(57)【要約】      （修正有）【課題】ホットプレスを用いた熱処理により、基材の焼結、電極端子の焼結、発熱体の埋設、電極端子と発熱体の接続などを全て一括して同時に行い、成形体の溝加工を省略できて大幅なコストの削減と、ヒータの面内温度分布の向上がさらに期待できるセラミックスヒータを得ようとするもの。【解決手段】下型に金属箔の発熱体を配置してこの上に窒化アルミニウムの造粒粉を充填し、これを上型で加圧して一方の面に発熱体が埋設された加熱面を有するヒータカバーを成形する工程と、窒化アルミニウム粉末を成形してヒータベースを成形する工程と、発熱体と同一金属の粉末で端子用成形体を成形する工程と、前記ヒータベースに端子用の穴を明ける工程と、前記端子用成形体を前記ヒータベースに設けた端子用の穴に挿入する工程と、ヒータベースをヒータカバーの発熱体側に重ね合わせてホットプレスして焼結体とする工程からなるセラミックスヒータの製造方法である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下型に金属箔の発熱体を配置してこの上に窒化アルミニウムの造粒粉を充填し、これを上型で加圧して一方の面に発熱体が埋設された加熱面を有する基材ベースを成形する工程と、窒化アルミニウム粉末を成形してヒータカバーを成形する工程と、発熱体と同一金属の粉末で端子用成形体を成形する工程と、前記ヒータカバーに端子用の穴を明ける工程と、前記端子用成形体を前記ヒータカバーに設けた端子用の穴に挿入する工程と、ヒータカバーを基材ベースの発熱体側に重ね合わせてホットプレスして焼結体とする工程からなるセラミックスヒータの製造方法。
【請求項２】
前記発熱体が、タングステン、モリブデン、白金、銀のいずれか一種である請求項１記載のセラミックスヒータの製造方法。
【請求項３】
前記金属箔の発熱体の厚さが１ｍｍ以下、幅が１０ｍｍ以下である請求項１または２に記載のセラミックスヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はセラミックスヒータに関し、特にヒータの加熱面温度の均一性をさらに向上したセラミックスヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウムは高熱伝導率、高い耐衝撃性といった優れた熱特性とフッ素プラズマに対する耐食性を有するところから、半導体製造装置のウェーハ加熱用ヒータとして使用されている。半導体ウェーハの製造ではウェーハにプラズマＣＶＤ、プラズマエッチングなどの加工処理が施されるが、これらの加工処理では、通常、半導体ウェーハを上記のセラミックスヒータで加熱して行われている。このセラミックスヒータは、内部に抵抗発熱体が埋設されているセラミックス基板と、このセラミックス基板にヒータカバーを積層し、さらに電極端子を抵抗発熱体に接続して構成されている。
【０００３】
セラミックスヒータの製造法は各種あるが、例えばシート形成法を採用した場合は、ドクターブレードにより所定の厚さに積層したセラミックスのグリーンシートを成形する。この成形体の上に発熱体回路を形成する。さらに所定の厚みの成形体でヒータカバーをヒート成形により積層させる。この積層体に発熱体配線に接続するように電極端子を設ける。これを所定の条件で脱脂し、ホットプレスなどで所定の温度で焼結してセラミックスヒータとするものである。シート形成法の場合、グリーンシート上に発熱体を形成する方法は導電性ペーストを用いたスクリーン印刷が一般的である。この外にも、窒化アルミニウム成形体をホットプレスしてセラミックスヒータを形成し、これに発熱体回路を形成してからヒータカバーを積層してホットプレスする場合や、窒化アルミニウムの焼結体基材に発熱体回路を形成して、これにヒータカバーを接着剤で接合する方法が知られている。これらのセラミックスヒータの製造方法にあって、発熱体を形成する方法は導電性ペーストを用いたスクリーン印刷が一般的であるが、この他に配線形状に加工した金属プレートやメッシュを埋設するなどの方法もある。
【０００４】
最近は、半導体の成膜プロセスの高温化に伴ってセラミックスヒータも高温で使用できるものが要求されるようになり、そのために投入電力が増加し電流も高くなるようになってきた。電流量が高くなると当然に電流密度が高くなるために発熱体断面積を大きくする必要が生じる。ところが、従来の導電性ペーストのスクリーン印刷による発熱体の形成では、断面積の大きな発熱体を確保しようとしても厚膜形成が困難なところから、発熱体回路の幅を広くする方法を採らざるを得なかった。しかし、幅広の発熱体回路を形成すると発熱体の表面積が増大して表面負荷密度が増大する結果となって、ヒータ寿命に大きく影響することとなっていた。発熱体にワイヤやコイルなどを用い、この発熱体を成形体の基板に予め設けておいた溝に設置し、これにヒータカバーを合せてホットプレスする方法がある。しかし、この方法は溝加工の公差によって発熱体の位置ずれが生じやすく、ヒータ加熱時の面内温度分布に影響が生じることがあった。また、この場合は溝加工を行うためにコスト高となることもあった。
