JP7517852B2 - Ceramic heater and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置用部材であるセラミックスヒーターおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic heater, which is a component for semiconductor manufacturing equipment, and a method for manufacturing the same.
特許文献1には、窒化アルミニウム製の焼結体からなる基板にヒーター電極層が形成されたセラミックヒーターを製造する方法において、一炭化一タングステン粒子を含む導電性ペーストを用いて、窒化アルミニウム製のグリーンシートにヒーター電極層を形成し、次いでグリーンシートを非酸化性雰囲気下にて本焼成時よりも低い温度域で加熱する熱処理工程を行った後、グリーンシートを完全に焼結させる本焼成工程を行うセラミックヒーター製造方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a ceramic heater in which a heater electrode layer is formed on a substrate made of sintered aluminum nitride, in which a conductive paste containing tungsten carbide particles is used to form a heater electrode layer on an aluminum nitride green sheet, and then a heat treatment step is performed in which the green sheet is heated in a non-oxidizing atmosphere at a temperature range lower than that during main firing, followed by a main firing step in which the green sheet is completely sintered.
特許文献2には、耐熱性金属材料の表面に、金属炭化物の標準生成自由エネルギーが該耐熱性金属材料より小さい金属材料からなる金属皮膜を形成する皮膜形成ステップと、皮膜形成ステップで皮膜を形成した耐熱性金属材料を、セラミックス基体の原材料である粉体中の所定の位置に配設し、加圧成型してセラミックス成型体を成型する成型ステップと、成型ステップで成型したセラミックス成型体を焼結してセラミックス焼結体を生成する焼結ステップとを含むセラミックス焼結体の製造方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method for producing a ceramic sintered body, which includes a film-forming step of forming a metal film on the surface of a heat-resistant metal material, the metal film being made of a metal material whose standard free energy of formation of metal carbide is smaller than that of the heat-resistant metal material, a molding step of arranging the heat-resistant metal material on which the film has been formed in the film-forming step at a predetermined position in a powder, which is the raw material of the ceramic base, and pressurizing and molding the material into a ceramic molded body, and a sintering step of sintering the ceramic molded body molded in the molding step to produce a ceramic sintered body.
特許文献3には、セラミックス基体の原料となるセラミックス原料粉中に、発熱体と該発熱体を取り囲む金属部材とを両者の間にセラミックス原料粉と主成分が同じ原料粉が介在するように埋設させて成形体を作製する工程と、金属部材が発熱体に優先して炭化又は酸化するように成形体を焼結させることによりセラミックス基体及び反応層を作製する工程とを含むセラミックスヒーターの製造方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method for manufacturing a ceramic heater, which includes a process for producing a molded body by embedding a heating element and a metal member surrounding the heating element in ceramic raw material powder, which is the raw material for the ceramic base, with raw material powder having the same main component as the ceramic raw material powder between the heating element and a process for producing a ceramic base and a reaction layer by sintering the molded body so that the metal member is carbonized or oxidized preferentially to the heating element.
特許文献4には、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターを製造する方法であって、セラミック粉末の成形体に、抵抗発熱体、および周期律表4a、5aおよび6a族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材を接触させ、次いで成形体を焼結させることによってセラミック焼結体を得るセラミックヒーターの製造方法が開示されている。 Patent Document 4 discloses a method for producing a ceramic heater that includes a ceramic sintered body and a resistance heating element that is arranged so as to be in contact with the ceramic sintered body, in which a ceramic powder compact is brought into contact with a resistance heating element and a dummy member made of a metal that contains one or more metal elements selected from elements in Groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table, and then the compact is sintered to obtain the ceramic sintered body.
特許文献1~4のセラミックヒーターの製造方法では、AlNセラミックスに埋設されるW、Mo等の発熱体の炭化を抑制することによってヒーター用電極の体積抵抗率を小さくし(電気伝導率を大きくし)、体積抵抗率のばらつきを抑制しようとする。しかしながら、これらの方法では、部分的にヒーター用電極の体積抵抗率が小さくなって体積抵抗率のばらつきが生じ、その結果、加熱温度が不均一になるという課題があった。 The ceramic heater manufacturing methods in Patent Documents 1 to 4 aim to reduce the volume resistivity of the heater electrodes (increase electrical conductivity) and reduce variation in volume resistivity by suppressing carbonization of the heating element such as W or Mo embedded in the AlN ceramics. However, these methods have the problem that the volume resistivity of the heater electrodes is partially reduced, causing variation in volume resistivity, resulting in non-uniform heating temperatures.
