JP2006302887A - 給電部材及び加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の耐久性を向上させることが可能な給電部材及びそれを用いた加熱装置を提供する。
【解決手段】給電部材１００は、給電対象に接続する第１棒状部材１０１と、電源に接続する第２棒状部材１０３と、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３との間に設けられ、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３と比較して、軸方向の断面積が小さく、且つ、表面積が大きい熱機能部材１０２とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】給電部材１００は、給電対象に接続する第１棒状部材１０１と、電源に接続する第２棒状部材１０３と、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３との間に設けられ、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３と比較して、軸方向の断面積が小さく、且つ、表面積が大きい熱機能部材１０２とを備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、熱ＣＶＤ装置やプラズマＣＶＤ装置等の半導体製造装置に利用して好適な、給電部材及び加熱装置に関する。
従来より、抵抗発熱体や電極が埋設されたセラミック基体と、セラミック基体を支持する管状の支持部材と、支持部材の中空部に備えられ、セラミック基体に埋設された抵抗発熱体や電極に給電する給電部材を備える加熱装置（以下、セラミックヒータと表記）が知られている（特許文献１参照）。従来のセラミックヒータにおいては、ニッケルやニッケル基合金により形成された給電部材の一端はセラミック基体に埋設された抵抗発熱体や電極に接合され、他端はコネクタ等を介して電源に接合されている。
特開平５―３２６１１２号公報
ところで、電源に接続する給電部材の他端側には、フッ素系の耐熱ゴムにより形成されたＯリングが給電部材を保持するために用いられる。また、給電部材の他端において、該給電部材を保持するコネクタは、バネ性を有する必要があるため、銅又はベリリウム銅により形成される。このＯリング及びコネクタは、耐熱温度が２００［℃］以下であるため、給電部材の他端は、Ｏリング及びコネクタの耐熱温度以下に保持される必要がある。そこで、給電部材の他端は、給電部材周辺のガスへの熱伝達、支持部材への輻射放熱、給電部材の他端が固定される冷却シャフトへの熱伝導により、セラミック基体側の給電部材の一端と比べて低温環境に保持されている。
しかしながら、給電部材の他端の周辺が真空に近い低圧雰囲気である場合、又は、給電部材の他端の周辺を覆うガスが真空に近い低圧である場合、給電部材の他端の周辺におけるガスの熱伝導が小さくなるために、給電部材の他端の温度は、セラミック基体側の温度と比べて、大きく下がらない。これにより、Ｏリングが、損傷し、支持部材の中空部と、チャンバーとを気密に保持できなくなるという問題点があった。同様にして、コネクタのばね性が、低下することにより、給電部材とコネクタとの間でアーキングが発生し、装置に損傷を与えるという問題点があった。
そこで、本発明は、装置の耐久性を向上させることが可能な給電部材及び加熱装置を提供することを目的とする。
本発明に係る給電部材の特徴は、管状の支持部材の中空部に備えられ、支持部材が支持するセラミック基体内に埋設された抵抗発熱体又は電極の少なくとも１つに給電する給電部材であって、給電対象に接続する第１棒状部材と、電源に接続する第２棒状部材と、第１棒状部材と前記第２棒状部材との間に設けられ、第１棒状部材と第２棒状部材と比較して、軸方向の断面積が小さく、且つ、表面積が大きい熱機能部材とを備えることにある。
また、本発明に係る加熱装置の特徴は、電力が供給される抵抗発熱体又は電極の少なくとも１つが埋設されたセラミック基体と、セラミック基体を支持する管状の支持部材と、支持部材の中空部に備えられ、抵抗発熱体又は電極の少なくとも１つに給電する給電部材とを備える加熱装置であって、給電部材は、給電対象に接続する第１棒状部材と、電源に接続する第２棒状部材と、第１棒状部材と第２棒状部材との間に設けられ、第１棒状部材と第２棒状部材と比較して、軸方向の断面積が小さく、且つ、表面積が大きい熱機能部材とを備えることにある。
本発明によれば、給電部材は、断面積が小さい熱機能部材を備えるため、熱機能部材で長手方向に伝導する熱を低減することができる。また、給電部材は、表面積が大きい熱機能部材を備えるため、熱機能部材で、熱を放熱することができる。これにより、給電部材は、第１棒状部材を給電対象に接続させた際に、給電により第１棒状部材に熱が加わり、第１棒状部材から第２棒状部材に長手方向に伝導する熱が生じる場合であっても、熱機能部材で長手方向に伝導する熱を低減し、且つ、熱を放熱することにより、第２棒状部材に伝導する熱を低減できる。従って、給電部材は、高温の第１棒状部材と比べて、低温の第２棒状部材を備えることができ、Ｏリングや、コネクタの損傷を低減し、装置の耐久性を向上させることができる。
なお、熱機能部材の軸方向の断面積の割合は、第１棒状部材及び第２棒状部材の軸方向の断面積に対し０．５以下であることが好ましい。これによれば、長手方向に伝導する熱をより効果的に低減することができるため、第２棒状部材の温度を下げることが可能となる。
また、熱機能部材の軸方向の断面形状は中空であることが好ましい。これによれば、発熱体からの熱伝達を効果的に抑制することができる。
また、熱機能部材の表面積と体積の比は２．０以上であることが好ましい。これによれば、熱の放熱を効果的に行うことができるため、第２棒状部材の温度をさらに下げることが可能となる。
また、熱機能部材の軸方向の側面に複数の凹凸が形成されていることが好ましい。これによれば、長手方向に伝導する熱を更に低減し、且つ、熱の放熱を更に向上することができるため、第２棒状部材の温度を下げることが可能となる。
