JP2004071363A - パネルヒーターの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シーズヒーターとパネル部材及びパネル部材同士の密着性が良く、熱伝導が良好で、パネル部材とシーズヒーターとの熱膨張差による滑りがなく、パネル部材には微小な空隙が無く、その製造コストが低廉であるパネルヒーターの製造方法を提供する。
【解決手段】２枚またはそれ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板１ａ、１ｂにシーズヒーター２を挟み込み、次いで３００℃〜５００℃に加熱し、熱間加圧して、シーズヒーター２をアルミニウムまたはアルミニウム合金板１ａ、１ｂに埋設するパネルヒーターの製造方法。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハ等の半導体製造装置やＴＦＴ液晶パネルの製造装置のヒーターとして、あるいは一般用のヒーターとして適用されるパネルヒーターの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パネルヒーターは、真空容器内で各薄膜を形成する薄膜製造装置に用いられている。このような薄膜製造装置は、真空容器内の真空中で半導体製造や薄型ディスプレイ製造の基板を加熱するパネルヒーターを有しており、カソードとアノード間の放電によりスパッタしてターゲット物質を基板へ付着させ薄膜を形成する。また、所望の原料ガスを外部より導入してプラズマ反応により基板に薄膜を形成するプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）の場合でも同様にパネルヒーターが使用されている。
【０００３】
このパネルヒーターは、図３に示すように一般に所定の形状のシーズヒーター２が金属パネル部材１に埋設されたものである。シーズヒーターは、図４に示すように発熱体２ｃをシース（保護パイプ）２ａ内に通し、絶縁材２ｂで両者間を電気的に絶縁したものである。このパイプ状のシーズヒーター２を所定の形状に曲げ加工し、鋳型の内部に配置し、パネル部材１となる溶融した金属を注入して鋳造によりパネルヒーターが製造される。
また、パネルヒーターの製造方法として、図５（ａ）に示すように金属パネル部材１が上下に１ａ、１ｂと２分割されており、アルミニウム等からなるパネル部材の一方又は両方にフライス加工などの機械加工でシーズヒーターの形状に溝切りを行い、形成された溝３に所定の形状に曲げ加工されたシーズヒーター２を埋め込み設置し、両パネル部材１ａ、１ｂを図５（ｂ）に示すように組み合わせ、上記両者を適所でボルト締結して一体化する方法が知られている。さらに、上記と同様に、上下２分割されたパネル部材に機械加工で形成された溝に上記と同様にシーズヒーターを設置し、パネル部材１ａ、１ｂを密着させ、両者をその縁部で溶接することにより一体化する方法等が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなパネルヒーターは、パネル表面の温度の均一な分布とヒーターから生じる脱ガスが少ないこと、プラズマ反応ガスの吸蔵が少ないこと等が要求されている。
上記のような鋳造方法を用いたパネルヒーターは、金属パネル部材の内部及び表面に鋳物に特有の巣といわれる微小な空隙が生ずる。この空隙には金属の溶融時に種々のガスが内蔵されており、使用時に真空中で加熱するとパネル表面より放出される。また、表面の巣には仕上げ加工中の機械加工油が含浸され、この加工油も使用時にガス化され真空中に徐々にパネル表面から放出される。これらのガスが、薄膜形成時に有害であることは明白である。また、ＣＶＤ法においては、ガス種を切り替え複数回の成膜を行うが、この際前工程で用いたガスがパネル内に吸蔵され、次工程で放出され所定の成膜ができなくなる事態が発生することもある。
また、シーズヒーターを鋳込む際、溶融金属を鋳型に流し込む時にシーズヒーターが溶融金属により変形したり、初めに設置した位置がずれ、パネルの表面に平行にならなかったりする。これは、使用時にパネル表面の温度の不均一性を招き、均一な薄膜の形成を阻害することになる。
一方、ボルト締結法や溶接法によるものは、パネル金属に溝切り加工を施す必要があり、そのため製造コストが鋳込み法によるものに比べ非常に高いものとなる。そして、上下パネル部材とシーズヒーターあるいはパネル同志の密着性が低いので熱伝導性が比較的悪く、場合によっては局部的に昇温してパネル表面温度の不均一やヒーターを損傷するという不具合いが生ずることがある。さらに、ボルト締結法ではシール性がなく、２枚のパネルの隙間からのガス放出が問題になり、溶接法による場合は、溶接部のシール性の問題と共に溶接によるパネル部材の歪みが大きく、形状維持の点で問題がある。
