JP2001313157A

JP2001313157A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2001313157A
Application number: JP2000126587A
Authority: JP
Inventors: Takaro Kitagawa; 高郎北川; Masayuki Ishizuka; 雅之石塚
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】熱効率が高く、かつ製品寿命が長い加熱装置
を得る。【解決手段】被加熱物を載置する載置板３と、この載
置板３と一体化される支持板２と、前記載置板３と前記
支持板２とに挟持されたヒータエレメント８と、前記ヒ
ータエレメント８に一端が接続された少なくとも１対の
電極を備えた加熱装置１において、前記載置板３と支持
板２が、ともにセラミックス焼結体から構成し、前記載
置板３を構成するセラミックス焼結体の熱伝導率を、前
記支持板２を構成するセラミックス焼結体の熱伝導率よ
りも高くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、反応チャンバー内
に配置され、ウェハ等の被加熱物の加熱に用いられる熱
効率と製品寿命が向上した加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、反応チャンバー内に設置され、ウ
ェハ等の被加熱物の加熱に用いられる加熱装置として、
例えば、ヒータブロックを上下に二分割し、該二分割さ
れたヒータブロックのうち被加熱物を載置するヒータブ
ロック（以下、「載置板」という）をステンレスや、鉄
などの比較的熱伝導率の高い物質で構成し、他方のヒー
タブロック（以下、「支持板」という）をセラミック、
陶器、石材など、前記載置板を構成する物質よりも熱伝
導率の低い物質で構成し、これら載置板と支持板でヒー
タエレメントを挟持した構造の加熱装置が知られてい
る。このような加熱装置は、ヒータエレメントが発生す
る熱を、前記載置板に集中させて載置板を加熱すること
ができるので、熱効率が高いものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな加熱装置においては、上記載置板を構成するステン
レス、鉄などの材料が、耐プラズマ性等に劣るために、
加熱装置としての製品寿命が短いという問題があった。
また、上記加熱装置においては、ヒータエレメントの下
部からの熱放散量を低減することができる前記支持板の
熱膨張率と、前記載置板の熱膨張率を揃えるのが困難
で、これらの熱膨張率に差が生じてしまうため、前記支
持板と前記載置板との接合界面の耐久性が充分でなく、
加熱装置の製品寿命が短いといった問題もあった。

【０００４】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、その目的は、熱効率が高く、か
つ製品寿命が長い加熱装置を得ることにある。詳しく
は、加熱装置の熱効率を高く保ちつつ、耐プラズマ性に
優れ、載置板と支持板との熱膨張率の差に起因する境界
面の耐久性を改善し、製品寿命の長い加熱装置を得るこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明は、被加熱物を載置する載置板と、この載
置板と一体化された支持板と、前記支持板と前記載置板
とに挟持されたヒータエレメントと、前記ヒータエレメ
ントに一端が接続された少なくとも１対の電極を備えた
加熱装置であって、前記載置板と支持板とがともにセラ
ミックス焼結体から構成され、前記載置板を構成するセ
ラミックス焼結体の熱伝導率が、前記支持板を構成する
セラミックス焼結体の熱伝導率よりも高いことを特徴と
する加熱装置を提供する。

【０００６】ここに、前記載置板及び支持板を構成する
セラミックス焼結体は、共にＹ₂Ｏ₃を助剤とした窒化ア
ルミニウム焼結体、又は、共にＹ₂Ｏ₃を助剤とした窒化
アルミニウム基焼結体であり、かつ、載置板のセラミッ
クス焼結体のＹ₂Ｏ₃含有量が、前記支持板のセラミック
ス焼結体のＹ₂Ｏ₃含有量よりも多いことが好ましい。こ
のとき、上記支持板と載置板とが、ガラス質接合層によ
り接合一体化されることが好ましい。また、前記載置板
は、上部板と下部板とからなり、これら上部板と下部板
の間に電極板が狭持され、この電極板に電極が接続され
ていることが好ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。ただし、この実施の形態は、発明の趣旨をより良
く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指
定のない限り、発明内容を限定するものではない。

【０００８】図１および図２は、本発明の加熱装置の一
例を示す断面図である。この加熱装置１は、被加熱物を
載置する載置板３と、この載置板３を支持する支持板２
とを備え、前記支持板２の表面には、凹溝１２が設けら
れ、該凹溝１２にはヒータエレメント８がはめ込まれ、
このヒータエレメント８には、ヒータ給電用電極９の一
端が接続されている。また、前記載置板３には、その温
度を測定する熱電対６が接続されている。そして、上記
支持板２と載置板３とは、接合層１０により接合一体化
されている。

