JP2000173750A

JP2000173750A - 発熱体封入ヒータ

Info

Publication number: JP2000173750A
Application number: JP10356937A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Sotodani; 栄一外谷; Tomio Kin; 富雄金; Tomohiro Nagata; 智浩永田; Norihiko Saito; 紀彦齋藤; Jun Seko; 瀬古　　順; Hideyuki Yokoyama; 秀幸横山; Masaru Nakao; 中尾　　賢; Takanori Saito; 孝規斎藤; Choei Osanai; 長栄長内; Toshiyuki Makitani; 敏幸牧谷
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-23
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: JP3646912B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱体を石英ガラス支持体内に容易に、かつ
確実に封入することができ、しかも安価に製造でき、半
導体製造プロセスにおけるウエハ等の熱処理用等にに好
適に使用されるダスト発散等が抑制されたクリーンで高
耐久性の発熱体封入ヒータを提供する。【解決手段】平坦面上に形成された溝４内に発熱体３
を配設した第１の石英ガラス部材２ｂと、前記第１の石
英ガラス部材２ｂの平坦面に密着可能に形成された平坦
面を有する第２の石英ガラス部材２ａとの、前記平坦面
同志を融着させて一体化した発熱体封入ヒータ１であっ
て、前記第１の石英ガラス部材２ｂの１４３０℃におけ
る粘度が３．０×１０¹⁰ポイズ以上、かつ、前記第２の
石英ガラス部材２ａの粘性が、前記第１の石英ガラス部
材の粘性の０．０５乃至０．８５倍であることを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボン発熱体封
入ヒータに関し、より詳細には、発熱体を石英ガラス部
材中に封入した発熱体封入ヒータであって、半導体製造
プロセスにおけるウエハ等の熱処理用に好適に使用され
る発熱体封入ヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスでは、その工程にお
いてシリコンウエハ等に種々の熱処理が施される。これ
らの熱処理には厳密な温度管理が求められると共に、熱
処理雰囲気を塵芥等のパーティクルが存在しないクリー
ンな雰囲気に保つことが要求されている。このため、熱
処理に用いられる加熱用ヒータには、均熱性及びより迅
速な昇・降温制御性能に優れ、かつ、パーティクル等の
汚染物質を放出しない等の諸要件を満たすことが求めら
れている。このような、半導体製造用ヒータの一つとし
て、発熱体を非酸化性雰囲気ガスと共に石英ガラス部材
等の支持部材中に封入した構造のヒータが知られてい
る。

【０００３】本発明者等は、極めて好適な半導体製造用
ヒータとして、極細いカーボン単繊維を束ねたカーボン
ファイバー束を複数束編み上げて作製したカーボンワイ
ヤー発熱体を用い、これを石英ガラス支持部材中に非酸
化性ガスと共に封入した構造の半導体熱処理装置用ヒー
タを開発し、既に、特願平１０−２５４５１３号として
提案している。前記カーボンワイヤー発熱体は、金属発
熱体等に比べて熱容量が小さく昇降温特性に優れ、ま
た、非酸化性雰囲気中では高温耐久性にも優れている。
しかも、細いカーボン単繊維の繊維束を複数本編んで作
製されたものであるため、むくのカーボン材からなる発
熱体に比べフレキシビリティに富み、種々の構造、形状
に容易に加工できるという利点を有している。従って、
この発熱体を高純度な石英ガラス部材等のクリ−ンな耐
熱性支持部材内に非酸化性ガスと共に封入したヒータ
は、パーティクル等を発生させることがなく、前記した
ように半導体製造用ヒータとして極めて好適である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発熱体の周
辺雰囲気を非酸化性雰囲気に保つためには、発熱体を封
入する技術が特に重要となる。ところが、発熱体を石英
ガラス板等で挟み、外周を溶接する従来の封着方法で
は、部分的な加熱により接触面に歪みや変形が生じ、溶
接固定部に応力が集中して石英ガラス板が破損する等の
不都合がしばしば発生した。また、例えば、石英ガラス
部材を２個以上、目的とする所定形状に融着一体化ヒ−
タにあっては、使用時の石英ガラスの過度の変形を阻止
する必要から、粘性の高い石英ガラスを用いなければな
らなかった。