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、AlNセラミックスを含む基材にW、Moを含むヒーター用電極が埋設されてなるセラミックスヒーターにおいて、発熱体の体積抵抗率が安定し、加熱温度の均一性が高いセラミックスヒーターおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made with a focus on these problems, and aims to provide a ceramic heater in which heater electrodes containing W and Mo are embedded in a substrate containing AlN ceramics, and in which the volume resistivity of the heating element is stable and the heating temperature is highly uniform, as well as a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明に係るセラミックスヒーターは、AlNセラミックスを含む基材にヒーター用電極が埋設されてなるセラミックスヒーターであって、前記ヒーター用電極はMoおよびCを含み、Moの原子数とCの原子数との合計に対するCの原子数の比が0.20以上であることを特徴とする。 To achieve the above object, the ceramic heater of the present invention is a ceramic heater in which a heater electrode is embedded in a substrate containing AlN ceramics, and the heater electrode contains Mo and C, and is characterized in that the ratio of the number of C atoms to the sum of the number of Mo atoms and the number of C atoms is 0.20 or more.
本発明に係るセラミックスヒーターにおいて、前記基材はY成分を含み、前記基材における前記ヒーター用電極の周囲にYAGが形成されており、前記ヒーター用電極の周囲の前記基材のX線回折チャートにおいて、2θが54.978°の位置におけるYAGのピーク強度をAとし、2θが36.041°の位置におけるAlNのピーク強度をBとするとき、(A/B)≧0.11の関係式を満たすことが好ましい。 In the ceramic heater according to the present invention, the substrate contains a Y component, YAG is formed around the heater electrode in the substrate, and in an X-ray diffraction chart of the substrate around the heater electrode, when the peak intensity of YAG at a position where 2θ is 54.978° is A and the peak intensity of AlN at a position where 2θ is 36.041° is B, it is preferable that the relationship (A/B) ≧ 0.11 is satisfied.
本発明に係るセラミックスヒーターの製造方法は、前述のセラミックスヒーターの製造方法であって、バインダーを含み、前記基材を形成する第1の前駆体と第2の前駆体とを用意する工程と、前記第1の前駆体と前記第2の前駆体との間に前記ヒーター用電極を形成するMoワイヤーからなるメッシュを挟んで積層した積層体を、積層方向に所定の圧力を負荷しつつ焼成する焼成工程とを有し、前記圧力をP(MPa)、 前記Moワイヤーの直径をφ(m)とするとき、(P/φ)≦5×104 の関係式を満たすことを特徴とする。 The method for producing a ceramic heater according to the present invention is the above-mentioned method for producing a ceramic heater, and includes the steps of: preparing a first precursor and a second precursor which contain a binder and form the base material; and firing the laminate obtained by stacking the first precursor and the second precursor with a mesh made of Mo wires which form the heater electrodes sandwiched between them, while applying a predetermined pressure in the stacking direction, and is characterized in that, when the pressure is P (MPa) and the diameter of the Mo wire is φ (m), the relational expression (P/φ)≦5× 104 is satisfied.
本発明に係る他のセラミックスヒーターの製造方法は、前述のセラミックスヒーターの製造方法であって、前記基材を形成する第1の前駆体と第2の前駆体とを用意する工程と、前記ヒーター用電極を形成するMo材を炭化する炭化工程と、前記第1の前駆体と前記第2の前駆体との間に前記炭化工程後の前記Mo材を挟んで積層した積層体を、積層方向に所定の圧力を負荷しつつ焼成する焼成工程とを、有することを特徴とする。 Another method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention is the above-mentioned method for manufacturing a ceramic heater, characterized in that it includes a step of preparing a first precursor and a second precursor that form the base material, a carbonization step of carbonizing the Mo material that forms the heater electrode, and a firing step of firing the laminate obtained by sandwiching the Mo material after the carbonization step between the first precursor and the second precursor while applying a predetermined pressure in the stacking direction.
本発明によれば、AlNセラミックスを含む基材にMoを含むヒーター用電極が埋設されてなるセラミックスヒーターにおいて、発熱体(ヒーター用)の体積抵抗率が安定し、加熱温度の均一性が高いセラミックスヒーターおよびその製造方法を提供することができる。 The present invention provides a ceramic heater having a heater electrode containing Mo embedded in a substrate containing AlN ceramics, in which the volume resistivity of the heating element (for heater) is stable and the heating temperature is highly uniform, and a method for manufacturing the same can be provided.
