シャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法
【課題】熱電導率が異なる材料を複合化することにより、ヒータの温度分布を改善するシャフト付きヒータユニットを提供する。
【解決手段】ヒータプレート１と、ヒータプレート１を支持するシャフト部２を有するシャフト付きヒータユニット１００であって、ヒータプレート１は、シャフト部２と接合される平板状のベース部３と、ベース部３の外周部上に配置される第１プレート部４と、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、第１プレート部４の内周側を埋めるように配置される第２プレート部５と、を備え、第１プレート部４と第２プレート部５は、コールドスプレー法により、ベース部３上に積層される。
【解決手段】ヒータプレート１と、ヒータプレート１を支持するシャフト部２を有するシャフト付きヒータユニット１００であって、ヒータプレート１は、シャフト部２と接合される平板状のベース部３と、ベース部３の外周部上に配置される第１プレート部４と、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、第１プレート部４の内周側を埋めるように配置される第２プレート部５と、を備え、第１プレート部４と第２プレート部５は、コールドスプレー法により、ベース部３上に積層される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を支持しながら加熱するシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の製造プロセス、例えばアニール処理等において、真空チャンバ内で半導体基板を加熱処理しているが、半導体基板を均一に加熱し、温度分布を少なくすることは歩留まりに大きな影響を及ぼすものであり、近年、より厳密な温度制御が望まれている。
【０００３】
この半導体基板の加熱処理において、半導体基板を支持しながら加熱するシャフト付きヒータが知られている。シャフト付きヒータは、被加熱物である半導体基板を載置し、内部にシースヒータが埋め込まれたヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトから構成されている。シャフト付きヒータにおいては、シースヒータ線の引き回しの制約からシャフト中心部に入熱しづらく、さらにシャフトを介した放熱が起こりやすいため、プレート中心部の温度が低下してしまうという問題を有していた。
【０００４】
これに対して、ヒータプレートに使用される材料を複合化することによりヒータプレートの温度分布を改善し、これに載置される半導体基板の温度分布を均一にする技術が提案されている。
【０００５】
また、ヒータプレートがセラミックス焼結体であるセラミックスヒータにおいて、該ヒータプレートを支持するシャフト部が、ヒータプレートと同一組成のセラミックス焼結体からなる第１部材と、ヒータプレートより熱伝導率が低いセラミックス焼結体からなる第２部材とを備えることにより、放熱を防止する技術が開示されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７６５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、異なる材料をろう付けなどで複合化してヒータの温度分布を改善するためには、材料の形状が複雑なため接合が難しく、また接合温度が高いため熱膨張差によるひずみを異なる材料間で蓄積させてしまうといった問題があった。さらに、材料の融点や接合温度などの関係で選択できる材料に制約があり、所望する程度までの温度分布の改善が困難であった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる材料を複合化することによりヒータの温度分布を改善するとともに、異なる材料を接合する際のひずみを解消するシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、前記ヒータプレートは、前記シャフトと接合される平板状のベース部と、前記ベース部の外周部上に積層される第１プレート部と、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、前記第１プレート部の内周側を埋めるように積層される第２プレート部と、を備え、前記第１プレート部および前記第２プレート部は、前記第１プレート部および前記第２プレート部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部上に設けられ、被加熱物を載置する載置部を備え、前記載置部は、前記載置部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ベース部および前記載置部は、前記第１プレート部と同一の材料で構成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ヒータプレートは、前記ベース部と前記第２プレート部との間に、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部を備え、前記第３プレート部は、前記第３プレート部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部中にシースヒータを配置することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記第１プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記第２プレート部は銅または銅合金からなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記第３プレート部はチタンまたはチタン合金からなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記第１プレート部はステンレスからなり、前記第２プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、前記ヒータプレートは、前記シャフトと接合される平板状のベース部と、前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、前記ベース部の中心部に積層される第３プレート部と、前記ベース部を構成する材料と同一の材料から構成され、前記ベース部および前記第３プレート部上に積層される被加熱物を載置する載置部と、を備え、前記第３プレート部および前記載置部は、前記第３プレート部および前記載置部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットの製造方法であって、前記シャフトと接合される平板状のベース部に、シースヒータを配置する配置工程と、前記ベース部の外周部上に、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、第１プレート部を形成する第１プレート部積層工程と、前記第１プレート部の内周側を埋めるように、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、前記第２プレート部を形成する第２プレート部積層工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、上記発明において、前記第２プレート部積層工程が、前記第１プレート部積層工程より先に行なわれることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、上記発明において、前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程の後、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることにより、載置部を形成する載置部積層工程を含み、前記ベース部、前記第１プレート部および前記載置部は、同一の材料で構成されることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、上記発明において、前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程前に、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部上に吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットの製造方法であって、前記シャフトと接合される平板状のベース部の中心部に穿説された溝部に、前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程と、前記ベース部および前記第３プレート部上にシースヒータを配置する配置工程と、前記シースヒータが配置された前記ベース部および前記第３プレート部上に、前記ベース部を構成する材料と同一の材料からなる該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース部および前記第３プレート部上に被加熱物を載置する載置部を形成する載置部積層工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のシャフト付きヒータユニットは、被加熱物を載置するヒータプレートの中心部の第２プレート部を、ベース部および第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料とし、第１プレート部および第２プレート部を、固相の粉末材料を融点以下の圧縮ガスでそれぞれ溶射し積層する、いわゆるコールドスプレー法で形成することにより、ヒータの温度分布を改善し、かつ熱疲労によるヒータプレートの異材界面における剥がれ、ひび割れ等を効果的に防止しうるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造方法を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造に使用される溶射装置の概要を示す説明図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１の変形例１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１の変形例２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造方法を説明するフローチャートである
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態２の変形例１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２の変形例２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニットの製造方法を説明するフローチャートである
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態３の変形例１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態３の変形例２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明にかかるシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の構成を示す断面図である。シャフト付きヒータユニット１００は、略円板状のヒータプレート１と、ヒータプレート１を支持するシャフト部２と、を備える。シャフト付きヒータユニット１００は、通常、半導体製造装置の反応室であるプロセスチャンバ内の箱状のハウジング内に設置される。該ハウジング内は真空状態となるよう気密性を有している。本実施の形態１では、円板状のヒータプレート１を使用するが、これに限定されるものではなく、被加熱物の形状等を考慮した形状であればよく、例えば矩形状であってもよい。