【０００５】しかし、粘性の高い石英ガラスは、融着時
にも変形しにくいために融着面間を完全に密着させるに
は、より高温に加熱して処理しなければならず、コスト
高になるという課題があった。しかも、粘性の高い石英
ガラス同志の融着は未融着部分を発生させることが多
く、前記未融着部分が存在すると、急激な温度変化によ
ってその部分に割れが発生することがあった。この未融
着部分の発生を防止するため、接合すべき融着面の徹底
した鏡面仕上げが不可欠とされていた。この作業は、こ
の種のヒータ製作において、高い加工コストを必要とす
るものであり、安価なヒ−タの製造を阻害するものであ
った。

【０００６】本発明者等は、上記従来技術の状況に鑑
み、発熱体を石英ガラス等の支持部材内に封入する際の
石英ガラス部材の融着一体化について種々検討した。そ
の結果、一体化すべき石英ガラス部材の一方を、融着加
工温度付近で特定値以上の粘性を有する高粘性石英ガラ
スとし、他方を、該高粘性石英ガラスに対し特定割合の
粘性値を有する低粘性石英ガラスとすることによって、
使用時の過度の部材変形を抑止すると共に、両部材の融
着を容易に行え、安全かつ確実に石英ガラスを接合一体
化できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成
した。

【０００７】本発明は上記技術的課題を解決するために
なされたものであり、発熱体を石英ガラス支持体内に容
易に、かつ確実に封入することができ、しかも安価に製
造でき、半導体製造プロセスにおけるウエハ等の熱処理
用等にに好適に使用されるダスト発散等が抑制されたク
リーンで高耐久性の発熱体封入ヒータを提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる発熱体封
入ヒータは、平坦面上に形成された溝内に発熱体を配設
した第１の石英ガラス部材と、前記部材の平坦面に密着
可能に形成された平坦面を有する第２の石英ガラス部材
との、前記平坦面同志を融着させて一体化した発熱体封
入ヒータであって、前記第１の石英ガラス部材の１４３
０℃における粘性が３．０×１０¹⁰ポイズ以上、かつ、
前記第２の石英ガラス部材の粘性が、前記第１の石英ガ
ラス部材の粘性の０．０５乃至０．８５倍であることを
特徴としている。

【０００９】ここで、前記発熱体が、直径５乃至１５μ
ｍのカーボンファイバーを束ねたファイバー束を複数束
編み上げてなる編紐形状のカーボンワイヤー発熱体であ
ることが望ましい。また、前記カーボンファイバーの含
有不純物量が灰分重量として１０ｐｐｍ以下であること
が望ましい。発熱体を上記構成にすることによって、ヒ
ータ部材としての高温時の引張強度が確保され、またカ
ーボンファイバーの密着性がその長さ方向において均一
になり、よって長さ方向での発熱ムラが低減される。

【００１０】ここで、複数本束ねるカーボンファイバー
の各々の直径を５〜１５μｍとしたのは、５μｍ未満で
は１本１本のファイバーが弱く、これを束ねて所定の縦
長形状に編み込んだ発熱体とすることが困難となる。ま
た、ファイバーが細いため、所定の抵抗値を得るための
ファイバー本数が多くなり実用的でない。また、１５μ
ｍを超える場合には、柔軟性が悪く複数本束ねたカーボ
ンファイバー束を編み込むことが困難なばかりか、カー
ボンファイバーが切断され、強度が著しく低下する、と
いった不具合が生ずるためである。

【００１１】また、カーボンファイバーの不純物を灰分
で１０ｐｐｍ以下に制限したのは、不純物が１０ｐｐｍ
を超えると、微量の酸素でも酸化され易くなり、このた
めに異常発熱を起こし易くなるからである。実際、不純
物が灰分で１０ｐｐｍを超える場合には、８００℃の大
気中で１０分間で異常発熱を起こし、窒素中に１００ｐ
ｐｍの酸素が存在する雰囲気においては８００℃で１０
時間使用すると異常発熱を起こすことが確認されてい
る。

【００１２】一方、不純物が灰分で１０ｐｐｍ以下の場
合には、窒素中に１００ｐｐｍの酸素が存在する雰囲気
において８００℃で５０時間以上使用しても異常発熱を
起こさないこと、及び、８００℃の大気中においては１
０分未満であれば異常発熱を起こさないことが確認され
ている。なお、不純物は灰分で３ｐｐｍ以下であること
がより好ましい。この場合には、特に異常発熱を抑える
効果が大きくなり、より長寿命化を達成できる。

