(57)【要約】 【課題】  プレートとシャフトとが接合されることにより製造される加熱装置において、プレートとシャフトとを良好な状態で接合してリークや脱離の発生を防止する。【解決手段】  加熱装置１１は、抵抗発熱体が埋設されたプレート１２と、プレート１２の片面に当接する当接部２５を一端側に有し、当接部２５がプレート１２に接合される中空状のシャフト１３とを備える。当接部２５で接合される接合距離（Ｌ１）が２ｍｍ以上であり、当接部２５の肉厚（Ｔ１）と接合距離との比（Ｔ１／Ｌ１）を０．２以上とする。【選択図】      図１
2005056759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗発熱体が埋設されたプレートと、プレートの片面に当接する当接部を一端側に有し、当該当接部がプレートに接合される中空状のシャフトとを備えており、前記当接部で接合される接合距離（Ｌ１）が２ｍｍ以上であり、当接部の肉厚（Ｔ１）と前記接合距離との比（Ｔ１／Ｌ１）が０．２以上であることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置であって、
前記当接部が当接して接合されるプレートの接合部位が凸状となっていることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の加熱装置であって、
前記当接部を含めたシャフトの各部位の肉厚が２０ｍｍ以下であることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート及びシャフトからなり、半導体ウエハー、液晶基板等を加熱するために用いられる加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ装置、エッチング装置等には加熱装置が組み込まれることにより、これらの装置内で処理が行われるワークを加熱するようになっている。この種の加熱装置は、ヒータが埋設されたプレートの略中央部分からシャフトが延びた構造となっており、プレートに半導体ウエハー、液晶基板等のワークが接触することによりその加熱が行われる。
【０００３】
図４は、従来の加熱装置１を示し、円盤状のプレート２と、プレート２の非加熱面側から延びる支持部としてのシャフト３とを備えたＴ字形となっており、プレート２が容器４内に収容されてワークＷの加熱を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
容器４はガス注入孔４ａ及びガス排出孔４ｂを備え、これらを通じてハロゲン系等の腐食性ガスＧが注入及び排出されることにより、容器４の内部空間４ｃ内に充填される。この充填によって腐食性ガスＧがワークＷと接触する。
【０００５】
プレート２はセラミックスによって円盤状に形成されている。プレート２の内部には、ヒータとしての抵抗発熱体５がスパイラル状に埋設され、抵抗発熱体５の電極６がシャフト３の外部に引き出されて電力が供給されることにより、プレート２の加熱面２ａを１１００℃程度に加熱するようになっている。
【０００６】
シャフト３は、中空の円筒状に形成されており、プレート２における加熱面２ａと反対側の面２ｂに接合されることによりプレート２と一体化されている。このシャフト３はプレート２の面２ｂの略中央部分から直線状に延びるものである。また、シャフト３には、上述した電極６及び熱電対７が挿入されており、これらの一端がプレート２に埋設されている。さらに、シャフト３はその外周面と容器４との間がＯリング８によって気密性が保持されている。なお、符号９は水冷ジャケットである。
【０００７】
このような加熱装置１の製造は、プレート２を焼結によって作製する一方、シャフト３を射出成形或いは押出成形した後、焼結することにより作製する。プレート２の焼結に際しては、電極６、熱電対７の端部及び抵抗発熱体５が予め成形体中に埋設されるものである。そして、このようにして作製した後、位置決め治具を用いてシャフト３の端面をプレート２の略中央部分に位置決めし、この位置決め状態で、これらをガラス接合或いは拡散接合させてプレート２及びシャフト３を一体化する。
【特許文献１】特開平４−７８１３８号公報（第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プレート２とシャフト３との接合では、シャフト３の先端側の端面をプレート２の面２ｂに当接して行うが、接合が良好に行われない場合には、シャフト３がプレート２から脱離したり、接合部分からガスがシャフト内に流入するリークが発生する。これらの場合には、加熱装置が不良となり、プレート２とシャフト３との接合を再度、行う必要がある。しかしながら、再接合においては、シャフト３の端面及びプレート２の面２ｂが所望の平面度、表面粗さとなるようにこれらの研削を行う必要があるため、長時間を要するばかりでなく、加工コストが高騰する原因となる。
