JP2779052B2 - 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Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複層セラミックス・ヒーター、特には高純度
であり、高温、高真空下でも金属不純物などが飛散する
ことがないことから、半導体産業、宇宙産業要などに好
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。
であり、高温、高真空下でも金属不純物などが飛散する
ことがないことから、半導体産業、宇宙産業要などに好
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。
［従来の技術］ 近年の技術進歩に伴なって産業界、とりわけ半導体工
業においては多くの加熱プロセスが必要とされることか
ら、各種の加熱プロセスにおけるヒーターに対する要求
特性が厳しいものになっている。
業においては多くの加熱プロセスが必要とされることか
ら、各種の加熱プロセスにおけるヒーターに対する要求
特性が厳しいものになっている。
すなわち、半導体工業において使用される加熱用ヒー
ターについては、加熱時にヒーターから飛散する金属不
純物によってデバイスに悪影響が与えられたり、真空度
が低下するという不利が生じることがあることから、こ
の加熱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、石英などの焼結体にモリブデン、タングス
テンなどの高融点金属の線や箔をヒーターとして巻きつ
けるか、接着したものが用いられている。
ターについては、加熱時にヒーターから飛散する金属不
純物によってデバイスに悪影響が与えられたり、真空度
が低下するという不利が生じることがあることから、こ
の加熱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、石英などの焼結体にモリブデン、タングス
テンなどの高融点金属の線や箔をヒーターとして巻きつ
けるか、接着したものが用いられている。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、これらの加熱ヒーターはこの焼結体に焼結バ
インダーからの金属不純物や脱脂不充分による炭素など
が混入しているという不利があるほか、これには加熱ヒ
ーターの組み立てが煩雑であるし、被加熱体に直接ヒー
ターが接触できないので精密な温度コントロールが難し
く、さらにはヒーターが金属製であるために熱による変
形、脆化が発生し易く、短縮やスパークなどのトラブル
がしばしば生じるという欠点がある。
インダーからの金属不純物や脱脂不充分による炭素など
が混入しているという不利があるほか、これには加熱ヒ
ーターの組み立てが煩雑であるし、被加熱体に直接ヒー
ターが接触できないので精密な温度コントロールが難し
く、さらにはヒーターが金属製であるために熱による変
形、脆化が発生し易く、短縮やスパークなどのトラブル
がしばしば生じるという欠点がある。
そのため、この種の加熱ヒーターについては熱分解窒
化ほう素（以下PBNと略記する）成形体の上に熱分解炭
素（以下PGと略記する）の膜を蒸着したのち、このPG部
分を切削加工してヒーター回路とするというものも開発
されているが、このものは高純度であるけれどもPGが熱
分解法で作られるものであるために反応に長時間が必要
であるし、このヒーター回路がその切削加工で行なわれ
るものであるために極めて高価なものとなり、また複雑
形状のものは製作することができないという不利があ
る。
化ほう素（以下PBNと略記する）成形体の上に熱分解炭
素（以下PGと略記する）の膜を蒸着したのち、このPG部
分を切削加工してヒーター回路とするというものも開発
されているが、このものは高純度であるけれどもPGが熱
分解法で作られるものであるために反応に長時間が必要
であるし、このヒーター回路がその切削加工で行なわれ
るものであるために極めて高価なものとなり、また複雑
形状のものは製作することができないという不利があ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利を解決した複層セラミックス
・ヒーターに関するものであり、これは高純度セラミッ
クスに合成有機化合物を回路パターンになるように塗布
し、該有機化合物をその分解温度以上の温度で焼成して
炭素膜ヒーターとしてなることを特徴とするものであ
る。
・ヒーターに関するものであり、これは高純度セラミッ
