JP2007220595A - 面状ヒータ - Google Patents

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Abstract

【課題】加熱面を略均一な加熱温度面になすことができる配置パターンを有するカーボンワイヤー発熱体を備えた面状ヒータを提供する。
【解決手段】カーボンワイヤー発熱体ＣＷの面内配置密度が、内側領域とこの外周に位置する外側領域で異なっており、前記外側領域の面内配置密度が内側領域の面内配置密度より密となっており、前記発熱体ＣＷに通電する接続線を有する電源端子部８が、前記シリカガラス板状体２の裏面側の中央部に配置され、前記内側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線４ａ、４ｂは、前記シリカガラス板状体の中央部において、内側領域のカーボンワイヤー発熱体ＣＷと接続され、前記外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線３ａ、３ｂは、前記内側領域のカーボンワイヤー発熱体ＣＷと交差することなく、前記シリカガラス板状体の中央部から外側領域に延設され、外側領域のカーボンワイヤー発熱体ＣＷと接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は面状ヒータに関し、より詳細には、カーボンワイヤー発熱体をシリカガラス板状体中に封入した面状ヒータであって、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面状ヒータに関する。
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存在している。
また、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、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半導体熱処理装置用ヒータを開発し、既に、特開２０００−１７３７５０号（特許文献１）、特開２００１−３３２３７３号（特許文献２）として提案している。
ここで、特許文献１に示されたヒータについて図１１，１２に基づいて説明すると、このヒータ５０は、加熱面５０ａが矩形平板状に形成されており、石英ガラス支持体５１内にカーボンワイヤー発熱体ＣＷが封入された構造になっている。前記石英ガラス支持体５１は、前記カーボンワイヤー発熱体ＣＷ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。
前記カーボンワイヤー発熱体ＣＷ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が用いられる。そして、図１１に示すように、前記カーボンワイヤー発熱体ＣＷは石英ガラス支持体５１の面に、いわゆるジグザグ形状に配置される。
また、カーボンワイヤー発熱体ＣＷの端部が、加熱面５１ａに対してほぼ垂直に引き出され、カーボン端子５２を介してＭｏ端子線５３に接続されている。これらは石英ガラス管５４内に配置されている。そして、Ｍｏ端子線５３はＭｏ箔５５を介して２本のＭｏ外接線５６に接続されている。なお、Ｍｏ箔５５はピンチシールされている。
また、特許文献２に示されたヒータについて図１３，１４に基づいて説明すると、プレート状ヒータ６０の石英ガラス支持部材６１では、加熱面は円形平板状で、カーボンワイヤー発熱体ＣＷは該支持部材６１内部の空間部６１ａに、いわゆるジグザグパターン形状に配線されている。また、この石英ガラス支持部材６１には、この空間部６１ａを除いて融着一体化された構造となっている。また、カーボンワイヤー発熱体ＣＷの両端部には、それぞれ封止端子６２が接続され、前記空間部６１ａには不活性ガスが注入、封止されている。
このように、特許文献１，２に示された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、カーボン材のみからなる発熱体に比べ形状柔軟性に富み、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。
特開２０００−１７３７５０号公報 特開２００１−３３２３７３号公報
ところで、前記特許文献１に示された面状ヒータにあっては、一つのカーボンワイヤー発熱体がいわゆるジグザグパターン形状に配線されている。また、前記特許文献２に示された面状ヒータにあっては、外周部から中央部に向かい、中央部から外周部に向かうカーボンワイヤー発熱体が、左右対称に配線されている。
このような、従来のカーボンワイヤー発熱体の配置パターンの場合、加熱面における温度分布にむらが生じ、被加熱物の面内を均一に加熱することができないという技術的課題があった。更に言えば、カーボンワイヤー発熱体を一定の間隔をもって、ジグザグパターン形状あるいは螺旋形状の配置パターンで形成すると、ヒータの加熱面の中央部分が高温化し、その外周側部分の温度が低くなるという技術的課題があった。
