CN102884224B - 多级加热器及轴的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制从加热基板向轴侧的热传导的多级加热器及轴的制造方法。多级加热器具备：由铝或含有铝的合金构成的加热基板(2)；与加热基板的一面接合，并支承加热基板的轴(5)。轴(5)具有：由比加热基板的原料的热传导率低的金属构成的管(6)；将铝的粉状体或含有铝的合金的粉状体与气体一起加速，直接以固相状态向管喷涂并堆积，从而在管的与加热基板接合的一侧形成的接合层(7)。

Description

多级加热器及轴的制造方法
技术领域
本发明涉及多级加热器及在多级加热器中使用的轴的制造方法。
背景技术
以往，半导体制造装置例如化学气相成长(CVD)装置在真空腔室内设置的多级加热器的加热基板上载置晶片并进行加热，同时在晶片上形成半导体膜或绝缘膜。在此，多级加热器具备加热基板和与所述加热基板的背面接合且支承所述加热基板的轴，在所述加热基板埋设有对所述晶片进行加热的发热体(例如，参照专利文献1)。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2010-40422号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，多级加热器需要将加热基板均匀加热，以便于即使加热基板上的载置场所不同也不会发生成膜于晶片的半导体膜或绝缘膜发生质的区别。然而，通常，加热基板将轴与载置晶片的面的背面接合，因此加热基板的热量向轴侧传导，存在与轴的接合部分的温度比其他的部分下降这样的问题。
本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种能够抑制从加热基板向轴侧的热传导的多级加热器及轴的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，实现目的，本发明的多级加热器的特征在于，具备：由铝或含有铝的合金构成的加热基板；与所述加热基板的一面接合，且支承所述加热基板的轴，所述轴具有：由比所述加热基板的原料的热传导率低的金属构成的管；通过将铝的粉状体或含有铝的合金的粉状体与气体一起加速，直接以固相状态向所述管喷涂并堆积，而在所述管的与所述加热基板接合的一侧形成的接合层。
另外，本发明的多级加热器以上述的发明为基础，其特征在于，所述接合层形成在所述管的与所述加热基板接合的一侧的端面。
另外，本发明的多级加热器以上述的发明为基础，其特征在于，所述接合层形成在所述管的外周面。
另外，本发明的多级加热器以上述的发明为基础，其特征在于，所述管通过不锈钢、钛、钛合金中的任一种原料形成。
另外，为了解决上述课题，实现目的，本发明的轴的制造方法中，所述轴与由铝或含有铝的合金构成且在多级加热器中使用的加热基板的一面接合，且该轴支承所述加热基板，所述轴的制造方法的特征在于，包括如下工序，即，通过将铝的粉状体或含有铝的合金的粉状体与气体一起加速，直接以固相状态喷涂并堆积到由比所述加热基板的原料的热传导率低的金属构成的管上，从而在所述管的与所述加热基板接合的一侧形成接合层。
另外，本发明的轴的制造方法以上述的发明为基础，其特征在于，在所述工序中，将所述接合层形成在所述管的与所述加热基板接合的一侧的端面。
另外，本发明的轴的制造方法以上述的发明为基础，其特征在于，在所述工序中，将所述接合层形成所述管的外周面。
另外，本发明的轴的制造方法以上述的发明为基础，其特征在于，所述管通过不锈钢、钛、钛合金中的任一种原料形成。
【发明效果】
根据本发明，轴具有接合层，且接合层通过将铝的粉状体或含有铝的合金的粉状体与气体一起加速，直接以固相状态喷涂并堆积到由比加热基板的原料的热传导率低的金属构成的管上，由此形成在管的与加热基板接合一侧，因此，能够起到通过管抑制从加热基板向轴侧的热传导的效果。
附图说明
图1是表示本发明的多级加热器的实施方式1的剖视主视图。
图2是将在图1的多级加热器中使用的轴放大表示的中间省略剖视主视图。
图3是在实施方式1的基于冷喷射法的接合层的形成中使用的形成装置的示意图。
图4是表示实施方式1的多级加热器的变形例的剖视主视图。
