JPH11260534A - 加熱装置およびその製造方法 - Google Patents

加熱装置およびその製造方法

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JPH11260534A
JPH11260534A JP10300736A JP30073698A JPH11260534A JP H11260534 A JPH11260534 A JP H11260534A JP 10300736 A JP10300736 A JP 10300736A JP 30073698 A JP30073698 A JP 30073698A JP H11260534 A JPH11260534 A JP H11260534A
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JP
Japan
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ceramic
heating device
resistance control
heating
aluminum nitride
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JP10300736A
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Yuji Katsuta
祐司 勝田
Kiyoshi Araki
清 新木
Kuroaki Oohashi
玄章 大橋
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Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
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Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックス製の基体と、この基体の中に埋設
されている発熱体とを備えており、基体に被加熱物を処
理するべき加熱面が設けられている加熱装置において、
加熱装置の各部分における動作状態を安定化する。 【解決手段】基体２内において、所定のセラミックスの
体積抵抗率よりも高い体積抵抗率を有する他のセラミッ
クスからなる例えば層状の抵抗制御部２ｃが設けられて
いる。好ましくは、抵抗制御層２ｃと加熱面５との間に
他の導電性機能部品３が埋設されており、導電性機能部
品３が静電チャック電極または高周波発生用電極であ
り、所定のセラミックスが窒化アルミニウム質セラミッ
クスであり、前記他のセラミックスの主成分がアルミ
ナ、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化珪素または酸化イット
リウムである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハー等
の被加熱物を処理するための、セラミックス基体中に発
熱体が埋設されている加熱装置、およびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、静電チャックの基体として、緻密
質セラミックスが注目されている。特に半導体製造装置
においては、エッチングガスやクリーニングガスとし
て、ＣｌＦ3 等のハロゲン系腐食性ガスを多用する。ま
た、半導体ウエハーを保持しつつ、急速に加熱し、冷却
させるためには、静電チャックの基体が高い熱伝導性を
備えていることが望まれる。また、急激な温度変化によ
って破壊しないような耐熱衝撃性を備えていることが望
まれる。緻密な窒化アルミニウムは、前記のようなハロ
ゲン系腐食性ガスに対して高い耐食性を備えている。ま
た、こうした窒化アルミニウムは、高熱伝導性材料とし
て知られており、その体積抵抗率が室温で１０1 4 Ω・
ｃｍ以上であり、耐熱衝撃性も高い。従って、半導体製
造装置用の静電チャックの基体を窒化アルミニウム焼結
体によって形成することが好適であると考えられる。ま
た、セラミックスヒーターや高周波電極内蔵型ヒーター
の基材を窒化アルミニウムによって形成することが提案
されている。
【０００３】本出願人は、特公平７−５０７３６号公報
において、窒化アルミニウムからなる基体中に抵抗発熱
体と静電チャック電極とを埋設したり、あるいは抵抗発
熱体と高周波発生用電極とを埋設したりすることを開示
している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、窒化アルミニ
ウム基体中に抵抗発熱体と高周波電極とを埋設して高周
波発生用の電極装置を作製し、これを例えば６００℃以