その結果、ウエハ等の被加熱物の面内温度を均一に熱処理する場合、加熱面上に直接、載置することができず、加熱面上に均熱板を載置し、その均熱板上に被加熱物を載置しなければならなかった。
このような状況下にあって、加熱面の不均一な加熱温度分布を是正し、均熱板を介することなく、加熱面に被加熱物を直接載置することができる面状ヒータの出現が望まれていた。
本願発明者等は、加熱面の不均一な加熱温度分布を是正する一つの方法として、カーボンワイヤー発熱体の配置パターンに着目し、鋭意研究した。その結果、加熱面を略均一な加熱温度面になすことができる配置パターンを想到するに至り、本発明にかかる面状ヒータが完成した。
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、加熱面を略均一な加熱温度面になすことができる配置パターンを有するカーボンワイヤー発熱体を備えた面状ヒータを提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる面状ヒータは、カーボンワイヤー発熱体がシリカガラス板状体内部に平面状に配置、封止された面状ヒータであって、前記カーボンワイヤー発熱体の面内配置密度が、内側領域とこの外周に位置する外側領域で異なっており、前記外側領域の面内配置密度が内側領域の面内配置密度より密となっており、前記カーボンワイヤー発熱体に通電する接続線を有する電源端子部が、前記シリカガラス板状体の裏面側の中央部に配置され、前記内側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、前記シリカガラス板状体の中央部において、内側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続され、前記外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、前記内側領域のカーボンワイヤー発熱体と交差することなく、前記シリカガラス板状体の中央部から外側領域に延設され、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続されることを特徴としている。
このように本発明にかかる面状ヒータにあっては、カーボンワイヤー発熱体の面内配置密度が、内側領域とこの外周に位置する外側領域で異なっており、前記外側領域の面内配置密度が内側領域の面内配置密度より密となっているため、加熱面の温度分布を均一になすことができ、被加熱物の面内温度を均一にすることができる。また、本発明にかかる面状ヒータにあっては、前記カーボンワイヤー発熱体に通電する接続線を有する電源端子部が、シリカガラス板状体の裏面側の中央部に配置されているため、図１４に示すような２本の端子部を有するヒータに比べて、コンパクト化が図られる。更に、前記外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線が、内側領域のカーボンワイヤー発熱体と交差することなく、中央部から外側領域に延設され、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続されているため、熱ごもりが抑制され、シリカガラス板状体の失透による早期劣化を防止すると共に、加熱面の温度をより均一になすことができる。
ここで、前記カーボンワイヤー発熱体及び前記接続線が、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であることが望ましい。接続線が、前記カーボンワイヤー発熱体と同一構成のカーボンワイヤーを多数本束ねたものからなる場合には、電気的接続を良好に維持しつつ、より簡易に低抵抗領域を形成することができる。
また、前記シリカガラス板状体が円板形状であって、前記内側領域と外側領域の境界が、面内の円中心から半径の７９％〜８６％の距離に存在することが望ましい。
前記シリカガラス板状体の面上での内側領域と外側領域の境界が、面内の円中心から半径の７９％未満の距離では、外側領域が大きくなり、従来技術のような中央部分の高温化を解消することができず、その結果、加熱面の面内均一性が阻害される。一方、配置パターンの内側領域と外側領域の境界が、面内の円中心から半径の８６％を超える距離にある場合には、外側領域が小さくなり、外側領域の発熱量が不足し、加熱面の面内均一性が阻害される。
また、前記シリカガラス板状体が矩形形状であって、前記内側領域と外側領域の境界が、面内の矩形中心から一辺の１／２長さの７９％〜８６％の距離に存在することが望ましい。前記したように、前記シリカガラス板状体の面上での内側領域と外側領域の境界が、面内矩形中心から半径の７９％未満の距離では、外側領域が大きくなり、従来技術のような中央部分の高温化を解消することができず、その結果、加熱面の面内均一性が阻害される。一方、配置パターンの内側領域と外側領域の境界が、面内矩形中心から半径の８６％を超える距離にある場合には、外側領域が小さくなり、外側領域の発熱量が不足し、加熱面の面内均一性が阻害される。