本発明の実施の形態のセラミックスヒーターは、AlNセラミックスを含む基材にヒーター用電極が埋設されてなるセラミックスヒーターであって、前記ヒーター用電極はMoおよびCを含み、Moの原子数とCの原子数との合計に対するCの原子数の比が0.20以上である。 The ceramic heater according to an embodiment of the present invention is a ceramic heater in which a heater electrode is embedded in a substrate containing AlN ceramics, and the heater electrode contains Mo and C, and the ratio of the number of C atoms to the sum of the number of Mo atoms and the number of C atoms is 0.20 or more.
本発明の実施の形態のセラミックスヒーターにおいて、ヒーター用電極は電流が通過する電極断面全体が主にMo2Cとなり、ヒーター用電極の体積抵抗率が高い値で安定する。その結果、従来のMo単体のヒーター用電極と比較すると体積抵抗率が低くなりすぎることを抑制できる。また、Moの一部がMo2C化すると、ヒーター用電極は部分的に体積抵抗率が低い領域と高い領域が混在し、ヒーター用電極の抵抗の不均一性を生じ、温度均一性が悪化するが、本発明に係るセラミックスヒーターではそれが抑制され温度均一性が向上する。
すなわち、 2Mo+C→Mo2C の反応が十分進んだヒーター電極は、体積抵抗率が高く維持され、ヒーター電極の抵抗値が安定する。
In the ceramic heater according to the embodiment of the present invention, the entire cross section of the heater electrode through which the current passes is mainly Mo2C , and the volume resistivity of the heater electrode is stable at a high value. As a result, the volume resistivity can be prevented from becoming too low compared to conventional heater electrodes made of Mo alone. In addition, when part of Mo becomes Mo2C , the heater electrode has a mixture of areas with low and high volume resistivities, which causes non-uniformity in the resistance of the heater electrode and deteriorates the temperature uniformity. However, in the ceramic heater according to the present invention, this is suppressed and the temperature uniformity is improved.
That is, a heater electrode in which the reaction 2Mo+C→Mo 2 C has progressed sufficiently maintains a high volume resistivity and a stable resistance value of the heater electrode.
その時のヒーター用電極を構成する原子の数の比は、Moに対するCとMoとの合計の原子数の比が、0.20以上である。これより小さい値をとるとC成分が相対的に少なく、Cと十分に反応していないMoが混在して電極の抵抗率が低下し、ヒーターの温度分布の均温化効果が発揮されない。完全にMo2C化すると、理論的に原子数の比は0.333となり、これが上限となる。 In this case, the ratio of the number of atoms constituting the heater electrode is 0.20 or more, i.e., the ratio of the total number of atoms of C and Mo to Mo. If the value is smaller than this, the C component is relatively small, and Mo that has not sufficiently reacted with C is mixed, reducing the resistivity of the electrode and preventing the heater from achieving a uniform temperature distribution effect. If the heater is completely converted to Mo2C , the theoretical atomic ratio is 0.333, which is the upper limit.
本発明の実施の形態のセラミックスヒーターにおいて、前記基材はY成分を含み、前記基材における前記ヒーター用電極の周囲にYAGが形成されており、前記ヒーター用電極の周囲の前記基材のX線回折チャートにおいて、2θが54.978°の位置におけるYAGのピーク強度をAとし、2θが36.041°の位置におけるAlNのピーク強度をBとするとき、(A/B)≧0.11の関係式を満たすことが好ましい。 In the ceramic heater according to the embodiment of the present invention, the substrate contains a Y component, YAG is formed around the heater electrode in the substrate, and in an X-ray diffraction chart of the substrate around the heater electrode, it is preferable that the relationship (A/B) ≧ 0.11 is satisfied, where A is the peak intensity of YAG at a position where 2θ is 54.978° and B is the peak intensity of AlN at a position where 2θ is 36.041°.
