带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法
带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种通过对导热性不同的材料进行合成来改善加热器的温度分布的带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法。本发明的具有搭载被加热物并对其进行加热的加热板(1)和支撑加热板(1)的轴部(2)的带轴加热单元(100)中，将构成轴部(2)的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到加热板(1)，由此形成轴部(2)。
【专利说明】带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及支撑半导体基板的同时进行加热的带轴加热单元以及带轴加热单元 的制造方法。
【背景技术】
[0002]在半导体基板的制造工序、例如退火处理等中，在真空腔内对半导体基板进行加 热处理。在这种工序中均匀地加热半导体基板并减少温度分布会对成品率带来较大的影 响，因此期望更精密的温度控制。
[0003]在该半导体基板的加热处理时，使用支撑半导体基板的同时进行加热的带有轴的 加热器。带有轴的加热器搭载作为被加热物的半导体基板，由在内部嵌入了铠装加热器 (sheathed heater)的加热板和支撑该加热板的轴构成。具有这种结构的带有轴的加热器 因受到铠装加热丝的缠绕的制约，难以向轴中心部传递热，进而容易引起经由轴的放热，从 而具有板中心部的温度降低之类的问题。
[0004]对于该问题，提出了以下的技术:通过采用钎焊等而接合由导热率高的金属或者 金属合金构成的加热板、和由导热率比加热板材料低的金属或者金属合金构成的轴，从而 抑制对轴的热传导，以改善加热板的温度分布。
[0005]此外，在加热板为陶瓷烧结体的陶瓷加热器中，提出了将由导热率比加热板部低 的材料形成的轴部和加热板部接合而成的陶瓷加热器(参照专利文献I)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献I JP特开2005—166368号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的问题
[0010]但是，在采用钎焊等接合不同的材料时，由于接合温度高而产生蓄积不同的材料 间的热膨胀差所引起的变形的问题，或者由于材料的熔点、接合温度等而导致可选择的材 料有制约，进行温度分布的改善是很困难的。
[0011]本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种改善加热器的温度分 布的同时能够消除接合不同材料时的变形、界面间的剥离、裂缝的带轴加热单元以及带轴 加热单元的制造方法。
[0012]用于解决问题的方法
[0013]为了解决上述课题并达到目的，本发明涉及的带轴加热单元具有搭载被加热物并 对其进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，该带轴加热单元的特征在于，将构成上述轴 的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板， 由此形成上述轴。
[0014]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述加热板由导热率高的金属或合金构成，上述轴由导热率比构成上述加热板的材料低的金属或者合金构 成。
[0015]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述轴在筒状主体 部中具备热传导抑制部件，其抑制从上述加热板向该轴的热传导。
[0016]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述热传导抑制部 件为隔热用槽。
[0017]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述热传导抑制部 件为冷却介质用流路。
[0018]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述轴由与构成上 述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二材料形成， 上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成，构成上述轴 的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐减小。
[0019]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法中，带轴加热单元具有搭载被加热 物并对该被加热物进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，该带轴加热单元的制造方法 的特征在于，包括:轴形成工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材 料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板，由此形成上述轴。
[0020]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法的特征在于，在上述发明中，上述轴 形成工序包括:第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材 料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板；槽形成工序，在由上述第一喷涂工序形成的 上述轴形成隔热用槽；和第二喷涂工序，在上述槽形成工序后，将构成上述轴的材料粉末通 过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到形成有上述隔热用槽 的上述轴。
[0021]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法的特征在于，在上述发明中，上述轴 形成工序包括:第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材 料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板；管搭载工序，将冷却介质用管搭载于通过上 述第一喷涂工序形成的上述轴；第二喷涂工序，在上述管搭载工序之后，将构成上述轴的材 料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到搭载有上述 管的上述轴。
[0022]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法的特征在于，在上述发明中，上述轴 由与构成上述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二 材料形成，上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成， 构成上述轴的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐减小。
[0023]发明效果
[0024]本发明的带轴加热单元及其制造方法由于将构成轴的材料粉末通过已加热的压 缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下直接喷涂到加热板，从而形成轴，因此能够选择 通过钎焊难以与加热板相接合的材料作为轴的材料，实现能够有效防止热疲劳引起的加热 板与轴之间的不同材料界面的剥离、发生裂缝这样的效果。
【专利附图】
【附图说明】[0025]图1为表示本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元结构的剖视图。
[0026]图2为图1的带轴加热单元的A— A线的剖视图。
