(57)【要約】【課題】ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータを提供する、また、その製造方法を提供する。【解決手段】ＡｌＮヒータは、ＡｌＮ焼結体基材２の一面側２ａに設けられた抵抗発熱体３と、この抵抗発熱体３に接合される金属製の端子５と、抵抗発熱体３を覆うＡｌＮ焼結体蓋体６とを有し、端子５は、ほぼ円柱形状をなし、抵抗発熱体３との接合面５ａが縮径されている。また、その製造方法である。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＮ焼結体基材と、このＡｌＮ焼結体基材の一面側に設けられた抵抗発熱体と、前記ＡｌＮ基材に設けられ他面側から前記一面側に連通された端子挿入孔と、この端子挿入孔に嵌合され抵抗発熱体に接合された金属製の端子と、前記抵抗発熱体を覆うように前記ＡｌＮ基材に取付けられたＡｌＮ焼結体蓋体とを有し、前記端子は、ほぼ円柱形状をなし、前記抵抗発熱体との接合面が縮径されていることを特徴とするＡｌＮヒータ。
【請求項２】
上記端子は、抵抗発熱体との接合面周囲がＲ面取りされて縮径されていることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＮヒータ。
【請求項３】
上記端子は、抵抗発熱体との接合面周囲がＣ面取りされて縮径されていることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＮヒータ。
【請求項４】
上記端子は、截頭円錐形状に形成されて抵抗発熱体との接合面が縮径されていることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＮヒータ。
【請求項５】
上記端子は、その縮径比が、０．３〜０．８であることを特徴とする請求項２ないし３のいずれか１項に記載のＡｌＮヒータ。
【請求項６】
発熱体収納部及び端子挿入孔を設けたＡｌＮ焼結体基材を用意し、発熱体収納部には抵抗発熱体を、端子挿入孔にはほぼ円柱形状をなし抵抗発熱体との接合面を縮径した端子をそれぞれ収納し、接合剤を塗布したＡｌＮ焼結体蓋体をＡｌＮ焼結体基板に合せ、ホットプレスにより加圧し、一体化することを特徴とするＡｌＮヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＡｌＮヒータ及びその製造方法に係わり、特に端子を改良したＡｌＮヒータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体製造装置に用いられているＡｌＮヒータには、ＡｌＮ基材中に埋設された抵抗発熱体に電力を供給するための端子が設けられている。この端子と抵抗発熱体の接合部の抵抗が大きいと、これに起因する端子部分での異常発熱、断線などの問題が生じる。一般に端子には、タングステン、モリブデンなどの高融点金属が用いられるが、抵抗発熱体との接合には、通常ろう接合が用いられており、その他には、端子にカシメ構造を持たせ、端子と抵抗発熱体を機械的に接合する等の方法が採られている。
【０００３】
端子と抵抗発熱体の接合方法として、ろう接合やカシメ等が用いられている場合、下記のような問題がある。
【０００４】
ろう接合では、ろう材の融点以上の温度でヒータを使用することができず、ＡｌＮと高融点金属のろう接合に用いられる一般的なろう材の融点は８００Ｃ程度である。また、抵抗発熱体との熱膨張係数差によって接合部にストレスがかかり切断が生じることがある。
【０００５】
カシメ接合では、タングステン箔などの脆弱な抵抗発熱体を用いる場合には、抵抗発熱体自体の破損を生じるおそれがある。
【０００６】
これらの問題点は、ＡｌＮヒータの信頼性を著しく低下させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータが要望されていた。
【０００８】
また、ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータの製造方法が要望されていた。
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータを提供することを目的とする。
【００１０】