图5是表示本发明的多级加热器的实施方式2的剖视主视图。
图6是将在图5的多级加热器中使用的轴放大表示的中间省略剖视主视图。
图7是在实施方式2的基于冷喷射法的接合层7的形成中使用的形成装置的示意图。
图8是表示本发明的多级加热器的实施方式3的剖视主视图。
图9是将在图8的多级加热器中使用的轴放大表示的剖视主视图。
图10是表示在实施方式3的多级加热器中使用的轴的变形例的剖视主视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的多级加热器及轴的制造方法的实施方式。需要说明的是，并非通过该实施方式来限定本发明。
(实施方式1)
图1是表示本发明的多级加热器的实施方式1的剖视主视图。
如图1所示，多级加热器1具备：载置晶片并进行加热的圆盘状的加热基板2；接合在加热基板2的背面中央并支承加热基板2的轴5。
加热基板2通过铝或铝合金成形为圆盘状，如图1所示，被成形加工为涡卷状等所需形状的电热炉3被夹入在基板2a、2a之间。通过配置在轴5内的电气配线从外部电源向电热炉3供给电力。电热炉3主要以成形为单线化线圈状的镍铬线为发热体，并利用氧化镁、氧化铝等的绝缘粉末将其覆盖并进行固化，然后利用铝管或不锈钢、inconel(注册商标)等的合金管覆盖其外侧。
图2是将在图1的多级加热器中使用的轴放大表示的中间省略剖视主视图。轴5在管6的一方的端面上形成有接合层7，该管6由比加热基板2的原料的热传导率低的金属例如不锈钢、钛、钛合金等构成。如图2所示，接合层7通过冷喷射法而堆积形成在与加热基板2接合一侧的端面6a。轴5在接合层7的部分通过钎焊等与加热基板2接合。
接下来，说明基于冷喷射法的轴5的制造方法。图3是在基于冷喷射法的接合层7的形成中使用的形成装置的示意图。
如图3所示，形成装置10具备：从气体供给源导入氦(He)和氮(N2)等的非活性气体或空气等的气体(工作气体)的气体导入管11；供给原料即粉状体PM的粉状体供给部12；将从气体导入管11导入的气体加热至所需温度的加热器13；将粉状体PM与气体混合而进行喷射的腔室14；喷射粉状体PM的喷嘴15；保持管6的保持架16。在此，粉状体PM在形成由铝构成的接合层7的情况下使用铝的粉状体，在形成由铝合金构成的接合层7的情况下使用铝合金的粉状体。以下，说明在管6形成由铝构成的接合层7的情况。
在粉状体供给部12收容有铝的微小的粉状体PM(例如，粒径10μm～100μm左右)。通过对设置于气体导入管11的阀11a进行操作而将所需流量的气体向粉状体供给部12导入，由此，粉状体PM与气体一起通过粉状体供给管12a被供给到腔室14内。
加热器13将导入的气体加热至例如50℃～700℃左右。由于将粉状体PM以固相状态喷涂到管6上，因此该加热温度的上限小于原料的熔点。更优选的是，将上限温度按摄氏度留在熔点的约60％以下。这是因为加热温度越高，粉状体PM发生氧化的可能性变高。因此，相对于铝的熔点的约660℃，加热温度更优选为约396℃以下。
在加热器13中被加热后的气体经由气体用配管13a被导入到腔室14中。需要说明的是，向腔室14导入的气体的流量由设置在气体导入管11上的阀11b调节。
在腔室14的内部，通过从气体用配管13a导入的气体，而形成从喷嘴15朝向管6的气体的流动。当从粉状体供给部12向腔室14供给粉状体PM时，粉状体PM随着气体的高速的流动而被加速且被加热，从喷嘴15朝向管6喷涂。由于此时的冲击而粉状体PM陷入端面6a的表面，因粉状体PM具有的动能及热能而使粉状体PM发生塑性变形并附着在端面6a的表面，从而在管6的端面6a形成由高密度的铝构成的接合层7。
对粉状体PM进行加速的速度即从喷嘴15喷射时的气体的流速为超音速(约340m/s以上)，例如优选为约400m/s以上。该速度可以通过调节基于阀11b的操作而向腔室14导入的气体的流量来进行控制。而且，如形成装置10那样通过使用口径从基端朝向前端扩宽成锥形状的喷嘴15，而能够将腔室14内形成的气体的流动通过向喷嘴15导入的导入部先节流后再加速。
如图3所示，在相对于喷嘴15的口径而成膜范围(管6的端面6a的面积)大时，使喷嘴15沿着图中箭头X方向及箭头Y方向移动的同时进行成膜。或者也可以将喷嘴15的位置固定并使保持架16向图中箭头X方向及箭头Y方向移动。