【０００９】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、プレートとシャフトとが良好な状態で接合されることにより、リークや脱離が発生することのない加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明の加熱装置は、抵抗発熱体が埋設されたプレートと、プレートの片面に当接する当接部を一端側に有し、当該当接部がプレートに接合される中空状のシャフトとを備えており、前記当接部で接合される接合距離（Ｌ１）が２ｍｍ以上であり、当接部の肉厚（Ｔ１）と前記接合距離との比（Ｔ１／Ｌ１）が０．２以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、シャフトの当接部がプレートの片面に当接した状態でシャフトとプレートとが接合される。この発明では、当接部で接合されるシャフトとプレートとの接合距離（Ｌ１）を２ｍｍ以上とするものであり、これにより十分な接合距離を確保することができる。
【００１２】
また、この発明では、当接部で接合されるシャフトとプレートとの接合距離（Ｌ１）を２ｍｍ以上とした上で、当接部の肉厚（Ｔ１）と接合距離（Ｌ１）との比（Ｔ１／Ｌ１）を０．２以上とするものである。すなわち、シャフトにおける当接部の肉厚を接合距離との関係で一定以上となるように設定するものであり、これにより、シャフトの当接部の肉厚を確保することができるため、接合後におけるシャフトの脱離やリークが発生することがなくなる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の加熱装置であって、前記当接部が当接して接合されるプレートの接合部位が凸状となっていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明では、プレートにおける接合部位が凸状となっていることにより、シャフトの当接部を凸状部分に当接させるだけでプレートに対するシャフトの位置決めを簡単に行うことができるため、高精度の位置決め治具を用いた位置決めが不要となる。また、接合に先立つプレートの片面の研削を凸状部分に対してだけ行えば良いため、平面度及び表面粗さを簡単に出すことができ、加工性が向上する。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の加熱装置であって、前記当接部を含めたシャフトの各部位の肉厚が２０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
シャフトの肉厚が２０ｍｍを超える場合には、シャフト製造の焼成時に焼成ムラやクラックが発生するため、良好な焼結体とならない。請求項３の発明では、当接部を含めたシャフトの各部位の肉厚が２０ｍｍ以下となっているため、シャフトの全ての部位で良好に焼結された状態となっており、シャフトの強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、当接部で接合されるシャフトとプレートとの接合距離（Ｌ１）を２ｍｍ以上とした上で当接部の肉厚（Ｔ１）と接合距離との比（Ｔ１／Ｌ１）を０．２以上とするため、シャフトの当接部の肉厚を確保することができ、接合後におけるシャフトの脱離やリークが発生することがなくなる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、プレートに対するシャフトの位置決めを簡単に行うことができると共に、接合に先立ったプレートの研削が簡単となる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明の効果に加えて、シャフトの全ての部位で良好に焼結された状態となっているため、シャフトの強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施例である加熱装置１１を示す。この加熱装置１１は、プレート１２と、プレート１２に接合されたシャフト１３とを備えている。
【００２１】
プレート１２は一方の面が被加熱体を加熱する加熱面１４となっており、他方の面がシャフト１３の接合面１５となっている。被加熱体としては、半導体ウエハー或いは液晶基板等の基板（図示省略）が用いられる。なお、加熱面１４はフラット面となっているが、これに限らず、被加熱体と接触する部分を窪ませたポケット形状としても良く、加熱面１４にエンボス加工、凹凸加工を施しても良い。
【００２２】