[0027]图3为表示制造本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元时所使用的冷喷涂 (cold spray)装置的示意说明图。
[0028]图4为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元结构的剖视图。
[0029]图5为图4的带轴加热单元的B-B线的剖视图。
[0030]图6为图4所示的带轴加热单元的隔热用槽周边的放大剖视图。
[0031]图7A为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0032]图7B为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0033]图7C为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0034]图7D为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0035]图8为表示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元结构的剖视图。
[0036]图9为图8的带轴加热单元的C-C线的剖视图。
[0037]图10为图8所示的带轴加热单元的冷却介质用流路周边的放大剖视图。
[0038]图1lA为表 示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0039]图1lB为表示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0040]图1lC为表示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0041]图12为表示本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的制造中所使用的冷喷涂装置的示意说明图。
[0042]图13为本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的轴部的放大剖视图。
【具体实施方式】
[0043]以下，基于附图详细说明本发明涉及的带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法的实施方式。另外，本发明并不限于这些实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变更。
[0044](实施方式I)
[0045]图1为表示本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元100的结构的剖视图。带轴加热单元100具备:以大致圆板状在搭载面Ia搭载被加热物的加热板I ;以及与加热板I 的背面Ib中央相接合并支撑加热板I的轴部2。本实施方式I中，使用圆板状的加热板1， 但并不限于此，也可以是考虑了被加热物的形状等的形状，例如为矩形状。
[0046]图2为图1的带轴加热单元100的A-A线的剖视图。如图2所示，在加热板I内以螺旋状配置铠装加热器3。铠装加热器3在内部具有例如镍铬电热丝等电阻发热体、和在其外周部固化了氧化镁等粉末的绝缘体，对上述电阻发热体供电并使其发热。铠装加热器 3的配置也可采用图2所示的螺旋状以外的期望的形状。
[0047]加热板I由导热率高的金属或者合金形成，基于作为带轴加热单元100的使用温度范围而适当选择加热板I。作为加热板I的材料，优选使用例如铝或者铝合金(导热率: 100~240W / m*K)，但并不限于此，也可根据加热板I的使用温度范围，从铁或铁合金(导热率:10~80W / m ? K)、铜或铜合金(导热率:100~400W / m ? K)、镍或镍合金(导热率:5~100W / m ? K)、钛或钛合金(导热率:5~30W / m ? K)、铟(导热率:82W / m ? K、常温时)、铅(导热率:35W / 111*1(、常温时)、镁(导热率:156W / 111*1(、常温时)、锡(导热率:67W / m ? K、常温时)、银(导热率:420W / m ? K、常温时)、锌(导热率:116W / m ? K、
常温时)等中进行选择。
[0048]轴部2支撑加热板1，由具有插通从外部电源供电的电力供给线3a的空洞部5的圆筒形状的轴主体部4构成。轴部2通过后述的冷喷涂装置而在加热板I的背面Ib上层叠形成。
[0049]构成轴部2的材料从导热率比构成加热板I的材料低的金属或者合金中选择。通过由导热率比构成加热板I的材料低的金属或者合金形成轴部2，从而能够抑制从加热板 I向轴部2的热传导。作为轴部2的材料，在加热板I为铝或者铝合金(导热率:100~ 240W / m-K)的情况下，优选使用导热率比铝或者铝合金低的金属或者合金、例如不锈钢 (导热率:16~20W / m ? K)等。
[0050]接下来，参照图3说明实施方式I涉及的带轴加热单元100的制造方法。图3为表示本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元的制造中使用的冷喷涂装置50的概要的说明图。
[0051]如图3所示，冷喷涂装置50具备:从供气源导入氦(He)、氮(N2)等惰性气体、空气等气体(工作气体)的气体导入管51 ;供给作为原料的材料粉末PM的粉末供给部52 ;将从气体导入管51导入的气体加热至期望的温度的加热器53 ;混合材料粉末PM和气体来进行喷射的腔54 ;和喷射材料粉末PM的喷嘴55。在此，材料粉末PM为构成轴部2的材料的粉末。
[0052]粉体供给部52容纳微小的材料粉末PM (例如粒径10 ii m~100 ii m程度)。操作设置于气体导入管51中的阀51a而将期望流量的气体导入到粉体供给部52，从而材料粉末 PM与气体一起经过粉体供给管52a后被供给到腔54内。
[0053]加热器53将被导入的气体加热到例如50°C~700°C程度。为了在保持固相状态的情况下将材料粉末PM喷涂到加热板I的背面lb，设该加热温度的上限小于材料的熔点。 更优选在摄氏度下，上限温度为熔点的约60%以下。这是因为加热温度越高，材料粉末PM 氧化的可能性就越高。
[0054]在加热器53中 被加热的气体经由气体用配管53a而导入到腔54中。另外，导入到腔54的气体的流量是通过设置于气体导入管51的阀51b来调节的。由前细后粗形状的喷嘴55使被加热的压缩气体成为超音速流(约340m / s以上)，提供给腔54的材料粉末 PM通过向该气体超音速流的投入而被加速，在保持固相状态的情况下高速地撞击基材、即本实施方式I的加热板I而形成皮膜。
[0055]如图3所示，使喷嘴55在图中箭头X方向以及箭头Y方向上移动来使材料粉末PM 堆积，在加热板I的背面Ib形成轴主体部4。另外，只要是能使材料粉末PM以固相状态撞击基材来形成皮膜的装置，就能够用于本实施方式I涉及的带轴加热单元100的制造中，并不限于图3的冷喷涂装置50。
[0056]通过上述的冷喷涂装置50在加热板I的背面Ib形成期望形状的轴部2后，除去附着于不必要的部分的材料粉末PM，并且对轴部2的端面和侧面等进行研磨使其平滑，由此制造带轴加热单元100。
[0057]如上那样制造的轴部2，材料粉体PM高速地撞击并陷入到下层(加热板I背面lb、堆积到此的轴主体部4)的表面，并且使自身变形来附着于下层，因此成为强有力地紧贴于 下层的金属皮膜的层叠体。本实施方式I涉及的带轴加热单元100中，在轴主体部4与加 热板I的背面Ib的界面上能够观察金属皮膜陷入背面Ib的现象(称作固定效应(anchor effect))，轴主体部4与由不同种类的金属形成的加热板I紧密地接合，互相之间没有间 隙。
[0058]轴部2被坚固地固定于加热板I的背面lb，因此实施方式I涉及的带轴加热单元 100能够抑制将加热板I和由与加热板I的材料不同的材料(导热率小的材料等)形成的 轴部2例如通过钎焊接合时有可能引起的加热板I与轴部2之间的剥离、裂缝的产生。此 夕卜，在加热板I为铝或者铝合金的情况下，通过钎焊接合由不锈钢形成的轴部2原本比较困 难，但是通过冷喷涂装置50，即使将很难钎焊的材料选为轴部2的原料的情况下，也能坚固 地进行轴部2与加热板I的接合，因此能够扩大轴部2的材料的选择范围。