本発明の実施の形態のセラミックスヒーターにおいて、Mo2C化の反応が進んでいるときは、電極の周囲のAlNセラミックスの粒界にYAG (Y3Al5O12)の成分が多く形成されることが分かった。AlNセラミックには、焼結助剤としてY2O3が添加され、粒界にYAG(Y3Al5O12)、YAP (YAlO3)、YAM(Y4Al2O9)の少なくとも1つ以上の成分からなるY系酸化物の粒子が形成される。
Mo2Cの生成の比率が高い電極で抵抗の低下が小さいものは、MoとAlNの界面付近のAlN焼結体の粒界でYAGの生成割合が多いことを発見した。そして、YAGのピーク強度Aと、2θが36.041°の位置におけるAlNのピーク強度Bとで、(A/B)≧0.11の関係式を満たす場合、抵抗のばらつきが小さくなることを見出した。
It was found that in the ceramic heater according to the embodiment of the present invention, when the reaction of forming Mo2C is progressing, a large amount of YAG ( Y3Al5O12 ) component is formed at the grain boundaries of the AlN ceramic around the electrodes. Y2O3 is added to the AlN ceramic as a sintering aid, and Y-based oxide particles consisting of at least one component of YAG ( Y3Al5O12 ), YAP ( YAlO3 ), and YAM ( Y4Al2O9 ) are formed at the grain boundaries .
It was found that electrodes with a high ratio of Mo2C generation and small drop in resistance have a high ratio of YAG generation at the grain boundary of the AlN sintered compact near the interface between Mo and AlN. It was also found that the variation in resistance is small when the YAG peak intensity A and the AlN peak intensity B at the position where 2θ is 36.041° satisfy the relational expression (A/B) ≥ 0.11.
本発明の実施の形態のセラミックスヒーターの製造方法は、前述のセラミックスヒーターの製造方法であって、バインダーを含み、前記基材を形成する第1の前駆体と第2の前駆体とを用意する工程と、前記第1の前駆体と前記第2の前駆体との間に前記ヒーター用電極を形成するMoワイヤーからなるメッシュを挟んで積層した積層体を、積層方向に所定の圧力を負荷しつつ焼成する焼成工程とを有し、前記圧力をP(MPa)、 前記Moワイヤーの直径をφ(m)とするとき、(P/φ)≦5×104 の関係式を満たす。 A method for producing a ceramic heater according to an embodiment of the present invention is the method for producing a ceramic heater described above, and includes the steps of preparing a first precursor and a second precursor which contain a binder and form the base material, and a firing step of firing a laminate obtained by stacking the first precursor and the second precursor with a mesh made of Mo wires which form the heater electrodes sandwiched between them while applying a predetermined pressure in the stacking direction, wherein the pressure is P (MPa) and the diameter of the Mo wires is φ (m), and the relational expression (P/φ)≦5× 104 is satisfied.
本発明の実施の形態のセラミックスヒーターの製造方法では、ヒーター用電極を形成するMoワイヤーの断面にC成分が相対的に少なく、Mo成分が相対的に多い領域が形成されるのを防ぎ、MoとCとが十分反応してMo2C化した電極を形成できる。その結果、電極は体積抵抗率が低くなることを抑制できるとともに、部分的に抵抗率が低くなりヒーター用電極の抵抗の不均一性が生じることが抑制され、ヒーターの温度均一性が向上する。発明者は、この反応にワイヤーの直径と圧力とが起因していることを発見した。すなわち、ワイヤーの断面で圧力を負荷する方向に沿ってC成分が相対的に少なくなる領域が形成されていること、そして、圧力が一定以上であるとこの領域が形成されやすいことを発見した。この領域は、特にワイヤーの交点近傍に顕著に現れる。焼成時の圧力を一定値以下にすることによって、上記領域の形成を抑制することができる。 In the manufacturing method of the ceramic heater according to the embodiment of the present invention, the cross section of the Mo wire forming the heater electrode is prevented from forming a region where the C component is relatively small and the Mo component is relatively large, and the Mo and C react sufficiently to form an electrode that is converted into Mo 2 C. As a result, the volume resistivity of the electrode can be suppressed from being reduced, and the resistivity is partially reduced, which suppresses the occurrence of non-uniformity in the resistance of the heater electrode, thereby improving the temperature uniformity of the heater. The inventor discovered that this reaction is caused by the wire diameter and pressure. That is, it was discovered that a region where the C component is relatively small is formed along the direction in which pressure is applied in the cross section of the wire, and that this region is likely to be formed when the pressure is equal to or higher than a certain level. This region is particularly noticeable near the intersection of the wires. The formation of the above region can be suppressed by setting the pressure during firing to a certain value or less.
本発明の他の実施の形態のセラミックスヒーターの製造方法は、前述のセラミックスヒーターの製造方法であって、前記基材を形成する第1の前駆体と第2の前駆体とを用意する工程と、前記ヒーター用電極を形成するMo材を炭化する炭化工程と、前記第1の前駆体と前記第2の前駆体との間に前記炭化工程後の前記Mo材を挟んで積層した積層体を、積層方向に所定の圧力を負荷しつつ焼成する焼成工程とを、有する。 The method for manufacturing a ceramic heater according to another embodiment of the present invention is the method for manufacturing a ceramic heater described above, and includes the steps of preparing a first precursor and a second precursor that form the base material, a carbonization step that carbonizes the Mo material that forms the heater electrode, and a firing step that sandwiches the Mo material after the carbonization step between the first precursor and the second precursor and fires the laminate while applying a predetermined pressure in the stacking direction.
