝に
充填された導電性セラミックスのヒータエレメントと、
前記セラミックス製基板と前記ヒータエレメントの全領
域を覆い被加熱物を載置するセラミックス製被覆板と、
前記ヒータエレメントに一端が接続された少なくとも一
対の電極を少なくとも備えたものが知られている。
チャンバ内に設置されるセラミックスヒータとしては、
表面に凹溝を設けたセラミックス製基板と、前記凹溝に
充填された導電性セラミックスのヒータエレメントと、
前記セラミックス製基板と前記ヒータエレメントの全領
域を覆い被加熱物を載置するセラミックス製被覆板と、
前記ヒータエレメントに一端が接続された少なくとも一
対の電極を少なくとも備えたものが知られている。
【０００３】〔問題点〕このような従来のセラミックス
ヒータにあっては、セラミックス製基板とセラミックス
製被覆板とは各種の耐熱性接合剤を用いて接合されてい
るが、繰り返しの昇温、降温の熱負荷や、高温雰囲気に
長時間晒されるため、以下のような問題点が惹起してい
た。
ヒータにあっては、セラミックス製基板とセラミックス
製被覆板とは各種の耐熱性接合剤を用いて接合されてい
るが、繰り返しの昇温、降温の熱負荷や、高温雰囲気に
長時間晒されるため、以下のような問題点が惹起してい
た。
【０００４】 従来のセラミックスヒータは、接合部
に微細なクラックが入りやすく、気密性を長期にわたり
確保することができない。 導電性セラミックスを用いた従来のヒータエレメン
トにあっては、焼結助剤や導電性を付与するための添加
剤（以下、これらの添加剤を単に「添加剤」という）が
添加されているが、これらの添加剤が蒸発し、気密性が
失われた前記接合部を通じて反応チャンバ内に流入し、
半導体基板の汚染源となる。 導電性セラミックスを用いた従来のヒータエレメン
トは、添加剤が母材とは異種物質であるため、均一分散
化が困難であり、そのため局所的な異常発熱が起こりや
すく、この異常発熱により接合層の一部が溶融して前記
接合部にリークが生じて気密性が損なわれ、前記と同
様に前記添加物が半導体基板の汚染源となる。 導電性セラミックスを用いた従来のヒータエレメン
トは、高温強度が十分でないため、熱衝撃による変形、
破損が起こりやすい。
に微細なクラックが入りやすく、気密性を長期にわたり
確保することができない。 導電性セラミックスを用いた従来のヒータエレメン
トにあっては、焼結助剤や導電性を付与するための添加
剤（以下、これらの添加剤を単に「添加剤」という）が
添加されているが、これらの添加剤が蒸発し、気密性が
失われた前記接合部を通じて反応チャンバ内に流入し、
半導体基板の汚染源となる。 導電性セラミックスを用いた従来のヒータエレメン
トは、添加剤が母材とは異種物質であるため、均一分散
化が困難であり、そのため局所的な異常発熱が起こりや
すく、この異常発熱により接合層の一部が溶融して前記
接合部にリークが生じて気密性が損なわれ、前記と同
様に前記添加物が半導体基板の汚染源となる。 導電性セラミックスを用いた従来のヒータエレメン
トは、高温強度が十分でないため、熱衝撃による変形、
破損が起こりやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における問題点に鑑みて成されたものであり、その問題
点を解決するため具体的に設定された課題は、接合部の
気密性を向上させると共にその気密性が長期にわたって
確保されることにより、反応チャンバ内を汚染すること
がなく、また、接合部の気密性が損なわれたとしても反
応チャンバ内が汚染されることがなく、さらに、ヒータ
エレメントが破断することがない製品寿命の長いセラミ
ックスヒータを提供することにある。
における問題点に鑑みて成されたものであり、その問題
点を解決するため具体的に設定された課題は、接合部の
気密性を向上させると共にその気密性が長期にわたって
確保されることにより、反応チャンバ内を汚染すること
がなく、また、接合部の気密性が損なわれたとしても反
応チャンバ内が汚染されることがなく、さらに、ヒータ
エレメントが破断することがない製品寿命の長いセラミ
ックスヒータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
に係るセラミックスヒータは、アルミナ製基板と、この
アルミナ製基板の接合面の全領域を覆うアルミナ製被覆
板を備えるとともに、前記アルミナ製基板と前記アルミ
ナ製被覆板とのいずれかの接合面に凹溝を設け、この凹
溝に、添加剤無添加で焼結され、焼結密度が 2.8ｇ／ｃ
ｍ3 以上、室温での電気比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化
珪素焼結体からなるヒータエレメントを装填し、このヒ
ータエレメントに一端が接続された給電用電極を備えた
セラミックスヒータであって、前記アルミナ製基板と前
記アルミナ製被覆板とは、ＳｉＯ 2 を 75 重量％以上、