【００２７】
ヒータプレート１は、シャフト部２と接合されるベース部３と、ベース部３の外周部上に積層される第１プレート部４と、ベース部３の中心部であって、第１プレート部４の内周側を埋めるように積層される第２プレート部５と、被加熱物である半導体基板を載置する載置部７と、を備える。
【００２８】
ベース部３は、中心部に円盤状の開口部１３を有し、ベース部３上には、略一面にシースヒータ６が配置される。シースヒータ６に電力を供給する電力供給線８が、開口部１３を介して外部電源と接続される。シースヒータ６は、内部に、例えばニクロム線などの抵抗発熱体と、その外周部にマグネシアなどの粉末を固化した絶縁体とを有し、前記抵抗発熱体に電力を供給して発熱させている。
【００２９】
第１プレート部４は、ベース部３の外周部上に積層される。ベース部３、第１プレート部４および後述する載置部７は、通常、同一の材料で構成される。この材料は、ヒータプレート１としての使用温度範囲に基づき適宜選択される。ヒータプレート１の材料として好ましいのは、熱伝導率の高い金属であって、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金（熱伝導率：１００〜２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）が好適に使用されるが、これに限定されず、ヒータプレート１の使用温度範囲によって、鉄または鉄合金（熱伝導率：１０〜８０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅または銅合金（熱伝導率：１００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ）、ニッケルまたはニッケル合金（熱伝導率：５〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ）、チタンまたはチタン合金（熱伝導率：５〜３０Ｗ／ｍ・Ｋ）、インジウム（熱伝導率：８２Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、鉛（熱伝導率：３５Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、マグネシウム（熱伝導率：１５６Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、錫（熱伝導率：６７Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、銀（熱伝導率：４２０Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、亜鉛（熱伝導率：１１６Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）等から選択されてもよい。
【００３０】
第２プレート部５は、ベース部３の中心部であって、第１プレート部４の内周側を埋めるように積層される。第２プレート部５は、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、第１プレート部としてアルミニウムまたはアルミニウム合金が選択される場合は、これより熱伝導率が高い材料、例えば、銅または銅合金が好適に使用される。また、第１プレート部材としてステンレスが使用される場合は、ステンレスより熱伝導率が高い材料、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が第２プレート部５として好適に使用される。第２プレート部５を第１プレート部４より熱伝導率の高い材料で構成すると、シャフト部２と接するベース部３の中心部からシャフト部２へ放熱がある場合でも、ヒータプレート１の外周部から中心部への熱移動がより容易に行われるため、ヒータプレート１の温度分布を改善することが可能となる。また、第２プレート部５の大きさは、後述するシャフト部２の外径より大きくすることが好ましい。また、第２プレート部の厚さは、ヒータプレート１の径および厚さによっても異なるが、ヒータプレート１の外周部から中心部への熱移動を容易に行うためには、ヒータプレート１の厚さの半分以上であることが好ましい。
【００３１】
載置部７は、第１プレート部４および第２プレート部５上に積層され、被加熱物である半導体基板を載置する。載置部７には、半導体基板とヒータプレート１の表面（載置部７）との接触を低減させるスペーサを設置してもよい。本実施の形態１にかかるシャフト付きヒータプレート１００は載置部７を備えるが、必ずしも載置部７を設ける必要はなく、第１プレート部４および第２プレート部５上に被加熱物を載置してもよい。第１プレート部材４としてアルミニウムまたはアルミニウム合金、第２プレート部５として銅または銅合金が使用される場合は、被加熱物への銅汚染を防止するために載置部７を設けることが好ましい。
【００３２】
シャフト部２は、ヒータプレート１を支持するシャフト本体部９と、ヒータプレート１と接合するためのフランジ部１０とを備える。シャフト本体部９は、中空円筒形状であり、電力供給線８が内部に配置される。フランジ部１０は、ヒータプレート１のシャフト側に配置するベース部３と溶接またはろう付け等によって接合される。本実施の形態１にかかるシャフト付きヒータ１００は、フランジ部１０を介してシャフト部２とヒータプレート１とを接続しているが、フランジ部１０を設けることなく、シャフト部２の端部とヒータプレート１とを溶接またはろう付け等によって接合してもよい。なお、シャフト部２及びベース部３についても、後述するコールドスプレー法により積層形成することができる。
【００３３】
次に、図２〜７を参照して、実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の製造方法を説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の製造方法を説明するフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造に使用される溶射装置の概要を示す説明図である。図４〜７は、シャフト付きヒータユニット１００の製造工程を説明する断面図である。
【００３４】
図２のフローチャートに示すように、まず、ベース部３の開口部１３をマスキング部材１１でマスキングする（ステップＳ１０１）。ベース部３は、切削や鋳造などにより加工成形したものを使用すればよい。その後、図４に示すように、ベース部３の略一面にシースヒータ６を配置する（ステップＳ１０２）。
【００３５】
その後、ベース部３上に、第２プレート部５の粉末材料を、図３に示すような溶射装置５０を用いてコールドスプレーする（ステップＳ１０３）。溶射装置５０は、圧縮ガスを融点以下に加熱するガス加熱器４０と、被溶射物に溶射する粉末材料を収容し、スプレーガン４４に供給する粉末供給装置４１と、スプレーガン４４で加熱された圧縮ガスと混合された材料粉末を基材に噴射するガスノズル４５とを備えている。
【００３６】
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。供給された圧縮ガスは、バルブ４２および４３により、ガス加熱器４０と粉末供給装置４１にそれぞれ供給される。ガス加熱器４０に供給された圧縮ガスは、例えば５０〜７００℃に加熱された後、スプレーガン４４に供給される。より好ましくは、圧縮ガスにより加熱された溶射材料粉末の上限温度は、材料の融点以下に留める。粉末加熱温度を材料の融点以下に留めることにより、材料の酸化を抑制できるためである。粉末供給装置４１に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置４１内の、例えば、粒径が１０〜１００μｍ程度の材料粉末をスプレーガン４４に所定の吐出量となるように供給する。加熱された圧縮ガスは先細末広形状のガスノズル４５により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。スプレーガン４４に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材に高速で衝突して皮膜を形成する。材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、本実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の製造に使用可能であり、図３の溶射装置５０に限定されるものではない。
【００３７】
図５に示すように、第２プレート部５の粉末材料をコールドスプレーにより積層して、ベース部３の中央部に第２プレート部５を形成後（ステップＳ１０３）、第１プレート部４の粉末材料を、第２プレート部５の外部であってベース部３の外周部上にコールドスプレーにより積層して、第１プレート部４を形成する（ステップＳ１０４、図６参照）。積層された第１プレート部４と第２プレート部５の上面は面一な水平面を形成する。なお、第２プレート部５の積層工程（ステップＳ１０３）と第１プレート部４の積層工程（ステップＳ１０４）とは、各工程を前後して行ってもよい。
【００３８】
その後、図７に示すように、載置部７の粉末材料を、第１プレート部４および第２プレート部５上にコールドスプレーにより積層して、所望の厚さ分の載置部７を形成する（ステップＳ１０５）。
【００３９】
すべての材料の積層終了後、マスキング部材１１を除去し（ステップＳ１０６）、シャフト部２のフランジ部１０とヒータプレート１のベース部３とを、溶接またはろう付けにより接合する（ステップＳ１０７）。続いて、シャフト部２およびベース部３の開口部１３を介して、電力供給線８とシースヒータ６とを接続する（ステップＳ１０８）。なお、シースヒータ６がシャフト部２から飛び出す程度に長い場合は電力供給線８の接続が不要な場合もある。
【００４０】
上述した製造工程において、切削、鋳造などにより予め所定形状に成形されたベース部３を使用してシャフト付きヒータユニット１００を製造しているが、ベース部３ならびにシャフト部２も、第１プレート部４、第２プレート部５および載置部７と同様に、コールドスプレー法により成形してもよい。
【００４１】
上記のように、異なる材料を用いてコールドスプレー法によりヒータプレート１を製造した場合、圧縮ガス温度が低いため、使用する材料の酸化や熱変質がほとんどなく、緻密で密着力が高い皮膜を形成することが出来る。また、コールドスプレー法によれば、任意の箇所に必要な材料を積層し一体化できるため、ヒータプレート１の温度分布を効果的に改善できる。さらに接合時の温度を低くできるため、材料間に熱膨張差によるひずみの蓄積がなく、材料界面での剥がれ、ひび割れを防止できるという優れた効果を有する。上述した製造方法により、第１プレート部４をアルミニウムで、第２プレート部５を銅で、載置部７をアルミニウムで積層形成してシャフト付きヒータユニット１００を製造したところ、ヒータプレートをアルミニウムのみで形成したシャフト付きヒータユニットに比べて、ヒータプレート１の中心部分の温度低下を抑制し、ヒータプレート１全体の温度分布が効果的に改善された。
【００４２】
なお、実施の形態１にかかるシャフト付きヒータユニット１００の変形例１として、図８に示すシャフト付きヒータユニット１００Ａが例示される。シャフト付きヒータユニット１００Ａは、ベース部３Ａの中心部に開口部を有していない。したがって、第１プレート部４、第２プレート部５等をコールドスプレー法により積層形成する場合に、マスキングする必要がなく、工程を短縮して製造することができる。