本発明によれば、装置の耐久性を向上させることが可能な給電部材及びそれを用いた加熱装置を提供できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。また、本発明の実施形態に係る給電部材は、直径Ｄ、軸方向の断面積Ｓ、長さＬからなる給電部材とする。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることを留意するべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、本発明の実施形態に係る給電部材の軸方向の断面形状は、特に記載がなければ、円形であるが、長方形、長円であっても構わない。この場合、長方形、長円の断面積と同じ面積を有する円の直径を等価直径Ｄとする。
［実施例１］
〔給電部材の構成〕
始めに、図１，２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る給電部材の構成について説明する。なお、図１は給電部材の断面図は示し、図２は給電部材の側面図を示す。
〔給電部材の構成〕
始めに、図１，２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る給電部材の構成について説明する。なお、図１は給電部材の断面図は示し、図２は給電部材の側面図を示す。
本実施形態に係る給電部材１００は、管状の支持部材の中空部に備えられ、支持部材が支持するセラミック基体に埋設された抵抗発熱体又は電極の少なくとも１つに給電する給電部材であって、図１，２に示すように、給電対象に接続する第１棒状部材１０１と、電源に接続する第２棒状部材１０３と、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３との間に設けられ、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３と比較して、軸方向の断面積Ｓ１０２が小さく、且つ、表面積Ｓｕ１０２が大きい熱機能部材１０２とを備える。
給電部材１００は、給電部材１００が備えられる加熱装置の使用温度が低い場合、銅合金、アルミニウム合金により形成される。但し、加熱装置の使用温度が５００［℃］を超える場合、給電部材１００はＮｉ基耐熱合金によって形成される。更に、電気抵抗を小さくするためには、Ｎｉ基耐熱合金はＮｉ純度が９９［％］以上であることがより好ましい。
給電部材１００は、耐熱性が高く、最大１０［Ａ］以上、５０［Ａ］以下の高電流が流れても発熱しないよう電気抵抗を小さくする方がより好ましい。第１棒状部材１０１の軸方向の断面及び第２棒状部材１０３の軸方向の断面形状は、電気抵抗を小さくするために略円形である。また同様に、熱機能部材１０２の軸方向の断面形状は、電気抵抗を小さくするために略長方形である。
第１棒状部材１０１及び第２棒状部材１０３の軸方向の断面積Ｓ１０１，Ｓ１０３は、電気抵抗を小さくするために大きい方がより好ましい。特に、給電部材１００が、Ｎｉ純度が９９［％］以上であるＮｉ基耐熱合金により形成される場合、断面の断面積Ｓ１０１は、３［ｍｍ2］以上であることがより好ましい。
断面積と同様に、第１棒状部材１０１及び第２棒状部材１０３の直径Ｄ１０１は、電気抵抗を小さくするために、大きい方がより好ましい。特に、給電部材１００が、Ｎｉ純度が９９［％］以上であるＮｉ基耐熱合金により形成される場合、直径Ｄ１０１は、１［ｍｍ］以上であることが好ましく、２［ｍｍ］以上であることがより好ましい。但し、給電部材１００が備えられる加熱装置において、給電部材１００は、管状の支持部材の中空部に、複数の給電部材、プローブ等と共に収容されるため、第１棒状部材１０１及び第２棒状部材１０３の直径Ｄ１０１は１［ｍｍ］以上１０［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
熱機能部材１０２の表面積Ｓｕ１０２の割合は、熱機能部材１０２の体積Ｖ１０２に対して１．５以上である。表面積Ｓｕ１０２の割合は、熱機能部材１０２の体積Ｖ１０２に対して２．０以上であることがより好ましい。
給電部材１００は、長手方向の長さＬ１００が５０［ｍｍ］以上である。熱機能部材１０２の長手方向の長さＬ１０２は３［ｍｍ］以上である。但し、給電部材１００の強度を保つために、長さＬ１０２は３［ｍｍ］以上１５０［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
本実施形態において、熱機能部材１０２の長手方向の断面は、略長方形であるが、本実施形態の形状はこれに限られない。また、図３、図４に示すように、熱機能部材１０２は、表面に凸部を備えてもよい。このような構成によれば、熱機能部材１０２の軸方向の断面積Ｓ１０２に対して表面積Ｓｕ１０２の割合を大きくすることができるので、給電部材１００は、熱機能部材１０２で、長手方向に伝導する熱を更に低減し、且つ、熱の放熱を更に向上することができる。熱機能部材１０２の表面積Ｓｕ１０２を大きくする方法は、熱機能部材１０２の表面に凸部を形成するだけでなく、凹部を形成することにより、実現しても良い。
また、図５に示すように、熱機能部材１０２は、円管を多重に重ねるような構造であってもよい。これによれば、給電部材１００は、熱機能部材１０２で、熱機能部材１０２の軸方向の断面積Ｓ１０２に対して、表面積Ｓｕ１０２の割合を大きくすることができる。
また、図６，７に示すように、熱機能部材１１２は、一方の側面から他方の側面に、貫通する孔１１４を備えてもよい。これによれば、給電部材１１０は、熱機能部材１１２で、熱機能部材１１２の軸方向の断面積Ｓ１１２に対して、表面積Ｓｕ１１２の割合を大きくすることができる。
〔給電部材の製造方法〕
次に、上記給電部材の製造方法について説明する。
次に、上記給電部材の製造方法について説明する。
上記給電部材を製造する際は、始めに、第１棒状部材１０１と、熱機能部材１０２と、第２棒状部材１０３とが一体になった棒状部材を製造する。次に、か棒状部材の熱機能部材１０２に該当する部分を、熱機能部材１０２の表面積Ｓｕ１０２の割合が、熱機能部材の軸方向の断面積Ｓ１０２に対して、１．５以上になる略長方形に研削又は、切削することにより、熱機能部材１０２を形成し、給電部材１４０を製造することができる。なお、例えば、予め形成した熱機能部材１０２と、第１棒状部材１０１と、第２棒状部材１０３とをそれぞれ溶接又は、ロウ付けすることで、給電部材１００を製造するようにしてもよい。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る給電部材１００によれば、給電部材１００が、給電対象に接続する第１棒状部材１０１と、電源に接続する第２棒状部材１０３と、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３との間に設けられ、第１棒状部材１０１と第２棒状部材１０３と比較して、軸方向の断面積が小さく、且つ、表面積が大きい熱機能部材と１０２を備えるため、熱機能部材１０２で長手方向に伝導する熱を低減することができる。また、給電部材１００は、表面積が大きい熱機能部材１０２を備えるため、熱機能部材１０２で、熱を放熱することができる。
