JP2662360B2

JP2662360B2 - セラミックスヒーターの製造方法及びセラミックスヒーター

Info

Publication number: JP2662360B2
Application number: JP18509893A
Authority: JP
Inventors: 淳司左近
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH0745360A

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セラミックスヒータ
ーの製造方法及び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、まず高融点金属のワイヤーないし線体を巻回して巻
回体を得、この線体の両端に端子（電極）を接着する。
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する。この際、予備成
形体の表面に、所定の平面的パターンに沿って連続的な
凹部ないし溝を設ける。そして、巻回体をこの凹部に収
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、上記の巻回体を所定の平面的パ
ターンに沿って予備成形体の上に配置する際には、手作
業で予備成形体の凹部に沿って巻回体を挿入していかな
ければならず、煩雑極まりない作業である。そして、こ
の際にどうしても位置ズレが発生したり、型崩れが生ず
る。この結果、焼結後のセラミックス基体の内部におい
ても、やはり抵抗発熱体の位置が一定せず、このため、
発熱量が密な部分と疎な部分とが発生する。この結果、
ヒーターの発熱面の温度にムラが発生するし、ヒーター
の加熱特性が一定しない。ヒーターの発熱面の温度にム
ラが発生すると、特に半導体製造装置用の場合には、半
導体膜の膜厚が不均一となり、半導体不良の原因となっ
てしまう。

【０００５】本発明の課題は、上記の抵抗発熱体をセ
ラミックス成形体へと埋設するのに際し、この埋設作業
を容易かつ短時間に行なえるようにし、また抵抗発熱体
の埋設位置のズレを防止することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、高融点金属
の線体を巻回してなる巻回体を、所定の平面的パターン
に保持し、次いで前記高融点金属の１次再結晶開始温度
以下で非酸化性雰囲気下に巻回体を熱処理して抵抗発熱
体を得、この抵抗発熱体をセラミックス成形体の内部に
埋設し、次いでこのセラミックス成形体を焼結させるこ
とにより、セラミックス基体とこのセラミックス基体の
内部に所定の平面的パターンに沿って埋設された抵抗発
熱体とを備えたセラミックスヒーターを得る、セラミッ
クスヒーターの製造方法に係るものである。

【０００７】また、本発明は、セラミックス基体とこ
のセラミックス基体の内部に所定の平面的パターンに沿
って埋設された抵抗発熱体とを備えたセラミックスヒー
ターであって、この抵抗発熱体が、高融点金属の線体を
巻回してなる巻回体を所定の平面的パターンに沿って保
持しつつ前記高融点金属の１次再結晶開始温度以下で非
酸化性雰囲気下で熱処理して得た抵抗発熱体である、セ
ラミックスヒーターに係るものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。ま
ず、高融点金属の線体を巻回し、例えば図１（ａ）に示
すような形状の巻回体１を得る。本例では、線体を螺旋
形状に巻回した巻回体１を用いたが、この螺旋の幅方向
形状は、円形、楕円形、四辺形等の形状とすることがで
きる。また、図１（ａ）の段階では、巻回体１の螺旋形
の長さ方向にみたピッチは比較的小さい。

【０００９】次いで、巻回体を、所定の平面的パター
ンに保持する。この手段としては、任意の方法を採用す
ることができるが、このパターンに沿って型に設けられ
た溝内に収容することが望ましい。この段階では、大別
して２つの方法がある。第一の方法では、何らかの治具
を用いて、図１（ｂ）に示すような平面的パターンの被
処理巻回体２を作製する。本例で作製したパターンは、
二ゾーン加熱ヒーター用のものである。即ち、三個の円
柱状端子３のうち、一つは被処理巻回体２の外側の末端
に結合され、一つは巻回体２の内側末端に結合され、残
りの一つはこれらの間に結合されている。そして、被処
理巻回体２において、最外周部分２ａは螺旋のピッチが
密であり、最外周部分２ａとこの内側の端子３との間の
中間部分２ｂは螺旋のピッチが疎であり、内周部分２ｃ
は螺旋のピッチが比較的密である。

【００１０】図２（ａ）、（ｂ）に示すような型４を
準備する。型４の表面側には、幅方向断面が略長方形の
溝４ａが形成されている。溝４ａの平面的パターンは、
被処理巻回体２と同じパターンにしておく。そして、図
１（ｂ）の被処理巻回体２を、溝４ａ内に収容する。

