专利名称：加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对半导体晶片等进行加热的加热装置。
背景技术：
在半导体器件的制造工序中，为了使用半导体制造装置向晶片上形成氧化膜等而实施加热处理。在该半导体制造装置的用于加热晶片的加热装置中，有在板状的陶瓷基体中埋设了电阻发热体的加热装置，板状的陶瓷基体具有载置作为被加热物的晶片并进行加热的加热面。该加热装置不仅用于半导体制造过程的成膜装置，还适合用于对板状的被加热材料的表面进行蚀刻的表面处理装置等。
上述的加热装置一般是在与陶瓷基体的加热面相反侧的面(接合面)的中央部附近，具备相对于该接合面垂直安装的大致圆筒形状的轴，并用该轴支撑陶瓷基体。而且在该轴的内侧空间，配设有与埋设在陶瓷基体内的电阻发热体等连接的供电部件。该轴由与陶瓷基体相同材质的陶瓷构成，与陶瓷基体分别制作后，通过固相接合或液相接合而固定在陶瓷基体上。
陶瓷基体和轴，要求有支撑陶瓷基体的足够的强度，而且，由于加热处理时的腐蚀性气体，要求具有保护轴内的供电部件的气密性并可靠地接合，进而要求能够长期维持良好的接合状态。关于对应于这种要求的加热装置，有在接合端部连接具有凸缘部的轴和陶瓷基体的圆环状接合部的半径方向的长度与该轴的凸缘部的厚度满足所定关系的那种形状的加热装置(专利文献1特开2005-56759号公报)。
对于陶瓷基体与轴的接合面以及该接合部附近的该轴的形状，如专利文献1中公开的最佳化形状的结果，被要求的轴的接合强度和气密性得以实现。然而即使在这种最佳化的加热装置中，在轴的对陶瓷基体的接合工序后，也有不能满足要求特性的固体，以及升温实验时突然发生轴脱落的事故，使制品生产率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有利解决上述问题，使陶瓷基体和轴的接合部切实具有高强度，由此提高制品生产率的加热装置。
实现上述目的的本发明的加热装置，具备具有载置被加热物的加热面的板状的陶瓷基体；配设在陶瓷基体上的电阻发热体；以及，一个端部接合在与该陶瓷基体的加热面相反侧的接合面上并支撑上述陶瓷基体的大致圆筒状的轴，而且，上述轴具有在与上述陶瓷基体的接合端部形成的凸缘部和与该凸缘部连接的第一圆筒部，该凸缘部的接合部的内径D3和上述第一圆筒部的外径D1的比率D3/D1为92％以上。
采用本发明的加热装置，陶瓷基体和轴的接合部具有高的强度，能够抑制接合后的接合状态的变化。
图1是表示本发明的加热装置的一个实施例的剖面图。
图2是加热装置的主要部分的放大剖面图。
图3是加热装置的主要部分的放大剖面图。
图4是加热装置的主要部分的放大剖面图。
图中1-加热装置，11-陶瓷基体，11a-加热面，11b-结合面，12-电阻发热体，13-供电部件，21-轴，21a-凸缘部，21b-第一圆筒部，21c-第二圆筒部，21d-平面，21e-曲面，21f-曲面。
具体实施例方式
下面使用附图对本发明的加热装置的实施例进行说明。
图1是表示本发明的加热装置的一个实施例的剖面图。图1所示的本实施例的加热装置1具有比作为被该加热装置加热的被加热物的例如半导体晶片更大直径的圆盘形状的陶瓷基体11。该陶瓷基体的一个平面成为放置被加热部件来加热的加热面11a，与该加热面11a相反侧的平面成为接合支撑陶瓷基体11的轴21的接合面11b。该陶瓷基体11例如由氮化铝(AlN)系陶瓷构成。
在陶瓷基体11的内部埋设有电阻发热体12。该电阻发热体12例如能够使用Mo或W等耐热性金属。在陶瓷基体11的接合面11b的中央部附近，形成朝向电阻发热体12的导通孔11c，在该导通孔11c中插通棒状的供电部件13，与电阻发热体12电连接。通过从未图示出的电源向该供电部件13供给电力，经供电部件13向电阻发热体12供电将电阻发热体12加热。由此，放置在陶瓷基体11的加热面11a上的被加热部件被加热。
在陶瓷基体11的接合面11b上接合固定中空形状的轴21以容纳供电部件13。该轴21具有大致圆筒形状，更具体地说，在与陶瓷基体11接合的端部具有凸缘部21a，并与该凸缘部21a连接而具有第一圆筒部21b，与该第一圆筒部21b连接而在远离陶瓷基体11的一侧具有第二圆筒部21c。
