JP2016207595A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱物を加熱するための平坦な表面を有する加熱用プレートと、この表面を加熱する加熱体とを含んでなる加熱装置で、その表面の温度を、その加熱用領域（被加熱物の接触面領域）の全域において温度ムラなく一定の目標温度に維持する。
【解決手段】 加熱体５０に、上下に長い棒状体を成し、通電によって発熱する抵抗発熱体が端部５１に設けられたものを多数用いる。加熱用プレート３０の裏面３４に点在して設定された多数の箇所に凹部３７を設け、各凹部３７に各加熱体５０における端部５１を嵌り込ませ、それぞれ加熱できるように、加熱用プレート３０の裏面３４側に多数の加熱体５０を設けた。各加熱体５０による加熱箇所が端部（スポット）５１であるから、その発熱による加熱用プレート３０の表面に沿う長手方向での温度ムラは生じないから、多数の加熱体５０の温度制御により、該表面を温度ムラなく一定温度に維持できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体の製造やプラズマ処理において、その対象となる被処理物を所定の温度に加熱するために使用される加熱装置に関する。

半導体の製造やプラズマ処理等において半導体ウエハ等の加熱対象となる被加熱物（以下、単に基板ともいう）に、精度よく均一な成膜処理等の加工をするためには、処理室内において、被加熱物である基板を所定の温度に加熱し、その表面の全体を一定温度に保持する温度管理が極めて重要である。このような温度管理のため、これらの製造や処理においては、被加熱物を接触させて加熱するための平坦な表面からなる加熱用領域を有する加熱用プレートと、この加熱用領域を加熱する加熱体（ヒータ）とを含んでなる加熱装置（平面ヒータ）が用いられる。これにより、基板は、この加熱用プレートの表面に載置され、接触させられて均一に加熱され、所定の加工処理が行われる。

このような加熱装置では、基板の全体（表面全域）を、精度よく一定温度に保持することが重要であるから、加熱用プレート（以下、単に、プレートともいう）の表面の加熱用領域の全体（全域）を偏差なく均一に加熱できるものであることが要求され、各種の提案がなされている（例えば、特許文献１）。特許文献１の加熱装置では、加熱用プレート（板状部材）の表面に沿うように配設された４つの発熱素子（加熱体）と、それらへの電力供給手段と、それらのいずれか同士の接続状態を直列接続および並列接続にそれぞれ変更する接続状態変更手段等を備えており、この変更手段により、温度検出手段が検出した発熱素子の温度に基づいて、被加熱物に対する加熱量が面方向において均一となるようにその接続状態を変更する、という技術が開示されている。そして、そこでは、一本の線材（抵抗発熱体）を、平面視、Ｕ字状に形成してなる各発熱体が加熱用プレートの表面に沿って延びるように配設したものが例示され、この各発熱体の配置及び接続状態変更手段等に基づいて、同プレート上に載置される被加熱物を加熱する技術が開示されている。

特開２０１２−８９６５３号公報

特許文献１の加熱装置においては、加熱用プレートの表面に沿って配置される発熱素子（抵抗発熱体）に、複数のＵ字形の発熱素子が互いに平行に配置されている。このような各発熱素子（線）はＵ字の直線状の各脚部が長いため、その長手方向に沿う抵抗等の特性のバラツキにより、その長手方向に沿う部位において発熱にムラが生じる。このため、接続状態を変更するとしても、当該抵抗発熱体（線）の長手方向における発熱の不均一性（発熱ムラ）の発生により、加熱用プレートの表面においても、この発熱体が受け持つ長手方向に対応する部位で温度ムラが生じる。そして、このような温度ムラは、各発熱体が受け持つ加熱用プレートの表面の部位ごとにおいて生じるから、その表面の全域についてみると、その温度ムラの分、温度に幅（偏差）が生じることになり、結果、その表面に搭載され、加熱される基板にも温度にムラ（バラツキ）を生じる。