被加熱体の加熱を行うため、プレート１２には抵抗発熱体１６が埋設されている。抵抗発熱体１６は、モリブデン、タングステン或いはモリブデン／タングステン合金、その他の材料によって形成されている。また、抵抗発熱体１６はコイル状、メッシュ状その他の形状となってプレート１２に埋設される。図１において、符号１７は抵抗発熱体１６への電力の入出力端となる電極、符号１８は高周波用電極である。
【００２３】
プレート１２は、セラミックスにより所定の厚さの円盤形状に成形される。その径は、被加熱体の径に合わせて設定され、例えば被加熱体が半導体ウエハーの場合には、直径２００〜３００ｍｍの径となるように形成される。また、プレート１２の厚さＴとしては、抵抗発熱体１６を埋設でき、しかも所定の強度を有することを条件に設定されるものであり、例えば被加熱体が半導体ウエハーの場合には、１５〜２０ｍｍの範囲で任意に選択することができる。プレート１２のセラミックスとしては窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、その他の材料を選択することができ、これらのセラミックスを焼結することによりプレート１２が形成される。このようにプレート１２をセラミックスの焼結によって形成することにより、強度を有し、しかも腐食性ガスに対して耐久性のあるものとすることができる。
【００２４】
この実施例において、プレート１２の接合面１５には凸部２０が形成されることにより、接合部位が凸状となっている。凸部２０は、シャフト１３の接合を行う部位であり、この実施例では、シャフト１３の一側の端部（端面）２１がリング状となっており、凸部２０はこのシャフト１３の端部２１に合わせたリング状となるように形成されている。また、凸部２０の幅は、シャフト１３の端部２１の幅と略同一の寸法となっている。
【００２５】
凸部２０は、プレート１２の略中央部分に位置するように形成される。凸部２０の形成は、焼結によって円盤形状のプレート１２の外形を形成した後、凸部２０を残す研削加工を接合面１５に対して行っても良く、凸部２０を有したセラミックス成形品を成形し、この成形品を焼結することにより行っても良い。
【００２６】
凸部２０は、少なくともその凸部２０のラップ加工代相当分の突出高さを有して形成される。例えば、ラップ加工代が５０μｍ程度であれば、凸部２０の突出高さは、５０μｍとすることができ、これにより容易に位置決め機能を奏することができる。
【００２７】
凸部２０の形成部位の厚さとしては、シャフト１３を接合する接合方法によって選択することも可能であり、例えば、シャフト１３を固相接合する場合には、凸部２０の形成部位のプレート厚さを、Ｔ＋０．１ｍｍ程度（Ｔは凸部２０の形成されていない部位のプレート厚さ）とし、シャフト１３を固液接合する場合には、接合時のプレス荷重による塑性変形を考慮して、凸部２０の形成部位のプレート厚さを、Ｔ＋０．３ｍｍ程度とすることも可能である。
【００２８】
シャフト１３は、略円筒の中空形状となるように形成されており、電極１６や高周波電極１８に接続される電線の挿通が可能となっている。シャフト１３の材料としては、セラミックス或いは金属が使用される。セラミックスとしては、上述したプレート１２と同様な材料を選択することができる。金属としては、プレート１２との接合温度よりも高温の融点を有し、しかも腐食性ガスに対する耐腐食性を有しているものが使用され、例えば、アルミニウム、ステンレス、インコネル、ニッケルなどを選択することができる。
【００２９】
シャフト１３におけるプレート１２側の端部２１には、径方向に広がる鍔部２５が形成されており、この鍔部２５がプレート１２の凸部２０に当接し、この当接状態で鍔部２５がプレート１２に接合される。すなわち、鍔部２５は、プレート１２に当接する当接部となるものである。
【００３０】
このような実施例では、シャフト１３は、プレート１２の凸部２０に端部２１の鍔部２５を当接させた状態で接合される。このように凸部２０にプレート１３の鍔部２５を当接させることにより、プレート１２に対するシャフト１３の位置決めを簡単且つ高精度に行うことができる。従って、シャフト１３の位置決めを行う高精度な位置決め治具が不要となる。これに加えて、シャフト１３とプレート１２との同軸度を０．５ｍｍ以下の精度で一致させることができ、接合不良の発生を抑制することができる。
【００３１】
シャフト１３の凸部２０への接合（接合工程）は、固相接合、固液接合、ガラス接合、ロウ接合或いはその他の接合方法によって行うことができる。
【００３２】
固相接合は、Ｙ（ＮＯ３）３等の接合材をシャフト１３の端部２１または／及びプレート１２の凸部２０（以下、接合界面）に塗布し、２００ｇ／ｃｍ２等の所定の圧力をシャフト１３に付与しながら１９００℃等の加熱を行うことによりなされる。