【０００５】
本発明の先行技術としては、セラミックス焼結体基板に発熱体配線を設けるための溝を加工して、この溝に発熱体配線を設けることが公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。また、セラミックス焼結体基板に発熱体配線を設けるための溝を加工して、この溝に発熱体配線となる導電性ペーストを入れ込み、焼き付けて発熱体を形成することが公知となっている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７６０９６号公報（請求項１）。
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−１７３３７８号公報（請求項１）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１の特開２００２−１７６０９６号は、セラミックス焼結体基板に発熱体配線の溝を加工してこの溝に発熱体を設けるものであるから、溝加工の公差によって発熱体の位置ずれが生じ、ヒータ加熱時の面内温度分布に影響が生じることがあった。また、この場合は溝加工を行うためにコスト高となるといった問題もあった。特許文献２の特開２００２−１７３３７８号も、セラミックス焼結体基板に発熱体配線の溝加工をするものであるから同様の問題を抱えるものであった。この発明は、ホットプレスを用いた熱処理によって、基材の焼結、電極端子の焼結、発熱体の埋設、電極端子と発熱体の接続を全て一括して同時に行うとともに、発熱体を予め配線形状に加工した金属箔を用いることによってその表面積を小さくし、これによって表面負荷密度を小さくしてヒータ寿命を伸ばし、また成形体の溝加工を省略できて大幅なコストの削減ができ、さらにヒータの面内温度分布の向上がさらに期待できるようなセラミックスヒータを得ようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、下型に金属箔の発熱体を配置してこの上に窒化アルミニウムの造粒粉を充填し、これを上型で加圧して一方の面に発熱体が埋設された加熱面を有する基材ベースを成形する工程と、窒化アルミニウム粉末を成形してヒータカバーを成形する工程と、発熱体と同一金属の粉末で端子用成形体を成形する工程と、前記ヒータカバーに端子用の穴を明ける工程と、前記端子用成形体を前記ヒータカバーに設けた端子用の穴に挿入する工程と、ヒータカバーを基体ベースの発熱体側に重ね合わせてホットプレスして焼結体とする工程からなるセラミックスヒータの製造方法（請求項１）、前記発熱体が、タングステン、モリブデン、白金、銀のいずれか一種である請求項１記載のセラミックスヒータの製造方法（請求項２）および前記金属箔の発熱体の厚さが１ｍｍ以下、幅が１０ｍｍ以下である請求項１または２に記載のセラミックスヒータの製造方法（請求項３）である。即ち、この発明は、窒化アルミニウムの造粒粉を用いて発熱体が埋設された加熱面を有するヒータカバーを成形型で成形する。同様に成形型を用いて窒化アルミニウム粉末を成形してヒータベースを成形する。ヒータベースには端子用の穴を明ける。さらに、発熱体と同一金属の粉末で端子用の成形体を成形する。この端子用の成形体を前記のヒータベースに設けた端子用の穴に挿入する。こうした上で、ヒータベースを加熱面側のヒータカバーの発熱体側に重ね合わせてホットプレスして焼結体としてセラミックスヒータを製造する方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示すような下金型１０に、タングステン製の発熱体１１を設置する。ここに用いる発熱体は金属箔を用い、厚さは１ｍｍ以下、幅は１０ｍｍ以下のものが好ましい。発熱体の厚さが１ｍｍ、幅が１０ｍｍを超えると、表面積が増大し表面負荷密度が大きくなって好ましくない。さらに、埋設のためのプレスにおいて剥離やクラックが生じ好ましくない。また、発熱体はＷ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｇなどが用いられるが、窒化アルミニウムとの熱膨張率が最も近いＷが好ましい。発熱体の加工は、レーザー加工、エッチング加工、放電加工、パンチング加工のいずれでもよく特に制限されるものではない。