Ｂ2 Ｏ3 を 10 重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以
下、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏとを合量で 5重量％以下を含むホ
ウ珪酸アルミニウムを主成分とするガラス質接合剤によ
り、気密に接合されてなることを特徴とするものであ
る。
に係るセラミックスヒータは、アルミナ製基板と、この
アルミナ製基板の接合面の全領域を覆うアルミナ製被覆
板を備えるとともに、前記アルミナ製基板と前記アルミ
ナ製被覆板とのいずれかの接合面に凹溝を設け、この凹
溝に、添加剤無添加で焼結され、焼結密度が 2.8ｇ／ｃ
ｍ3 以上、室温での電気比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化
珪素焼結体からなるヒータエレメントを装填し、このヒ
ータエレメントに一端が接続された給電用電極を備えた
セラミックスヒータであって、前記アルミナ製基板と前
記アルミナ製被覆板とは、ＳｉＯ 2 を 75 重量％以上、
Ｂ2 Ｏ3 を 10 重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以
下、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏとを合量で 5重量％以下を含むホ
ウ珪酸アルミニウムを主成分とするガラス質接合剤によ
り、気密に接合されてなることを特徴とするものであ
る。
【０００７】また、請求項２に係るセラミックスヒータ
は、接合後の接合層の厚みが 20 〜180 μｍであること
を特徴とする。
は、接合後の接合層の厚みが 20 〜180 μｍであること
を特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。ただし、この実施の形態は、本発明をよ
り良く理解させるため具体的に説明するものであり、特
に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。
的に説明する。ただし、この実施の形態は、本発明をよ
り良く理解させるため具体的に説明するものであり、特
に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。
【０００９】図１に例示するように、セラミックスヒー
タ１は、表面に凹溝２が設けられたアルミナ製の基板３
と、添加剤が添加されることなく焼結され、所定の焼結
密度と電気比抵抗とを有する炭化珪素焼結体からなり、
凹溝２に装填されたヒータエレメント４と、基板３とヒ
ータエレメント４の全領域を覆い、被加熱物を載置する
アルミナ製の被覆板５と、ヒータエレメント４に一端が
接続され、耐熱性に優れたニッケルにより形成された電
極６と、被加熱物を載置する被覆板５の温度を測定する
熱電対７と、被覆板５内に埋設された静電チャック用電
極８とを備え、基板３と被覆板５との間に、接合後に所
定の厚みとなるガラス質接合剤の接合層９を設け、気密
に接合する。
タ１は、表面に凹溝２が設けられたアルミナ製の基板３
と、添加剤が添加されることなく焼結され、所定の焼結
密度と電気比抵抗とを有する炭化珪素焼結体からなり、
凹溝２に装填されたヒータエレメント４と、基板３とヒ
ータエレメント４の全領域を覆い、被加熱物を載置する
アルミナ製の被覆板５と、ヒータエレメント４に一端が
接続され、耐熱性に優れたニッケルにより形成された電
極６と、被加熱物を載置する被覆板５の温度を測定する
熱電対７と、被覆板５内に埋設された静電チャック用電
極８とを備え、基板３と被覆板５との間に、接合後に所
定の厚みとなるガラス質接合剤の接合層９を設け、気密
に接合する。
【００１０】基板３と被覆板５との間を接合するガラス
質接合剤は、ＳｉＯ2 を 75 重量％以上、Ｂ2 Ｏ3 を 1
0 重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以下、Ｎａ2 Ｏ
とＫ 2 Ｏとを合量で 5重量％以下を含むホウ珪酸アルミ
ニウムを主成分とするガラス質接合剤とする。そして、
ガラス質接合剤からなる接合層９は、接合後の厚みを 2
0 〜180 μｍとする。
質接合剤は、ＳｉＯ2 を 75 重量％以上、Ｂ2 Ｏ3 を 1
0 重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以下、Ｎａ2 Ｏ
とＫ 2 Ｏとを合量で 5重量％以下を含むホウ珪酸アルミ
ニウムを主成分とするガラス質接合剤とする。そして、
ガラス質接合剤からなる接合層９は、接合後の厚みを 2
0 〜180 μｍとする。
【００１１】特に、基板３と被覆板５との接合部の気密
性を大幅に向上させ、長期にわたって気密性を維持する
ためには、ＳｉＯ2 を 80 重量％、Ｂ2 Ｏ3 を 13 重量