【０００９】上記支持板２及び載置板３は、窒化アルミ
ニウム焼結体、窒化アルミニウム基焼結体、酸化マグネ
シウム焼結体、窒化ホウ素焼結体等のセラミックス焼結
体からなる。上記セラミックス焼結体としては、窒化ア
ルミニウム焼結体または窒化アルミニウム基焼結体など
が、熱伝導性、機械的強度、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₂Ｆ₈等
のプラズマクリーニングガスに対する耐久性に優れ、好
適に用いられる。上記窒化アルミニウム基焼結体として
は、焼結性や耐プラズマ性を向上させるために、Ｙ
₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＣ、ＴｉＯ₂から選択され
た１種または２種以上を合計で０．１〜１０重量％程度
含有したものを例示することができる。

【００１０】そして、載置板３を構成するセラミックス
焼結体は、支持体２を構成するセラミックス焼結体より
も、熱伝導率が高いものであることが望ましい。このよ
うにすれば、載置板３の熱伝導率が、支持板２の熱伝導
率よりも高くなり、ヒータエレメント８が発生する熱を
前記載置板３に集中させることができ、載置板３の温度
を効率的に上昇させることができ、加熱装置１の熱効率
を向上させることができるとともに、ヒータエレメント
８の下部からの熱放散量を、支持板２により容易に低減
することができる。

【００１１】また、前記載置板３及び前記支持板２を形
成するセラミックス焼結体は、ともにＹ₂Ｏ₃を助剤とし
た、窒化アルミニウム焼結体または窒化アルミニウム基
焼結体であることが好ましく、かつ、前記載置板３を形
成する焼結体中のＹ₂Ｏ₃含有量は、前記支持板２を形成
する焼結体中のＹ₂Ｏ₃含有量よりも多いことが好まし
い。このようにすれば、前記載置板３の熱伝導率を前記
支持板２の熱伝導率よりも高くすることが容易にでき
る。よって、上述のように、ヒータエレメント８が発生
する熱を載置板３に集中させることができるとともに、
ヒータエレメント８の下部からの熱放散量を、支持板２
により容易に低減することができる。

【００１２】このときのＹ₂Ｏ₃添加量としては、載置板
３と支持板２の窒化アルミニウム焼結体または窒化アル
ミニウム基焼結体に対して、０〜２０重量％、好ましく
は０〜１５重量％の範囲内で増減させることにより、前
記窒化アルミニウム焼結体または窒化アルミニウム基焼
結体の熱伝導率、すなわち載置板３および支持板２の熱
伝導率を容易に調整することができる。また、窒化アル
ミニウム焼結体または窒化アルミニウム基焼結体におい
ては、Ｙ₂Ｏ₃添加量を増減させても、これらの熱膨張係
数はほとんど不変であるから、加熱装置１に組み込まれ
て、昇温、降温のヒートサイクルが負荷されたとして
も、前記支持板２と前記載置板３との接合界面の耐久性
を確保することができるので、加熱装置１の製品寿命を
長くすることができる。

【００１３】上記支持板２と、載置板３とは、接合層１
０により接合一体化される。この接合層１０は、（１）
周期律表第３ａ族元素から選ばれた少なくとも２種の元
素と、アルミニウムと、珪素とを含む接合剤、（２）周
期律表第３ａ族元素から選ばれた少なくとも１種の元素
と、アルミニウムとを含む接合剤、（３）周期律表第３
ａ族元素から選ばれた少なくとも１種の元素を含む接合
剤、（４）周期律表第３ａ族元素から選ばれた少なくと
も１種の元素と、アルミニウムと、珪素と、周期律表第
２ａ族元素から選ばれた少なくとも１種の元素を含む接
合剤等からなるガラス質接合層であることが好ましい。

【００１４】上記ガラス質接合層、即ち、前記（１）〜
（４）の成分を有するオキシナイトライドガラス等は、
セミックス焼結体との濡れ性が良好であり、接合強度が
優れたものであるので、接合層１０の気密性を大幅に向
上させることができるとともに、この気密性を長期に亘
って確保することができ、また、接合強度のバラツキも
小さく、耐熱性を向上させることができる。また、前記
成分を含有するするオキシナイトライドガラスの熱膨張
係数は３×１０^-6〜８×１０^-6／℃であり、窒化アルミ
ニウム焼結体又は窒化アルミニウム基焼結体の熱膨張係
数（３．８×１０^-4〜４．７×１０^-6／℃）と一致もし
くは近似し、もって繰り返しの昇温、降温の熱負荷時の
熱応力による接合層１０の破損、即ちクラックの発生を
回避することができ、前記接合層１０の気密性を長期に
亘って確保することができる。また、前記の成分を含有
するオキシナイトライドガラスのガラス軟化点Ｔｇは８
５０〜９５０℃と高く、高温雰囲気に長時間曝されても
接合層１０が劣化しない。