【００３３】
固液接合はＹ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ等の接合材を接合界面に塗布し、４０ｋｇ／ｃｍ２等の所定の圧力を付与しながら１７００℃等の加熱を行うことによりなされる。この固液接合においては、凸部２０を研削して所定の平面度及び表面粗さとした後に行うのが良好である。このような固相接合及び固液接合による接合では、シャフト１３とプレート１２とを強固に接合することができ、品質的に安定したものとすることができる。
【００３４】
ガラス接合は、オキシナイトライドガラスを接合材として用い、これをグリーンシート状あるいはペースト状として接合界面に塗布またはセットし、シャフト１３を凸部２０に対して位置決めした後、窒素雰囲気の焼結炉内で約１６００℃に１時間保持することにより行うことができる。このガラス接合に用いられる接合材としては、プレート１２及びシャフト１３の耐熱温度以下であれば、どのようなものでも使用することが可能であるが、加熱装置１１を半導体ウエハーの製造に用いる場合には、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス等のナトリウムレスの接合材を用いることが良好である。
【００３５】
ロウ接合は、アルミニウムロウ、銀ロウ、金ロウ等からなる箔状、ペースト状の接合材を接合界面に塗布またはセットし、シャフト１３を凸部２０に対して侵入した後、真空又は不活性雰囲気の焼結炉内で約６００〜１１００℃に１時間保持することにより行うことができる。
【００３６】
その他の接合方法としては、焼成嵌め接合、摩擦圧接接合等を用いることができる。焼成嵌め接合は、シャフト１３を焼結体密度の８０％以下の密度まで仮焼結した後、このシャフト１３をプレート１２の凸部２０に当接させた状態で、常圧焼成、ＨＰ（ホットプレス）、ＨＩＰ（ホットアイソスタックプレス）等の焼結により焼結体密度が１００％付近まで上昇する温度で二次焼成するものであり、これによりシャフト１３とプレート１２との接合を行うことができる。
【００３７】
以上の接合に際し、シャフト１３とプレート１２の同軸度を良好に保つため、プレート１２の凸部２０およびシャフト１３に対し研削を行って（端面研削工程）、凸部２０およびシャフト１３の鍔部２５の各端面の平面度及び表面粗さを、シャフトの接合方法により決められる所定の値とする。すなわち、好ましくは、シャフトの接合方法が固液接合のときは、平面度及び表面粗さが共に０．５μｍ以下になるように、固相接合のときは、平面度が３μｍ以下、及び表面粗さが０．６μｍ以下になるように、凸部２０およびシャフト１３の各端面を研削する。このように平面度及び表面粗さを所定値以下にすることにより、各接合方法において所望の接合強度が得られる。研削は、凸部２０の径に合わせたラップ盤、ラップ設備、円筒研削盤、平面研削盤等により行うことができる。
【００３８】
この研削においては、プレート１２の接合面１５の全体を研削する必要がなく、凸部２０の表面だけを研削すれば良いため、研削を簡単且つ短時間で行うことができ、生産性が向上する。例えば、プレート１２の径が８インチの場合においては、接合面１５の全体の研削に１時間要するのに対し、凸部２０が外径７５ｍｍの場合においては、２０分程度の研削で終了することができる。しかも、研削面積が大きい場合には、平面度及び表面粗さを出しにくく、研削加工が長時間となるのに対し、この実施例の場合には、所定の値の平面度及び表面粗さを短時間で得ることが可能となる。
【００３９】
次に、この実施例におけるプレート１２とシャフト１３との接合条件を説明する。図２は、接合条件を示す断面図であり、図１に比べてシャフト１３の断面が幾分相違しているが、実質的には同じとなっている。
【００４０】
当接部としてのシャフト１３の鍔部２５と、プレート１２の凸部２０とが上述した接合方法によって接合される。鍔部２５及び凸部２０の接合距離をＬ１とし、鍔部２５の肉厚をＴ１とした場合、この実施例では、接合距離（Ｌ１）を２ｍｍ以上で、且つ当接部の肉厚（Ｔ１）と接合距離との比（Ｔ１／Ｌ１）を０．２以上とするものである。
【００４１】
これらのＬ１及びＴ１／Ｌ１は、発明者が数多くの実験を重ねた結果、得られた知見である。鍔部２５と凸部２０との接合距離（Ｌ１）を２ｍｍ以上とすることにより、シャフト１３とプレート１２との接合距離を十分に確保することができるものである。接合距離が２ｍｍ未満の場合には、十分な接合力を得ることができない。さらに、シャフト１３の鍔部２５の肉厚（Ｔ１）と接合距離（Ｌ１）との比（Ｔ１／Ｌ１）を０．２以上とすることにより、シャフト１３における鍔部２５の肉厚を接合距離との関係で一定以上となるように設定することができ、シャフト１３の鍔部２５の肉厚を確保することが可能となる。これにより、接合後におけるシャフトの脱離やリークが発生することがなくなる。