％、Ａｌ2 Ｏ3 を 2重量％、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏとを合量
で 4重量％含むホウ珪酸アルミニウムを主成分とするガ
ラス質接合剤が望ましく、この場合に接合層９の接合後
の厚みが 120μｍであることが望ましい。
性を大幅に向上させ、長期にわたって気密性を維持する
ためには、ＳｉＯ2 を 80 重量％、Ｂ2 Ｏ3 を 13 重量
％、Ａｌ2 Ｏ3 を 2重量％、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏとを合量
で 4重量％含むホウ珪酸アルミニウムを主成分とするガ
ラス質接合剤が望ましく、この場合に接合層９の接合後
の厚みが 120μｍであることが望ましい。
【００１２】接合層９の厚みが 20 μｍ未満の場合は、
接合層９の端部におけるフィレットの形成が不十分であ
ることから、接合部の気密性を確保することができず、
また、接合強度も不足する。一方、接合層９の厚みが 1
80μｍ超の場合では、接合部の気密性および接合強度が
確保できるものの接合時の加熱処理により溶融したガラ
ス質接合剤が接合部の端部から流出してアルミナ製の基
板３と被覆板５とを平行に接合することができず、もっ
て製品歩留りが低下し、接合作業にも支障をきたす。
接合層９の端部におけるフィレットの形成が不十分であ
ることから、接合部の気密性を確保することができず、
また、接合強度も不足する。一方、接合層９の厚みが 1
80μｍ超の場合では、接合部の気密性および接合強度が
確保できるものの接合時の加熱処理により溶融したガラ
ス質接合剤が接合部の端部から流出してアルミナ製の基
板３と被覆板５とを平行に接合することができず、もっ
て製品歩留りが低下し、接合作業にも支障をきたす。
【００１３】このガラス質接合剤は、基板３や被覆板５
の原料であるアルミナとの濡れ性が良好であり、基板３
と被覆板５との接合強度を高め、優れた接合性を示す。
また、このガラス質接合剤のガラス軟化点は 600〜750
℃と高く、高温雰囲気に晒されても接合層９が劣化しな
い。
の原料であるアルミナとの濡れ性が良好であり、基板３
と被覆板５との接合強度を高め、優れた接合性を示す。
また、このガラス質接合剤のガラス軟化点は 600〜750
℃と高く、高温雰囲気に晒されても接合層９が劣化しな
い。
【００１４】さらに、このガラス質接合剤の熱膨張係数
が 5.0〜9.5 ×10-6／℃であり、基板３や被覆板５の熱
膨張係数（ 7.3〜7.8 ×10-6／℃）と一致もしくは近似
し、もって、繰り返しの昇温、降温の熱負荷時の熱応力
による接合層９の破損、すなわちクラックの発生を回避
することができ、接合層９の気密性を長期にわたって確
保することができるようになる。
が 5.0〜9.5 ×10-6／℃であり、基板３や被覆板５の熱
膨張係数（ 7.3〜7.8 ×10-6／℃）と一致もしくは近似
し、もって、繰り返しの昇温、降温の熱負荷時の熱応力
による接合層９の破損、すなわちクラックの発生を回避
することができ、接合層９の気密性を長期にわたって確
保することができるようになる。
【００１５】基板３と被覆板５との材料をアルミナとし
たのは、アルミナはセラミックス材料の中でも電気比抵
抗の温度依存性が小さく、高温度域まで良好な絶縁性を
維持することができ、ヒータエレメント４をサンドイッ
チ構造に挟持したセラミックスヒータを形成した場合
に、ヒータエレメント４同士の間や、ヒータエレメント
４と被覆板５の上に載置されたウエハとの間で、電流が
リークしてショートするようなことが起こらないからで
あり、また、アルミナは生産性に優れているからであ
る。
たのは、アルミナはセラミックス材料の中でも電気比抵
抗の温度依存性が小さく、高温度域まで良好な絶縁性を
維持することができ、ヒータエレメント４をサンドイッ
チ構造に挟持したセラミックスヒータを形成した場合
に、ヒータエレメント４同士の間や、ヒータエレメント
４と被覆板５の上に載置されたウエハとの間で、電流が
リークしてショートするようなことが起こらないからで
あり、また、アルミナは生産性に優れているからであ
る。
【００１６】次に、ヒータエレメント４としては、添加
剤を無添加の状態で焼結し、焼結密度が 2.8ｇ／ｃｍ3
以上、室温での電気比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素
焼結体からなるものを用いる。
剤を無添加の状態で焼結し、焼結密度が 2.8ｇ／ｃｍ3
以上、室温での電気比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素
焼結体からなるものを用いる。
【００１７】このヒータエレメント４は、添加剤が無添
加すなわち異種物質を添加することなく焼結された炭化
珪素焼結体により形成したものであるから、均質であ
り、その結果として局所的な異常発熱を生じることがな
く、接合層９の一部が溶融して漏れを生じるような不測
