JP2002313539A - Planar ceramic heater and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、面状セラミックス
ヒーター及びその製造方法に係り、さらに詳しくは電力
供給端子に耐酸化性を付与して安定した放熱・発熱を維
持させる面状セラミックスヒーター及びその製造方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar ceramic heater and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a planar ceramic heater which imparts oxidation resistance to a power supply terminal to maintain stable heat radiation and heat generation, and a method for manufacturing the same. It relates to a manufacturing method.
【０００２】たとえば半導体の製造に当たっては、半導
体ウェハーに対するＰＶＤ、プラズマＣＶＤ、プラズマ
エッチング、光エッチングなどの加工処理が施される。
また、これらの加工処理は、一般的に、被加工体を面状
セラミックスヒーター（発熱体）面上に配置し、被加工
体に加熱を施しながら行われる。そして、高性能ないし
高信頼性を有する半導体を歩留まりよく、しかも量産的
に得るためには、加熱処理が一つの重要なファクターと
なる。For example, in the production of semiconductors, semiconductor wafers are subjected to processing such as PVD, plasma CVD, plasma etching, and optical etching.
In addition, these processings are generally performed while arranging a workpiece on a planar ceramic heater (heating element) and heating the workpiece. In order to obtain a semiconductor having high performance or high reliability with good yield and mass production, heat treatment is one important factor.
【０００３】ここで、面状セラミックスヒーターは、た
とえば緻密でガスタイトなセラミックス焼結体（セラミ
ックス基材）の内部に、タングステン線やモリブデン線
などの抵抗発熱線（もしくはコイル）を、たとえば螺旋
状やジグザグ状に埋設したものである。そして、抵抗発
熱体に対する電力供給端子は、セラミックス基材外に導
出させた構造を採っている。なお、電力供給端子は、た
とえばタングステン、モリブデン、ニッケルなどを素材
とし、また、セラミックス基材は、たとえばアルミナ系
やシリカ系、窒化アルミニウム系、窒化ケイ素系、ある
いはサイアロンなどが挙げられるが、特に、窒化アルミ
ニウム系が熱伝導性や耐食性などの点で注目されてい
る。[0003] Here, the planar ceramic heater includes, for example, a resistance heating wire (or a coil) such as a tungsten wire or a molybdenum wire inside a dense and gas-tight ceramic sintered body (ceramic base material), for example, a spiral or ceramic wire. It is buried in a zigzag shape. The power supply terminal for the resistance heating element has a structure led out of the ceramic base. The power supply terminal is made of, for example, tungsten, molybdenum, nickel, or the like, and the ceramic base is made of, for example, alumina, silica, aluminum nitride, silicon nitride, or sialon. Aluminum nitride is attracting attention in terms of thermal conductivity and corrosion resistance.
【０００４】そして、この種のセラミックスヒーター
は、一般的に、次のような手段で製造されている。第１
の手段は、セラミックベース用基材（グリーンシート）
の一主面に、前記抵抗発熱線で形成した抵抗発熱体を配
置し、その抵抗発熱体面にヒーターカバーシートを積層
する一方、電力供給端子をカバーシートに貫挿・組み込
んだ後、所定の条件での脱脂、所要温度でのホットプレ
ス処理などを施して焼結・一体化させて製作する方法で
ある。[0004] This type of ceramic heater is generally manufactured by the following means. First
Means of ceramic base material (green sheet)
On one main surface, a resistance heating element formed by the resistance heating wire is arranged, and while a heater cover sheet is laminated on the resistance heating element surface, a power supply terminal is inserted and incorporated into the cover sheet, and then a predetermined condition is applied. In this method, degreasing is performed, hot pressing is performed at a required temperature, and the like is sintered and integrated.
【０００５】第２の手段は、予め、放熱・発熱面を成す
板状のセラミック基材、及びヒーターカバーを成す板状
のセラミック基材をそれぞれ作製し、このセラミック基
材面間に、前記抵抗発熱線で形成した抵抗発熱体を配置
する一方、接合剤層を介挿して接合一体化させて製作す
る方法である。ここで、ヒーターカバーを成す板状のセ
ラミック基材には、抵抗発熱体の被接続部に対応させた
孔が穿設されており、この穿設孔に電力供給端子を装着
し、かつ導電性ペーストを充填して電気的な接続を行っ
ている。なお、第１及び第２のいずれの手段において
も、抵抗発熱体の形成は、抵抗発熱体用ペーストのスク
リーン印刷・焼き付け、タングステン板のレーザー加工
やパンチ型打ち抜き加工などでも行われる。[0005] A second means is to prepare a plate-shaped ceramic base material forming a heat-radiating / heat-generating surface and a plate-shaped ceramic base material forming a heater cover in advance. This is a method in which a resistance heating element formed by a heating wire is arranged, and a bonding agent layer is interposed to be joined and integrated. Here, a hole corresponding to a connected portion of the resistance heating element is formed in the plate-shaped ceramic base material forming the heater cover, and a power supply terminal is attached to the formed hole, and the conductive material is electrically conductive. The electrical connection is made by filling the paste. In any of the first and second means, the formation of the resistance heating element is also performed by screen printing and baking of the resistance heating element paste, laser processing of a tungsten plate, punching punching, or the like.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体の製
造工程における加熱処理では、加工稼働率や低コスト化
などの点から、加熱源として使用される面状セラミック
スヒーターの耐久性及び良好な歩留まりの確保が前提と
なる。つまり、面状セラミックスヒーターにおいては、
安定した放熱・発熱容量の維持、及び面内温度分布の一
様性などが要求される。しかし、従来の面状セラミック
スヒーターの構成では、電力供給端子の劣化が起こり易
く、耐久性及び安定した放熱・発熱などの点で問題があ
る。By the way, in the heat treatment in the manufacturing process of the semiconductor, the durability and good yield of the planar ceramic heater used as the heating source are reduced in view of the working rate and the cost reduction. It is a precondition for securing. In other words, in a planar ceramic heater,
It is required to maintain stable heat radiation / heat generation capacity, uniformity of in-plane temperature distribution, and the like. However, in the configuration of the conventional planar ceramic heater, the power supply terminal is likely to be deteriorated, and there are problems in durability, stable heat radiation, heat generation, and the like.