上の高温領域で稼働させて見ると、高周波の状態、ある
いは高周波プラズマの状態が不安定になることがあっ
た。また、窒化アルミニウム基体中に抵抗発熱体と静電
チャック電極とを埋設して静電チャック装置を作製し、
これを例えば６００℃以上の高温領域で稼働させて見た
場合にも、静電吸着力に局所的にあるいは経時的に不安
定が生ずることがあった。
【０００５】本発明の課題は、セラミックス製の基体
と、この基体の中に埋設されている発熱体とを備えてお
り、基体に被加熱物を処理するべき加熱面が設けられて
いる加熱装置において、加熱装置の各部分における動作
状態を安定化し、あるいは経時的な動作状態を安定化で
きるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定のセラミ
ックス製の基体と、この基体の中に埋設されている発熱
体とを備えており、基体に被加熱物を処理するべき加熱
面が設けられている加熱装置であって、基体内におい
て、所定のセラミックスの体積抵抗率よりも高い体積抵
抗率を有する他のセラミックスからなる抵抗制御部が設
けられていることを特徴とする。
【０００７】また、本発明は、前記の加熱装置を製造す
る方法であって、セラミックス基体の被焼成体を準備
し、この際、被焼成体の中に抵抗制御部の被焼成部を設
け、ホットプレス焼結させることを特徴とする。
【０００８】本発明者は、例えば高周波電極装置におい
て高周波の状態に不安定が発生する理由について検討し
た。この結果、基体内の発熱体と高周波電極の間で電流
が流れ、このリーク電流が高周波の状態に擾乱をもたら
すことを見いだした。
【０００９】そして、この問題を解決するために、基体
内において、加熱面と発熱体との間に、所定のセラミッ
クスの体積抵抗率よりも高い体積抵抗率を有する他のセ
ラミックスからなる抵抗制御部を設けることによって、
リーク電流による影響を抑制し、あるいは制御できるこ
とを見いだし、本発明に到達した。
【００１０】特に窒化アルミニウムの体積抵抗率は、半
導体的な挙動を示し、温度の上昇と共に低下することが
知られている。本発明によれば、窒化アルミニウムを用
いた場合、例えば６００℃−１２００℃の領域において
も、高周波の状態や静電吸着力を安定化させることがで
きる。
【００１１】こうした抵抗制御部の形態は、層状である
ことが好ましく、これによって加熱面の幅広い領域にわ
たってリーク電流を抑制することができる。
【００１２】以下、本発明を更に具体的に説明する。
【００１３】本発明において特に好ましくは、セラミッ
クス基体中において、抵抗制御部、特に好ましくは抵抗
制御層（層状の抵抗制御部）と加熱面との間に他の導電
性機能部品を埋設する。この導電性機能部品としては、
高周波発生用電極、静電チャック電極が好ましい。図
１、図２は、この実施形態に係る加熱装置を概略的に示
す断面図である。
【００１４】図１の加熱装置１においては、盤状の基体
２には加熱面５と背面６が設けられており，加熱面５と
背面６との間に、セラミックス層２ａ、２ｂ、２ｃ、２
ｄ、２ｅが設けられており、セラミックス層２ａおよび
２ｂ中に抵抗発熱体４が埋設されており、セラミックス
層２ｄと２ｅとの間に導電性機能部品３が埋設されてい
る。そして、抵抗発熱体４と導電性機能部品３との間に
は、体積抵抗率が相対的に高いセラミックスからなる抵
抗制御層２ｃが設けられている。
【００１５】図２の加熱装置１Ａにおいては、盤状の基
体２Ａの加熱面５と背面６との間に、セラミックス層２
ａ、２ｆ、２ｄ、２ｅが設けられており、セラミックス
層２ａと２ｆとの間に抵抗発熱体４が埋設されており、
セラミックス層２ｄと２ｅとの間に導電性機能部品３が
埋設されている。
【００１６】図１の実施形態においては、抵抗発熱体４
が、所定のセラミックスからなる層２ａ、２ｂ中に埋設
されており、抵抗制御層２ｃに対して接触していない。
図２の実施形態においては、抵抗発熱体４が、セラミッ
クス層２ａと抵抗制御層２ｆとの境界面に沿って設けら
れており、抵抗制御層２ｆに対しても接触している。
【００１７】他の実施形態においては、電極を抵抗制御
部の中に埋設する。これによって、電極の周囲の熱膨
張、熱収縮の状態が均一化される。図３、図４は、この
実施形態に係るものである。
【００１８】図３の加熱装置１Ｂにおいては、基体２Ｂ
の中に、セラミックス層２ａ、２ｂ、２ｇ、２ｈが設け
られている。ここで、発熱体４はセラミックス層２ａ、
２ｂ中に埋設されており、抵抗制御部２ｇはセラミック
ス層２ｂと２ｈとの間に包含され、埋設されている。抵
抗制御部２ｇ中に導電性機能部品３が埋設されている。
なお、本例では、抵抗制御部２ｇが基体２Ｂの表面に露
出していないが、抵抗制御部２ｇの端部を基体２Ｂの側
周面に露出させてもよい。