【００４３】
また、実施の形態１にかかるシャフト付きヒータユニット１００の変形例２として、図９に示すシャフト付きヒータユニット１００Ｂが例示される。シャフト付きヒータユニット１００Ｂにおいて、第１プレート部４Ｂと第２プレート部５Ｂとの界面は、実施の形態１のシャフト付きヒータユニット１００と異なりテーパ状の断面を有する。第１プレート部４Ｂと第２プレート部５Ｂとの界面をテーパ状に形成することにより、より精密にプレートヒータ１Ｂの温度分布を改善することが可能になる。
【００４４】
さらに、実施の形態１にかかるシャフト付きヒータユニット１００の変形例３として、第１プレート部４および第２プレート部５内に配置されるシースヒータ６の配置高さを変更して、プレートヒータの温度分布を改善してもよい。
【００４５】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００は、ベース部３０と第２プレート部５との間に、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部１２を備える点で、実施の形態１のシャフト付きヒータユニット１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００について説明する。図１０は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００の構成を示す断面図である。
【００４６】
図１０に示すように、シャフト付きヒータユニット２００のベース部３０は、その中心部に穿設された溝部１４を有する。第３プレート部１２は、溝部１４上に積層形成される。第３プレート部１２は、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、第１プレート部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合には、チタンまたはチタン合金が好適に使用される。第３プレート部１２として第１プレート部４より熱伝導率が低い材料を使用することにより、ヒータプレート２０からのシャフト部２への放熱を低減して、ヒータプレート２０の温度分布を効果的に改善できる。
【００４７】
次に、図１１〜１７を参照して、実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００の製造方法を説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きユータユニット２００の製造方法を説明するフローチャートである。図１２〜１７は、シャフト付きヒータユニット２００の製造工程を説明する断面図である。図１１のフローチャートに示すように、まず、ベース部３０の開口部１３をマスキング部材１１でマスキングする（ステップＳ２０１、図１２参照）。中心部に開口部１３および溝部１４を有するベース部３０は、切削、または鋳造などにより加工成形すればよい。
【００４８】
続いて、図１３に示すように、第３プレート部１２の粉末材料を、実施の形態１で説明したような溶射装置５０（図３参照）を用いてベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーにより積層して、第３プレート部１２を形成する（ステップＳ２０２）。溶射装置は、図３に示すものに限定されるものではなく、材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、いかなる構造のものでも使用できる。積層された第３プレート部１２とベース部３０の上面は面一な水平面を形成する。
【００４９】
その後、図１４に示すように、ベース部３０および第３プレート部１２からなる水平面全体にシースヒータ６を配置する（ステップＳ２０３）。
【００５０】
その後、図１５に示すように、第２プレート部５の粉末材料を、溶射装置５０等を用いて第３プレート１２上にコールドスプレーにより積層して、第２プレート部５を形成する（ステップＳ２０４）。
【００５１】
第２プレート部５積層後、図１６に示すように、第１プレート部４の粉末材料を、ベース部３０の外周部上で第２プレート部５に接するようにコールドスプレーにより積層して、第１プレート部４を形成する（ステップＳ２０５）。積層された第１プレート部４と第２プレート部５の上面は面一な水平面を形成する。なお、第２プレート部５の積層工程（ステップＳ２０４）と第１プレート部４の積層工程（ステップＳ２０５）とは、各工程を前後して行ってもよい。
【００５２】
続いて、図１７に示すように、載置部７の粉末材料を、第１プレート部４および第２プレート５部上にコールドスプレーして、載置部７を形成する（ステップＳ２０６）。
【００５３】
すべての材料の積層終了後、マスキング部材１１を除去し（ステップＳ２０７）、シャフト部２のフランジ部１０とヒータプレート２０のベース部３０とを、溶接またはろう付けにより接合する（ステップＳ２０８）。続いて、シャフト部２およびベース部３０の開口部１３を介して、電力供給線８とシースヒータ６とを接続する（ステップＳ２０９）。
【００５４】
実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００は、ベース部３０と第２プレート部５との間に、第１プレート部４より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部１２を備えたことにより、ヒータプレート２０からシャフト部２への放熱がさらに低減できるため、ヒータプレート２０の温度分布をさらに効果的に改善することが出来る。また、異なる材料を用いて、融点以下の圧縮ガスによりコールドスプレーしてヒータプレート２０を製造できるため、使用する材料の酸化や熱変質がほとんどなく、緻密で密着力が高い皮膜を形成することが出来る。さらに、コールドスプレー法によれば、任意の箇所に必要な材料を配置し一体化でき、ヒータプレート２０の温度分布を効果的に改善できるとともに、接合時の温度を低くできるため、材料間に熱膨張差によるひずみの蓄積がなく、材料界面での剥がれ、ひび割れを防止できるという優れた効果を有する。上述した製造方法により、第３プレート部１３をチタンで、第１プレート部４をアルミニウムで、第２プレート部５を銅で、載置部７をアルミニウムで積層形成してシャフト付きヒータユニット２００を製造したところ、ヒータプレートをアルミニウムのみで形成したシャフト付きヒータユニットに比べて、ヒータプレート２０の中心部分の温度低下を抑制し、ヒータプレート２０全体の温度分布が効果的に改善された。
【００５５】
なお、実施の形態２にかかるシャフト付きヒータユニット２００の変形例１として、図１８に示すシャフト付きヒータユニット２００Ａが例示される。シャフト付きヒータユニット２００Ａは、第３プレート部１２Ａの厚さを実施の形態２にかかるシャフト付きヒータユニット２００の第３プレート部１２の厚さより厚くしたものである。シャフト付きヒータユニット２００Ａのヒータプレート２０Ａは、第３プレート部１２Ａの粉末材料を、ベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーし、第３プレート部１２Ａとベース部３０の上面を面一な水平面となるよう第３プレート部１２Ａを積層した後、ベース部３０および第３プレート部１２Ａ上にシースヒータ６を配線し、さらに、第３プレート部１２Ａの粉末材料をコールドスプレーして所望の厚さに第３プレート部を積層形成すればよい。
【００５６】
変形例１では、第３プレート部１２Ａの厚さを厚くすることにより、ヒータプレート２０Ａからシャフト部２への放熱を低減する。これに対し、第２プレート部５Ａが厚いほど、外周部から中心部に熱移動が速やかに行われヒータプレート２０Ａの温度分布が改善される。したがって、第３プレート部１２Ａおよび第２プレート部５Ａの厚さを適宜調整して、ヒータプレート２０Ａの温度分布を改善することが好ましい。
【００５７】
また、実施の形態２にかかるシャフト付きヒータユニット２００の変形例２として、図１９に示すシャフト付きヒータユニット２００Ｂが例示される。シャフト付きヒータユニット２００Ｂにおいて、ベース部３０Ｂの中心部に形成される溝部１４Ｂは、シャフト部２のフランジ部１０の外径と略同じ大きさとし、第２プレート部５の外径よりも小さい。第２プレート部５の径は、ヒータプレート２０Ｂの外周部から中心部に熱移動を速やかに行わせるために、ある程度の大きさ、たとえばヒータプレート２０Ｂの半径以上であることが望ましい。これに対し、第３プレート部１２Ｂはフランジ部１０の外径と同程度の径であれば、ヒータプレート２０Ｂからシャフト部２への放熱を低減できる。したがって、第３プレート部１２Ｂの径を、ヒータプレート２０Ｂからシャフト部２への放熱を最も低減する大きさに調整して、ヒータプレート２０Ｂの温度分布を改善することが好ましい。
【００５８】
（実施の形態３）
実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００は、第１プレート部および第２プレート部を有さず、ベース部の中心部に穿設された溝部を埋めるように積層される第３プレート部のみを備える点で、実施の形態１のシャフト付きヒータユニット１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００について説明する。図２０は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００の構成を示す断面図である。
【００５９】
図２０に示すように、シャフト付きヒータユニット３００のベース部３０は、その中心部に穿設された溝部１４を有する。第３プレート部１２は、溝部１４上に積層形成される。第３プレート部１２は、ベース部３０を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、ベース部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合には、チタンまたはチタン合金が好適に使用される。また、シャフト付きヒータユニット３００は、第１プレート部および第２プレート部を有しない。シャフト付きヒータユニット３００の載置部７０を、たとえば、第１プレート部および第２プレート部を有するシャフト付きヒータユニット１００の載置部７等より厚く積層形成させる。載置部７０を構成する材料は、通常ベース部３０と同一の材料が選択される。載置部７０を厚く形成して、ヒータプレート３０Ｂの被加熱物の載置面の温度を制御し、かつ、ベース部３０および載置部７０より熱伝導率が低い材料を使用する第３プレート部１２を設けることにより、ヒータプレート２０からのシャフト部２への放熱を低減して、ヒータプレート２０の温度分布を改善できる。
【００６０】
次に、図２１を参照して、実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００の製造方法を説明する。図２１は、本発明の実施の形態３に係るシャフト付きユータユニット３００の製造方法を説明するフローチャートである。図２１のフローチャートに示すように、まず、ベース部３０の開口部１３をマスキング部材１１でマスキングする（ステップＳ３０１）。中心部に開口部１３および溝部１４を有するベース部３０は、切削、または鋳造などにより加工成形すればよい。
【００６１】
続いて、第３プレート部１２の粉末材料を、実施の形態１で説明したような溶射装置５０（図３参照）を用いてベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーにより積層して、第３プレート部１２を形成する（ステップＳ３０２）。溶射装置は、図３に示すものに限定されるものではなく、材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、いかなる構造のものでも使用できる。積層された第３プレート部１２とベース部３０の上面は面一な水平面を形成する。