【０００７】すなわち、上記面状セラミックスヒーター
は、たとえば半導体製造装置の一構成部材として装着す
る場合、放熱・発熱本体部（抵抗発熱体を埋め込んだセ
ラミックス基材）は、半導体ウェハーを載置・処理する
ために、雰囲気を適宜調整できる処理室内に装着配置さ
れる。一方、電力供給端子は、通常、処理室壁部を通し
て処理室外の大気中に導出配置され、外部から所要の電
力を供給し易いようにセットされる。That is, when the planar ceramic heater is mounted, for example, as a component of a semiconductor manufacturing apparatus, the heat-radiating / heat-generating main body (ceramic base material in which a resistance heating element is embedded) mounts and processes a semiconductor wafer. For this purpose, it is mounted in a processing chamber in which the atmosphere can be appropriately adjusted. On the other hand, the power supply terminal is usually led out through the wall of the processing chamber into the atmosphere outside the processing chamber, and is set so as to easily supply required power from the outside.
【０００８】さらに言及すると、上記製造装置の構成で
は、面状セラミックスヒーターが放熱・発熱の動作を行
う際、電力供給端子を大気中に導出しているとは言え、
数１００℃にも及ぶ処理室内に隣接しているため、相当
高い温度に昇温する。つまり、タングステン製の電力供
給端子は、必然的に、高温大気中に曝される状態を採る
ため、露出している領域での酸化反応が進行する。そし
て、この酸化反応の進行は、電力供給端子の電力供給容
量ないし電力供給能の低下を招来するだけでなく、電力
供給端子の機械的強度の低下ともなって、耐久性などを
大幅に損なうことになる。[0008] Further, in the configuration of the manufacturing apparatus, it can be said that the power supply terminal is led out to the atmosphere when the planar ceramic heater performs a heat radiation / heat generation operation.
The temperature rises to a considerably high temperature because it is adjacent to the processing chamber of several hundred degrees Celsius. That is, the power supply terminal made of tungsten inevitably takes a state of being exposed to the high-temperature atmosphere, so that the oxidation reaction proceeds in the exposed region. In addition, the progress of the oxidation reaction not only causes a decrease in the power supply capacity or power supply capability of the power supply terminal, but also causes a decrease in mechanical strength of the power supply terminal, greatly impairing durability and the like. Become.
【０００９】上記のように、従来の面状セラミックスヒ
ーターの場合は、電力供給端子の酸化に伴う機能低下現
象などもあって、発熱・放熱性が損なわれる恐れがあ
る。つまり、定常的に、所要の電力を供給することの困
難さ、さらに、一様な面内温度分布を確保することの困
難さなどは、たとえば半導体の製造・加工効率ないし生
産性などを損なう。また、こうした問題は、半導体ウェ
ハーの大口径化などを進めて生産性を上げる上では由々
しい問題の提起となる。すなわち、被加工体の大口径化
に対応し、面状セラミックスヒーターも大口径化を要す
ることになり、この際、面状セラミックスヒーターに要
求される放熱・加熱温度の安定性などが損なわれること
は、生産性の向上などに対応できないことになる。As described above, in the case of the conventional planar ceramic heater, there is a possibility that heat generation and heat dissipation may be impaired due to a function deterioration phenomenon caused by oxidation of the power supply terminal. That is, the difficulty of constantly supplying the required power and the difficulty of maintaining a uniform in-plane temperature distribution impair, for example, semiconductor manufacturing / processing efficiency or productivity. In addition, such a problem poses a serious problem in increasing productivity by increasing the diameter of a semiconductor wafer or the like. In other words, in response to the increase in the diameter of the workpiece, the surface ceramic heater also needs to have a large diameter, and at this time, the stability of the heat radiation and heating temperature required for the surface ceramic heater is impaired. Cannot respond to the improvement of productivity.