更に、前記シリカガラス板状体が円板形状であって、前記中央部から外側領域に延設され、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、円板形状のシリカガラス板状体の直径位置に存在し、前記接続線を境に、内側領域側、外側領域の各々において、前記カーボンワイヤー発熱体が電気的に並列接続されていることが望ましい。
このように接続線を配置することにより、内側領域を二つの領域に、また外側領域を二つの領域に形成することができ、夫々の領域に均等に配電することができる。
また、前記シリカガラス板状体が矩形形状であって、中央部から外側領域に延設され、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、対向する二辺の各々の中心点を結ぶ線上に存在し、前記接続線を境に、内側領域側、外側領域の各々において、前記カーボンワイヤー発熱体が電気的に並列接続されていることが望ましい。
このように接続線を配置することにより、内側領域を二つの領域に、また外側領域を二つの領域に形成することができ、夫々の領域に均等に配電することができる。
また、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線が配置される領域は、中心から外周側に向う直線的かつ連続的なカーボンワイヤー発熱体の不存在領域であり、前記カーボンワイヤー発熱体の配置パターンにおいて、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線が配置される領域以外に、中心部から外周側に向う直線的かつ連続的なカーボンワイヤー発熱体の不存在領域が存在しないことが望ましい。
このように、前記配置パターンには、中心から外周側に向かって直線的かつ連続的な、カーボンワイヤー発熱体の不存在領域が存在しないため、加熱面の面内温度を均一にすることができ、被加熱物の面内を均一に加熱することができる。
なお、本発明にかかる面状ヒータにあっては、加熱面の面内温度を均一になすことができるため、均熱板を不要とすることができるが、シリカガラス板状体の上面に均熱板を配置した場合には、被加熱物の面内をより均一に加熱することができる。
本発明によれば、加熱面を略均一な加熱温度面になすことができる配置パターンを有するカーボンワイヤー発熱体を備えた面状ヒータを得ることができる。
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１乃至図８に基づいて説明する。なお、図１は本発明の一実施形態にかかる面状ヒータを示す平面図、図２は図１に示した面状ヒータの側面図、図３は図１のＩ−Ｉ断面図、図４は図１のＩＩ−ＩＩ断面図、図５は図２のIII-III断面図、図６はカーボンワイヤー発熱体を示す図、図７は図１に示した面状ヒータの分割された４つの領域を示す図、図８は本発明の一実施形態にかかる面状ヒータの等価回路図である。
図１、図２に示すように、この面状ヒータ１は、加熱面１ａが円形平板状に形成されており、シリカガラス板状体２内にカーボンワイヤー発熱体ＣＷが封入されている。前記シリカガラス板状体２は、第１のシリカガラス体２ａと、第２のシリカガラス体２ｂと、第３のシリカガラス体２ｃとから構成されている。
なお、本発明において「カーボンワイヤー発熱体が封入されている」とは、カーボンワイヤー発熱体が外気に触れることがないように、密閉された状態になっていることを意味する。
第１のシリカガラス体２ａと第３のシリカガラス体２ｃの上面及び下面は平板状に形成されている。一方、第２のシリカガラス体２ｂの上面には、図３、図４に示すように、図１に示す配置パターンと同形状の溝２ｄが形成され、またこの第２のシリカガラス体２ｂの下面には、中心部から直径方向に延びる溝２ｅ１，２ｅ２が設けられている。
この面状ヒータは、図１、図７に示すように加熱面１ａを４つの領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分割されている。即ち、加熱面１ａの内側領域を２分割した領域である領域Ａ、領域Ｂ、更に前記加熱面１ａの内側領域の外周に位置する外側領域を２分割した領域である領域Ｃ、領域Ｄ毎に、カーボンワイヤー発熱体ＣＷが配置されている。尚、領域Ａに配置されているカーボンワイヤー発熱体ＣＷをカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，領域Ｂに配置されているカーボンワイヤー発熱体ＣＷをカーボンワイヤー発熱体ＣＷＢ，以下同様に、領域Ｃのカーボンワイヤー発熱体ＣＷをカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ，領域Ｄのカーボンワイヤー発熱体ＣＷをカーボンワイヤー発熱体ＣＷＤという。
また、前記加熱面１ａの内側領域（領域Ａ、領域Ｂ）の溝２ｄは、加熱面１ａ中央部の位置ａ、位置ｂに形成された貫通穴に連通している。一方、加熱面１ａの外側領域（領域Ｃ、領域Ｄ）の溝２ｄは、加熱面１ａの外周側位置ｄ、位置ｆに形成された貫通穴に連通している。