【００４２】
さらに、この実施例では、上述したＬ１及びＴ１／Ｌ１に加えて、当接部である鍔部２５を含めたシャフト１３の各部の肉厚（Ｔ３）を２０ｍｍ以下とすることが好ましい。シャフト１３の肉厚が２０ｍｍを超える場合には、シャフト１３を焼成により製造する際に焼成ムラやクラックが発生し易く、良好な焼結体とすることができないのに対し、鍔部２５を含めたシャフト１３の各部位の肉厚を２０ｍｍ以下とすることにより、シャフト１３全体が良好に焼結された状態となる。これにより、シャフト１３の強度を向上させることが可能となり、耐久性のあるものとすることができる。
【００４３】
図３は、プレート２２の別の実施例を示す。このプレート２２においても、シャフト１３の鍔部２５が接合される接合面１５の略中央部分に凸部２３が形成されるが、この凸部２３は円形の平面状に形成されている。円形平面状の凸部２３は、接合されるシャフト１３の外径と略同じ外径となるように形成されるものであり、これによりシャフト１３の位置決めを簡単且つ確実に行うことが可能となる。
【００４４】
なお、プレート１２，２２に凸部２０，２３を形成しているが、この発明では、凸部２０，２３は必ずしも必要ではなく、プレート１２，２２の接合面１５をフラットの状態としてシャフト１３を接合することも可能である。
【００４５】
以下、上述した数値を具体的な実施例により説明する。
【００４６】
（実施例Ａ）
表１は、実施例Ａにおける条件及び評価を示す。この実施例では、抵抗発熱体を埋設した直径３００ｍｍの焼結セラミックスからなるプレート１２と、同一の焼結セラミックスからなるシャフト１３とを固相接合する際に、シャフト１３の鍔部２５及びプレート１２の凸部２０の接合距離（Ｌ１）を同表のように変化させて行った。
【００４７】
そして、接合後におけるヘリウムリーク特性、接合部位の超音波探傷評価を行った。さらに２次加工を行った後、８００℃での熱サイクルによる通電試験を行った。その後、シャフト１３の接合部位のリーク評価を行った。
【００４８】
表１に示すように、接合距離（Ｌ１）が０．５ｍｍの試料１では、接合後において、既にリークがあり評価不能であった。試料２では、通電試験後にシャフトの脱離が発生した。これに対し、上述した数値の条件内である試料３〜５では、通電試験後においても、リークや超音波共に実用上問題ない結果が得られた。
【表１】
2005056759.tif 000003
（実施例Ｂ ）
表２は、実施例Ｂにおける条件及び評価を示す。この実施例においても、実施例Ａと同様のプレート１２及びシャフト１３を用いて加熱装置を作製した。この実施例では、シャフト１３の鍔部２５とプレート１２の凸部２０の接合距離（Ｌ１）を２ｍｍ以上とした上で、接合距離（Ｌ１）と鍔部２５の肉厚（Ｔ１）との比（Ｔ１／Ｌ１）を変化させてヘリウムリーク特性、接合部位の超音波探傷評価、２次加工後の熱サイクルによる通電試験、通電試験後のシャフト１３の接合部位のリーク評価及び外観の評価を行った。
【００４９】
表２に示すように、比（Ｔ１／Ｌ１）が０．２未満である試料１１，１６，２１は、評価不能或いは加熱装置としての問題があるのに対し、比（Ｔ１／Ｌ１）が０．２以上の試料１２〜１５、１７〜２０、２２〜２５はいずれも実用上問題のないレベルとなっている。その理由としては、鍔部２５の肉厚が薄く、接合距離が短い試料では、ラップ時の剛性がないためラップダレを生じ、これにより、平面度、表面粗さが不均一となるためである。
【表２】
2005056759.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５０】
接合されるプレート及びシャフトの接合部位のリーク特性が良好で、しかもプレートとシャフトとが離脱することがなく、信頼性のある加熱装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例における加熱装置の断面図である。
【図２】プレートとシャフトとを接合する際の寸法条件を示す断面図である。
【図３】別の実施例のプレートの側面図である。
【図４】従来の加熱装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１  加熱装置  
１２、２２  プレート
１３  シャフト
１６  抵抗発熱体
２０、２３  凸部
２５  鍔部（当接部）
【図１】
2005056759.tif 000005
【図２】
2005056759.tif 000006
【図３】
2005056759.tif 000007
【図４】
2005056759.tif 000008