の事態を防止でき、接合層９の気密性を強固に確保する
ことができる。
加すなわち異種物質を添加することなく焼結された炭化
珪素焼結体により形成したものであるから、均質であ
り、その結果として局所的な異常発熱を生じることがな
く、接合層９の一部が溶融して漏れを生じるような不測
の事態を防止でき、接合層９の気密性を強固に確保する
ことができる。
【００１８】また、添加剤が無添加であることから極め
て高純度な焼結体であり、かつ、焼結密度が 2.8ｇ／ｃ
ｍ3 以上の高密度な焼結体であることから、接合部に漏
れが生じて気密性が損なわれたとしても、ヒータエレメ
ント４からの添加剤すなわち不純物の蒸発はなく、反応
チャンバ内が汚染されることがない。さらに、高温高強
度にも優れていることから熱衝撃によるヒータエレメン
ト４の変形や断線がなく、さらに、室温での電気比抵抗
値が１Ω・ｃｍ以下という低い値であり、かつ、温度に
よる電気比抵抗値の変化が少ないので、ヒータ表面温度
を一定に保持するための電流制御がし易いといった利点
を有する。
て高純度な焼結体であり、かつ、焼結密度が 2.8ｇ／ｃ
ｍ3 以上の高密度な焼結体であることから、接合部に漏
れが生じて気密性が損なわれたとしても、ヒータエレメ
ント４からの添加剤すなわち不純物の蒸発はなく、反応
チャンバ内が汚染されることがない。さらに、高温高強
度にも優れていることから熱衝撃によるヒータエレメン
ト４の変形や断線がなく、さらに、室温での電気比抵抗
値が１Ω・ｃｍ以下という低い値であり、かつ、温度に
よる電気比抵抗値の変化が少ないので、ヒータ表面温度
を一定に保持するための電流制御がし易いといった利点
を有する。
【００１９】このような炭化珪素焼結体からなるヒータ
エレメント４を製造するには、例えば、特開平 4− 653
61号公報に記載されている概略下記のいずれかの方法
，で製造することができる。
エレメント４を製造するには、例えば、特開平 4− 653
61号公報に記載されている概略下記のいずれかの方法
，で製造することができる。
【００２０】 第１の方法 平均粒子径が 0.1〜 10 μｍの第１の炭化珪素粉末と、
非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロ
ゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反
応系の圧力を１気圧未満から 0.1torrの範囲で制御しつ
つ気相反応させることによって合成された平均粒子径が
0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末とを混合し、これを
加熱し焼結することによって炭化珪素焼結体を得る。こ
の焼結体を所望のパターンにしたがって放電加工により
加工してヒータエレメントとする。
非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロ
ゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反
応系の圧力を１気圧未満から 0.1torrの範囲で制御しつ
つ気相反応させることによって合成された平均粒子径が
0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末とを混合し、これを
加熱し焼結することによって炭化珪素焼結体を得る。こ
の焼結体を所望のパターンにしたがって放電加工により
加工してヒータエレメントとする。
【００２１】 第２の方法 非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロ
ゲン化珪素と炭化珪素とからなる原料ガスを導入し、反
応系の圧力を１気圧未満から 0.1torrの範囲で制御しつ
つ気相反応させることによって合成された平均粒子径が
0.1μｍ以下である炭化珪素粉末を加熱し、焼結するこ
とによって炭化珪素焼結体を得る。この焼結体を所望の
パターンにしたがって放電加工により加工してヒータエ
レメントとする。
ゲン化珪素と炭化珪素とからなる原料ガスを導入し、反
応系の圧力を１気圧未満から 0.1torrの範囲で制御しつ
つ気相反応させることによって合成された平均粒子径が
0.1μｍ以下である炭化珪素粉末を加熱し、焼結するこ
とによって炭化珪素焼結体を得る。この焼結体を所望の
パターンにしたがって放電加工により加工してヒータエ
レメントとする。
【００２２】このヒータエレメント４を使用してセラミ
ックスヒータ１を製造するには、例えば、次のようにし
て製造する。 (1) 基板、被覆板の成形 表面に凹溝２を有する基板３は、例えば、表面に凸部が
形成された金型を焼結前のアルミナ成形体板にプレス押
圧し、焼結して形成する。焼結温度等の焼結条件は従来
法に従えば良い。被覆板５も従来法にしたがって形成す
る。
ックスヒータ１を製造するには、例えば、次のようにし