また、前記溝２ｅ１の一端は加熱面１ａ中央部の位置ｅに形成された貫通穴に連通し、他端は加熱面１ａの外周部の位置ｆに形成された貫通穴に連通している。同様に、この溝２ｅ２の一端は、加熱面１ａ中央部の位置ｃに形成された貫通穴に連通し、他端は加熱面１ａの外周部の位置ｄに形成された貫通穴に連通している。
そして、内側領域（領域Ａ、領域Ｂ）及び外側領域（領域Ｃ、領域Ｄ）の溝２ｄの内部にはカーボンワイヤー発熱体ＣＷが収容され、また溝２ｅ１には接続線３ｂが収容され、溝２ｅ２には接続線３ａが収容される。
更に、第１のシリカガラス体２ａの下面中央部には、図２、図５に示すように、前記カーボンワイヤー発熱体ＣＷに通電する接続線３ａ，３ｂ、４ａ，４ｂを有する電源端子部８が設けられている。前記接続線３ａ，３ｂは、外側領域の領域Ｃ，Ｄに通電するための接続線であり、前記接続線４ａ，４ｂは、中央部側領域Ａ，Ｂに通電するための接続線である。
図２、図４、図５に示すように、前記接続線３ａはシリカガラス管５ａに収容され、また接続線３ｂはシリカガラス管５ｂに収容されている。この接続線３ａ，３ｂを収容するシリカガラス管５ａ，５ｂは、第１のシリカガラス体２ａを挿通し、第２のシリカガラス体２ｂの下面に当接している。
したがって、接続線３ａは、位置ｃにおいてシリカガラス管５ａから溝２ｅ２内に入り、位置ｄの貫通穴を通って、外側領域の領域Ｃ，Ｄのカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ，ＣＷＤに接続される。同様に、接続線３ｂは、位置ｅにおいてシリカガラス管５ｂから溝２ｅ１内に入り、位置ｆの貫通穴を通って、外側領域の領域Ｃ，Ｄのカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ，ＣＷＤに接続される。
また、前記接続線４ａはシリカガラス管６ａに収容され、接続線４ｂはシリカガラス管６ｂに収容されている。このシリカガラス管６ａ，６ｂは第１のシリカガラス体２ａを挿通し、第２のシリカガラス体２ｂに形成された貫通穴が開口する内部底面に当接している。したがって、接続線４ａは、位置ａにおいてシリカガラス管６ａから貫通穴を通って、中央部側領域Ａ，Ｂのカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，ＣＷＢに接続される。また接続線４ｂは、位置ｂにおいてシリカガラス管６ｂから貫通穴を通って、中央部側領域Ａ，Ｂのカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，ＣＷＢに接続される。
また、前記接続線線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを収容したすべてのシリカガラス管５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの端部は封止され、大径のシリカガラス管７の内部に収容される。この大径のシリカガラス管７は、ヒータを固定するためのフランジあるいはシャフトとして用いられる。
このように、接続線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを加熱面１ａの裏面中央部に集め、電源端子部８として構成したため、従来のように加熱面１ａの外周部に２本の端子部を有するヒータに比べて、コンパクト化を図ることができる。
そして、このような構成を有する面状ヒータを製造するには、前記第２のシリカガラス体２の溝２ｄにカーボンワイヤー発熱体ＣＷを収容し、各接続線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂと接続した状態で、第３のシリカガラス体２ｃと第２のシリカガラス体２ｂとを融着し、前記溝２ｄを封止すると共に、第１のシリカガラス体２ａと第２のシリカガラス体２ｂとを融着し、前記溝２ｅ１，２ｅ２を封止する。
続いて、接続線線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを収容したすべてのシリカガラス管５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの端部を封止し、大径のシリカガラス管７の内部に収容する。尚、この封止構造は、従来から知られているピンチングシール構造を用いることによって、封止することができる。
更に、カーボンワイヤー発熱体ＣＷの配置パターンについて具体的に説明する。
領域Ａに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡは、加熱面１ａの中央部分の位置ａにおいて、接続線４ａと接続され、図１に示す配置パターン形状に配置され、加熱面１ａの中央部分の位置ｂにおいて接続線４ｂに接続される。
一方、領域Ｂに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＢは、加熱面１ａの中央部分の位置ａにおいて、接続線４ａと接続され、図１に示す配置パターン形状に配置され、加熱面１ａの中央部分の位置ｂにおいて接続線４ｂに接続される。