また、ＡｌＮの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、ＡｌＮ焼結体基材と、このＡｌＮ焼結体基材の一面側に設けられた抵抗発熱体と、前記ＡｌＮ基材に設けられ他面側から前記一面側に連通された端子挿入孔と、この端子挿入孔に嵌合され抵抗発熱体に接合された金属製の端子と、前記抵抗発熱体を覆うように前記ＡｌＮ基材に取付けられたＡｌＮ焼結体蓋体とを有し、前記端子は、ほぼ円柱形状をなし、前記抵抗発熱体との接合面が縮径されていることを特徴とするＡｌＮヒータが提供される。これにより、ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータが実現される。
【００１２】
好適な一例では、上記端子は、抵抗発熱体との接合面周囲がＲ面取りされて縮径されている。これにより、端子の接合面は、ホットプレス時の接合圧力よりも高い圧力で加圧され、確実かつ強固に抵抗発熱体に圧着される。
【００１３】
また、好適な一例では、上記端子は、抵抗発熱体との接合面がＣ面取りされて縮径されている。これにより、端子の接合面は、ホットプレス時の接合圧力よりも高い圧力で加圧され、確実かつ強固に抵抗発熱体に圧着される。
【００１４】
また、他の好適な一例では、上記端子は、截頭円錐形状に形成されて抵抗発熱体との接合面が縮径されている。これにより、端子の接合面は、ホットプレス時の接合圧力よりも高い圧力で加圧され、確実かつ強固に抵抗発熱体に圧着される。
【００１５】
また、他の好適な一例では、上記端子は、その縮径比が、０．３〜０．８である。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、発熱体収納部及び端子挿入孔を設けたＡｌＮ焼結体基材を用意し、発熱体収納部には抵抗発熱体を、端子挿入孔にはほぼ円柱形状をなし抵抗発熱体との接合面を縮径した端子をそれぞれ収納し、接合剤を塗布したＡｌＮ焼結体蓋体をＡｌＮ焼結体基板に合せ、ホットプレスにより加圧し、一体化することを特徴とするＡｌＮヒータの製造方法が提供される。これにより、ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータの製造方法が実現される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるＡｌＮの実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明に係わるＡｌＮヒータの縦断面図、図２は図１における端子部分を拡大して示す縦断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本発明に係わるＡｌＮヒータ１は、平板形状のＡｌＮ焼結体基材２と、このＡｌＮ焼結体基材２の一面側２ａに発熱体収納部２ｂに収納されて取付けられた抵抗発熱体３と、ＡｌＮ基材２に設けられ他面側２ｃから一面側２ａに連通された端子挿入孔４と、この端子挿入孔４に嵌合され抵抗発熱体３に接合された金属製の端子５と、抵抗発熱体３を覆うようにＡｌＮ焼結体基材２に取付けられた平板形状のＡｌＮ焼結体蓋体６とを有している。
【００２０】
上記抵抗発熱体３は、例えば、タングステン等の箔で形成され、厚さが１００〜２００μｍで、出力１４００Ｗ程度に相当する所定の渦巻き状等のパターンに加工されたものである。
【００２１】
図３に示すように、上記端子５は、ほぼ円柱形状をなし、抵抗発熱体３との接合面５ａが縮径されている。ここでほぼ円柱形状とは、その全長に渡り断面が真円で円柱形状であるものに限らず、その断面が多少変形された円形状である円柱体を含み、また、截頭円柱体をも含むものである。この縮径は、抵抗発熱体３との接合面５ａの周囲が弧状、例えば円弧状にＲ面取りされて実現されている。この縮径比、すなわち、端子上端と下端との投影断面積比は、０．３〜０．８であることが好ましい。これにより、製造時接合圧力をより高い圧力で端子５と抵抗発熱体３を圧着することができる。０．３よりも小さいと、圧着圧力が大きくなり過ぎて抵抗発熱体を破損してしまうおそれがあり、０．８を超えると大きな圧着圧力が接合面に作用せず、十分な接合が得られない。
【００２２】
本発明に係わるＡｌＮヒータは、上述のように圧着により端子と抵抗発熱体との接合が行われるので、ろう接合等を用いなくとも両者の良好な接合が図れ、また、ろう材の融点によるヒータ使用温度の制限がなく９００℃以上でも使用可能となり、さらに、ろう材の腐食による端子部の劣化が生じない。また、ろう材との熱膨張係数の差に起因する抵抗発熱体の切断も生じず、ＡｌＮヒータの信頼性が向上する。
【００２３】
次に本発明に係わるＡｌＮヒータの製造方法について説明する。
【００２４】