【００６２】
その後、ベース部３０および第３プレート部１２からなる水平面全体にシースヒータ６を配置する（ステップＳ３０３）。
【００６３】
続いて、載置部７０の粉末材料を、ベース部３０および第３プレート部１２上にコールドスプレーして、載置部７０を形成する（ステップＳ３０４）。
【００６４】
すべての材料の積層終了後、マスキング部材１１を除去し（ステップＳ３０５）、シャフト部２のフランジ部１０とヒータプレート３０のベース部３０とを、溶接またはろう付けにより接合する（ステップＳ３０６）。続いて、シャフト部２およびベース部３０の開口部１３を介して、電力供給線８とシースヒータ６とを接続する（ステップＳ３０７）。
【００６５】
実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００は、ベース部３０の中心部に穿設された溝部１４に、ベース部３０および載置部７０を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部１２を積層形成したことにより、ヒータプレート３０からシャフト部２への放熱が低減できるため、ヒータプレート３０の温度分布を効果的に改善することが出来る。また、異なる材料を用いて、融点以下の圧縮ガスによりコールドスプレーしてヒータプレート３０を製造できるため、使用する材料の酸化や熱変質がほとんどなく、緻密で密着力が高い皮膜を形成することが出来る。さらに、コールドスプレー法によれば、任意の箇所に必要な材料を配置し一体化でき、ヒータプレート３０の温度分布を効果的に改善できるとともに、接合時の温度を低くできるため、材料間に熱膨張差によるひずみの蓄積がなく、材料界面での剥がれ、ひび割れを防止できるという優れた効果を有する。
【００６６】
また、実施の形態３にかかるシャフト付きヒータユニット３００の変形例１として、図２２に示すシャフト付きヒータユニット３００Ａが例示される。シャフト付きヒータユニット２００Ａは、第３プレート部１２Ａの厚さを実施の形態３にかかるシャフト付きヒータユニット３００の第３プレート部１２の厚さより厚くしたものである。シャフト付きヒータユニット３００Ａのヒータプレート３０Ａは、第３プレート部１２Ａの粉末材料を、ベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーし、第３プレート部１２Ａとベース部３０の上面を面一な水平面となるよう第３プレート部１２Ａを積層した後、ベース部３０および第３プレート部１２Ａ上にシースヒータ６を配線し、さらに、第３プレート部１２Ａの粉末材料をコールドスプレーして所望の厚さに第３プレート部１２Ａを積層形成すればよい。変形例１では、第３プレート部１２Ａの厚さを厚くすることにより、ヒータプレート３０Ａからシャフト部２への放熱をさらに低減する。
【００６７】
さらに、実施の形態３にかかるシャフト付きヒータユニット３００の変形例２として、図２３に示すシャフト付きヒータユニット３００Ｂが例示される。シャフト付きヒータユニット３００Ｂのベース部３０Ｃは溝部１４を有しない。シャフト部２への放熱を低減する第３プレート部１２Ｃは、ベース部３０Ｃの中央部にコールドスプレーにより積層形成される。第３プレート部１２Ｃの外周側には第１プレート部４０がコールドスプレーにより積層される。第１プレート部４０と第３プレート部１２Ｃの上面は面一な水平面を形成し、第１プレート部４０および第３プレート部１２Ｃ上にシースヒータ６が配置される。第１プレート部４０は、通常ベース部３０Ｃを構成する材料と同一の材料が選択される。シースヒータ６が配置された第１プレート部４０と第３プレート部１２Ｃ上に、載置部７０Ｂがコールドスプレーにより積層形成される。載置部７０は、通常ベース部３０Ｃを構成する材料と同一の材料により構成される。変形例３のベース部３０Ｃは、溝部１４を有さず、実施の形態３のベース部３０より薄く形成される。変形例３にかかるシャフト付きヒータプレート３００Ｂは、ベース部３０Ｃに溝部１４を形成する必要がないため加工がより容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、異なる材料を接合してなるシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法に利用可能であり、特に、半導体製造装置に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１、１Ａ、１Ｂ、２０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂ ヒータプレート
２ シャフト部
３、３Ａ、３０、３０Ｃ ベース部
４ 第１プレート部
５ 第２プレート部
６ シースヒータ
７ 載置部
８ 電力供給線
９ シャフト本体部
１０ フランジ部
１１ マスキング部材
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 第３プレート部
１３ 開口部
１４ 溝部
４０ ガス加熱器
４１ 粉末供給装置
４２、４３ バルブ
４４ スプレーガン
４５ ガスノズル
５０ 溶射装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ、２００、２００Ａ、２００Ｂ、３００、３００Ａ、３００Ｃ シャフト付きヒータユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を支持しながら加熱するシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の製造プロセス、例えばアニール処理等において、真空チャンバ内で半導体基板を加熱処理しているが、半導体基板を均一に加熱し、温度分布を少なくすることは歩留まりに大きな影響を及ぼすものであり、近年、より厳密な温度制御が望まれている。
【０００３】
この半導体基板の加熱処理において、半導体基板を支持しながら加熱するシャフト付きヒータが知られている。シャフト付きヒータは、被加熱物である半導体基板を載置し、内部にシースヒータが埋め込まれたヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトから構成されている。シャフト付きヒータにおいては、シースヒータ線の引き回しの制約からシャフト中心部に入熱しづらく、さらにシャフトを介した放熱が起こりやすいため、プレート中心部の温度が低下してしまうという問題を有していた。
【０００４】
これに対して、ヒータプレートに使用される材料を複合化することによりヒータプレートの温度分布を改善し、これに載置される半導体基板の温度分布を均一にする技術が提案されている。
【０００５】
また、ヒータプレートがセラミックス焼結体であるセラミックスヒータにおいて、該ヒータプレートを支持するシャフト部が、ヒータプレートと同一組成のセラミックス焼結体からなる第１部材と、ヒータプレートより熱伝導率が低いセラミックス焼結体からなる第２部材とを備えることにより、放熱を防止する技術が開示されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７６５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、異なる材料をろう付けなどで複合化してヒータの温度分布を改善するためには、材料の形状が複雑なため接合が難しく、また接合温度が高いため熱膨張差によるひずみを異なる材料間で蓄積させてしまうといった問題があった。さらに、材料の融点や接合温度などの関係で選択できる材料に制約があり、所望する程度までの温度分布の改善が困難であった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる材料を複合化することによりヒータの温度分布を改善するとともに、異なる材料を接合する際のひずみを解消するシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、前記ヒータプレートは、前記シャフトと接合される平板状のベース部と、前記ベース部の外周部上に積層される第１プレート部と、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、前記第１プレート部の内周側を埋めるように積層される第２プレート部と、を備え、前記第１プレート部および前記第２プレート部は、前記第１プレート部および前記第２プレート部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部上に設けられ、被加熱物を載置する載置部を備え、前記載置部は、前記載置部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ベース部および前記載置部は、前記第１プレート部と同一の材料で構成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ヒータプレートは、前記ベース部と前記第２プレート部との間に、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部を備え、前記第３プレート部は、前記第３プレート部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部中にシースヒータを配置することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記第１プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記第２プレート部は銅または銅合金からなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記第３プレート部はチタンまたはチタン合金からなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、上記発明において、前記第１プレート部はステンレスからなり、前記第２プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニットは、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、前記ヒータプレートは、前記シャフトと接合される平板状のベース部と、前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、前記ベース部の中心部に積層される第３プレート部と、前記ベース部を構成する材料と同一の材料から構成され、前記ベース部および前記第３プレート部上に積層される被加熱物を載置する載置部と、を備え、前記第３プレート部および前記載置部は、前記第３プレート部および前記載置部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットの製造方法であって、前記シャフトと接合される平板状のベース部に、シースヒータを配置する配置工程と、前記ベース部の外周部上に、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、第１プレート部を形成する第１プレート部積層工程と、前記第１プレート部の内周側を埋めるように、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、前記第２プレート部を形成する第２プレート部積層工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、上記発明において、前記第２プレート部積層工程が、前記第１プレート部積層工程より先に行なわれることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、上記発明において、