本発明の他の実施の形態のセラミックスヒーターの製造方法では、ヒーター用電極を形成するMo材を予め炭化することにより、Mo材のMoがMo2Cに変質している。このMo材をヒーター用電極に用いてヒーターを製造することにより、ワイヤーの断面にC成分が相対的に少なく、Mo成分が相対的に多い領域が形成されるのを防ぎ、MoとCとが十分反応しMo2C化したヒーター用電極を形成できる。その結果、ヒーターの温度均一性が向上する。 In another embodiment of the method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention, the Mo material forming the heater electrode is carbonized in advance, so that the Mo in the Mo material is transformed into Mo 2 C. By manufacturing a heater using this Mo material for the heater electrode, it is possible to prevent the formation of an area in the wire cross section where the C component is relatively small and the Mo component is relatively large, and it is possible to form a heater electrode in which Mo and C have sufficiently reacted to form Mo 2 C. As a result, the temperature uniformity of the heater is improved.
以下、図面に基づき、本発明の実施例について説明する。
図1に示すように、ヒーターは、直径が12インチ、厚み15~30mm程度のヒータープレート1の一方の面1aの中心に、ヒータープレート1を支持する円筒状のAlNセラミックス製のシャフト2の一端2aが垂直に接合される。更に、ヒーターは給電用の金属製の端子3が、電極と電気的接続させるためにシャフト2の他端2bより内部に挿入され、端子3の一端がロウ材(図示しない)を介して、ヒータープレート1の内部に埋設されている電極に電気的に接続される。ヒータープレート1およびシャフトは、AlNセラミックスを含む材料で構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in Fig. 1, the heater has one end 2a of a cylindrical shaft 2 made of AlN ceramics that supports the heater plate 1, which is vertically joined to the center of one surface 1a of the heater plate 1, which has a diameter of 12 inches and a thickness of about 15 to 30 mm. Furthermore, a metal terminal 3 for power supply is inserted into the heater from the other end 2b of the shaft 2 to electrically connect it to an electrode, and one end of the terminal 3 is electrically connected to an electrode buried inside the heater plate 1 via a brazing material (not shown). The heater plate 1 and the shaft are made of a material containing AlN ceramics.
ヒータープレート1は、以下の工程で作成した。図2に示すように、AlN原料に焼結助剤として5wt%のY2O3と、バインダーとを添加して成形し、AlNセラミックス前駆体11,12を準備した(1.前駆体準備)。成形した一方の前駆体12の上面に電極埋設用凹部12aを設けた(2.前駆体加工)。その前駆体11,12を脱脂した(3.前駆体の脱脂)。脱脂した一方の前駆体12の上面の電極埋設用凹部12aにMoメッシュ電極13を配置し、前駆体12に前駆体11を積層し(4.積層)、Moメッシュ電極13を前駆体11,12に埋設した。これをホットプレス焼成し(5.ホットプレス焼成)、AlNセラミックスヒータープレート1を作成した。 The heater plate 1 was made by the following process. As shown in FIG. 2, 5 wt% of Y2O3 as a sintering aid and a binder were added to the AlN raw material and molded to prepare AlN ceramic precursors 11 and 12 (1. Precursor preparation). An electrode embedding recess 12a was provided on the upper surface of one of the molded precursors 12 (2. Precursor processing). The precursors 11 and 12 were degreased (3. Precursor degreasing). A Mo mesh electrode 13 was placed in the electrode embedding recess 12a on the upper surface of the degreased one of the precursors 12, and the precursor 11 was laminated on the precursor 12 (4. Lamination), and the Mo mesh electrode 13 was embedded in the precursors 11 and 12. This was hot-press fired (5. Hot-press firing) to produce the AlN ceramic heater plate 1.
(ヒーター用電極の抵抗)
埋設するMoメッシュ電極は、ヒーター抵抗値が焼成後に4.1Ωとなるように、メッシュを構成するワイヤー径およびメッシュサイズ(1インチ当たりのワイヤー数)に合わせて所定の形状に裁断した。
AlNセラミックスヒーターの抵抗値は、市販のテスターで端子間の抵抗を測定して求めた。
(Heater electrode resistance)
The embedded Mo mesh electrode was cut to a predetermined shape in accordance with the wire diameter and mesh size (number of wires per inch) constituting the mesh so that the heater resistance value after firing would be 4.1 Ω.