したがって、本発明は上記のような問題点に鑑み、シーズヒーターとパネル部材及びパネル部材同士の密着性が良く、熱伝導が良好で、パネル部材とシーズヒーターとの熱膨張差による滑りがなく、また、パネル部材には微小な空隙が無く、その製造コストが低廉であるパネルヒーターの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、熱間加圧時のシーズヒーターとアルミニウム又はアルミニウム合金との耐圧強度差及び熱間域におけるの変形力の差を利用することを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
（１）２枚またはそれ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板にシーズヒーターを挟み込み、次いで３００℃〜５００℃に加熱し、熱間加圧して、シーズヒーターをアルミニウム板またはアルミニウム合金板に埋設することを特徴とするパネルヒーターの製造方法、及び、
（２）前記加圧は、１０ｋｇ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする（１）に記載のパネルヒーターの製造方法、
を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のパネルヒーターの製造方法について図面を参照してさらに詳細に説明する。
本発明では、パネル部材としてアルミニウム又はアルミにウム合金（以後、アルミニウム合金という場合がある）板を採用するが、その材質、製法等については特定しないが、内部欠陥の少ない点を考えると圧延板や鍛造板を素材とするものが好ましい。また、利用されるガスに対する耐食性の観点から、アルミニウム合金は純度９９．５％以上のＪＩＳ１０５０が特に好ましいが、ＪＩＳ１１００、ＪＩＳ６０６１、ＪＩＳ５０５２、ＪＩＳ３００３、ＪＩＳ６０６３、ＪＩＳ３００４等を用いるのが好ましい。その他、ほとんどのアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。
パネルが大型で熱膨張係数の小さいものを製造する場合には、パネル部材のアルミニウム合金に炭化珪素粒子、炭化珪素繊維、アルミナ粒子、アルミナ繊維、炭素繊維などの補強材を混合させたアルミニウム基複合材を使用することもできる。
【０００７】
本発明のシーズヒーターの埋め込みは、図１に示すように上下に分割した２枚のパネル部材１ａ、１ｂの接合面Ａ面およびＢ面間に所定の形状に曲げ加工したシーズヒーター２を配置し挟み込む。上下のパネル部材は、それぞれ１枚板のものが好ましいが、大型のパネルヒーターの場合にはそれぞれが複数枚の板体あるいは一方が複数枚の板体であっても対応可能である。望むなら、パネル部材の両接合面又は片面に浅い溝を形成し、曲げ加工したシーズヒーター２を溝内に配置し固定することもできる。
常温でサンドイッチ状に組み合わせたものを熱間プレスの高温高圧状態にし、一体化加工をする。
熱間プレス方法で行う場合、サンドイッチ状に組み合わせたものを加熱炉内に挿入して３００℃〜５００℃に加熱し、同時に０．５〜５分間高圧プレス機により熱間加圧を行う。プレスの程度は、１０ｋｇ／ｍｍ^２以上が好ましい。圧力自体は高くても金型で受けることが可能であるので上限は特に設けないが、コスト面から５０ｋｇ／ｍｍ^２以下が好ましい。このような高温高圧状態で加工を行い、Ａ・Ｂ面が接触し隙間が無くなり一体化するが、図２に示すようにシーズヒーターの径には変形が生じていない。
加熱温度は３００℃〜５００℃の範囲が好ましく、低すぎるとパネル金属であるアルミニウム合金の軟化が生起せず変形が乏しくなってヒーターとの密着が不十分になる、もしくはシーズヒーターを潰してしまう可能性がある。また高すぎるとアルミニウム又はアルミニウム合金の熱間割れが生ずるので好ましくない。
圧力については、低すぎると埋設の際パネルとシーズヒーター間に隙間を生じ好ましくない。
【０００８】
上側パネル部材１ａと下側パネル部材１ｂとに挟持されパネルヒーターの内部に埋設されるシーズヒーター２は、図４に概略断面図を示す周知のものと同様である。ニクロム線又は鉄クロム線からなる通電発熱体２ｃをシース２ａ内に通し、発熱体２ｃとシース２ａとの間に両者を電気的に絶縁するために酸化マグネシウム粉末等の絶縁体２ｂが充填されている。シースの材質としては、ステンレス鋼、インコネル等を使用できるが、製造時の耐圧性、熱伝導性、およびパネル部材と熱膨張係数が近似した点からステンレス鋼が好ましく、特にステンレス鋼ＳＵＳ３０４が好ましい。なお従来、アルミニウム合金（ＪＩＳ３００３、１１００、６０６１、６０６３等）もシース部材として提案されているが、本発明の方法においては、加熱、高圧での熱間加圧時に潰れてしまうためシース部材として利用するのは好ましくない。