【００１９】また、抵抗制御部を、基体の表面層とし、
この表面層の背面側に背面層を設けることができる。こ
の場合、好ましくは、発熱体は背面層中に埋設されてお
り、導電性機能部品は、表面層（抵抗制御部）中に埋設
されている。
【００２０】図４は、この実施形態に係る加熱装置１Ｃ
を模式的に示す断面図である。基体２Ｃは、抵抗制御部
（表面層）２９と背面層３０とからなる。発熱体４は背
面層３０中に埋設されており、導電性機能部品３は表面
層２９中に埋設されている。
【００２１】本発明においては、特に発熱体が所定のセ
ラミックス中に埋設されていることが特に好ましく、こ
れによって、発熱体温度が上昇、下降したときに、発熱
体の周囲のセラミックスに生ずる歪みが抑制され、基体
の破損が抑制される。
【００２２】本発明によれば、抵抗発熱体４から、導電
性機能部品３への電流のリークが防止でき、加熱面５に
おける各部分の温度を安定的に維持でき、例えば半導体
ウエハーを設置した場合において、高い均熱性が得られ
る。
【００２３】本発明において、所定のセラミックスとし
ては、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化珪素、酸化ア
ルミニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム等を
例示できるが、窒化物系セラミックスが好ましく、窒化
アルミニウム質セラミックスが特に好ましい。
【００２４】他のセラミックスとしては、その主成分
が、アルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化マグネシウ
ム、酸化珪素または酸化イットリウムであるセラミック
スが好ましい。ただし、主成分とするとは、これらの成
分が９０重量％以上を占めることを示している。窒化ア
ルミニウム質セラミックスの基体中に、アルミナ、窒化
珪素、窒化ホウ素、酸化珪素または酸化イットリウムを
主成分とするセラミックスからなる抵抗制御部が生成し
ている場合が特に好ましい。
【００２５】また、他のセラミックスが、所定のセラミ
ックスより熱伝導率が低い場合は、温度分布制御に有効
である。
【００２６】また、所定のセラミックスと他のセラミッ
クスとを、共に窒化アルミニウム質セラミックスとした
場合にも、他のセラミックスを構成する窒化アルミニウ
ム質セラミックス中に所定量のマグネシウムおよび／ま
たはリチウムを添加することによって、その体積抵抗率
を上昇させ、これによって抵抗制御部を作製できる。以
下、この実施形態について説明する。
【００２７】（１）他のセラミックスを構成する窒化ア
ルミニウム質セラミックス中に所定量のマグネシウムを
添加した場合
【００２８】窒化アルミニウム質セラミックス中のアル
ミニウムの含有量は、窒化アルミニウム粒子が主相とし
て存在し得るだけの量である必要があり、好ましくは３
０重量％以上であり、更に好ましくは５０重量％以上で
ある。
【００２９】窒化アルミニウム質セラミックス中にマグ
ネシウムを添加し、酸化物換算で０．５重量％以上含有
させると、その体積抵抗率が上昇した上、ハロゲン系腐
食性ガスに対して高い耐蝕性を示した。従って、抵抗制
御部をこの窒化アルミニウム質セラミックスで形成する
と、高い耐蝕性と共に、リーク電流を阻止できる。
【００３０】他のセラミックス中におけるマグネシウム
の含有量は、限定しない。しかし、酸化物に換算して、
製造上は３０重量％以下とすることが好ましい。また、
マグネシウムの含有量が増えると、焼結体の熱膨張係数
が増大するので、本発明の窒化アルミニウム質焼結体の
熱膨張係数を、マグネシウムを添加していない窒化アル
ミニウム質焼結体の熱膨張係数に近づけるためには、２
０重量％以下とすることが好ましい。
【００３１】他のセラミックスの構成相は、窒化アルミ
ニウム単相の場合と、酸化マグネシウム相が析出してい
る場合とがある。窒化アルミニウム相単相の場合には、
マグネシウムを含有する窒化アルミニウムの熱膨張係数
が、マグネシウムを含有しない窒化アルミニウム焼結体
と近いため、両者を一体焼結させる場合に、熱応力が緩
和されるし、酸化マグネシウム相が破壊の起点となるこ
ともない。一方、酸化マグネシウム相が析出している場
合には、耐蝕性が一層向上する。一般的には、絶縁体に
第２相が分散している場合、第２相の抵抗率が低いと、
全体の抵抗率が低下する。しかし、他のセラミックスの
構成相がAlN ＋MgO の場合は、MgO 自身が体積抵抗率が
高いため、全体的に体積抵抗率が低くなるという問題も
起きない。
【００３２】（２）他のセラミックスを構成する窒化ア
ルミニウム質セラミックス中に所定量のリチウムを添加
した場合
【００３３】本発明者は、窒化アルミニウム質セラミッ