The resistance value of the AlN ceramic heater was obtained by measuring the resistance between the terminals with a commercially available tester.
(温度分布測定)
製作したAlNセラミックスヒーターを真空チャンバ内に載置し、端子間に通電し、ヒータープレート裏面側中心部に熱電対を別途配置して、熱電対により測定した温度が550℃になるようにAlNセラミックスヒーターを加熱した。
ヒーター温度が定常状態になったのち、赤外線カメラ(FLIR社製)でサファイア透過窓越しにAlNセラミックスヒーターを撮影し、ヒーターの基板載置面の最大温度と最小温度との差を温度分布(℃)として測定した。なお、測定時の投入電力は3kW程度であった。
(Temperature distribution measurement)
The manufactured AlN ceramic heater was placed in a vacuum chamber, electricity was passed between the terminals, and a thermocouple was separately placed in the center of the back surface of the heater plate. The AlN ceramic heater was heated so that the temperature measured by the thermocouple reached 550°C.
After the heater temperature reached a steady state, the AlN ceramic heater was photographed through a sapphire transmission window with an infrared camera (manufactured by FLIR Corporation), and the difference between the maximum and minimum temperatures on the substrate mounting surface of the heater was measured as the temperature distribution (°C). Note that the input power during the measurement was about 3 kW.
(元素の定量方法)
焼成体の断面について、図3および図4に示すようにFE-EPMA(電界放出型電子線マイクロアナライザ)による元素マッピング分析を行い、CおよびMoを定量し、C/(C+Mo)比を計算した。また、比較例1のセラミックヒーターのヒーター用電極断面のMoおよびCの強度スペクトル図を図5に示す。
(Quantitative analysis of elements)
The cross section of the fired body was subjected to elemental mapping analysis by FE-EPMA (field emission electron probe microanalyzer) to quantify C and Mo and calculate the C/(C+Mo) ratio, as shown in Figures 3 and 4. Also, the intensity spectrum diagram of Mo and C of the cross section of the heater electrode of the ceramic heater of Comparative Example 1 is shown in Figure 5.
図3に示す実施例3のセラミックヒーターの電極断面の場合、全体的に元素の分布が均一でMo2C化が進んでいるものと考えられる。図4に示す比較例1のセラミックヒーターの電極断面の場合、図5に示すように、測定点1ではMo2C化が進んでいるが、測定点2ではMo2C化が進んでいないことがわかる。 In the case of the electrode cross section of the ceramic heater of Example 3 shown in Figure 3, it is considered that the distribution of elements is uniform overall and conversion to Mo 2 C has progressed. In the case of the electrode cross section of the ceramic heater of Comparative Example 1 shown in Figure 4, as shown in Figure 5, it is clear that conversion to Mo 2 C has progressed at measurement point 1 but has not progressed at measurement point 2.
(試験1)
電極の形態および焼成時の圧力を変えて、前述の方法で、実施例1~8、比較例1、2のAlNセラミックスヒーターを製造し、試験を行った。表1に、条件と測定結果を示す。
表1に示すように、ワイヤー断面の原子の数の比がC/(C+Mo)比0.20以上となっている場合には、ヒーター抵抗値が高く維持された。そのときのヒーターの温度分布は、10℃以下であり、均熱性が高くなることが分かった。更に、C/(C+Mo)比が0.26以上、特に0.29以上であると、ヒーター抵抗値がより高く維持され、ヒーターの温度分布も6℃以内と更に小さくできることが示された。
また、焼成時の圧力PとMoのワイヤー径φの比P/φ(MPa/m)がP/φ≦5×104であれば、C/(C+Mo)比が0.24以上となっていることが示された。
P/φは、(実施例1の)1×104以上が好ましい。また、P/φは、0.333以下である。
(Test 1)
By changing the electrode shape and the firing pressure, AlN ceramic heaters of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were manufactured and tested by the above-mentioned method. Table 1 shows the conditions and measurement results.
As shown in Table 1, when the ratio of the number of atoms in the wire cross section is C/(C+Mo) 0.20 or more, the heater resistance value is maintained high. The heater temperature distribution in this case is 10°C or less, and it is found that the heating uniformity is high. Furthermore, when the C/(C+Mo) ratio is 0.26 or more, particularly 0.29 or more, it is shown that the heater resistance value is maintained higher and the heater temperature distribution can be further reduced to within 6°C.