【００１５】上記接合層１０の厚みは、５〜１８０μｍ
であることが望ましい。接合層１０の厚みが５μｍ未満
では、接合層１０の瑞部におけるフィレットの形成が不
十分であることから、接合部１０の気密性を確保でき
ず、また接合強度も不足する。一方、接合層１０の厚み
が１８０μｍを超えると、接合層１０の気密性は確保で
きるものの、接合強度の低下が起こりやすく、また、接
合時の加熱処理により溶融したガラス質接合剤が接合層
１０の端部から流出して支持板２と載置板３とを平行に
接合することができず、もって製品歩留まりが低下し、
また接合作業にも支障を来たす虞がある。

【００１６】上記支持板２に形成される凹溝１２は、載
置板３全体を加熱できるような形状とされ、例えば、ス
パイラル状に形成される。そして、この凹溝１２にはめ
込まれ、載置板３と支持板２に接合層１０を介して狭持
されるヒータエレメント８は、添加剤無添加、即ち異種
物質を添加することなく焼結された、炭化珪素焼結体等
により形成されたものであることが好ましい。このよう
なヒータエレメント８は、添加剤が無添加であることか
ら極めて高純度であり均質であるので、局所的な異常発
熱がなく、接合層１０の一部が溶融して前記接合部にリ
ークが生じることはなく、これらの接合層１０の気密性
を強固に確保できる。

【００１７】また、上記ヒータエレメント８の焼結密度
は、２．８ｇ／ｃｍ³以上であることが望ましい。この
ようなヒータエレメント８であれば、前記接合層１０
に、リークが生じてこれらの気密性が損なわれた場合に
おいても、前記ヒータエレメント８からの添加剤、即ち
不純物の蒸発はなく、反応チャンバー内が汚染される虞
はない。更に、高温強度にも優れることから熱衝撃によ
るヒータエレメント８の変形や断線がない。

【００１８】また、上記ヒータエレメント８の室温での
電気氏抵抗が０．１Ωｃｍ以下であることが好ましい。
このようなヒータエレメント８であれば、低電気比抵抗
であることから、細線化、薄膜化する必要はなく、強度
を十分有する大きさにすることができることから、ヒー
タエレメント８が断線する虞はない。

【００１９】このようなヒータエレメント８は、上記支
持板２の凹溝１２にはめ込まれるが、このとき、前記下
部板３ａとの間には空隙（図示せず）が存在するため、
前記支持板２と前記下部板３ａとの接合界面１０、前記
ヒータエレメント８と前記支持板２、及び前記ヒータエ
レメント８と前記載置板３の間に熱膨張係数の差に起因
した熱ストレスが発生することはなく、接合界面１０の
耐久性が飛躍的に向上する。そして、このヒータエレメ
ント８に通電することにより、載置板３を所定の温度に
保持することができる。

【００２０】また、上記載置板３としては、例えば、図
２に示すような、上面に凹溝１１が形成された下部板３
ａと、この凹溝１１に装填された電極板４と、下部板３
ａと電極板４の全領域を覆うセラミックス焼結体製の上
部板３ｂとからなり、前記電極板４には、高周波／直流
電圧印加用電極５の一端が接続されてなるものが挙げら
れる。また、上記載置板３においては、下部板３ａを構
成する材料と、上部板３ｂを構成する材料とは、同一組
成又は主成分が同一の材料であることが好ましい。ここ
で、主成分が同一とは、主成分以外の材料の含有量が５
０モル％以下である材料をいう。

【００２１】そして、上記下部板３ａと上部板３ｂは、
載置板接合層７により接合一体化される。この載置板接
合層７は、上述のガラス質接合層からなることが好まし
い。上述のガラス質接合層からなるものであれば、上記
接合層１０と同様の効果が得られ、気密性に優れ、耐熱
性が高く、劣化しにくい載置板接合層７となる。

【００２２】上記載置板接合層７の厚みは、５〜１８０
μｍとされることが好ましい。載置板接合層７の厚みが
５μｍ未満では、載置板接合層７の瑞部におけるフィレ
ットの形成が不十分であることから、載置板接合層７の
気密性を確保できず、また接合強度も不足する。一方、
載置板接合層７の厚みが１８０μｍを超えると、載置板
接合層７の気密性は確保できるものの、接合強度の低下
が起こりりやすく、また、接合時の加圧加熱処理により
溶融した接合剤が載置板接合層７の端部から流出して下
部板３ａと上部板３ｂとを平行に接合することができ
ず、もって製品歩留まりが低下し、また接合作業にも支
障を来たす虞がある。

