JP3889309B2

JP3889309B2 - Connection structure of power supply electrode rod and power supply terminal, heater element, heating device, and substrate heating device

Info

Publication number: JP3889309B2
Application number: JP2002112146A
Authority: JP
Inventors: 誠中尾; 剛志渡辺; 和典渋川; 嘉彦村上
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP2003308951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、高温での使用に耐え、酸化性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、５７と、給電用端子５７、５７に連結されたリード線５９、５９と、チャンバー１の壁面を貫通してリード線５９、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。
【０００３】
この基板加熱装置３１では、基板支持板１０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。
【０００４】
この基板加熱装置３１では、酸化性雰囲気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。
【０００５】
図８は、図７に示した基板加熱装置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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８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、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。
【０００７】
また、リード線５９が給電用端子５７の軸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５１への不均一な応力が発生してしまう。このリード線５９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。
【０００８】
このような問題を解決する手段として、給電用電極棒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。
【０００９】
本発明は、上記の従来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、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。
【００１０】
【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。
【００１１】
本願発明において、「機械的固定手段」とは、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。
【００１２】
熱膨張係数の小さい導電性炭化珪素焼結体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。
【００１３】
上記の給電用電極棒と給電用端子との連結構造においては、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。
【００１４】
このような給電用電極棒と給電用端子との連結構造では、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。
【００１５】
また、前記被覆層の電気抵抗率は０．１Ω・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。
【００１６】
また、前記被覆層は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。
【００１７】
さらに、前記被覆層の膜厚は１００μｍ以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。
【００１８】
また、上記の給電用電極棒と給電用端子との連結構造においては、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。
【００１９】
また、上記の給電用電極棒と給電用端子と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。
【００２０】
さらに、上記の給電用電極棒と給電用端子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。
【００２１】
また、上記の給電用電極棒と給電用端子と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。
【００２２】
また、上記の目的を達成するために、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、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。
【００２３】
このようなヒータエレメントは、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。
【００２４】
また、上記のヒータエレメントにおいては、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１は、本発明の給電用電極棒と給電用端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。
【００２９】
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。
【００３０】
給電用電極棒４は、２本設けられ、一端４ａ（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２１を挿入するための貫通穴４ｃが形成されている。
【００３１】
また、給電用電極棒４は、導電性炭化珪素焼結体からなり、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。
【００３２】
前記発熱体素子２と給電用電極棒４とを連結する際に、特願平１１−１５４３３６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。
【００３３】
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。
【００３４】
給電用電極棒４の他端４ｂと凹状部７ａが接する接触面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。
【００３５】
被覆層４０の導電率は１×１０^-1Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。導電率が１×１０^-1Ω・ｃｍ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。
【００３６】
さらに被覆層４０として好適な材料としては、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。
【００３７】
被覆層４０の膜厚は、１００μｍ以下が好ましい。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。
【００３８】
被覆層４０を形成する方法は、特に限定さ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。
【００３９】
給電用端子７の凹状部７ａを構成する壁面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。
【００４０】
また、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、Ｆｅ−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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
このようなヒータエレメント２０では、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。
【００４３】
また、給電用端子７とリード線９とは、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。
【００４４】
このようなヒータエレメント２０は、上記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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、本実施形態の給電用電極棒４と給電用端子７との連結構造においては、給電用端子７を、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。
【００４７】
また、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。
【００４８】
さらに、機械的固定手段２５を、給電用電極棒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。
【００４９】
さらに、本実施形態の給電用電極棒４と給電用端子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。
【００５０】
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、ヒータケース６と、基板支持台１０と、熱電対１５と、電流導入端子１０１とを備えている。
【００５１】
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。
【００５２】
電流導入端子１０１は、Ｎｉなどの耐熱性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。
【００５３】
また、この基板加熱装置３０では、給電用端子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１０１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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
【実施例】
以下、本発明を具体的に詳しく説明する。
（実施例１）
「８インチウエハ加熱ユニットによる耐久性試験」
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、図１に示される平面視円形の平板状で、厚み３ｍｍ、直径２４０ｍｍ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。
【００５８】
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を構成する対応する壁面７ｅ、７ｅ同士の距離を１０ｍｍ、壁面７ｅ、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、１０１ａ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。
【００５９】
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１５００℃で３０分間熱処理することにより接合した。
【００６０】
給電用電極棒表面への被覆層の形成は、以下のようにした。
Ｓｉ粉末４０ｗｔ％とＡｕ粉末６０ｗｔ％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１２００℃２０分間熱処理し、膜厚４５μｍのＳｉ−Ａｕ膜を形成した。
【００６１】
また、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、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。
【００６２】
「耐久性の評価」
基板支持板１０の上面１０ａ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。
【００６３】
（実施例２）
図６に示す構造を有する加熱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。
【００６４】
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。
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。
【００６５】
発熱体素子２は、石英製の基板支持台１０に載置し、基板支持台１０及びリフレクタ６０は支柱６６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ＳＵＳ３１６、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。
【００６６】
そして、実施例１に準じて、発熱体素子２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。
【００６７】
給電用電極棒４の一端の給電用端子７との接触面には、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。
【００６８】
その後、図２に示すように、給電用端子７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。
【００６９】
【表１】

【００７０】
（実施例３）
Ａｕ粉末の換わりにＩｒ粉末を表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。
【００７１】
（実施例４）
Ａｕ粉末の換わりにＰｔ粉末を表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。
【００７２】
（実施例５）
Ａｕ粉末の換わりにＰｄ粉末を表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。
【００７３】
（実施例６）
Ａｕ粉末の換わりにＲｕ粉末を表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。
【００７４】
（実施例７）
Ａｕ粉末の換わりにＲｅ粉末を表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。
【００７５】
（実施例８）
給電用電極棒４表面の被覆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。
【００７６】
（実施例９）
給電用電極棒４表面の被覆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。
【００７７】
（実施例１０）
給電用電極棒４表面の被覆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。
【００７８】
（実施例１１）
給電用電極棒４表面の被覆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。
【００７９】
（実施例１２）
給電用電極棒４表面の被覆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。
【００８０】
(比較例)
給電用電極棒へ被覆層を形成しなかった以外は、実施例２と同様とし、比較例とした。
【００８１】
「耐久性の評価試験」
上記のようにして製作した実施例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。
【００８２】
【表２】