[0059]此外，在由铝或者铝合金形成了加热板1、由例如导热率比铝或者铝合金低的不锈 钢形成了轴部2的情况下，能够抑制加热板I向轴部2的热传导，并能改善加热板I的温度 分布。由此，能够均匀地加热被加热物，通过使用了带轴加热单元100的半导体制造装置， 能够制造品质稳定的半导体基板。
[0060]如上所述，实施方式I涉及的带轴加热单元100，将构成轴部2的材料粉末PM通过 热的压缩气体以比该材料粉末PM的熔点低的温度喷涂到加热板I的背面lb，从而形成轴部 2，因此能够抑制对不同的材料进行钎焊时产生的热膨胀差引起的变形的蓄积、长期使用引 起的界面间的剥离或裂缝等的产生。此外，作为构成轴部2的材料，通过选择导热率比加热 板I的材料低的金属或者合金，能够抑制加热板I向轴部2的热传导，并能够改善加热板I 的温度分布。
[0061](实施方式2)
[0062]参照附图，说明实施方式2涉及的带轴加热单元。图4为表示本发明的实施方式 2涉及的带轴加热单元100A的结构的剖视图。图5为图4的带轴加热单元100A的B-B线 的剖视图。图6为图4所示的带轴加热单元100A的隔热用槽6周边的放大剖视图。实施 方式2涉及的带轴加热单元100A在轴主体部4具有隔热用槽6。
[0063]隔热用槽6为在圆筒形状的轴主体部4的大致中央部形成的截面为矩形的槽，如 图5所示那样，被设置成围绕轴主体部4的截面。此外，如图6所示，隔热用槽6构成被盖 部7覆盖的构造。盖部7构成直径比隔热用槽6的外径大的圆板形状。隔热用槽6内只要 是作为隔热材料而可存在空气(导热率:0.02W / m-K)的构造即可，截面形状不限于矩形， 也可为圆形等。
[0064]接下来，参照图7A?图7D说明具备隔热用槽7的轴部2A的制造工序。
[0065]首先，如图7A所示，采用冷喷涂装置50将构成轴主体部4的材料粉末PM通过已 加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到加热板I的背面lb，从而堆积形 成金属皮膜。在金属皮膜的高度成为了规定高度Oi1)时，暂时结束金属皮膜的堆积。
[0066]在使轴主体部4的端面成为平滑的状态之后，如图7B所示，通过切削加工等形成 隔热用槽6。之后，进一步对隔热用槽6的开口部的周边部进行切割而形成搭载盖部7的盖 支撑部8。
[0067]此后，如图7C所示，将盖部7搭载于盖支撑部8，再次采用冷喷涂装置50，将材料粉末PM通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到轴主体部4以 使覆盖盖部7，进行堆积形成直到金属皮膜的高度成为规定高度(h2)为止。金属皮膜的堆 积结束后，通过对轴部2A的端面和侧面等进行研磨使其变得平滑，从而制造带轴加热单元 IOOA0
[0068]另外，盖部7的直径比隔热用槽6的开口部外径大，以便材料粉末PM不会进入隔 热用槽6内，并且盖部7的直径比盖支撑部8的直径小，以便被盖支撑部8支撑。此外，盖 部7的高度只要能够在隔热用槽6中密封作为隔热材料的空气即可，不一定要与盖支撑部 8的高度相同。
[0069]如上所述，实施方式2涉及的带轴加热单元IOOA中，通过冷喷涂装置50在加热板 I的背面Ib形成轴部2A，因此能够抑制将加热板I和由与加热板I的材料不同的材料(导 热率小的材料等)形成的轴部2A例如通过钎焊接合时有可能产生的加热板I与轴部2A之 间的热膨胀差所引起的变形的蓄积、剥离或裂缝的产生。此外，在采用与加热板I相同的材 料例如铝或铝合金形成轴部2A的情况下，通过密封于隔热用槽6内的隔热材料(空气)，能 够抑制加热板I向轴部2A的热传导，能够改善加热板I的温度分布。进而，在选择导热率 比加热板I的材料小的材料作为构成轴部2A的材料的情况下，能够进一步减小从加热板I 向轴部2A的热传导。再者，由于传导至未与加热板I接触的轴部2A的端部的热量少，因此 能够防止在带轴加热单元IOOA的设置中所使用的0-环的劣化。
[0070]另外，实施方式2的带轴加热单元100A是在隔热用槽6的开口部周边部设置有盖 支撑部8、在盖支撑部8上搭载盖部7的构造，但也可不形成盖支撑部8，而是由盖部7覆盖 隔热用槽6，并直接通过冷喷涂装置50形成轴主体部4，在隔热用槽6内密封空气。
[0071](实施方式3)
[0072]参照【专利附图】
【附图说明】实施方式3涉及的带轴加热单元。图8为表示本发明的实施方式3 涉及的带轴加热单元100B的结构的剖视图。图9为图8的带轴加热单元100B的C-C线的 剖视图。图10为图8所示的带轴加热单元100B的冷却介质用流路周边的放大剖视图。实 施方式3涉及的带轴加热单元100B在轴主体部4具备冷却介质用流路9。
[0073]冷却介质用流路9是形成在圆筒形状的轴主体部4的大致中央部的截面为矩形的 流路,如图9所示，被设置成围绕轴主体部4的截面。如图10所示，冷却介质用流路9由 管13形成，也可通过变更管13的截面形状而将冷却介质用流路9的截面形状设为圆状或 者三角等。构成管13的材料根据冷却介质的种类来选择，在将城市用水作为冷却介质的情 况下，使用具有抗腐蚀性的材料例如铜、铜合金、不锈钢、镍、镍合金、钽、钽合金、钛、钛合金 等。另外，介质并不限于液体，也可以是气体。
[0074]冷却介质用流路9构成以下的构造:从与冷却管10连接的流入口 11导入冷却介 质，冷却介质流过冷却介质用流路9而从轴主体部4吸热，冷却介质从与未图示的冷却管连 接的流出口 12流出。
[0075]接下来，参照图1lA?图11C，说明具备冷却介质用流路9的轴部2B的制造工序。
[0076]首先，如图1IA所示，采用冷喷涂装置50，将构成轴主体部4的材料粉末PM通过已 加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到加热板I的背面lb，由此堆积形 成金属皮膜。在金属皮膜的高度成为规定高度Oi1)时，暂时结束金属皮膜的堆积。
[0077]使轴主体部4的端面平滑之后，如图1lB所示，在轴主体部4的端面搭载管13。[0078]此后，如图1lC所示，通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下从管13的上部将材料粉末PM喷涂到轴主体部4，由此进行堆积形成直到金属皮膜的高度成为规定高度(h2)为止。在金属皮膜的堆积结束之后，对轴部2B的端面和侧面等进行研磨以使其平滑，从而制造带轴加热单元100B。
[0079]如以上那样，实施方式3涉及的带轴加热单元100B中，由于通过冷喷涂装置50在加热板I的背面Ib形成轴部2B，因此能够抑制将加热板I和由与加热板I的材料不同的材料(导热率小的材料等)形成的轴部2B例如采用钎焊来接合时有可能产生的加热板I与轴部2B之间的热膨胀差引起的变形的蓄积、剥离或裂缝的产生。此外，即使在由与加热板 I相同的材料例如铝或铝合金形成了轴部2B的情况下，通过导入到冷却介质用流路9的冷却介质，也能抑制从加热板I向轴部2B的热传导，能够改善加热板I的温度分布。进而，在选择导热率比加热板I的材料小的材料作为构成轴部2B的材料的情况下，能够进一步减小从加热板I向轴部2B的热传导。再者，由于传导至未与加热板I接触的轴部2B的端部的热量少，因此能够防止用于带轴加热单元100B的设置中的0-环的早期的恶化。
[0080](实施方式4)
[0081]参照附图，说明实施方式4涉及的带轴加热单元。图12为表示在本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的制造中使用的冷喷涂装置50A的示意说明图。图13为本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的轴部2C的放大剖视图。
[0082]实施方式4涉及的轴部2C由与构成加热板I的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板I的材料低的第二材料形成。例如说明如下的情况:构成加热板I的材料为铝(导热率:100~240W / m ? K)，并使用不锈钢(导热率:16~20W / m ? K)作为导热率比构成加热板I的材料低的材料。