前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程の後、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることにより、載置部を形成する載置部積層工程を含み、前記ベース部、前記第１プレート部および前記載置部は、同一の材料で構成されることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、上記発明において、前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程前に、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部上に吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るシャフト付きヒータユニット製造方法は、被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットの製造方法であって、前記シャフトと接合される平板状のベース部の中心部に穿説された溝部に、前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程と、前記ベース部および前記第３プレート部上にシースヒータを配置する配置工程と、前記シースヒータが配置された前記ベース部および前記第３プレート部上に、前記ベース部を構成する材料と同一の材料からなる該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース部および前記第３プレート部上に被加熱物を載置する載置部を形成する載置部積層工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のシャフト付きヒータユニットは、被加熱物を載置するヒータプレートの中心部の第２プレート部を、ベース部および第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料とし、第１プレート部および第２プレート部を、固相の粉末材料を融点以下の圧縮ガスでそれぞれ溶射し積層する、いわゆるコールドスプレー法で形成することにより、ヒータの温度分布を改善し、かつ熱疲労によるヒータプレートの異材界面における剥がれ、ひび割れ等を効果的に防止しうるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造方法を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造に使用される溶射装置の概要を示す説明図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１の変形例１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１の変形例２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造方法を説明するフローチャートである
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態２の変形例１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２の変形例２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニットの製造方法を説明するフローチャートである
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態３の変形例１に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態３の変形例２に係るシャフト付きヒータユニットの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明にかかるシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の構成を示す断面図である。シャフト付きヒータユニット１００は、略円板状のヒータプレート１と、ヒータプレート１を支持するシャフト部２と、を備える。シャフト付きヒータユニット１００は、通常、半導体製造装置の反応室であるプロセスチャンバ内の箱状のハウジング内に設置される。該ハウジング内は真空状態となるよう気密性を有している。本実施の形態１では、円板状のヒータプレート１を使用するが、これに限定されるものではなく、被加熱物の形状等を考慮した形状であればよく、例えば矩形状であってもよい。
【００２７】
ヒータプレート１は、シャフト部２と接合されるベース部３と、ベース部３の外周部上に積層される第１プレート部４と、ベース部３の中心部であって、第１プレート部４の内周側を埋めるように積層される第２プレート部５と、被加熱物である半導体基板を載置する載置部７と、を備える。
【００２８】
ベース部３は、中心部に円盤状の開口部１３を有し、ベース部３上には、略一面にシースヒータ６が配置される。シースヒータ６に電力を供給する電力供給線８が、開口部１３を介して外部電源と接続される。シースヒータ６は、内部に、例えばニクロム線などの抵抗発熱体と、その外周部にマグネシアなどの粉末を固化した絶縁体とを有し、前記抵抗発熱体に電力を供給して発熱させている。
【００２９】
第１プレート部４は、ベース部３の外周部上に積層される。ベース部３、第１プレート部４および後述する載置部７は、通常、同一の材料で構成される。この材料は、ヒータプレート１としての使用温度範囲に基づき適宜選択される。ヒータプレート１の材料として好ましいのは、熱伝導率の高い金属であって、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金（熱伝導率：１００〜２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）が好適に使用されるが、これに限定されず、ヒータプレート１の使用温度範囲によって、鉄または鉄合金（熱伝導率：１０〜８０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅または銅合金（熱伝導率：１００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ）、ニッケルまたはニッケル合金（熱伝導率：５〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ）、チタンまたはチタン合金（熱伝導率：５〜３０Ｗ／ｍ・Ｋ）、インジウム（熱伝導率：８２Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、鉛（熱伝導率：３５Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、マグネシウム（熱伝導率：１５６Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、錫（熱伝導率：６７Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、銀（熱伝導率：４２０Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）、亜鉛（熱伝導率：１１６Ｗ／ｍ・Ｋ、常温時）等から選択されてもよい。
【００３０】
第２プレート部５は、ベース部３の中心部であって、第１プレート部４の内周側を埋めるように積層される。第２プレート部５は、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、第１プレート部としてアルミニウムまたはアルミニウム合金が選択される場合は、これより熱伝導率が高い材料、例えば、銅または銅合金が好適に使用される。また、第１プレート部材としてステンレスが使用される場合は、ステンレスより熱伝導率が高い材料、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が第２プレート部５として好適に使用される。第２プレート部５を第１プレート部４より熱伝導率の高い材料で構成すると、シャフト部２と接するベース部３の中心部からシャフト部２へ放熱がある場合でも、ヒータプレート１の外周部から中心部への熱移動がより容易に行われるため、ヒータプレート１の温度分布を改善することが可能となる。また、第２プレート部５の大きさは、後述するシャフト部２の外径より大きくすることが好ましい。また、第２プレート部の厚さは、ヒータプレート１の径および厚さによっても異なるが、ヒータプレート１の外周部から中心部への熱移動を容易に行うためには、ヒータプレート１の厚さの半分以上であることが好ましい。
【００３１】
載置部７は、第１プレート部４および第２プレート部５上に積層され、被加熱物である半導体基板を載置する。載置部７には、半導体基板とヒータプレート１の表面（載置部７）との接触を低減させるスペーサを設置してもよい。本実施の形態１にかかるシャフト付きヒータプレート１００は載置部７を備えるが、必ずしも載置部７を設ける必要はなく、第１プレート部４および第２プレート部５上に被加熱物を載置してもよい。第１プレート部材４としてアルミニウムまたはアルミニウム合金、第２プレート部５として銅または銅合金が使用される場合は、被加熱物への銅汚染を防止するために載置部７を設けることが好ましい。
【００３２】
シャフト部２は、ヒータプレート１を支持するシャフト本体部９と、ヒータプレート１と接合するためのフランジ部１０とを備える。シャフト本体部９は、中空円筒形状であり、電力供給線８が内部に配置される。フランジ部１０は、ヒータプレート１のシャフト側に配置するベース部３と溶接またはろう付け等によって接合される。本実施の形態１にかかるシャフト付きヒータ１００は、フランジ部１０を介してシャフト部２とヒータプレート１とを接続しているが、フランジ部１０を設けることなく、シャフト部２の端部とヒータプレート１とを溶接またはろう付け等によって接合してもよい。なお、シャフト部２及びベース部３についても、後述するコールドスプレー法により積層形成することができる。
【００３３】
次に、図２〜７を参照して、実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の製造方法を説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の製造方法を説明するフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニットの製造に使用される溶射装置の概要を示す説明図である。図４〜７は、シャフト付きヒータユニット１００の製造工程を説明する断面図である。
【００３４】
図２のフローチャートに示すように、まず、ベース部３の開口部１３をマスキング部材１１でマスキングする（ステップＳ１０１）。ベース部３は、切削や鋳造などにより加工成形したものを使用すればよい。その後、図４に示すように、ベース部３の略一面にシースヒータ６を配置する（ステップＳ１０２）。
【００３５】
その後、ベース部３上に、第２プレート部５の粉末材料を、図３に示すような溶射装置５０を用いてコールドスプレーする（ステップＳ１０３）。溶射装置５０は、圧縮ガスを融点以下に加熱するガス加熱器４０と、被溶射物に溶射する粉末材料を収容し、スプレーガン４４に供給する粉末供給装置４１と、スプレーガン４４で加熱された圧縮ガスと混合された材料粉末を基材に噴射するガスノズル４５とを備えている。
【００３６】