并且，关于将形成有凸缘部21a的轴21的端面和陶瓷基体11的接合面11b接合的接合部的内径D3，本实施方式的加热装置为该接合部的内径D3和第一圆筒部的外径D1的比率D3/D1为92％以上。
对于该接合部的内径D3和第一圆筒部的外径D1的比率D3/D1为92％以上的作用效果进行以下说明。
为了实现加热装置的陶瓷基体和轴的接合部稳定的强度提高，对于像现有技术那样使陶瓷基体和轴的接合面以及该接合部附近的该轴的形状最佳化的加热装置中产生的不良制品，发明者们利用超声波探伤装置等，调查了多数接合面的状态。其结果，在成为圆环状的接合面的半径方向，从外周部到中间部附近为良好的接合状态，虽然没有观察到特别欠缺，但在接合面的半径方向内周部附近，观察到了不充分的接合状态。
该接合部的内周部分不充分的接合状态的原因，尽管不一定清楚，但考虑如下。图2是图1所示的A部附近的放大剖面图。如该图2所示，在接合陶瓷基体11和轴21时，首先将轴21的凸缘部21a在陶瓷基体11的接合面的规定位置处定位并接触，其次，使圆筒形状的按压工具P与该凸缘部21a的背面接触后，在固相接合或液相接合的条件下向陶瓷基体11按压。利用该工序将陶瓷基体11和凸缘部21a加压接合。在该接合时，从接合面的外周部至中间部附近，由于直接施加按压工具P的按压力，所以得到充分的接合强度。与此相对，接合面的内周部分，按压工具P的按压力因该接合面的内周侧端部的位置即接合部的内径和近似于圆筒状的按压工具P的位置的第一圆筒部的外径的位置关系，有按压工具P不一定直接施加按压力的情况。因此，推测在接合面的内周部分也有成为不充分的接合状态的情况。
于是，在本实施方式的加热装置中，即使在接合面的内周侧，为了规定用于充分施加按压工具P的按压力的位置关系，使凸缘部21a的接合部的内径D3和上述第一圆筒部的外径D1的比率D3/D1为92％以上。尤其是，如果该比率过大，则凸缘部21a实际有不能形成的危险，比率的上限值为107％程度。该比率的更好的范围是97-101％程度。
还有，凸缘部21a的接合部的内径D3虽然在100mm以下，但是能够使在被接合的轴的接合面的高温下的膨胀的绝对值变小，在接合部中的热应力值由于使接合强度的安全系数充分下降，所以更好。
轴21最好具有将凸缘部21a的接合面的内周侧端部和第一圆筒部21b的内周面的端部连接的平面21d。通过具备该平面21d，上述的凸缘部21a的接合部的内径D3和上述第一圆筒部的外径D1的比率能够很容易达到92％以上。该平面21d通过轴21的倒角加工等能够很容易地形成。另外，并不限于倒角加工，例如，在轴21的模具成形时的模具中，通过作入平面21d的部分也能够形成平面21d。
连接凸缘部21a的接合面的内周侧端部和第一圆筒部21b的内周面的端部的面，并不限于图2所示的平面21d。图3是加热装置主要部分的放大图。图3所示的轴21取代上述平面21d具备曲面(月牙部)21e。通过具备该曲面21e，也同样地能够使上述凸缘部21a的接合部的内径D3和上述第一圆筒部的外径D1的比率很容易地到92％以上。该曲面21e通过研磨加工或模具成形时作入模具等，能够使其很容易地形成。该曲面21e的曲率半径最好是1.5mm以上。曲率半径在1.5mm以上时能够确保更适当的接合。更适当的曲率半径的范围在1.5-5.0mm。
其次，轴21的材质最好是与陶瓷基体11的主要成分一致。若主要成分一致的话，则热膨胀系数几乎相同，不仅易于接合，而且接合体的接合强度也能够提高。陶瓷基体11的陶瓷在为氮化铝时，为了防止在与该氮化铝陶瓷基体的接合部施加热应力而使接合强度降低，最好是做成与该氮化铝陶瓷基体同一材质的轴21。
另外，如图1所示，本实施方式的加热装置1，轴21在远离陶瓷基体11的一侧具有与第一圆筒部21b连接的第二圆筒部21c，而且，第一圆筒部21b的外径D1最好比该第二圆筒部的外径D2大。通过第一圆筒部21b的外径D1比该第二圆筒部的外径D2大，使用图2所示的按压工具P，可以不与其他部分干涉地按压凸缘部21a，从而能够以高强度且可靠地进行接合部的接合。