【００８３】
実施例２ないし実施例１２においては、いずれも熱サイクル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。
【００８４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の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。
【００８５】
また、本発明においては、給電用端子の軸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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の給電用電極棒と給電用端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】本発明の給電用端子の他の例を示した斜視図である。
【図６】本発明のヒータエレメントの一例を示した概略断面図である。
【図７】従来の基板加熱装置の一例を示した概略断面図である。
【図８】図７に示した基板加熱装置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。
【符号の説明】
１チャンバー
２発熱体素子
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
７ｄ接触面
７ｅ壁面
８シリコンウエハ基板
９、５９、１０３リード線
１０基板支持台
１０ａ上面
１１オーリング（Ｏリング）
１３脚
１５熱電対
１６フランジ部
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、３１基板加熱装置
４０被覆層
５１連結部
６０リフレクタ
６５ヒータベース
６６支柱
１０１電流導入端子
１０１ａ電流導入棒部
１０２コネクタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection structure between a power supply electrode rod and a power supply terminal, a heater element having the connection structure, a heating device, and a substrate heating device, and in particular, damage to a connection portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal. The present invention relates to a connection structure that can be prevented and has excellent durability, a heater element having the connection structure, a heating device using the heater element, and a substrate heating device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a substrate heating apparatus as shown in FIG. 7 is known as a substrate heating apparatus that can withstand use at a high temperature and is used in any use atmosphere including an oxidizing atmosphere.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional substrate heating apparatus.
The substrate heating device 31 includes a chamber 1, a conductive ceramic sintered body, a heat generating element 2 that generates heat when energized, and a power supply made of a conductive ceramic sintered body having one end connected to the heat generating element 2.

Electrode rods

54, 54,

power supply terminals

57, 57 connected to the other ends of the power

supply electrode rods

54, 54,

lead wires

59, 59 connected to the

power supply terminals

57, 57, and chamber 1

Current introduction terminals

101 and 101 for introducing current to the

lead wires

59 and 59 through the wall surface, the substrate support 10 and the thermocouple 15 are provided.
[0003]
In this substrate heating device 31, the silicon wafer substrate 8 is placed on the upper surface 10 a of the substrate support plate 10, and the

