JP2002367756A - ヒータエレメント、加熱装置及び基板加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 給電用電極棒と給電用端子との連結部分の破
損を防ぐことができ、優れた耐久性が得られる連結構造
を有するヒータエレメント、および前記ヒータエレメン
トを用いた加熱装置並びに基板加熱装置を提供するこ
と。 【解決手段】 発熱体素子２と、焼結体板３と、前記発
熱体素子２に一端４ａが連結された給電用電極棒４と、
前記給電用電極棒４の他端４ｂに連結された給電用端子
７とを少なくとも備え、前記給電用端子７には凹状部７
ａが形成され、前記凹状部７ａの内部に前記給電用電極
棒４の他端４ｂが挿入され、前記給電用端子７は前記給
電用電極棒４に嵌着されて嵌着部５を形成し、前記嵌着
部５は機械的固定手段２５により固定されているヒータ
エレメント２０とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータエレメン
ト、加熱装置並びに基板加熱装置に関し、特に、給電用
電極棒と給電用端子との連結部分の破損を防ぐことがで
き、優れた耐久性が得られる連結構造を有するヒータエ
レメント、および前記ヒータエレメントを用いた加熱装
置並びに基板加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、高温度領域での使用に耐え、
あらゆる使用雰囲気において耐久性に優れ、製造容易で
あり、しかも、メンテナンスが容易なヒータエレメント
として、チャンバー内に配置され、通電により発熱する
発熱体素子と、前記チャンバーに取り付けられるととも
に、前記チャンバー内を気密に覆う焼結体板と、前記焼
結体板と気密に封着され、一端が前記発熱体素子に連結
され、他端が前記焼結体板を貫通して前記チャンバー外
に導出される導電性セラミックス焼結体製の給電用電極
棒とを備えたヒータエレメントが知られている。また、
上記のヒータエレメントを備えた加熱装置や基板加熱装
置が知られている。

【０００３】このようなヒータエレメントや、前記ヒー
タエレメントを備えた加熱装置や基板加熱装置において
は、ヒータエレメントの給電用電極棒にリード線が連結
されている。そして、給電用電極棒にリード線を連結す
ることにより、電力の供給が可能となり、供給電力の増
減により発熱体素子の温度制御ができるようになってい
る。

【０００４】図６は、従来のヒータエレメントにおける
給電用電極棒とリード線との連結構造の一例を示した図
であり、図６（ａ）は、側面図であり、図６（ｂ）は、
給電用電極棒におけるリード線が連結される側の端部か
ら見た図である。図６において、符号５１は、給電用電
極棒とリード線との連結部を示している。連結部５１に
おいて、給電用電極棒５４とリード線５９とは、給電用
電極棒５４の端部に巻き付けられた、例えば、高温下で
の耐熱性に優れるＦｅーＣｒーＮｉ系合金（インコネル
合金）やＮｉ等の金属薄板よりなる給電用端子５７の貫
通孔５８に、金属製のボルト５２を挿入して、金属製の
ナットおよびワッシャーを用いて固定し、給電用端子５
７が固定されている部分にリード線５９を連結すること
によって連結されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示した給電用電極棒５４とリード線５９との連結構造で
は、ヒータエレメントを昇温させた際、金属からなる給
電用端子５７と導電性セラミックス焼結体からなる給電
用電極棒５４との接触面積が、給電用端子５７と給電用
電極棒５４との熱膨張率の差に起因して低下し、給電用
端子５７と給電用電極棒５４との間に隙間が形成されて
しまうことによる異常放電が発生しやすい。このため、
耐久性が充分でなく、破損しやすいという問題点があっ
た。

【０００６】本発明は、上記の従来の技術が有する問題
点に鑑みてなされたものであり、そのための具体的な技
術的課題は、給電用電極棒と給電用端子との連結部分の
破損を防ぐことができ、優れた耐久性が得られる連結構
造を有するヒータエレメント、および前記ヒータエレメ
ントを用いた加熱装置並びに基板加熱装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明のヒータ
エレメントは、通電により発熱する発熱体素子と、焼結
体板と、前記焼結体板を貫通し、その貫通部分において
前記焼結体板と気密に封着され、前記発熱体素子に一端
が連結された導電性セラミックス焼結体製の給電用電極
棒と、前記給電用電極棒の他端に連結された金属製の給
電用端子とを少なくとも備え、前記給電用端子には凹状
部が形成され、前記凹状部の内部に前記給電用電極棒の
他端が挿入され、前記給電用端子は前記給電用電極棒に
嵌着されて嵌着部を形成し、前記嵌着部において前記給
電用端子と前記給電用電極棒とが機械的固定手段により
固定されていることを特徴とする。

