JP2948357B2 - 複層セラミックスヒ−タ− - Google Patents
複層セラミックスヒ−タ−Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複層セラミックスヒータ
ー、特には半導体用シリコンウエーハの加熱用や、化学
気相蒸着法、スパッタ−法によって薄膜を形成する際の
基材の加熱用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。
ー、特には半導体用シリコンウエーハの加熱用や、化学
気相蒸着法、スパッタ−法によって薄膜を形成する際の
基材の加熱用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。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体プロセスに使用されるヒー
ターとしてはアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア
などの焼結セラミックスからなる支持体に、モリブデ
ン、タングステンなどの高融点金属の線や箔を発熱体と
して巻き付けるか、接着したものが用いられてきてい
る。また、この改良品としては電気絶縁性セラミックス
の支持基材上に導電性セラミックスの発熱層を設けたも
のも開発されている。
ターとしてはアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア
などの焼結セラミックスからなる支持体に、モリブデ
ン、タングステンなどの高融点金属の線や箔を発熱体と
して巻き付けるか、接着したものが用いられてきてい
る。また、この改良品としては電気絶縁性セラミックス
の支持基材上に導電性セラミックスの発熱層を設けたも
のも開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
公知のヒーターには、発熱体が金属製のものとされてい
るために変形や脆化が起こり易く、したがって短寿命で
あるし、また組立ても煩雑であるという問題点がある。
また、この改良品は発熱体がセラミックスであることか
ら長寿命であり、発熱体が支持基材と一体化しているた
めに組立ても容易であるという利点はあるが、これには
発熱体が支持基材の片面にしかないため、両者の熱膨張
の差を吸収する部分がなく、したがって温度が変化する
とヒーターに変形が起り、例えば半導体ウエーハ加熱用
の平面ヒーターの場合にはウエーハとの接触が不均一に
なり、温度の均一性が損なわれるという欠点があった。
公知のヒーターには、発熱体が金属製のものとされてい
るために変形や脆化が起こり易く、したがって短寿命で
あるし、また組立ても煩雑であるという問題点がある。
また、この改良品は発熱体がセラミックスであることか
ら長寿命であり、発熱体が支持基材と一体化しているた
めに組立ても容易であるという利点はあるが、これには
発熱体が支持基材の片面にしかないため、両者の熱膨張
の差を吸収する部分がなく、したがって温度が変化する
とヒーターに変形が起り、例えば半導体ウエーハ加熱用
の平面ヒーターの場合にはウエーハとの接触が不均一に
なり、温度の均一性が損なわれるという欠点があった。
【０００４】
【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、
これは熱分解窒化ほう素または化学気相蒸着窒化けい素
である支持基材の両面に熱分解グラファイトまたは化学
気相蒸着炭化けい素である発熱層を設けてなることを特
徴とするものである。
を解決した複層セラミックスヒーターに関するもので、
これは熱分解窒化ほう素または化学気相蒸着窒化けい素
である支持基材の両面に熱分解グラファイトまたは化学
気相蒸着炭化けい素である発熱層を設けてなることを特
徴とするものである。
【０００５】すなわち、本発明者らは従来の不利を解決
した複層セラミックスヒーターを開発すべく種々検討し
た結果、電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の両
面に導電性セラミックスの発熱層を設ければ、支持基材
と発熱層との熱膨張の差による変形がこの裏面の導電性
セラミックスに打消されるので温度が変化してもヒータ
ーに変形の起ることがなくなり、したがってこれを半導
体ウエーハの加熱に使用しても温度の均一性が損なわれ
ることがなくなるということを見出し、この導電性セラ
ミックスについてはこれと略々同等の熱膨張係数、ヤン
グ率、ポアソン比を有する他のセラミックスとしてもよ
いということを確認して本発明を完成させた。
した複層セラミックスヒーターを開発すべく種々検討し
た結果、電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の両