一方、近時、半導体基板の加工処理において、基板の全表面において許容される温度のバラツキ（温度分布）範囲は、その処理性能ないし加工精度等に基づく要請からして、目標温度に対し、例えば、±１度以内とか、±０．５度以内といった要求がされているなど、その要請は益々厳しくなってきている。したがって、上記の加熱装置では前記した温度ムラの発生により、その要請に対応できないことがあった。しかも、このような加熱装置で被加熱物を加熱する場合でも、被加熱物によっては加熱すべき目標温度も、例えば、３００℃〜５００℃といった範囲内において少しずつ異なる。このため、このような温度範囲内における特定の温度域においては、温度ムラも許容される範囲内で一定温度に維持できるとしても、他の温度域では、その維持ができないこともある。

そして、加熱用プレート自体、その平面的な拡がりにおける各部位においては、その構造上、放熱性（伝熱性）に差異がある。例えば、複数の抵抗発熱体（群）に対応するプレートの中央寄り部位では放熱性が低いが、その外縁寄り部位では相対的に放熱性が高い。したがって、その中央寄り部位では目標温度に維持できるとしても、その外縁寄り部位では目標温度に維持することが容易でない場合もあり、プレートの表面の全域（全面）を一定温度に保持することは容易でない。さらに、このような加熱装置においては、加熱用プレート等の諸条件の変化により、加熱用プレートの不特定の一部が目標温度から外れてしまうこともある。

本発明は、上記従来の加熱装置におけるような如上の問題点に鑑みてなされたもので、構造の複雑化を招くことなく、加熱用プレートにおける表面の温度を、その加熱用領域（被加熱物の接触面領域）の全域において温度ムラなく一定の目標温度に維持できるようにした加熱装置を提供することをその目的とする。

請求項１に記載の本発明は、被加熱物を接触させて加熱するための平坦な表面を有する加熱用プレートと、この表面を加熱する加熱体とを含んでなる加熱装置であって、
前記加熱体には、通電によって発熱する抵抗発熱体が端部に設けられた加熱体が多数用いられ、
前記加熱用プレートの裏面において点在して設定された多数の箇所を、前記多数の加熱体における前記端部でもって、それぞれ加熱するように、該加熱用プレートの裏面側に前記多数の加熱体が設けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、前記加熱用プレートの裏面において点在して設定された多数の箇所が、前記加熱用プレートの裏面のうち、前記表面における前記被加熱物の接触面領域に対応する領域を包囲して含む包囲領域内において点在して設定された多数の箇所であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置である。

請求項３に記載の本発明は、前記多数の加熱体は、そのそれぞれの前記端部が加熱用プレートの裏面に接触する状態で設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の加熱装置である。
請求項４に記載の本発明は、前記加熱用プレートの裏面のうち、それぞれの前記端部が接触する箇所には、該端部が嵌り込み可能な凹部が設けられており、該端部がこの凹部に嵌り込んで該裏面に接触していることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置である。

請求項５に記載の本発明は、前記端部の接触が、各加熱体を前記裏面に向けて弾性的に押し付ける圧接とされていることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の加熱装置である。
請求項６に記載の本発明は、前記多数の箇所のうち、その箇所群の最外側に位置して隣接する該箇所相互の間隔が、他の位置において隣接する該箇所相互の間隔よりも小さくされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱装置である。
請求項７に記載の本発明は、前記加熱体は棒状体をなし、前記抵抗発熱体が該棒状体における先端をなす端部に設けられており、該加熱体が、前記加熱用プレートの裏面に対し、それぞれ、略垂直となる状態で設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱装置である。