【０００８】本願発明において、「機械的固定手段」と
は、嵌着部を固定するためのものであり、給電用電極棒
と給電用端子との連結を強固にし、給電用端子の熱膨張
を抑制するものである。具体的には、例えば、ボルト
と、ナットおよびワッシャーとからなるものなどが含ま
れる。

【０００９】このようなヒータエレメントにおいては、
給電用電極棒と給電用端子との連結構造は、給電用端子
には凹状部が形成され、前記凹状部の内部に前記給電用
電極棒の他端が挿入され、前記給電用端子は前記給電用
電極棒に嵌着されて嵌着部を形成し、前記嵌着部におい
て前記給電用端子と前記給電用電極棒とが機械的固定手
段により固定されているものであるので、連結構造が昇
温した際に生じる給電用端子の横方向の熱膨張を、機械
的固定手段により抑制することができ、給電用電極棒と
給電用端子との接触面積の低下を防ぐことができる。こ
のため、給電用電極棒と給電用端子との間に隙間が生じ
にくくなり、異常放電が発生しないものとなる。したが
って、給電用電極棒と給電用端子との連結部分の破損を
防ぐことができ、優れた耐久性が得られる。

【００１０】また、上記のヒータエレメントにおいて
は、前記機械的固定手段は、前記給電用電極棒との熱膨
張係数の差が２×１０^-6／℃以下となる材料で形成され
ていることが望ましい。このようなヒータエレメントと
することで、連結構造が昇温した際に、給電用端子が熱
膨張することにより、給電用電極棒と給電用端子との接
触面積が低下して異常放電の原因となることを有効に防
止することができ、より一層、耐久性を向上させること
ができる。

【００１１】また、上記のヒータエレメントにおいて
は、前記機械的固定手段は、前記給電用電極棒と同一の
材料で形成されていることが望ましい。このようなヒー
タエレメントとすることで、機械的固定手段と給電用電
極棒との熱膨張係数の差がないものとなり、より一層、
耐久性を向上させることができる。

【００１２】また、上記のヒータエレメントにおいて
は、前記凹状部を構成する壁面の厚みは、０．５〜３ｍ
ｍの範囲であることが望ましい。このようなヒータエレ
メントとすることで、電流を十分に流すことができると
ともに、壁面が熱膨張して給電用電極棒と給電用端子と
の接触面積が低下することによる給電用電極棒と給電用
端子との連結部分の破損を防ぐことができ、優れた耐久
性が得られる。

【００１３】また、上記の目的を達成するために、本発
明の加熱装置は、チャンバーと、上記のいずれかに記載
のヒータエレメントとを少なくとも備え、前記ヒータエ
レメントを構成する焼結体板が、前記チャンバーに気密
に取り付けられていることを特徴とする。このような加
熱装置は、上記のいずれかに記載のヒータエレメントを
備えたものであるので、給電用電極棒と給電用端子との
連結部分の破損を防ぐことができ、優れた耐久性が得ら
れるものとなる。

【００１４】また、上記の目的を達成するために、本発
明の基板加熱装置は、チャンバーと、上記のいずれかに
記載のヒータエレメントと、前記チャンバー内に設けら
れ、一方の面には基板が載置され、他方の面には前記ヒ
ータエレメントの発熱体素子が配置される基板支持台と
を少なくとも備え、前記ヒータエレメントを構成する焼
結体板が、前記チャンバーに気密に取り付けられている
ことを特徴とする。このような基板加熱装置は、上記の
いずれかに記載のヒータエレメントを備えたものである
ので、給電用電極棒と給電用端子との連結部分の破損を
防ぐことができ、優れた耐久性が得られるものとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実
施形態は、本発明の要旨を説明するためのものであり、
特に限定がない限り本発明を限定するものではない。

【００１６】図１は、本発明のヒータエレメントの一例
を説明するための図であり、図１（ａ）は、発熱体素子
側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、側面図であ
る。図１において、符号２０は、ヒータエレメントを示
している。このヒータエレメント２０は、発熱体素子２
と焼結体板３と給電用電極棒４と給電用端子７と機械的
固定手段２５とを備えたものであり、焼結体板３よりも
発熱体素子２側がチャンバー（図示略）内に配置され、
焼結体板３よりも給電用端子７側がチャンバー外に配置
されるものである。