これにより、給電部材１００は、第１棒状部材１０１を給電対象に接続させた際に、給電により第１棒状部材１０１に熱が加わり、第１棒状部材１０１から第２棒状部材１０３に長手方向に伝導する熱が生じる場合であっても、熱機能部材１０２で長手方向に伝導する熱を低減し、且つ、熱を放熱することにより、第２棒状部材１０３に伝導する熱を低減できる。従って、給電部材１００は、高温の第１棒状部材１０１と比べて、低温の第２棒状部材１０３を備えることができ、Ｏリングや、コネクタの損傷を低減し、装置の耐久性を向上させることができる。
給電部材１００は、第１棒状部材１０１の軸方向の断面が、略円形であることにより、給電対象との溶接、ろう付け、ねじ固定による接続を容易にすることができる。なお、溶接、ろう付けによる接続の場合、第１棒状部材１０１の軸方向の断面は、略円形だけでなく、略四角形、略三角形でも同等の効果を得ることができる。
給電部材１００は、第２棒状部材１０３の軸方向の断面が、略円形であることにより、第２棒状部材１０３と電源側の接続を容易にすることができる。また、給電部材１００は、第２棒状部材１０３の軸方向の断面が、略円形であることにより、中空状等と比べて抵抗を低くすることができ、第２棒状部材１０３の発熱を低減することができる。
給電部材１００は、熱機能部材１０２の表面積Ｓｕ１０２の割合は、熱機能部材１０２の体積Ｖ１０２に対して２．０以上であることにより、熱機能部材１０２で、長手方向に伝導する熱の低減と、熱の放熱とを効果的に行うことができる。
給電部材１００は、熱機能部材１０２の軸方向の断面が、略長方形であることにより、熱機能部材１０２で、長手方向に伝導する熱の低減と、熱の放熱とを効果的且つ、容易に行うことができる。
給電部材１００は、長手方向の長さＬ１００が、５０［ｍｍ］以上であることにより、長手方向に伝導する熱の低減と、熱の放熱とを行うのに十分な長さを備えることができる。
［実施例２］
〔給電部材の構成〕
次に、図８，９を参照して、本発明の第２の実施形態に係る給電部材の構成について説明する。なお、図８は給電部材の断面図は示し、図９は図８の矢印Ａ方向からみた給電部材の側面図を示す。なお、以下においては、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。
〔給電部材の構成〕
次に、図８，９を参照して、本発明の第２の実施形態に係る給電部材の構成について説明する。なお、図８は給電部材の断面図は示し、図９は図８の矢印Ａ方向からみた給電部材の側面図を示す。なお、以下においては、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。
本実施形態において、熱機能部材１２２は、薄板状部材の短手方向に伸びる山状及び谷状の屈曲部を長手方向に交互に入れた構造に形成された部材である。屈曲部の形状は、特に限定せず、例えば三角形、サインカーブ状にすることができる。屈曲部の形状は、長さＬ１２２、ピッチｐ１２２、振幅ａ１２２、厚みｔ１２２、幅ｗ１２２により決定される。
幅ｗ１２２は、第１棒状部材１２１及び第２棒状部材１２３の直径Ｄ１２１と同じか、それ以下である。厚みｔ１２２は、３［ｍｍ］以下である。但し、幅ｗ１２２、及び厚みｔ１２２が、小さ過ぎる場合、熱機能部材１２２は、長手方向に収縮を繰り返した際に、短時間で切断する可能性がある。従って、幅ｗ１２２は、１［ｍｍ］以上で、直径Ｄ１０１以下であることがより好ましい。また、厚みｔ１２２は０．２［ｍｍ］以上、２［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
振幅ａは、給電部材１００の熱膨張に伴う長手方向の変形量を低減するために大きいほどよい。但し、給電部材１００の振幅ａは、大き過ぎる場合、薄板状部材に亀裂が入りやすくなり、且つ、給電部材１００が備えられる支持部材の中空部に収まらなくなるため、空間による制約がある。熱機能部材１２２に屈曲部を入れる前の薄板形状時の長手方向の長さは、Ｌ１２０の３倍以下である。但し、給電部材１３０として形状を保つために、長さは、Ｌ１２０の２倍以下であることがより好ましい。
本実施形態においては、熱機能部材１２２は、薄板状部材の短手方向に伸びる山状及び谷状の屈曲部を長手方向に交互に入れた構造に形成された部材であるが、本実施形態の形状は、これに限られない。例えば、図１０に示すように、熱機能部材１３２は、第１棒状部材１３１と、第２棒状部材１３３と、第１棒状部材１３１と第２棒状部材１３３との間に設けられ、棒状部材を螺旋状に巻いた構造に形成された部材であることを特徴とする給電部材１３０としてもよい。また、例えば図１１に示すように、熱機能部材１４２は、第１棒状部材１４１と、第２棒状部材１４３と、第１棒状部材１４１と第２棒状部材１４３との間に設けられ、薄板部材を螺旋状に巻いた構造に形成された部材であることを特徴とする給電部材１４０としてもよい。
〔給電部材の製造方法〕
次に、上記給電部材の製造方法について説明する。
次に、上記給電部材の製造方法について説明する。
上記給電部材を製造する際は、始めに、第１棒状部材１２１と、熱機能部材１２２と、第２棒状部材１２３とが一体になった棒状部材を製造する。次に、棒状部材の一部を薄板状部材になるように削る。次に、薄板状部材を短手方向に伸びる山状及び谷状の屈曲部を長手方向に交互に入れた構造を有する型に押し付けて、熱機能部材１２２を形成し、給電部材１２０を製造することができる。
なお、始めに、薄板状部材を短手方向に伸びる山状及び谷状の屈曲部を長手方向に交互に入れた構造を有する型に押し付けて、熱機能部材１２２を形成し、熱機能部材１０２と、第１棒状部材１２１と、第２棒状部材１２３とをそれぞれ溶接又は、ロウ付けすることで、給電部材１２０を製造するようにしてもよい。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る給電部材１２０によれば、熱機能部材１２２は、棒状部材を螺旋状に巻いた構造、薄板部材を螺旋状に巻いた構造、又は、薄板部材を山状及び谷状に交互に曲げた構造であることにより、熱機能部材１２２の長手方向の長さ変えることなく、第１棒状部材１２１から第２棒状部材１２３までの熱の移動距離を長くし、第１棒状部材１２１から第２棒状部材１２３まで長手方向に伝導する熱を更に低減することができる。