請求項８に記載の本発明は、前記加熱装置は、ベース部材と、該ベース部材に立設された支柱とを備えると共に、前記加熱用プレートは、該支柱の上端側において分離可能に取り付けられており、前記多数の加熱体が、前記ベース部材に個別に設けられた凹部又は貫通穴にて位置決めされて保持され、前記端部を上にして設けられていることを特徴とする請求項７に記載の加熱装置である。
請求項９に記載の本発明は、請求項８に記載の加熱装置において、前記ベース部材と前記加熱用プレートとの間に、前記加熱用プレートと略平行となるように中間プレートが設けられており、前記多数の加熱体は、この中間プレートに個別に設けられた位置決め穴を貫通し、それぞれの加熱体における上下の中間部位がこの位置決め穴にて位置決めされる状態で設けられていることを特徴とする加熱装置である。

本発明の加熱装置は、従来のように、１つの加熱体における抵抗発熱体が、加熱用プレートの面に沿って長く延びる配置で設けられているものでない。すなわち、本発明の加熱装置は、上記構成のように、多数の加熱体が、それぞれの前記端部（以下、単に端部ともいう）でもって、加熱用プレートの裏面に点在して設定された多数の箇所（以下、単に箇所ともいう）のそれぞれを加熱するように、その裏面側に設けられている。従来の加熱体による場合には、その構成に基づき、長手方向に沿う抵抗等の特性のバラツキにより、その抵抗発熱体（線）の長手方向に沿う部位において発熱にムラが生じるから、加熱用プレートの表面においても、この発熱体が受け持つ長手方向に対応する部位では温度ムラが生じる。

これに対し、本発明のように、発熱する抵抗発熱体が端部に設けられた加熱体を用いる場合においては、抵抗発熱体がプレートの面に沿って長く延びる配置とならないから、その面に沿って延びる方向での発熱ムラは生じない。すなわち、本発明において用いられる各加熱体の端部が加熱を受け持つ範囲は、プレートにおいて点在する箇所（スポット部位）であり狭いから、その箇所内における加熱温度にバラツキは生じない。したがって、点在して設定された多数の箇所に設けられた各加熱体について、その端部の抵抗発熱体による発熱温度を目標温度（設定温度）に制御することで、加熱用プレートの表面の所定領域の全域における温度を高度の均一性でもって一定温度に維持（温度管理）できる。なお、前記多数の箇所は、規則的のみならず、不規則的に点在させてもよい。そして、プレートの各部位における放熱性の異同に応じ、例えば、放熱性（冷熱性）が比較的高い、プレートにおける外周縁寄り部位を相対的に高温加熱したい場合など、特定部位を、選択的に所望とする温度に、調整、保持することも、その部位における加熱体の温度制御で容易にできる。

このように、本発明の加熱装置によれば、加熱用プレートにおける表面の温度を、その加熱領域（被加熱物の接触面領域）の全域において温度ムラなく、一定の所望とする目標温度に容易に維持できるから、被加熱物を所望とする温度に簡易、合理的に温度管理できる。本発明の加熱装置において、加熱体の数はなるべく多く、そして、その配置のための箇所の相互の間隔はなるべく小さいほうがよいといえるが、加熱用プレートの大きさや、その表面の被加熱物の接触面領域の大小、形状に基づき、被加熱物に所望とする温度が得られるように、１つの加熱体の端部が加熱を受け持つ範囲をも考慮して、調整して設定すればよい。そして、本発明において、前記加熱用プレートの裏面において点在して設定された多数の箇所は、前記加熱用プレートの裏面のうち、被加熱物が載置されて接触するプレートの表面における被加熱物の接触面領域に対応する領域とするだけとしてもよいが、請求項２に記載のようにするとよい。すなわち、この多数の箇所は、前記表面における前記被加熱物の接触面領域に対応する領域を包囲して含む包囲領域内において点在して設定された多数の箇所としてもよい。このように該包囲領域内も含めることにより、接触面領域の温度制御がより高精度、かつ容易にできる。