クス中に、５００ｐｐｍ以下の微量のリチウムを含有さ
せることによって、高温領域、特に６００℃以上の高温
領域における体積抵抗率が著しく向上することを発見し
た。この窒化アルミニウム質セラミックスによって抵抗
制御部を形成することで、加熱時にリーク電流を効果的
に防止できる。しかも、リチウムの添加量が５００ｐｐ
ｍ以下と微量であることから、特に金属汚染を嫌う半導
体製造装置用として好適である。
【００３４】他のセラミックス中のアルミニウムの含有
量は、窒化アルミニウム粒子が主相として存在し得るだ
けの量である必要があり、好ましくは３０重量％以上で
あり、更に好ましくは５０重量％以上である。また、窒
化アルミニウム結晶の多結晶構造中には、窒化アルミニ
ウム結晶以外に、微量の他の結晶相、例えば酸化リチウ
ム相を含んでいてよい。
【００３５】また、リチウム含有量が５００ｐｐｍ以下
の場合には、Ｘ線回折法では窒化アルミニウム相以外の
相は確認できなかった。一方、リチウムを過剰に添加す
ると、Ｘ線回折法では、リチウムアルミネートや酸化リ
チウムのピークが見られた。これらのことから、リチウ
ムを含有する窒化アルミニウム質セラミックス中では、
リチウムは、少なくとも一部が窒化アルミニウム格子中
には固溶している可能性があり、また、リチウムアルミ
ネートや酸化リチウムなどの、Ｘ線回折法では確認には
至らない程度の微結晶として析出している可能性があ
る。
【００３６】リチウムの添加により、高温での体積抵抗
率が高くなる理由は不明であるが、リチウムの少なくと
も一部が窒化アルミニウム中に固溶し、窒化アルミニウ
ムの格子欠陥を補償していることが考えられる。
【００３７】なお、他のセラミックスを、上述のマグネ
シウムまたはリチウムが添加された窒化アルミニウム質
セラミックスによって形成し、所定のセラミックスを窒
化アルミニウム質セラミックスとした場合は、所定のセ
ラミックス中の金属不純物量（リチウム、マクネシウム
以外の金属量）は、１０００ｐｐｍ以下であることが好
ましい。
【００３８】本発明の加熱装置を製造するには、セラミ
ックス基体の被焼成体を準備し、この際被焼成体の中に
抵抗制御部を設け、被焼成体をホットプレス焼結させ
る。
【００３９】ホットプレス時の圧力は、２０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 以上が好ましく、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上が特に
好ましい。この上限は特に限定されないが、モールド等
の窯道具の損傷を防止するためには、実用上は１０００
ｋｇｆ／ｃｍ2 以下が好ましく、４００ｋｇｆ／ｃｍ2
以下が更に好ましい。
【００４０】ホットプレス後には、抵抗制御部とその他
の所定のセラミックスとの界面に、アルミニウムの酸窒
化物、またはアルミニウムの酸化物が生成していること
が特に好ましく、これによって、抵抗制御部と所定のセ
ラミックスとの界面における密着性が一層良好となるこ
とが分かった。こうした化合物としては、ＡｌＯＮ、Ｓ
ｉＡｌＯＮ、Ｙ−Ａｌ−Ｏ化合物が特に好ましい。
【００４１】窒化アルミニウム焼結体中に埋設される導
電性機能部品は、印刷によって形成された導電性膜であ
ってもよいが、面状の金属バルク材であることが特に好
ましい。ここで、「面状の金属バルク材」とは、金属線
や金属板を、一体の二次元的に延びるバルク体として形
成したものを言う。
【００４２】金属部材は、高融点金属で形成することが
好ましく、こうした高融点金属としては、タンタル，タ
ングステン，モリブデン，白金，レニウム、ハフニウム
及びこれらの合金を例示できる。被処理物としては、半
導体ウエハーの他、アルミニウムウエハー等を例示でき
る。
【００４３】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 （本発明例１）図１に示したような形態の加熱装置を作
製した。具体的には、還元窒化法によって得られた窒化
アルミニウム粉末を使用し、この粉末にアクリル系樹脂
バインダーを添加し、噴霧造粒装置によって造粒し、造
粒顆粒を得た。また、これとは別にアルミナ粉末をテー
プ成形し、厚さ３２０μｍのアルミナシートを得た。図
１に示すように各層の成形体を順次一軸加圧成形し、積
層し、一体化した。この一軸加圧成形体の中には、モリ
ブデン製のコイル状の抵抗発熱体４および電極３を埋設
した。電極３としては、直径φ０．４ｍｍのモリブデン
線を、１インチ当たり２４本の密度で編んだ金網を使用
した。
【００４４】この成形体をホットプレス型中に収容し、
密封した。昇温速度３００℃／時間で温度を上昇させ、
この際、室温〜１０００℃の温度範囲で減圧を行った。
この温度の上昇と同時に圧力を上昇させた。最高温度を