このように、領域Ａに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡと領域Ｂに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＢとは、接続線４ａと接続線４ｂに接続されるため、図８（ａ）に示すように、電気的に並列に接続されることになる。
また、領域Ｃに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣは、加熱面１ａの外周側部分の位置ｄにおいて、接続線３ａと接続され、図１に示す配置パターン形状に配置され、加熱面１ａの外周部分の位置ｆにおいて接続線３ｂに接続される。
一方、領域Ｄに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＤは、加熱面１ａの外周側部分の位置ｄにおいて、接続線３ａと接続され、図１に示す配置パターン形状に配置され、加熱面１ａの中央部分の位置ｆにおいて接続線３ｂに接続される。
このように、領域Ｃに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣと領域Ｄに配置されるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＤとは、接続線３ａと接続線３ｂに接続され、図８（ｂ）に示すように、並列に接続される。
このように接続線３ａ，３ｂ，４ａ、４ｂを配置することにより、内側領域を二つの領域に、また外側領域を二つの領域に形成することができ、夫々を電気的に並列接続することにより、夫々の領域に均等に配電することができる。
また、前記したように、前記接続線３ｂは、加熱面１ａの中央部分の位置ｅから、第２のシリカガラス体２ｂの下面に形成された径方向に延びる溝２ｅ１を通って、位置ｆまで配設され、カーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ，ＣＷＤと接続されている。
同様に、前記接続線３ａは、加熱面１ａの中央部分の位置ｃから、第２のシリカガラス体２ｂの下面に形成された径方向に延びる溝２ｅ２を通って、位置ｄまで配設され、カーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ、ＣＷＤと接続されている。
この接続線３ａ、３ｂは、領域Ａ、Ｂのカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ、ＣＷＢと交差することなく、加熱面１ａの中央部から外側領域に延設されている。
即ち、第２のシリカガラス体２ｂにおいて、溝２ｄが形成されていない領域（領域Ａと領域Ｂの境界領域）の下面に溝２ｅ１，２ｅ２が形成されている。
前記接続線３ａ、３ｂが領域Ａ、Ｂのカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ、ＣＷＢと交差する場合には、熱のこもりが生じ、ガラスが失透化（結晶化）し、失透によって破損する虞がある。また、破損しない場合であっても、加熱面１ａ上の面内温度が不均一になる虞がある。
したがって、溝２ｄが形成されていない領域（領域Ａと領域Ｂの境界領域）に溝２ｅ１，２ｅ２が形成されているため、熱のこもりが抑制され、加熱面の面内温度を均一になすことができると共に、失透化、破損を防止できる。
また、内側領域の領域Ａ、領域Ｂにおけるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，ＣＷＢの配置パターンは、図１に示すように点対称の形状に形成されている。同様に、外側領域の領域Ｃ、領域Ｄにおけるカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ、ＣＷＤの配置パターンも、点対称の形状に形成されている。このように、点対称とすることで、カーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，ＣＷＢ及びカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ、ＣＷＤの抵抗は各々同等となり、並列に結線しても均熱ムラにならない。
しかも、内側領域の領域Ａ、領域Ｂにおいて加熱面１ａの径方向に、カーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，ＣＷＢが、寸法ｔの間隔で略等間隔に配置されている。また外側領域の領域Ｃ、領域Ｄにおいて加熱面１ａの径方向に、カーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ，ＣＷＤが、前記したカーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，ＣＷＢの間隔よりも小さな寸法ｓ（すなわち、蜜）の間隔で、略等間隔に配置されている。なお、ここで「略等間隔」としては上記寸法ｔ及びｓにおいていずれも各々±３０％が好ましい。特に、シリカガラス板状体の上面に均熱板を配置しない場合には、±１０％が好ましく、より好ましくは±５％である。
