(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項２】
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を特徴とする請求項１に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項３】
前記被覆層の電気抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項４】
前記被覆層が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を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項５】
前記被覆層の膜厚が、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項６】
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を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項７】
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を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項８】
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を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項９】
前記凹状部を構成する壁面の厚みが、０．０５〜３ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の給電用電極棒と給電用端子との連結構造。
【請求項１０】
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、
請求項１ないし請求項９のいずれか一項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ヒータエレメント。
【請求項１１】
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を特徴とする請求項１０に記載のヒータエレメント。
【請求項１２】
チャンバーと、請求項１０または請求項１１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加熱装置。
【請求項１３】
チャンバーと、請求項１０または請求項１１に記載のヒータエレメントと、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基板加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
0003889309.tif 000002
【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】
0003889309.tif 000003
【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
【図１】
0003889309.tif 000004
【図２】
0003889309.tif 000005
【図３】
0003889309.tif 000006
【図４】
0003889309.tif 000007
【図５】
0003889309.tif 000008
【図６】
0003889309.tif 000009
【図７】
0003889309.tif 000010
【図８】
0003889309.tif 000011