如以上那样在管6的端面6a上形成了所需的厚度的接合层7之后，将附着于不要的部分上的铝层除去，并对接合层7的端面或侧面等进行研磨使其平滑，由此来制造轴5。
如此制造的轴5如上述那样通过冷喷射法来形成接合层7，因此具有如下的特征。
对轴5而言，由于金属的粉状体PM高速地碰撞而陷入下层(管6的端面6a或堆积至此的接合层7)的表面，并且使自身变形而附着于下层，因此在下层形成有强密接的接合层7。这种情况通过在接合层7与管6的端面6a的界面上观察到接合层7陷入端面6a的现象(称为锚效果)可知。即，接合层7与通过异种的金属形成的管6彼此之间以不产生间隙的方式紧密地接合。并且，管6使用比加热基板2的原料的热传导率低的金属。
因此，使用了轴5的多级加热器1即便加热基板2的热量经由接合层7向轴5传导，相比较于利用与加热基板2相同的铝来形成轴5的情况，通过比加热基板2及接合层7的原料的热传导率低的管6能够抑制热量的传导。因此，对于多级加热器1而言，加热基板2与轴5的接合部分的温度的下降被抑制，从而能够将加热基板2均匀地加热。因此，在使用了多级加热器1的半导体制造装置中，制造的晶片的品质稳定。
另外，轴5将接合层7牢固地固定在管6的端面6a。因此，即使由于多级加热器1的使用产生的热循环而热应力的变化反复作用，在接合层7与管6之间产生新的剥离或裂纹的可能性也非常低，能够抑制剥离等引起的传热性的下降。
而且，由于利用冷喷射法来形成接合层7，因此接合层7自身也成为非常致密的层，例如，与松散材料相比，具有95％以上的密度。而且，在冷喷射法中，仅将粉状体PM加热至能够维持固相状态的程度，因此粉状体PM难以氧化。因此，在使用了多级加热器1的半导体制造装置中，从轴5的接合层7排放的排放气体大幅减少。
如以上那样，轴5在管6的与加热基板2接合一侧的端面6a通过冷喷射法而形成由铝构成的接合层7，管6由比加热基板2的原料即铝的热传导率低的金属构成。因此，实施方式1的多级加热器1通过管6能够抑制从加热基板2向轴5侧的热传导。
另外，对多级加热器1而言，相比较于利用与加热基板2相同的铝来形成轴5的情况，管6能抑制热量的传导，因此能够使轴5的从加热基板2远离的端部的温度下降。因此，如以往的多级加热器那样，无需在从加热基板2远离的端部侧设置冷却机构而强制性地将轴5冷却。
需要说明的是，如图4所示，多级加热器1也可以使用在管6的两端形成有接合层7的轴5A。
(实施方式2)
接下来，参照附图详细说明本发明的多级加热器及轴的制造方法的实施方式2。实施方式1的多级加热器在管的基板侧的端面形成了接合层，相对于此，实施方式2的多级加热器的特征是在管的外周面形成了接合层。
图5是表示本发明的多级加热器的实施方式2的剖视主视图。图6是将在图5的多级加热器中使用的轴放大表示的中间省略剖视主视图。在此，包括图5及图6，在以下的说明中使用的附图中，对于与实施方式1相同的结构构件，使用同一符号。
如图5及图6所示，多级加热器1A使用在管6的外周面上通过冷喷射法堆积形成有接合层7的轴5B。
图7是在实施方式2的基于冷喷射法的接合层7的形成中使用的形成装置的示意图。形成装置10A取代在实施方式1的形成装置10中使用的保持架16而具备旋转移动装置17。
如图7所示，旋转移动装置17搭载通过一对把持爪18a从内侧把持管6的夹紧装置18，使夹紧装置18向图中箭头Y方向移动，并使管6绕轴Ax旋转的Y、θ台。
在形成接合层7时，形成装置10A使管6绕着轴Ax旋转的同时，使管6沿着图7的箭头Y方向移动，在管6的外周面上逐渐形成接合层7。
如以上那样在管6的外周面上形成了所需的厚度的接合层7之后，将附着于不要的部分上的铝层除去，并对接合层7的端面和外周面等进行研磨使其平滑，从而制造出轴5B。
如上所述制造的轴5B具有与实施方式1的轴5相同的特性。因此，实施方式2的多级加热器1A通过管6能够抑制从加热基板2向轴5B侧的热传导。因此，对于多级加热器1A而言，加热基板2的与轴5B的接合部分的温度的下降被抑制，从而能够将加热基板2均匀地加热。而且，在使用了多级加热器1A的半导体制造装置中，能够将加热基板2均匀地加热，因此制造的晶片的品质稳定。