【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、抵抗発熱体に対する電力供給端子による電力供給が
安定的に確保され、常時、安定した発熱・放熱が得られ
る耐久性の優れた面状セラミックスヒーター及びその製
造方法の提供を目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an excellent durability in which power supply from a power supply terminal to a resistance heating element is stably ensured, and stable heat generation and heat radiation are always obtained. It is an object of the present invention to provide a ceramic heater and a method for manufacturing the same.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、一主
面が放熱・発熱面をなす面状のセラミックス基材と、前
記セラミックス基材に埋め込み・配置された抵抗発熱体
と、前記抵抗発熱体に一端が接続し他端側がセラミック
ス基材の他主面側に導出されたタングステン製もしくは
モリブデン製の電力供給端子とを有する面状セラミック
スヒーターであって、前記電力供給端子の少なくとも高
温大気に曝される外周面が燒結窒化アルミニウムスリー
ブに嵌合・被覆されていることを特徴とする面状セラミ
ックスヒーターである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a planar ceramic base material having one main surface serving as a heat radiating / heating surface, a resistance heating element embedded and arranged in the ceramic base material, A planar ceramic heater having a tungsten or molybdenum power supply terminal, one end of which is connected to the resistance heating element and the other end of which is led out to the other main surface of the ceramic base material, wherein at least the high temperature of the power supply terminal is high. A planar ceramic heater characterized in that the outer peripheral surface exposed to the atmosphere is fitted and covered by a sintered aluminum nitride sleeve.
【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の面状セ
ラミックスヒーターにおいて、嵌合・被覆する燒結窒化
アルミニウムスリーブの肉厚が０．１〜３ｍｍであるこ
とを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the planar ceramic heater according to the first aspect, the thickness of the sintered aluminum nitride sleeve to be fitted and covered is 0.1 to 3 mm.
【００１３】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載の面状セラミックスヒーターにおいて、電力供
給端子を挿着するセラミックス基材の挿着孔及び電力供
給端子が対応するテーパ付き係合をなし、かつテーパを
伝達される加圧力で抵抗発熱体に対する電力供給端子の
接続が行われていることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the planar ceramic heater according to the first or second aspect, the insertion hole of the ceramic base for inserting the power supply terminal and the tapered engagement corresponding to the power supply terminal. And the power supply terminal is connected to the resistance heating element by a pressure transmitted through the taper.
【００１４】請求項４の発明は、一主面が放熱・発熱面
を成す第１の面状セラミックス基材の他主面側に被接続
端子部を有する抵抗発熱体を位置決め配置する工程と、
前記抵抗発熱体の被接続端子部に接続するタングステン
製もしくはモリブデン製電力供給端子を挿着する第２の
面状セラミックス基材を抵抗発熱体配置面に積層一体化
する工程と、を備える面状セラミックスヒーターの製造
方法であって、前記第２の面状セラミックス基材に挿着
する電力供給端子の少なくとも高温大気に曝される外周
面に燒結窒化アルミニウムスリーブを嵌合・被覆させて
おくことを特徴とする面状セラミックスヒーターの製造
方法である。The invention according to claim 4 is a step of positioning and arranging a resistance heating element having a connected terminal portion on the other main surface side of the first planar ceramic base material whose one main surface forms a heat dissipation / heating surface;
Laminating and integrating a second planar ceramic base material for inserting a tungsten or molybdenum power supply terminal connected to the connected terminal portion of the resistance heating element on the resistance heating element arrangement surface. A method for manufacturing a ceramic heater, comprising: fitting and covering a sintered aluminum nitride sleeve on at least an outer peripheral surface of a power supply terminal to be inserted into the second planar ceramic substrate, which is exposed to a high-temperature atmosphere. This is a method for manufacturing a planar ceramic heater characterized by the following.
【００１５】請求項５の発明は、請求項４記載の面状セ
ラミックスヒーターの製造方法において、第２の面状セ
ラミックス基材の電力供給端子挿着孔及び電力供給端子
を対応するテーパ付き加工しておき、積層一体化する加
圧力のテーパ伝達で抵抗発熱体に対する電力供給端子の
接続を助長することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a planar ceramic heater according to the fourth aspect, the power supply terminal insertion hole and the power supply terminal of the second planar ceramic base material are processed with corresponding tapered portions. In addition, the connection of the power supply terminal to the resistance heating element is facilitated by the taper transmission of the pressing force for lamination and integration.
【００１６】請求項１ないし５の発明は、セラミックス
基材に抵抗発熱体が埋め込み・配置され、この抵抗発熱
体に接続するタングステン製やモリブデン製の電力供給
端子をセラミックス基材外に導出させた面状セラミック
スヒーターの構成において、少なくとも高温大気に曝さ
れる電力供給端子の外周面を熱膨張率がほぼ同じの燒結
窒化アルミニウムスリーブで嵌合・被覆して、耐酸化性
を付与したことを骨子とする。すなわち、高温化し易
く、かつ大気に曝される電力供給端子の外周面を、ほぼ
同等の熱膨張率を有する燒結窒化アルミニウム層で被覆
し、大気との接触を遮断して電力供給端子に安定した機
能ないし性能を維持・発揮させるものである。According to the first to fifth aspects of the present invention, a resistance heating element is embedded and arranged in a ceramic substrate, and a tungsten or molybdenum power supply terminal connected to the resistance heating element is led out of the ceramic substrate. In the configuration of the planar ceramic heater, at least the outer peripheral surface of the power supply terminal exposed to the high-temperature atmosphere is fitted and covered with a sintered aluminum nitride sleeve having substantially the same coefficient of thermal expansion to provide oxidation resistance. And That is, the outer peripheral surface of the power supply terminal, which is easily heated to a high temperature and exposed to the atmosphere, is covered with a sintered aluminum nitride layer having substantially the same coefficient of thermal expansion, and the power supply terminal is stabilized by cutting off the contact with the atmosphere. The function or performance is maintained and exhibited.