【００１３】上記発熱体は、上記５〜１５μｍのカーボ
ンファイバーを１００〜８００本を束ねて、この束を３
本以上、好ましくは６〜１２本束ねてワイヤー形状やテ
ープ形状のような縦長形状に編み込んだものであること
が好ましい。カーボンファイバーを束ねる本数が１００
本未満では所定の強度と抵抗値を得るために６〜１２束
では足りなくなり、編み込みが困難である。また、本数
が少ないために部分的な破断に大して編み込みがほぐ
れ、形状を維持することが困難となる。また、前記本数
が８００本を超えると、所定の抵抗値を得るために束ね
る本数が少なくなり、編み込みによるワイヤー形状の維
持が困難となる。

【００１４】さらに、上記発熱体は、１０００℃での抵
抗値を１〜２０Ω／ｍ・本とすることが好ましい。その
理由は、一般的な半導体製造装置用加熱装置において、
従来からのトランス容量にマッチングさせる必要がある
からである。すなわち、抵抗値が２０Ω／ｍ・本を超え
る場合には、抵抗が大きいためヒータ長を長くとること
ができず、端子間で熱が奪われて温度むらが生じ易くな
る。

【００１５】一方、抵抗値が１Ω／ｍ・本未満の場合に
は、反対に抵抗が低いためヒータ長を必要以上に長くと
らなければならず、カーボンワイヤーやカーボンテープ
のような細長のヒータ部材の組織むらや雰囲気のむらに
より温度のばらつきが生じる虞れが大きくなる。尚、上
記発熱体の１０００℃での電気抵抗値は、上記特性をよ
り高い信頼性で得るためには、２〜１０Ω／ｍ・本とす
ることがより好ましい。

【００１６】また、前記第２の石英ガラス部材の粘性
が、前記第１の石英ガラス部材の粘性の０．３５乃至
０．５５倍であることが望ましく、また第１の石英ガラ
ス部材が、前記平坦面を有する厚さ３乃至２０ｍｍの石
英ガラス部材であって、平坦面に深さ２〜５ｍｍの溝が
形成されている石英ガラス部材であることが望ましい。
更に、前記第２の石英ガラス部材が、前記平坦面を有す
る厚さ１乃至５ｍｍの薄肉体からなることが望ましい。

【００１７】本発明にかかる発熱体封入ヒータは、第１
の石英ガラス部材の平坦面上の溝内に発熱体が配設され
ていること、また第１の石英ガラス部材が特定値以上の
粘性を有する高粘性石英ガラス部材であること、更に、
第１の石英ガラス部材と融着する第２の石英ガラス部材
が、第１の石英ガラス部材である高粘性石英ガラスに対
し特定割合の粘性を有する低粘性石英ガラス部材である
ことが顕著な特徴である。

【００１８】このように本発明にかかる発熱体封入ヒー
タは、発熱体を石英ガラス支持部材内に封入するに際
し、前記発熱体が収容配置される溝を備えた主部材、即
ち前記第１の石英ガラス部材には前記特定高粘性石英ガ
ラスを用い、それを封じる封止用蓋部材、即ち前記第２
の石英ガラス部材には前記特定の低粘性石英ガラスを用
いることにより、融着時、使用時における過度の変形を
防止したものである。また、本発明にかかる発熱体封入
ヒータは、接合面に未融着部分を極力抑制して所定形状
に一体化し、急激な温度変化による割れを防止したもの
である。更にまた、接合すべき融着面の徹底した鏡面仕
上げを不要とし、安価にヒ−タを製造することができる
ものである。

【００１９】また、本発明にかかる発熱体封入ヒータ
は、細いカーボンファイバーを束ねたファイバー束を複
数束編み上げてなる編紐、あるいは組紐形状のカーボン
ワイヤーを発熱体として用いている点が顕著な特徴であ
る。