另外，在多级加热器1A中，相比较于利用与加热基板2相同的铝形成轴5B的情况，由于管6抑制热量的传导，因此能够使轴5B从加热基板2远离的端部的温度下降。因此，无需像以往的多级加热器那样在从加热基板2远离的端部侧设置冷却机构而强制性地冷却轴5B。
(实施方式3)
接下来，参照附图详细说明本发明的多级加热器及轴的制造方法的实施方式3。实施方式2的多级加热器在管的外周面形成有接合层，相对于此，实施方式3的多级加热器在管的基板侧的端面及管的外周面形成有接合层。
图8是表示本发明的多级加热器的实施方式3的剖视主视图。图9是将在图8的多级加热器中使用的轴放大表示的剖视主视图。
如图8及图9所示，多级加热器1B使用轴5C，该轴5C在管6的加热基板2侧的端面6a及外周面上通过冷喷射法而堆积形成有接合层7。
此时，轴5C通过使用图3所示的形成装置10而在管6的加热基板2侧的端面6a上堆积形成接合层7，并通过使用图7所示的形成装置10A而在管6的外周面上堆积形成接合层7。
如此制造的轴5C具有与实施方式1的轴5相同的特性。因此，实施方式3的多级加热器1B通过管6能够抑制从加热基板2向轴5C侧的热传导。因此，对于多级加热器1B而言，加热基板2的与轴5C的接合部分的温度的下降被抑制，从而能够将加热基板2均匀地加热。而且，在使用了多级加热器1B的半导体制造装置中，由于能够将加热基板2均匀地加热，因此制造的晶片的品质稳定。
另外，在多级加热器1B中，相比较于利用与加热基板2相同的铝形成轴5C的情况，由于管6抑制热量的传导，因此能够使从轴5C的加热基板2远离的端部的温度下降。因此，无需像以往的多级加热器那样在从加热基板2远离的端部侧设置冷却机构而强制性地冷却轴5C。
需要说明的是，如图10所示，多级加热器1B也可以使用在管6的两端面及外周面上形成有接合层7的轴5D。
另外，在实施方式1～3的轴5、5A～5D中，与加热基板2接合的部分的沿着接合层7的长度方向的厚度和沿着半径方向的厚度兼顾与加热基板2之间的充分的接合强度和从加热基板2向轴5、5A～5D侧的热传导的抑制效果来确定，但通常只要是管6的壁厚的50～5％左右即可。
【符号说明】
1、1A、1B多级加热器
2加热基板
3电热炉
5、5A～5D轴
6管
6a端面
7接合层
10形成装置
11气体导入管
11a、11b阀
12粉状体供给部
12a粉状体供给管
13加热器
13a气体用配管
14腔室
15喷嘴
16保持架
17旋转移动装置
18夹紧装置
18a把持爪
Ax轴
PM粉状体

Claims (6)

1.一种多级加热器，其特征在于，具备：
由铝或含有铝的合金构成的加热基板；
与所述加热基板的一面接合，且支承所述加热基板的轴，
所述轴具有：由比所述加热基板的原料的热传导率低的金属构成的管；通过将铝的粉状体或含有铝的合金的粉状体与气体一起加速，直接以固相状态向所述管喷涂并堆积，而在所述管的与所述加热基板接合的一侧的端面形成的接合层，
所述接合层的沿着长度方向的厚度为所述管的壁厚的50～5％。
2.根据权利要求1所述的多级加热器，其特征在于，
所述接合层除了形成在所述管的与所述加热基板接合的一侧的端面，也形成在所述管的外周面。
3.根据权利要求1或2所述的多级加热器，其特征在于，
所述管通过不锈钢、钛、钛合金中的任一种原料形成。
4.一种轴的制造方法，所述轴与由铝或含有铝的合金构成且在多级加热器中使用的加热基板的一面接合，且该轴支承所述加热基板，所述轴的制造方法的特征在于，
包括如下工序，即，通过将铝的粉状体或含有铝的合金的粉状体与气体一起加速，直接以固相状态喷涂并堆积到由比所述加热基板的原料的热传导率低的金属构成的管上，从而在所述管的与所述加热基板接合的一侧的端面形成接合层，
所述接合层的沿着长度方向的厚度为所述管的壁厚的50～5％。
5.根据权利要求4所述的轴的制造方法，其特征在于，
在所述工序中，将所述接合层除了形成在所述管的与所述加热基板接合的一侧的端面，也形成在所述管的外周面。
6.根据权利要求4或5所述的轴的制造方法，其特征在于，
所述管通过不锈钢、钛、钛合金中的任一种原料形成。
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