【００１７】請求項１ないし５の発明において、面状の
セラミックス基材は、たとえばアルミナ系やシリカ系、
窒化アルミニウム系、窒化ケイ素系、あるいはサイアロ
ンなどが挙げられるが、特に、窒化アルミニウム系が熱
伝導性や耐食性などの点で好ましい。また、セラミック
ス基材中に埋設・配置される抵抗発熱体は、たとえばタ
ングステン線、モリブデン線、ニクロム線などの抵抗発
熱線（もしくはコイル）を、螺旋状やジグザグ状に形成
したものである。さらに、セラミックス基材外に導出さ
せた構造を採る電力供給端子は、タングステン、モリブ
デンを素材としたものである。In the first to fifth aspects of the present invention, the planar ceramic substrate is made of, for example, an alumina-based or silica-based material.
Examples thereof include aluminum nitride, silicon nitride, and sialon. Aluminum nitride is particularly preferable in terms of thermal conductivity and corrosion resistance. The resistance heating element embedded and arranged in the ceramic substrate is formed by forming a resistance heating wire (or coil) such as a tungsten wire, a molybdenum wire, a nichrome wire or the like in a spiral or zigzag shape. Further, the power supply terminal having a structure led out of the ceramic base is made of tungsten or molybdenum.
【００１８】請求項１ないし５の発明において、少なく
とも高温大気中に曝される電力供給端子の外周面を嵌合
・被覆する燒結窒化アルミニウムスリーブは、平均粒径
０．０１〜５μｍ程度の窒化アルミニウム粉末に、焼結
助剤およびバインダーを添加・混合して得たスラリーか
ら造粒し、これを所要の形状寸法のスリーブに成形し、
有機成分を熱脱脂処理後、１８００℃以上の高温不活性
雰囲気中、もしくは水素ガス中で焼結することにより作
製される。具体的には、燒結時の収縮によって電力供給
端子の外径と一致するように、内径寸法を設定した窒化
アルミニウム製スリーブ成形体を電力供給端子に嵌合被
覆し、高温不活性雰囲気中などで燒結することにより、
燒結窒化アルミニウムスリーブでの嵌合・被覆が行われ
る。なお、焼結助剤としては、酸化イットリウムなどが
例示され、また、バインダーとしては、ポリビニルブチ
ラールなどが例示される。The sintered aluminum nitride sleeve for fitting and covering at least the outer peripheral surface of the power supply terminal exposed to a high-temperature atmosphere is an aluminum nitride having an average particle size of about 0.01 to 5 μm. The powder is granulated from a slurry obtained by adding and mixing a sintering aid and a binder, and this is formed into a sleeve having a required shape and dimensions.
It is produced by sintering an organic component in a high-temperature inert atmosphere of 1800 ° C. or higher or in a hydrogen gas after thermal degreasing. Specifically, an aluminum nitride sleeve molded body whose inner diameter is set so as to match the outer diameter of the power supply terminal due to shrinkage during sintering is fitted and covered on the power supply terminal, and in a high temperature inert atmosphere or the like. By sintering,
Fitting and coating with a sintered aluminum nitride sleeve are performed. The sintering aid is exemplified by yttrium oxide and the like, and the binder is exemplified by polyvinyl butyral.
【００１９】上記電力供給端子に対する燒結窒化アルミ
ニウムスリーブの嵌合被覆は、抵抗発熱体に対する電力
供給端子の接続側を径大化する形にテーパ付けに行う
と、セラミックス基材との接触面が広くなるので、接合
強度の向上、接続の安定化などを図ることができる。ま
た、抵抗発熱体に対する電力供給端子の端面に、被接続
部と係合する溝（たとえば断面がＶ字形、方形形もしく
は半円形）を設けておくと、位置決めし易く、また、確
実な接続の確保が可能になる。When the sintered aluminum nitride sleeve is fitted to the power supply terminal in a tapered manner so as to increase the diameter of the connection side of the power supply terminal to the resistance heating element, the contact surface with the ceramic base material is widened. Therefore, it is possible to improve the bonding strength and stabilize the connection. If a groove (for example, V-shaped, square or semi-circular in cross section) is provided on the end face of the power supply terminal for the resistance heating element to engage with the connected portion, positioning is easy and reliable connection is ensured. It becomes possible to secure.
【００２０】請求項１ないし５の発明において、電力供
給端子の外周面を嵌合・被覆する燒結窒化アルミニウム
スリーブの厚さは、一般的に、０．１〜３ｍｍ程度、好
ましくは０．５〜１．５ｍｍ程度である。ここで、燒結
窒化アルミニウムスリーブ厚が薄いと、嵌合・被覆加工
性が低下するし、また、所要の耐酸化性を十分に付与で
きない恐れがある。一方、余り厚くなると、面内温度分
布に悪影響が及ぶ傾向がある。In the first to fifth aspects of the present invention, the thickness of the sintered aluminum nitride sleeve for fitting and covering the outer peripheral surface of the power supply terminal is generally about 0.1 to 3 mm, preferably 0.5 to 3 mm. It is about 1.5 mm. Here, if the sintered aluminum nitride sleeve is thin, the fitting / coating workability is reduced, and the required oxidation resistance may not be sufficiently provided. On the other hand, if the thickness is too large, the in-plane temperature distribution tends to be adversely affected.