【００１７】発熱体素子２は、通電により発熱するもの
であり、図１に示すように平面視円形の平板状であり、
中央部から外周部に向かって徐々に発熱体素子２の幅が
薄くなるように形成されたスパイラル状となっている。
発熱体素子２は、導電性セラミックス焼結体からなり、
具体的には、例えば、炭化珪素、二珪化モリブデン、ジ
ルコニア、ランタンクロマイト等を例示することがで
き、中でも炭化珪素が好適に使用される。炭化珪素とし
ては、高純度で金属汚染の原因とならない炭化珪素、例
えば、特許第２７２６６９４号公報に記載されている常
温下での熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、輻射率が
０．７５以上である導電性炭化珪素材料などが好適に使
用される。

【００１８】給電用電極棒４は、２本設けられ、それぞ
れ焼結体板３と封着材１２により気密に封着されてい
る。また、給電用電極棒４は、一端４ａ（発熱体素子側
の端部）が発熱体素子２に連結され、他端４ｂ（給電用
端子側の端部）が焼結体板３を貫通してチャンバー外に
導出されるようになっている。また、給電用電極棒４の
他端４ｂは、図２に示すように、給電用端子７の凹状部
７ａに受容され、嵌着し得る形状となるように形成され
ているとともに、ボルト２１を挿入するための貫通穴４
ｃが形成されている。

【００１９】また、給電用電極棒４は、導電性セラミッ
クス焼結体からなり、発熱体素子２と同様の導電性セラ
ミックス焼結体などを使用することができるが、炭化珪
素（熱膨張係数：４．０×１０^-6／℃）、二珪化モリブ
デン（熱膨張係数：７．５×１０^-6／℃）、ジルコニア
（熱膨張係数：９．２×１０^-6／℃）、ランタンクロマ
イト（熱膨張係数：９．７×１０^-6／℃）からなる群か
ら選ばれた少なくとも１種を主成分とするものであるこ
とが、高熱伝導性、耐熱性、焼結性などの点において好
ましい。

【００２０】例えば、発熱体素子２と給電用電極棒４と
が共に炭化珪素で形成されている場合には、発熱体素子
２と給電用電極棒４とを連結する際に、特願平１１−１
５４３３６に開示されているように、Ｓｉを含む接合剤
を用いて接合すれば、ヒータエレメントを酸化雰囲気
中、不活性雰囲気中、還元雰囲気中のすべての雰囲気に
おいて好適に使用することができる。

【００２１】給電用端子７は、２本の給電用電極棒４の
他端４ｂにそれぞれ設けられている。給電用端子７の一
方の端部には、図３に示すように、給電用電極棒４の他
端４ｂを受容して嵌着し得る凹状部７ａが形成されてい
る。凹状部７ａは、断面視コの字状であり、底部が矩形
となっている。また、凹状部７ａを構成する壁面７ｅ、
７ｅには、ボルトを挿入するための貫通孔７ｃ、７ｃが
設けられている。

【００２２】給電用端子７の凹状部７ａを構成する壁面
７ｅ、７ｅの厚みｔは、０．５〜３ｍｍ程度の範囲とす
るのが好ましい。壁面７ｅ、７ｅの厚みｔを０．５ｍｍ
未満とした場合、十分に電流を流せなくなる恐れや、十
分な強度が得られない恐れがあるため好ましくない。ま
た、壁面７ｅ、７ｅを３ｍｍを越える厚みｔとした場
合、壁面７ｅ、７ｅの熱膨張により、給電用電極棒４と
給電用端子７との接触面積が低下して、給電用電極棒４
と給電用端子７との連結部分に破損が生じる恐れがある
ので、好ましくない。

【００２３】また、給電用端子７の他方の端部７ｂに
は、図２に示すように、給電用端子７の他方の端部７ｂ
における給電用端子７の軸の中心部にリード線９が連結
されている。

【００２４】給電用端子７は、金属からなるものであ
り、具体的には、耐熱性に優れ、酸化性雰囲気下での使
用も可能となるように、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系合金（インコネル
合金）、モネル合金等を使用することができ、特に、Ｆ
ｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系合金またはＮｉが好適である。

【００２５】機械的固定手段２５は、給電用電極棒４と
給電用端子７との連結を確実にし、給電用端子７の熱膨
張を抑制するためのものであり、例えば、図２に示すよ
うに、給電用電極棒４の貫通穴４ｃと凹状部７ａの貫通
孔７ｃとを貫通するように挿入されたボルト２１と、ナ
ット２２およびワッシャー２３とからなるものなどが挙
げられる。また、機械的固定手段２５を形成する材料と
しては、給電用電極棒４との熱膨張係数の差が２×１０
^-6／℃以下となる材料などが好ましい。さらに、機械的
固定手段２５を形成する材料としては、給電用電極棒４
と同一の材料としてもよい。

