JP2003308951A - 給電用電極棒と給電用端子との連結構造、ヒータエレメント、加熱装置及び基板加熱装置 - Google Patents
給電用電極棒と給電用端子との連結構造、ヒータエレメント、加熱装置及び基板加熱装置Info
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Abstract
損を防ぐことができ、優れた耐久性が得られる連結構造
を提供すること。 【解決手段】 通電により発熱する発熱体素子に、一端
が連結された導電性導電性炭化珪素焼結体製の給電用電
極棒4と、前記給電用電極棒4の他端4bに機械的固定
手段25によって給電用端子7が固定されており、前記
給電用電極棒4の他端4bにおける前記給電用端子7と
の接触面7dには被覆層40が形成されている給電用電
極棒と給電用端子との連結構造とする。
Description
電用端子との連結構造、この連結構造を有するヒータエ
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と、前記連
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。
雰囲気下をはじめとするあらゆる使用雰囲気下において
使用されている基板加熱装置として、例えば、図7に示
すような基板加熱装置が知られている。図7は、従来の
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31は、チャンバー1と、導電性セラミック
ス焼結体からなり、通電により発熱する発熱体素子2
と、この発熱体素子2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54,54と、給電用電
極棒54、54の他端に連結された給電用端子57、5
7と、給電用端子57、57に連結されたリード線5
9、59と、チャンバー1の壁面を貫通してリード線5
9、59に電流を導入する電流導入端子101,101
と、基板支持台10と、熱電対15とを備えている。
0の上面10aにシリコンウエハ基板8が載置され、リ
ード線59、103と、電流導入端子101と、給電用
端子57と、給電用電極棒54とを介して、基板支持板
10の下面に配置されている発熱体素子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1
0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。
下においても使用できるように、給電用端子57とし
て、耐熱性および耐酸化性に優れる金属である例えば、
Ni、Pt、Ag、Au、Ir、Pd、インコネル合
金、モネル合金等からなる金属薄板によって形成された
ものを使用している。また、この基板加熱装置31にお
いて、給電用電極棒54と給電用端子57とは、図8に
示すような連結構造を有している。
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8(a)は、側面図であり、図8(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8において、符号51は、給電
用電極棒54とリード線59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57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。
示した給電用電極棒54とリード線59との連結構造で
は、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との熱膨張係数の差に起
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、発熱体素子2に通電することによ
って、給電用電極棒54とリード線59との連結部分が
破損しやすく、耐久性が充分でないという問題点があっ
た。
の中心部に連結されていないため、基板加熱装置31を
昇温させた際に、リード線59の熱膨張による連結部5
1への不均一な応力が発生してしまう。このリード線5
9の熱膨張による不均一な応力が、基板加熱装置31を
昇温させる度に連結部51に繰り返し与えられることに
より、連結部51に緩みが生じ、リード線59と給電用
電極棒54とが接触不良を起こすことが問題となってい
た。
電用電極棒54と給電用端子57との連結部51の温度
が上昇しないように、給電用電極棒54を長尺として連
結部51を発熱体素子2から離すことが提案されている
が、これによると基板加熱装置31全体が大型化してし
まうという問題があった。
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、装置の大型化を招くことなく給電用電極棒と
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提供することを目的とす
る。また、前記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。
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の給電用
電極棒と給電用端子との連結構造は、通電により発熱す
る導電性炭化珪素焼結体製の発熱体素子に一端が連結さ
れた導電性炭化珪素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の
連結構造であって、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、前記給電用電極棒
の前記給電用電極端子との接触表面に被覆層が形成され
ていることを特徴とする。
は、嵌着部を締め付け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。