该第二接合部的外径D2和上述第一圆筒部的外径D1的比率D2/D1为40％以上80％以下更好。这是因为，根据发明者们的调查，无论D2/D1比率如何，在第一圆筒部21b和第二圆筒部21c之间观察到了破损情况。对该破坏起点和开裂方式进行更细致地调查结果，在第一圆筒部21b及第二圆筒部21c之间产生了过大的应力，可知这就是破损的原因。并且，关于轴21，通过使第二圆筒部的外径D2对第一圆筒部21b的外径D1的比率D2/D1为40％以上80％以下，成为在第一圆筒部21b和第二圆筒部21c之间没有破损且具有高强度的加热装置。因此，D2/D1的比率最好为40％以上80％以下。
第一圆筒部21b的外周面和第二圆筒部21c的外周面，以曲率半径1-5mm的曲面圆滑地连接更好。图4是加热装置1的主要部分的放大剖视图。如图4所示，第一圆筒部21b的外周面和第二圆筒部21c的外周面通过用曲率半径1-5mm的曲面21f圆滑地连接，可抑制在第一圆筒部21b和第二圆筒部21c的连接部应力集中，成为在该连接部不产生破损且具有高强度的加热装置。
第一圆筒部21b的外周面的距离接合面11b的长度，即第一圆筒部21b的中间细部的长度T2为8-70mm更好。只要是满足8-70mm的轴形状就能够抑制可避免接合过程的轴破损的热应力值。如果第一圆筒部21b的外周面的距离接合面11b的长度不满8mm，则在第一圆筒部21b及第二圆筒部21c之间存在产生相对过大应力的场合，如果第一圆筒部21b的外周面的距离接合面11b的长度超过70mm，则在凸缘部21a及第二圆筒部21b之间存在产生相对过大应力的场合，均有导致轴破损的危险。
以上使用附图对本发明的加热装置的实施方式进行了说明，但本发明的加热装置并不限定于附图及上述的记载。
例如，陶瓷基体11的形状既可以是板状，也可以是在该加热面11a上具有安装作为被加热物的晶片的兜形状，加热面11a的表面既可以是压花形状，而且也可以是加热面11a具有槽形状。另外，陶瓷基体11的厚度可为0.5mm-30mm的范围，但并不限定于该范围。陶瓷基体11的材料除了氮化铝以外还可使用碳化硅或氮化硅亦或氧化铝。
埋设在陶瓷基体11内的电阻发热体12可以是网状物(网眼状)、螺旋弹簧状物、膜状物、片状物的任意一种形状。另外，该电阻发热体12的材质可以是从钼、钨、钼-钨化合物中选择的至少一种。
在陶瓷基体11的内部，除了电阻发热体12以外还可以埋设高频电极用元件或静电用元件。
轴21的材质最好是已述的氮化铝，但是除此以外，最好是与陶瓷基体11的材质一致使用氮化硅或氧化铝。该轴21和陶瓷基体11的接合希望一体化接合。
供电部件13除了图1所示的杆形状以外，还可适用线形状或复合体等。该供电部件13最好是金属，Ni特别好。作为该供电部件13与设在电极12附近的端子部的电连接方法，可使用螺钉、铆接、嵌合、钎焊、焊接、共晶等。
下面说明实施例。
实施例1在利用固相接合法接合添加了5％的钇的氮化铝制的陶瓷基体和添加了0.5％的钇的氮化铝制的轴的加热装置中，对于将第一圆筒部的外径D1和接合部的内径D3进行种种变更的例子进行了氦气的漏泄试验。其结果表示为表1。
表1
根据表1，凸缘部的接合部的内径D3和上述第一圆筒部的外径D1的比率D3/D1为89％的场合接合不完全，有氦气值不能测定程度的气体漏泄。另外，D3/D1为92％以上的场合接合正确完成，氦气值满足任意制品样式(下限值1.0×10-8pa·m3/sec)。
实施例2其次，对轴在具有第一圆筒部和第二圆筒部的场合，要使上述的D3/D1为92％以上，在连接该凸缘部的接合部的内周侧端部和第一圆筒部的内周面的端部的部分(以下，周内周面端部)的轴上设置倒角平面或曲面是有效的。为了调查该效果，对于使该倒角平面(C部)的倒角长度或曲面(R部)的曲率半径为各种值的例子进行了氦气漏泄试验。其结果表示为表2。
表2
根据表2，通过在轴内周面端部设置平面(C)或曲面(R)可以对轴侧的接合面整体施加均等的压力，轴接合后的氦气漏泄值得到大幅度改善。该C或R可知1.5mm-5.0mm是能够确保适当接合的范围。C或R较小的场合(表2中C为0.5mm的例子)，相对轴的凸缘部，轴接合面向内径侧较大伸出，其结果，对轴接合面内径侧没有施加足够的载荷而没有充分接合。