It was also shown that if the ratio P/φ (MPa/m) of the pressure P during sintering to the wire diameter φ of Mo is P/φ≦5×10 4 , the C/(C+Mo) ratio is 0.24 or more.
It is preferable that P/φ is 1×10 4 or more (as in the first embodiment). Also, P/φ is 0.333 or less.
(AlNセラミックスのX線回折)
実施例1、3、比較例1、2のAlNセラミックスヒーターについて、μ-XRD(マイクロX線回折)により、局所的な領域(直径約100μm)のX線回折を行った。
回折角2θがJCPDSカード(PDF♯00-025-1133)における36.041°に相当するAlNのピーク強度に対する、JCPDAカード(PDF♯04-006-4052)における54.978°に相当するYAGのピーク強度の比を測定した。
その結果を表2に示す。
(X-ray diffraction of AlN ceramics)
For the AlN ceramic heaters of Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 2, X-ray diffraction was performed on a localized region (diameter of about 100 μm) by μ-XRD (micro X-ray diffraction).
The ratio of the peak intensity of YAG corresponding to a diffraction angle 2θ of 54.978° on the JCPDA card (PDF #04-006-4052) to the peak intensity of AlN corresponding to a diffraction angle 2θ of 36.041° on the JCPDS card (PDF #00-025-1133) was measured.
The results are shown in Table 2.
実施例3と比較例1のAlNセラミックスヒーターの周囲のAlNセラミックスのX線回折チャートを図6、図7に示す。
図6、図7から、上記AlNのピーク強度に対するYAGのピーク強度の比が、実施例3は比較例1に比べ大きくなっていることがわかる。
また、実施例3の(A)Mo電極断面のSEM像、(B)Y元素マップ、(C)O元素マップを図8に示す。図8では、電極21がAlNセラミックスヒータープレート22の間に挟まれているのが見える。図8(B)、(C)において、白色部分はY、O元素が多いことを意味している。このことから、電極21の周囲にY,O元素が集まっていることがわかる。
X-ray diffraction charts of the AlN ceramics surrounding the AlN ceramic heaters of Example 3 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 6 and FIG.
6 and 7 show that the ratio of the YAG peak intensity to the AlN peak intensity is greater in Example 3 than in Comparative Example 1.
FIG. 8 shows (A) an SEM image of the cross section of the Mo electrode, (B) a Y element map, and (C) an O element map of Example 3. In FIG. 8, the electrode 21 can be seen sandwiched between the AlN ceramic heater plates 22. In FIG. 8 (B) and (C), the white areas indicate that there are a lot of Y and O elements. This shows that the Y and O elements are concentrated around the electrode 21.
(試験2)
ヒーター用電極を形成するメッシュ状のMo材を予めMo2Cに炭化した。
まず、図9に示すように、カーボン製の収納容器23内にメッシュ状のMo材24を載置し、所定の雰囲気(窒素、または不活性ガス)で熱処理をしてMo2C化したメッシュを製造した。そのMo2C化したメッシュを用いて、実施例1の製法に従い、実施例9~10のAlNセラミックスヒーターを製作した。
(Test 2)
A mesh-shaped Mo material for forming a heater electrode was carbonized to Mo2C in advance.
9, a mesh-shaped Mo material 24 was placed in a carbon storage container 23 and heat-treated in a specified atmosphere (nitrogen or inert gas) to produce a mesh made of Mo 2 C. Using the Mo 2 C mesh, the AlN ceramic heaters of Examples 9 and 10 were produced according to the manufacturing method of Example 1.
メッシュ仕様は、ワイヤー直径φ0.1mm、メッシュサイズ#50、平織りであった。
熱処理条件は、表3に示す条件で、温度:1300℃以上、キープ時間:0.1時間以上(以下の実施例では1時間とした)、雰囲気:窒素とした。
各実施例の熱処理後C/(C+Mo)比と、焼成後C/(C+Mo)比と、ヒーター抵抗と、温度分布を表3に示す。
表3に示すとおり、予めMo電極をMo2Cに炭化する熱処理をすることにより、ヒーター抵抗が安定化し温度分布が小さくなることが示された。
The mesh specifications were wire diameter φ0.1 mm, mesh size #50, and plain weave.
The heat treatment conditions are shown in Table 3, with a temperature of 1300° C. or higher, a holding time of 0.1 hour or more (1 hour in the following examples), and a nitrogen atmosphere.