[0083]如图12所示，制造实施方式4涉及的带轴加热单元的冷喷涂装置50A具备:第一粉末供给部52A，储存并供给作为原料中的 第一材料的铝粉末；和第二粉末供给部52B，储存并供给作为第二材料的不锈钢粉末。
[0084]操作设置于气体导入管51的阀51a以及51c来将期望流量的气体导入到第一粉体供给部52A以及第二粉体供给部52B,从而第一材料粉末以及第二材料粉末与气体一起经过粉体供给管52a以及52b后被供给到腔54内。
[0085]在本实施方式4中，使用冷喷涂装置50A来改变构成轴部2C的材料的比例。如图 13所示，轴部2C由轴主体部4A、轴主体部4B、轴主体部4C和轴主体部4D构成。轴主体部 4A位于加热板I侧，轴4D位于装置壳侧。
[0086]轴部2C中，与加热板I相接的一侧的轴主体部4A只由作为第一材料的铝构成，轴主体部4B由第一材料铝和第二材料不锈钢以3:7的比例构成，轴主体部4C由第一材料铝和第二材料不锈钢以7:3的比例构成，轴主体部4D只由第二材料不锈钢构成。上述轴主体部4A、4B、4C以及4D的第一材料和第二材料的比例是示例，只要构成轴部2C的第一材料的比例从加热板I侧的端部朝向另一端部逐渐减少即可。
[0087]轴部2C的制造是首先操作阀51a以仅向腔54供给作为第一材料的铝粉末，通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到加热板I的背面lb，从而堆积形成轴主体部4A。在金属皮膜的高度达到规定高度之后，操作阀51a以及51c以3:7的比例供给作为第一材料的铝和作为第二材料的不锈钢，并通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂，从而堆积形成轴主体部4B。
[0088]之后，操作阀51a以及51c以7:3的比例供给作为第一材料的铝和作为第二材料 的不锈钢来堆积形成轴主体部4C，最后，操作阀51c以仅向腔54供给作为第二材料的不锈 钢粉末，从而堆积形成轴主体部4D。
[0089]实施方式4涉及的带轴加热单元由于最初在加热板I的背面Ib以与构成加热板 I的材料相同的第一材料作为主成分而形成轴部2C，因此能够抑制加热板I与轴部2C之间 的热膨胀差所引起的变形的蓄积、界面间的剥离或裂缝等的产生。此外，选择导热率比加热 板I的材料小的第二材料作为构成轴部2C的材料之一，并使第二材料的比例从加热板I侧 的端部朝向另一端部阶段性地增加，因此能够减小从加热板I向轴部2C的热传导。进而， 由于未与加热板I接触的轴部2C的端部由导热率低的材料形成，因此能够使传导至轴部2C 的轴主体部4D侧端部的热量变少，能够防止用于容纳带轴加热单元的壳的设置中的0-环 的早期劣化。
[0090]另外，在实施方式4中，说明了阶段性地变更构成轴部2C的材料的比例的情况，但 也可逐渐变更两种材料的比例来形成轴部。此外，在实施方式2中，说明了第2材料为一种 金属或者合金的情况，但也可使用两种以上导热率比与加热板I的材料相同的第I材料低 的材料作为第2材料。
[0091]另外，作为实施方式4的变形例，能够例示具有按照如下方式形成的轴部的带轴 加热单元，该轴部的形成方式为:构成轴部的材料由热膨胀率与构成加热板I的材料相同 程度的第一材料、和导热率比构成加热板I的材料低的第二材料构成，以热膨胀率与加热 板I相同程度的第一材料作为主成分来形成与加热板I相接触的一侧的轴部的端部，使构 成轴部的第二材料的比例从加热板I侧朝向另一端部逐渐增加。
[0092]变形例涉及的带轴加热单元中，将以导热率与加热板的材料相同程度的第一材料 作为主成分来形成轴部的加热板侧，从而与实施方式4相同，能够抑制加热板I与轴部之间 的热膨胀差引起的变形的蓄积、界面间的剥离或裂缝等的产生。此外，由于使构成轴部的导 热率低的第二材料的比例从加热板I侧朝向另一端部逐渐增加来形成轴部，因此能够减小 从加热板I向轴部的热传导。进而，由于未与加热板I接触的轴部的端部由导热率低的材 料形成，因此能够使传导至轴部的轴主体部侧端部的热量变少，能够防止用于容纳带轴加 热单元的壳的设置中的0-环的早期劣化。
[0093]工业上的可利用性
[0094]本发明可利用于进行加热板的精密温度控制的带轴加热单元以及带轴加热单元 制造方法中，尤其对于半导体制造装置是有用的。
[0095]符号说明
[0096]I加热板
[0097]2、2A、2B 轴部
[0098]3铠装加热器
[0099]3a电力供给线
[0100]4轴主体部
[0101]5空洞部
[0102]6隔热用槽[0103]7 盖部
[0104]8盖支撑部
[0105]9冷却介质用流路
[0106]10冷却管
[0107]11 流入口
[0108]12 流出口
[0109]13 管
[0110]50、50A冷喷涂装置
[0111]51气体导入管
[0112]51a、51b、51c 阀
[0113]52粉体供给部
[0114]53加热器
[0115]54 腔
[0116]55 喷嘴
[0117]100、100A、100B 带轴加热单元
【权利要求】
1.一种带轴加热单元，具有搭载被加热物并对该被加热物进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，其特征在于， 将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板，由此形成上述轴。
2.根据权利要求1所述的带轴加热单元，其特征在于， 上述加热板由导热率高的金属或合金构成， 上述轴由导热率比构成上述加热板的材料低的金属或者合金构成。
3.根据权利要求1或2所述的带轴加热单元，其特征在于， 上述轴在筒状主体部中具备热传导抑制部件，该热传导抑制部件抑制从上述加热板向该轴的热传导。
4.根据权利要求3所述的带轴加热单元,其特征在于， 上述热传导抑制部件为隔热用槽。
5.根据权利要求3所述的带轴加热单元,其特征在于， 上述热传导抑制部件为冷却介质用流路。
6.根据权利要求1所述的带轴加热单元，其特征在于， 上述轴由与构成上述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二材料形成， 上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成，构成上述轴的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐减小。
7.一种带轴加热单元的制造方法，该带轴加热单元具有搭载被加热物并对该被加热物进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，该带轴加热单元的制造方法的特征在于，包括: 轴形成工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板，由此形成上述轴。
8.根据权利要求7所述的带轴加热单元的制造方法，其特征在于， 上述轴形成工序包括: 第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板； 槽形成工序，在由上述第一喷涂工序形成的上述轴形成隔热用槽；和第二喷涂工序，在上述槽形成工序后，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到形成有上述隔热用槽的上述轴。
9.根据权利要求7所述的带轴加热单元的制造方法，其特征在于， 上述轴形成工序包括: 第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板； 管搭载工序，将冷却介质用管搭载于通过上述第一喷涂工序形成的上述轴； 第二喷涂工序，在上述管搭载工序之后，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到搭载有上述管的上述轴。
10.根据权利要求7所述的带轴加热单元的制造方法，其特征在于， 上述轴由与构成上述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二材料形成，上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成，构成上述轴的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐 减小。