を給電用電極棒とすれば、昇温による熱膨張を抑制し、
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。また、給電用電極棒と給電用端子との接触表面に被
覆層を形成することにより、酸化性雰囲気下での加熱に
よる給電用電極棒表面の劣化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。
構造においては、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
いることが好ましい。
連結構造では、給電用電極棒と給電用端子とが前記嵌着
部において機械的に固定されることにより、連結構造が
昇温した際に生じる金属製の給電用端子の横方向の熱膨
張を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。また、凹状部の内部
において前記被覆層が接触するので、給電用電極棒と給
電用端子との接触抵抗を容易に低下させることができ
る。従って、給電用電極棒と給電用端子との連結部分の
発熱及び破損を防ぐことができ、優れた耐久性が得られ
る。
・cm以下であることが望ましい。0.1Ω・cm以下
とすることにより、発熱素子部と比較して十分に抵抗値
が低くなり、給電用電極棒と給電用端子との接触面にお
ける発熱を抑えることができ、その結果、十分な耐久性
が得られる。
i、Ir、Ru、Reから選ばれた少なくとも1種以上
の金属からなることが好ましい。これら金属はいずれも
高い導電性を有するものであるので、給電用電極棒と給
電用端子との接触面における抵抗値を極力小さくするこ
とができる。さらにこれら金属はいずれも高温における
耐酸化性に優れるので、給電用電極棒表面の酸化を防止
することができる。よって、給電用電極棒と給電用端子
との連結部分の発熱と破損とを防止することができ、優
れた耐久性が得られる。
下であることが望ましい。100μm以下とすることに
より、通電による熱サイクルがかかる場合においても、
熱膨張差に起因するクラックや剥離が生じず、優れた耐
久性が得られる。
の連結構造においては、前記給電用端子が、Ni、P
t、Ag、Au、Ir、Pd、インコネル合金、モネル
合金のいずれかにより形成されたものであることが望ま
しい。このような給電用電極棒と給電用端子との連結構
造とすることで、給電用端子が耐熱性および耐酸化性に
優れたものとなり、より一層、耐久性を向上させること
ができる。このことにより、大気中や酸化性雰囲気下に
おける高温での使用に際しても十分な耐久性が得られる
ものとなり、大気中や酸化性雰囲気下で高温で使用する
場合でも、支障なく使用することができる優れたものと
なる。
の連結構造においては、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
な給電用電極棒と給電用端子との連結構造とすること
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。
との連結構造においては、前記機械的固定手段は、導電
性炭化珪素焼結体からなることが望ましい。このような
給電用電極棒と給電用端子との連結構造とすることで、
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。
の連結構造においては、前記凹状部を構成する壁面の厚
みは、0.05〜3mmの範囲であることが望ましい。
このような給電用電極棒と給電用端子との連結構造とす
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。
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、前記発熱体素子に一端が連結された給電用電極棒
と、前記給電用電極棒の他端に連結された給電用端子と
を少なくとも備え、上記のいずれかに記載の給電用電極
棒と給電用端子との連結構造を有することを特徴とす
る。
ずれかに記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造
を有するものであるので、ヒータエレメントを昇温させ
た際の給電用端子の横方向の熱膨張を抑えることがで
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。
は、前記給電用端子は、前記給電用端子の軸の中心部に
リード線が連結されたもの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、ヒータエレメン
トを昇温させた際に、リード線の熱膨張によって発生す
るリード線と給電用端子との連結部分への応力が均一な
ものとなり、リード線と給電用端子との熱膨張係数の差
に起因するリード線と給電用端子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。
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たことを特徴と
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。
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
を少なくとも備えたことを特徴とする。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。
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。
子との連結構造を有する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、チャンバー(図示略)内に配置される
ものである。
