(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素Ｃを主成分とする基材と、
前記基材の表面を被覆する酸化チタンTiO2を主成分とする皮膜と、前記皮膜にニッケルNiを含有させ、前記皮膜に導電性を有し、前記皮膜を電極として機能させることを特徴とするカーボンヒータ。
【請求項２】
前記皮膜における酸化チタンTiO2とニッケルNiの含有率が約７対３の割合であることを特徴とする請求項１記載のカーボンヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板その他のワークを加熱するために用いられるカーボンヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンヒータは、一般に、急加熱、急冷却に対する応答性が高く、また表面の温度分布が均一であるという長所から、金属その他の材料の焼成、半導体装置に用いられる基板の加熱等における加熱部材として広く用いられている。
【０００３】
従来からカーボンヒータは、その耐熱性や耐用寿命を高めるため、その表面に、一般には炭素Cを、また炭化けい素SiC、窒化けい素SiN、窒化ホウ素BN、窒化アルミニウムAlN等（特開平５−１３５８５８号公報）をコーティングすることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記コーティングを施した従来のカーボンヒータにおいては、特定の用途において以下のような問題が生じていた。
【０００５】
（１）ある種の加熱装置（例えば、特開平１０−２８１６５１号公報）においては、板状のカーボンヒータ上に、直接又は治具を介して、加熱するワークを搭載することがある。この場合、ワークの出し入れによるカーボンヒータとワーク（又は治具）との間の摩擦により、カーボンヒータの表面に施したコーティングが剥離又は摩耗することがある。また、カーボンヒータの急加熱又は急冷却の繰り返しによって、前記コーディングが剥離した部分からカーボンが析出することがある。これら剥離した表面のコーティング材や析出したカーボンは、微少粒子となって加熱装置内に拡散し、該雰囲気を汚染し、それによりワーク（製品）の歩留まりが悪化する。
【０００６】
（２）また、ある種の加熱装置においては、搭載したワークの抵抗値その他の電気的特性の測定等、電極の一方としてカーボンヒータを機能させる等のために、そのコーティング材に導電性を持たせる必要がある。しかしながら、前記炭素C以外のコーティング材では、所望の目的を達成するための十分な導電性能が得られない。
【０００７】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、カーボンヒータ本来の性能を損なうことなく、その耐摩耗性、剥離強度、導電性等に優れたコーティングを施したカーボンヒータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明のカーボンヒータは、炭素Cを主成分とする基材と、前記基材の表面を被覆する酸化チタンTiO2を主成分とする皮膜とを備えて構成される。
【０００９】
発明者らの実験により、前記酸化チタンTiO2を主成分とする皮膜は、従来のカーボンコーティングに比して、その導電性能では劣るものの、耐摩耗性及び剥離強度が優れており、一方でカーボンヒータの良好な熱特性を損なうことがないということが確認された。従って、ワークとの摩擦による皮膜の剥離や摩耗の程度を極めて小さくすることができ、皮膜の剥離や摩耗に起因する前記装置内雰囲気の汚染の危険性を最小にすることができる。
【００１０】
ここで、前記カーボンヒータは、その皮膜がニッケルNiを含有するものであることが好ましい。発明者らの実験により、前記皮膜にニッケルNiを含有することによって、カーボンヒータ表面の導電性が向上し、例えば、カーボンヒータを、ワークに通電するための電極としても、好適に用いられることが確認された。
【００１１】
ここで、前記皮膜における酸化チタンTiO2とニッケルNiの含有率は、好ましくは約７対３の割合である。
【００１２】