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。供給された圧縮ガスは、バルブ４２および４３により、ガス加熱器４０と粉末供給装置４１にそれぞれ供給される。ガス加熱器４０に供給された圧縮ガスは、例えば５０〜７００℃に加熱された後、スプレーガン４４に供給される。より好ましくは、圧縮ガスにより加熱された溶射材料粉末の上限温度は、材料の融点以下に留める。粉末加熱温度を材料の融点以下に留めることにより、材料の酸化を抑制できるためである。粉末供給装置４１に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置４１内の、例えば、粒径が１０〜１００μｍ程度の材料粉末をスプレーガン４４に所定の吐出量となるように供給する。加熱された圧縮ガスは先細末広形状のガスノズル４５により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。スプレーガン４４に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材に高速で衝突して皮膜を形成する。材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、本実施の形態１に係るシャフト付きヒータユニット１００の製造に使用可能であり、図３の溶射装置５０に限定されるものではない。
【００３７】
図５に示すように、第２プレート部５の粉末材料をコールドスプレーにより積層して、ベース部３の中央部に第２プレート部５を形成後（ステップＳ１０３）、第１プレート部４の粉末材料を、第２プレート部５の外部であってベース部３の外周部上にコールドスプレーにより積層して、第１プレート部４を形成する（ステップＳ１０４、図６参照）。積層された第１プレート部４と第２プレート部５の上面は面一な水平面を形成する。なお、第２プレート部５の積層工程（ステップＳ１０３）と第１プレート部４の積層工程（ステップＳ１０４）とは、各工程を前後して行ってもよい。
【００３８】
その後、図７に示すように、載置部７の粉末材料を、第１プレート部４および第２プレート部５上にコールドスプレーにより積層して、所望の厚さ分の載置部７を形成する（ステップＳ１０５）。
【００３９】
すべての材料の積層終了後、マスキング部材１１を除去し（ステップＳ１０６）、シャフト部２のフランジ部１０とヒータプレート１のベース部３とを、溶接またはろう付けにより接合する（ステップＳ１０７）。続いて、シャフト部２およびベース部３の開口部１３を介して、電力供給線８とシースヒータ６とを接続する（ステップＳ１０８）。なお、シースヒータ６がシャフト部２から飛び出す程度に長い場合は電力供給線８の接続が不要な場合もある。
【００４０】
上述した製造工程において、切削、鋳造などにより予め所定形状に成形されたベース部３を使用してシャフト付きヒータユニット１００を製造しているが、ベース部３ならびにシャフト部２も、第１プレート部４、第２プレート部５および載置部７と同様に、コールドスプレー法により成形してもよい。
【００４１】
上記のように、異なる材料を用いてコールドスプレー法によりヒータプレート１を製造した場合、圧縮ガス温度が低いため、使用する材料の酸化や熱変質がほとんどなく、緻密で密着力が高い皮膜を形成することが出来る。また、コールドスプレー法によれば、任意の箇所に必要な材料を積層し一体化できるため、ヒータプレート１の温度分布を効果的に改善できる。さらに接合時の温度を低くできるため、材料間に熱膨張差によるひずみの蓄積がなく、材料界面での剥がれ、ひび割れを防止できるという優れた効果を有する。上述した製造方法により、第１プレート部４をアルミニウムで、第２プレート部５を銅で、載置部７をアルミニウムで積層形成してシャフト付きヒータユニット１００を製造したところ、ヒータプレートをアルミニウムのみで形成したシャフト付きヒータユニットに比べて、ヒータプレート１の中心部分の温度低下を抑制し、ヒータプレート１全体の温度分布が効果的に改善された。
【００４２】
なお、実施の形態１にかかるシャフト付きヒータユニット１００の変形例１として、図８に示すシャフト付きヒータユニット１００Ａが例示される。シャフト付きヒータユニット１００Ａは、ベース部３Ａの中心部に開口部を有していない。したがって、第１プレート部４、第２プレート部５等をコールドスプレー法により積層形成する場合に、マスキングする必要がなく、工程を短縮して製造することができる。
【００４３】
また、実施の形態１にかかるシャフト付きヒータユニット１００の変形例２として、図９に示すシャフト付きヒータユニット１００Ｂが例示される。シャフト付きヒータユニット１００Ｂにおいて、第１プレート部４Ｂと第２プレート部５Ｂとの界面は、実施の形態１のシャフト付きヒータユニット１００と異なりテーパ状の断面を有する。第１プレート部４Ｂと第２プレート部５Ｂとの界面をテーパ状に形成することにより、より精密にプレートヒータ１Ｂの温度分布を改善することが可能になる。
【００４４】
さらに、実施の形態１にかかるシャフト付きヒータユニット１００の変形例３として、第１プレート部４および第２プレート部５内に配置されるシースヒータ６の配置高さを変更して、プレートヒータの温度分布を改善してもよい。
【００４５】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００は、ベース部３０と第２プレート部５との間に、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部１２を備える点で、実施の形態１のシャフト付きヒータユニット１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００について説明する。図１０は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００の構成を示す断面図である。
【００４６】
図１０に示すように、シャフト付きヒータユニット２００のベース部３０は、その中心部に穿設された溝部１４を有する。第３プレート部１２は、溝部１４上に積層形成される。第３プレート部１２は、第１プレート部４を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、第１プレート部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合には、チタンまたはチタン合金が好適に使用される。第３プレート部１２として第１プレート部４より熱伝導率が低い材料を使用することにより、ヒータプレート２０からのシャフト部２への放熱を低減して、ヒータプレート２０の温度分布を効果的に改善できる。
【００４７】
次に、図１１〜１７を参照して、実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００の製造方法を説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きユータユニット２００の製造方法を説明するフローチャートである。図１２〜１７は、シャフト付きヒータユニット２００の製造工程を説明する断面図である。図１１のフローチャートに示すように、まず、ベース部３０の開口部１３をマスキング部材１１でマスキングする（ステップＳ２０１、図１２参照）。中心部に開口部１３および溝部１４を有するベース部３０は、切削、または鋳造などにより加工成形すればよい。
【００４８】
続いて、図１３に示すように、第３プレート部１２の粉末材料を、実施の形態１で説明したような溶射装置５０（図３参照）を用いてベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーにより積層して、第３プレート部１２を形成する（ステップＳ２０２）。溶射装置は、図３に示すものに限定されるものではなく、材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、いかなる構造のものでも使用できる。積層された第３プレート部１２とベース部３０の上面は面一な水平面を形成する。
【００４９】
その後、図１４に示すように、ベース部３０および第３プレート部１２からなる水平面全体にシースヒータ６を配置する（ステップＳ２０３）。
【００５０】
その後、図１５に示すように、第２プレート部５の粉末材料を、溶射装置５０等を用いて第３プレート１２上にコールドスプレーにより積層して、第２プレート部５を形成する（ステップＳ２０４）。
【００５１】
第２プレート部５積層後、図１６に示すように、第１プレート部４の粉末材料を、ベース部３０の外周部上で第２プレート部５に接するようにコールドスプレーにより積層して、第１プレート部４を形成する（ステップＳ２０５）。積層された第１プレート部４と第２プレート部５の上面は面一な水平面を形成する。なお、第２プレート部５の積層工程（ステップＳ２０４）と第１プレート部４の積層工程（ステップＳ２０５）とは、各工程を前後して行ってもよい。
【００５２】
続いて、図１７に示すように、載置部７の粉末材料を、第１プレート部４および第２プレート５部上にコールドスプレーして、載置部７を形成する（ステップＳ２０６）。
【００５３】
すべての材料の積層終了後、マスキング部材１１を除去し（ステップＳ２０７）、シャフト部２のフランジ部１０とヒータプレート２０のベース部３０とを、溶接またはろう付けにより接合する（ステップＳ２０８）。続いて、シャフト部２およびベース部３０の開口部１３を介して、電力供給線８とシースヒータ６とを接続する（ステップＳ２０９）。
【００５４】
実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００は、ベース部３０と第２プレート部５との間に、第１プレート部４より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部１２を備えたことにより、ヒータプレート２０からシャフト部２への放熱がさらに低減できるため、ヒータプレート２０の温度分布をさらに効果的に改善することが出来る。また、異なる材料を用いて、融点以下の圧縮ガスによりコールドスプレーしてヒータプレート２０を製造できるため、使用する材料の酸化や熱変質がほとんどなく、緻密で密着力が高い皮膜を形成することが出来る。さらに、コールドスプレー法によれば、任意の箇所に必要な材料を配置し一体化でき、ヒータプレート２０の温度分布を効果的に改善できるとともに、接合時の温度を低くできるため、材料間に熱膨張差によるひずみの蓄積がなく、材料界面での剥がれ、ひび割れを防止できるという優れた効果を有する。上述した製造方法により、第３プレート部１３をチタンで、第１プレート部４をアルミニウムで、第２プレート部５を銅で、載置部７をアルミニウムで積層形成してシャフト付きヒータユニット２００を製造したところ、ヒータプレートをアルミニウムのみで形成したシャフト付きヒータユニットに比べて、ヒータプレート２０の中心部分の温度低下を抑制し、ヒータプレート２０全体の温度分布が効果的に改善された。
【００５５】
なお、実施の形態２にかかるシャフト付きヒータユニット２００の変形例１として、図１８に示すシャフト付きヒータユニット２００Ａが例示される。シャフト付きヒータユニット２００Ａは、第３プレート部１２Ａの厚さを実施の形態２にかかるシャフト付きヒータユニット２００の第３プレート部１２の厚さより厚くしたものである。シャフト付きヒータユニット２００Ａのヒータプレート２０Ａは、第３プレート部１２Ａの粉末材料を、ベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーし、第３プレート部１２Ａとベース部３０の上面を面一な水平面となるよう第３プレート部１２Ａを積層した後、ベース部３０および第３プレート部１２Ａ上にシースヒータ６を配線し、さらに、第３プレート部１２Ａの粉末材料をコールドスプレーして所望の厚さに第３プレート部を積層形成すればよい。
【００５６】