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、導電性炭化珪素焼結体からなり、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。
a(発熱体素子側の端部)は、発熱体素子2に連結さ
れ、他端4b(給電用端子側の端部)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2
1を挿入するための貫通穴4cが形成されている。
焼結体からなり、前記発熱体素子2で使用される導電性
炭化珪素焼結体と同材質であることが、高熱伝導性、熱
膨張性などの点において好ましい。
結する際に、特願平11−154336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。また、前記発熱体素子2と給電用電極棒4との
連結は、例えば導電性炭化珪素焼結体製のボルト等を用
いた機械的連結であってもよく、更には前記の接合法と
機械的連結法とを併用してもよい。
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。
接する接触面7d部において、給電用電極棒4の表面に
は被覆層40が形成されている。この被覆層40は、高
い熱伝導度と導電率とを有し、かつ高温の酸化性雰囲気
下での耐食性および耐酸化性を有する材料からなるもの
であって、例えば金属膜のほか、金属を主成分とする複
合材料であってもよい。
以下であることが好ましい。導電率が1×10-1Ω・c
mを越える場合、通電することにより被覆層40におい
ても発熱が起こり、接触面7dが高温となり、給電用電
極棒4と給電用端子7との連結部が短時間のうちに破損
する恐れがあるので好ましくない。
は、耐熱性に優れ高温の酸化性雰囲気においても酸化さ
れないように、例えばPt、Au、Pd、Si、Ir、
Ru、Reを例示することができ、これらの純金属のほ
か、これらから選ばれた1種以上の金属の合金を例示す
ることができる。なかでもPt、Pt−Si合金、Au
−Si合金、Ir−Si合金等が好適に使用できる。
ましい。膜厚が100μmを越える場合、通電によって
熱サイクルがかかる事によって熱膨張差に起因するクラ
ックや剥離が生じ,接触面積が減少し、連結部分に破損
が生じる恐れがあるので、好ましくない。
れるものではないが、 (1)上記金属微粒子を有機溶剤等で懸濁して懸濁液と
し、はけ塗りあるいはディップコートにより塗布して熱
処理する方法。 (2)上記金属コロイドを湿式還元法により析出して懸
濁液とし、はけ塗りあるいはディップコートにより塗布
して、熱処理する方法。 (3)上記金属を含む塩化物、硝酸化物、臭化物等の溶
液を用いて、はけ塗りあるいはディップコートにより塗
布して熱処理する方法。 (4)メッキ、CVD、スパッタ、溶射等により形成す
る方法。 等が例示できる。上記(1)の方法では、有機あるいは
無機のバインダーを含んでもよい。
7eの厚みtは、0.05〜3mm程度の範囲とするの
が好ましい。壁面7eの厚みtを0.05mm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を3mmを越える厚みtとした場合、壁面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。
他方の端部7bにおける給電用端子7の軸の中心部に
は、リード線9が連結されるようになっている。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、Au、Ir、Pd、F
e−Cr−Ni系合金(インコネル合金)、Ni−Cu
−Fe−S系合金(モネル合金)等を使用することがで
き、特に、Fe−Cr−Ni系合金またはNiが好適で
ある。また、リード線9は、Niなどの耐熱性に優れた
材料により形成された撚り線の外周部を、アルミナ硝子
などの耐熱性に優れた材料により保護したものである。
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、給電用電極棒4と
同一材料である導電性炭化珪素焼結体を用いるとより一
層耐久性を向上させることができ、好適である。
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4
b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。
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の軸の中心部にかしめて連結されてい
る。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。
の耐熱性導電材料からなる被覆層40が形成された給電
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、高温の酸化雰囲気においても耐久性に優れた
ものとなる。すなわち、本実施形態における耐酸化性導
電材料からなる被覆層40が形成された給電用電極棒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
電用端子7と給電用電極棒4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の横方向の熱膨張を抑えることが
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。
特に、被覆層40を設けることにより、給電用電極棒4
と給電用端子7との間の接触抵抗を容易に低減すること
ができるばかりでなく、給電用電極棒4の表面の酸化を
防止することができるので、高温の酸化雰囲気において
も給電用電極棒4と給電用端子7との連結部分の破損を
防ぐことができ、より一層優れた耐久性が得られる。
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と給電用端子7との熱