【００２０】前記したように、カーボンワイヤー発熱体
は、細いカーボンファイバーを束ねて編み上げたもので
あるため、従来この種の発熱体封入型ヒータに用いられ
ている線状、板状、細帯状等に形成されたむくのカーボ
ン材から成る発熱体に比べて自由度に富み、発熱源とし
ての構造、形状をその目的に最も適合するように自在に
配置することができる。また、局所的な温度ムラを極力
抑えることができ、また石英ガラスと接触しても、反応
して劣化することが少ないため、耐用性に優れている。
更に、前記したように、発熱体が含有不純物として灰分
基準で１０ｐｐｍ以下のカーボンファイバーからなる場
合には、カーボンワイヤー発熱体の局部的異常発熱を抑
制することができ、ウエハ等の熱処理に好適に使用する
ことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面を参照して
更に詳細に説明する。なお、図１及び図２は、本発明の
発熱体封入ヒータの一実施形態を示す図であり、図１は
平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線での断面図を示す。図
１、２に示されている発熱体封入ヒータ１は、加熱面が
矩形平板状に形成されており、石英ガラス支持体２内に
カーボンワイヤー発熱体３が封入された構造になってい
る。前記石英ガラス支持体２は、図２に示されているよ
うに、前記カーボンワイヤー発熱体３の周辺部に実質的
に中空の空間が形成されており、この空間部を除いて、
一体化された構造となっている。なお、図中、符号３ａ
は端子である。

【００２２】前記カーボンワイヤー発熱体３としては、
複数本のカーボンファイバーを束ねたファイバー束を複
数束用いてワイヤー状に編み込んだもの等を用いる。前
記カーボンワイヤー発熱体３は石英ガラス支持体２の面
に、いわゆるジグザグ形状に配置されている。なお、前
記カーボンワイヤー発熱体３の平面配置パターンは、前
記のようにジグザク形状に配置するものに限定されず、
渦巻状やその他の形状でも良い。また、ヒータ形状も矩
形平板状に限られるものではなく、円形平板状などのそ
の他の形状でもよい。

【００２３】前記カーボンワイヤー発熱体３の具体例と
しては、直径５乃至１５μｍのカーボンファイバー、例
えば、直径７μｍのカーボンファイバーを約３００乃至
３５０本程度束ねたファイバー束を９束程度用いて直径
約２ｍｍの編紐、あるいは組紐形状に編み込んだもの等
を挙げることができる。前記の場合において、ワイヤー
の編み込みスパンは２乃至５ｍｍ程度、カーボンファイ
バーによる表面の毛羽立ちは０．５乃至２．５ｍｍ程度
である。なお、前記毛羽立ちとは、図１０の符号３ａに
示すように、カーボンファイバーが切断されたものの一
部が、カーボンワイヤーの外周面から突出したものであ
る。

【００２４】本発明の発熱体封入ヒータ１においては、
このようなカーボンワイヤー発熱体３を複数本用いても
良く、複数本用いた場合は、発熱特性に関わる品質をよ
り安定させることができる。発熱性状の均質性、耐久安
定性等の観点及びダスト発生回避上の観点から、前記カ
ーボンファイバーは、高純度であることが好ましく、特
に、ヒータ１が、半導体製造プロセスにおけるウエハ等
の熱処理用に用いられるものである場合には、カーボン
ファイバー中に含まれる不純物量が灰分重量として１０
ｐｐｍ、より好ましくは３ｐｐｍ以下であることが好ま
しい。

【００２５】石英ガラス支持体２は、例えば、融着処理
前の組立状態を示す断面図である図３に示すように、カ
ーボンワイヤー発熱体３が内部に収容される溝４を上面
に形成した板状石英ガラス部材（主部材）２ｂと、前記
溝４を上から封止するための蓋部を構成する石英ガラス
部材（封止用蓋部材）２ａとから形成される。すなわ
ち、石英ガラス支持体２は、板状石英ガラス部材（主部
材）２ｂと蓋部を構成する石英ガラス部材（封止用蓋部
材）２ａとを、カーボンワイヤー発熱体３を前記溝４内
に配設し、前記溝４内を非酸化雰囲気とした後、両部材
の接合面で融着して作製したものである。