【００２６】焼結体板３は、チャンバーに取り付けられ
るとともに、チャンバー内を気密に覆うものである。ま
た、焼結体板３は、セラミックスからなり、具体的に
は、例えば、窒化珪素（熱膨張係数：３．０〜３．７×
１０^-6／℃）、窒化アルミニウム（熱膨張係数：３．９
〜４．４×１０^-6／℃）、ムライト（熱膨張係数：３．
７〜５．０×１０^-6／℃）、アルミナ（熱膨張係数：
７．５〜８．１×１０^-6／℃）、コージュエライト（熱
膨張係数：２．８×１０^-6／℃）、サイアロン（熱膨張
係数：３．０〜３．４×１０^-6／℃）、マグネシア（熱
膨張係数：１１×１０^-6／℃）、ジルコン（熱膨張係
数：２．５〜４．８×１０^-6／℃）、フォルステライト
（熱膨張係数：１０．５×１０^-6／℃）、ステアライト
（熱膨張係数：７．８×１０^-6／℃）からなる群から選
ばれた少なくとも１種を主成分とするものであること
が、耐熱性、焼結性などの点において好ましい。

【００２７】また、焼結体板３と給電用電極棒４とを封
着する封着材１２としては、給電用電極棒４と焼結体板
３とを気密に封着でき、ヒータエレメント２０を昇温さ
せた際の温度に耐える耐熱性を備えている材質であるこ
とが必要であり、軟化点は４００℃以上、好ましくは６
００℃以上であるのが好ましい。

【００２８】このような封着材１２としては、例えば、
アルミノ珪酸ガラス（熱膨張係数：４〜７×１０^-6／
℃）、バリウムホウ珪酸ガラス（熱膨張係数：５×１０
^-6／℃）、ホウ珪酸ガラス（熱膨張係数：３〜５×１０
^-6／℃）、ソーダバリウム珪酸ガラス（熱膨張係数：５
×１０^-6／℃）、鉛ホウ珪酸ガラス（熱膨張係数：５×
１０^-6／℃）、酸化亜鉛−酸化硼素−シリカガラスセラ
ミックス（熱膨張係数：３〜７×１０^-6／℃）、亜鉛ホ
ウケイ酸ガラス（熱膨張係数：７×１０^-6／℃）、ソー
ダ石英ガラス（熱膨張係数：９×１０^-6／℃）、酸化イ
ットリウム−酸化アルミニウム−シリカガラス（熱膨張
係数：４〜６×１０^-6／℃）等を例示することができ
る。中でもとくに、強度に優れることから、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を２０〜７０重量％、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）
を２０〜３５重量％含有する酸化亜鉛−酸化硼素−シリ
カ系ガラスセラミックス（熱膨張係数：３．５〜６．５
×１０^-6／℃）を好適に例示することができる。

【００２９】また、給電用電極棒４、焼結体板３、封着
材１２に使用される材料は、熱膨張係数の差が以下に示
す範囲となるように、上述した材料の中から選択するの
が好ましい。すなわち、給電用電極棒４と焼結体板３と
の熱膨張係数の差は、２×１０^-6／℃以下、より好まし
くは１×１０^-6／℃以下の範囲となるように選択するの
が好ましい。また、給電用電極棒４および焼結体板３
と、封着材１２との熱膨張係数の差は、２×１０^-6／℃
以下、より好ましくは０．５×１０^-6／℃以下の範囲と
なるように選択するのが好ましい。熱膨張係数の差が上
記の範囲を外れると、給電用電極棒４や焼結体板３にク
ラックが発生したり、給電用電極棒４や焼結体板３と、
封着材１２との間で剥離が発生したりしやすくなるの
で、ヒータエレメント２０を繰り返し昇温させた場合な
どに、短時間にリークが発生する虞がある。

【００３０】また、焼結体板３と給電用電極棒４との封
着は、酸素を含有する雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲
気中で行うことが好適であり、さらには、酸素中、窒素
中、アルゴン中、もしくはこれらの混合雰囲気中がより
好適に使用できる。例えば、焼結体板３と給電用電極棒
４との封着を、真空中あるいは還元雰囲気中で行った場
合、ガラスもしくはガラスセラミックスが還元される等
の不具合が生じ、十分な気密性を得る事ができない虞が
ある。