膨張係数の差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、接触不良を起こすこともな
い。
用端子7との連結構造においては、給電用端子7を、N
i、Pt、Ag、Au、Ir、Pd、インコネル合金、
モネル合金のいずれかにより形成されたものとすること
で、給電用端子7が耐熱性および耐酸化性に優れたもの
となり、より一層、耐久性を向上させることができる。
このことにより、大気中や酸化性雰囲気下における高温
での使用に際しても十分な耐久性が得られるものとな
り、大気中や酸化性雰囲気下で高温で使用する場合で
も、支障なく使用することができる優れたものとなる。
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。
極棒4と同一材料の導電性炭化珪素焼結体で形成するこ
とで、機械的固定手段25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。
電用端子7との連結構造においては、凹状部7aを構成
する壁面7eの厚みtを、0.05〜3mm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。
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、ヒータケース6と、基板支持台1
0と、熱電対15と、電流導入端子101とを備えてい
る。
らなるものであり、基板支持板10は、透明石英などか
らなるものである。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。
に優れた材料により形成された電流導入棒部101a、
101aと、チャンバー1に取り付けられてチャンバー
1内を気密に覆うフランジ部16とからなる2芯タイプ
のものであり、フランジ部16をボルト17を用いて固
定することにより、オーリング(O−リング)11を介
して、チャンバー1に気密に取り付けられている。
端子7にリード線9の一端が連結され、リード線9の他
端が電流導入端子101に連結されている。電流導入端
子101は、チャンバー1の外に導出され、チャンバー
1の外に向かって延出した電流導入端子101の端部に
は、コネクタ102を介してリード線103が着脱可能
に取り付けられている。そして、このような基板加熱装
置30では、リード線9、103と、電流導入端子10
1と、給電用端子7と、上述の耐熱性導電材からなる被
覆層40が形成された給電用電極棒4とを介して発熱体
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。
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。
したように、発熱体素子2と給電用電極棒4とは、接合
剤を用いて接合することにより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く、更には前記の接合法
と機械的連結法とを併用してもよい。
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。
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、図1に
示される平面視円形の平板状で、厚み3mm、直径24
0mmとした。また、発熱体素子2の幅は、中央部で2
4mm、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。
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を構成する対
応する壁面7e、7e同士の距離を10mm、壁面7
e、7eの厚みtを1mmとし、その材質はインコネル
601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
同一の材料の導電性炭化珪素焼結体からなるものを用い
た。電流導入端子101は、電流導入棒部101a、1
01aが直径5mmのNiで形成された2芯タイプのも
のを用いた。リード線9、103は、Niにより形成さ
れた撚り線(断面積5.5mm2)の外周部を、アルミ
ナ硝子により保護したものを用いた。
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。
下のようにした。Si粉末40wt%とAu粉末60w
t%の割合で秤量し、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、この懸濁液を給電
用電極棒4の7z部にはけ塗りにより塗付した。塗布
後、350℃にて20分間脱脂を行い、真空中で120
0℃20分間熱処理し、膜厚45μmのSi−Au膜を
形成した。
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、給電用電極棒4と給電用端
子7とを連結した。さらに、図4に示すように、給電用
端子7の軸の中心部にリード線9の一端をかしめて連結
し、リード線9の他端を電流導入端子101に連結し
た。
0aに8インチシリコンウエハ基板8を載置し、チャン
バー1の外に向かって延出した電流導入端子101の端
部に、リード線103を介して供給電源を接続し、出力
を調整しながら室温から1000℃(ウエハ温度)まで
50分間で昇温し、1000℃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酸素
30Torr−窒素の雰囲気にて負荷した。1000℃に到
着後、給電用電極棒4と給電用端子7の接続部の温度を
測定したところ、約780℃であった。この結果を表2
に示した。熱サイクルを300サイクル実施後において