面に導電性セラミックスの発熱層を設ければ、支持基材
と発熱層との熱膨張の差による変形がこの裏面の導電性
セラミックスに打消されるので温度が変化してもヒータ
ーに変形の起ることがなくなり、したがってこれを半導
体ウエーハの加熱に使用しても温度の均一性が損なわれ
ることがなくなるということを見出し、この導電性セラ
ミックスについてはこれと略々同等の熱膨張係数、ヤン
グ率、ポアソン比を有する他のセラミックスとしてもよ
いということを確認して本発明を完成させた。
【０００６】
【作用】本発明は積層セラミックスヒーターに関するも
のであり、これは支持基材と発熱層との間の熱膨張率の
差による変形を打消すために、支持基材の両面に導電性
セラミックスからなる発熱層を設けてなるものである。
のであり、これは支持基材と発熱層との間の熱膨張率の
差による変形を打消すために、支持基材の両面に導電性
セラミックスからなる発熱層を設けてなるものである。
【０００７】本発明の複層セラミックスヒーターは電気
絶縁性セラミックスからなる支持基材の両面に導電性セ
ラミックスを発熱層として設けたもので、支持基材を構
成する電気絶縁性のセラミックスを熱分解窒化ほう素ま
たは化学気相蒸着窒化けい素とし、発熱層の導電性セラ
ミックスを熱分解グラファイトまたは化学気相蒸着炭化
けい素とするものである。
絶縁性セラミックスからなる支持基材の両面に導電性セ
ラミックスを発熱層として設けたもので、支持基材を構
成する電気絶縁性のセラミックスを熱分解窒化ほう素ま
たは化学気相蒸着窒化けい素とし、発熱層の導電性セラ
ミックスを熱分解グラファイトまたは化学気相蒸着炭化
けい素とするものである。
【０００８】しかし、この種の複層セラミックスヒータ
ーにおいては、支持基材の表面に付着している発熱層が
十分に薄いものである場合には、これを加熱すると温度
変化に伴なって支持基材と表面層の間に次式 σ＝Ｅｔ（１−ｖｔ）・（αｔ−αｓ）・ΔＴ （ここにσ：熱応力、Ｅｔ：表面層のヤング率、ｖｔ：
表面層のポアソン比、αｔ：表面層の熱膨張係数、α
ｓ：基材の熱膨張係数、ΔＴ：温度変化）で示される熱
応力が生じ、この熱応力の大きさはこの式から判るよう
にその熱膨張係数、ヤング率、ポアソン比で決り、厚さ
には依存しないので、従来公知の複層セラミックスヒー
ターにおいては、支持基材を形成するセラミックスと発
熱層を形成するセラミックスとの熱膨張率、ヤング率、
ポアソン比の差によって加熱時に熱応力が発生し、これ
によってヒーターが変形する。
ーにおいては、支持基材の表面に付着している発熱層が
十分に薄いものである場合には、これを加熱すると温度
変化に伴なって支持基材と表面層の間に次式 σ＝Ｅｔ（１−ｖｔ）・（αｔ−αｓ）・ΔＴ （ここにσ：熱応力、Ｅｔ：表面層のヤング率、ｖｔ：
表面層のポアソン比、αｔ：表面層の熱膨張係数、α
ｓ：基材の熱膨張係数、ΔＴ：温度変化）で示される熱
応力が生じ、この熱応力の大きさはこの式から判るよう
にその熱膨張係数、ヤング率、ポアソン比で決り、厚さ
には依存しないので、従来公知の複層セラミックスヒー
ターにおいては、支持基材を形成するセラミックスと発
熱層を形成するセラミックスとの熱膨張率、ヤング率、
ポアソン比の差によって加熱時に熱応力が発生し、これ
によってヒーターが変形する。
【０００９】本発明の複層セラミックスヒーターは、支
持基材と、この支持基材の両表面に設けられた発熱層と
からなるもので、支持基材の裏面に表面の発熱層と同種
の発熱層が設けられているので、これを加熱すると支持
基材と裏面の発熱層との間にも熱応力が発生し、この熱
応力が支持基材と表面の発熱層との間に発生する熱応力
と同じ値でバランスするので、ヒーターの変形が防止さ
れる。
持基材と、この支持基材の両表面に設けられた発熱層と
からなるもので、支持基材の裏面に表面の発熱層と同種
の発熱層が設けられているので、これを加熱すると支持
基材と裏面の発熱層との間にも熱応力が発生し、この熱
応力が支持基材と表面の発熱層との間に発生する熱応力
と同じ値でバランスするので、ヒーターの変形が防止さ
れる。
【００１０】なお、この場合、支持基材の裏面に設けら
れる発熱層は、支持基材の表面に設けられた発熱層の導
電性セラミックスと同種のものとされるが、支持基材と
表面の発熱層との間に発生する熱応力と同じ熱応力が発
生するものであればよく、したがって支持基材の裏面に
設けられる発熱層の導電性セラミックス層は表面のセラ
ミックス層と同じ程度の熱膨張率、ヤング率、ポアソン
比をもつものであれば必ずしも同種のものとする必要は
ない。
れる発熱層は、支持基材の表面に設けられた発熱層の導
電性セラミックスと同種のものとされるが、支持基材と
表面の発熱層との間に発生する熱応力と同じ熱応力が発
生するものであればよく、したがって支持基材の裏面に