lead wires

59 and 103, the current introduction terminal 101, the power supply terminal 57, and the power supply electrode rod 54 are connected. Then, by supplying power to the heating element 2 disposed on the lower surface of the substrate support plate 10, the heating element 2 is heated and the silicon wafer substrate 8 is heated via the substrate support 10. It is like that.
[0004]
In the substrate heating device 31, the power supply terminal 57 is a metal having excellent heat resistance and oxidation resistance, for example, Ni, Pt, Ag, Au, Ir, Pd, Inconel so that it can be used even in an oxidizing atmosphere. What is formed by the metal thin plate which consists of an alloy, a Monel alloy, etc. is used. Further, in this substrate heating apparatus 31, the power supply electrode bar 54 and the power supply terminal 57 have a connection structure as shown in FIG.
[0005]
FIG. 8 is a view showing an example of a connection structure between the power supply electrode rod and the lead wire in the substrate heating apparatus shown in FIG. 7, FIG. 8 (a) is a side view, and FIG. These are the figures seen from the edge part by the side to which the lead wire in the electrode rod for electric power feeding is connected.
In FIG. 8, reference numeral 51 indicates a connecting portion between the power supply electrode rod 54 and the lead wire 59. In the connecting portion 51, the power supply electrode rod 54 and the lead wire 59 are formed by inserting a metal bolt 52 into a through hole 58 of the power supply terminal 57 wound around the end portion of the power supply electrode rod 54. The lead wire 59 is connected to the portion to which the power feeding terminal 57 is fixed by fixing with a nut and washer made of metal.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the connection structure of the power supply electrode bar 54 and the lead wire 59 shown in FIG. 8, the contact area between the power supply terminal 57 made of metal and the power supply electrode bar 54 made of a conductive ceramic sintered body is The discharge decreases due to the difference in thermal expansion coefficient between the power supply terminal 57 and the power supply electrode rod 54, and abnormal discharge occurs due to the formation of a gap between the power supply terminal 57 and the power supply electrode rod 54. Cheap. For this reason, there is a problem that when the heating element 2 is energized, the connecting portion between the feeding electrode rod 54 and the lead wire 59 is easily damaged, and the durability is not sufficient.
[0007]
In addition, since the lead wire 59 is not connected to the central portion of the shaft of the power supply terminal 57, when the temperature of the substrate heating device 31 is increased, non-uniform stress on the connection portion 51 due to thermal expansion of the lead wire 59. Will occur. The uneven stress due to the thermal expansion of the lead wire 59 is repeatedly applied to the connecting portion 51 every time the temperature of the substrate heating device 31 is raised, so that the connecting portion 51 is loosened. 54 caused a contact failure.
[0008]
As a means for solving such a problem, the power supply electrode rod 54 is long and the connection portion 51 is connected to the heating element 2 so that the temperature of the connection portion 51 between the power supply electrode rod 54 and the power supply terminal 57 does not rise. However, according to this, there is a problem that the whole substrate heating device 31 is enlarged.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a specific technical problem for that purpose is the connection between the power supply electrode rod and the power supply terminal without increasing the size of the apparatus. An object of the present invention is to provide a connecting structure that can prevent the breakage of the portion and obtain excellent durability.
Another object of the present invention is to provide a heater element having the connection structure, a heating device using the heater element, and a substrate heating device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The connection structure between the power supply electrode rod and the power supply terminal of the present invention is for power supply made of a conductive silicon carbide sintered body having one end connected to a heat generating element made of a conductive silicon carbide sintered body that generates heat when energized. A connection structure of an electrode rod and a metal power supply terminal connected to the other end of the power supply electrode rod, wherein the power supply terminal and the power supply electrode rod are fixed by a mechanical fixing means, A coating layer is formed on a contact surface of the power supply electrode rod with the power supply electrode terminal.
[0011]
In the present invention, the “mechanical fixing means” is for fastening and fixing the fitting portion, strengthens the connection between the power supply electrode rod and the power supply terminal, and suppresses thermal expansion of the power supply terminal. Is. Specifically, for example, a bolt, a nut and a washer are included.
[0012]
If a conductive silicon carbide sintered body having a small thermal expansion coefficient is used as a power supply electrode rod, thermal expansion due to temperature rise can be suppressed, and a reduction in contact area between the power supply electrode rod and the power supply terminal can be prevented. For this reason, it becomes difficult to produce a clearance gap between the electrode rod for electric power feeding, and the terminal for electric power feeding, and an abnormal discharge does not generate | occur | produce. Therefore, it is possible to prevent the connection portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal from being damaged, and excellent durability can be obtained.
Moreover, by forming a coating layer on the contact surface between the power supply electrode bar and the power supply terminal, it is possible to prevent deterioration of the surface of the power supply electrode bar due to heating in an oxidizing atmosphere. Can be improved.
[0013]
In the connection structure of the power supply electrode rod and the power supply terminal, a concave portion is formed in the power supply terminal, and the other end of the power supply electrode rod is inserted into the concave portion, and the power supply terminal It is preferable that the terminal is fitted to the feeding electrode rod to form a fitting portion, and the feeding terminal and the feeding electrode rod are fixed by a mechanical fixing means in the fitting portion.
[0014]
In such a connection structure between the power supply electrode rod and the power supply terminal, the power supply electrode rod and the power supply terminal are mechanically fixed at the fitting portion, and thus the connection structure is heated. Thermal expansion in the lateral direction of the metal power supply terminal can be suppressed, and a reduction in the contact area between the power supply electrode rod and the power supply terminal can be prevented. For this reason, it becomes difficult to produce a clearance gap between the electrode rod for electric power feeding, and the terminal for electric power feeding, and an abnormal discharge does not generate | occur | produce. Moreover, since the said coating layer contacts in the inside of a recessed part, the contact resistance of the electrode rod for electric power feeding and the terminal for electric power feeding can be reduced easily. Therefore, heat generation and breakage of the connecting portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal can be prevented, and excellent durability can be obtained.
[0015]
The coating layer preferably has an electrical resistivity of 0.1 Ω · cm or less. By setting the resistance to 0.1 Ω · cm or less, the resistance value is sufficiently lower than that of the heating element portion, and heat generation at the contact surface between the feeding electrode bar and the feeding terminal can be suppressed. Durability is obtained.
[0016]
The coating layer is preferably made of at least one metal selected from Pt, Au, Pd, Si, Ir, Ru, and Re. Since these metals all have high conductivity, the resistance value on the contact surface between the power supply electrode rod and the power supply terminal can be minimized. Furthermore, since these metals all have excellent oxidation resistance at high temperatures, it is possible to prevent oxidation of the surface of the power supply electrode rod. Therefore, it is possible to prevent heat generation and breakage of the connecting portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal, and excellent durability can be obtained.
[0017]