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ず、優れた
耐久性を有するものであることがわかった。
ユニットを用意した。この加熱ユニットは、基板支持台
10上に発熱体素子2を載置し、これらをリフレクタ60
を介してヒータベース65に固定してなるものであっ
て、ヒータベースへの固定はリフレクタ60とヒータベ
ース65とを連結する支柱66によっている。給電用電
極棒4、給電用端子7およびこれらを連結する機械的固
定手段25に関しては、図4に示した構成とし、各図中
の同一部材には同一符号を付した。
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。給電用電
極棒4は、直径10mm、長さ30mm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4
b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。
に載置し、基板支持台10及びリフレクタ60は支柱6
6によりヒータベース65に固定した。基板支持台10
及びヒータベース65は透明石英製とし、支柱66はS
US316、リフレクタ60はインコネル601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
0.2mmとし、その材質はインコネル601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
導電性炭化珪素焼結体製のものを用いた。リード線9
は、Niにより形成された撚り線(断面積2mm2)を
用いた。
と給電用電極棒4との接合体を得て、更に発熱体素子2
および給電用電極棒4と同一の材料の導電性炭化珪素焼
結体製のボルトを用いて接合部分を機械的に連結した。
接触面には、以下のようにして金属被覆層を形成した。
Si粉末とAu粉末とを表1に示した割合で秤量し、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、給電用端子7の凹状部7a内に収納される
給電用電極棒4の一端に、上記懸濁液をはけ塗りにより
塗付した。塗布後、350℃にて20分間脱脂を行い、
真空中で表1に示す温度で20分間熱処理し、金属被覆
層を形成した。
の凹状部7a内に、被覆層が形成された給電用電極棒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、給
電用電極棒4と給電用端子7とを連結した。前記ボルト
21とナット22は、給電用電極棒4と同一の導電性炭
化珪素焼結体で形成されている。さらに、図3に示すよ
うに、給電用端子7の軸の中心部にリード線9の一端を
かしめて連結した。
を表1に示した割合で秤量し、表1に併せて示した温度
で熱処理した以外は実施例2と全く同様にして給電用電
極棒の一端の表面に被覆層を形成した。この給電用電極
棒を実施例2と同様にして給電用端子に接続して実施例
3とした。
を表1に示した割合で秤量し、表1に併せて示した温度
で熱処理した以外は実施例2と全く同様にして給電用電
極棒の一端の表面に被覆層を形成した。この給電用電極
棒を実施例2と同様にして給電用端子に接続して実施例
4とした。
を表1に示した割合で秤量し、表1に併せて示した温度
で熱処理した以外は実施例2と全く同様にして給電用電
極棒の一端の表面に被覆層を形成した。この給電用電極
棒を実施例2と同様にして給電用端子に接続して実施例
5とした。
を表1に示した割合で秤量し、表1に併せて示した温度
で熱処理した以外は実施例2と全く同様にして給電用電
極棒の一端の表面に被覆層を形成した。この給電用電極
棒を実施例2と同様にして給電用端子に接続して実施例
6とした。
を表1に示した割合で秤量し、表1に併せて示した温度
で熱処理した以外は実施例2と全く同様にして給電用電
極棒の一端の表面に被覆層を形成した。この給電用電極
棒を実施例2と同様にして給電用端子に接続して実施例
7とした。
を以下のようにして得た以外は実施例2と同様にした。
塩化白金酸水溶液をはけ塗りにより塗布し、熱分解によ
りPtを被覆した。この給電用電極棒を実施例2と同様
にして給電用端子に接続して実施例8とした。
を以下のようにして得た以外は実施例2と同様にした。
塩化金酸水溶液をはけ塗りにより塗布し、熱分解により
Auを被覆した。この給電用電極棒を実施例2と同様に
して給電用端子に接続して実施例9とした。
層を以下のようにして得た以外は実施例2と同様にし
た。硝酸パラジウム水溶液をはけ塗りにより塗布し、熱
分解によりPdを被覆した。この給電用電極棒を実施例
2と同様にして給電用端子に接続して実施例10とし
た。
層を以下のようにして得た以外は実施例2と同様にし
た。塩化イリジウム水溶液をはけ塗りにより塗布し、熱
分解によりIrを被覆した。この給電用電極棒を実施例
2と同様にして給電用端子に接続して実施例11とし
た。
層を以下のようにして得た以外は実施例2と同様にし
た。塩化ルテニウム水溶液をはけ塗りにより塗布し、熱
分解によりRuを被覆した。この給電用電極棒を実施例
2と同様にして給電用端子に接続して実施例12とし
た。
かった以外は、実施例2と同様とし、比較例とした。
作した実施例2ないし実施例12及び比較例の各ヒータ
エレメントについて、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。給電用
電極棒4の他端4bに給電用電極棒温度測定用の熱電対
を埋め込み、リード線9の他端に供給電源を接続し、出
力を調整しながら室温から800℃(給電用電極棒温
度)まで20℃/分で昇温し、800℃に到達後、23
時間保持し、20/分間で室温まで降温する熱負荷サイ
クルを大気中で負荷した。これらの評価結果を表2に示
した。
ずれも熱サイクル300回実施後も連結部分に劣化は認
められなかった。一方、比較例においては、熱サイクル