【００１１】第二の方法では、図１（ａ）の巻回体１
を引き延ばした後、型４の溝４ａに順次収容していき、
これによって被処理巻回体２を溝４ａ内で形成する。第
二の方法によれば、第一の方法にくらべて、被処理巻回
体２を前記治具から型４へと移送する手間は省くことが
できる。しかし一方、型４は後述の熱処理に供されるも
のであるので、前記治具よりも高コストである。第一の
方法によれば、高コストの型４の稼働率が、第二の方法
よりも高くなる。

【００１２】次いで、巻回体１を構成する高融点金属
の１次再結晶開始温度以下で非酸化性雰囲気下に被処理
巻回体２を熱処理し、抵抗発熱体を得る。そして、この
抵抗発熱体をセラミックス成形体の内部に埋設し、次い
で、このセラミックス成形体を焼結させる。この段階
で、本実施例では、以下の方法によった。

【００１３】図３（ａ）〜（ｄ）は、円盤状セラミッ
クス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６Ａの上（枠５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。端子
がおさまる穴をあけ、予備成形体７の上に抵抗発熱体12
を設置し、この際端子３が抵抗発熱体12の下にくるよう
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３（ｃ）に示すように、上型６Ｂと下
型６Ａとでセラミックス粉体を一軸加圧成形し、セラミ
ックス成形体９を得る。次いで、図３（ｄ）に示すよう
に、下型６Ａを上昇させてセラミックス成形体９を取り
出す。

【００１４】次いで、セラミックス成形体９を焼結し
てセラミックスを緻密化させ、円盤状のセラミックス基
体とする。このセラミックス基体の背面側を研削加工
し、セラミックスヒーターを得る。セラミックス成形体
９は、ホットプレス法で焼結するのが最も好ましいが、
常圧焼結、あるいは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てもよい。

【００１５】上述の実施例によれば、被処理巻回体２
を溝４ａ内に収容して熱処理しているので、抵抗発熱体
の平面的パターンに保形性が付与される。このため、抵
抗発熱体12を予備成形体７上へと設置する際に、抵抗発
熱体を簡単に、短時間に移送することができるようにな
った。上記のような巻回体２は三次元的に変形するの
で、従来は、この平面的パターンを保持しつつ予備成形
体７上に設置することは、非常に難しい作業であった。
しかも、抵抗発熱体12の設置時及び設置後においても、
抵抗発熱体12の埋設位置のズレが少なくなり、これによ
り、セラミックスヒーターの発熱面の均熱性も向上し
た。

【００１６】また、非酸化性雰囲気下に被処理巻回体
２を熱処理することにより、被処理巻回体２の劣化や変
質を抑制できる。

【００１７】基体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12を構成する高融点
金属としては、タングステン、モリブデン、白金や、こ
れらの合金が好ましい。

【００１８】被処理巻回体２は、これを構成する高融
点金属の１次再結晶開始温度以下の温度で、熱処理す
る。熱処理温度が２次再結晶開始温度を超えると、抵抗
発熱体12が脆くなるからである。

【００１９】タングステンの線体について、熱処理温
度と強度との関係を図４に示す。熱処理温度が約1200℃
を超えると、引張り強度の低下が始まっている。従っ
て、1200℃近辺が１次再結晶開始温度であると考えられ
る。1500℃近辺では、１次再結晶がほぼ完了している。
そして、熱処理温度が約2000℃〜約2200℃の領域で、再
び引張り強度が著しく減少している。これから、２次再
結晶開始温度は、約2000℃であると考えられる。実際
に、熱処理後の金属組織を観察すると、熱処理温度が21
50℃の場合には、繊維組織が切れて２次再結晶が起こっ
ている。熱処理温度が2350℃の場合には、２次再結晶組
織のみであり、２次再結晶が完了している。

【００２０】また、熱処理後の抵抗発熱体12の強度は
高い方が良く、かつ熱処理による劣化や変質は最小限に
止める必要がある。この意味で、上記熱処理は、高融点
金属の１次再結晶開始温度以下で行なうことが好まし
い。また、抵抗発熱体12に保形性を付与するために、上
記熱処理は、 800℃以上の温度で行なうことが好まし
い。高融点金属がタングステンである場合は、上記熱
処理を 800℃〜900℃で行なうと、充分な保形性が得ら
れ、かつ抵抗発熱体の劣化も生じない。

【００２１】本発明では、非酸化性雰囲気下に巻回体
を熱処理する。こうした非酸化性雰囲気としては、10^-3
torr以下の真空、水素雰囲気、窒素、アルゴンなどの不
活性ガス雰囲気が含まれる。