Furthermore, the film thickness of the coating layer is desirably 100 μm or less. By setting the thickness to 100 μm or less, even when a thermal cycle by energization is applied, cracks and peeling due to a difference in thermal expansion do not occur, and excellent durability is obtained.
[0018]
In the connection structure of the power supply electrode rod and the power supply terminal, the power supply terminal is formed of any one of Ni, Pt, Ag, Au, Ir, Pd, Inconel alloy, and Monel alloy. It is desirable that
By adopting such a connection structure of the power supply electrode rod and the power supply terminal, the power supply terminal is excellent in heat resistance and oxidation resistance, and the durability can be further improved. As a result, sufficient durability can be obtained even when used at high temperatures in the air or in an oxidizing atmosphere, and can be used without any trouble even when used at high temperatures in the air or in an oxidizing atmosphere. It will be excellent.
[0019]
In the connection structure of the power feeding electrode rod and the power feeding terminal, the mechanical fixing means has a difference in thermal expansion coefficient of 2 × 10 2 from that of the power feeding electrode rod.^- ⁶It is desirable that it be formed of a material having a temperature of / ° C. or lower.
By adopting such a connection structure between the electrode rod for power supply and the terminal for power supply, the contact between the electrode rod for power supply and the terminal for power supply is caused by thermal expansion of the power supply terminal when the temperature of the connection structure is increased. It is possible to effectively prevent the area from being reduced and cause abnormal discharge, and the durability can be further improved.
[0020]
Furthermore, in the connection structure of the power supply electrode rod and the power supply terminal, the mechanical fixing means is preferably made of a conductive silicon carbide sintered body.
By connecting the power supply electrode rod and the power supply terminal, there is no difference in the thermal expansion coefficient between the mechanical fixing means and the power supply electrode rod, and the durability is further improved. Can do.
[0021]
In the connection structure between the power supply electrode rod and the power supply terminal, the thickness of the wall surface forming the concave portion is preferably in the range of 0.05 to 3 mm.
By connecting the power supply electrode rod and the power supply terminal, current can flow sufficiently, and the wall surface is thermally expanded to reduce the contact area between the power supply electrode rod and the power supply terminal. By doing so, it is possible to prevent the connection portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal from being damaged, and excellent durability can be obtained.
[0022]
In order to achieve the above object, the heater element of the present invention includes a heating element that generates heat when energized, a power supply electrode bar having one end connected to the heating element, and the power supply electrode bar. It has at least a power supply terminal connected to the end, and has a connection structure between the power supply electrode bar and the power supply terminal described in any of the above.
[0023]
Since such a heater element has a connection structure between the feeding electrode rod and the feeding terminal described in any of the above, the heat in the lateral direction of the feeding terminal when the heater element is heated is heated. Expansion can be suppressed, the contact area between the power supply electrode rod and the power supply terminal can be prevented from being reduced, and a gap is hardly formed between the power supply electrode rod and the power supply terminal, so that abnormal discharge does not occur. . Therefore, it is possible to prevent the connection portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal from being damaged, and excellent durability can be obtained.
[0024]
In the heater element described above, it is preferable that the power feeding terminal has a lead wire connected to a central portion of the shaft of the power feeding terminal.
With such a heater element, when the temperature of the heater element is raised, the stress on the connecting portion between the lead wire and the power supply terminal generated by the thermal expansion of the lead wire becomes uniform, and the lead wire The contact failure between the lead wire and the power supply terminal due to the difference in thermal expansion coefficient with the power supply terminal can be prevented, and the durability can be further improved.
[0025]
In order to achieve the above object, the heating device of the present invention is characterized by including at least a chamber and the heater element described above.
Since such a heating device includes any of the heater elements described above, it is possible to prevent damage to the connecting portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal, and excellent durability is obtained. It will be.
[0026]
In order to achieve the above object, a substrate heating apparatus of the present invention is provided with a chamber, the heater element described in any of the above, and the chamber, and a substrate is placed on one surface. The other surface is provided with at least a substrate support on which the heating element of the heater element is disposed.
Since such a substrate heating apparatus includes any of the heater elements described above, it is possible to prevent breakage of the connection portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal, and excellent durability. It will be obtained.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this embodiment is for demonstrating the summary of this invention, and does not limit this invention unless there is particular limitation.
[0028]
FIG. 1 is a view for explaining an example of a heater element having a connection structure of a power supply electrode rod and a power supply terminal of the present invention, and FIG. 1A is a plan view seen from the heating element side. FIG. 1 (b) is a side view.
In FIG. 1, the code | symbol 20 has shown the heater element. The heater element 20 includes a heating element 2, a power supply electrode rod 4, a power supply terminal 7, and mechanical fixing means 25, and is disposed in a chamber (not shown).
[0029]
The heat generating element 2 generates heat when energized, and has a circular plate shape in plan view as shown in FIG. 1 so that the width of the heat generating element 2 gradually decreases from the central portion toward the outer peripheral portion. It has a spiral shape.
The heating element 2 is made of a conductive silicon carbide sintered body, and has a high purity and does not cause metal contamination. For example, the heat conductivity at room temperature described in Japanese Patent No. 2726694 is 120 W / A conductive silicon carbide material having m · K or more and an emissivity of 0.75 or more is preferably used.
[0030]
Two feeding electrode rods 4 are provided, one end 4a (end on the heating element side) is connected to the heating element 2 and the other end 4b (end on the feeding terminal side) is shown in FIG. As shown in the figure, it is formed in a shape that can be received and fitted in the concave portion 7a of the power supply terminal 7, and a through hole 4c for inserting the bolt 21 is formed.
[0031]
Further, the power supply electrode rod 4 is made of a conductive silicon carbide sintered body, and is made of the same material as the conductive silicon carbide sintered body used in the heating element 2 so as to have high thermal conductivity and thermal expansion. It is preferable in terms of the above.
[0032]
When connecting the heating element 2 and the power supply electrode rod 4, as disclosed in Japanese Patent Application No. 11-154336, if bonding is performed using a bonding agent containing Si, the heater element is placed in an oxidizing atmosphere. In an inert atmosphere or a reducing atmosphere, it can be suitably used. Further, the connection between the heating element 2 and the electrode rod 4 for power supply may be a mechanical connection using, for example, a bolt made of a conductive silicon carbide sintered body. May be used in combination with the general connection method.
[0033]
The power feeding terminal 7 is provided at each of the other ends 4 b of the two power feeding electrode bars 4. As shown in FIG. 3, a concave portion 7 a that can receive and fit the other end 4 b of the power supply electrode rod 4 is formed at one end of the power supply terminal 7. The concave portion 7a has a U-shape in cross section, and the bottom is rectangular. Moreover, the through-