【００２３】また、上記下部板３ａと上部板３ｂとが、
ともに窒化アルミニウム焼結体または窒化アルミニウム
基焼結体からなる場合には、これらは、高温加圧により
接合一体化することができるので、上記載置板接合層７
を設ける必要がない。このような場合、例えば、下部板
３ａと上部板３ｂの間に、窒化アルミニウム粉末または
窒化アルミニウム以外の成分の含有量が５０モル％以下
である材料からなる窒化アルミニウム粉末を、接合面に
介在させ、高温加圧接合することによって、これらを一
体化することができる。

【００２４】上記載置板３の内部に設けられる電極板４
は、載置板３を形成するセラミックス焼結体の熱膨張係
数に近似する熱膨張係数を有するモリブデン、タングス
テン、タンタル、ニオブ若しくはこれらの合金等の高融
点の金属、又はこれらの金属とセラミックスの複合導電
性材により形成されたものであることが好ましい。この
ような電極板４であれば、窒化アルミニウム焼結体また
は窒化アルミニウム基焼結体の熱膨張係数に近似する熱
膨張係数を有することができる。また、支持板２と載置
板３との接合工程中の熱処理温度及び雰囲気に安定であ
る。また、固有抵抗値が低く、室温〜１０００℃までの
実用温度域での長期使用が可能である。

【００２５】電極板４は、静電チャック用電極、ヒータ
電極、プラズマ発生電極等として用いることができる。
例えば、電極板４に、高周波／直流電圧印加用電極５を
介してプラズマ発生用電極から高周波電圧を印加するこ
とにより、プラズマを発生させることが可能となる。こ
のとき、電極板４は０．０１ｍｍ以上の充分な厚みを持
つものであることが好ましい。このような厚さであれ
ば、高周波電圧を印加しても発熱して焼き切れる虞がな
く、格子状またはメッシュ状の電極を用いた場合と異な
り、全域に緻密、安定、且つ均一なプラズマを発生させ
ることができる。更に、電極板４と高周波／直流電圧印
加用電極５との連結を面／ロッド間で確実に行える等の
利点を有する。

【００２６】また、電極板４に高周波／直流電圧印加用
電極５を介して静電吸着用電源より５００Ｖ程度の直流
高電圧を印加すると、載置板３が絶縁体として機能し、
シリコンウェハ等の被吸着物を静電吸着させることが可
能となる。なお、電極板４にプラズマ発生用電源の高周
波電圧と静電吸着用電源の直流高電圧の両方を印加する
場合には、高周波をカットできるフィルタを静電吸着用
電源と給電用電極間に設置すればよい。

【００２７】この電極板４に接続される高周波／直流電
圧印加用電極５、上記ヒータエレメント８に接続される
ヒータ給電用電極９、および載置板３に接続される熱電
対６は、それぞれ耐熱性に優れたニッケル、タングステ
ン、タンタル等により形成することが好ましい。

【００２８】この実施の形態に係る加熱装置は、例え
ば、次のようにして製造することができる。まず、表面
に凹溝１２を有する支持板２と、載置板３となる上部板
３ｄと下部板３ａをセラミックス焼結体から作製する。
例えば、支持板２、下部板３ａは、従来法に従って形成
した円板状の窒化アルミニウム焼結体又は窒化アルミニ
ウム基焼結体に適宜の方法にて凹溝加工を施して得られ
る。上部板３ｂも従来法に従って形成する。

【００２９】ついで、載置板３の内部に狭持される電極
板４を形成する。電極板４が、高融点金属とセラミック
スの複合導電性材からなるものの場合、これら導電性セ
ラミックス等の導電材料粉末を、スクリーンオイル等の
有機溶媒に分散した塗布剤を上記下部板３ａに、スクリ
ーン印刷等により均一な厚さとなるように塗布し、乾燥
して電極板４を形成する方法等により、電極板４を形成
することができる。また、電極板が、高融点金属からな
るものの場合は、通常用いられる金属加工法により形成
された、高融点金属の薄板を、上記下部板３ａと上部板
３ｂとの間に配設することにより電極板４を形成するこ
とができる。また、他の方法として、上記高融点金属の
蒸着膜等の薄膜を形成する方法が挙げられる。

【００３０】そして、この電極板４を挟んで、下部板３
ａおよび上部板３ｂを重ね合わせ、これらを載置板接合
層７により接合一体化する。あるいは、下部板３ａ又は
上部板３ｂを構成する材料が窒化アルミニウム焼結体ま
たは窒化アルミニウム基焼結体であるときは、窒化アル
ミニウム粉末を接合面に介在させ、他の接合剤を介在さ
せることなく、高温加圧接合する。