【００２６】本発明においては、前記主部材２ｂを構成
する石英ガラス材として、その溶融軟化温度、即ち、１
４３０℃における粘性が３．０×１０¹⁰ポイズ以上、よ
り好ましくは３．１×１０¹⁰乃至３．４×１０¹⁰ポイ
ズ、の高粘性石英ガラスを選択して使用する。前記主部
材２ｂを構成する石英ガラスには、半導体の熱処理等の
用途に用いる加熱用ヒータ１の発熱体支持部材として、
高温での安定した形状保持性、即ち所定温度での耐熱変
形性を備えることが必要とされるからである。また、封
止用蓋部材２ａを構成する石英ガラス材として、その粘
性が、前記主部材２ｂの粘性の０．０５乃至０．８５
倍、特に好ましくは、０．３５乃至０．５５倍、の範囲
にある低粘性石英ガラスを使用する。

【００２７】このように、主部材２ｂの高粘性石英ガラ
スに、封止用蓋部材２ａの特定低粘性石英ガラスを組み
合わせることにより、両者の融着時に過度の変形が生ず
ることなく、しかも接合面に未融着部分が生ずることな
く所定形状に一体化することができる。また、未融着部
分の存在が極力抑制されるため、急激な温度変化にる割
れが防止される。なお、接合すべき融着面の徹底した鏡
面仕上げは不要となり、ある程度の鏡面仕上げで十分に
融着することができる。

【００２８】ここで、封止用蓋部材２ａに用いる石英ガ
ラスの粘性が、主部材２ａに用いる石英ガラスの粘性の
０．０５倍より小さい場合は、融着時の粘性が低すぎる
ため、封止用蓋部材２ａが撓んで、主部材２ｂの発熱体
を収容する溝４の上面から内部に垂れ下がってしまい、
溝４内に収容配置されているカーボンワイヤー発熱体３
と接触する。そして、この接触部において、石英ガラス
（ＳｉＯ₂ ）とカーボンワイヤー発熱体３の炭素（Ｃ）
とが高温で反応して発熱体自体や溝部４の石英ガラスの
劣化を招来し、この結果、発熱体３の長さ方向における
発熱ムラを生じさせたり、その耐久性を低下させる。し
たがって、封止用蓋部材２ａに用いる石英ガラスの粘性
が、主部材２ｂに用いる石英ガラスの粘性の０．０５倍
以上が好ましく、特に、主部材２ａに用いる石英ガラス
の粘性の０．３５倍以上が好ましい。

【００２９】なお、前記カーボンワイヤー発熱体３は、
溝４の内部において主部材２ｂとも接触している。しか
し、カーボンワイヤー発熱体３のカーボンワイヤー外周
面には毛羽立ち３ａが存在する。この毛羽立ち３ａはカ
ーボンワイヤーが切断されたものが外周面から突出した
ものであり、前記カーボンワイヤー発熱体３は、溝４の
内部において、毛羽立ち３ａのみが主部材２ｂと接触
し、カーボンワイヤー発熱体３の本体は接触していな
い。そのため、前記したような石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）
とカーボンワイヤー発熱体３の炭素（Ｃ）との高温で反
応が極力抑えられ、石英ガラス質の劣化、カーボンワイ
ヤーの耐久性の低下は抑制されている。これに対し、封
止用蓋部材２ａの粘性が低すぎると、前記したように主
部材２ｂの発熱体を収容する溝４の上面から内部に垂れ
下がってしまい、溝４内に収容配置されているカーボン
ワイヤー発熱体の本体と接触しするため、カーボンワイ
ヤー発熱体３の寿命を短くする。

【００３０】一方、封止用蓋部材２ａに用いる石英ガラ
スの粘性が、主部材２ｂに用いる石英ガラスの粘性の
０．８５倍より大きい場合は、既に述べたように両部材
に同質の石英ガラスを用いるのと同じ状態となり、接合
すべき融着面の徹底した鏡面仕上げが必要となるばかり
でなく、石英ガラス支持体２の形状を所定に維持して接
合部を完全融着することが困難となる。したがって、封
止用蓋部材２ａに用いる石英ガラスの粘性が、主部材２
ｂに用いる石英ガラスの粘性の０．８５倍以下が好まし
く、特に主部材２ｂに用いる石英ガラスの粘性の０．５
５倍以下が好ましい。