实施例3其次，对轴形状，对将第一圆筒部的外径D1和第二圆筒部的外径D2进行各种变更的的例子进行了轴接合试验。轴的形状以图1所示的形状进行了试验。其结果表示为表3。
表3
根据表3，上述第二圆筒部的外径D2和上述第一圆筒部的外径D1的比率D2/D1为84％以及37％的场合，轴在接合中破损。另一方面，上述比率D2/D1为40％-80％的场合，接合中没有发生轴破损，氦气漏泄值也满足制品式样。为了特定接合中的轴破损原因，实施了热应力解析模拟试验法的结果判明，在第一圆筒部21b以及第二圆筒部21c之间发生了相对过大的应力。确认了只要是上述比率D2/D1满足40％-80％的轴形状，就能够抑制到可避免在接合过程中的轴破损的热应力值。
实施例4其次，对于轴的形状，固定第一圆筒部的外径D1和第二圆筒部的外径D2，对将细长部长度T2进行各种变更的例子进行了轴接合试验。轴的形状以图1所示的形状进行了试验。细长部长度T2为图3所示的第一圆筒部21b的外周面距离接合面11b的长度。其结果表示为表4。
表4
根据表4，细长部长度T2为4mm以及80mm的场合，轴在接合中破损。另一方面，细长部长度T2为8-70mm的场合，接合中没有发生轴破损，氦气漏泄值也满足制品式样。为了特定接合中的轴破损原因，实施了热应力解析模拟试验法的结果判明，细长部长度T2为4mm的场合，在第一圆筒部21b以及第二圆筒部21c之间发生了相对过大的应力。确认了只要是上述细长部长度T2为满足8-70mm的轴形状，就能够抑制到可避免在接合过程中的轴破损的热应力值。
权利要求
1.一种加热装置，其特征在于，具备具有载置被加热物的加热面的板状的陶瓷基体；配设在陶瓷基体上的电阻发热体；以及，一个端部接合在与该陶瓷基体的加热面相反侧的接合面上并支撑该陶瓷基体的大致圆筒状的轴，而且，上述轴具有在与上述陶瓷基体的接合端部上形成的凸缘部和与该凸缘部连接的第一圆筒部，该凸缘部的接合部的内径D3和上述第一圆筒部的外径D1的比率D3/D1为92％以上。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，上述轴具有将上述凸缘部的接合部的内周侧端部和上述第一圆筒部的内周面的端部连接的平面或曲面。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，上述平面或曲面是倒角的平面或曲率半径为1.5mm以上的曲面。
4.根据权利要求1至3任一项所述的加热装置，其特征在于，上述轴的材质与陶瓷基体主要成分一致。
5.根据权利要求1至4任一项所述的加热装置，其特征在于，上述轴在远离陶瓷基体的一侧具有与第一圆筒部连接的第二圆筒部，上述第一圆筒部的外径比该第二圆筒部的外径大。
6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，上述第二圆筒部的外径D2和上述第一圆筒部的外径D1的比率D2/D1为40％以上80％以下。
7.根据权利要求5或6所述的加热装置，其特征在于，上述第一圆筒部的外周面和上述第二圆筒部的外周面以曲率半径1-5mm的曲面圆滑连接。
8.根据权利要求6所述的加热装置，其特征在于，上述第一圆筒部的外周面距离接合面的长度为8-70mm。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种使陶瓷基体和轴的接合部切实具有高强度，由此提高制品生产率的加热装置。加热装置(1)在与埋设有电阻发热体(12)的陶瓷基体(11)的加热面(11a)相反侧的接合面上接合大致圆筒状的轴(21)，该轴(21)具有在与上述陶瓷基体(11)的接合端部形成的凸缘部(21a)；以及，与该凸缘部(21a)连接的第一圆筒部(21b)，该凸缘部(21a)的接合部的内径D3和上述第一圆筒部(21b)的外径D1的比率D3/D1为92％以上。
文档编号H01L21/02GK101043767SQ20071008947
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月24日
发明者海野丰, 后藤义信 申请人:日本碍子株式会社