設けられる発熱層の導電性セラミックス層は表面のセラ
ミックス層と同じ程度の熱膨張率、ヤング率、ポアソン
比をもつものであれば必ずしも同種のものとする必要は
ない。
【００１１】なお、本発明の複層セラミックスヒーター
の支持基材は前記のセラミックスからなるもので、化学
気相蒸着法で製造された熱分解窒化ほう素、窒化けい素
とするもので、焼結法で製造されたものにくらべてバイ
ンダーなどに起因する不純物を含まないので高純度なも
のになるという効果が得られる。
の支持基材は前記のセラミックスからなるもので、化学
気相蒸着法で製造された熱分解窒化ほう素、窒化けい素
とするもので、焼結法で製造されたものにくらべてバイ
ンダーなどに起因する不純物を含まないので高純度なも
のになるという効果が得られる。
【００１２】また、発熱層の導電性セラミックスも支持
基材と同様に化学気相蒸着法で製造された炭化けい素、
メタンガスなどの熱分解で得られた熱分解炭素や熱分解
グラファイトとする。これによれば発熱層を高純度のも
のとすることができる。
基材と同様に化学気相蒸着法で製造された炭化けい素、
メタンガスなどの熱分解で得られた熱分解炭素や熱分解
グラファイトとする。これによれば発熱層を高純度のも
のとすることができる。
【００１３】また、このようにして製造された本発明の
複層セラミックスヒーターはこれが高純度のもので、し
かもヒーターに変形がないことから、半導体プロセスに
おける半導体ウエーハ加熱用に好適とされるが、これ
を、 III・V 族化合物半導体プロセスに使用する場合に
は、支持基材として同族化合物である熱分解窒化ほう素
とし、発熱層および補償層を熱分解窒化ほう素との付着
性のよい熱分解炭素とし、さらに全体を熱分解窒化ほう
素でコーティングするとIV族元素やアルカリ金属、重金
属などによる汚染を防止することができるという有利性
が与えられるし、これをシリコン半導体プロセスに使用
するときには支持基材を III族金属元素を含まない化学
気相蒸着窒化けい素とし、発熱層および補償層をIV族化
合物である化学気相蒸着炭化けい素または熱分解炭素と
すると III族金属元素やアルカリ金属、重金属などによ
る汚染を防止することができる。
複層セラミックスヒーターはこれが高純度のもので、し
かもヒーターに変形がないことから、半導体プロセスに
おける半導体ウエーハ加熱用に好適とされるが、これ
を、 III・V 族化合物半導体プロセスに使用する場合に
は、支持基材として同族化合物である熱分解窒化ほう素
とし、発熱層および補償層を熱分解窒化ほう素との付着
性のよい熱分解炭素とし、さらに全体を熱分解窒化ほう
素でコーティングするとIV族元素やアルカリ金属、重金
属などによる汚染を防止することができるという有利性
が与えられるし、これをシリコン半導体プロセスに使用
するときには支持基材を III族金属元素を含まない化学
気相蒸着窒化けい素とし、発熱層および補償層をIV族化
合物である化学気相蒸着炭化けい素または熱分解炭素と
すると III族金属元素やアルカリ金属、重金属などによ
る汚染を防止することができる。
【００１４】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例１、比較例１ アンモニアと三塩化ほう素とを１０トールの真空下に
２，０００℃で反応させて直径８０ｍｍφ、厚さ１ｍｍ
の熱分解窒化ほう素製内板を作り、ついでこの両面にメ
タンガスを５トールに真空下に２，２００℃に加熱して
得た熱分解炭素を厚さ１０μｍに付着させたのち、この
両面にこのヒーターパターンを加工して複層セラミック
スヒーターを作った。
２，０００℃で反応させて直径８０ｍｍφ、厚さ１ｍｍ
の熱分解窒化ほう素製内板を作り、ついでこの両面にメ
タンガスを５トールに真空下に２，２００℃に加熱して
得た熱分解炭素を厚さ１０μｍに付着させたのち、この
両面にこのヒーターパターンを加工して複層セラミック
スヒーターを作った。
【００１５】つぎにこの円板状ヒーターを用いて直径３
インチのガリウム砒素ウエーハを室温から１，０００℃
まで加熱したところ、円板状ヒーターには全く変形が認
められず、ウエーハの温度均一性も±２℃と良好であっ
たが、比較のために裏面に発熱層を設けない以外は同様
にして製造したヒーターを用いて同様の試験を行なった
ところ、このヒーターには０．４ｍｍの反りが発生し、
ウエーハの温度均一性も±９℃と悪かった。
インチのガリウム砒素ウエーハを室温から１，０００℃
まで加熱したところ、円板状ヒーターには全く変形が認
められず、ウエーハの温度均一性も±２℃と良好であっ
たが、比較のために裏面に発熱層を設けない以外は同様
にして製造したヒーターを用いて同様の試験を行なった
ところ、このヒーターには０．４ｍｍの反りが発生し、
ウエーハの温度均一性も±９℃と悪かった。