【００２１】請求項１ないし５の発明において、抵抗発
熱体を埋め込み・内蔵するセラミックス系焼結体は、一
般的に、次のような手段で得られる。たとえば窒化アル
ミニウム系焼結体は、平均粒径０．０１〜５μｍ程度の
窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤およびバインダーを
添加・混合して得たスラリーから造粒し、これを所要の
形状寸法の成形体に成形し、有機成分を熱脱脂処理後、
１８００℃以上の高温不活性雰囲気中で焼結することに
より作製される。ここで、焼結助剤としては、酸化イッ
トリウムなどが例示され、また、バインダーとしては、
ポリビニルブチラールなどが例示される。なお、高温焼
結に先立って、成形体の一主面に、抵抗発熱体の配置・
埋め込み用の溝などを予め設けておくことが望ましい。In the first to fifth aspects of the present invention, the ceramic sintered body in which the resistance heating element is embedded / built is generally obtained by the following means. For example, an aluminum nitride-based sintered body is granulated from a slurry obtained by adding and mixing a sintering aid and a binder to aluminum nitride powder having an average particle size of about 0.01 to 5 μm, and forming the granules into a desired shape and size. After thermal degreasing of organic components,
It is manufactured by sintering in a high temperature inert atmosphere of 1800 ° C. or higher. Here, as the sintering aid, yttrium oxide or the like is exemplified, and as the binder,
Examples thereof include polyvinyl butyral. Prior to high-temperature sintering, the resistance heating element should be
It is desirable to provide a groove for embedding in advance.
【００２２】また、窒化アルミニウム系基材などに対す
る抵抗発熱体の埋め込みは、組み合わせる窒化アルミニ
ウム系部材の対向面間に、抵抗発熱素子を位置決め配置
する。このとき、電力供給端子を導出する側の窒化アル
ミニウム系部材には、予め、電力供給端子を挿着・組み
込んで固定化しておく。そして、前記窒化アルミニウム
系部材の対向する面に、たとえば窒化アルミニウム−酸
化イットリウム−酸化リチウム系ペーストなどの接合剤
を印刷や塗布して接合層を設け、不活性雰囲気中もしく
は減圧雰囲気下で、１５５０〜１７５０℃程度の温度で
加熱することにより行われる。When the resistance heating element is embedded in an aluminum nitride-based substrate or the like, the resistance heating element is positioned and arranged between the opposing surfaces of the aluminum nitride-based members to be combined. At this time, the power supply terminal is inserted and assembled in advance and fixed to the aluminum nitride-based member on the side from which the power supply terminal is led out. Then, a bonding agent such as an aluminum nitride-yttrium oxide-lithium oxide-based paste is printed or applied on the opposing surface of the aluminum nitride-based member to form a bonding layer. It is performed by heating at a temperature of about 1750C.
【００２３】[0023]
【発明の実施態様】以下、図１、図２（ａ），（ｂ）、
図３（ａ），（ｂ）、及び図４を参照して実施例を説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, FIGS. 1, 2 (a) and 2 (b)
An embodiment will be described with reference to FIGS. 3 (a), (b) and FIG.
【００２４】先ず、耐酸性付与の効果を一次的に確認す
るため、径４ｍｍ、長さ３００ｍｍのタングステン製の
棒状電力供給端子本体を用意した。一方、平均粒径０．
０１〜５μｍ程度の窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤
およびバインダーを添加・混合して得たスラリーから造
粒し、これを所要の形状寸法のスリーブに成形した。こ
のとき、窒化アルミニウム製スリーブ成形体は、燒結時
の収縮によって棒状電力供給端子本体の外径と一致する
ような内径寸法に設定する。First, a tungsten rod-shaped power supply terminal body having a diameter of 4 mm and a length of 300 mm was prepared in order to temporarily confirm the effect of imparting acid resistance. On the other hand, the average particle size is 0.
Granulation was performed from a slurry obtained by adding and mixing a sintering aid and a binder to an aluminum nitride powder having a size of about 01 to 5 μm, and formed into a sleeve having a required shape and size. At this time, the inner diameter of the aluminum nitride sleeve molded body is set to match the outer diameter of the rod-shaped power supply terminal main body due to shrinkage during sintering.
【００２５】次いで、前記窒化アルミニウム製スリーブ
成形体を電力供給端子に嵌合被覆し、有機成分を熱脱脂
処理後、１８００℃以上の高温不活性雰囲気（たとえば
窒素ガス）中で、窒化アルミニウム製スリーブ成形体を
焼結することにより作製される。図１は、作製した電力
供給端子１の断面的な構造を示すもので、１ａはタング
ステン製の棒状電力供給端子本体、１ｂは嵌合・被覆す
る燒結窒化アルミニウムスリーブである。さらに、図２
（ａ），（ｂ）は、上記窒化アルミニウム製スリーブ成
形体１ｂ′を棒状電力供給端子本体１ａに嵌合した状
態、及び燒結処理後の嵌合・被覆の状態をそれぞれ模式
的に示す断面図である。Next, the aluminum nitride sleeve molded body is fitted and covered with a power supply terminal, and after thermal degreasing of organic components, the aluminum nitride sleeve is formed in a high temperature inert atmosphere of 1800 ° C. or more (eg, nitrogen gas). It is produced by sintering a compact. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the produced power supply terminal 1, wherein 1a is a rod-shaped power supply terminal main body made of tungsten, and 1b is a sintered aluminum nitride sleeve to be fitted and covered. Further, FIG.