holes

7c and 7c for inserting a volt | bolt are provided in the

wall surfaces

7e and 7e which comprise the recessed part 7a.
[0034]
A coating layer 40 is formed on the surface of the power supply electrode rod 4 at the contact surface 7d portion where the other end 4b of the power supply electrode rod 4 contacts the concave portion 7a. The covering layer 40 is made of a material having high thermal conductivity and electrical conductivity, and having corrosion resistance and oxidation resistance in a high-temperature oxidizing atmosphere. It may be a composite material having a main component.
[0035]
The conductivity of the covering layer 40 is 1 × 10^-1It is preferable that it is below Ω · cm. Conductivity is 1 × 10^-1If it exceeds Ω · cm, heat is generated in the covering layer 40 by energization, the contact surface 7d becomes high temperature, and the connecting portion between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 may be damaged in a short time. This is not preferable.
[0036]
Furthermore, examples of suitable materials for the coating layer 40 include Pt, Au, Pd, Si, Ir, Ru, and Re so that they are excellent in heat resistance and not oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere. In addition to pure metals, alloys of one or more metals selected from these can be exemplified. Among these, Pt, Pt—Si alloy, Au—Si alloy, Ir—Si alloy and the like can be preferably used.
[0037]
The film thickness of the coating layer 40 is preferably 100 μm or less. When the film thickness exceeds 100 μm, it is not preferable because a thermal cycle caused by energization may cause cracks or peeling due to a difference in thermal expansion, reducing the contact area and causing damage to the connecting portion.
[0038]
The method for forming the coating layer 40 is not particularly limited,
(1) A method in which the metal fine particles are suspended in an organic solvent to form a suspension, which is then applied by brush coating or dip coating and heat-treated.
(2) A method in which the metal colloid is deposited by a wet reduction method to form a suspension, which is then applied by brush coating or dip coating and then heat-treated.
(3) A method of applying heat treatment by brushing or dip coating using a solution of chloride, nitrate, bromide or the like containing the above metal.
(4) A method of forming by plating, CVD, sputtering, thermal spraying or the like.
Etc. can be illustrated. In the method (1), an organic or inorganic binder may be included.
[0039]
The thickness t of the wall surface 7e constituting the concave portion 7a of the power feeding terminal 7 is preferably in the range of about 0.05 to 3 mm. When the thickness t of the wall surface 7e is less than 0.05 mm, it is not preferable because there is a fear that a sufficient current cannot be passed or a sufficient strength cannot be obtained. Further, when the wall surface 7e has a thickness t exceeding 3 mm, the contact area between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 is reduced due to thermal expansion of the wall surface 7e, and the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 are reduced. This is not preferable because there is a risk of damage to the connecting portion.
[0040]
As shown in FIG. 2, a lead wire 9 is connected to the central portion of the shaft of the power supply terminal 7 at the other end 7 b of the power supply terminal 7.
For example, Ni, Pt, Ag, Au, Ir, Pd are used so that the power supply terminal 7 is made of metal, and specifically has excellent heat resistance and can be used in an oxidizing atmosphere. Fe-Cr-Ni alloy (Inconel alloy), Ni-Cu-Fe-S alloy (Monel alloy) and the like can be used, and Fe-Cr-Ni alloy or Ni is particularly preferable.
The lead wire 9 is formed by protecting the outer peripheral portion of a stranded wire formed of a material having excellent heat resistance such as Ni with a material having excellent heat resistance such as alumina glass.
[0041]
The mechanical fixing means 25 is for ensuring the connection between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 and suppressing the thermal expansion of the power supply terminal 7. For example, as shown in FIG. For example, a bolt 21 inserted through the through hole 4c of the electrode rod 4 and the through hole 7c of the concave portion 7a, a nut 22 and a washer 23 may be used.
Further, as a material for forming the mechanical fixing means 25, the difference in thermal expansion coefficient from the power supply electrode rod 4 is 2 × 10.^-6A material having a temperature of / ° C. or lower is preferable.
Furthermore, if a conductive silicon carbide sintered body, which is the same material as the power supply electrode rod 4, is used as a material for forming the mechanical fixing means 25, durability can be further improved, which is preferable.
[0042]
In such a heater element 20, the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 are inserted between the other end 4 b of the power supply electrode rod 4 in the concave portion 7 a of the power supply terminal 7 as shown in FIG. 2. Thus, the feeding terminal 7 forms a fitting portion 5 fitted to the feeding electrode rod 4, and is further connected by fixing the fitting portion 5 with a mechanical fixing means 25.
[0043]
Further, as shown in FIG. 2, the power supply terminal 7 and the lead wire 9 are caulked and connected to the central portion of the shaft of the power supply terminal 7 at the other end 7 b of the power supply terminal 7.
In such a heater element 20, the power supply terminal 7 and the lead wire 9 are connected to each other so that power can be supplied and the temperature of the heating element 2 can be controlled by increasing or decreasing the supply power. Yes.
[0044]
Since such a heater element 20 has a connection structure between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 on which the coating layer 40 made of the above heat-resistant conductive material is formed, even in a high-temperature oxidizing atmosphere. Excellent durability.
That is, in the connection structure of the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 on which the coating layer 40 made of the oxidation-resistant conductive material is formed in the present embodiment, the power supply terminal 7 is formed with the concave portion 7a. The other end 4 b of the power feeding electrode rod 4 is inserted into the portion 7 a, and the power feeding terminal 7 is fitted to the power feeding electrode rod 4 to form a fitting portion 5. In the fitting portion 5, the power feeding terminal 7 is inserted. And the power supply electrode rod 4 are fixed by the mechanical fixing means 25, the lateral thermal expansion of the power supply terminal 7 when the heater element 20 is heated can be suppressed. The contact area between the power supply terminal 7 and the power supply terminal 7 is prevented from decreasing, and a gap is hardly formed between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7, so that abnormal discharge does not occur.
In particular, by providing the covering layer 40, not only can the contact resistance between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 be easily reduced, but also the oxidation of the surface of the power supply electrode rod 4 is prevented. Therefore, even in a high-temperature oxidizing atmosphere, it is possible to prevent the connection portion between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 from being damaged, and further excellent durability can be obtained.
[0045]
In the heater element 20, the power supply terminal 7 has a lead wire 9 connected to the central portion of the shaft of the power supply terminal 7, so that when the heater element 20 is heated, the lead wire 9 is connected. The stress on the connecting portion between the lead wire 9 and the power feeding terminal 7 generated by the thermal expansion of the lead wire 9 becomes uniform, and the lead wire 9 caused by the difference in thermal expansion coefficient between the lead wire 9 and the power feeding terminal 7 Contact failure with the power supply terminal 7 can be prevented, and the durability can be further improved. Therefore, the non-uniform stress generated by the thermal expansion of the lead wire 9 does not loosen the portion to which the lead wire 9 is connected and does not cause poor contact.
[0046]
In the connection structure of the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 of the present embodiment, the power supply terminal 7 is made of any one of Ni, Pt, Ag, Au, Ir, Pd, Inconel alloy, and Monel alloy. By being formed, the power supply terminal 7 has excellent heat resistance and oxidation resistance, and the durability can be further improved. As a result, sufficient durability can be obtained even when used at high temperatures in the air or in an oxidizing atmosphere, and can be used without any trouble even when used at high temperatures in the air or in an oxidizing atmosphere. It will be excellent.
[0047]
Further, the mechanical fixing means 25 has a thermal expansion coefficient difference of 2 × 10 4 with respect to the power supply electrode rod 4.^-6When the heater element 20 is heated, the contact area between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 is reduced when the heater element 20 is heated. Thus, it is possible to effectively prevent the occurrence of abnormal discharge, and the durability can be further improved.
[0048]
Furthermore, the mechanical fixing means 25 is formed of a conductive silicon carbide sintered body made of the same material as that of the power supply electrode rod 4, so that the difference in thermal expansion coefficient between the mechanical fixing means 25 and the power supply electrode rod 4 is reduced. As a result, the durability can be further improved.
[0049]
Furthermore, in the connection structure of the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 of the present embodiment, the current t is set by setting the thickness t of the wall surface 7e constituting the concave portion 7a in the range of 0.05 to 3 mm. It can flow sufficiently, and the wall 7e is thermally expanded to reduce the contact area between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7, and the connection portion between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 is damaged. Can be prevented, and excellent durability can be obtained.
[0050]
Next, the substrate heating apparatus provided with the heater element of the present invention will be described as an example.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the substrate heating apparatus of the present invention.
The substrate heating apparatus 30 includes the chamber 1, the heater element 20 shown in FIG. 1, the heater case 6, the substrate support 10, the thermocouple 15, and the current introduction terminal 101.
[0051]
The chamber 1 is made of metal aluminum or the like, and the substrate support plate 10 is made of transparent quartz or the like. A silicon wafer substrate 8 is placed on the upper surface 10 a of the substrate support plate 10, and the heating element 2 of the heater element 20 is arranged on the lower surface.
The heating element 2 is supported and accommodated in the space formed by the substrate support plate 10 and the heater case 6 made of opaque quartz or the like by the legs 13 of the heater case 6 made of transparent quartz or the like. Yes.
[0052]
The current introduction terminal 101 is a two-core type comprising current

introduction rod portions

101a and 101a formed of a material having excellent heat resistance such as Ni, and a flange portion 16 attached to the chamber 1 and covering the inside of the chamber 1 in an airtight manner. It is attached to the chamber 1 through an O-ring (O-ring) 11 by fixing the flange portion 16 with a bolt 17.
[0053]
In the substrate heating apparatus 30, one end of the lead wire 9 is connected to the power feeding terminal 7, and the other end of the lead wire 9 is connected to the current introduction terminal 101. The current introduction terminal 101 is led out of the chamber 1, and a lead wire 103 is detachably attached to the end of the current introduction terminal 101 extending toward the outside of the chamber 1 via a connector 102. .
In such a substrate heating apparatus 30, the power supply electrode rod 4 on which the