また、熱機能部材１２２は、棒状部材を螺旋状に巻いた構造、薄板部材を螺旋状に巻いた構造、又は、薄板部材を短手方向に山状及び谷状に交互に曲げた構造であるにより、表面積が大きくなり、更に熱を放熱することができる。
〔給電部材の適用例〕
上記実施形態の給電部材は、例えば図１２に示すような加熱装置に適用することができる。図１２に示す加熱装置５０は、支持部材１と、セラミック基体２と、抵抗発熱体３と、高周波電極４と、測温プローブ５と、第１端子６と、第２端子７と、コネクタ８ａ，８ｂと、冷却シャフト９と、給電部材１６０と、高周波給電部材１７０とを備える。セラミック基体２は、内部に抵抗発熱体３及び高周波電極４が埋設されており、基板加熱面にウエハ２３を設置する加熱面備える。セラミック基体２は、給電部材１６０及び高周波給電部材１７０を挿入する孔を有する。孔は、セラミック基体２の基板加熱面と反対側の接合面１４から第１端子６及び第２端子７まで延びている。そのため、第１端子６及び第２端子７の一部は露出している。
上記実施形態の給電部材は、例えば図１２に示すような加熱装置に適用することができる。図１２に示す加熱装置５０は、支持部材１と、セラミック基体２と、抵抗発熱体３と、高周波電極４と、測温プローブ５と、第１端子６と、第２端子７と、コネクタ８ａ，８ｂと、冷却シャフト９と、給電部材１６０と、高周波給電部材１７０とを備える。セラミック基体２は、内部に抵抗発熱体３及び高周波電極４が埋設されており、基板加熱面にウエハ２３を設置する加熱面備える。セラミック基体２は、給電部材１６０及び高周波給電部材１７０を挿入する孔を有する。孔は、セラミック基体２の基板加熱面と反対側の接合面１４から第１端子６及び第２端子７まで延びている。そのため、第１端子６及び第２端子７の一部は露出している。
セラミック基体２は、円盤状等の板状のものを用いることができる。又、セラミック基体２は、セラミックス、金属、セラミックスと金属の複合材料等により構成できる。例えば、セラミック基体２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化珪素（ＳｉＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、アルミニウム合金−窒化アルミニウムコンポジット、アルミニウム合金−ＳｉＣコンポジット等により構成される。
セラミック基体２は、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素により構成されることが好ましく、９５％以上の相対密度を有する窒化アルミニウム、アルミナにより構成されることがより好ましい。更に、セラミック基体２は、熱伝導率の高い、９５％以上の相対密度を有する窒化アルミニウムにより構成されることが、最もより好ましい。これによれば、耐熱性、耐腐食性に優れたセラミックヒータ５０を提供できる。
抵抗発熱体３及び高周波電極４は、セラミック基体２内部に埋設されている。抵抗発熱体３は、給電部材１６０から電力を供給され、発熱する。抵抗発熱体３は、第１端子６と接続される。具体的には、抵抗発熱体３は、かしめ、ロウ付け、ねじによって第１端子６と接続される。そして、抵抗発熱体３は、第１端子６を介して給電部材１６０と接続し、電力供給を受ける。
高周波電極４は、高周波給電部材１７０から高周波の電力を供給される。高周波電極４と、チャンバー内の上側壁面に固定される上側高周波電極１３とに高周波の電力が供給されることにより、高周波電極４と、上側高周波電極との間の原料ガス又はクリーニングガスに高電圧，高温で印加することができる。これにより、原料ガス又はクリーニングガスは、プラズマ状態になる。高周波電極４は、第２端子７と接続される。具体的には、高周波電極４は、かしめ、ロウ付け、ねじによって第２端子７と接続される。そして、高周波電極４は、第２端子７を介して高周波給電部材１７０と接続し、電力供給を受ける。
抵抗発熱体３及び高周波電極４は、タンタル、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）、白金、レニウム、ハフニウムからなる純金属、又は合金により構成される。抵抗発熱体３及び高周波電極４の形態は限定されず、例えば、高融点材料の粉末を含む印刷ペーストを印刷して形成したもの、物理的蒸着法や化学的蒸着法により形成した薄膜、線材、コイル材、メッシュ材、箔材等を用いることができる。
抵抗発熱体３及び高周波電極４のパターン形状は、渦巻形状、メッシュ形状等を用いることができる。第１端子６は、抵抗発熱体３と給電部材１６０とを接続する。第２端子７は、高周波電極４と高周波給電部材１７０とを接続する。
第１端子６及び第２端子７は、モリブデンやニオブ等により構成できる。第１端子６及び第２端子７は、表面を金やニッケルによりコーティングされていてもよい。第１端子６及び第２端子７は、球状や円柱状のものを用いることができる。
給電部材１６０は、管状の支持部材１の中空部に備えられ、支持部材１に支えられるセラミック基体２に埋設された抵抗発熱体３に給電する。高周波給電部材１７０は、管状の支持部材の中空部に備えられ、支持部材１に支えられるセラミック基体２に埋設された高周波電極４に給電する。
給電部材１６０及び高周波給電部材１７０は、隣接する給電部材と接触しないように中空の絶縁スリーブ３１内に備えられている。また、給電部材１６０及び高周波給電部材１７０と冷却シャフト９との間には、フッ素系の耐熱ゴムにより形成されたＯリング３２が設けられ、チャンバー２２内は気密に保持されている。また、コネクタ８ａ及びコネクタ８ｂには、ばね性コンタクト部材３３が給電部材と接触するように配置されている。
給電部材１６０及び高周波給電部材１７０は、給電対象に接続する第１棒状部材と、電源に接続する第２棒状部材と、第１棒状部材と第２棒状部材との間に設けられる熱機能部材とを備える。
給電部材１６０の第１棒状部材は、第１端子６を介して抵抗発熱体３と接続する。また、給電部材１６０の第２棒状部材は、コネクタ８ａを介して電源と接続される。高周波給電部材１７０の第１棒状部材は、第２端子７を介して高周波電極４と接続する。また、高周波給電部材１７０の第２棒状部材は、コネクタ８ｂを介して高周波電源と接続される。