発熱体収納部及び端子挿入孔を設けたＡｌＮ焼結体基材を用意し、発熱体収納部には抵抗発熱体を収納し、端子挿入孔にはほぼ円柱形状をなし抵抗発熱体との接合面を縮径した端子を収納し、接合剤が塗布され大気中６００℃で脱脂されたＡｌＮ焼結体蓋体をＡｌＮ焼結体基板に合せ、ホットプレスにより加圧し、一体化することによりＡｌＮヒータを製造する。
【００２５】
このようなＡｌＮヒータの製造工程において、金属製の端子の下端は縮径されているので、端子の接合面は、ホットプレス時の接合圧力よりも高い圧力で加圧され、確実かつ強固に抵抗発熱体に圧着される。
【００２６】
また、本発明に係わるＡｌＮヒータの第二実施形態について説明する。
【００２７】
上記第一実施形態のＡｌＮヒータは、端子がＲ面取りされて縮径されているのに対して、本第二実施形態のＡｌＮヒータは、端子がＣ面取りされて縮径されるものである。
【００２８】
例えば、図４に示すように、ＡｌＮヒータ１Ａに設けられる金属製の端子５Ａは、ほぼ円柱形状をなし、抵抗発熱体との接合面５Ａａの周囲がＣ面取りされて縮径されている。この縮径比は、０．３〜０．８であることが好ましい。従って、ろう接合等を用いなくとも両者の良好な接合が図れ、９００℃以上でも使用可能となり、また、ろう材の腐食による端子部の劣化が生じず、さらに、ろう材との熱膨張係数の差に起因する抵抗発熱体の切断も生じず、ＡｌＮヒータの信頼性が向上する。また、端子はホットプレス時の接合圧力よりも高い圧力で加圧され、確実かつ強固に抵抗発熱体に圧着される。
【００２９】
さらに、本発明に係わるＡｌＮヒータの第三実施形態について説明する。
【００３０】
上記第一実施形態のＡｌＮヒータは、端子がＲ面取りされて縮径されているのに対して、本第三実施形態のＡｌＮヒータは、端子が截頭円錐形状に形成されて、接合面が縮径されたものである。
【００３１】
例えば、図５に示すように、ＡｌＮヒータ１Ａに設けられる金属製の端子５Ｂは、例えば、開きテーパ角度が２．３°、接合面５Ｂａの縮径比は、０．３〜０．８が好ましい。従って、ろう接合等を用いなくとも両者の良好な接合が図れ、９００℃以上でも使用可能となり、また、ろう材の腐食による端子部の劣化が生じず、さらに、ろう材との熱膨張係数の差に起因する抵抗発熱体の切断も生じず、ＡｌＮヒータの信頼性が向上する。また、端子はホットプレス時の接合圧力よりも高い圧力で加圧され、確実かつ強固に抵抗発熱体に圧着される。
【００３２】
【実施例】
試験目的：　本発明に係わるＡｌＮヒータの製造方法を用い、下記のような製造条件で、ＡｌＮヒータを製造し、これを加熱テストして、端子と抵抗発熱体の接合状態を調べた。
【００３３】
試験方法：　上記のようにして製造されたＡｌＮヒータを真空チャンバー内にセットし、電源を接続して加熱テストを行った。真空チャンバー上部にはヒータ全景を観察できる石英製の窓が設けられ、この窓を通して赤外線熱画像装置で、最高温度到達後のヒータの面内温度を測定しながら２〔Ｐａ〕の真空下で加熱を行った。なお、図６に加熱面の端子配置を示し、領域Ａの平均温度をＴＡ、そのときの最大温度差をΔＴＡとして表し、端子周りの平均温度をＴｔ、ＴｔとＴＡとの温度差をΔＴとした。
【００３４】
実施例１：
製造条件：
ａ）図１に示すように、抵抗発熱体３としてタングステン箔を１４００Ｗに相当する渦巻き状のパターンに加工した。
ｂ）直径２００ｍｍ×厚さ１０ｍｍのＡｌＮ焼結体基材２に抵抗発熱体３を収納する発熱体収納部２ｂ及び端子挿入孔４を加工した。
ｃ）直径２００ｍｍ×厚さ７ｍｍのＡｌＮ焼結体蓋体６にＹ２Ｏ３とＡｌＮからなる接合剤８を塗布し、大気中６００℃で脱脂した。
ｄ）ＡｌＮ焼結体基材２に抵抗発熱体３と図３に示す形状の端子５（直径２．５×長さ１０ｍｍ、面取りＲ０．４、縮径比０．４６）を組込み、接合剤を塗布したＡｌＮ焼結体蓋体６と合わせてホットプレスによって１８００℃、０．１トン／ｃｍ２の圧力で接合、一本化した。
ｅ）上記ｄ）によって得られたものを形状加工し、直径１９０ｍｍ×厚さ８ｍの円盤状ＡｌＮヒータを得た。
【００３５】
実施例２：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えて図４に示す形状の端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、面取りＣ０．４、縮径比０．４６）を用いた。
【００３６】
実施例３：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えて図５に示す形状の端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、開き角度２°、縮径比０．３６）を用いた。
【００３７】