て製造する。 (1) 基板、被覆板の成形 表面に凹溝２を有する基板３は、例えば、表面に凸部が
形成された金型を焼結前のアルミナ成形体板にプレス押
圧し、焼結して形成する。焼結温度等の焼結条件は従来
法に従えば良い。被覆板５も従来法にしたがって形成す
る。
【００２３】(2) ヒータエレメント装填 前記製造方法，にしたがって製造されたヒータエレ
メント４を基板３に形成されている凹溝２に装填する。 (3) 接合剤の調整 ガラス質接合剤は所定量比に秤量した原料粉末を湿式混
合粉砕し、乾燥、仮焼し、電気炉中で溶融した後、急冷
してガラス化したものを 325メッシュアンダー程度まで
微粉砕することにより得る。この微粉砕されたガラス質
接合剤をスクリーンオイルと混合してペースト化する。
メント４を基板３に形成されている凹溝２に装填する。 (3) 接合剤の調整 ガラス質接合剤は所定量比に秤量した原料粉末を湿式混
合粉砕し、乾燥、仮焼し、電気炉中で溶融した後、急冷
してガラス化したものを 325メッシュアンダー程度まで
微粉砕することにより得る。この微粉砕されたガラス質
接合剤をスクリーンオイルと混合してペースト化する。
【００２４】(4) 接合剤の塗布 ペースト状ガラス質接合剤をヒータエレメント４が装填
された状態の基板３と被覆板５とのそれぞれの接合面に
塗布し、乾燥する。 (5) 基板と被覆板との接合 基板３と被覆板５とのガラス質接合剤が塗布された面を
突き合わせ、ヒータエレメント４を凹溝２に装填した状
態で挟持するように基板３と被覆板５とを積層し、電気
炉中で加熱してガラス質接合剤を溶融し、基板３と被覆
板５とを接合する。 (6) ヒータエレメントと給電用電極との接合 ヒータエレメント４と、耐熱性に優れたニッケル、モリ
ブデン等で形成された給電用電極６とを、各種の耐熱
性、導電性に優れた接合材を使用した接合法（例えば、
活性金属法）を用いて接合する。
された状態の基板３と被覆板５とのそれぞれの接合面に
塗布し、乾燥する。 (5) 基板と被覆板との接合 基板３と被覆板５とのガラス質接合剤が塗布された面を
突き合わせ、ヒータエレメント４を凹溝２に装填した状
態で挟持するように基板３と被覆板５とを積層し、電気
炉中で加熱してガラス質接合剤を溶融し、基板３と被覆
板５とを接合する。 (6) ヒータエレメントと給電用電極との接合 ヒータエレメント４と、耐熱性に優れたニッケル、モリ
ブデン等で形成された給電用電極６とを、各種の耐熱
性、導電性に優れた接合材を使用した接合法（例えば、
活性金属法）を用いて接合する。
【００２５】なお、接合後の接合層９の厚みを所定の厚
みに調整するには、ペースト状ガラス質接合剤における
微粉砕されたガラス質接合剤とスクリーンオイルとの量
比、ペースト状ガラス質接合剤の塗布量、接合時の加熱
温度、加熱時間等の処理条件を適宜調節することにより
行う。
みに調整するには、ペースト状ガラス質接合剤における
微粉砕されたガラス質接合剤とスクリーンオイルとの量
比、ペースト状ガラス質接合剤の塗布量、接合時の加熱
温度、加熱時間等の処理条件を適宜調節することにより
行う。
【００２６】この実施の形態のセラミックスヒータ１で
は、ヒータエレメント４を挟持する基板３と被覆板５と
を接合するガラス質接合剤として前記組成を有し、接合
後の接合層９の厚みを特定範囲に限定し、さらにヒータ
エレメント４を形成する導電性セラミックスを前記特性
を有する炭化珪素としたことによって、基板３と被覆板
５との接合部の気密性を大幅に向上させることができる
とともに、この接合部の気密性を長期にわたって確保す
ることができ、セラミックスヒータ１が反応チャンバを
汚染させることがなくなり、耐久性のある製品寿命が長
くなる優れたセラミックスヒータ１を実現することがで
きる。
は、ヒータエレメント４を挟持する基板３と被覆板５と
を接合するガラス質接合剤として前記組成を有し、接合
後の接合層９の厚みを特定範囲に限定し、さらにヒータ
エレメント４を形成する導電性セラミックスを前記特性
を有する炭化珪素としたことによって、基板３と被覆板
５との接合部の気密性を大幅に向上させることができる
とともに、この接合部の気密性を長期にわたって確保す
ることができ、セラミックスヒータ１が反応チャンバを
汚染させることがなくなり、耐久性のある製品寿命が長
くなる優れたセラミックスヒータ１を実現することがで
きる。
【００２７】
【実施例】表１にまとめたように接合剤の組成および厚
みを種々変更して形成させた実施例を具体的に説明す
る。 〔実施例１〜３〕前記セラミックスヒータの製造方法
(1) により、表面に幅 5ｍｍ、深さ 3ｍｍの凹溝２がス
パイラル状に設けられた直径 220ｍｍ、厚み 15 ｍｍの
アルミナ製基板３と、直径 220ｍｍ、厚み 8ｍｍのアル
ミナ製被覆板５とを形成した。
みを種々変更して形成させた実施例を具体的に説明す
る。 〔実施例１〜３〕前記セラミックスヒータの製造方法
(1) により、表面に幅 5ｍｍ、深さ 3ｍｍの凹溝２がス