支持部材１は、管状の中空部を備え、該中空部に給電部材１６０及び高周波給電部材１７０を収容する。支持部材１は、セラミック基体２の基板加熱面と反対側の接合面１４に接合されている。支持部材１の材質は、ハロゲン系腐食性ガスに対して、耐食性を有するセラミック又は金属である。また、支持部材１の材質は、セラミック基体２の材質と同種とすることがより好ましい。
支持部材１の材質は、金属である場合、ステンレス等のニッケル基合金又はアルミニウム合金であることが好ましく、耐熱ニッケル合金であるインコネルであることがより好ましい。支持部材１は、固相接合などの直接接合、ろう接合、ねじ固定等の機械的な接合によって、セラミック基体２と接合される。このような接合は、固相接合、固液接合、ろう接合を用いる場合、支持部材１の中空部に備えられる金属部品をハロゲン系腐食ガスから、保護することができる。
この接合において、ねじ固定を用いる場合、支持部材１の下部にガス導入孔１２を少なくとも１つ備えることにより、金属部品をハロゲン系腐食ガスから、保護することができる。ガス導入孔１２から支持部材１の中空部に充填されるハロゲン系腐食ガスは、支持部材１の下部から入るため、十分に温度が低くなり、活性の小さい中性分子となっているため、金属部品に腐食を生じにくくする。なお、ガス導入孔１２は、他の気密接合（固相，固液，ロウ接合）では不要である。
加熱装置５０は、電極として、静電チャック用電極等を備えることができる。静電チャック用電極は、電力供給により静電引力を発生させ、基板を吸着するために用いられる。本発明の加熱装置の用途は、特に限定されないが、例えば、化学的気相成長装置、物理的気相成長装置、エッチング装置、ベーキング装置、コータ用のキュアリング装置に適用することができる。更に、セラミック基体の取り付けられた給電部材が、高温環境に保持され、給電部材の両端が固定される場合であれば、給電部材の外にセラミック基体の支持部材を備える加熱装置であっても構わない。
［実施例］
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。なお、この実施例では、始めに以下に示す手順により図１２に示す加熱装置を作製する。すなわち、始めに、窒化アルミニウムからなる粉末に抵抗発熱体としてモリブデンコイルを埋設したセラミック基体を作製する。次に、厚みが１０［ｍｍ］、直径φが３２０［ｍｍ］になるようにセラミック基体を加工する。次に、ウエハを固定するウエハ固定用ピンをアルミナによって作製する。次に、窒化アルミニウムからなる支持部材を作製し、セラミック基体とねじ止め接合した。なお、支持部材の長さは９０［ｍｍ］に形成した。次に、下記試料の給電部材と、セラミック基体とを端子を介してＡｕを用いてろう接合した。次に、支持部材の中空部に、絶縁を確保するためにアルミナ管で覆われた発熱体用給電部材を２本、抵抗発熱体の温度を測定するプローブを１本、高周波電極用給電部材1本を収容した。なお、加熱装置は、支持部材と、半導体装置のチャンバーとの間に、フッ素ゴムからなるＯリングを設けることにより、支持部材の中空部と、チャンバーとを気密に保持した。フッ素ゴムからなるＯリングの耐熱温度は２００［℃］であった。そして、作製した加熱装置を用いて性能試験を行った。具体的には、チャンバー内を窒素ガスの圧力を０．１［Ｔｏｒｒ］，温度を４００［℃］にそれぞれ設定し、１０［℃／分］の速度で温度を上げた。次に、加熱装置の温度が４００［℃］に到達した時点で、１００時間保持した。セラミック基体と、支持部材とは、ねじ固定により固定されているため、支持部材の中も０．１［Ｔｏｒｒ］となった。
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。なお、この実施例では、始めに以下に示す手順により図１２に示す加熱装置を作製する。すなわち、始めに、窒化アルミニウムからなる粉末に抵抗発熱体としてモリブデンコイルを埋設したセラミック基体を作製する。次に、厚みが１０［ｍｍ］、直径φが３２０［ｍｍ］になるようにセラミック基体を加工する。次に、ウエハを固定するウエハ固定用ピンをアルミナによって作製する。次に、窒化アルミニウムからなる支持部材を作製し、セラミック基体とねじ止め接合した。なお、支持部材の長さは９０［ｍｍ］に形成した。次に、下記試料の給電部材と、セラミック基体とを端子を介してＡｕを用いてろう接合した。次に、支持部材の中空部に、絶縁を確保するためにアルミナ管で覆われた発熱体用給電部材を２本、抵抗発熱体の温度を測定するプローブを１本、高周波電極用給電部材1本を収容した。なお、加熱装置は、支持部材と、半導体装置のチャンバーとの間に、フッ素ゴムからなるＯリングを設けることにより、支持部材の中空部と、チャンバーとを気密に保持した。フッ素ゴムからなるＯリングの耐熱温度は２００［℃］であった。そして、作製した加熱装置を用いて性能試験を行った。具体的には、チャンバー内を窒素ガスの圧力を０．１［Ｔｏｒｒ］，温度を４００［℃］にそれぞれ設定し、１０［℃／分］の速度で温度を上げた。次に、加熱装置の温度が４００［℃］に到達した時点で、１００時間保持した。セラミック基体と、支持部材とは、ねじ固定により固定されているため、支持部材の中も０．１［Ｔｏｒｒ］となった。
〔実施例１〕
実施例１では、図１に示すような、第１棒状部材，第２棒状部材，及び熱機能部材を備え、純度９９［％］のニッケルからなる棒状の給電部材を作製した。具体的には、始めに、第１棒状部材と、熱機能部材と、第２棒状部材とが一体になった棒状部材を製造した。給電部材は、軸方向の断面をφ５［ｍｍ］、第１棒状部材の長手方向の長さを８［ｍｍ］、第２棒状部材の長手方向の長さを１０［ｍｍ］、熱機能部材の長手方向の長さを９２［ｍｍ］に作製した。次に、第１棒状部材及び第２棒状部材に該当する部分を、軸方向の断面形状及び断面積がそれぞれφ５［ｍｍ］，１９．６３［ｍｍ２］になるように切削することにより、第１棒状部材及び第２棒状部材を作製した。次に、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み１［ｍｍ］の長方形、断面積が５［ｍｍ２］になるように切削することにより、熱機能部材を形成し、給電部材を作製した。これにより、第１棒状部材及び第２棒状部材の軸方向の断面積に対する熱機能部材の断面積の比率は０．２５となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１３（ａ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１８０［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．１［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