(A) and (b) are cross-sectional views schematically showing a state in which the aluminum nitride sleeve molded body 1b 'is fitted to the rod-shaped power supply terminal main body 1a and a state of fitting and covering after sintering, respectively. It is.
【００２６】なお、上記電力供給端子１は、図３
（ａ），（ｂ）にそれぞれ異なる構成例を示すような構
成を採ることができる。すなわち、上記実施例の場合の
条件に準じて、一端側（抵抗発熱体に接続する側）外周
を径大化にテーパ付きに形成した窒化アルミニウム製ス
リーブ１ｂを棒状電力供給端子本体１ａに嵌合・被覆し
た構成（図３ａ）、あるいは棒状電力供給端子本体１ａ
の一端側外周を径大化にテーパ付きに形成し、これに伴
って窒化アルミニウム製スリーブ１ｂ面もテーパ付きと
した構成（図３ｂ）とすることができる。そして、この
テーパ付き構成にした場合は、抵抗発熱体を埋め込み、
かつ電力供給端子１を挿通・導出するセラミックス系基
材を接合・一体化する際の加圧力を効果的に受けて、よ
り強度の高い接続が形成され易くなる。なお、抵抗発熱
体に接続する電力供給端子本体１ａ端面に、抵抗発熱体
の被接続部と係合する溝２を設けておくと、より信頼性
の高い接続を確保できる。Note that the power supply terminal 1 is
(A) and (b) can be configured to show different configuration examples. That is, according to the conditions in the above embodiment, the aluminum nitride sleeve 1b having one end (the side to be connected to the resistance heating element) whose outer periphery is tapered to increase in diameter is fitted to the rod-shaped power supply terminal main body 1a. -Covered configuration (Fig. 3a) or rod-shaped power supply terminal body 1a
The outer circumference at one end is tapered to increase the diameter, and the surface of the aluminum nitride sleeve 1b can be tapered accordingly (FIG. 3B). And in the case of this tapered configuration, a resistance heating element is embedded,
In addition, the ceramic base material through which the power supply terminal 1 is inserted and drawn out is effectively subjected to the pressing force at the time of joining and integrating the ceramic base material, so that a connection with higher strength is easily formed. If the power supply terminal main body 1a connected to the resistance heating element is provided with a groove 2 that engages with the connected portion of the resistance heating element, a more reliable connection can be secured.
【００２７】次に、構成の電力供給端子を８００℃の温
度で、空気中に１００時間放置して、この処理前後の重
量変化から耐酸化性を検討した結果、重量変化率は＋
０．０５％以下で良好な耐酸化性を呈することが確認さ
れた。つまり、タングステン製の棒状電力供給端子本体
１ａは、外周面が燒結窒化アルミニウムスリーブ１ｂ
で、密に嵌合・被覆されているため、高温大気に曝され
も酸化劣化の恐れが少なく、優れた耐酸化性を呈する。
しかも、棒状電力供給端子本体１ａ及び燒結窒化アルミ
ニウムスリーブ１ｂは、熱膨張係数がほぼ同じであるた
め、加熱・冷却のサイクルで剥離などを起こす恐れもな
く、上記優れた耐酸化性を長期間に亘って保持・発揮す
る。Next, the power supply terminal of the structure was left in the air at a temperature of 800 ° C. for 100 hours, and the oxidation resistance was examined from the weight change before and after the treatment.
It was confirmed that good oxidation resistance was exhibited at 0.05% or less. That is, the outer peripheral surface of the rod-shaped power supply terminal body 1a made of tungsten has a sintered aluminum nitride sleeve 1b.
Since they are tightly fitted and covered, they are less susceptible to oxidative degradation even when exposed to a high-temperature atmosphere, and exhibit excellent oxidation resistance.
Moreover, since the rod-shaped power supply terminal main body 1a and the sintered aluminum nitride sleeve 1b have substantially the same coefficient of thermal expansion, there is no possibility of peeling during the heating / cooling cycle, and the above-mentioned excellent oxidation resistance can be maintained for a long time. Holds and exerts throughout.
【００２８】次に、上記燒結窒化アルミニウムスリーブ
を嵌合・被覆した電力供給端子１を組み込んだ面状セラ
ミックスヒーターの実施例を説明する。図４は、面状セ
ラミックスヒーターの要部構成を拡大して示す断面図で
あり、３は径２３０ｍｍの窒化アルミニウム系基材で、
一主面が放熱・発熱面を成す厚さ６ｍｍの窒化アルミニ
ウム系基材層３ａと、電力供給端子１を他主面側に導出
する厚さ ６ｍｍの窒化アルミニウム系基材層３ｂと
の接合剤層（図示省略）を介したホットプレスで、接合
・一体に構成されている。また、４は径０．４ｍｍのタ
ングステン線を素材とした抵抗発熱体で、前記窒化アル
ミニウム系基材層３ａ、３ｂ間に埋め込まれており、そ
の被接続端子部に対応する電力供給端子１が接続してい
る。Next, an embodiment of the planar ceramic heater incorporating the power supply terminal 1 fitted and covered with the sintered aluminum nitride sleeve will be described. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a main part of the planar ceramic heater. Reference numeral 3 denotes an aluminum nitride-based substrate having a diameter of 230 mm.