【００３１】ついで、ヒータエレメント８を作製する。
ヒータエレメント８は、例えば、特開平４−６５３６１
号公報に記載されている概略下記のいずれかの方法で製
造することができる。（１）平均粒子径が０．１〜１０μｍの第１の炭化珪素
粉末と、非酸化性雰囲のプラズマ中に、シラン化合物ま
たはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導
入し、反応系の圧力を１気圧未満から１．３３×１０Ｐ
ａ（０．１Torr）の範囲で制御しつつ気相を反応させる
ことによって合成された、平均粒子径が０．１μｍ以下
の第２の炭化珪素粉末とを混合し、これを加熱し焼結す
ることによって炭化珪素焼結体を得、この焼結体を所定
のパターンに従って放電加工してヒータエレメント８と
する。（２）非酸化性雰囲気のプラズマ中に、シラン化合物ま
たはハロゲン化珪素と炭化水素からなる原料ガスを導入
し、反応系の圧力を１気圧未満から１．３３×１０Ｐａ
（０．１Torr）範囲で制御しつつ気相反応させることに
よって合成された、平均粒子径が０．１μｍ以下である
炭化珪素粉末を加熱し、焼結することによって炭化珪素
焼結体を得て、この焼結体を所望のパターンに従って放
電加工してヒータエレメントとする。次いで、上記方法
に従って形成されたヒータエレメント８を支持板２の凹
溝１２に装填する。

【００３２】次いで、接合層１０である微粉砕された前
記ガラス質接合剤をスクリーンオイルと混合してペース
ト化し、このペースト状耐熱性接合剤を、凹溝１２にヒ
ータエレメント８が装填された支持板２と下部板３ａの
それぞれの接合面に塗布し、１００〜２００℃で乾燥す
る。

【００３３】その後、耐熱性接合剤が塗布された面を介
して、支持板２と載置板３とを、ヒータエレメント８を
挟持した状態で積層し、電気炉中で加熱してガラス質接
合剤を溶融し、１３００〜１５００℃で、５〜４０分加
熱して接合する。この加熱は常圧又は１０気圧程度以下
の加圧下において行なわれる。加熱時の雰囲気は用いる
接合剤により異なる。即ち、オキシナイトライドガラス
を含有する接合剤を用いる場合は、接合剤が予めオキシ
ナイトライド化しているため、非窒素含有雰囲気であっ
ても良いが、好適には窒素含有雰囲気である。これに対
して、オキサイドガラスを含有する接合剤を用いる場合
は、オキサイドガラスをオキシナイトライド化するため
の窒素源が必棄となり、窒素合有雰囲気で行う。なお、
窒素含有雰囲気は、Ｎ₂ガス、Ｈ₂−Ｎ₂混合ガスまたは
ＮＨ₃ガス等を用いることにより得られる。

【００３４】加熱溶融した接合剤は冷却固化することに
より接合強度を持ち得るようになるが、急速冷却を行わ
ず徐冷することにより、窒素の取り込み量を高い状態で
保持しつつオキシナイトライドガラス層の安定化を図る
ことが好ましい。冷却速度は５０℃／ｍｉｎ以下が好ま
しく、更に好ましくは３０℃／ｍｉｎ以下である。な
お、接合後の接合層１０の厚みを前記の範囲とするため
には、徴粉砕された耐熱性接合剤とスクリーンオイルと
の量比、ペースト扶ガラス質接合剤の塗布量、接合時の
加熱温度、時間等の処理条件を適宜調整することにより
行うことができる。

【００３５】上記接合層１０及び載置板接合層７に用い
られる接合剤は、例えば以下のようにして製造すること
ができる。まず、接合材原料粉末として、例えば周期表
第３ａ族元素から選ばれた少なくとも２種の元素の酸化
物と、ニ酸化珪素と、酸化アルミニウムとを混合する
か、または熱処理によりこれらに変化する化合物を混合
する。そして、この原料混合粉末を、例えば粒径５μｍ
以下に粉砕し、１５００〜１７００℃で溶融した後、急
冷してガラス質の冷却物を得、これを粒径５μｍ程度に
粉砕して均一組成の溶融体微粉末の接合剤を調整する。

【００３６】ここに、周期表第ａ族元素の酸化物として
は特に限定されずＹ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂
Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃等を例示すること
ができる。これらのうち、価格、入手のしやすさの点か
ら、用いる周期表第３ａ族元素の酸化物の１つはＹ₂Ｏ₃
が最適であり、他の周期表第３ａ族元素の酸化物はこの
Ｙ ₂Ｏ₃と全率固溶体を形成しやすい、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂
Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃が好適であり、特にＤｙ₂Ｏ₃は価格の点
からも好適である。