【００３１】上記石英ガラス支持体２を構成する封止用
蓋部材２ａ及び主部材２ｂ、特に、封止用蓋部材２ａ
は、肉厚が１乃至５ｍｍの範囲にある薄肉体であること
が好ましい。前記肉厚が、１ｍｍ未満では、封止用蓋部
材２ａが変形し、本発明の発熱体封入ヒータ１上面に凹
凸が形成されてしまい、ヒータ１の面内均一発熱性が損
なわれる危険性が生ずる。一方、肉厚が５ｍｍを越える
場合には、発熱体３からヒータ１加熱面である上面迄の
間隔が長く、ヒータ１上部の熱容量が大きくなるため
に、熱効率及び熱伝達の応答性が不十分となってしま
う。

【００３２】図１、２のヒータ１の場合、図３に示すよ
うに発熱体３収容溝４の厚さを含まない主部材２ｂの厚
さｔ₂ は、封止用蓋部材２ａの厚さｔ₁ にほぼ等しく設
定されている。しかし、両部材２ａ、２ｂが必ずしも同
一の厚さを有する必要はなく、図６、図７に示したヒー
タ１のように、この主部材２ｂの厚さｔ₂ を厚く、封止
用蓋部材２ａの厚さｔ₁ を薄く、例えば、ｔ₁ の厚さ
を、ｔ₂ の厚さ（発熱体収容溝の厚さを含まない）の１
／２以下としても良い。このような厚さ比を有するヒー
タ１は、発熱体３とヒータ上面との距離が短く電熱応答
を速くでき、ヒータ主部が厚いため全体が変形し難く、
かつ、ヒータ１の底面温度が上面温度ほど高くならない
利点がある。

【００３３】この利点を有するためには、この主部材２
ｂの厚さｔ₂ が３ｍｍ乃至２０ｍｍであるのが好まし
い。主部材２ｂの厚さｔ₂ が２０ｍｍを越えると熱容量
が大きくなるため電熱応答が遅くなり、また主部材２ｂ
の厚さｔ₂ が３ｍｍより小さいと機械的強度が不足する
ためである。なお、このとき主部材２ｂに形成される溝
４の深さｄは２ｍｍ乃至５ｍｍである。

【００３４】更に、図８、図９に示したように、多数の
微細閉気孔を有する不透明（または発泡）石英ガラス部
材２ｃをヒータ面の反対側に配設した形態としても良
く、この不透明石英ガラス部材２ｃにより輻射熱のヒー
タ１の下部への伝達が抑制される。

【００３５】次に、図４を参照して、本発明の発熱体封
入ヒータ１作製における石英ガラス部材等の融着処理に
付いて説明する。図４に示すように、カーボン製の下部
材５の上に石英ガラス板２ｂ（主部材）と２ａ（封止用
蓋部材）を配置し、その上にカーボン製の上部材６を載
せ、更にその上にカーボン材からなる重り７を載せて熱
処理炉内にセッティングする。なお、下部材５の上面
と、上部材６の下面には、鏡面加工が施されている。

【００３６】また、ヒータ１が半導体熱処理用等の用途
に用いられるものである場合には、これらのカーボン部
材は全て、不純物５ｐｐｍ以下の純化品を使用する。ま
た、本発明における融着処理において、石英ガラス各部
材が完全に融着し、支持体が一体化するためには、上記
カーボン部材が均質であること及び石英ガラス部材と接
する部分の表面粗度が適当であることが重要である。こ
の表面粗度と均質性を適切なものとするには、例えば、
上記カーボン材に開気孔率が１５％以下で、かつ嵩密度
が１．８乃至２．０ｇ／ｃｍ³ のものを用い、これをバ
フ研磨乃至鏡面研磨して仕上げる。これによって、カー
ボン部材による石英ガラス支持体への均一な加圧が可能
となり、また石英ガラスとカーボンの熱膨張係数の違い
に伴う製造時の石英ガラス中への熱歪みの残留を防止す
ることが可能となる。

【００３７】そして、炉内を１ｔｏｒｒ以下の真空に保
ち、１３００乃至１６００℃で０．５乃至５時間熱処理
して、２枚の石英ガラス板２ａ、２ｂの接合面を融着す
る。この熱処理は温度が低い時は長く、高い時は短く
し、状況に応じて適宜変更して行う。この工程におい
て、カーボンワイヤー発熱体の周囲の雰囲気、即ち溝内
の雰囲気は、減圧あるいは非酸化性雰囲気になるように
する。冷却に際しては、石英ガラスの歪み点である１１
５０℃付近での冷却を穏やかに行う。１１５０℃付近で
の冷却速度は、例えば５０乃至１５０℃／時間程度の設
定する。このような熱処理によって、石英ガラス支持体
２、即ち、２枚の石英ガラス２ａ、２ｂの接合面全体を
融着して実質的に一体化する。即ち、上記カーボンワイ
ヤー発熱体３の周辺部に実質的に中空の空間が形成され
ており、この空間部を除いて実質的に一体化される。