また、前記配置パターンには、外側領域のカーボンワイヤー発熱体ＣＷＣ，ＣＷＤに接続される接続線３ａ、３ｂが配置される領域を除いて、カーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ、ＣＷＢの存在しない領域であって、中心から外周側に向かって直線的且つ連続的な領域（例えば、従来の面状ヒータを示す図１３の点線部分７０）は存在しない。
このように、中心から外周側に向かって直線的かつ連続的な、カーボンワイヤー発熱体ＣＷＡ，ＣＷＢの不存在領域が存在しないため、加熱面１ａの面内温度を均一にすることができ、被加熱物１ａの面内を均一に加熱することができる。
また、図７に示すように、配置パターンの内側領域Ａ，Ｂと外側領域Ｃ，Ｄの境界Ｌは、加熱面１ａの面内円中心から半径Ｒの７９％〜８６％の距離に存在している。
この内側領域Ａ、Ｂと外側領域Ｃ、Ｄの境界Ｌが、面内円中心から半径Ｒの７９％未満では、外側領域Ｃ、Ｄが大きくなり、従来技術のような中央部分の高温化を解消することができず、加熱面１ａの面内均一性が阻害される。一方、内側領域Ａ、Ｂと外側領域Ｃ、Ｄの境界Ｌが、面内円中心から半径Ｒの８６％を超える場合には、外側領域Ｃ、Ｄが小さくなり、外側領域Ｃ，Ｄの発熱量が不足し、加熱面１ａの面内均一性が阻害される。
また、前記カーボンワイヤー発熱体ＣＷは、図６に示すように、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６の符号ＣＷａ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。
また、前記接続線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが前記カーボンワイヤー発熱体ＣＷと同一構成のカーボンワイヤーを多数本束ねたものが用いられる。
このように、接続線線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが、前記カーボンワイヤー発熱体ＣＷと同一構成のカーボンワイヤーを多数本束ねたものからなる場合には、電気的接続を良好に維持しつつ、より簡易に低抵抗の領域を形成することができる。
尚、上記実施形態にあっては、前記シリカガラス板状体が円板形状である場合について説明したが、図９に示すようにシリカガラス板状体が矩形形状であっても良い。
シリカガラス板状体が矩形形状の場合には、配置パターンの内側領域と外側領域の境界Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）が、面内の矩形中心から一辺の１／２長さＴ１，Ｔ２の７９％〜８６％の距離に存在することが望ましい。配置パターンの内側領域と外側領域の境界Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）が、面内矩形中心から半径の７９％未満の距離では、外側領域が大きくなり、従来技術のような中央部分の高温化を解消することができず、その結果、加熱面の面内均一性が阻害される。一方、配置パターンの内側領域と外側領域の境界Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）が、面内矩形中心から半径の８６％を超える距離にある場合には、外側領域が小さくなり、外側領域の発熱量が不足し、加熱面の面内均一性が阻害される。
また、前記シリカガラス板状体が矩形形状の場合、図１０に示すように、中央部から外側領域に延設され、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線３ａ，３ｂは、対向する二辺の各々の中心点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ線上に存在するのが好ましい。
また、本発明にかかる面状ヒータにあっては、加熱面の面内温度を均一になすことができるため均熱板を用いる必要はないが、本発明にかかる面状ヒータにおいて、シリカガラス板状体の上面に均熱板を配置した場合には、被加熱物の面内をより均一に加熱することができる。
本発明にかかる面状ヒータにあっては、加熱面の面内温度を均一に維持することができるため、被加工物の面内温度を均一になすことができ、特に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。
図１は、本発明の一実施形態にかかる面状ヒータを示す平面図である。 図２は、図１に示した面状ヒータの側面図である。 図３は、図１のＩ−Ｉ断面の左側部を示した断面図である。 図４は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図５は、図２のIII-III断面図である。 図６は、カーボンワイヤー発熱体を示す図である。 図７は、図１に示した面状ヒータの分割された領域を示す図である。 図８は、本発明の一実施形態にかかる面状ヒータの等価回路図である。 図９は、本発明の一実施形態にかかる面状ヒータの変形例を示す図である。 図１０は、本発明の一実施形態にかかる面状ヒータの変形例を示す図である。 図１１は、従来の面状ヒータを示す平面図である。 図１２は、従来の面状ヒータを示す側面図である。 図１３は、従来の面状ヒータを示す平面図である。 図１４は、従来の面状ヒータを示す側面図である。