１８００℃とし、最高温度で４時間保持し、圧力を２０
０ｋｇｆ／ｃｍ2 とし、窒素雰囲気下で焼成し、焼結体
を得た。この焼結体を機械加工し、更に仕上げ加工して
加熱装置を得た。基体２の直径φ２４０ｍｍとし、厚さ
を１８ｍｍとし、抵抗発熱体４と加熱面との間隔を６ｍ
ｍとし、絶縁性誘電層２ｅの厚さを１ｍｍにした。
【００４５】また、抵抗発熱体の平面的な埋設形状は、
図５に示すようにした。即ち、モリブデン線を巻回して
巻回体１６を得、巻回体の両端に端子１７Ａ、１７Ｂを
接合した。巻回体１６の全体は、図５において紙面に垂
直な線に対して、ほぼ線対称に配置されている。互いに
直径の異なる複数の同心円状部分１６ａが、線対称をな
すように配置され、同心円の直径方向に隣り合う各同心
円状部分１６ａが、それぞれ連結部分１６ｄによって連
絡している。最外周の連結部分１６ｂが、ほぼ１周する
円形部分１６ｃに連結されている。一対の端子１７Ａと
１７Ｂとは、巻回体１６によって直列に接続される。端
子１７Ａと１７Ｂとは、共に一つの保護管（図示しな
い）内に収容されている。
【００４６】図１に概略的に示す回路を作製した。即
ち、電力供給用の高周波電源８を電線９を介して抵抗発
熱体４に接続し、電極３を電線１０を介してアース１１
に接続した。抵抗発熱体４から電極３へのリーク電流
は、真空中、５００℃、６００℃、７００℃の各温度
で、電線２０と９とをクランプメータに通すことによ
り、測定した。また、導電性機能部品の動作の指標とし
て、稼働温度７００℃で、加熱面５の表面温度分布をサ
ーモビューアで測定し、加熱面内における最高温度と最
低温度との差を測定した。
【００４７】この結果、各温度においてリーク電流は観
測されず、加熱面の温度差は１０℃であった。また、抵
抗制御層の厚さは１５０μｍであり、抵抗制御層はα−
アルミナ相からなっており、抵抗制御層と窒化アルミニ
ウムとの界面にはＡｌＯＮ相が生成していた。図６は、
抵抗制御層と窒化アルミニウムとの界面付近のセラミッ
クス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。均質な窒
化アルミニウム相の間に生成しているのがＡｌＯＮ相で
ある。窒化アルミニウム相とＡｌＯＮ相との界面付近を
更に拡大して図７に示す。これらの相異なるセラミック
ス相の界面は連続しており、剥離やクラックなどの異常
は見受けられない。
【００４８】（本発明例２）本発明例１と同様にして加
熱装置１を作製し，上記と同様の実験を行った。ただ
し、一軸加圧成形時にアルミナシートを使用せず、その
代わりにアルミナ粉末を敷設した。
【００４９】この結果、各温度においてリーク電流は観
測されず、加熱面の温度差は１０℃であった。また、抵
抗制御層の厚さは２２０μｍであり、抵抗制御層はα−
アルミナ相からなっており、抵抗制御層と窒化アルミニ
ウムとの界面にはＡｌＯＮ相が生成していた。
【００５０】（本発明例３）本発明例１と同様にして加
熱装置１を作製し，上記と同様の実験を行った。ただ
し、一軸加圧成形時にアルミナシートを使用せず、その
代わりに窒化珪素粉末を敷設した。
【００５１】この結果、リーク電流は、５００℃では観
測されず、６００℃では１ｍＡであり、７００℃では８
ｍＡであった。加熱面の温度差は１５℃であった。抵抗
制御層の厚さは２４０μｍであり、抵抗制御層は窒化珪
素相からなっており、抵抗制御層と窒化アルミニウムと
の界面には特定不能な生成物が存在していた。
【００５２】（本発明例４）本発明例１と同様にして加
熱装置１を作製し，上記と同様の実験を行った。ただ
し、一軸加圧成形時にアルミナシートを使用せず、その
代わりに酸化珪素粉末を敷設した。
【００５３】この結果、リーク電流は、５００℃では観
測されず、６００℃では３ｍＡであり、７００℃では１
０ｍＡであった。加熱面の温度差は１５℃であった。抵
抗制御層の厚さは２１０μｍであり、抵抗制御層は酸化
珪素相からなっており、抵抗制御層と窒化アルミニウム
との界面には特定不能な生成物が存在していた。
【００５４】（本発明例５）本発明例１と同様にして加
熱装置１を作製し，上記と同様の実験を行った。ただ
し、一軸加圧成形時にアルミナシートを使用せず、その
代わりに酸化イットリウム粉末を敷設した。
【００５５】この結果、リーク電流は、５００℃、６０
０℃では観測されず、７００℃では３ｍＡであった。加
熱面の温度差は１０℃であった。抵抗制御層の厚さは１
９０μｍであり、抵抗制御層は酸化イットリウム相から
なっており、抵抗制御層と窒化アルミニウムとの界面に
はＡｌ2 Ｙ4 Ｏ9 相が存在していた。
【００５６】（本発明例６）本発明例１と同様にして加
熱装置１を作製し，上記と同様の実験を行った。ただ
し、一軸加圧成形時にアルミナシートを使用せず、その