【文档编号】H05B3/10GK103597908SQ201280025854
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月29日 优先权日:2011年5月31日
【发明者】高原刚, 立川俊洋, 宫原淳一 申请人:日本发条株式会社
【专利摘要】本发明提供一种通过对导热性不同的材料进行合成来改善加热器的温度分布的带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法。本发明的具有搭载被加热物并对其进行加热的加热板(1)和支撑加热板(1)的轴部(2)的带轴加热单元(100)中，将构成轴部(2)的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到加热板(1)，由此形成轴部(2)。
【专利说明】带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及支撑半导体基板的同时进行加热的带轴加热单元以及带轴加热单元 的制造方法。
【背景技术】
[0002]在半导体基板的制造工序、例如退火处理等中，在真空腔内对半导体基板进行加 热处理。在这种工序中均匀地加热半导体基板并减少温度分布会对成品率带来较大的影 响，因此期望更精密的温度控制。
[0003]在该半导体基板的加热处理时，使用支撑半导体基板的同时进行加热的带有轴的 加热器。带有轴的加热器搭载作为被加热物的半导体基板，由在内部嵌入了铠装加热器 (sheathed heater)的加热板和支撑该加热板的轴构成。具有这种结构的带有轴的加热器 因受到铠装加热丝的缠绕的制约，难以向轴中心部传递热，进而容易引起经由轴的放热，从 而具有板中心部的温度降低之类的问题。
[0004]对于该问题，提出了以下的技术:通过采用钎焊等而接合由导热率高的金属或者 金属合金构成的加热板、和由导热率比加热板材料低的金属或者金属合金构成的轴，从而 抑制对轴的热传导，以改善加热板的温度分布。
[0005]此外，在加热板为陶瓷烧结体的陶瓷加热器中，提出了将由导热率比加热板部低 的材料形成的轴部和加热板部接合而成的陶瓷加热器(参照专利文献I)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献I JP特开2005—166368号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的问题
[0010]但是，在采用钎焊等接合不同的材料时，由于接合温度高而产生蓄积不同的材料 间的热膨胀差所引起的变形的问题，或者由于材料的熔点、接合温度等而导致可选择的材 料有制约，进行温度分布的改善是很困难的。
[0011]本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种改善加热器的温度分 布的同时能够消除接合不同材料时的变形、界面间的剥离、裂缝的带轴加热单元以及带轴 加热单元的制造方法。
[0012]用于解决问题的方法
[0013]为了解决上述课题并达到目的，本发明涉及的带轴加热单元具有搭载被加热物并 对其进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，该带轴加热单元的特征在于，将构成上述轴 的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板， 由此形成上述轴。
[0014]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述加热板由导热率高的金属或合金构成，上述轴由导热率比构成上述加热板的材料低的金属或者合金构 成。
[0015]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述轴在筒状主体 部中具备热传导抑制部件，其抑制从上述加热板向该轴的热传导。
[0016]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述热传导抑制部 件为隔热用槽。
[0017]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述热传导抑制部 件为冷却介质用流路。
[0018]此外，本发明涉及的带轴加热单元的特征在于，在上述发明中，上述轴由与构成上 述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二材料形成， 上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成，构成上述轴 的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐减小。
[0019]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法中，带轴加热单元具有搭载被加热 物并对该被加热物进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，该带轴加热单元的制造方法 的特征在于，包括:轴形成工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材 料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板，由此形成上述轴。
[0020]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法的特征在于，在上述发明中，上述轴 形成工序包括:第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材 料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板；槽形成工序，在由上述第一喷涂工序形成的 上述轴形成隔热用槽；和第二喷涂工序，在上述槽形成工序后，将构成上述轴的材料粉末通 过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到形成有上述隔热用槽 的上述轴。
[0021]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法的特征在于，在上述发明中，上述轴 形成工序包括:第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材 料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板；管搭载工序，将冷却介质用管搭载于通过上 述第一喷涂工序形成的上述轴；第二喷涂工序，在上述管搭载工序之后，将构成上述轴的材 料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到搭载有上述 管的上述轴。
[0022]此外，本发明涉及的带轴加热单元的制造方法的特征在于，在上述发明中，上述轴 由与构成上述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二 材料形成，上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成， 构成上述轴的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐减小。
[0023]发明效果
[0024]本发明的带轴加热单元及其制造方法由于将构成轴的材料粉末通过已加热的压 缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下直接喷涂到加热板，从而形成轴，因此能够选择 通过钎焊难以与加热板相接合的材料作为轴的材料，实现能够有效防止热疲劳引起的加热 板与轴之间的不同材料界面的剥离、发生裂缝这样的效果。
【专利附图】
【附图说明】[0025]图1为表示本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元结构的剖视图。