パイラル状に設けられた直径 220ｍｍ、厚み 15 ｍｍの
アルミナ製基板３と、直径 220ｍｍ、厚み 8ｍｍのアル
ミナ製被覆板５とを形成した。
【００２８】一方、ヒータエレメント４を、製造方法
により、焼結助剤や導電性を付与するための添加剤が添
加されることなく焼結し、焼結密度が 3.1ｇ／ｃｍ3 、
室温での電気比抵抗が 0.05 Ω・ｃｍの炭化珪素焼結体
からなり、凹溝２に装填し得る形状に形成した。この場
合、第１の炭化珪素粉末の平均粒径は 0.7μｍ、添加量
は 95 重量％、第２の炭化珪素の平均粒径は 0.01 μ
ｍ、添加量は 5重量％であり、ホットプレス焼結条件は
プレス圧 400ｋｇ／ｃｍ2 、焼結温度 2200 ℃、焼結時
間 90 分である。
により、焼結助剤や導電性を付与するための添加剤が添
加されることなく焼結し、焼結密度が 3.1ｇ／ｃｍ3 、
室温での電気比抵抗が 0.05 Ω・ｃｍの炭化珪素焼結体
からなり、凹溝２に装填し得る形状に形成した。この場
合、第１の炭化珪素粉末の平均粒径は 0.7μｍ、添加量
は 95 重量％、第２の炭化珪素の平均粒径は 0.01 μ
ｍ、添加量は 5重量％であり、ホットプレス焼結条件は
プレス圧 400ｋｇ／ｃｍ2 、焼結温度 2200 ℃、焼結時
間 90 分である。
【００２９】このヒータエレメント４を前記アルミナ製
基板３の凹溝２に装填し、表１に示す組成を有するホウ
珪酸アルミニウムからなるガラス質接合剤を用いて、基
板３と被覆板５とのそれぞれの接合面に塗布し、乾燥
し、その後、ガラス質接合剤が塗布された面を突き合わ
せて両者を積層し、電気炉中で 1100 ℃に加熱して両者
を気密に接合した。接合後の接合層９の厚みは 120μm
である。
基板３の凹溝２に装填し、表１に示す組成を有するホウ
珪酸アルミニウムからなるガラス質接合剤を用いて、基
板３と被覆板５とのそれぞれの接合面に塗布し、乾燥
し、その後、ガラス質接合剤が塗布された面を突き合わ
せて両者を積層し、電気炉中で 1100 ℃に加熱して両者
を気密に接合した。接合後の接合層９の厚みは 120μm
である。
【００３０】このようにして得られたセラミックスヒー
タの接合部の気密性を確認するために、耐久性試験に供
した。この試験結果を表１に示す。なお、耐久性試験の
概要は以下の通りである。セラミックスヒータに通電し
て、室温から最高温度 250℃まで１時間で昇温し、最高
温度に１時間保持し、その後、室温まで徐冷する。この
ヒートサイクルを100回負荷した後の前記接合部の気密
性をＨｅガスを用いたリークテストにより試験した。
タの接合部の気密性を確認するために、耐久性試験に供
した。この試験結果を表１に示す。なお、耐久性試験の
概要は以下の通りである。セラミックスヒータに通電し
て、室温から最高温度 250℃まで１時間で昇温し、最高
温度に１時間保持し、その後、室温まで徐冷する。この
ヒートサイクルを100回負荷した後の前記接合部の気密
性をＨｅガスを用いたリークテストにより試験した。
【００３１】〔実施例４〜６〕実施例１〜３に準じてセ
ラミックスヒータを作製し、耐久性試験に供した。ただ
し、ガラス質接合剤の組成は実施例１の場合と同一であ
るが、接合層９の厚みを 200μｍ、 50 μｍ、 18 μｍ
となるように調整した。
ラミックスヒータを作製し、耐久性試験に供した。ただ
し、ガラス質接合剤の組成は実施例１の場合と同一であ
るが、接合層９の厚みを 200μｍ、 50 μｍ、 18 μｍ
となるように調整した。
【００３２】〔比較例１〜４〕実施例に準じてセラミッ
クスヒータを作製し、耐久性試験に供した。この試験結
果を表１に示す。ただし、ガラス質接合剤の組成は表１
に示す通りである。
クスヒータを作製し、耐久性試験に供した。この試験結
果を表１に示す。ただし、ガラス質接合剤の組成は表１
に示す通りである。
【００３３】
【表１】
【００３４】〔別態様〕以上の実施の形態は本発明をよ
り良く理解させるために具体的に説明したものであり、
趣旨を変えない限り変更可能である。例えば、前記実施
の形態では凹溝は基板側に設けたが、この例ばかりでな
く凹溝を被覆板側に設けても良い。この場合は、セラミ
ックスヒータ１は凹溝２を基板３ではなく被覆板５の接
合面側に刻設し、炭化珪素焼結体からなるヒータエレメ
ント４を凹溝２に装填する。その他は、すでに説明した
実施の形態と同様とする。この場合でもガラス質接合剤
からなる接合層９が同様に機能し、同様の気密性および
耐久性を具備することができる。
り良く理解させるために具体的に説明したものであり、
趣旨を変えない限り変更可能である。例えば、前記実施
の形態では凹溝は基板側に設けたが、この例ばかりでな
く凹溝を被覆板側に設けても良い。この場合は、セラミ
ックスヒータ１は凹溝２を基板３ではなく被覆板５の接
合面側に刻設し、炭化珪素焼結体からなるヒータエレメ
ント４を凹溝２に装填する。その他は、すでに説明した
実施の形態と同様とする。この場合でもガラス質接合剤