【００３８】なお、上記融着処理は、熱処理炉内で加熱
する方法、つまり、外部からの加熱手段を採用している
が、これのみならず、所定炉内で石英ガラス板をカーボ
ン部材によって挟み、石英ガラス板中のカーボンワイヤ
ーを通電発熱させ、石英ガラス板を融着する方法を採用
することができる。このような内部からの加熱手段によ
る加熱であると石英ガラス板の外周からではなく、中心
側より融着が進むため、石英ガラス板間に存在するガス
を融着時に取り込んで、気泡を残存させる不都合を避け
ることができる。また、例えばカーボン部材の替わりに
ＡｌＮ等の部材によって挟み、高周波誘導加熱によって
石英ガラス板中のヒータ１部材を発熱させる方法等を採
用することもできる。

【００３９】図５は、本発明にかかる発熱体封入ヒータ
１の使用態様を例示したものである。カーボンワイヤー
発熱体３の端部が、ヒータ面１ａに対してほぼ垂直に引
き出され、カーボン端子２０を介してＭｏ端子線２１に
接続されている。これらは石英ガラス管２４内に配置さ
れている。そして、Ｍｏ端子線２１はＭｏ箔２２を介し
て２本のＭｏ外接線２３に接続されている。なお、Ｍｏ
箔２２はピンチシールされている。

【００４０】

【実施例】下記表１に示した粘性を有する３種類の石英
ガラス板試料Ａ、Ｂ、Ｃ（５０×５０×３^t ｍｍ）を用
意した。

【００４１】

【表１】

【００４２】これら石英ガラス試料の粘性を測定した。
この測定方法は、ビームベンディング法（石英ガラス試
料に３点曲げ荷重をかけ熱処理後の撓み変形値から、粘
性を換算により算出）により行った。なお、このときの
測定温度は、１４３０℃である。そして、上記Ａ、Ｂ、
Ｃ３種の石英ガラス試料板の一面を鏡面研磨加工し、融
着温度１４３０℃、融着時間２時間、炉圧０．１ｔｏｒ
ｒ、融着時加重０．１ｋｇ／ｃｍ² の件下に同種試料板
の前記研磨面同志、及び異種試料板の研磨面同志を融着
した。各試料の組合せによる融着状態を表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】

【発明の効果】本発明にかかる発熱体封入ヒータは、発
熱体を封入する支持部材が、特定値以上の粘性を有する
高粘性石英ガラス部材と、前記高粘性石英ガラスに対し
特定割合の粘性値を有する低粘性石英ガラス部材とを融
着接合してなるため、粘性特性の同じ石英ガラスを融着
する従来の場合とは異なり、融着時、使用時において過
度の変形を生ずることがなく、また接合面に未融着部分
が生ずることもない。また未融着部分の存在が極力抑制
されるため、急激な温度変化による割れが防止される。
更にまた、接合すべき融着面の徹底した鏡面仕上げは不
要となり、安価にヒ−タを製造することができる。

【００４５】また、本発明にかかる発熱体封入ヒータ
は、細いカーボンファイバーを束ねたファイバー束を編
み上げてなるカーボンワイヤーを発熱体として用いてい
るため、従来この種のヒータに用いられているむくカー
ボン材から成る発熱体に比べてフレキシビリティーに富
み、発熱源としての構造、形状をその目的に最も適合す
るように自在にアレンジすることができる利点を有す
る。また、本発明にかかる発熱体封入ヒータは、細いカ
ーボンファイバーを束ねたファイバー束を編み上げてな
るカーボンワイヤーを発熱体として用いているため、局
所的な温度ムラを極力抑えることができ、また石英ガラ
スと接触しても、反応して劣化することが少ないため、
耐用性に優れている。更に、発熱体が含有不純物として
灰分基準で１０ｐｐｍ以下のカーボンファイバーからな
る場合には、カーボンワイヤー発熱体の局部的異常発熱
を抑制することができ、ウエハ等の熱処理に好適に使用
することができる。