クスに合成有機化合物を回路パターンになるように塗布
し、該有機化合物をその分解温度以上の温度で焼成して
炭素膜ヒーターとしてなることを特徴とするものであ
る。
すなわち、本発明者らはヒーターからの不純物汚染が
ないし、変形や脆化も少なく、コンパクトでかつ安価に
複雑形状にも対応できるヒーターを開発すべく種々検討
した結果、高純度セラミックス基体に合成有機化合物を
所望の回路パターンに塗布したのち、これをその分解温
度以上の温度で焼成すれば、この有機化合物が炭素膜ヒ
ーターとなり、セラミックス基体の上にこの炭素膜ヒー
ターが強固に接合した複層セラミックス・ヒーターの得
られることを見出すと共に、このものは高純度であるこ
とからヒーターからの不純物による汚染がなく、これは
変形、脆化することもないので、分子線エピタキシィー
（MBE）,MOCVD,プラズマCVD,スパッター，電子線照射
（EB）装置などのように精密な温度コントロールが必要
とされるものの加熱用ヒーター、また高真空下での脱ガ
ス、不純物の飛散を嫌う加熱用ヒーターとして有用とさ
れることを確認して本発明を完成させた。
ないし、変形や脆化も少なく、コンパクトでかつ安価に
複雑形状にも対応できるヒーターを開発すべく種々検討
した結果、高純度セラミックス基体に合成有機化合物を
所望の回路パターンに塗布したのち、これをその分解温
度以上の温度で焼成すれば、この有機化合物が炭素膜ヒ
ーターとなり、セラミックス基体の上にこの炭素膜ヒー
ターが強固に接合した複層セラミックス・ヒーターの得
られることを見出すと共に、このものは高純度であるこ
とからヒーターからの不純物による汚染がなく、これは
変形、脆化することもないので、分子線エピタキシィー
（MBE）,MOCVD,プラズマCVD,スパッター，電子線照射
（EB）装置などのように精密な温度コントロールが必要
とされるものの加熱用ヒーター、また高真空下での脱ガ
ス、不純物の飛散を嫌う加熱用ヒーターとして有用とさ
れることを確認して本発明を完成させた。
以下にこれをさらに詳述する。
［作用］ 本発明は高純度セラミックスに炭素膜ヒーターを取り
つけた複層セラミックス・ヒーターに関するものであ
る。
つけた複層セラミックス・ヒーターに関するものであ
る。
本発明の複層セラミックス・ヒーターを構成するセラ
ミックス基体は絶縁性の高純度セラミックスから作られ
たものとされる。
ミックス基体は絶縁性の高純度セラミックスから作られ
たものとされる。
このセラミックス基体としてはアルミナ、ジルコニ
ア、二酸化けい素、マグネシア、ベリリア、チタニア、
窒素アルミニウム、窒化けい素、窒化ほう素、窒化チタ
ンまたはこれらの複合体が例示されるが、これが多量の
金属不純物を含んでいると高温、高真空下での使用中に
この不純物が飛散して被処理物に混入するおそれがある
ので、これは金属不純物量が10ppm以下である高純度の
ものとする必要がある。したがって、このセラミックス
基体は化学気相蒸着法（CVD法）で作られたものとする
ことがよいが、これは耐熱性、ヒートショック性がよ
く、また脱ガスもない熱分解窒化ほう素（PBN）とする
ことがよい。
ア、二酸化けい素、マグネシア、ベリリア、チタニア、
窒素アルミニウム、窒化けい素、窒化ほう素、窒化チタ
ンまたはこれらの複合体が例示されるが、これが多量の
金属不純物を含んでいると高温、高真空下での使用中に
この不純物が飛散して被処理物に混入するおそれがある
ので、これは金属不純物量が10ppm以下である高純度の
ものとする必要がある。したがって、このセラミックス
基体は化学気相蒸着法（CVD法）で作られたものとする
ことがよいが、これは耐熱性、ヒートショック性がよ
く、また脱ガスもない熱分解窒化ほう素（PBN）とする
ことがよい。
また、この複層セラミックス・ヒーターを構成する炭
素膜ヒーターは合成有機化合物の焼成で作られたものと
される。これはこの有機化合物が天然のものであると不
純物の含有量が極めて多いので、化学的に合成されたも
のとすることが必要とされるのであるが、これはポリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、ポリエチレ
ンなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フルフラール
樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性
樹脂などが例示される。
素膜ヒーターは合成有機化合物の焼成で作られたものと
される。これはこの有機化合物が天然のものであると不