変形例１では、第３プレート部１２Ａの厚さを厚くすることにより、ヒータプレート２０Ａからシャフト部２への放熱を低減する。これに対し、第２プレート部５Ａが厚いほど、外周部から中心部に熱移動が速やかに行われヒータプレート２０Ａの温度分布が改善される。したがって、第３プレート部１２Ａおよび第２プレート部５Ａの厚さを適宜調整して、ヒータプレート２０Ａの温度分布を改善することが好ましい。
【００５７】
また、実施の形態２にかかるシャフト付きヒータユニット２００の変形例２として、図１９に示すシャフト付きヒータユニット２００Ｂが例示される。シャフト付きヒータユニット２００Ｂにおいて、ベース部３０Ｂの中心部に形成される溝部１４Ｂは、シャフト部２のフランジ部１０の外径と略同じ大きさとし、第２プレート部５の外径よりも小さい。第２プレート部５の径は、ヒータプレート２０Ｂの外周部から中心部に熱移動を速やかに行わせるために、ある程度の大きさ、たとえばヒータプレート２０Ｂの半径以上であることが望ましい。これに対し、第３プレート部１２Ｂはフランジ部１０の外径と同程度の径であれば、ヒータプレート２０Ｂからシャフト部２への放熱を低減できる。したがって、第３プレート部１２Ｂの径を、ヒータプレート２０Ｂからシャフト部２への放熱を最も低減する大きさに調整して、ヒータプレート２０Ｂの温度分布を改善することが好ましい。
【００５８】
（実施の形態３）
実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００は、第１プレート部および第２プレート部を有さず、ベース部の中心部に穿設された溝部を埋めるように積層される第３プレート部のみを備える点で、実施の形態１のシャフト付きヒータユニット１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００について説明する。図２０は、本発明の実施の形態２に係るシャフト付きヒータユニット２００の構成を示す断面図である。
【００５９】
図２０に示すように、シャフト付きヒータユニット３００のベース部３０は、その中心部に穿設された溝部１４を有する。第３プレート部１２は、溝部１４上に積層形成される。第３プレート部１２は、ベース部３０を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、ベース部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合には、チタンまたはチタン合金が好適に使用される。また、シャフト付きヒータユニット３００は、第１プレート部および第２プレート部を有しない。シャフト付きヒータユニット３００の載置部７０を、たとえば、第１プレート部および第２プレート部を有するシャフト付きヒータユニット１００の載置部７等より厚く積層形成させる。載置部７０を構成する材料は、通常ベース部３０と同一の材料が選択される。載置部７０を厚く形成して、ヒータプレート３０Ｂの被加熱物の載置面の温度を制御し、かつ、ベース部３０および載置部７０より熱伝導率が低い材料を使用する第３プレート部１２を設けることにより、ヒータプレート２０からのシャフト部２への放熱を低減して、ヒータプレート２０の温度分布を改善できる。
【００６０】
次に、図２１を参照して、実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００の製造方法を説明する。図２１は、本発明の実施の形態３に係るシャフト付きユータユニット３００の製造方法を説明するフローチャートである。図２１のフローチャートに示すように、まず、ベース部３０の開口部１３をマスキング部材１１でマスキングする（ステップＳ３０１）。中心部に開口部１３および溝部１４を有するベース部３０は、切削、または鋳造などにより加工成形すればよい。
【００６１】
続いて、第３プレート部１２の粉末材料を、実施の形態１で説明したような溶射装置５０（図３参照）を用いてベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーにより積層して、第３プレート部１２を形成する（ステップＳ３０２）。溶射装置は、図３に示すものに限定されるものではなく、材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、いかなる構造のものでも使用できる。積層された第３プレート部１２とベース部３０の上面は面一な水平面を形成する。
【００６２】
その後、ベース部３０および第３プレート部１２からなる水平面全体にシースヒータ６を配置する（ステップＳ３０３）。
【００６３】
続いて、載置部７０の粉末材料を、ベース部３０および第３プレート部１２上にコールドスプレーして、載置部７０を形成する（ステップＳ３０４）。
【００６４】
すべての材料の積層終了後、マスキング部材１１を除去し（ステップＳ３０５）、シャフト部２のフランジ部１０とヒータプレート３０のベース部３０とを、溶接またはろう付けにより接合する（ステップＳ３０６）。続いて、シャフト部２およびベース部３０の開口部１３を介して、電力供給線８とシースヒータ６とを接続する（ステップＳ３０７）。
【００６５】
実施の形態３に係るシャフト付きヒータユニット３００は、ベース部３０の中心部に穿設された溝部１４に、ベース部３０および載置部７０を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部１２を積層形成したことにより、ヒータプレート３０からシャフト部２への放熱が低減できるため、ヒータプレート３０の温度分布を効果的に改善することが出来る。また、異なる材料を用いて、融点以下の圧縮ガスによりコールドスプレーしてヒータプレート３０を製造できるため、使用する材料の酸化や熱変質がほとんどなく、緻密で密着力が高い皮膜を形成することが出来る。さらに、コールドスプレー法によれば、任意の箇所に必要な材料を配置し一体化でき、ヒータプレート３０の温度分布を効果的に改善できるとともに、接合時の温度を低くできるため、材料間に熱膨張差によるひずみの蓄積がなく、材料界面での剥がれ、ひび割れを防止できるという優れた効果を有する。
【００６６】
また、実施の形態３にかかるシャフト付きヒータユニット３００の変形例１として、図２２に示すシャフト付きヒータユニット３００Ａが例示される。シャフト付きヒータユニット２００Ａは、第３プレート部１２Ａの厚さを実施の形態３にかかるシャフト付きヒータユニット３００の第３プレート部１２の厚さより厚くしたものである。シャフト付きヒータユニット３００Ａのヒータプレート３０Ａは、第３プレート部１２Ａの粉末材料を、ベース部３０の溝部１４上にコールドスプレーし、第３プレート部１２Ａとベース部３０の上面を面一な水平面となるよう第３プレート部１２Ａを積層した後、ベース部３０および第３プレート部１２Ａ上にシースヒータ６を配線し、さらに、第３プレート部１２Ａの粉末材料をコールドスプレーして所望の厚さに第３プレート部１２Ａを積層形成すればよい。変形例１では、第３プレート部１２Ａの厚さを厚くすることにより、ヒータプレート３０Ａからシャフト部２への放熱をさらに低減する。
【００６７】
さらに、実施の形態３にかかるシャフト付きヒータユニット３００の変形例２として、図２３に示すシャフト付きヒータユニット３００Ｂが例示される。シャフト付きヒータユニット３００Ｂのベース部３０Ｃは溝部１４を有しない。シャフト部２への放熱を低減する第３プレート部１２Ｃは、ベース部３０Ｃの中央部にコールドスプレーにより積層形成される。第３プレート部１２Ｃの外周側には第１プレート部４０がコールドスプレーにより積層される。第１プレート部４０と第３プレート部１２Ｃの上面は面一な水平面を形成し、第１プレート部４０および第３プレート部１２Ｃ上にシースヒータ６が配置される。第１プレート部４０は、通常ベース部３０Ｃを構成する材料と同一の材料が選択される。シースヒータ６が配置された第１プレート部４０と第３プレート部１２Ｃ上に、載置部７０Ｂがコールドスプレーにより積層形成される。載置部７０は、通常ベース部３０Ｃを構成する材料と同一の材料により構成される。変形例３のベース部３０Ｃは、溝部１４を有さず、実施の形態３のベース部３０より薄く形成される。変形例３にかかるシャフト付きヒータプレート３００Ｂは、ベース部３０Ｃに溝部１４を形成する必要がないため加工がより容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、異なる材料を接合してなるシャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニット製造方法に利用可能であり、特に、半導体製造装置に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１、１Ａ、１Ｂ、２０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂ ヒータプレート
２ シャフト部
３、３Ａ、３０、３０Ｃ ベース部
４ 第１プレート部
５ 第２プレート部
６ シースヒータ
７ 載置部
８ 電力供給線
９ シャフト本体部
１０ フランジ部
１１ マスキング部材
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 第３プレート部
１３ 開口部
１４ 溝部
４０ ガス加熱器
４１ 粉末供給装置
４２、４３ バルブ
４４ スプレーガン
４５ ガスノズル
５０ 溶射装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ、２００、２００Ａ、２００Ｂ、３００、３００Ａ、３００Ｃ シャフト付きヒータユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、
前記ヒータプレートは、
前記シャフトと接合される平板状のベース部と、
前記ベース部の外周部上に積層される第１プレート部と、
前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、前記第１プレート部の内周側を埋めるように積層される第２プレート部と、
を備え、
前記第１プレート部および前記第２プレート部は、前記第１プレート部および前記第２プレート部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とするシャフト付きヒータユニット。
【請求項２】
前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部上に設けられ、被加熱物を載置する載置部を備え、前記載置部は、前記載置部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項３】
前記ベース部および前記載置部は、前記第１プレート部と同一の材料で構成されることを特徴とする請求項２に記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項４】
前記ヒータプレートは、前記ベース部と前記第２プレート部との間に、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部を備え、
前記第３プレート部は、前記第３プレート部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項５】
前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部中にシースヒータを配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項６】
前記第１プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記第２プレート部は銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項７】
前記第３プレート部はチタンまたはチタン合金からなることを特徴とする請求項６に記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項８】