【００２２】型４の材質としては、上記の熱処理によ
って変質、劣化の生じにくいものを用いる。具体的に
は、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミックス
や、ステンレス、ニッケル、タングステンなどの高融点
金属が好ましい。

【００２３】以下、具体的な実験結果について述べ
る。図１、図２に示したような方法で、巻回体２を熱処
理し、図３に示したような方法で円盤状セラミックス成
形体を作製し、これを焼結させて８インチ用の円盤状セ
ラミックスヒーターを得た。ただし、型４は高純度アル
ミナセラミックスで成形した。また、被処理巻回体２を
熱処理するときの雰囲気は、表１に示すものとし、ま
た、熱処理温度を、表１に示すように変更した。熱処理
時間は１時間とした。セラミックス成形体９の材質とし
ては窒化珪素粉末を用い、巻回体１の材質としてはタン
グステン線を用いた。このタングステン線の太さはφ0.
5mm とし、巻回のピッチは2.5mm とした。

【００２４】そして、熱処理後における抵抗発熱体の
表面状態及び脆化の有無を確認した。また、抵抗発熱体
を型４から予備成形体の上へと移送し、載置した。そし
て、図３に示すようにして成形し、更に焼結した後、セ
ラミックス基体中における抵抗発熱体の位置をＸ線で調
べ、目的位置からの位置ズレを測定し、表１に示した。
また、上記熱処理を行なわなかった場合についても、上
記と同様の測定を行なった。これらの結果を表１に示
す。

【００２５】

【表１】

【００２６】本発明を適用しなかった場合は、抵抗発
熱体の位置ズレが大きく、かつ発熱面の均熱性が損なわ
れていた。本発明により、これらの点は大きく改善され
ていた。しかも、本発明により抵抗発熱体を熱処理する
と、予備成形体７上への抵抗発熱体の設置を、容易かつ
短時間に行なえることを確認した。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、所定の平面的パター
ンに沿って型に設けられた溝内に、巻回体を収容し、こ
の巻回体を構成する高融点金属の１次再結晶開始温度以
下の温度で巻回体を熱処理しているので、抵抗発熱体の
平面的パターンに保形性が付与される。このため、抵抗
発熱体をセラミックス成形体内に埋設する際に、抵抗発
熱体を簡単に、短時間に移送することができるようにな
った。上記のような巻回体は三次元的に変形するので、
従来は、この平面的パターンを保持しつつセラミックス
成形体内に埋設することは、非常に難しい作業であっ
た。しかも、抵抗発熱体の埋設時及び埋設後において
も、抵抗発熱体の埋設位置のズレが少なくなり、これに
より、セラミックスヒーターの発熱面の均熱性も向上し
た。また、非酸化性雰囲気下に巻回体を熱処理すること
により、巻回体の劣化や変質を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、巻回体材料１を示す正面図、
（ｂ）は、被処理巻回体２を模式的に示す平面図であ
る。

【図２】（ａ）は、型４を示す断面図、（ｂ）は、型
４の溝４ａに被処理巻回体２を収容した状態を示す平面
図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、円盤状
セラミックス成形体９の作製手順を模式的に示す断面図
である。

【図４】タングステン線の強度と熱処理温度との関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１巻回体材料、２被処理巻回体、３端子、４
型、４ａ溝、７予備成形体、９円盤状セラミック
ス成形体、12 抵抗発熱体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高融点金属の線体を巻回してなる巻回体
を、所定の平面的パターンに保持し、次いで前記高融点
金属の１次再結晶開始温度以下で非酸化性雰囲気下に巻
回体を熱処理して抵抗発熱体を得、この抵抗発熱体をセ
ラミックス成形体の内部に埋設し、次いでこのセラミッ
クス成形体を焼結させることにより、セラミックス基体
とこのセラミックス基体の内部に所定の平面的パターン
に沿って埋設された抵抗発熱体とを備えたセラミックス
ヒーターを得る、セラミックスヒーターの製造方法。
【請求項２】セラミックス基体とこのセラミックス基
体の内部に所定の平面的パターンに沿って埋設された抵
抗発熱体とを備えたセラミックスヒーターであって、こ
の抵抗発熱体が、高融点金属の線体を巻回してなる巻回
体を所定の平面的パターンに沿って保持しつつ前記高融
点金属の１次再結晶開始温度以下で非酸化性雰囲気下で
熱処理して得た抵抗発熱体である、セラミックスヒータ
ー。