純物の含有量が極めて多いので、化学的に合成されたも
のとすることが必要とされるのであるが、これはポリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、ポリエチレ
ンなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フルフラール
樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性
樹脂などが例示される。
この合成有機化合物による炭素膜ヒーターの形成は、
合成有機化合物を前記したセラミックス基体上に所望の
回路パターンが形成されるように塗布したのち、これを
その熱分解温度以上の温度で焼成し、炭化させることに
よって行なわれるが、この際熱によるダレの発生、形成
パターンの変形がないことが望ましいので、この合成有
機化合物は熱硬化性樹脂からなるものとすることがよ
い。また、このようにして形成された炭素膜ヒーターは
セラミックス基体に強固に接合していることが必要とさ
れるが、これはこの焼成雰囲気と焼成温度を選択するこ
とが重要であり、この雰囲気は高純度のアルゴン、ヘリ
ウムなどの不活性ガス雰囲気とすればよく、この焼成温
度は該有機化合物の炭素化が約800〜1,500℃で行なわ
れ、1,500℃以上では黒鉛化が始まり、2,200℃までは温
度の上昇と共に硬さが増加し、電気抵抗が低下するが、
2,200℃を越えると炭素膜の分解が始まるので、これは8
00〜2,200℃の範囲とすればよい。なお、この炭素膜も
金属不純物を多量に含んでいるとこのヒーターから出る
不純物によって被処理物に不良が発生するので、これは
金属不純物が50ppm以下のもとのすることが必要とされ
るが、またこの炭素膜の厚さはヒートサイクルなどによ
る剥離を回避するため100μｍ以下、好ましくは50μｍ
以下のものとすればよい。
合成有機化合物を前記したセラミックス基体上に所望の
回路パターンが形成されるように塗布したのち、これを
その熱分解温度以上の温度で焼成し、炭化させることに
よって行なわれるが、この際熱によるダレの発生、形成
パターンの変形がないことが望ましいので、この合成有
機化合物は熱硬化性樹脂からなるものとすることがよ
い。また、このようにして形成された炭素膜ヒーターは
セラミックス基体に強固に接合していることが必要とさ
れるが、これはこの焼成雰囲気と焼成温度を選択するこ
とが重要であり、この雰囲気は高純度のアルゴン、ヘリ
ウムなどの不活性ガス雰囲気とすればよく、この焼成温
度は該有機化合物の炭素化が約800〜1,500℃で行なわ
れ、1,500℃以上では黒鉛化が始まり、2,200℃までは温
度の上昇と共に硬さが増加し、電気抵抗が低下するが、
2,200℃を越えると炭素膜の分解が始まるので、これは8
00〜2,200℃の範囲とすればよい。なお、この炭素膜も
金属不純物を多量に含んでいるとこのヒーターから出る
不純物によって被処理物に不良が発生するので、これは
金属不純物が50ppm以下のもとのすることが必要とされ
るが、またこの炭素膜の厚さはヒートサイクルなどによ
る剥離を回避するため100μｍ以下、好ましくは50μｍ
以下のものとすればよい。
本発明の複層セラミックス・ヒーターは高純度のセラ
ミックス基体上に合成有機化合物の焼成で作製した炭素
膜ヒーターを形成させた２層構造体のものとされるが、
これは必要に応じこの炭素膜ヒーターの上に高純度セラ
ミックスを接合した３層構造のものとしてもよいし、さ
らにはこの２層構造のものを何段にも組み合わせた多層
構造のものとしてもよく、これによれば容易に、しかも
安価に高純度の複層セラミックス・ヒーターを得ること
ができるという有利性が与えられる。
ミックス基体上に合成有機化合物の焼成で作製した炭素
膜ヒーターを形成させた２層構造体のものとされるが、
これは必要に応じこの炭素膜ヒーターの上に高純度セラ
ミックスを接合した３層構造のものとしてもよいし、さ
らにはこの２層構造のものを何段にも組み合わせた多層
構造のものとしてもよく、これによれば容易に、しかも
安価に高純度の複層セラミックス・ヒーターを得ること
ができるという有利性が与えられる。
［実施例］ つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。
実施例 三塩化ほう素とアンモニアとを２トールの減圧下に1,
900℃の温度で15時間、化学気相蒸着反応させて、100mm
φ、厚さ1mmの熱分解窒化ほう素（PBN）成形体を作った
ところ、このPBN中の金属不純物量は8ppmであった。