[0026]图2为图1的带轴加热单元的A— A线的剖视图。
[0027]图3为表示制造本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元时所使用的冷喷涂 (cold spray)装置的示意说明图。
[0028]图4为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元结构的剖视图。
[0029]图5为图4的带轴加热单元的B-B线的剖视图。
[0030]图6为图4所示的带轴加热单元的隔热用槽周边的放大剖视图。
[0031]图7A为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0032]图7B为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0033]图7C为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0034]图7D为表示本发明的实施方式2涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0035]图8为表示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元结构的剖视图。
[0036]图9为图8的带轴加热单元的C-C线的剖视图。
[0037]图10为图8所示的带轴加热单元的冷却介质用流路周边的放大剖视图。
[0038]图1lA为表 示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0039]图1lB为表示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0040]图1lC为表示本发明的实施方式3涉及的带轴加热单元的制造工序的剖视图。
[0041]图12为表示本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的制造中所使用的冷喷涂装置的示意说明图。
[0042]图13为本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的轴部的放大剖视图。
【具体实施方式】
[0043]以下，基于附图详细说明本发明涉及的带轴加热单元以及带轴加热单元的制造方法的实施方式。另外，本发明并不限于这些实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变更。
[0044](实施方式I)
[0045]图1为表示本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元100的结构的剖视图。带轴加热单元100具备:以大致圆板状在搭载面Ia搭载被加热物的加热板I ;以及与加热板I 的背面Ib中央相接合并支撑加热板I的轴部2。本实施方式I中，使用圆板状的加热板1， 但并不限于此，也可以是考虑了被加热物的形状等的形状，例如为矩形状。
[0046]图2为图1的带轴加热单元100的A-A线的剖视图。如图2所示，在加热板I内以螺旋状配置铠装加热器3。铠装加热器3在内部具有例如镍铬电热丝等电阻发热体、和在其外周部固化了氧化镁等粉末的绝缘体，对上述电阻发热体供电并使其发热。铠装加热器 3的配置也可采用图2所示的螺旋状以外的期望的形状。
[0047]加热板I由导热率高的金属或者合金形成，基于作为带轴加热单元100的使用温度范围而适当选择加热板I。作为加热板I的材料，优选使用例如铝或者铝合金(导热率: 100~240W / m*K)，但并不限于此，也可根据加热板I的使用温度范围，从铁或铁合金(导热率:10~80W / m ? K)、铜或铜合金(导热率:100~400W / m ? K)、镍或镍合金(导热率:5~100W / m ? K)、钛或钛合金(导热率:5~30W / m ? K)、铟(导热率:82W / m ? K、常温时)、铅(导热率:35W / 111*1(、常温时)、镁(导热率:156W / 111*1(、常温时)、锡(导热率:67W / m ? K、常温时)、银(导热率:420W / m ? K、常温时)、锌(导热率:116W / m ? K、
常温时)等中进行选择。
[0048]轴部2支撑加热板1，由具有插通从外部电源供电的电力供给线3a的空洞部5的圆筒形状的轴主体部4构成。轴部2通过后述的冷喷涂装置而在加热板I的背面Ib上层叠形成。
[0049]构成轴部2的材料从导热率比构成加热板I的材料低的金属或者合金中选择。通过由导热率比构成加热板I的材料低的金属或者合金形成轴部2，从而能够抑制从加热板 I向轴部2的热传导。作为轴部2的材料，在加热板I为铝或者铝合金(导热率:100~ 240W / m-K)的情况下，优选使用导热率比铝或者铝合金低的金属或者合金、例如不锈钢 (导热率:16~20W / m ? K)等。
[0050]接下来，参照图3说明实施方式I涉及的带轴加热单元100的制造方法。图3为表示本发明的实施方式I涉及的带轴加热单元的制造中使用的冷喷涂装置50的概要的说明图。
[0051]如图3所示，冷喷涂装置50具备:从供气源导入氦(He)、氮(N2)等惰性气体、空气等气体(工作气体)的气体导入管51 ;供给作为原料的材料粉末PM的粉末供给部52 ;将从气体导入管51导入的气体加热至期望的温度的加热器53 ;混合材料粉末PM和气体来进行喷射的腔54 ;和喷射材料粉末PM的喷嘴55。在此，材料粉末PM为构成轴部2的材料的粉末。
[0052]粉体供给部52容纳微小的材料粉末PM (例如粒径10 ii m~100 ii m程度)。操作设置于气体导入管51中的阀51a而将期望流量的气体导入到粉体供给部52，从而材料粉末 PM与气体一起经过粉体供给管52a后被供给到腔54内。
[0053]加热器53将被导入的气体加热到例如50°C~700°C程度。为了在保持固相状态的情况下将材料粉末PM喷涂到加热板I的背面lb，设该加热温度的上限小于材料的熔点。 更优选在摄氏度下，上限温度为熔点的约60%以下。这是因为加热温度越高，材料粉末PM 氧化的可能性就越高。
[0054]在加热器53中 被加热的气体经由气体用配管53a而导入到腔54中。另外，导入到腔54的气体的流量是通过设置于气体导入管51的阀51b来调节的。由前细后粗形状的喷嘴55使被加热的压缩气体成为超音速流(约340m / s以上)，提供给腔54的材料粉末 PM通过向该气体超音速流的投入而被加速，在保持固相状态的情况下高速地撞击基材、即本实施方式I的加热板I而形成皮膜。
[0055]如图3所示，使喷嘴55在图中箭头X方向以及箭头Y方向上移动来使材料粉末PM 堆积，在加热板I的背面Ib形成轴主体部4。另外，只要是能使材料粉末PM以固相状态撞击基材来形成皮膜的装置，就能够用于本实施方式I涉及的带轴加热单元100的制造中，并不限于图3的冷喷涂装置50。
[0056]通过上述的冷喷涂装置50在加热板I的背面Ib形成期望形状的轴部2后，除去附着于不必要的部分的材料粉末PM，并且对轴部2的端面和侧面等进行研磨使其平滑，由此制造带轴加热单元100。
[0057]如上那样制造的轴部2，材料粉体PM高速地撞击并陷入到下层(加热板I背面lb、堆积到此的轴主体部4)的表面，并且使自身变形来附着于下层，因此成为强有力地紧贴于 下层的金属皮膜的层叠体。本实施方式I涉及的带轴加热单元100中，在轴主体部4与加 热板I的背面Ib的界面上能够观察金属皮膜陷入背面Ib的现象(称作固定效应(anchor effect))，轴主体部4与由不同种类的金属形成的加热板I紧密地接合，互相之间没有间 隙。
[0058]轴部2被坚固地固定于加热板I的背面lb，因此实施方式I涉及的带轴加热单元 100能够抑制将加热板I和由与加热板I的材料不同的材料(导热率小的材料等)形成的 轴部2例如通过钎焊接合时有可能引起的加热板I与轴部2之间的剥离、裂缝的产生。此 夕卜，在加热板I为铝或者铝合金的情况下，通过钎焊接合由不锈钢形成的轴部2原本比较困 难，但是通过冷喷涂装置50，即使将很难钎焊的材料选为轴部2的原料的情况下，也能坚固 地进行轴部2与加热板I的接合，因此能够扩大轴部2的材料的选择范围。