【００３７】また、前記各成分の組成比率も特に限定さ
れないが、周期表第３ａ族元素から選ばれた少なくとも
２種の元素の酸化物を合量で２０〜５０重量％、二酸化
珪素を３０〜７０重量％、酸化アルミニウムを１０〜３
０重量％含む溶融体が形成されるように配合するのが、
得られる溶融体の融点が低く、またセラミックス部材等
との濡れ性にも優れるので好ましい。更に、周期表第３
ａ族元素が２種の場合は、周期表第３ａ族元素の酸化物
がモル比で約１：１となるように配合されるのが、接合
剤の融点が最も低くなるため好適である。

【００３８】この接合材の調製時の雰囲気は特に限定さ
れないが、窒素雰囲気下で行うとオキシナイトライドガ
ラスが形成され、非窒素雰囲気下で行うとオキサイドガ
ラスが形成される。しかし、この実施の形態にあっては
接合界面にオキシナイトライドガラス層が形成されるよ
うにしているため、接合剤の調整は窒素含有雰囲気下で
行い、接合剤を予めオキシナイトライドガラス化させて
おくのが好ましい。窒素含有雰囲気は、Ｎ₂ガス、Ｈ₂−
Ｎ₂混合ガスまたはＮＨ₃ガス等を用いることにより得ら
れる。

【００３９】また、前記接合剤には、Ｓｉ₃Ｎ₄粉末及び
／又はＡｌＮ粉末を外割りで１〜５０重量％配合するこ
とが好ましい。即ち、Ｓｉ₃Ｎ₄粉末やＡｌＮ粉末の添加
は、このオキシナイトライドガラスの熱膨張係数を下げ
ると共に耐熱性も向上する。配合率１重量％未満では添
加する意味がなく、５０重量％超では接合強度の低下を
もたらすので好ましくない。添加するＳｉ₃Ｎ₄粉末及び
／又はＡｌＮ粉末の粒径は特に限定されないが、均一な
濃度のオキシナイトライドガラスを形成させることがで
きる点で平均粒径０．８μｍ以下のものが好ましい。

【００４０】このように形成された加熱装置１の電極板
４に高周波／直流電圧印加用電極５を、上記ヒータエレ
メント８にヒータ給電用電極９を、上記載置板３に熱電
対６をそれぞれ接続することによって加熱装置１を得る
ことができる。これらの電極は、通常用いられる金属加
工法により作製することができる。これら電極の接続方
法としては、予め、加熱装置の所定の位置に、これらの
固定するための固定孔を形成しておくか、あるいは、加
熱装置作成後に、これらの固定孔を削設し、前記の電極
を各層に接続するかどちらかの方法が用いられる。

【００４１】このような加熱装置１であれば、載置板３
と支持板２がともにセラミックス焼結体からなるもので
あるので、耐プラズマ性に優れると共に、これらの熱膨
張率を近似させることができ、これら境界面での接合界
面の耐久性が向上され、製品寿命が長いものとなる。ま
た、載置板３の熱伝導率が支持板２の熱伝導率よりも高
くされるので、ヒータエレメント８から載置板３への熱
伝達性が向上し、加熱装置１の加熱効率が向上される。
また、これら熱伝導率の調整は、各セラミックス焼結体
のＹ₂Ｏ₃の添加量を変化させることで、載置板３及び支
持板２の熱膨張率に変化を与えず、容易に調整すること
ができる。また、上記載置板３と支持板２は、接合層１
０を介して接合されるものであるので、気密性がより向
上され、これら接合面における強度、耐プラズマ性等に
優れ、加熱装置１の製品寿命を向上させることができ
る。

【００４２】

【実施例】以下、実施例を示して本発明について詳述す
る。図１に示す構造の加熱装置を作成した。〔実施例１〜３〕表面に幅５ｍｍ、探さ８ｍｍのヒータ
エレメント８装填用のスパイラル状凹溝１２が設けられ
た直径２２０ｍｍ、厚み１５ｍｍの窒化アルミニウム基
焼結体製の低熱伝導率の支持板２を次のようにして形成
した。Ｙ₂Ｏ₃を含有していない平均粒径０．６μｍの窒
化アルミニウム粉末（（株）トクヤマ製、Ｆグレード粉
末）と平均粒径０．０３μｍの炭化珪素微粉末（住友大
阪セメント（株）製）とを重量比で９９．５：０．５の
割合で混合して得られた混合粉にイソプロピルアルコー
ルを分散媒として今後した後、スプレードライヤーを用
いて造粒した。

【００４３】次いで、得られた顆粒を１８５０℃、２０
０Ｋｇ／ｃｍ²の条件下で加圧焼結し、円板状の焼結体
を得た。得られた円板状の焼結体を従来公知の研削法に
より研削加工し、上記のスパイラル状凹溝１２を備えた
支持板２を得た。この支持板２の熱伝導率をレーザーフ
ラッシュ法、熱膨張率を熱膨張計（ＴＭＡ）を用いて、
それぞれ測定したところ、熱伝導率は５７．７Ｗ／ｍＫ
であり、熱膨張率は４．７×１０^-6／℃であった。