この発熱体１１の上に必要に応じて焼結助剤としてＹ２Ｏ３を添加した窒化アルミニウム造粒粉１２を所定量投入して平滑とする。これに上金型１３をのせて加圧する。成形圧は０．３ｔｏｎ／ｃｍ２以下が好ましい。成形圧が０．３ｔｏｎ／ｃｍ２を超えると、スプリングバックにより発熱体とそれ以外の部分で剥離を生ずることがある。これによって図２に示すように発熱体埋設成形体１５を得る。次に、同じ金型を用いてヒータベース用の成形体２０を形成し、この成形体２０に端子用穴２１を両端に明ける（図３）。また、上記と同様にして、金型を用いて発熱体と同一の金属粉末を加圧成形し端子用成形体２２を２つ成形する。その後、発熱体埋設成形体１５、ベース用成形体２０、端子用成形体２２を窒素雰囲気中で加熱して脱脂しバインダーを除去する。次いで発熱体埋設成形体１５の発熱体１１の側にヒータベース用の成形体２０を重ね合わせ、さらにこの成形体２０の端子用穴２１，２１に端子用成形体２２，２２を挿入してセットする。その後、これを窒素雰囲気でホップレスを行って各部材を接合し一体とする（図４）。ホットプレスの条件は、温度が１７５０℃〜１８５０℃、保持時間が１時間〜１０時間、圧力が０．０５〜０．５ｔｏｎ／ｃｍ２とし、窒素又はアルゴンの不活性ガス雰囲気で行う。なお、このホットプレスの条件であれば上記の焼結助剤は必ずしも必要としない。ホットプレス後に所定の形状に加工てセラミックスヒータを得る（図５）。
【００１１】
【実施例】
図１に示すφ２１０ｍｍの下金型１０に、タングステン製の発熱体１１（外周寸法φ２００ｍｍ，厚さ０．１５ｍｍ，幅０．５ｍｍ）を設置した。この上にＹ２Ｏ３を焼結助剤として１％添加した窒化アルミニウム造粒粉１２を下金型１０に７００ｇ投入して平滑とした。これに上金型１３をのせて加圧した。成形圧は０．２ｔｏｎ／ｃｍ２とした。これによって図２に示すようにφ２１０×１０．５ｔの発熱体埋設成形体１５を得た。次に、同じ金型を用いてヒータベース用の成形体２０を形成し、この成形体２０にφ６の端子用穴２１を両端に明けた（図３）。上記と同様にして、金型を用いてタングステン粉末を加圧成形し径６φの端子用成形体２２を２つ、圧力０．２ｔｏｎ／ｃｍ２で成形した。その後、発熱体埋設成形体１５、ヒータベース用成形体２０、端子用成形体２２を６００℃で３時間、窒素雰囲気中で加熱して脱脂しバインダーを除去した。次いで発熱体埋設成形体１５の発熱体１１の側にヒータベース用の成形体２０を重ね合わせ、さらにこの成形体２０の端子用穴２１，２１に端子用成形体２２，２２を挿入してセットした。その後、これを窒素雰囲気で最高温度１７５０℃、最高圧力０．１ｔｏｎ／ｃｍ２、保持時間１時間でホップレスを行って各部材を接合し一体とした（図４）。これをφ２０５×１０ｔのヒータ寸法に加工し、さらに端子部にネジ加工をして窒化アルミニウムのセラミックスヒータを得た（図５）。このセラミックスヒータを電源と接続して６００℃までの加熱し、その加熱面の温度分布を測定したところ８００℃Δ４℃であった。また、このセラミックスヒータを８００℃まで繰返す昇温試験を２００回行ったところ、ヒータの接合部からの剥離といった異常は認められなかった。
【００１２】
【発明の効果】
この発明によれば、ホットプレスを用いた熱処理によって基材の焼結、電極端子の焼結、発熱体の埋設、ヒータカバーの焼結、電極端子と発熱体の接続を全て一括して同時に行うことができ、また発熱体を金属箔とすることによって、その配線表面積を小さくして表面負荷密度を小さくすることができ、ヒータの寿命を伸ばすことが可能となったものである。さらに成形体の溝加工を省略できて大幅なコストの削減ができ、また発熱体の位置ずれなどが生じないのでヒータの温度分布の均一性がさらに一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例のセラミックスヒータの発熱体埋設成形体を得るための加圧成形を示す説明図。
【図２】図１の加圧成形で得られた発熱体埋設成形体の側断面図。
【図３】この発明の一実施例のセラミックスヒータのベースの側断面図。
【図４】この発明の一実施例のセラミックスヒータの発熱体埋設成形体とベースを重ね合わせた側断面図。
【図５】この発明の一実施例になるセラミックスヒータの側断面図。
【符号の説明】１０…下金型、１１…発熱体、１２…窒化アルミニウム造粒粉、１３…上金型、１５…発熱体埋設成形体、２０…ヒータベース用成形体、２１…端子用穴、２２…端子用成形体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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