また、前記皮膜の厚さは約１００μｍで十分な特性（耐摩耗性、耐熱性、温度特性）が得られることが確認された。また、カーボンヒータ上に直接ワークを載置する場合は、熱伝達性を高めるために、前記被膜の表面をより滑らかにすることがより好ましいが、この場合、酸化チタンTiO2、もしくは酸化チタンTiO2とニッケルNiを基材表面に溶射した後、比較的大がかりな研磨等の仕上げ処理を行う必要がある。溶射と簡単な後処理のみを施すことで得られる表面粗さは、Ｒａ＝４．０〜６．０μｍ、Ｒmax＝３０〜５０μｍ程度であるが、この程度の表面荒さであっても、十分な温度特性が得られることが確認された。
【００１３】
【実施例】
発明者らは、本発明に従った２種類のカーボンヒータを作成し、その諸性能を測定した。実験は、一般にカーボンヒータに用いられるカーボン基材の表面に、膜厚１００μｍで、酸化チタンTiO2（実施例１）、酸化チタンTiO2に＋ニッケルNiを３０％含有したもの（実施例２）をそれぞれ溶射し、その表面抵抗、剥離強度、耐摩耗性、温度分布特性について測定した。
【００１４】
なお、これらの測定前に、溶射された被膜の表面粗さを測定したところ、 Ｒａ＝４．０〜６．０μｍ、Ｒmax＝３０〜５０μｍ程度であった。また、表面抵抗、剥離強度、耐摩耗性、温度分布特性の測定については、経時的なデータを得るために、各サンプルに対し、窒素雰囲気中で４５０℃×７ｈのヒートサイクルを６サイクル実施し、その前後において前記表面抵抗及び剥離強度を測定した。上記のヒートサイクルの条件は、従来のカーボンコーティングを施したカーボンヒータに、表面のコーティングに剥離した箇所があることが確認された条件と同程度、もしくはやや厳しいものである。  ヒートサイクルの前後における表面抵抗の測定結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0003968189.tif 000002
【００１６】
この結果、実施例１、すなわち酸化チタンTiO2のみのコーティングによるカーボンヒータでは、十分な表面抵抗が得られなかったが、実施例２、すなわち酸化チタンTiO2に＋ニッケルNiを３０％含有したものにおいては、前記記載の目的に用いるのに十分な結果が得られた。
【００１７】
次に、表２に、剥離強度の測定結果を示す。ここでは、実施例１及び実施例２を施したカーボンヒータに、粘着テープ（900g/20mm）を貼付け、これを剥離してカーボン基材とコーティングとの密着性を確認した。
【００１８】
【表２】
0003968189.tif 000003
【００１９】
結果、何れの実施例においても、ヒートサイクルの前及び後において剥離は見られなかった。また、カーボンヒータを割った際にも、その破断面近傍のコーティングが剥がれるようなことがなかった。これに対し、同程度のヒートサイクルを行った後のカーボンコーティングを施したカーボンヒータは、表面が変色し、更にコーティングが剥離した部分が多く確認されている。また、部分的に基材のカーボンまで損傷していた箇所も確認されている。従って、従来のカーボンヒータに施されたカーボンコーティングに比べ、実施例１及び２のコーティングは、基材と被膜の密着性に優れ、また、ヒートサイクルを繰り返しても被膜自体が劣化しにくいことが確認された。
【００２０】
また、実施例１及び２のカーボンヒータ上に、ステンレス鋼板で作られた、重さ約１Ｋｇ程度の板状の金属治具を摺接させて、その耐摩耗性を確認した。その結果、何れの実施例においても、１５０往復程度では表面のコーティングが摩耗したり剥離したりしないことが確認された。一方、従来のカーボンコーティングでは、１往復の摺接でカーボンヒータのコーティングが部分的に摩擦し、剥離することが確認されている。
【００２１】
表３は、従来のカーボンコーティングと上記実施例１及び２の温度分布特性を測定したグラフである。測定は、各カーボンヒータ上にシリコンウェハを載置し、この内部温度を測定することによって行った。
【００２２】
【表３】
0003968189.tif 000004
【００２３】
これより、本実施例１及び２における温度特性が、従来のものに劣ることがないことが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によって、カーボンヒータ本来の良好な熱伝導特性を損なわず、耐摩耗性及び剥離強度が優れたカーボンヒータを提供することができる。
【００２５】
また、酸化チタンTiO2を主成分とした皮膜に、ニッケルNiを含有したものを用いる本発明においては、さらにその導電性が良好となり、従って、カーボンヒータを電極としても好適に用いることができる。