実施例１では、図１に示すような、第１棒状部材，第２棒状部材，及び熱機能部材を備え、純度９９［％］のニッケルからなる棒状の給電部材を作製した。具体的には、始めに、第１棒状部材と、熱機能部材と、第２棒状部材とが一体になった棒状部材を製造した。給電部材は、軸方向の断面をφ５［ｍｍ］、第１棒状部材の長手方向の長さを８［ｍｍ］、第２棒状部材の長手方向の長さを１０［ｍｍ］、熱機能部材の長手方向の長さを９２［ｍｍ］に作製した。次に、第１棒状部材及び第２棒状部材に該当する部分を、軸方向の断面形状及び断面積がそれぞれφ５［ｍｍ］，１９．６３［ｍｍ２］になるように切削することにより、第１棒状部材及び第２棒状部材を作製した。次に、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み１［ｍｍ］の長方形、断面積が５［ｍｍ２］になるように切削することにより、熱機能部材を形成し、給電部材を作製した。これにより、第１棒状部材及び第２棒状部材の軸方向の断面積に対する熱機能部材の断面積の比率は０．２５となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１３（ａ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１８０［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．１［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
〔実施例２〕
実施例２では、熱機能部材に該当する部分を軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み１．５［ｍｍ］の長方形、断面積が７．５［ｍｍ２］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例１と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。なお、この実施例２では、第１棒状部材及び第２棒状部材の軸方向の断面積に対する熱機能部材の断面積の比率は０．３８となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１３（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１８８［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．２［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
実施例２では、熱機能部材に該当する部分を軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み１．５［ｍｍ］の長方形、断面積が７．５［ｍｍ２］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例１と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。なお、この実施例２では、第１棒状部材及び第２棒状部材の軸方向の断面積に対する熱機能部材の断面積の比率は０．３８となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１３（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１８８［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．２［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
〔比較例１〕
比較例１では、純度９９［％］のニッケルからなる棒状の給電部材を作製した。給電部材は、軸方向の断面形状及び断面積をそれぞれφ５［ｍｍ］，１９．６３［ｍｍ２］、長手方向の長さを１１０［ｍｍ］に作製した。そして、この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、加熱装置の温度が、４００［℃］に到達して、１００［時間］保持している間に、真空度が低下した。１００［時間］後にチャンバー内の真空度は２５０［Ｔｏｒｒ］であった。また図１４（ａ）に示すように、高温保持されている間の給電部材の電源コネクタの保持部における温度は２００［℃］を超え、給電部材の先端の温度は２２０［℃］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
比較例１では、純度９９［％］のニッケルからなる棒状の給電部材を作製した。給電部材は、軸方向の断面形状及び断面積をそれぞれφ５［ｍｍ］，１９．６３［ｍｍ２］、長手方向の長さを１１０［ｍｍ］に作製した。そして、この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、加熱装置の温度が、４００［℃］に到達して、１００［時間］保持している間に、真空度が低下した。１００［時間］後にチャンバー内の真空度は２５０［Ｔｏｒｒ］であった。また図１４（ａ）に示すように、高温保持されている間の給電部材の電源コネクタの保持部における温度は２００［℃］を超え、給電部材の先端の温度は２２０［℃］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
〔比較例２〕