代わりに窒化ホウ素粉末を敷設した。
【００５７】この結果、リーク電流は、５００℃、６０
０℃では観測されず、７００℃では２ｍＡであった。加
熱面の温度差は１０℃であった。抵抗制御層の厚さは１
３０μｍであり、抵抗制御層は窒化ホウ素相からなって
おり、抵抗制御層と窒化アルミニウムとの界面には特定
不能な生成物の相が存在していた。
【００５８】（比較例１）本発明例１と同様にして加熱
装置を作製し，上記と同様の実験を行った。ただし、一
軸加圧成形時にアルミナシートを使用しなかった。
【００５９】この結果、リーク電流は、５００℃では２
ｍＡであり、６００℃では９ｍＡであり、７００℃では
４５ｍＡであった。加熱面の温度差は５０℃であった。
【００６０】（本発明例７）本発明例１と同様にして、
図３に示す加熱装置を作製した。
【００６１】ただし、抵抗制御層として、イソプロピル
アルコール中に、還元窒化法により得られた所定量の窒
化アルミニウム粉末と、MgO を１．０重量％と、アクリ
ル系樹脂バインダーを適量添加し、ポットミルで混合
後、噴霧造粒装置によって乾燥造粒したものを使用し、
電極３をこの造粒顆粒中に埋設した。電極３としては、
直径φ０．４ｍｍのモリブデン線を、１インチ当たり24
本の密度で編んだ金網を使用した。この状態で顆粒を一
軸加圧成形し、円盤状の成形体を得た。これらの各成形
体を積層し、一軸加圧成形し、図３に示すような形態と
した。
【００６２】この成形体を、ホットプレス型中に収容
し、密封した。昇温速度３０００℃／時間で温度を上昇
させ、この際、室温〜１０００℃の温度範囲で減圧を行
った。この温度の上昇と同時に、圧力を上昇させた。最
高温度を１８００℃とし、最高温度で４時間保持し、ホ
ットプレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2 とし、窒素雰囲
気下で焼成し、焼結体を得た。この焼結体を機械加工
し、さらに仕上加工して加熱装置を得た。基体の直径を
φ２４０ｍｍとし、厚さを１８ｍｍとし、発熱体４と加
熱面との間隔を６ｍｍとした。
【００６３】真空中、５００、６００、７００℃、８０
０℃の各温度において、発熱体４から電極３へのリーク
電流は観測されず、稼働温度８００℃で、加熱面におけ
る最高温度と最低温度との差は１０℃であった。
【００６４】また、この加熱装置について耐蝕性試験を
行った。加熱装置を、ハロゲンガス雰囲気下（塩素ガ
ス：300sccm,窒素ガス：100sccm,チャンバ内圧力0.1tor
r)のチャンバー内におき、抵抗発熱体４に電力を投入
し、加熱面５の温度を７３５℃に保持し、誘導結合プラ
ズマ方式の高周波プラズマを加熱面上に発生させ、24時
間暴露させた後の重量変化から、エッチングレートを求
めた。この結果、エッチングレートは、４．４μｍ／時
間であった。従って、本発明のサセプターは、従来技術
より、より高温にて作動するヒーターとして使用でき
る。
【００６５】セラミックス層２ｈから試料を切り出し、
湿式化学分析により金属不純物量を測定したところ、１
００ｐｐｍ以下であった。抵抗制御部２ｇから試料を切
り出し、マグネシウム量を測定したところ、０．５０重
量％であった。
【００６６】（本発明例８）本発明例１と同様にして、
図４に示す加熱装置を作製した。
【００６７】ただし、イソプロピルアルコール中に、還
元窒化法により得られた所定量の窒化アルミニウム粉末
と、MgO 粉末を２．０重量％と、アクリル系樹脂バイン
ダーを適量添加し、ポットミルで混合後、噴霧造粒装置
によって乾燥造粒し、造粒顆粒を得た。この中に、本発
明例７で示した電極３を埋設し、表面層２９の成形体を
得た。各成形体を積層し、積層体を一軸加圧成形し、図
４に示す形態の成形体を得た。この成形体を、本発明例
７と同様にホットプレス焼結させた。このホットプレス
後の寸法は、本発明例７と同様である。
【００６８】真空中、５００℃、６００℃、７００℃、
８００℃の各温度において、抵抗発熱体７から電極３へ
のリーク電流は観測されず、稼働温度８００℃で、加熱
面における最高温度と最低温度との差は１０℃であっ
た。また、本発明例７と同様の条件でにエッチングレー
トを測定したところ、４．３μｍ／時間であった。
【００６９】表面層２９から試料を切り出し、マグネシ
ウム量を測定したところ、１．１重量％であった。
【００７０】（本発明例９）本発明例１と同様にして、
図４に示す形態の加熱装置を作製した。
【００７１】ただし、イソプロピルアルコール中に、還
元窒化法により得られた所定量の窒化アルミニウム粉末
と、炭酸リチウム粉末（酸化物換算で０．１重量％）
と、アクリル系樹脂バインダーとを、ポットミルで混合
し、噴霧造粒装置によって乾燥造粒したものを、一軸加
圧成形し、この成形体内に、本発明例７と同様の電極３