からなる接合層９が同様に機能し、同様の気密性および
耐久性を具備することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明では、請求項１に係
るセラミックスヒータでは、添加剤無添加で焼結され、
焼結密度が 2.8ｇ／ｃｍ3 以上、室温での電気比抵抗が
１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素焼結体からなるヒータエレメ
ントを、アルミナ製の基板と被覆板とのいずれかの接合
面に設けられた凹溝に装填し、前記アルミナ製基板と前
記アルミナ製被覆板とは、ＳｉＯ2 を 75 重量％以上、
Ｂ2 Ｏ3 を 10 重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以
下、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏとを合量で 5重量％以下を含むホ
ウ珪酸アルミニウムを主成分とするガラス質接合剤によ
り気密に接合させたことにより、前記基板と前記被覆板
との接合部の気密性を大幅に向上させることができ、こ
の接合部の気密性を長期にわたって確保することができ
て、反応チャンバを汚染させることが防止でき、耐久性
があり製品寿命が長い優れたセラミックスヒータが実現
できる。
るセラミックスヒータでは、添加剤無添加で焼結され、
焼結密度が 2.8ｇ／ｃｍ3 以上、室温での電気比抵抗が
１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素焼結体からなるヒータエレメ
ントを、アルミナ製の基板と被覆板とのいずれかの接合
面に設けられた凹溝に装填し、前記アルミナ製基板と前
記アルミナ製被覆板とは、ＳｉＯ2 を 75 重量％以上、
Ｂ2 Ｏ3 を 10 重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以
下、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏとを合量で 5重量％以下を含むホ
ウ珪酸アルミニウムを主成分とするガラス質接合剤によ
り気密に接合させたことにより、前記基板と前記被覆板
との接合部の気密性を大幅に向上させることができ、こ
の接合部の気密性を長期にわたって確保することができ
て、反応チャンバを汚染させることが防止でき、耐久性
があり製品寿命が長い優れたセラミックスヒータが実現
できる。
【００３６】また、請求項２に係るセラミックスヒータ
では、接合後の接合層の厚みが 20〜180 μｍであるこ
とから、フィレットの形成が十分にできて必要な接合強
度が確保でき、接合部の気密性を強固に維持することが
できる。
では、接合後の接合層の厚みが 20〜180 μｍであるこ
とから、フィレットの形成が十分にできて必要な接合強
度が確保でき、接合部の気密性を強固に維持することが
できる。
【図１】本発明における実施の形態を示す縦断面図であ
る。
る。
１ セラミックスヒータ ２ 凹溝 ３ アルミナ製基板 ４ ヒータエレメント ５ アルミナ製被覆板 ６ 給電用電極 ７ 熱電対 ８ 静電チャック用電極 ９ 接合層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 和則 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪セ メント株式会社新材料事業部内 (72)発明者 井上 克郎 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪セ メント株式会社新材料事業部内 (72)発明者 村上 嘉彦 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪セ メント株式会社新材料事業部内 (72)発明者 橋本 昌幸 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪セ メント株式会社新材料事業部内 (72)発明者 生原 幸雄 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪セ メント株式会社新材料事業部内
Claims (2)
- 【請求項１】アルミナ製基板と、このアルミナ製基板の
接合面の全領域を覆うアルミナ製被覆板を備えるととも
に、前記アルミナ製基板と前記アルミナ製被覆板とのい
ずれかの接合面に凹溝を設け、この凹溝に、添加剤無添
加で焼結され、焼結密度が 2.8ｇ／ｃｍ3 以上、室温で
の電気比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素焼結体からな
るヒータエレメントを装填し、このヒータエレメントに
一端が接続された給電用電極を備えたセラミックスヒー
タであって、 前記アルミナ製基板と前記アルミナ製被覆板とは、Ｓｉ