比較例２では、熱機能部材に該当する部分を軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み２［ｍｍ］の長方形、断面積が１０［ｍｍ２］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例１と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。なお、この比較例２では、第１棒状部材及び第２棒状部材の軸方向の断面積に対する熱機能部材の断面積の比率は０．５１となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１４（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は２１０［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は１１５［Ｔｏｒｒ］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
比較例２では、熱機能部材に該当する部分を軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み２［ｍｍ］の長方形、断面積が１０［ｍｍ２］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例１と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。なお、この比較例２では、第１棒状部材及び第２棒状部材の軸方向の断面積に対する熱機能部材の断面積の比率は０．５１となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１４（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は２１０［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は１１５［Ｔｏｒｒ］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
〔実施例３〕
実施例３では、図１に示すような、第１棒状部材，第２棒状部材，及び熱機能部材を備え、純度９９［％］のニッケルからなる棒状の給電部材を作製した。具体的には、始めに、第１棒状部材と、熱機能部材と、第２棒状部材とが一体になった棒状部材を製造した。給電部材は、軸方向の断面をφ５［ｍｍ］、第１棒状部材の長手方向の長さを８［ｍｍ］、第２棒状部材の長手方向の長さを１０［ｍｍ］、熱機能部材の長手方向の長さを９２［ｍｍ］に作製した。次に、第１棒状部材及び第２棒状部材に該当する部分を、軸方向の断面形状がφ５［ｍｍ］，表面積が１９．６３［ｍｍ２］になるように切削することにより、第１棒状部材及び第２棒状部材を作製した。次に、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み１［ｍｍ］の長方形、表面積及び体積がそれぞれ１１０４［ｍｍ２］及び４６０［ｍｍ３］になるように切削することにより、熱機能部材を形成し、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は２．４０となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１５（ａ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１７０［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．１［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
実施例３では、図１に示すような、第１棒状部材，第２棒状部材，及び熱機能部材を備え、純度９９［％］のニッケルからなる棒状の給電部材を作製した。具体的には、始めに、第１棒状部材と、熱機能部材と、第２棒状部材とが一体になった棒状部材を製造した。給電部材は、軸方向の断面をφ５［ｍｍ］、第１棒状部材の長手方向の長さを８［ｍｍ］、第２棒状部材の長手方向の長さを１０［ｍｍ］、熱機能部材の長手方向の長さを９２［ｍｍ］に作製した。次に、第１棒状部材及び第２棒状部材に該当する部分を、軸方向の断面形状がφ５［ｍｍ］，表面積が１９．６３［ｍｍ２］になるように切削することにより、第１棒状部材及び第２棒状部材を作製した。次に、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み１［ｍｍ］の長方形、表面積及び体積がそれぞれ１１０４［ｍｍ２］及び４６０［ｍｍ３］になるように切削することにより、熱機能部材を形成し、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は２．４０となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１５（ａ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１７０［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．１［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
〔実施例４〕
実施例４では、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状がφ２［ｍｍ］、表面積及び体積がそれぞれ５７７．７６［ｍｍ２］及び２８８．８８［ｍｍ３］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例３と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は２．００となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１５（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１８１［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．８［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