【００１６】実施例２、比較例２ アンモニアと四塩化けい素とを５トールの真空下に１，
４００℃で反応させて直径１１０ｍｍφ、厚さ１ｍｍの
化学気相蒸着窒化けい素円板を作り、ついでこの両面に
メチルトリクロロシランを３トールの真空下に１，２５
０℃で反応させて得た化学気相蒸着炭化けい素層を厚さ
５μｍで設け、この両面にヒーターパターンを加工して
複層セラミックスヒーターを作った。
４００℃で反応させて直径１１０ｍｍφ、厚さ１ｍｍの
化学気相蒸着窒化けい素円板を作り、ついでこの両面に
メチルトリクロロシランを３トールの真空下に１，２５
０℃で反応させて得た化学気相蒸着炭化けい素層を厚さ
５μｍで設け、この両面にヒーターパターンを加工して
複層セラミックスヒーターを作った。
【００１７】つぎにこの円板状ヒーターを用いて直径４
インチのシリコンウエーハを室温から１，０００℃まで
加熱したところ、円板状ヒーターには全く変形が認めら
れず、ウエーハの温度均一性も±１℃と良好であった
が、比較のために裏面に発熱層を設けない以外は同様に
して製造したヒーターを用いて同様の試験を行なったと
ころ、このヒーターには０．５ｍｍの反りが発生し、ウ
エーハの温度均一性も±１０℃と悪かった。
インチのシリコンウエーハを室温から１，０００℃まで
加熱したところ、円板状ヒーターには全く変形が認めら
れず、ウエーハの温度均一性も±１℃と良好であった
が、比較のために裏面に発熱層を設けない以外は同様に
して製造したヒーターを用いて同様の試験を行なったと
ころ、このヒーターには０．５ｍｍの反りが発生し、ウ
エーハの温度均一性も±１０℃と悪かった。
【００１８】実施例３、比較例３ アンモニアと四塩化けい素とを５トールの真空下に１，
４００℃で反応させて直径１１０ｍｍφ、厚さ１ｍｍの
化学気相蒸着窒化けい素製円板を作り、ついでこの両面
にメタンガスを８トールの真空下に１，７００℃に加熱
して得た熱分解炭素層を厚さ１２μｍに設け、両面にヒ
ーターパターンを加工して発熱層として複層セラミック
スヒーターを作った。
４００℃で反応させて直径１１０ｍｍφ、厚さ１ｍｍの
化学気相蒸着窒化けい素製円板を作り、ついでこの両面
にメタンガスを８トールの真空下に１，７００℃に加熱
して得た熱分解炭素層を厚さ１２μｍに設け、両面にヒ
ーターパターンを加工して発熱層として複層セラミック
スヒーターを作った。
【００１９】つぎにこの円板状ヒーターを用いて直径４
インチのシリコンウエーハを室温から１，０００℃まで
加熱したところ、円板状ヒーターには全く変形が認めら
れず、ウエーハの温度均一性も±１℃と良好であった
が、比較のために裏面に発熱層を設けない以外は同様に
して製造したヒーターを用いて同様の試験を行なったと
ころ、このヒーターには０．５ｍｍの反りが発生し、ウ
エーハの温度均一性も±１０℃と悪かった。
インチのシリコンウエーハを室温から１，０００℃まで
加熱したところ、円板状ヒーターには全く変形が認めら
れず、ウエーハの温度均一性も±１℃と良好であった
が、比較のために裏面に発熱層を設けない以外は同様に
して製造したヒーターを用いて同様の試験を行なったと
ころ、このヒーターには０．５ｍｍの反りが発生し、ウ
エーハの温度均一性も±１０℃と悪かった。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、支持基材の裏面にも表
面と同じ発熱層が設けられているので、ヒーターを加熱
したときに支持基材と表面の発熱層との間に発生した熱
応力と同じ大きさの熱応力が支持基材と裏面の発熱層と
の間にも発生し、この二つの熱応力がバランスするので
ヒーターが変形することがなく、これをを半導体プロセ
スのウエーハの熱処理に使用したときのウエーハの温度
均一性がよくなり、また支持基材、発熱層が高純度のも
のになるという効果が得られる。
面と同じ発熱層が設けられているので、ヒーターを加熱
したときに支持基材と表面の発熱層との間に発生した熱
応力と同じ大きさの熱応力が支持基材と裏面の発熱層と
の間にも発生し、この二つの熱応力がバランスするので
ヒーターが変形することがなく、これをを半導体プロセ
スのウエーハの熱処理に使用したときのウエーハの温度
均一性がよくなり、また支持基材、発熱層が高純度のも
のになるという効果が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 芳宏 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (72)発明者 原田 今朝治 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 3/14 C04B 41/87
Claims (1)
- 【請求項１】熱分解窒化ほう素または化学気相蒸着窒化
けい素である支持基材の両面に熱分解グラファイトまた