A bonding agent between a 6 mm thick aluminum nitride base material layer 3a whose one main surface forms a heat dissipation / heating surface and a 6 mm thick aluminum nitride base material layer 3b that leads out the power supply terminal 1 to the other main surface side It is joined and integrated by hot pressing through layers (not shown). Reference numeral 4 denotes a resistance heating element made of a tungsten wire having a diameter of 0.4 mm, which is embedded between the aluminum nitride base layers 3a and 3b, and has a power supply terminal 1 corresponding to the connected terminal portion. Connected.
【００２９】つまり、この面状セラミックスヒーターの
構成においては、電力供給端子１の少なくとも窒化アル
ミニウム系基材層３ｂから導出し、大気中に曝される領
域外周面が、燒結窒化アルミニウムスリーブ１ｂで被覆
されている。That is, in the configuration of the planar ceramic heater, the outer peripheral surface of the power supply terminal 1 which is at least derived from the aluminum nitride base material layer 3b and exposed to the atmosphere is covered with the sintered aluminum nitride sleeve 1b. Have been.
【００３０】次に、上記構成の面状セラミックスヒータ
ーを、半導体製造用ＣＶＤ装置の処理室内に位置決め装
着し、処理室内を減圧Ａｒ系雰囲気とし、面状セラミッ
クスヒーターに電力を供給して、処理室内温度を７５０
℃に保持するように設定した。なお、面状セラミックス
ヒーターの位置決め装着では、電力供給端子１の一部が
処理室外に導出して、高温大気中に曝される状態になっ
ている。Next, the planar ceramic heater having the above configuration is positioned and mounted in a processing chamber of a semiconductor manufacturing CVD apparatus, the processing chamber is set to a reduced-pressure Ar-based atmosphere, and power is supplied to the planar ceramic heater. Temperature 750
It was set to be kept at ° C. In the positioning mounting of the planar ceramic heater, a part of the power supply terminal 1 is led out of the processing chamber and is exposed to the high-temperature atmosphere.
【００３１】上記面状セラミックスヒーターの加熱動作
において、処理室外に導出して大気に曝される電力供給
端子１領域の酸化による性状変化が防止されるため、安
定した電力供給が行われる。つまり、面状セラミックス
ヒーターにおける安定した放熱・発熱が容易、かつ定常
的に確保される。In the heating operation of the planar ceramic heater, since the property change due to oxidation of the power supply terminal 1 area exposed to the atmosphere outside the processing chamber is prevented, stable power supply is performed. That is, stable heat dissipation and heat generation in the planar ceramic heater are easily and constantly secured.
【００３２】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば、抵抗発熱体の形状・材
質、入力電力端子の材質、あるいはセラミックス系基材
の材質、形状・寸法など用途に応じて選択・設定でき
る。その他、静電チャックや電極内蔵形サセプターの構
成などにも適用できる。The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the shape and material of the resistance heating element, the material of the input power terminal, or the material, shape and dimensions of the ceramic base material can be selected and set according to the application. In addition, the present invention can be applied to a configuration of an electrostatic chuck or a susceptor with a built-in electrode.
【００３３】[0033]
【発明の効果】請求項１ないし３の発明によれば、電力
供給端子の高温大気に曝される部分が、ほぼ同じ程度の
熱膨張係数を有する燒結窒化アルミニウムスリーブの嵌
合で被覆されている。したがって、電力供給端子の酸化
による性能低下などが解消され、安定した電力供給能を
有する耐久性の高い面状セラミックスヒーターが提供さ
れる。According to the first to third aspects of the present invention, the portion of the power supply terminal exposed to the high-temperature atmosphere is covered with a sintered aluminum nitride sleeve having substantially the same coefficient of thermal expansion. . Therefore, performance degradation due to oxidation of the power supply terminal is eliminated, and a highly durable planar ceramic heater having stable power supply capability is provided.
【００３４】請求項４及び５の発明によれば、電力供給
端子の酸化劣化に起因する電力供給の不良化の恐れも解
消し、半導体の製造に適する安定した面状セラミックス
ヒーターが歩留まりよく提供される。According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the risk of power supply failure due to the oxidative deterioration of the power supply terminal is eliminated, and a stable planar ceramic heater suitable for semiconductor manufacturing is provided with high yield. You.
【図１】実施例に係る電力供給端子の要部構成例を示す
断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a configuration of a main part of a power supply terminal according to an embodiment.
【図２】実施例に係る電力供給端子の製造時の態様例を
模式的に示すもので、（ａ）は棒状電力供給端子本体に
窒化アルミニウムスリーブ成形体を嵌合した状態の断面
図、（ｂ）は燒結一体化後の断面図。FIGS. 2A and 2B schematically illustrate an example of a mode of manufacturing a power supply terminal according to an embodiment, in which FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a state in which an aluminum nitride sleeve molded body is fitted to a rod-shaped power supply terminal main body; (b) is a sectional view after sintering and integration.
【図３】（ａ），（ｂ）は実施例に係る電力供給端子の
互いに異なる他の要部構成例を示す断面図。FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing another example of the configuration of the main part of the power supply terminal according to the embodiment, which is different from that of FIG.
【図４】実施例に係る面状セラミックスヒーターの要部
構成を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a main part of the planar ceramic heater according to the embodiment.