[0059]此外，在由铝或者铝合金形成了加热板1、由例如导热率比铝或者铝合金低的不锈 钢形成了轴部2的情况下，能够抑制加热板I向轴部2的热传导，并能改善加热板I的温度 分布。由此，能够均匀地加热被加热物，通过使用了带轴加热单元100的半导体制造装置， 能够制造品质稳定的半导体基板。
[0060]如上所述，实施方式I涉及的带轴加热单元100，将构成轴部2的材料粉末PM通过 热的压缩气体以比该材料粉末PM的熔点低的温度喷涂到加热板I的背面lb，从而形成轴部 2，因此能够抑制对不同的材料进行钎焊时产生的热膨胀差引起的变形的蓄积、长期使用引 起的界面间的剥离或裂缝等的产生。此外，作为构成轴部2的材料，通过选择导热率比加热 板I的材料低的金属或者合金，能够抑制加热板I向轴部2的热传导，并能够改善加热板I 的温度分布。
[0061](实施方式2)
[0062]参照附图，说明实施方式2涉及的带轴加热单元。图4为表示本发明的实施方式 2涉及的带轴加热单元100A的结构的剖视图。图5为图4的带轴加热单元100A的B-B线 的剖视图。图6为图4所示的带轴加热单元100A的隔热用槽6周边的放大剖视图。实施 方式2涉及的带轴加热单元100A在轴主体部4具有隔热用槽6。
[0063]隔热用槽6为在圆筒形状的轴主体部4的大致中央部形成的截面为矩形的槽，如 图5所示那样，被设置成围绕轴主体部4的截面。此外，如图6所示，隔热用槽6构成被盖 部7覆盖的构造。盖部7构成直径比隔热用槽6的外径大的圆板形状。隔热用槽6内只要 是作为隔热材料而可存在空气(导热率:0.02W / m-K)的构造即可，截面形状不限于矩形， 也可为圆形等。
[0064]接下来，参照图7A?图7D说明具备隔热用槽7的轴部2A的制造工序。
[0065]首先，如图7A所示，采用冷喷涂装置50将构成轴主体部4的材料粉末PM通过已 加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到加热板I的背面lb，从而堆积形 成金属皮膜。在金属皮膜的高度成为了规定高度Oi1)时，暂时结束金属皮膜的堆积。
[0066]在使轴主体部4的端面成为平滑的状态之后，如图7B所示，通过切削加工等形成 隔热用槽6。之后，进一步对隔热用槽6的开口部的周边部进行切割而形成搭载盖部7的盖 支撑部8。
[0067]此后，如图7C所示，将盖部7搭载于盖支撑部8，再次采用冷喷涂装置50，将材料粉末PM通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到轴主体部4以 使覆盖盖部7，进行堆积形成直到金属皮膜的高度成为规定高度(h2)为止。金属皮膜的堆 积结束后，通过对轴部2A的端面和侧面等进行研磨使其变得平滑，从而制造带轴加热单元 IOOA0
[0068]另外，盖部7的直径比隔热用槽6的开口部外径大，以便材料粉末PM不会进入隔 热用槽6内，并且盖部7的直径比盖支撑部8的直径小，以便被盖支撑部8支撑。此外，盖 部7的高度只要能够在隔热用槽6中密封作为隔热材料的空气即可，不一定要与盖支撑部 8的高度相同。
[0069]如上所述，实施方式2涉及的带轴加热单元IOOA中，通过冷喷涂装置50在加热板 I的背面Ib形成轴部2A，因此能够抑制将加热板I和由与加热板I的材料不同的材料(导 热率小的材料等)形成的轴部2A例如通过钎焊接合时有可能产生的加热板I与轴部2A之 间的热膨胀差所引起的变形的蓄积、剥离或裂缝的产生。此外，在采用与加热板I相同的材 料例如铝或铝合金形成轴部2A的情况下，通过密封于隔热用槽6内的隔热材料(空气)，能 够抑制加热板I向轴部2A的热传导，能够改善加热板I的温度分布。进而，在选择导热率 比加热板I的材料小的材料作为构成轴部2A的材料的情况下，能够进一步减小从加热板I 向轴部2A的热传导。再者，由于传导至未与加热板I接触的轴部2A的端部的热量少，因此 能够防止在带轴加热单元IOOA的设置中所使用的0-环的劣化。
[0070]另外，实施方式2的带轴加热单元100A是在隔热用槽6的开口部周边部设置有盖 支撑部8、在盖支撑部8上搭载盖部7的构造，但也可不形成盖支撑部8，而是由盖部7覆盖 隔热用槽6，并直接通过冷喷涂装置50形成轴主体部4，在隔热用槽6内密封空气。
[0071](实施方式3)
[0072]参照【专利附图】
【附图说明】实施方式3涉及的带轴加热单元。图8为表示本发明的实施方式3 涉及的带轴加热单元100B的结构的剖视图。图9为图8的带轴加热单元100B的C-C线的 剖视图。图10为图8所示的带轴加热单元100B的冷却介质用流路周边的放大剖视图。实 施方式3涉及的带轴加热单元100B在轴主体部4具备冷却介质用流路9。
[0073]冷却介质用流路9是形成在圆筒形状的轴主体部4的大致中央部的截面为矩形的 流路,如图9所示，被设置成围绕轴主体部4的截面。如图10所示，冷却介质用流路9由 管13形成，也可通过变更管13的截面形状而将冷却介质用流路9的截面形状设为圆状或 者三角等。构成管13的材料根据冷却介质的种类来选择，在将城市用水作为冷却介质的情 况下，使用具有抗腐蚀性的材料例如铜、铜合金、不锈钢、镍、镍合金、钽、钽合金、钛、钛合金 等。另外，介质并不限于液体，也可以是气体。
[0074]冷却介质用流路9构成以下的构造:从与冷却管10连接的流入口 11导入冷却介 质，冷却介质流过冷却介质用流路9而从轴主体部4吸热，冷却介质从与未图示的冷却管连 接的流出口 12流出。
[0075]接下来，参照图1lA?图11C，说明具备冷却介质用流路9的轴部2B的制造工序。
[0076]首先，如图1IA所示，采用冷喷涂装置50，将构成轴主体部4的材料粉末PM通过已 加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到加热板I的背面lb，由此堆积形 成金属皮膜。在金属皮膜的高度成为规定高度Oi1)时，暂时结束金属皮膜的堆积。
[0077]使轴主体部4的端面平滑之后，如图1lB所示，在轴主体部4的端面搭载管13。[0078]此后，如图1lC所示，通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下从管13的上部将材料粉末PM喷涂到轴主体部4，由此进行堆积形成直到金属皮膜的高度成为规定高度(h2)为止。在金属皮膜的堆积结束之后，对轴部2B的端面和侧面等进行研磨以使其平滑，从而制造带轴加热单元100B。
[0079]如以上那样，实施方式3涉及的带轴加热单元100B中，由于通过冷喷涂装置50在加热板I的背面Ib形成轴部2B，因此能够抑制将加热板I和由与加热板I的材料不同的材料(导热率小的材料等)形成的轴部2B例如采用钎焊来接合时有可能产生的加热板I与轴部2B之间的热膨胀差引起的变形的蓄积、剥离或裂缝的产生。此外，即使在由与加热板 I相同的材料例如铝或铝合金形成了轴部2B的情况下，通过导入到冷却介质用流路9的冷却介质，也能抑制从加热板I向轴部2B的热传导，能够改善加热板I的温度分布。进而，在选择导热率比加热板I的材料小的材料作为构成轴部2B的材料的情况下，能够进一步减小从加热板I向轴部2B的热传导。再者，由于传导至未与加热板I接触的轴部2B的端部的热量少，因此能够防止用于带轴加热单元100B的设置中的0-环的早期的恶化。
[0080](实施方式4)
[0081]参照附图，说明实施方式4涉及的带轴加热单元。图12为表示在本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的制造中使用的冷喷涂装置50A的示意说明图。图13为本发明的实施方式4涉及的带轴加热单元的轴部2C的放大剖视图。
[0082]实施方式4涉及的轴部2C由与构成加热板I的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板I的材料低的第二材料形成。例如说明如下的情况:构成加热板I的材料为铝(导热率:100~240W / m ? K)，并使用不锈钢(导热率:16~20W / m ? K)作为导热率比构成加热板I的材料低的材料。
[0083]如图12所示，制造实施方式4涉及的带轴加热单元的冷喷涂装置50A具备:第一粉末供给部52A，储存并供给作为原料中的 第一材料的铝粉末；和第二粉末供给部52B，储存并供给作为第二材料的不锈钢粉末。