lead wires

9 and 103, the current introduction terminal 101, the power supply terminal 7, and the coating layer 40 made of the above heat-resistant conductive material are formed. By supplying electric power to the heating element 2 via the heating element 2, the heating element 2 is heated and the silicon wafer substrate 8 is heated via the substrate support 10.
[0054]
Since such a substrate heating apparatus 30 includes the heater element 20 shown in FIG. 1, it is possible to prevent the connection portion between the power supply electrode rod 4 and the power supply terminal 7 from being damaged and has excellent durability. Sexuality will be obtained.
[0055]
In the present invention, as shown in the above-described example, the heating element 2 and the power supply electrode rod 4 may be connected by bonding using a bonding agent. For example, it may be mechanically connected using a conductive ceramic nut, washer, or the like, and the above-described joining method and mechanical connection method may be used in combination.
[0056]
In the present invention, the shape of the concave portion 7a of the power supply terminal 7 is not particularly limited as long as the shape can receive and fit the other end 4a of the power supply electrode rod 4, for example, As shown in FIG. 5, the wall surface may be curved.
The heating device of the present invention is not limited to the substrate heating device shown in the above-described example as long as it includes at least the heater element and the chamber of the present invention, and heats things other than the substrate. For example, it can be used as a device for heating a gas or a liquid.
[0057]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Example 1
"Durability test with 8-inch wafer heating unit"
A substrate heating apparatus having the structure shown in FIG. 4 was produced.
As the heating element 2 and the electrode rod 4 for power feeding, a conductive silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 175 W / m · K at room temperature and a radiation rate of 0.9 was used.
The shape of the heating element 2 was a flat plate having a circular shape in plan view shown in FIG. 1, and had a thickness of 3 mm and a diameter of 240 mm. The width of the heating element 2 was 24 mm at the center and gradually decreased toward the outer periphery, and was 6 mm on the outermost portion of the outer periphery.
The feeding electrode rod 4 was formed in a cylindrical shape having a diameter of 10 mm and a length of 300 mm. Further, the end 4b on the power supply terminal 7 side of the power supply electrode rod 4 was formed in an 8 mm prismatic shape, and an M4 threaded through hole 4c for inserting the bolt 21 was formed by a cutting method. The feeding

electrode rods

4 and 4 were arranged at a position 18 mm from the center of the heating element 2.
[0058]
The substrate support plate 10 and the legs 13 of the heater case 6 are made of transparent quartz, and the heater case 6 is made of opaque quartz.
The power supply terminal 7 has a distance between the

corresponding wall surfaces

7e and 7e constituting the concave portion 7a of 10 mm, a thickness t of the

wall surfaces

7e and 7e of 1 mm, and the material thereof is Inconel 601.
As the bolt 21, the nut 22, and the washer 23, one made of a conductive silicon carbide sintered body made of the same material as the heating element 2 and the power supply electrode rod 4 was used.
As the current introduction terminal 101, a two-core type in which the current

introduction rod portions

101a and 101a were formed of Ni having a diameter of 5 mm was used.

Lead wires

9 and 103 are stranded wires (cross-sectional area 5.5 mm) formed of Ni.²) Was used to protect the outer periphery of the substrate with alumina glass.
[0059]
And the joined body of the heat generating element 2 and the electrode rod 4 for electric power feeding was obtained as follows.
0.7 g of silicon powder and 0.3 g of molybdenum powder were weighed, and α-terpineol obtained by dissolving acrylic resin was added and mixed, and then applied to the joint surface between the heating element 2 and the power supply electrode rod 4. . Next, the heating element 2 and the power supply electrode rod 4 were assembled into a predetermined shape, degreased at 350 ° C. for 20 minutes, and bonded by heat treatment at 1500 ° C. for 30 minutes at atmospheric pressure.
[0060]
Formation of the coating layer on the surface of the electrode rod for power feeding was performed as follows.
After weighing at a ratio of 40 wt% Si powder and 60 wt% Au powder and adding α-terpineol in which acrylic resin is dissolved and mixing, this suspension is applied to the 7 z portion of the power supply electrode rod 4 by brushing. Smeared. After coating, degreasing was performed at 350 ° C. for 20 minutes, and heat treatment was performed in vacuum at 1200 ° C. for 20 minutes to form a Si—Au film having a thickness of 45 μm.
[0061]
Further, as shown in FIG. 2, the other end 4 b of the power feeding electrode rod 4 is inserted into the concave portion 7 a of the power feeding terminal 7, and the power feeding terminal 7 is fitted to the power feeding electrode rod 4. The fitting portion 5 is fixed by the bolt 21 inserted so as to penetrate the through hole 4c of the power supply electrode rod 4 and the through hole 7c of the concave portion 7a, the nut 22 and the washer 23. By doing so, the electrode rod 4 for electric power feeding and the terminal 7 for electric power feeding were connected.
Further, as shown in FIG. 4, one end of the lead wire 9 is caulked and connected to the center of the shaft of the power feeding terminal 7, and the other end of the lead wire 9 is connected to the current introduction terminal 101.
[0062]
"Evaluation of durability"
An 8-inch silicon wafer substrate 8 is placed on the upper surface 10 a of the substrate support plate 10, and a power supply is connected to the end portion of the current introduction terminal 101 extending toward the outside of the chamber 1 through a lead wire 103, While adjusting the output, raise the temperature from room temperature to 1000 ° C. (wafer temperature) in 50 minutes, reach 1000 ° C., hold for 23 hours, and lower the temperature to room temperature in 30 minutes in an atmosphere of oxygen 30 Torr-nitrogen And loaded. After arriving at 1000 ° C., the temperature of the connecting portion between the power feeding electrode rod 4 and the power feeding terminal 7 was measured and found to be about 780 ° C. The results are shown in Table 2.
Even after 300 thermal cycles, no abnormal discharge is observed at the connection portion between the electrode rod 4 for power supply and the terminal 7 for power supply, no damage is observed at the connection portion, and it has excellent durability. I understood.
[0063]
(Example 2)
A heating unit having the structure shown in FIG. 6 was prepared.
This heating unit is configured by placing the heating element 2 on the substrate support 10 and fixing them to the heater base 65 via the reflector 60. The fixing to the heater base is performed by the reflector 60 and the heater. The support 66 is connected to the base 65. The power supply electrode rod 4, the power supply terminal 7 and the mechanical fixing means 25 for connecting them are configured as shown in FIG. 4, and the same reference numerals are given to the same members in the drawings.
[0064]
As the heating element 2 and the electrode rod 4 for power feeding, a conductive silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 175 W / m · K at room temperature and a radiation rate of 0.9 was used.
The power supply electrode rod 4 was formed in a cylindrical shape having a diameter of 10 mm and a length of 30 mm. Further, the end 4b on the power supply terminal 7 side of the power supply electrode rod 4 was formed in an 8 mm prismatic shape, and an M4 threaded through hole 4c for inserting the bolt 21 was formed by a cutting method. The feeding