前記第１プレート部はステンレスからなり、前記第２プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項９】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、
前記ヒータプレートは、
前記シャフトと接合される平板状のベース部と、
前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、前記ベース部の中心部に積層される第３プレート部と、
前記ベース部を構成する材料と同一の材料から構成され、前記ベース部および前記第３プレート部上に積層される被加熱物を載置する載置部と、
を備え、
前記第３プレート部および前記載置部は、前記第３プレート部および前記載置部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とするシャフト付きヒータユニット。
【請求項１０】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニット製造方法であって、
前記シャフトと接合される平板状のベース部に、シースヒータを配置する配置工程と、
前記ベース部の外周部上に、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、第１プレート部を形成する第１プレート部積層工程と、
前記第１プレート部の内周側を埋めるように、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、前記第２プレート部を形成する第２プレート部積層工程と、
を含むことを特徴とするシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１１】
前記第２プレート部積層工程が、前記第１プレート部積層工程より先に行なわれることを特徴とする請求項１０に記載のシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１２】
前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程の後、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることにより、載置部を形成する載置部積層工程を含み、
前記ベース部、前記第１プレート部および前記載置部は、同一の材料で構成されることを特徴とする請求項１０または１１に記載のシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１３】
前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程前に、
前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部上に吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程を含むことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１４】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニット製造方法であって、
前記シャフトと接合される平板状のベース部の中心部に穿説された溝部に、前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程と、
前記ベース部および前記第３プレート部上にシースヒータを配置する配置工程と、
前記シースヒータが配置された前記ベース部および前記第３プレート部上に、前記ベース部を構成する材料と同一の材料からなる該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース部および前記第３プレート部上に被加熱物を載置する載置部を形成する載置部積層工程と、
を含むことを特徴とするシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、
前記ヒータプレートは、
前記シャフトと接合される平板状のベース部と、
前記ベース部の外周部上に積層される第１プレート部と、
前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択され、前記第１プレート部の内周側を埋めるように積層される第２プレート部と、
を備え、
前記第１プレート部および前記第２プレート部は、前記第１プレート部および前記第２プレート部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とするシャフト付きヒータユニット。
【請求項２】
前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部上に設けられ、被加熱物を載置する載置部を備え、前記載置部は、前記載置部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項３】
前記ベース部および前記載置部は、前記第１プレート部と同一の材料で構成されることを特徴とする請求項２に記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項４】
前記ヒータプレートは、前記ベース部と前記第２プレート部との間に、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択される第３プレート部を備え、
前記第３プレート部は、前記第３プレート部を構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部に吹き付けることによって形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項５】
前記ヒータプレートは、前記第１プレート部および前記第２プレート部中にシースヒータを配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項６】
前記第１プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記第２プレート部は銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項７】
前記第３プレート部はチタンまたはチタン合金からなることを特徴とする請求項６に記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項８】
前記第１プレート部はステンレスからなり、前記第２プレート部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット。
【請求項９】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニットであって、
前記ヒータプレートは、
前記シャフトと接合される平板状のベース部と、
前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択され、前記ベース部の中心部に積層される第３プレート部と、
前記ベース部を構成する材料と同一の材料から構成され、前記ベース部および前記第３プレート部上に積層される被加熱物を載置する載置部と、
を備え、
前記第３プレート部および前記載置部は、前記第３プレート部および前記載置部をそれぞれ構成する固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部にそれぞれ吹き付けることにより形成されたことを特徴とするシャフト付きヒータユニット。
【請求項１０】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニット製造方法であって、
前記シャフトと接合される平板状のベース部に、シースヒータを配置する配置工程と、
前記ベース部の外周部上に、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、第１プレート部を形成する第１プレート部積層工程と、
前記第１プレート部の内周側を埋めるように、前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が高い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース上に吹き付けることにより、前記第２プレート部を形成する第２プレート部積層工程と、
を含むことを特徴とするシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１１】
前記第２プレート部積層工程が、前記第１プレート部積層工程より先に行なわれることを特徴とする請求項１０に記載のシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１２】
前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程の後、固相状態の材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記第１プレート部および前記第２プレート部に吹き付けることにより、載置部を形成する載置部積層工程を含み、
前記ベース部、前記第１プレート部および前記載置部は、同一の材料で構成されることを特徴とする請求項１０または１１に記載のシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１３】
前記第１プレート部および前記第２プレート部の積層工程前に、
前記第１プレート部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で前記ベース部上に吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程を含むことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載のシャフト付きヒータユニット製造方法。
【請求項１４】
被加熱物を載置して加熱するヒータプレートと、該ヒータプレートを支持するシャフトを有するシャフト付きヒータユニット製造方法であって、
前記シャフトと接合される平板状のベース部の中心部に穿説された溝部に、前記ベース部を構成する材料より熱伝導率が低い材料から選択された固相状態の該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース上に第３プレート部を形成する第３プレート部積層工程と、
前記ベース部および前記第３プレート部上にシースヒータを配置する配置工程と、
前記シースヒータが配置された前記ベース部および前記第３プレート部上に、前記ベース部を構成する材料と同一の材料からなる該材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該材料粉末の融点より低い温度で吹き付けることにより、前記ベース部および前記第３プレート部上に被加熱物を載置する載置部を形成する載置部積層工程と、
を含むことを特徴とするシャフト付きヒータユニット製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−４２５２（Ｐ２０１２−４２５２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６６３８（Ｐ２０１０−１３６６３８）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
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