実施例４では、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状がφ２［ｍｍ］、表面積及び体積がそれぞれ５７７．７６［ｍｍ２］及び２８８．８８［ｍｍ３］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例３と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は２．００となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１５（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は１８１［℃］であった。また、高温保持試験後の、チャンバー内の真空度は０．８［Ｔｏｒｒ］を維持した。これにより、高温保持されている間のＯリング近傍の温度は２００［℃］以下であったことが推定される。
〔比較例３〕
比較例３では、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み２［ｍｍ］の長方形、表面積及び体積がそれぞれ１２８８［ｍｍ２］及び９２０［ｍｍ３］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例３と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は１．４０となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１６（ａ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は２１０［℃］であった。また、高温保持試験後のチャンバー内の真空度は１１５［Ｔｏｒｒ］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
比較例３では、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状が幅５［ｍｍ］、厚み２［ｍｍ］の長方形、表面積及び体積がそれぞれ１２８８［ｍｍ２］及び９２０［ｍｍ３］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例３と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は１．４０となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１６（ａ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は２１０［℃］であった。また、高温保持試験後のチャンバー内の真空度は１１５［Ｔｏｒｒ］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
〔比較例４〕
比較例４では、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状がφ２．５［ｍｍ］、表面積及び体積がそれぞれ７２２．２［ｍｍ２］及び４５１．３７５［ｍｍ３］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例３と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は１．６０となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１６（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は２０６［℃］であった。また、高温保持試験後のチャンバー内の真空度は９３［Ｔｏｒｒ］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
比較例４では、熱機能部材に該当する部分を、軸方向の断面形状がφ２．５［ｍｍ］、表面積及び体積がそれぞれ７２２．２［ｍｍ２］及び４５１．３７５［ｍｍ３］になるように切削することによって熱機能部材を形成した以外は実施例３と同様の処理を行うことにより、給電部材を作製した。これにより、熱機能部材の体積に対する表面積の比率は１．６０となった。この給電部材を備えた加熱装置を用いて、高温保持試験を行ったところ、図１６（ｂ）に示すように、高温保持されている間の第２棒状部材の先端における温度は２０６［℃］であった。また、高温保持試験後のチャンバー内の真空度は９３［Ｔｏｒｒ］であった。また、高温保持試験後のＯリングの内面に溶融痕が観察された。
１００：給電部材
１０１：第１棒状部材
１０２：熱機能部材
１０３：第２棒状部材
１０１：第１棒状部材
１０２：熱機能部材
１０３：第２棒状部材
Claims (6)
- 管状の支持部材の中空部に備えられ、支持部材が支持するセラミック基体内に埋設された抵抗発熱体又は電極の少なくとも１つに給電する給電部材であって、
給電対象に接続する第１棒状部材と、
電源に接続する第２棒状部材と、
前記第１棒状部材と前記第２棒状部材との間に設けられ、第１棒状部材と第２棒状部材と比較して、軸方向の断面積が小さく、且つ、表面積が大きい熱機能部材と
を備えることを特徴とする給電部材。 - 前記熱機能部材の軸方向の断面積の割合は、前記第１棒状部材及び前記第２棒状部材の軸方向の断面積に対し０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の給電部材。
- 前記熱機能部材の軸方向の断面は中空であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の給電部材。
- 前記熱機能部材の表面積と体積の比が２．０以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の給電部材。
- 前記熱機能部材の軸方向の側面に複数の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の給電部材。
- 電力が供給される抵抗発熱体又は電極の少なくとも１つが埋設されたセラミック基体と、前記セラミック基体を支持する管状の支持部材と、前記支持部材の中空部に備えられ、前記抵抗発熱体又は前記電極の少なくとも１つに給電する給電部材とを備える加熱装置であって、
前記給電部材は、
給電対象に接続する第１棒状部材と、
電源に接続する第２棒状部材と、
前記第１棒状部材と前記第２棒状部材との間に設けられ、第１棒状部材と第２棒状部材と比較して、軸方向の断面積が小さく、且つ、表面積が大きい熱機能部材と
を備えることを特徴とする加熱装置。
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