【００３１】また、焼結体板３と給電用電極棒４とをガ
ラスもしくはガラスセラミックスを用いて封着する場合
の温度は、軟化点に関連し、封着処理温度は４００〜１
２００℃の範囲が好ましい。封着処理温度が４００℃以
下の場合、ガラスの流動性が不十分であり、一方、封着
処理温度が１２００℃以上となると発泡が生じやすく、
気密を得ることが困難となる。より好ましくはガラスも
しくはガラスセラミックスの封着処理温度は５００〜１
１００℃の範囲である。

【００３２】このような焼結体板３と給電用電極棒４と
のガラスもしくはガラスセラミックスを用いた封着にお
いては、封着する際に給電用電極棒４及び焼結体板３に
特別な前処理を行わなくても十分な気密性を得ることが
できる。しかし、給電用電極棒４が炭化珪素や二珪化モ
リブデン等の非酸化物から形成されている場合には、給
電用電極棒４とガラスもしくはガラスセラミックスとの
塗れ性が悪くなってしまうため、十分な気密性は得られ
るものの強度が不十分となる場合がある。そのため、給
電用電極棒４が非酸化物で形成されている場合には、酸
化雰囲気中、例えば６００〜１３００℃で熱処理してか
ら給電用電極棒４の表層に酸化物層を形成させ、その後
に封着を行う。このような封着方法とすることで、酸化
物層とガラスあるいはガラスセラミックスとの濡れ性が
改善され、酸化物層とガラスあるいはガラスセラミック
スとが化学的に反応・結合し、強固な接合が得られる。

【００３３】また、焼結体板３が非酸化物から形成され
ている場合も、給電用電極棒４が非酸化物で形成されて
いる場合と同様に、酸化雰囲気中で熱処理し、焼結体板
３の表層に酸化物層を形成させ、その後に封着すること
により、焼結体板３とガラスあるいはガラスセラミック
スとの強固な接合を得ることができる。

【００３４】このようなヒータエレメント２０では、発
熱体素子２と給電用電極棒４とは、接合剤からなる接合
層を介して接合され、給電用電極棒４と焼結体板３と
は、封着材１２により封着されている。また、給電用電
極棒４と給電用端子７とは、図２に示すように、給電用
端子７の凹状部７ａ内に給電用電極棒４の他端４ｂを挿
入して、給電用端子７が給電用電極棒４に嵌着された嵌
着部５を形成し、さらに、機械的固定手段２５により嵌
着部５を固定することによって連結されている。

【００３５】そして、このようなヒータエレメント２０
では、給電用端子７とリード線９とを連結することによ
り、電力の供給が可能となり、供給電力の増減により発
熱体素子２の温度制御ができるようになっている。

【００３６】このようなヒータエレメント２０は、上記
の給電用電極棒４と給電用端子７との連結構造を有する
ものであるので、耐久性に優れたものとなる。すなわ
ち、本実施形態における給電用電極棒４と給電用端子７
との連結構造では、給電用端子７には凹状部７ａが形成
され、凹状部７ａの内部に給電用電極棒４の他端４ｂが
挿入され、給電用端子７は給電用電極棒４に嵌着されて
嵌着部５を形成し、嵌着部５において給電用電極棒４と
給電用端子７とが機械的固定手段２５により固定されて
いるので、ヒータエレメント２０が昇温した際の給電用
端子７の熱膨張を効率的に抑えることができ、給電用電
極棒４と給電用端子７との接触面積の低下を防ぎ、給電
用電極棒４と給電用端子７との間に隙間が生じにくくな
り、異常放電が発生しないものとなる。したがって、給
電用電極棒４と給電用端子７との連結部分の破損を防ぐ
ことができ、優れた耐久性が得られる。

【００３７】また、このヒータエレメント２０において
は、給電用端子７は、給電用端子７の軸の中心部にリー
ド線９が連結されたものであるので、ヒータエレメント
２０を昇温させた際に、リード線９の熱膨張によって発
生するリード線９と給電用端子７との連結部分への応力
が均一なものとなり、リード線９の熱膨張に起因するリ
ード線９と給電用端子７との接触不良を防止することが
でき、より一層、耐久性を向上させることができる。し
たがって、リード線９の熱膨張により発生する不均一な
応力によって、リード線９が連結されている部分が緩
み、接触不良を起こす虞もない。

【００３８】本実施形態のヒータエレメント２０におい
ては、機械的固定手段２５を、給電用電極棒４との熱膨
張係数の差が２×１０^-6／℃以下となる材料で形成する
ことで、ヒータエレメント２０が昇温した際に、給電用
端子７が熱膨張することにより、給電用電極棒４と給電
用端子７との接触面積が低下して異常放電の原因となる
ことを有効に防止することができ、より一層、耐久性を
向上させることができる。