900℃の温度で15時間、化学気相蒸着反応させて、100mm
φ、厚さ1mmの熱分解窒化ほう素（PBN）成形体を作った
ところ、このPBN中の金属不純物量は8ppmであった。
ついでこのPBN成形体の上にエポキシ樹脂−エピコー
ト815［油化シエルエポキシ（株）製商品名］をスクリ
ーン印刷で3mm幅の渦形の回路パターン状に塗布し、ア
ルゴンガス雰囲気中において800℃までは150℃／分の速
度で、1,900℃までは250℃／分の速度で加熱し、この温
度で５時間焼成してから冷却したところ、PBN成形体上
に炭素膜が2,8mm幅、厚み2.0μｍで渦状に形成されたも
のが得られたので、この炭素膜の渦形の両端にモリブデ
ンの電極をカーボンビスで取り付けて複層セラミックス
・ヒーターを作った。
ト815［油化シエルエポキシ（株）製商品名］をスクリ
ーン印刷で3mm幅の渦形の回路パターン状に塗布し、ア
ルゴンガス雰囲気中において800℃までは150℃／分の速
度で、1,900℃までは250℃／分の速度で加熱し、この温
度で５時間焼成してから冷却したところ、PBN成形体上
に炭素膜が2,8mm幅、厚み2.0μｍで渦状に形成されたも
のが得られたので、この炭素膜の渦形の両端にモリブデ
ンの電極をカーボンビスで取り付けて複層セラミックス
・ヒーターを作った。
つぎにこれを分子線エピタキシー（MBE）装置の基板
加熱装置として用いてGaAsの膜を形成し、この膜の20℃
における電子移動度を測定したところ、8,400cm2/V・se
cという値が得られ、これは理論値としての8,500cm2/V
・secに近いものであるので、極めて良好な高純度GaAs
膜の得られたことがことが確認された。
加熱装置として用いてGaAsの膜を形成し、この膜の20℃
における電子移動度を測定したところ、8,400cm2/V・se
cという値が得られ、これは理論値としての8,500cm2/V
・secに近いものであるので、極めて良好な高純度GaAs
膜の得られたことがことが確認された。
比較例 メタノール洗浄後、2,000℃,50時間の熱処理により高
純度化処理された窒化ほう素焼結体（BN）で100mmφ、
厚さ5mmの円板を製作したところ、このものの金属不純
物量は35ppmであった。
純度化処理された窒化ほう素焼結体（BN）で100mmφ、
厚さ5mmの円板を製作したところ、このものの金属不純
物量は35ppmであった。
ついで、このBN成形体上に精製した天然ゴム溶液（金
属不純物量700ppm）を用いて実施例１と同様の方法で渦
形の炭素膜を形成し、実施例１と同様に電極を設けて複
層セラミックス・ヒーターを作った。
属不純物量700ppm）を用いて実施例１と同様の方法で渦
形の炭素膜を形成し、実施例１と同様に電極を設けて複
層セラミックス・ヒーターを作った。
つぎにこれをMBE装置の基板加熱装置として用いてGaA
sの膜を形成し、この膜の電子移動度を測定したとこ
ろ、これは2,000cm2/V・secでこれは不良品であった。
sの膜を形成し、この膜の電子移動度を測定したとこ
ろ、これは2,000cm2/V・secでこれは不良品であった。
［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、これは前記したように高純度セラミックスに合成有
機化合物を所望の回路パターンになるように塗布し、該
有機化合物をその分解温度以上の温度で焼成して炭素膜
ヒーターとしてなることを特徴とするものであり、これ
によれば炭素膜ヒーターがセラミックスに強固に接合す
るし、セラミックス、炭素膜ヒーターが高純度であるの
で、これを加熱ヒーターとしたときにヒーターからの不
純物による汚染がなく、これはまた加熱により変形、脆
化することもないので、このものは分子線エピタキシー
（MBE）,MOCVD,プラズマCVD,スパッター，電子線照射
（BE）装置などの加熱用ヒーターとして、また高温、高
真空下での脱ガス、不純物の飛散を嫌う加熱用ヒーター
として有用とされるという有利性が与えられる。
で、これは前記したように高純度セラミックスに合成有
機化合物を所望の回路パターンになるように塗布し、該
有機化合物をその分解温度以上の温度で焼成して炭素膜
ヒーターとしてなることを特徴とするものであり、これ
によれば炭素膜ヒーターがセラミックスに強固に接合す
るし、セラミックス、炭素膜ヒーターが高純度であるの
で、これを加熱ヒーターとしたときにヒーターからの不
純物による汚染がなく、これはまた加熱により変形、脆
化することもないので、このものは分子線エピタキシー