を埋設した。各成形体を積層した。
【００７２】この積層体を、本発明例７と同様に焼成
し、試験した。この結果、５００℃、６００℃、７００
℃の各温度において、リーク電流は観測されず、８００
℃では１ｍＡであり、８００℃での加熱面内の温度差は
１０℃であった。
【００７３】また、背面層３０から試料を切り出し、湿
式化学分析により金属不純物量を測定したところ、１０
０ｐｐｍ以下であった。抵抗制御部（表面層）２９から
試料を切り出し、リチウム量を測定したところ、２８０
ｐｐｍであった。
【００７４】次に、基体中における発熱体の形態によっ
ては、発熱体からのリーク電流が集中する領域が、加熱
面と発熱体との間の領域以外である場合がある。このよ
うな場合においては、少なくともリーク電流が集中する
領域に抵抗制御部を設けることが好適である。
【００７５】例えば、図８（即ち図５）に示すような平
面的パターンを有する抵抗発熱体１６の場合には、図８
において右側の抵抗発熱体と左側の抵抗発熱体との間の
特に連結部分１６ｂ、１６ｄの近傍でリーク電流が生ず
ることを見いだした。このようなリーク電流が発生する
と、その近傍に電流が集中し、ホットスポットが生ずる
ために、加熱面の温度の均一性が損なわれる。
【００７６】このため、本発明に従って、抵抗制御層２
０を設け、抵抗発熱体間のリーク電流を防止し、これに
よってホットスポットの発生を防止することができる。
むろん、このようなリーク電流が発生しやすい領域は、
抵抗発熱体の形態によって変化するので、基体中で相対
的に大きな電位勾配が生ずる領域に少なくとも抵抗制御
部を生成させる。
【００７７】また、抵抗制御部それ自体の形態も、前述
してきたような平板形状には限られない。例えば図９
（ａ）の例においては、基体１５の中において抵抗発熱
体１６間に電位差が加わる領域２１があるときに、この
領域２１に抵抗制御層２０Ａを設けることによって、リ
ーク電流を阻止する。ここで、抵抗制御層２０Ａの形態
を、抵抗発熱体１６が延びる平面に対して略垂直にする
ことによって、より一層確実にリーク電流を阻止でき
る。
【００７８】また、図９（ｂ）に示すように、領域２１
に抵抗制御層２０Ｂを設け、抵抗制御層２０Ｂを、抵抗
発熱体１６が延びる平面に対して一定角度傾斜させるこ
とができる。これによって、リーク電流の迂回距離が一
層長くなる。この場合においては、抵抗発熱体が延びる
平面に対する抵抗制御層２０Ｂの傾斜角度を３０−９０
度とすることが好ましい。
【００７９】また、図９（ｃ）に示すように、領域２１
に抵抗制御部２０Ｃを設けることができる。ここで、抵
抗制御層２０Ｃに、抵抗発熱体１６が延びる平面に対し
て略垂直に延びる本体部分２２を設け、かつ本体部分２
２に突出部分２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄを設け
る。このように抵抗発熱体１６からみて加熱面側および
／またはこの反対側に延びる各突出部分を設けることに
よって、リーク電流の迂回距離が一層長くなる。
【００８０】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、セラミックス製の基体と、この基体の中に埋設され
ている発熱体とを備えており、基体に被加熱物を処理す
るべき加熱面が設けられている加熱装置において、加熱
装置の各部分における動作状態を安定化し、あるいは経
時的な動作状態を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る加熱装置１を概略的に
示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る加熱装置１Ａを概
略的に示す断面図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態に加熱装置１Ｂを概
略的に示す断面図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態に加熱装置１Ｃを概
略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施例で作製した加熱装置における抵
抗発熱体の埋設パターンの例を示す平面図である。
【図６】抵抗制御層と窒化アルミニウムとの界面付近の
セラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】窒化アルミニウム相とＡｌＯＮ相との界面付近
のセラミックス組織を、更に拡大して示す走査型電子顕
微鏡写真である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係る加熱装置を模
式的に示す平面図である。