【００３９】また、機械的固定手段２５を、給電用電極
棒４と同一の材料で形成することで、機械的固定手段２
５と給電用電極棒４との熱膨張係数の差がないものとな
り、より一層、耐久性を向上させることができる。

【００４０】さらに、本実施形態のヒータエレメント２
０においては、凹状部７ａを構成する壁面７ｅ、７ｅの
厚みｔを、０．５〜３ｍｍの範囲とすることで、電流を
十分に流すことができるとともに、壁面７ｅ、７ｅが熱
膨張して給電用電極棒４と給電用端子７との接触面積が
低下することによる給電用電極棒４と給電用端子７との
連結部分の破損を防ぐことができ、優れた耐久性が得ら
れる。

【００４１】次に、本発明のヒータエレメントを備えた
基板加熱装置を例に挙げて説明する。図４は、本発明の
基板加熱装置の一例を示した概略断面図である。この基
板加熱装置３０は、チャンバー１と、図１に示したヒー
タエレメント２０と、基板支持台１０と、熱電対１５と
を備えている。

【００４２】チャンバー１は、金属アルミニウムなどか
らなるものである。チャンバー１とヒータエレメント２
０とは、オーリング（Ｏリング）１１を介して、ヒータ
エレメント２０の焼結体板３をチャンバー１の外壁に気
密に取り付けることによって一体化されている。焼結体
板３は、焼結体板３の下側に配置された押さえ板１６を
ボルト１７を用いて固定することによりチャンバー１に
取り付けられている。

【００４３】基板支持板１０は、透明石英などからなる
ものであり、チャンバー１内に設けられている。また、
基板支持板１０の上面１０ａには、シリコンウエハ基板
８が載置され、下面にはヒータエレメント２０の発熱体
素子２が配置されている。発熱体素子２は、基板支持板
１０と不透明石英などで形成されたヒータケース６とに
よって形成される空間内に、透明石英などで形成された
ヒータケース６の脚１３によって支えられて収容されて
いる。

【００４４】そして、このような基板加熱装置３０で
は、給電用端子７とリード線９とを連結し、給電用電極
棒４を介して発熱体素子２に電力を供給することによ
り、発熱体素子２が昇温して基板支持台１０を介してシ
リコンウエハ基板８が加熱されるようになっている。

【００４５】このような基板加熱装置３０は、図１に示
したヒータエレメント２０を備えたものであるので、給
電用電極棒４と給電用端子７との連結部分の破損を防ぐ
ことができ、優れた耐久性が得られるものとなる。

【００４６】なお、本発明においては、上述した例に示
したように、発熱体素子２と給電用電極棒４とは、接合
層を介して連結されていてもよいが、他の連結方法によ
って連結されていてもよく、例えば、導電性セラミック
ス製ナットやワッシャー等を用いて機械的に連結されて
いてもよい。

【００４７】また、本発明においては、給電用端子７の
凹状部７ａの形状は、給電用電極棒４の他端４ａを受容
し、嵌着し得る形状であれば、とくに限定されるもので
はなく、例えば、図５に示すように、壁面が湾曲してい
るものであってもよい。また、本発明の加熱装置は、本
発明のヒータエレメントとチャンバーとを少なくとも備
えたものであればよく、上述した例に示した基板加熱装
置に限定されるものではなく、基板以外のものを加熱す
る装置としても使用することができ、例えば、気体や液
体を加熱する装置としても使用することができる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明を具体的に詳しく説明する。 （実施例）図４に示す構造を有する基板加熱装置を作製
した。発熱体素子２および給電用電極棒４には、常温下
での熱伝導率が１７５Ｗ／ｍ・Ｋで、かつ、輻射率が
０．９の導電性炭化珪素焼結体を用いた。発熱体素子２
の形状は、平面視円形の平板状で、厚み３ｍｍ、直径２
４０ｍｍとした。また、発熱体素子２の幅は、中央部で
２４ｍｍ、外周部に向かって徐々に小さくして外周部の
一番外側で６ｍｍのスパイラル状とした。給電用電極棒
４は、直径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱状に形成し
た。また、給電用電極棒４の給電用端子７側の端部４ｂ
は、８ｍｍの角柱状とし、ボルト２１を挿入するための
Ｍ４のネジ切りの貫通孔４ｃを放電加工法と切削法によ
り形成した。そして、給電用電極棒４，４は、発熱体素
子２の中心から１８ｍｍの位置に配置した。