【００４６】以上のように本発明にかかる発熱体封入ヒ
ータは、目的とする所定形状に完全融着されているた
め、均熱性、昇降温制御性及び清浄性に優れ、かつ耐久
性にも極めて優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の発熱体封入ヒータの一実施形
態を示す平面図である。

【図２】図２は、図１のヒータのＸ−Ｘ線での断面図で
ある。

【図３】図３は、図１のヒータを融着処理する前の組立
状態を示す断面図である。

【図４】図４は、図１のヒータの融着処理を示す図であ
る。

【図５】図５は、図１のヒータの使用状況を示す図であ
る。

【図６】図６は、図７のヒータ１を融着処理する前の組
立状態を示す断面図である。

【図７】図７は、本発明の発熱体封入ヒータの他の実施
形態を示す断面図である。

【図８】図８は、図９のヒータを融着処理する前の組立
状態を示す断面図である。

【図９】図９は、本発明の発熱体封入ヒータの他の実施
形態を示す断面図である。

【図１０】図１０は、本発明の発熱体封入ヒータに用い
られるカーボンワイヤー発熱体を示す図である。

【符号の説明】

１発熱体封入ヒータ１ａヒータ面２石英ガラス支持体２ａ石英ガラス部材（封止用蓋部材）２ｂ石英ガラス部材（主部材）２ｃ不透明（または発泡）石英ガラス部材３カーボンワイヤー発熱体３ａ毛羽立ち４溝２０カーボン端子２１Ｍｏ端子線２２Ｍｏ箔２３Ｍｏ外接線２４石英ガラス管ｔ₁ 石英ガラス部材（封止用蓋部材）厚さｔ₂ 石英ガラス部材（主部材）厚さ

フロントページの続き (72)発明者金富雄山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者永田智浩山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者齋藤紀彦山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者瀬古順山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者横山秀幸山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者中尾賢神奈川県相模原市田名2954−10 (72)発明者斎藤孝規神奈川県相模原市大島2736 (72)発明者長内長栄神奈川県相模原市清新８−１−14−605 (72)発明者牧谷敏幸東京都昭島市東町２−１−22−101 Ｆターム(参考） 3K092 QB16 QB26 QB45 QB70 QB80 RD11 RE01 RF19 TT03 VV40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平坦面上に形成された溝内に発熱体を配
設した第１の石英ガラス部材と、前記第１の石英ガラス
部材の平坦面に密着可能に形成された平坦面を有する第
２の石英ガラス部材との、前記平坦面同志を融着させて
一体化した発熱体封入ヒータであって、前記第１の石英ガラス部材の１４３０℃における粘度が
３．０×１０¹⁰ポイズ以上、かつ、前記第２の石英ガラ
ス部材の粘性が、前記第１の石英ガラス部材の粘性の
０．０５乃至０．８５倍であることを特徴とする発熱体
封入ヒータ。
【請求項２】前記発熱体が、直径５乃至１５μｍのカ
ーボンファイバーを束ねたファイバー束を複数束編み上
げてなる編紐形状、あるいは組紐形状のカーボンワイヤ
ー発熱体であることを特徴とする請求項１に記載された
発熱体封入ヒータ。
【請求項３】前記カーボンファイバーの含有不純物量
が灰分重量として１０ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る請求項２に記載された発熱体封入ヒータ。
【請求項４】前記第２の石英ガラス部材の粘性が、前
記第１の石英ガラス部材の粘性の０．３５乃至０．５５
倍であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れかに記載された発熱体封入ヒータ。
【請求項５】前記第１の石英ガラス部材が、前記平坦
面を有する厚さ３乃至２０ｍｍの石英ガラス部材であっ
て、平坦面に深さ２〜５ｍｍの溝が形成された石英ガラ
ス部材であること特徴とする請求項１乃至請求項４のい
ずれかに記載された発熱体封入ヒータ。
【請求項６】前記第２の石英ガラス部材が、前記平坦
面を有する厚さ１乃至５ｍｍの薄肉体からなることを特
徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された
発熱体封入ヒータ。