【００４４】一方、前記窒化アルミニウム粉末と前記炭
化珪素微粉末とイットリア粉末（日本イットリウム
（株）製）とを重量比で９９．５：０．５：３．０とし
た混合粉末を用いた他は前記の支持板２の形成方法に従
い、直径２２０ｍｍ、厚み８ｍｍの円板状の窒化アルミ
ニウム基焼結体製の下部板３ａと、直径２２０ｍｍ、厚
み１ｍｍの窒化アルミニウム基焼結体製の上部板３ｂを
作製した。この下部板３ａと上部板３ｂの熱伝導率を上
記の方法にて測定したところ、いずれも１１０Ｗ／ｍＫ
であり、前記支持板２の熱伝導率よりも熱伝導率が良好
であった。また、この下部板３ａと上部板３ｂの熱膨張
率を上記の方法にて測定したところ４．４×１０^-6／℃
であり、前記支持板の熱膨張率と近似していた。

【００４５】また、焼結助剤や導電性を付与するための
添加剤が添加されることなく焼結され、焼結密度が３．
１ｇ／ｃｍ³、室温での電気比抵抗が０．０５Ω・ｃｍ
の炭化珪素焼結体からなり、前記スパイラル状凹溝１２
に装填し得る形状のヒータエレメント８を、上述のヒー
タエレメント８の製造方法（１）により形成した。第１
の炭化珪素粉末の平均粒径は０．７μｍ、添加量は９５
重量％、第２の炭化珪素の平均粒径は０．０１μｍ、添
加量は５重量％であり、ホットプレス焼結条件はプレス
圧４００ｋｇ／ｃｍ²、焼結温度２２００℃、焼結時間
９０分である。

【００４６】一方、平均粒径０．５μｍのタングステン
粉末と市販のスクリーンオイルとを含む塗布剤を下部板
上に電極形状となるようスクリーン印刷した。また、前
記の窒化アルミニウム粉末と市販のスクリーンオイルと
を含む塗布剤を下部板３ａ上の電極形成部以外の領域に
スクリーン印刷した。そして、上記のスクリーン印刷面
を介して下部板３ａと上部板３ｂとを重ね合わせて、１
８００℃、７５Ｋｇ／ｃｍ² の条件下で熱処理して一体
化し、タングステン製の電極板が下部板３ａと上部板３
ｂとで挟持された載置板３を得た。

【００４７】次いで、表１に示す組成を有するガラス質
の耐熱性接合剤（粒径約２μｍ）を市販のスクリーンオ
イルと混合してベースト化し、このペースト状のガラス
質耐熱性接合剤１０を、前記スパイラル状凹溝１２に前
記ヒータエレメント８が装填された前記セラミックス焼
結体製支持板２と前記セラミックス焼結体製載置板３の
それぞれの接合面に塗布し、１００〜２００℃で乾燥し
た。

【００４８】その後、ガラス質の耐熱性接合剤が塗布さ
れた面を介して、前記支持板２と、前記載置板３とを、
前記ヒータエレメント８を挟持した状態で積層し、Ｎ₂
ガス雰囲気の電気炉中で加熱してガラス質の耐熱性接合
剤を溶融し、１４５０℃で２０分加熱して気密に接合し
た。冷却速度は２５℃／ｍｉｎ、接合後の接合層１０の
厚みは５０μｍであった。また、接合界面にはオキシナ
イトライドガラスが形成されていることを、オージェ電
子分光法により確認した。

【００４９】このようにして得られた実施例１〜３の加
熱装置１の、室化アルミニウム基焼結体製支持板２と窒
化アルミニウム基焼結体製下部板３ａとの接合部の気密
性を確認するために、耐久性試験に供した。また、下部
板３ａと上部板３ｂとの接合界面をＳＥＭ観察したとこ
ろ、下部板３ａと上部板３ｂとは良好に接合一体化され
ていた。

【００５０】（耐久性試験）加熱装置１に通電して、室
温から最高温度７００℃まで１時間で昇温し、最高温度
に３０分間保持し、その後、室温まで徐冷する。このヒ
ートサイクルを１００回負荷した後の前記接合部の気密
性を、Ｈｅガスを用いたリークテストにより試験した。
なお、気密性の評価基準は下記のとおりである。 ○；Ｈｅリーク量が、１．３３×１０^-7Ｐａ／ｓｅｃ以
下 △；Ｈｅリーク量が、１．３３×１０^-7〜１．３３×１
０^-6Ｐａ／ｓｅｃ ×；Ｈｅリーク量が、１．３３×１０^-6Ｐａ／ｓｅｃ以
上