シースの直径は、例えば５〜２０ｍｍ程度で、厚さ１．０〜１．５ｍｍ程度に形成されたものが用いられる。
【０００９】
このような高温高圧状態で製造する本発明の態様では、パネル部材とシース部材は隙間の無い極めて良好な密着状態となり、パネル部材のシース部材をグリップする力が大きく、両部材の間に温度差が生じても両部材間に滑りが発生せず、高温になっても熱膨張差によるシース部材の破損やパネル部材の歪が生じにくくなる。そして、両部材間には隙間が無いので、熱伝導が良好で、パネル部材の表面も均一な温度分布となり、使用時の温度変動が少なく操作が容易である。
本発明のパネルヒーターは、シリコンウエハ等の半導体製造装置やＴＦＴ液晶パネルの製造装置のヒーターとして適用される他、プラスチック金型等のヒーターあるいは一般用のヒーターとして使用するのにも好適である。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により更に詳細に示すが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
パネル部材としてＪＩＳ：１０５０のアルミニウム合金を厚さ３０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ３００ｍｍの板体とし、これを上下２枚使用した。埋設されるシーズヒーターは、シース材質ＳＵＳ：３０４、肉厚１．０ｍｍ、直径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍのパイプ状シース内部に、ニクロム線が挿入され、周りにマグネシア粉末が充填されたものである。
図１に示すように、上下のアルミニウム合金板１ａ、１ｂのＡ面及びＢ面中央に一条の溝を形成し、アルミニウム合金板２枚でシーズヒーター２を挟み、溝部にシーズヒーターを固定する。この状態で４００℃に加熱し、Ａ面・Ｂ面が接触し、隙間が無くなる状態まで矢印で示すように高圧プレス機で１０ｋｇ／ｍｍ^２で１分の熱間プレスを行った。
プレス終了後、得られたパネルヒーターをＸ−Ｘ線で切断し、その断面を観察したところ、図２に模式図で示すようにシーズ径に変形がなく、上下のアルミニウム板のみ変形し、そのＡ・Ｂ接合面は強固に密着していることが認められた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の加熱し、高圧で熱間加工するパネルヒーターの製造方法によれば、
１．シーズヒーターがアルミニウムまたはアルミニウム合金のパネル部材に押し込まれるため、パネル部材とシーズヒーターの密着が良く、熱伝導が優れ、昇温が速く、パネル表面の温度分布も均一にできる、
２．上述の密着度が良いことからシース部材とパネル部材との膨張差によるすべりを発生しない、
３．パネル部材が緻密で微小な空間がないので、ガスの吸蔵や放出が極めて少ない、
４．シーズヒーター用の溝をパネル部材に機械加工することがない、もしくは加工量を少なくできることから、コストが大幅に軽減できる、
等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造工程でシーズヒーターをパネル部材間に配置した斜視図である。
【図２】本発明の製造工程で熱間加圧後に得られたパネルヒーターの図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】パネルヒーターの正面説明図である。
【図４】シーズヒーターの断面図である。
【図５】従来のパネルヒーターの製造工程の一例を示す説明図で、（ａ）は組み合わせ前で、（ｂ）は一体化後である。
【符号の説明】
１　　パネル部材
２　　シーズヒーター
２ａ　シース
２ｂ　絶縁体
２ｃ　発熱体
３　　溝

Claims (2)

1. ２枚またはそれ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板にシーズヒーターを挟み込み、次いで３００℃〜５００℃に加熱し、熱間加圧して、シーズヒーターをアルミニウム板またはアルミニウム合金板に埋設することを特徴とするパネルヒーターの製造方法。
2. 前記加圧は、１０ｋｇ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１に記載のパネルヒーターの製造方法。

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