[0084]操作设置于气体导入管51的阀51a以及51c来将期望流量的气体导入到第一粉体供给部52A以及第二粉体供给部52B,从而第一材料粉末以及第二材料粉末与气体一起经过粉体供给管52a以及52b后被供给到腔54内。
[0085]在本实施方式4中，使用冷喷涂装置50A来改变构成轴部2C的材料的比例。如图 13所示，轴部2C由轴主体部4A、轴主体部4B、轴主体部4C和轴主体部4D构成。轴主体部 4A位于加热板I侧，轴4D位于装置壳侧。
[0086]轴部2C中，与加热板I相接的一侧的轴主体部4A只由作为第一材料的铝构成，轴主体部4B由第一材料铝和第二材料不锈钢以3:7的比例构成，轴主体部4C由第一材料铝和第二材料不锈钢以7:3的比例构成，轴主体部4D只由第二材料不锈钢构成。上述轴主体部4A、4B、4C以及4D的第一材料和第二材料的比例是示例，只要构成轴部2C的第一材料的比例从加热板I侧的端部朝向另一端部逐渐减少即可。
[0087]轴部2C的制造是首先操作阀51a以仅向腔54供给作为第一材料的铝粉末，通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂到加热板I的背面lb，从而堆积形成轴主体部4A。在金属皮膜的高度达到规定高度之后，操作阀51a以及51c以3:7的比例供给作为第一材料的铝和作为第二材料的不锈钢，并通过已加热的压缩气体在比材料粉末PM的熔点低的温度下喷涂，从而堆积形成轴主体部4B。
[0088]之后，操作阀51a以及51c以7:3的比例供给作为第一材料的铝和作为第二材料 的不锈钢来堆积形成轴主体部4C，最后，操作阀51c以仅向腔54供给作为第二材料的不锈 钢粉末，从而堆积形成轴主体部4D。
[0089]实施方式4涉及的带轴加热单元由于最初在加热板I的背面Ib以与构成加热板 I的材料相同的第一材料作为主成分而形成轴部2C，因此能够抑制加热板I与轴部2C之间 的热膨胀差所引起的变形的蓄积、界面间的剥离或裂缝等的产生。此外，选择导热率比加热 板I的材料小的第二材料作为构成轴部2C的材料之一，并使第二材料的比例从加热板I侧 的端部朝向另一端部阶段性地增加，因此能够减小从加热板I向轴部2C的热传导。进而， 由于未与加热板I接触的轴部2C的端部由导热率低的材料形成，因此能够使传导至轴部2C 的轴主体部4D侧端部的热量变少，能够防止用于容纳带轴加热单元的壳的设置中的0-环 的早期劣化。
[0090]另外，在实施方式4中，说明了阶段性地变更构成轴部2C的材料的比例的情况，但 也可逐渐变更两种材料的比例来形成轴部。此外，在实施方式2中，说明了第2材料为一种 金属或者合金的情况，但也可使用两种以上导热率比与加热板I的材料相同的第I材料低 的材料作为第2材料。
[0091]另外，作为实施方式4的变形例，能够例示具有按照如下方式形成的轴部的带轴 加热单元，该轴部的形成方式为:构成轴部的材料由热膨胀率与构成加热板I的材料相同 程度的第一材料、和导热率比构成加热板I的材料低的第二材料构成，以热膨胀率与加热 板I相同程度的第一材料作为主成分来形成与加热板I相接触的一侧的轴部的端部，使构 成轴部的第二材料的比例从加热板I侧朝向另一端部逐渐增加。
[0092]变形例涉及的带轴加热单元中，将以导热率与加热板的材料相同程度的第一材料 作为主成分来形成轴部的加热板侧，从而与实施方式4相同，能够抑制加热板I与轴部之间 的热膨胀差引起的变形的蓄积、界面间的剥离或裂缝等的产生。此外，由于使构成轴部的导 热率低的第二材料的比例从加热板I侧朝向另一端部逐渐增加来形成轴部，因此能够减小 从加热板I向轴部的热传导。进而，由于未与加热板I接触的轴部的端部由导热率低的材 料形成，因此能够使传导至轴部的轴主体部侧端部的热量变少，能够防止用于容纳带轴加 热单元的壳的设置中的0-环的早期劣化。
[0093]工业上的可利用性
[0094]本发明可利用于进行加热板的精密温度控制的带轴加热单元以及带轴加热单元 制造方法中，尤其对于半导体制造装置是有用的。
[0095]符号说明
[0096]I加热板
[0097]2、2A、2B 轴部
[0098]3铠装加热器
[0099]3a电力供给线
[0100]4轴主体部
[0101]5空洞部
[0102]6隔热用槽[0103]7 盖部
[0104]8盖支撑部
[0105]9冷却介质用流路
[0106]10冷却管
[0107]11 流入口
[0108]12 流出口
[0109]13 管
[0110]50、50A冷喷涂装置
[0111]51气体导入管
[0112]51a、51b、51c 阀
[0113]52粉体供给部
[0114]53加热器
[0115]54 腔
[0116]55 喷嘴
[0117]100、100A、100B 带轴加热单元
【权利要求】
1.一种带轴加热单元，具有搭载被加热物并对该被加热物进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，其特征在于， 将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板，由此形成上述轴。
2.根据权利要求1所述的带轴加热单元，其特征在于， 上述加热板由导热率高的金属或合金构成， 上述轴由导热率比构成上述加热板的材料低的金属或者合金构成。
3.根据权利要求1或2所述的带轴加热单元，其特征在于， 上述轴在筒状主体部中具备热传导抑制部件，该热传导抑制部件抑制从上述加热板向该轴的热传导。
4.根据权利要求3所述的带轴加热单元,其特征在于， 上述热传导抑制部件为隔热用槽。
5.根据权利要求3所述的带轴加热单元,其特征在于， 上述热传导抑制部件为冷却介质用流路。
6.根据权利要求1所述的带轴加热单元，其特征在于， 上述轴由与构成上述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二材料形成， 上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成，构成上述轴的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐减小。
7.一种带轴加热单元的制造方法，该带轴加热单元具有搭载被加热物并对该被加热物进行加热的加热板、和支撑该加热板的轴，该带轴加热单元的制造方法的特征在于，包括: 轴形成工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板，由此形成上述轴。
8.根据权利要求7所述的带轴加热单元的制造方法，其特征在于， 上述轴形成工序包括: 第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板； 槽形成工序，在由上述第一喷涂工序形成的上述轴形成隔热用槽；和第二喷涂工序，在上述槽形成工序后，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到形成有上述隔热用槽的上述轴。
9.根据权利要求7所述的带轴加热单元的制造方法，其特征在于， 上述轴形成工序包括: 第一喷涂工序，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下喷涂到上述加热板； 管搭载工序，将冷却介质用管搭载于通过上述第一喷涂工序形成的上述轴； 第二喷涂工序，在上述管搭载工序之后，将构成上述轴的材料粉末通过已加热的压缩气体在比该材料粉末的熔点低的温度下再次喷涂到搭载有上述管的上述轴。
10.根据权利要求7所述的带轴加热单元的制造方法，其特征在于， 上述轴由与构成上述加热板的材料相同的第一材料、和导热率比构成上述加热板的材料低的第二材料形成，上述轴的与上述加热板接触的一侧的端部以上述第一材料作为主成分而形成，构成上述轴的上述第一材料的比例从上述加热板侧的端部朝向另一端部逐渐 减小。
【文档编号】H05B3/10GK103597908SQ201280025854
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月29日 优先权日:2011年5月31日
【发明者】高原刚, 立川俊洋, 宫原淳一 申请人:日本发条株式会社
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