【００５１】「実施例４」前記窒化アルミニウム粉末と
前記炭化珪素微粉末と前記イットリア粉末とを重量比で
９９．５：０．５：１０．０とした混合粉末を用いた他
は実施例１〜３に準じて支持板２を形成した。この支持
板２の熱伝導率、熱膨張率を実施例１〜３に準じて測定
したところ、それぞれ１４０Ｗ／ｍＫ、３．９×１０^-6
／℃であった。また、同様に、前記窒化アルミニウム粉
末と前記炭化珪素微粉末と前記イットリア粉末とを重量
比で９９．５：０．５：１０．０とした混合粉末を用い
た他は実施例１〜３に準じて下部板３ａと上部板３ｂと
を形成した。そして、これらの支持板２、下部板３ａ、
上部板３ｂを用い、表１に示す組成の接合剤を用いた他
は実施例１〜３に準じて実施例４の加熱装置１を作製し
た。得られた実施例４の加熱装置１の耐久性を実施例１
〜３に準じて試験した。試験結果を表１に示した。ま
た、下部板３ａと上部板３ｂとの接合界面をＳＥＭ観察
したところ、下部板３ａと上部板３ｂとは良好に接合一
体化されていた。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
支持板と載置板とをセラミックス焼結体から形成したも
のであるので、支持板と載置板の熱膨張率を、近似した
値とすることができるので、これら境界面の強度が向上
し、耐久性が増し、耐プラズマ性が向上して製品寿命を
長くすることができる。また、載置板の熱伝導率が、支
持板の熱伝導率よりも高いものであるので、ヒータエレ
メントから発生した熱が載置板に集中して伝達され、ま
た、載置する側の熱伝導率を確保したまま、被加熱物を
載置しない支持板側の熱放散を有効に防止することが可
能となり、加熱装置の熱効率が飛躍的に向上する。ま
た、上記セラミックス焼結体に、Ｙ₂Ｏ₃を助剤とした窒
化アルミニウム焼結体、又は、Ｙ₂Ｏ₃を助剤とした窒化
アルミニウム基焼結体を用い、かつ、これらのＹ₂Ｏ₃含
有量を調整することで、上記載置板と、支持板との熱伝
導率を、これらの熱膨張率を変化させずに、容易に調整
することができ、上記効果を容易に導くことができる。

【００５４】また、上記載置板と支持板とを、ガラス質
接合層により接合一体化した加熱装置であれば、これら
の接続面の強度が向上されると共に、これらの接続面に
おける気密性をより高めることができるので、これらの
接続面の強度が向上され、より寿命の長くすることがで
きる。また、上記載置板が下部板と上部板からなり、こ
れらの間に電極板を形成してなるものであれば、電極板
を様々用途に用いることによって、様々な用途に上記加
熱装置を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】図１に示す本発明の加熱装置の一例の各部位
を説明するための断面分解図である。

【符号の説明】

１・・・加熱装置、２・・・支持板３・・・載置板、３ａ・・・下部板３ｂ・・・上部板、４・・・電極板５・・・高周波／直流電圧印加用電極６・・・熱電対、７・・・載置板接合層、８・・・
ヒータエレメント９・・・ヒータ給電用電極１０・・・接合層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA02 AA05 AA21 AA34 BC07 BC15 BC16 BC17 CA32 HA01 HA10 JA02 3K092 PP20 QA05 QB02 QB09 QB44 QB76 RF11 RF19 RF25 RF26 VV15 VV31 VV34 4G001 BA09 BA22 BA36 BB09 BB22 BB36 BC13 BC42 BC52 BD01 BD03 BD36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱物を載置する載置板と、この載置
板と一体化される支持板と、前記載置板と前記支持板と
に挟持されたヒータエレメントと、前記ヒータエレメン
トに一端が接続された少なくとも１対の電極を備えた加
熱装置であって、前記載置板と支持板が、ともにセラミックス焼結体から
なり、前記載置板を構成するセラミックス焼結体の熱伝
導率が、前記支持板を構成するセラミックス焼結体の熱
伝導率よりも高くされたことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】前記セラミックス焼結体が、Ｙ₂Ｏ₃を助
剤とした窒化アルミニウム焼結体、又は、Ｙ₂Ｏ₃を助剤
とした窒化アルミニウム基焼結体であり、かつ、前記載
置板のセラミックス焼結体のＹ₂Ｏ₃含有量が、前記支持
板のセラミックス焼結体のＹ₂Ｏ₃含有量よりも多いこと
を特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】上記支持板と載置板とが、ガラス質接合
層により接合一体化されてなるものであることを特徴と
する請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】上記載置板が、上部板と下部板とからな
り、これら上部板と下部板の間に電極板が狭持され、こ
の電極板に電極が接続されていることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれか一項に記載の加熱装置。