は化学気相蒸着炭化けい素である発熱層を設けてなるこ
とを特徴とする複層セラミックスヒーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138286A JP2948357B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 複層セラミックスヒ−タ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138286A JP2948357B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 複層セラミックスヒ−タ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337276A JPH04337276A (ja) | 1992-11-25 |
| JP2948357B2 true JP2948357B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=15218351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3138286A Expired - Lifetime JP2948357B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 複層セラミックスヒ−タ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2948357B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8269150B2 (en) | 2007-07-20 | 2012-09-18 | Lg Electronics Inc. | Electric heater |
| JP7465771B2 (ja) * | 2020-09-15 | 2024-04-11 | 日本碍子株式会社 | 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4894028A (ja) * | 1972-03-14 | 1973-12-04 | ||
| JPS5535301Y2 (ja) * | 1973-08-22 | 1980-08-20 | ||
| JPS5543751A (en) * | 1978-09-21 | 1980-03-27 | Tokyo Shibaura Electric Co | Plane heating element |
| JPS5661783A (en) * | 1979-10-25 | 1981-05-27 | Tdk Electronics Co Ltd | Heating unit and method of manufacturing same |
| JPS57210605A (en) * | 1981-06-21 | 1982-12-24 | Tdk Electronics Co Ltd | Infrared radiation element |
| JPH0719643B2 (ja) * | 1984-10-26 | 1995-03-06 | 日本電装株式会社 | セラミツクスヒ−タおよびその製造方法 |
| JP2646083B2 (ja) * | 1986-11-27 | 1997-08-25 | 京セラ株式会社 | セラミツクヒータ |
| JPS6375986U (ja) * | 1986-11-06 | 1988-05-20 | ||
| US5015908A (en) * | 1989-01-23 | 1991-05-14 | Varian Associates, Inc. | Fast warm-up cathode for high power vacuum tubes |
| JPH02234402A (ja) * | 1989-03-08 | 1990-09-17 | Seiko Instr Inc | 抵抗体の製造方法 |
| US4951063A (en) * | 1989-05-22 | 1990-08-21 | Xerox Corporation | Heating elements for thermal ink jet devices |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP3138286A patent/JP2948357B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04337276A (ja) | 1992-11-25 |
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