比較例１：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えた端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、面取りＲ０．７、縮径比０．１９）を用いた。
【００３８】
比較例２：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えた端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、面取りＲ０．１縮径比０．８５）を用いた。
【００３９】
比較例３：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えた端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、面取りＣ０．７縮径比０．１９）を用いた。
【００４０】
比較例４：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えた端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、面取りＣ０．１縮径比０．８５）を用いた。
【００４１】
比較例５：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えた端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、開き角度４°、縮径比０．１９）を用いた。
【００４２】
従来例１：
実施例１と同様にして製造し、端子は、上記実施例１の端子に代えて端子（直径２．５×長さ１０ｍｍ、縮径なし（縮径比１））を用いた。
【００４３】
試験結果：　表１に示す。
【表１】
2004087392.tif 000003
【００４４】
表１からも明らかなように、実施例１〜３は、いずれも異常発熱等は認められず、端子先端とタングステン箔との接合も良好であった。
【００４５】
これに対して、縮径比が所定範囲０．３〜０．８よりも小さくいずれも０．１９である比較例１、３、５は、接合後の接合部の破損により加熱が不可能であった。また、縮径比が所定範囲０．３〜０．８よりも大きいいずれも０．８５である比較例２、４は、端子接合部に異常発熱が見られたため、加熱を中止した。さらに、縮径を行わない（縮径比１）従来例は、６００℃まで昇温した時点でΔＴ０≒４０℃となり、そのまま７００℃付近まで加熱を続けたところ、端子部とその周辺の温度差による熱応力でヒータにクラックが発生したため加熱を中止した。ＳＥＭによる断面観察では、箔と端子先端の接合部には隙間が存在し、強固に圧着されていないことがわかった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係わるＡｌＮヒータによれば、ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータを提供することができる。
【００４７】
また、本発明に係わるＡｌＮヒータの製造方法によれば、ＡｌＮヒータの信頼性を向上させることができる端子が設けられたＡｌＮヒータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＡｌＮヒータの縦断面。
【図２】図１における端子部分を拡大して示す縦断面図。
【図３】（ａ）は本発明に係わるＡｌＮヒータに用いられる端子の第一実施形態の側面図であり、（ｂ）はその底面図。
【図４】（ａ）は本発明に係わるＡｌＮヒータに用いられる端子の第二実施形態の側面図であり、（ｂ）はその底面図。
【図５】（ａ）は本発明に係わるＡｌＮヒータに用いられる端子の第三実施形態の側面図であり、（ｂ）はその底面図。
【図６】実施例における試験において、本発明に係わるＡｌＮヒータの端子位置を示す概念図。
【符号の説明】
１　ＡｌＮヒータ
２　ＡｌＮ焼結体基材
２ａ　一面側
２ｂ　発熱体収納部
２ｃ　他面側
３　抵抗発熱体
４　端子挿入孔
５　端子
５ａ　接合面
６　ＡｌＮ焼結体蓋体
【図１】
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【図２】
2004087392.tif 000005
【図３】
2004087392.tif 000006
【図４】
2004087392.tif 000007
【図５】
2004087392.tif 000008
【図６】
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