electrode rods

4 and 4 were arranged at a position 18 mm from the center of the heating element 2.
[0065]
The heating element 2 was placed on the quartz substrate support 10, and the substrate support 10 and the reflector 60 were fixed to the heater base 65 by a column 66. The substrate support 10 and the heater base 65 are made of transparent quartz, the support column 66 is SUS316, and the reflector 60 is Inconel 601.
The power supply terminal 7 has a distance of 10 mm between the

wall surfaces

7e and 7e constituting the concave portion 7a, a thickness t of the

wall surfaces

7e and 7e is 0.2 mm, and the material is Inconel 601.
As the bolt 21, the nut 22, and the washer 23, a conductive silicon carbide sintered body made of the same material as the heating element 2 and the power supply electrode rod 4 was used.
The lead wire 9 is a stranded wire (cross-sectional area 2 mm) formed of Ni.²) Was used.
[0066]
And according to Example 1, the joined body of the heat generating element 2 and the electrode rod 4 for electric power feeding was obtained, and also the conductive silicon carbide sintered body of the same material as the heat generating element 2 and the electrode rod 4 for electric power feeding The joints were mechanically connected using made bolts.
[0067]
A metal coating layer was formed on the contact surface with the power supply terminal 7 at one end of the power supply electrode rod 4 as follows.
After feeding and mixing Si powder and Au powder in the proportions shown in Table 1, and adding α-terpineol obtained by dissolving acrylic resin, the power feeding electrode accommodated in the concave portion 7a of the power feeding terminal 7 The suspension was applied to one end of the bar 4 by brushing. After application, degreasing was performed at 350 ° C. for 20 minutes, and heat treatment was performed in vacuum at a temperature shown in Table 1 for 20 minutes to form a metal coating layer.
[0068]
After that, as shown in FIG. 2, the other end 4 b of the power supply electrode bar 4 on which the coating layer is formed is inserted into the concave portion 7 a of the power supply terminal 7, and the power supply terminal 7 becomes the power supply electrode bar 4. The bolt 21 inserted so as to pass through the through hole 4c of the power supply electrode rod 4 and the through hole 7c of the concave portion 7a, a nut 22 and a washer 23 are formed. By fixing the fitting portion 5 by the above, the feeding electrode rod 4 and the feeding terminal 7 were connected. The bolt 21 and the nut 22 are formed of the same conductive silicon carbide sintered body as the power supply electrode rod 4.
Further, as shown in FIG. 3, one end of the lead wire 9 is caulked and connected to the central portion of the shaft of the power feeding terminal 7.
[0069]
[Table 1]

[0070]
(Example 3)
Instead of Au powder, Ir powder was weighed at the ratio shown in Table 1, and the coating layer was formed on the surface of one end of the electrode rod for power supply in exactly the same manner as in Example 2 except that heat treatment was performed at the temperature shown in Table 1. Formed. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 3.
[0071]
(Example 4)
Instead of Au powder, Pt powder was weighed at the rate shown in Table 1, and the coating layer was applied to the surface of one end of the electrode rod for power supply in exactly the same manner as in Example 2 except that heat treatment was performed at the temperature shown in Table 1. Formed. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 4.
[0072]
(Example 5)
Instead of Au powder, Pd powder was weighed at the ratio shown in Table 1, and the coating layer was formed on the surface of one end of the electrode rod for power supply in exactly the same manner as in Example 2 except that heat treatment was performed at the temperature shown in Table 1. Formed. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 5.
[0073]
(Example 6)
Instead of Au powder, Ru powder was weighed at the ratio shown in Table 1, and the coating layer was formed on the surface of one end of the electrode rod for power supply in the same manner as in Example 2 except that heat treatment was performed at the temperature shown in Table 1. Formed. This power supply electrode rod was connected to the power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 6.
[0074]
(Example 7)
Instead of the Au powder, the Re powder was weighed at the ratio shown in Table 1, and the coating layer was formed on the surface of one end of the electrode rod for power supply in exactly the same manner as in Example 2 except that heat treatment was performed at the temperature shown in Table 1. Formed. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 7.
[0075]
(Example 8)
The same procedure as in Example 2 was performed except that the coating layer on the surface of the power feeding electrode rod 4 was obtained as follows.
A chloroplatinic acid aqueous solution was applied by brushing, and Pt was coated by thermal decomposition. The power supply electrode rod was connected to the power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 8.
[0076]
Example 9
The same procedure as in Example 2 was performed except that the coating layer on the surface of the power feeding electrode rod 4 was obtained as follows.
A chloroauric acid aqueous solution was applied by brushing, and Au was coated by thermal decomposition. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 9.
[0077]
(Example 10)
The same procedure as in Example 2 was performed except that the coating layer on the surface of the power feeding electrode rod 4 was obtained as follows.
An aqueous palladium nitrate solution was applied by brushing, and Pd was coated by thermal decomposition. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 10.
[0078]
(Example 11)
The same procedure as in Example 2 was performed except that the coating layer on the surface of the power feeding electrode rod 4 was obtained as follows.
An aqueous iridium chloride solution was applied by brushing, and Ir was coated by thermal decomposition. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 11.
[0079]
(Example 12)
The same procedure as in Example 2 was performed except that the coating layer on the surface of the power feeding electrode rod 4 was obtained as follows.
A ruthenium chloride aqueous solution was applied by brushing, and Ru was coated by thermal decomposition. This power supply electrode rod was connected to a power supply terminal in the same manner as in Example 2 to obtain Example 12.
[0080]
(Comparative example)
A comparative example was made in the same manner as in Example 2 except that the coating layer was not formed on the power supply electrode rod.
[0081]
"Durability evaluation test"
For each of the heater elements of Examples 2 to 12 and Comparative Example manufactured as described above, the durability of the connection portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal was evaluated as shown below.
A thermocouple for measuring the temperature of the power supply electrode rod is embedded in the other end 4b of the power supply electrode rod 4, and a power supply is connected to the other end of the lead wire 9 to adjust the output from room temperature to 800 ° C. (power supply electrode rod The temperature was increased to 20 ° C./min until reaching 800 ° C., kept at 23 ° C. for 23 hours, and then loaded in the atmosphere with a heat load cycle that lowered to room temperature at 20 / min.
The evaluation results are shown in Table 2.
[0082]
[Table 2]