（MBE）,MOCVD,プラズマCVD,スパッター，電子線照射
（BE）装置などの加熱用ヒーターとして、また高温、高
真空下での脱ガス、不純物の飛散を嫌う加熱用ヒーター
として有用とされるという有利性が与えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 41/87 H05B 3/14
Claims (4)
- 【請求項１】高純度セラミックスに合成有機化合物を所
望の回路パターンになるように塗布し、該有機化合物を
その分解温度以上の温度で焼成して炭素膜ヒーターとし
てなることを特徴とする複層セラミックス・ヒーター。 - 【請求項２】高純度セラミックスが化学気相蒸着法で作
られた、金属不純物量が10ppm以下の熱分解窒化ほう素
である請求項１に記載した複層セラミックス・ヒータ
ー。 - 【請求項３】合成有機化合物が金属不純物50ppm以下の
熱硬化性樹脂である請求項１に記載した複層セラミック
ス・ヒーター。 - 【請求項４】合成有機化合物の焼成が800〜2,200℃の温
度で行なわれる請求項１に記載した複層セラミックス・
ヒーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24303890A JP2779052B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | 複層セラミックス・ヒーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24303890A JP2779052B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | 複層セラミックス・ヒーター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04124076A JPH04124076A (ja) | 1992-04-24 |
| JP2779052B2 true JP2779052B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=17097919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24303890A Expired - Fee Related JP2779052B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | 複層セラミックス・ヒーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2779052B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5591269A (en) * | 1993-06-24 | 1997-01-07 | Tokyo Electron Limited | Vacuum processing apparatus |
| JP3406488B2 (ja) * | 1997-09-05 | 2003-05-12 | 東京エレクトロン株式会社 | 真空処理装置 |
| TW432578B (en) | 1997-09-18 | 2001-05-01 | Tokyo Electron Ltd | A vacuum processing apparatus |
| JP2000223245A (ja) * | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 炭素系発熱体およびその製造方法 |
| JP3963788B2 (ja) | 2002-06-20 | 2007-08-22 | 信越化学工業株式会社 | 静電吸着機能を有する加熱装置 |
| JP4082985B2 (ja) | 2002-11-01 | 2008-04-30 | 信越化学工業株式会社 | 静電吸着機能を有する加熱装置及びその製造方法 |
| JP4309714B2 (ja) | 2003-08-27 | 2009-08-05 | 信越化学工業株式会社 | 静電吸着機能を有する加熱装置 |
-
1990
- 1990-09-13 JP JP24303890A patent/JP2779052B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04124076A (ja) | 1992-04-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |