JP2006302888A - 給電部材及び加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の信頼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との熱膨張による長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材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との熱膨張による長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材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、従来のセラミックヒータにおいては、給電部材と支持部材は異なる材料により形成されていると共に、給電部材と支持部材とでは使用時の温度が異なる場合が多いために、給電部材と支持部材の熱膨張の差が大きくなる。また、上述の通り、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。また、給電部材の他端は、チャンバー内を気密に保持するためにＯリングによって保持，固定されている。
このため、従来のセラミックヒータの構成によれば、給電部材が温度変化に応じて自由に熱膨張することができないために、抵抗発熱体や電極と給電部材の接合部分に過度な応力が発生することにより、給電部材が抵抗発熱体や電極から外れてしまったり（端子外れ）、接合部の近傍のセラミック基体にクラックが生じたりする可能性がある。従って、従来のセラミックヒータは信頼性の面で問題を有する。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、加熱装置の信頼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ことにある。
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棒状部材の熱膨張に伴う長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材とを備えることにある。
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、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棒状部材との熱膨張に伴う長手方向の変形に対応して、長手方向に収縮する熱膨張吸収部材とを備えることにある。
なお、熱膨張吸収部材は、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より形成された部材であってもよい。このような構成によれば、熱膨張吸収部材は、ばね性を有する構造を備えることができ、熱膨張による変形に対して、より適切に収縮し、給電部材の熱膨張による変形量を吸収できる。
また、熱膨張吸収部材は湾曲部を備えていてもよい。このような構成によれば、熱膨張吸収部材は、断面形状を変更する必要がないため、給電部材全体の強度を維持しつつ、ばね性を有する構造又は、座屈しやすい構造を備えることができる。従って、熱膨張吸収部材は、熱膨張による変形に対して、より適切に収縮又は座屈し、給電部材の熱膨張による変形量を吸収できる。
また、熱膨張吸収部材と棒状部材のヤング率の差は５０［ＧＰａ］以上であることが望ましい。このような構成によれば、熱膨張吸収部材は、更に収縮しやすくなり、熱膨張による変形に対して、より適切に収縮し、給電部材の熱膨張による変形量を吸収できる。
また、山状の屈曲部から隣接する次の山状の屈曲部までの長手方向の長さｐに対する山状の屈曲部から隣接する谷状の屈曲部までの短手方向の長さａの割合ａ／ｐが０．２以上２以下であることが望ましい。
本発明によれば、給電部材は熱膨張吸収部材を備えることにより収縮性を有するようになるので、給電部材を給電対象に接続させた際に、給電により給電部材に熱が加わり、給電部材が熱膨張する場合であっても、熱膨張吸収部材が収縮することにより、熱膨張に伴う給電部材の長手方向の変形量を吸収し、信頼性を向上させることができる。
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に用いる棒状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は給電部材の側面図は示し、図２は図１の矢印Ａ方向からみた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は給電部材の側面図は示し、図２は図１の矢印Ａ方向からみた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、給電対象に接続される第１棒状部材１０１と、電源に接続される第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の熱膨張に伴う長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材１０２とを備える。
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に電気抵抗率が小さい方がより好ましい。このため、給電部材１００はＮｉ基耐熱合金によって形成されていることが望ましい。また、Ｎｉ基耐熱合金はＮｉ純度が９９［％］以上であるものを用いることがより好ましい。
第１棒状部材１０１及び第２棒状部材１０３の直径Ｄ１０１は、電気抵抗率を小さくするために、大きい方がより好ましい。但し、給電部材１００は管状の支持部材の中空部に発熱体給電部材等と共に備えられるため、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。
熱膨張吸収部材１０２の長手方向の長さＬ１０２は３［ｍｍ］以上であることが好ましい。但し、長さＬ１０２が短すぎると熱膨張吸収部材１０２に過大な繰り返し応力がかかることによって熱膨張吸収部材１０２が破断する可能性があり、逆に長さＬ１０２が長すぎるとコネクタを装着することが困難になるので、長さＬ１０２は３［ｍｍ］以上５０［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
熱膨張吸収部材１０２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より形成された部材であることが望ましい。なお、山状及び谷状の屈曲部の形状は、特に限定されることはなく、例えば三角形形状や図３に示すようなサインカーブ形状にすることができる。また、山状及び谷状の屈曲部の数ｎは、長さＬ１０２と給電部材１００の熱膨張に伴う長手方向の変形量に依存するため１〜５０個とする。特に、屈曲部の数ｎは１〜１０個であることがより好ましい。
熱膨張吸収部材１０２の山状の屈曲部から次の山状の屈曲部までのピッチｐ１０２は長さＬ１０２を屈曲部の数ｎで除したものを元に算出する。熱膨張吸収部材１０２の山状の屈曲部から谷状の屈曲部までの距離である振幅ａのピッチｐに対する割合ａ／ｐは０．２以上２以下である。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吸収するために大きいほどよい。但し、給電部材１００の振幅ａが大き過ぎる場合、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、振幅ａのピッチｐに対する割合ａ／ｐは０．２以上１．５以下であることがより好ましい。
熱膨張吸収部材１０２はできるだけ低温環境に保持されることが好ましい。具体的には、電源に接続し、低温環境に保持される第２棒状部材１０３の長手方向の長さＬ１０３を１［ｍｍ］以上１００［ｍｍ］以下にすることにより、熱膨張吸収部材１０２を低温環境に保持することができる。なお、長さＬ１０３は３［ｍｍ］以上５０［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
熱膨張吸収部材１０２の幅ｗ１０２は第１棒状部材１０１及び第２棒状部材１０３の直径Ｄ１０１と同じかそれ以下である。熱膨張吸収部材１０２の厚みｔ１０２は３［ｍｍ］以下である。但し、幅ｗ１０２及び厚みｔ１０２が小さ過ぎる場合、長手方向に収縮を繰り返した際に熱膨張吸収部材１０２が短時間で切断する可能性がある。従って、幅ｗ１０２は１［ｍｍ］以上、直径Ｄ１０１以下であることがより好ましい。また、厚みｔ１０２は０．２［ｍｍ］以上２［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
〔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１０１と、熱膨張吸収部材１０２と、第２棒状部材１０３とが一体になった棒状部材を製造し、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を有する型に薄板状部材を押し付けることにより熱膨張吸収部材１０２を形成し、給電部材１００を製造する。なお、薄板状部材を型に押し付けて熱膨張吸収部材１０２を形成した後に、熱膨張吸収部材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により給電部材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との熱膨張による長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材１０２とを備えるため、給電部材１００に収縮性を持たせることができる。
これによれば、給電部材１００を給電対象に接続させた際に、給電により給電部材１００に熱が加わり、熱膨張を起こす場合であっても、熱膨張吸収部材１０２が収縮することにより、熱膨張による変形量を吸収することができる。従って、給電部材１００が、熱膨張による変形量を吸収できる構造を備えることにより、装置の信頼性を向上させることができる。
また、熱膨張吸収部材１０２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ことにより、ばね性を有する構造を備えることができる。これにより、熱膨張吸収部材１０２は、熱膨張に対してより適切に収縮し、給電部材１００の熱膨張による変形量を吸収できる。
［実施例２］
〔給電部材の構成〕
次に、図４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、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４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、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。
本実施形態では、熱膨張吸収部材１３２は、図４に示すように、第１棒状部材１３１及び第２棒状部材１３３の長手方向の中心線からの距離である屈曲量ｙ１３２が０．１［ｍｍ］以上離れている湾曲部を備える。熱膨張吸収部材１３２の長手方向の長さＬ１３２は３［ｍｍ］以上である。給電部材１３０としてある程度の強度を保つ点を留意すると、長さＬ１３２は、５［ｍｍ］以上、且つ、長さＬ１３０よりも１０［ｍｍ］短い長さ以下であることがより好ましい。屈曲量ｙ１３２は０．１［ｍｍ］以上２０［ｍｍ］以下である。但し、給電部材１３０の強度を保つために、更に支持部材内の収納スペースの点からも、屈曲量ｙ１３２は０．５［ｍｍ］以上１０［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
〔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１３１と、熱膨張吸収部材１３２と、第２棒状部材１３３とが一体になった棒状部材を製造する。次に、棒状部材を第１棒状部材１３１及び第２棒状部材１３３の長手方向の中心線からの距離である屈曲量ｙ１３２が０．１［ｍｍ］以上離れている湾曲部を有する型に押し付けることにより熱膨張吸収部材１３２を形成し、給電部材１３０を製造する。
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１３０によれば、熱膨張吸収部材１３２は、第１棒状部材１３１及び第２棒状部材１３３の長手方向の中心線からの距離である屈曲量ｙ１３２が０．１［ｍｍ］以上離れている湾曲部を備えるため、熱膨張吸収部材１３３の断面形状を変更する必要がなく、給電部材１３０全体の強度を維持しつつ、ばね性を有する構造又は、座屈しやすい構造を備えることができる。従って、熱膨張吸収部材１３２は、熱膨張による変形に対して、より適切に収縮又は座屈し、給電部材１３０の熱膨張による変形量を吸収でき、装置の信頼性を向上させることができる。
［実施例３］
〔給電部材の構成〕
次に、図５を参照して、本発明の第３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、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５を参照して、本発明の第３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、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。
本実施形態では、熱膨張吸収部材１５２は、ヤング率が第１棒状部材１５１及び第２棒状部材１５３のヤング率よりも５０［ＧＰａ］以上小さい部材により形成されている。なお、このような部材の組み合わせの具体例については後述の実施例に示す。熱膨張吸収部材１５２の長手方向の長さＬ１５２は０．１［ｍｍ］以上５０［ｍｍ］以下である。但し、給電部材１５０の強度を保つために、長さＬ１５２は０．３［ｍｍ］以上３０［ｍｍ］以下であることがより好ましい。
〔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１５０は、熱膨張吸収部材１５２と、第１棒状部材１５１と、第２棒状部材１５３とをそれぞれ溶接、ロウ付け、摩擦による圧接することにより、製造することができる。なお、熱膨張吸収部材１５２と、第１棒状部材１５１と、第２棒状部材１５３とをそれぞれ、かしめ、圧入、焼きばめ、ねじ止めにより接続することで、給電部材１５０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１５０によれば、熱膨張吸収部材１５２は、ヤング率が第１棒状部材１５１及び第２棒状部材１５３のヤング率よりも５０［ＧＰａ］以上小さい部材により形成されているので、更に収縮しやすくなり、熱膨張に対してより適切に収縮し、給電部材１５０の熱膨張による変形量を吸収できる。従って、給電部材１５０は、更に装置の信頼性を向上できる。
〔その他の実施形態及び変形例〕
本発明に係る給電部材は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば図６に示すように、熱膨張吸収部材１１２は棒状部材を螺旋状に巻いた構造であってもよい。また図７に示すように、熱膨張吸収部材１２２は薄板部材を螺旋状に巻いた構造であってもよい。このような構成によれば、熱膨張吸収部材は、ばね性を有する構造を備えることができ、熱膨張による変形に対して、より適切に収縮し、給電部材の熱膨張による変形量を吸収できる。従って、給電部材は、装置の信頼性を向上させることができる。
本発明に係る給電部材は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば図６に示すように、熱膨張吸収部材１１２は棒状部材を螺旋状に巻いた構造であってもよい。また図７に示すように、熱膨張吸収部材１２２は薄板部材を螺旋状に巻いた構造であってもよい。このような構成によれば、熱膨張吸収部材は、ばね性を有する構造を備えることができ、熱膨張による変形に対して、より適切に収縮し、給電部材の熱膨張による変形量を吸収できる。従って、給電部材は、装置の信頼性を向上させることができる。
〔給電部材の適用例〕
上記実施形態の給電部材は、例えば図８に示すような加熱装置に適用することができる。図８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８に示すような加熱装置に適用することができる。図８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、板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。
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、第１棒状部材と第２棒状部材との熱膨張による長手方向の変形に対応して、該長手方向に収縮する熱膨張吸収部材とを備える。
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、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８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した。なお、セラミック基体は厚みを１０［ｍｍ］、直径φを３２０［ｍｍ］に形成した。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した。次に、インコネルからなる支持部材を作製し、セラミック基体とねじ固定接合により接合した。なお、支持部材の長さは２００［ｍｍ］に形成した。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給電部材を３本、抵抗発熱体の温度を測定するプローブとして熱電対プローブを１本それぞれ設けた。そして、作製した加熱装置を用いてサイクル試験を行った。具体的には、チャンバー内を窒素ガスの圧力を１０［ｍTorr］、抵抗発熱体の温度を５００［℃］にそれぞれ設定し、１０［℃／分］の速度で温度を上げた。次に、抵抗発熱体の温度が５００［℃］に到達した時点で１０［℃／分］の速度で２００［℃］まで温度を下げた。これを１０００サイクル繰り返して加熱装置を観察した。
次に、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８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した。なお、セラミック基体は厚みを１０［ｍｍ］、直径φを３２０［ｍｍ］に形成した。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した。次に、インコネルからなる支持部材を作製し、セラミック基体とねじ固定接合により接合した。なお、支持部材の長さは２００［ｍｍ］に形成した。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給電部材を３本、抵抗発熱体の温度を測定するプローブとして熱電対プローブを１本それぞれ設けた。そして、作製した加熱装置を用いてサイクル試験を行った。具体的には、チャンバー内を窒素ガスの圧力を１０［ｍTorr］、抵抗発熱体の温度を５００［℃］にそれぞれ設定し、１０［℃／分］の速度で温度を上げた。次に、抵抗発熱体の温度が５００［℃］に到達した時点で１０［℃／分］の速度で２００［℃］まで温度を下げた。これを１０００サイクル繰り返して加熱装置を観察した。
〔実施例１〕
実施例１では、図９（ａ）に示すように、給電部材を構成する第１及び第２棒状部材をヤング率が２０５［ＧＰａ］であるＮｉにより形成した。また、第１棒状部材及び第２棒状部材の長手方向の長さはそれぞれ２００及び１０［ｍｍ］とし、断面形状は共にφ５［ｍｍ］とした。また、給電部材を構成する熱膨張吸収部材もＮｉにより形成した。また、熱膨張吸収部材のピッチｐ，振幅ａ，及び振幅ａ／ピッチｐの値はそれぞれ５，２，０．４とし、長手方向の長さは３０［ｍｍ］とした。また、熱膨張吸収部材の断面形状は５×０．３［ｍｍ］の長方形形状とした。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、端子外れが発生していないことが確認された。
実施例１では、図９（ａ）に示すように、給電部材を構成する第１及び第２棒状部材をヤング率が２０５［ＧＰａ］であるＮｉにより形成した。また、第１棒状部材及び第２棒状部材の長手方向の長さはそれぞれ２００及び１０［ｍｍ］とし、断面形状は共にφ５［ｍｍ］とした。また、給電部材を構成する熱膨張吸収部材もＮｉにより形成した。また、熱膨張吸収部材のピッチｐ，振幅ａ，及び振幅ａ／ピッチｐの値はそれぞれ５，２，０．４とし、長手方向の長さは３０［ｍｍ］とした。また、熱膨張吸収部材の断面形状は５×０．３［ｍｍ］の長方形形状とした。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、端子外れが発生していないことが確認された。
〔実施例２〕
実施例２では、図９（ｂ）に示すように、給電部材を構成する第１及び第２棒状部材をヤング率が２０５［ＧＰａ］であるＮｉにより形成した。また、第１棒状部材及び第２棒状部材の長手方向の長さはそれぞれ２００及び１０［ｍｍ］とし、断面形状は共にφ５［ｍｍ］とした。一方、熱膨張吸収部材はヤング率が１１０［ＧＰａ］のＣｕにより形成され、熱膨張吸収部材をヤング率が第１及び第２棒状部材のヤング率よりも９５［ＧＰａ］小さい部材により形成した。また、熱膨張吸収部材の断面形状はφ５［ｍｍ］とした。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、端子外れが発生していないことが確認された。
実施例２では、図９（ｂ）に示すように、給電部材を構成する第１及び第２棒状部材をヤング率が２０５［ＧＰａ］であるＮｉにより形成した。また、第１棒状部材及び第２棒状部材の長手方向の長さはそれぞれ２００及び１０［ｍｍ］とし、断面形状は共にφ５［ｍｍ］とした。一方、熱膨張吸収部材はヤング率が１１０［ＧＰａ］のＣｕにより形成され、熱膨張吸収部材をヤング率が第１及び第２棒状部材のヤング率よりも９５［ＧＰａ］小さい部材により形成した。また、熱膨張吸収部材の断面形状はφ５［ｍｍ］とした。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、端子外れが発生していないことが確認された。
〔実施例３〕
実施例３では、図９（ｃ）に示すように、熱膨張吸収部材をヤング率が６９［ＧＰａ］のＡｌにより形成し、熱膨張吸収部材をヤング率が第１及び第２棒状部材のヤング率よりも１３６［ＧＰａ］小さい部材により形成した以外は実施例２と同様の処理を行うことにより給電部材を作製した。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、端子外れが発生していないことが確認された。
実施例３では、図９（ｃ）に示すように、熱膨張吸収部材をヤング率が６９［ＧＰａ］のＡｌにより形成し、熱膨張吸収部材をヤング率が第１及び第２棒状部材のヤング率よりも１３６［ＧＰａ］小さい部材により形成した以外は実施例２と同様の処理を行うことにより給電部材を作製した。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、端子外れが発生していないことが確認された。
〔比較例１〕
比較例１では、図１０（ａ）に示すように、給電部材をヤング率が２０５［ＧＰａ］であるＮｉにより形成された棒状部材のみにより形成し、熱膨張吸収部材を設けなかった。また、棒状部材の長手方向の長さは２４０［ｍｍ］とし、断面形状はφ５［ｍｍ］とした。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、２本の給電端子が外れていることが確認された。
比較例１では、図１０（ａ）に示すように、給電部材をヤング率が２０５［ＧＰａ］であるＮｉにより形成された棒状部材のみにより形成し、熱膨張吸収部材を設けなかった。また、棒状部材の長手方向の長さは２４０［ｍｍ］とし、断面形状はφ５［ｍｍ］とした。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、２本の給電端子が外れていることが確認された。
〔比較例２〕
比較例２では、図１０（ｂ）に示すように、給電部材を構成する熱膨張吸収部材をヤング率が１９３［ＧＰａ］のＳＵ３１６により形成し、熱膨張吸収部材をヤング率が第１及び第２棒状部材のヤング率よりも１２［ＧＰａ］小さい部材により形成した以外は実施例２と同じ処理を行うことにより、比較例２の給電部材を作製した。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、給電端子が１本外れていることが確認された。
比較例２では、図１０（ｂ）に示すように、給電部材を構成する熱膨張吸収部材をヤング率が１９３［ＧＰａ］のＳＵ３１６により形成し、熱膨張吸収部材をヤング率が第１及び第２棒状部材のヤング率よりも１２［ＧＰａ］小さい部材により形成した以外は実施例２と同じ処理を行うことにより、比較例２の給電部材を作製した。このような給電部材について、サイクル試験後の端子外れの有無を観察した結果、給電端子が１本外れていることが確認された。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
１００：給電部材
１０１：第１棒状部材
１０２：熱膨張吸収部材
１０３：第２棒状部材
１０１：第１棒状部材
１０２：熱膨張吸収部材
１０３：第２棒状部材
Claims (7)
- 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棒状部材の熱膨張に伴う長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材と
を備えることを特徴とする給電部材。 - 前記熱膨張吸収部材は、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より形成された部材であることを特徴とする請求項１に記載の給電部材。
- 前記熱膨張吸収部材は湾曲部を備えることを特徴とする請求項１に記載の給電部材。
- 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棒状部材の熱膨張に伴う長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材とを備え、
前記熱膨張吸収部材はヤング率が前記第１及び第２棒状部材のヤング率より５０［ＧＰａ］以上小さい部材により形成されていること
を特徴とする給電部材。 - 前記熱膨張吸収部材は、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より形成された部材であることを特徴とする請求項４に記載の給電部材。
- 山状の屈曲部から隣接する次の山状の屈曲部までの長手方向の長さｐに対する山状の屈曲部から隣接する谷状の屈曲部までの短手方向の長さａの割合ａ／ｐが０．２以上２以下であることを特徴とする請求項２又は請求項５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棒状部材の熱膨張に伴う長手方向の変形に対応して長手方向に収縮する熱膨張吸収部材と
を備えることを特徴とする加熱装置。
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