【００４９】焼結体板３の材質として、窒化アルミニウ
ム（住友大阪セメント（株）製）を用いた。焼結体板３
は、直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍとし、給電用電極棒４
を貫通させるための穴の直径を１２ｍｍとした。また、
基板支持板１０およびヒータケース６の脚１３は、透明
石英製とし、ヒータケース６は、不透明石英製とした。
給電用端子７は、凹状部７ａを構成する壁面７ｅ、７ｅ
同士の距離を１０ｍｍ、壁面７ｅ、７ｅの厚みｔを１ｍ
ｍとし、その材質はＮｉとした。ボルト２１と、ナット
２２およびワッシャー２３として、発熱体素子２および
給電用電極棒４と同一の材料のものを用いた。

【００５０】そして、発熱体素子２と給電用電極棒４の
接合体を、以下のようにして得た。珪素粉末０．７ｇと
モリブデン粉末０．３ｇを秤量し、アクリル樹脂を溶解
してなるα−テルピネオールを加えて混合した後、発熱
体素子２と給電用電極棒４との接合面に塗付した。次い
で、発熱体素子２と給電用電極棒４とを所定の形状に組
み立て、３５０℃にて２０分間脱脂を行い、大気圧下１
５００℃で３０分間熱処理することにより接合した。

【００５１】また、封着材１２としてのガラスセラミッ
クスを以下のようにして作製した。酸化亜鉛（ＺｎＯ）
６０ｇと酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）２５ｇとシリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）１５ｇとを自動乳鉢にて混合後、１６８０℃の電
気炉にて白金ルツボを用いて溶融した。溶融後、水中に
投下して急冷し、ガラスセラミックスを得た。得られた
ガラスセラミックスは、遊星ミルにてエタノール中で粉
砕し、３００メッシュ以下になるまで粉砕した。粉砕後、
乾燥して封着材１２（粉末、軟化点６５０℃）を得た。

【００５２】そして、発熱体素子２に接合された給電用
電極棒４と、焼結体板３とを以下のようにして封着し
た。カーボン治具を用い、発熱体素子２に接合された給
電用電極棒４と焼結体板３とをそれぞれ所定の位置に配
設した。配設後、封着材１２を給電用電極棒４と焼結体
板３との隙間に入れ、窒素雰囲気中にて速度１０℃／ｍ
ｉｎで９００℃まで昇温し、９００℃で３０分間保持し
た後、速度１０℃／ｍｉｎにて室温まで冷却した。

【００５３】また、給電用電極棒４と給電用端子７と
を、給電用端子７の凹状部７ａ内に給電用電極棒４の他
端４ｂを挿入して、給電用端子７が給電用電極棒４に嵌
着された嵌着部５を形成し、さらに、給電用電極棒４の
貫通穴４ｃと凹状部７ａの貫通孔７ｃとを貫通するよう
に挿入されたボルト２１と、ナット２２およびワッシャ
ー２３により嵌着部５を固定することによって連結し
た。さらに、給電用端子７の軸の中心部にリード線９を
コネクタ７ｂを用いて連結した。

【００５４】（従来例）給電用電極棒とリード線との連
結構造を図６に示した構造とした他は、実施例と同様に
して基板加熱装置を作製した。幅１６ｍｍ、厚み１ｍｍ
のＮｉ薄板を給電用電極棒５４の他端に巻き付け、給電
用端子５７とし、給電用端子５７が固定されている部分
にリード線５９を連結した。

【００５５】上記のようにして製作した実施例及び従来
例の基板加熱装置について、以下に示すように、給電用
電極棒と給電用端子との連結部分の耐久性を評価した。 「耐久性の評価」基板支持板１０上にシリコンウエハ基
板８を載置し、供給電源を接続して出力を調整しなが
ら、室温から８００℃（ウエハ温度）まで３０分間で昇
温し、８００℃に到達後、２３時間保持し、３０分間で
室温まで降温する熱負荷サイクルを負荷した。

【００５６】その結果、従来例の基板加熱装置では、５
日後に給電用電極棒５４と給電用端子５７との連結部分
に異常放電が認められ、連結部分が破損したが、実施例
の基板加熱装置３０では、２００日後においても給電用
電極棒４と給電用端子７との連結部分に異常放電が認め
られず、連結部分の破損も認められなかった。このこと
により、実施例の基板加熱装置３０は、従来例の基板加
熱装置と比較して、優れた耐久性が得られることが明ら
かとなった。