Ｏ2 を 75 重量％以上、Ｂ2 Ｏ3 を 10 重量％以上、Ａ
ｌ2 Ｏ3 を 10 重量％以下、Ｎａ2 ＯとＫ2 Ｏとを合量
で 5重量％以下を含むホウ珪酸アルミニウムを主成分と
するガラス質接合剤により、気密に接合されてなること
を特徴とするセラミックスヒータ。 - 【請求項２】接合後の接合層の厚みが 20 〜180 μｍで
あることを特徴とする請求項１記載のセラミックスヒー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05198998A JP3964530B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | セラミックスヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05198998A JP3964530B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | セラミックスヒータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11251038A true JPH11251038A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3964530B2 JP3964530B2 (ja) | 2007-08-22 |
Family
ID=12902276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05198998A Expired - Fee Related JP3964530B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | セラミックスヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3964530B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001332525A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-11-30 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | セラミックスヒータ |
| US6444957B1 (en) | 2000-04-26 | 2002-09-03 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd | Heating apparatus |
| KR20200123008A (ko) | 2019-04-19 | 2020-10-28 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 배치대 |
| KR20210008526A (ko) * | 2018-09-11 | 2021-01-22 | 교세라 가부시키가이샤 | 히터 및 이것을 구비한 담배용 가열구 |
-
1998
- 1998-03-04 JP JP05198998A patent/JP3964530B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6444957B1 (en) | 2000-04-26 | 2002-09-03 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd | Heating apparatus |
| JP2001332525A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-11-30 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | セラミックスヒータ |
| KR20210008526A (ko) * | 2018-09-11 | 2021-01-22 | 교세라 가부시키가이샤 | 히터 및 이것을 구비한 담배용 가열구 |
| KR20200123008A (ko) | 2019-04-19 | 2020-10-28 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 배치대 |
| US11862488B2 (en) | 2019-04-19 | 2024-01-02 | Tokyo Electron Limited | Substrate stage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3964530B2 (ja) | 2007-08-22 |
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