１……電力供給端子 １ａ……電力供給端子本体 １ｂ……燒結窒化アルミニウムスリーブ ２……抵抗発熱体の被接続部係合用溝 ３……窒化アルミニウム系基材 ４……抵抗発熱体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply terminal 1a ... Power supply terminal main body 1b ... Sintered aluminum nitride sleeve 2 ... Groove for connecting the connected part of resistance heating element 3 ... Aluminum nitride base material 4 ... Resistance heating element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/12 Ｈ０５Ｂ 3/12 Ａ (72)発明者 青沼 伸一朗 神奈川県秦野市曽屋30 東芝セラミックス 株式会社開発研究所内 (72)発明者 藤田 光広 神奈川県秦野市曽屋30 東芝セラミックス 株式会社開発研究所内 (72)発明者 宮崎 晃 神奈川県秦野市曽屋30 東芝セラミックス 株式会社開発研究所内 Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA04 AA10 AA33 AA34 BA06 BB06 BB14 BC17 CA02 HA01 HA04 HA10 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB26 QB30 QB31 QB62 QC02 RF03 RF11 RF27 VV09 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05B 3/12 H05B 3/12 A (72) Inventor Shinichiro Aonuma 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Toshiba Ceramics Co., Ltd. In the laboratory (72) Inventor Mitsuhiro Fujita 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Toshiba Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Akira Miyazaki 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Toshiba Ceramics Co., Ltd. F-term (reference) 3K034 AA02 AA04 AA10 AA33 AA34 BA06 BB06 BB14 BC17 CA02 HA01 HA04 HA10 JA10 3K092 PP20 QA05 QB02 QB26 QB30 QB31 QB62 QC02 RF03 RF11 RF27 VV09
Claims (5)
ミックス基材と、前記セラミックス基材に埋め込み・配
置された抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に一端が接続し
他端側がセラミックス基材の他主面側に導出されたタン
グステン製もしくはモリブデン製の電力供給端子とを有
する面状セラミックスヒーターであって、 前記電力供給端子の少なくとも高温大気に曝される外周
面が燒結窒化アルミニウムスリーブに嵌合・被覆されて
いることを特徴とする面状セラミックスヒーター。1. A planar ceramic substrate having one main surface serving as a heat-radiating / heating surface, a resistance heating element embedded and disposed in the ceramic substrate, and one end connected to the resistance heating element and the other end connected to the resistance heating element. A planar ceramic heater having a tungsten or molybdenum power supply terminal led out to the other main surface side of the ceramic base material, wherein at least an outer peripheral surface of the power supply terminal exposed to a high-temperature atmosphere is sintered aluminum nitride. A planar ceramic heater characterized by being fitted and covered by a sleeve.
リーブの肉厚が０．１〜３ｍｍであることを特徴とする
請求項１記載の面状セラミックスヒーター。2. The planar ceramic heater according to claim 1, wherein the thickness of the sintered aluminum nitride sleeve to be fitted and covered is 0.1 to 3 mm.
の挿着孔及び電力供給端子が対応するテーパ付き係合を
なし、かつテーパを伝達される加圧力で抵抗発熱体に対
する電力供給端子の接続が行われていることを特徴とす
る請求項１もしくは請求項２記載の面状セラミックスヒ
ーター。3. The connection of the power supply terminal to the resistance heating element with a pressure applied to the insertion hole of the ceramic base material into which the power supply terminal is to be inserted and the power supply terminal, and the taper transmitted. The planar ceramic heater according to claim 1, wherein the heating is performed.
セラミックス基材の他主面側に被接続端子部を有する抵
抗発熱体を位置決め配置する工程と、前記抵抗発熱体の
被接続端子部に接続するタングステン製もしくはモリブ
デン製の電力供給端子を挿着する第２の面状セラミック
ス基材を抵抗発熱体配置面に積層一体化する工程と、を
備える面状セラミックスヒーターの製造方法であって、 前記第２の面状セラミックス基材に挿着する電力供給端
子の少なくとも高温大気に曝される外周面に燒結窒化ア
ルミニウムスリーブを嵌合・被覆させておくことを特徴
とする面状セラミックスヒーターの製造方法。4. A step of positioning and positioning a resistance heating element having a connected terminal portion on the other main surface side of the first planar ceramic base material whose one main surface forms a heat dissipation / heating surface; A step of laminating and integrating a second planar ceramic base material into which a power supply terminal made of tungsten or molybdenum to be connected to the connected terminal portion is inserted, on a surface on which the resistance heating element is arranged. A method characterized in that a sintered aluminum nitride sleeve is fitted and covered on at least an outer peripheral surface of a power supply terminal to be inserted into the second planar ceramic substrate, which is exposed to a high-temperature atmosphere. Of manufacturing ceramic heaters.
端子挿着孔及び電力供給端子を対応するテーパ付き加工
しておき、積層一体化する加圧力のテーパ伝達で抵抗発
熱体に対する電力供給端子の接続を助長することを特徴
とする請求項４記載の面状セラミックスヒーターの製造
方法。5. The power supply terminal insertion hole and the power supply terminal of the second planar ceramic base material are processed to have a corresponding taper, and power is supplied to the resistance heating element by taper transmission of a pressing force for lamination and integration. 5. The method for manufacturing a planar ceramic heater according to claim 4, wherein connection of terminals is promoted.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2007134088A (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-31 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Ceramic heater and manufacturing method of ceramic heater |
-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001118023A patent/JP2002313539A/en active Pending
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