【００５７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ヒータエレメント、加熱装置並びに基板加熱装置によれ
ば、給電用電極棒と給電用端子との連結構造が昇温した
際の給電用端子の熱膨張を効率的に抑えることができ、
給電用電極棒と給電用端子との接触面積の低下を防ぎ、
給電用電極棒と給電用端子との間に隙間が生じにくくな
り、異常放電が発生しないものとなる。したがって、給
電用電極棒と給電用端子との連結部分の破損を防ぐこと
ができ、優れた耐久性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のヒータエレメントの一例を説明す
るための図であり、図１（ａ）は、発熱体素子側から見
た平面図であり、図１（ｂ）は、側面図である。

【図２】 給電用電極棒と給電用端子との連結構造を
説明するための部分拡大図である。

【図３】 給電用端子の構造の一例を示した斜視図で
ある。

【図４】 本発明の基板加熱装置の一例を示した概略
断面図である。

【図５】 給電用端子の構造の他の例を示した斜視図
である。

【図６】 従来のヒータエレメントにおける給電用電
極棒とリード線との連結構造の一例を示した図であり、
図６（ａ）は、側面図であり、図６（ｂ）は、給電用電
極棒におけるリード線が連結される側の端部から見た図
である。

【符号の説明】

１ チャンバー ２ 発熱体素子 ３ 焼結体板 ４ ５４ 給電用電極棒 ４ａ 一端 ４ｂ 他端 ４ｃ、７ｃ、５８ 貫通孔 ５ 嵌着部 ６ ヒータケース ７ ５７ 給電用端子 ７ａ 凹状部 ７ｂ 他方の端部 ７ｅ 壁面 ８ シリコンウエハ基板 ９、５９ リード線 １０ 基板支持台 １０ａ 上面 １１ オーリング（Ｏリング） １２ 封着材 １３ 脚 １５ 熱電対 １６ 押さえ板 １７、２１、５２ ボルト ２０ ヒータエレメント ２２ ナット ２３ ワッシャー ２５ 機械的固定手段 ３０ 基板加熱装置 ５１ 連結部

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 剛志 千葉県市川市二俣新町22番地の１ 住友大 阪セメント株式会社新材料事業部内 (72)発明者 井上 克郎 千葉県市川市二俣新町22番地の１ 住友大 阪セメント株式会社新材料事業部内 (72)発明者 村上 嘉彦 千葉県市川市二俣新町22番地の１ 住友大 阪セメント株式会社新材料事業部内 Ｆターム(参考） 3K034 AA04 AA21 CA05 CA28 3K092 QA05 QB06 QB07 QB09 QB11 QB32 QB74 QC05 QC07 QC13 QC18 QC58 VV26 VV31 5F046 KA04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電により発熱する発熱体素子と、焼
   結体板と、前記焼結体板を貫通し、その貫通部分におい
   て前記焼結体板と気密に封着され、前記発熱体素子に一
   端が連結された導電性セラミックス焼結体製の給電用電
   極棒と、前記給電用電極棒の他端に連結された金属製の
   給電用端子とを少なくとも備え、 前記給電用端子には凹状部が形成され、前記凹状部の内
   部に前記給電用電極棒の他端が挿入され、前記給電用端
   子は前記給電用電極棒に嵌着されて嵌着部を形成し、前
   記嵌着部において前記給電用端子と前記給電用電極棒と
   が機械的固定手段により固定されていることを特徴とす
   るヒータエレメント。
2. 【請求項２】 前記機械的固定手段は、前記給電用電
   極棒との熱膨張係数の差が２×１０^-6／℃以下となる材
   料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   ヒータエレメント。
3. 【請求項３】 前記機械的固定手段は、前記給電用電
   極棒と同一の材料で形成されていることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載のヒータエレメント。
4. 【請求項４】 前記凹状部を構成する壁面の厚みが、
   ０．５〜３ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１
   ないし請求項３のいずれかに記載のヒータエレメント。
5. 【請求項５】 チャンバーと、請求項１ないし請求項
   ４のいずれかに記載のヒータエレメントとを少なくとも
   備え、 前記ヒータエレメントを構成する焼結体板が、前記チャ
   ンバーに気密に取り付けられていることを特徴とする加
   熱装置。
6. 【請求項６】 チャンバーと、請求項１ないし請求項
   ４のいずれかに記載のヒータエレメントと、前記チャン
   バー内に設けられ、一方の面には基板が載置され、他方
   の面には前記ヒータエレメントの発熱体素子が配置され
   る基板支持台とを少なくとも備え、 前記ヒータエレメントを構成する焼結体板が、前記チャ
   ンバーに気密に取り付けられていることを特徴とする基
   板加熱装置。