Table 3 shows the C/(C+Mo) ratio after heat treatment, the C/(C+Mo) ratio after firing, the heater resistance, and the temperature distribution for each example.
As shown in Table 3, it was shown that by previously performing a heat treatment to carbonize the Mo electrode to Mo 2 C, the heater resistance was stabilized and the temperature distribution was reduced.
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し得る。
本発明はヒーター用電極について説明をしたが、AlNに埋設される静電吸着用の電極や 高周波用の電極に対しても電極の体積抵抗率の安定化に対して本発明がそのまま適用でき、 静電チャック機能、高周波電極機能を搭載したヒーターにも適用できる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be embodied in various forms without departing from the scope of the present invention.
Although the present invention has been described with reference to electrodes for heaters, the present invention can also be applied as is to electrodes for electrostatic attraction embedded in AlN and electrodes for high frequency to stabilize the volume resistivity of the electrodes, and can also be applied to heaters equipped with an electrostatic chuck function and a high frequency electrode function.
1 ヒータープレート
2 シャフト
3 端子
11,12 AlNセラミックス前駆体
12a 電極埋設用凹部
13 Moメッシュ電極
21 電極
22 AlNセラミックスヒータープレート
23 カーボン製の収納容器
24 メッシュ状のMo材
REFERENCE SIGNS LIST 1 heater plate 2 shaft 3 terminal 11, 12 AlN ceramic precursor 12a electrode embedding recess 13 Mo mesh electrode 21 electrode 22 AlN ceramic heater plate 23 carbon storage container 24 mesh-shaped Mo material
Claims (3)
前記基材はYを含み、前記基材における前記ヒーター用電極の周囲にYAGが形成されており、前記ヒーター用電極と前記基材との界面のX線回折チャートにおいて、2θが54.978°の位置におけるYAGのピーク強度をAとし、2θが36.041°の位置におけるAlNのピーク強度をBとするとき、(A/B)≧0.11の関係式を満たすことを特徴とするセラミックスヒーター。 A ceramic heater having a heater electrode embedded in a substrate containing AlN ceramics, the heater electrode containing Mo and C, and a ratio of the number of C atoms to the sum of the number of Mo atoms and the number of C atoms is 0.20 or more and 0.325 or less,
The substrate contains Y, YAG is formed around the heater electrode in the substrate, and in an X-ray diffraction chart of an interface between the heater electrode and the substrate, when the peak intensity of YAG at a position where 2θ is 54.978° is defined as A and the peak intensity of AlN at a position where 2θ is 36.041° is defined as B, the relationship (A/B) ≧ 0.11 is satisfied .
バインダーを含み、前記基材を形成する第1の前駆体と第2の前駆体とを用意する工程と、
前記第1の前駆体と前記第2の前駆体との間に前記ヒーター用電極を形成するMoワイヤーからなるメッシュを挟んで積層した積層体を、積層方向に所定の圧力を負荷しつつ焼成する焼成工程とを有し、前記圧力をP(MPa)、前記Moワイヤーの直径をφ(m)とするとき、
(P/φ)≦5×104の関係式を満たすことを特徴とするセラミックスヒーターの製造方法。 A method for producing a ceramic heater according to claim 1, comprising the steps of:
providing a first precursor and a second precursor that comprise a binder and form the substrate;
and a firing step of firing the laminate obtained by stacking the first precursor and the second precursor with a mesh made of Mo wires forming the heater electrode sandwiched between them while applying a predetermined pressure in a stacking direction, wherein the pressure is P (MPa) and the diameter of the Mo wire is φ (m),
A method for manufacturing a ceramic heater, characterized in that the relational expression (P/φ)≦5× 104 is satisfied.
前記基材を形成する第1の前駆体と第2の前駆体とを用意する工程と、
前記ヒーター用電極を形成するMo材を炭化する炭化工程と、
前記第1の前駆体と前記第2の前駆体との間に前記炭化工程後の前記Mo材を挟んで積層した積層体を、積層方向に所定の圧力を負荷しつつ焼成する焼成工程とを、有することを特徴とするセラミックスヒーターの製造方法。
A method for producing a ceramic heater according to claim 1, comprising the steps of:
providing a first precursor and a second precursor for forming the substrate;
a carbonization step of carbonizing the Mo material forming the heater electrode;
and a firing step of firing the laminate obtained by sandwiching the Mo material after the carbonization step between the first precursor and the second precursor while applying a predetermined pressure in a stacking direction.
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