51回目で連結部分が破損した。これを分解して分析を
実施した所、給電用電極棒4の他端4bに酸化膜の生成
が認められ、導電性が著しく劣化していた。
給電用電極棒と給電用端子との連結構造、この連結構造
を有するヒータエレメント、加熱装置並びに基板加熱装
置によれば、耐食性に優れ、高い熱伝導度と低い電気抵
抗値とを有する導電性炭化珪素焼結体を給電用電極棒と
し、かつこの給電用電極棒に電気伝導率の良好な被覆層
を設けたものであるので、連結構造における電気抵抗値
を極力低減することができる。また、導電性炭化珪素焼
結体性の給電用電極棒に被覆層を設けることにより、昇
温した際の連結構造の熱膨張を効率的に抑えることがで
きるので、装置の大型化を招くことなく、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。さらに、被覆層を設けること
によって、高温の酸化雰囲気においても導電性炭化珪素
製給電用電極棒の酸化をより一層防止することができ、
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。
の中心部にリード線が連結されたものとすることで、連
結構造が昇温した際に、リード線の熱膨張によって発生
するリード線と給電用端子との連結部分への応力が均一
なものとなり、リード線と給電用端子との熱膨張係数の
差に起因するリード線と給電用端子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。
構造を有する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。
明するための部分拡大図である。
る。
面図である。
である。
略断面図である。
図である。
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8(a)は、側面図であり、図8(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。
Claims (13)
- 【請求項1】 通電により発熱する導電性炭化珪素焼結
体製の発熱体素子に一端が連結された導電性炭化珪素焼
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の連結構造であって、 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、前記給電用電極棒の前記給電用電極端
子との接触表面に被覆層が形成されていることを特徴と
する給電用電極棒と給電用端子との連結構造。 - 【請求項2】 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請求項1に記載の給電用電極棒と給
電用端子との連結構造。 - 【請求項3】 前記被覆層の電気抵抗率が0.1Ω・c
m以下であることを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。 - 【請求項4】 前記被覆層がPt、Au、Pd、Si、
Ir、Ru、Reから選ばれた少なくとも1種以上の金
属からなることを特徴とする請求項1ないし請求項3の
いずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連
結構造。 - 【請求項5】 前記被覆層の膜厚が、100μm以下で
あることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれ
か一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構
造。 - 【請求項6】 前記給電用端子が、Ni、Pt、Ag、
Au、Ir、Pd、インコネル合金、モネル合金のいず
れかにより形成されたものであることを特徴とする請求
項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の給電用電極
棒と給電用端子との連結構造。 - 【請求項7】 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ないし請求
項6のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子
との連結構造。 - 【請求項8】 前記機械的固定手段は、導電性炭化珪素
焼結体からなることを特徴とする請求項1ないし請求項
7のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子と
の連結構造。 - 【請求項9】 前記凹状部を構成する壁面の厚みが、
0.05〜3mmの範囲であることを特徴とする請求項
1ないし請求項8のいずれか一項に記載の給電用電極棒
と給電用端子との連結構造。 - 【請求項10】 通電により発熱する発熱体素子と、前
記発熱体素子に一端が連結された給電用電極棒と、前記
給電用電極棒の他端に連結された給電用端子とを少なく
とも備え、 請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の給電用
電極棒と給電用端子との連結構造を有することを特徴と
するヒータエレメント。 - 【請求項11】 前記給電用端子は、前記給電用端子の
軸の中心部にリード線が連結されたものであることを特
徴とする請求項10に記載のヒータエレメント。 - 【請求項12】 チャンバーと、請求項10または請求
項11に記載のヒータエレメントとを少なくとも備えた
ことを特徴とする加熱装置。 - 【請求項13】 チャンバーと、請求項10または請求
項11に記載のヒータエレメントと、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たこ
とを特徴とする基板加熱装置。
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