[0083]
In Examples 2 to 12, no deterioration was observed in the connected parts even after 300 heat cycles. On the other hand, in the comparative example, the connecting portion was damaged at the 51st thermal cycle. When this was disassembled and analyzed, the formation of an oxide film was observed at the other end 4b of the feeding electrode rod 4, and the conductivity was significantly deteriorated.
[0084]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the connection structure between the electrode rod for power supply and the terminal for power supply of the present invention, the heater element, the heating device, and the substrate heating device having this connection structure, the corrosion resistance is high and the heat conduction is high. A conductive silicon carbide sintered body having a low electrical resistance and a low electric resistance value is used as a power supply electrode rod, and this power supply electrode rod is provided with a coating layer having a good electrical conductivity. The resistance value can be reduced as much as possible. In addition, by providing a coating layer on the electrode rod for power supply made of conductive silicon carbide sintered body, the thermal expansion of the connection structure when the temperature is raised can be efficiently suppressed, resulting in an increase in the size of the apparatus. In addition, the contact area between the power supply electrode bar and the power supply terminal is prevented from being reduced, and a gap is hardly formed between the power supply electrode bar and the power supply terminal, so that abnormal discharge does not occur. Furthermore, by providing a covering layer, it is possible to further prevent oxidation of the conductive silicon carbide power supply electrode rod even in a high-temperature oxidizing atmosphere, and damage to the connecting portion between the power supply electrode rod and the power supply terminal can be prevented. Can be prevented, and excellent durability can be obtained.
[0085]
In the present invention, the lead wire is connected to the central portion of the shaft of the power supply terminal, so that when the connection structure is heated, the lead wire generated by the thermal expansion of the lead wire and the power supply The stress on the connecting part with the terminal becomes uniform, and it is possible to prevent the contact failure between the lead wire and the power supply terminal due to the difference in the thermal expansion coefficient between the lead wire and the power supply terminal. Durability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a heater element having a connection structure of a power supply electrode rod and a power supply terminal according to the present invention, and FIG. 1 (a) is a plan view seen from the heating element side. FIG. 1 (b) is a side view.
FIG. 2 is a partially enlarged view for explaining a connection structure between a power feeding electrode rod and a power feeding terminal.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a structure of a power feeding terminal.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of a substrate heating apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another example of a power feeding terminal according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing an example of a heater element of the present invention.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing an example of a conventional substrate heating apparatus.
8 is a view showing an example of a connection structure between a power supply electrode rod and a lead wire in the substrate heating apparatus shown in FIG. 7, FIG. 8 (a) is a side view, and FIG. These are the figures seen from the edge part by the side to which the lead wire in the electrode rod for electric power feeding is connected.
[Explanation of symbols]
1 chamber
2 Heating element
4, 54 Electrode rod for power supply
4a one end
4b The other end
4c, 7c, 58 Through hole
5 fitting part
6 Heater case
7, 57 Power supply terminal
7a Concave part
7b The other end
7d contact surface
7e wall surface
8 Silicon wafer substrate
9, 59, 103 Lead wire
10 Substrate support stand
10a Top surface
11 O-ring (O-ring)
13 legs
15 Thermocouple
16 Flange
17, 21, 52 bolts
20 Heater element
22 nuts
23 Washer
25 Mechanical fixing means
30, 31 Substrate heating device
40 Coating layer
51 connecting part
60 reflector
65 heater base
66 prop
101 Current introduction terminal
101a Current introduction rod
102 connector

Claims

A power supply electrode rod made of a conductive silicon carbide sintered body, one end of which is connected to a heating element made of a conductive silicon carbide sintered body that generates heat when energized, and a metal connected to the other end of the power supply electrode rod A connection structure with a power feeding terminal made of
The power feeding terminal and the power feeding electrode rod are fixed by a mechanical fixing means, and a coating layer is formed on a contact surface of the power feeding electrode rod with the power feeding electrode terminal. Connection structure of electrode rod and power supply terminal.

A concave portion is formed in the power feeding terminal, the other end of the power feeding electrode rod is inserted into the concave portion, and the power feeding terminal is fitted to the power feeding electrode rod to form a fitting portion. The connection between the power feeding electrode bar and the power feeding terminal according to claim 1, wherein the power feeding terminal and the power feeding electrode bar are fixed by a mechanical fixing means in the fitting portion. Construction.

3. The connection structure between a power supply electrode rod and a power supply terminal according to claim 1, wherein the covering layer has an electrical resistivity of 0.1 Ω · cm or less.

The power supply according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating layer is made of at least one metal selected from Pt, Au, Pd, Si, Ir, Ru, and Re. Structure of the electrode rod for power supply and the terminal for power feeding.

5. The connection structure between a power feeding electrode rod and a power feeding terminal according to claim 1, wherein the coating layer has a thickness of 100 μm or less.

6. The power feeding terminal according to claim 1, wherein the power feeding terminal is made of any one of Ni, Pt, Ag, Au, Ir, Pd, an Inconel alloy, and a Monel alloy. The connection structure of the electrode rod for electric power feeding of Claim 2, and the terminal for electric power feeding.

7. The mechanical fixing means is made of a material having a difference in thermal expansion coefficient from the power supply electrode rod of 2 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. A connection structure of the power feeding electrode rod according to claim 1 and a power feeding terminal.

The connection structure between the power supply electrode bar and the power supply terminal according to any one of claims 1 to 7, wherein the mechanical fixing means is made of a conductive silicon carbide sintered body.

The thickness of the wall surface which comprises the said recessed part is the range of 0.05-3 mm, The electrode rod for electric power feeding and the terminal for electric power feeding as described in any one of Claim 1 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. Connected structure.

A heating element that generates heat upon energization, a power supply electrode bar connected at one end to the heating element, and a power supply terminal connected to the other end of the power supply electrode bar;
A heater element comprising a connection structure of the power supply electrode rod according to any one of claims 1 to 9 and a power supply terminal.

11. The heater element according to claim 10, wherein the power supply terminal has a lead wire connected to a central portion of the shaft of the power supply terminal.

A heating apparatus comprising at least a chamber and the heater element according to claim 10 or 11.

The chamber, the heater element according to claim 10 or claim 11, and at least a substrate support on which a substrate is placed on one surface and a heating element of the heater element is disposed on the other surface. A substrate heating apparatus comprising the substrate heating apparatus.