符号の説明
１ 面状ヒータ
１ａ 加熱面
２ シリカガラス板状体
２ａ 第１のシリカガラス体
２ｂ 第２のシリカガラス体
２ｃ 第３のシリカガラス体
２ｄ 溝
２ｅ１ 溝
２ｅ２ 溝
３ａ 接続線
３ｂ 接続線
４ａ 接続線
４ｂ 接続線
５ａ シリカガラス管
５ｂ シリカガラス管
６ａ シリカガラス管
６ｂ シリカガラス管
７ 大径のシリカガラス管
８ 電源端子部
ＣＷ カーボンワイヤー発熱体
ＣＷＡ 領域Ａのカーボンワイヤー発熱体
ＣＷＢ 領域Ｂのカーボンワイヤー発熱体
ＣＷＣ 領域Ｃのカーボンワイヤー発熱体
ＣＷＤ 領域Ｄのカーボンワイヤー発熱体
Ｌ 境界

Claims (8)

  1. カーボンワイヤー発熱体がシリカガラス板状体内部に平面状に配置、封止された面状ヒータであって、
    前記カーボンワイヤー発熱体の面内配置密度が、内側領域とこの外周に位置する外側領域で異なっており、前記外側領域の面内配置密度が内側領域の面内配置密度より密となっており、
    前記カーボンワイヤー発熱体に通電する接続線を有する電源端子部が、前記シリカガラス板状体の裏面側の中央部に配置され、
    前記内側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、前記シリカガラス板状体の中央部において、内側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続され、
    前記外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、前記内側領域のカーボンワイヤー発熱体と交差することなく、前記シリカガラス板状体の中央部から外側領域に延設され、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続されることを特徴とする面状ヒータ。
  2. 前記カーボンワイヤー発熱体及び前記接続線が、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であることを特徴とする請求項１に記載された面状ヒータ。
  3. 前記シリカガラス板状体が円板形状であって、前記内側領域と外側領域の境界が、面内の円中心から半径の７９％〜８６％の距離に存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された面状ヒータ。
  4. 前記シリカガラス板状体が矩形形状であって、前記内側領域と外側領域の境界が、面内の矩形中心から一辺の１／２長さの７９％〜８６％の距離に存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された面状ヒータ。
  5. 前記シリカガラス板状体が円板形状であって、前記中央部から外側領域に延設され、
    外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、円板形状のシリカガラス板状体の直径位置に存在し、
    前記接続線を境に、内側領域側、外側領域の各々において、前記カーボンワイヤー発熱体が電気的に並列接続されてい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面状ヒータ。
  6. 前記シリカガラス板状体が矩形形状であって、中央部から外側領域に延設され、
    外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線は、対向する二辺の各々の中心点を結ぶ線上に存在し、
    前記接続線を境に、内側領域側、外側領域の各々において、前記カーボンワイヤー発熱体が電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４のいずれかに記載された面状ヒータ。
  7. 外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線が配置される領域は、中心から外周側に向う直線的かつ連続的なカーボンワイヤー発熱体の不存在領域であり、
    前記カーボンワイヤー発熱体の配置パターンにおいて、外側領域のカーボンワイヤー発熱体と接続される接続線が配置される領域以外に、中心部から外周側に向う直線的かつ連続的なカーボンワイヤー発熱体の不存在領域が存在しないことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された面状ヒータ。
  8. 前記シリカガラス板状体の上面に、均熱板が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された面状ヒータ。
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