【図９】（ａ）は、抵抗発熱体１６の間隙領域に抵抗制
御層２０Ａを設けた状態を示す断面図であり、（ｂ）
は、抵抗発熱体１６の間隙領域に抵抗制御層２０Ｂを設
けた状態を示す断面図であり、（ｃ）は、抵抗発熱体１
６の間隙領域に抵抗制御部２０Ｃを設けた状態を示す断
面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ 加熱装置 ２、２Ａ、２Ｂ、２
Ｃ、１５基体 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅ、２ｇ 所
定のセラミックスからなるセラミックス相 ２ｃ、
２ｆ、２ｇ、２９ 抵抗制御部 ３ 導電性機能部
品 ４ 抵抗発熱体 ５ 加熱面 ６ 背面

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基体と、この基体の中に埋設されている発
    熱体とを備えており、前記基体に被加熱物を処理するべ
    き加熱面が設けられている加熱装置であって、 前記基体が、所定のセラミックスと、前記所定のセラミ
    ックスの体積抵抗率よりも高い体積抵抗率を有する他の
    セラミックスからなる抵抗制御部とからなることを特徴
    とする、加熱装置。
  2. 【請求項２】前記基体内において、前記加熱面と前記発
    熱体との間に前記抵抗制御部が設けられていることを特
    徴とする、請求項１記載の加熱装置。
  3. 【請求項３】前記発熱体が前記所定のセラミックス中に
    埋設されており、前記抵抗制御部に対して接触していな
    いことを特徴とする、請求項１または２記載の記載の加
    熱装置。
  4. 【請求項４】前記基体中において前記抵抗制御部と前記
    加熱面との間に他の導電性機能部品が埋設されているこ
    とを特徴とする、請求項１−３のいずれか一つの請求項
    に記載の加熱装置。
  5. 【請求項５】前記抵抗制御部中に他の導電性機能部品が
    埋設されていることを特徴とする、請求項１−３のいず
    れか一つの請求項に記載の加熱装置。
  6. 【請求項６】前記所定のセラミックスが窒化アルミニウ
    ム質セラミックスであり、前記他のセラミックスの主成
    分がアルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化マグネシウ
    ム、酸化珪素または酸化イットリウムであることを特徴
    とする、請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載の
    加熱装置。
  7. 【請求項７】前記所定のセラミックスと前記抵抗制御部
    との界面に、アルミニウムと前記抵抗制御部の成分とか
    らなる酸窒化物または酸化物が生成していることを特徴
    とする、請求項６記載の加熱装置。
  8. 【請求項８】所定のセラミックスが、マグネシウムおよ
    びリチウムを実質的に含有していない窒化アルミニウム
    質セラミックスであり、前記他のセラミックスが、マグ
    ネシウムを酸化物に換算して０．５重量％以上含有する
    窒化アルミニウム質セラミックスであることを特徴とす
    る、請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載の加熱
    装置。
  9. 【請求項９】所定のセラミックスが、マグネシウムおよ
    びリチウムを実質的に含有していない窒化アルミニウム
    質セラミックスであり、前記他のセラミックスが、リチ
    ウムを１００ｐｐｍ以上、５００ｐｐｍ以下含有する窒
    化アルミニウム質セラミックスであることを特徴とす
    る、請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載の加熱
    装置。
  10. 【請求項１０】請求項１−９のいずれか一つの請求項に
    記載の加熱装置を製造する方法であって、 前記セラミックス基体の被焼成体を準備し、この際前記
    被焼成体の中に前記抵抗制御部の被焼成部を設け、前記
    被焼成体に対して圧力を加えつつホットプレス焼結させ
    ることを特徴とする、加熱装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記被焼成体を２０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上
    の圧力でホットプレスすることを特徴とする、請求項１
    ０記載の加熱装置の製造方法。
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