本発明において、多数の加熱体は、その端部でもって、プレートの裏面のそれぞれの箇所を加熱できればよい。したがって、その端部は、プレートの裏面に対し、接することなく間隙が保持され、輻射熱により加熱する構成としてもよい。このように、端部が加熱用プレートの裏面に接することなく、近接して配置する場合には、直接伝熱による加熱、昇温とはならないために加熱速度（応答速度）は低いが、輻射熱による加熱、昇温となる分、その端部が加熱すべき箇所を中心として含む領域内の温度幅（偏差）を小さくできる。加熱用プレートの伝熱性能にもよるが、設定温度が低い場合や、プレートの厚みが薄く、伝熱性が高いプレートで具体化する場合に好適である。また、端部と裏面との間隙は、設定温度の得られ易さ、加熱すべき点在して設定されるべき前記箇所の密度、相互の間隔等に基づき、調整し、設定すればよい。

なお、加熱速度を高めたい場合においては、請求項３に記載の発明のように、端部はプレートの裏面に接触する状態とするのがよい。そして、この場合において、接触面積の増大による熱伝導性の向上のためには、請求項４に記載の発明のようにするのがよい。すなわち、プレートの裏面のうち、それぞれの前記端部が接触する箇所には、該端部が嵌り込み可能な凹部が設けられており、該端部がこの凹部に嵌り込んで該裏面に接触するものとするのがよい。このようにすれば、伝熱速度が高められるだけでなく、加熱体の端部の位置の安定（位置決め）も得られる。このため、加熱箇所も安定し、同じ構造の別のプレートに取り換えるときでも、加熱条件の再現が容易となる。なお、本発明の加熱装置に用いる多数の加熱体の端部（端面）に制約はなく、平面でもよいが、凸となす半球面状のものがよい。というのは、点接触に近い、狭い範囲の接触による伝熱となるから、温度ムラもより小さくできるためである。ただし、凸となす半球面状のものである場合には、凹部は、その底が、底（奥）側に向けて円錐又は円錐台のすぼまり状の穴としておくとよい。このようにしておけば、その端部の凹部内における位置の安定が図られる上に、凹部の底が平面である場合における接触（点接触）に比べると、狭い範囲ながらも接触面積の増大も図られるから、熱伝導性が高められるためである。

そして、このように前記端部を前記裏面に接触させる場合には、請求項５に記載のように、各加熱体を前記裏面に向けて弾性的に押し付ける圧接とするのがよい。前記加熱体の端部の位置は、加熱工程中においては、各加熱体を構成する各部材（構成部材）の熱膨張差に起因して微妙に変位する。また、加熱体自体、その製造、組立て上や、これを加熱装置として組付け、或いは取り付る上での寸法公差や誤差の存在によっても、該加熱体の端部の位置は微妙に異なることがある。一方、バネ等の弾性部材を用いて、そのバネ力により、各加熱体を前記裏面に向けて弾性的に押し付ける圧接としておくことで、このような変位等が生じても、その接触を安定して得ることができるためである。

前記端部でもって加熱する前記裏面における多数の箇所のうち、その多数の箇所群の最外側に位置して隣接する該箇所相互の間隔は、他の位置において隣接する該箇所相互の間隔よりも小さくするのがよい。というのは、プレートのうち、該多数の箇所が集中するような中央寄り部位は、加熱箇所も集中するから放熱性も低く、その箇所相互間の温度も一定に保持しやすい。したがって、その中央寄り部位におけるその箇所相互の間隔は、各加熱体の端部が受け持つ加熱領域との関係で適宜に設定することで、その領域内における温度の均一化が図ることができる。一方、上記もしたように、加熱用プレートの外周縁寄り部位は放熱性（冷却性）も高く、したがって、その部位に近い、中央寄りの多数の箇所群の最外側に位置して隣接する該箇所の部位では、加熱効率を高めるのがよいためである。

例えば、加熱用プレートが円形であり、被加熱体も円形（円板）であれば、加熱用プレートの中心を基点とする複数の同心円を描き、それぞれの円周上に等角度間隔で、複数の前記箇所（箇所の中心）を設定するとしたとき、外方の円周上、又は最外側の円周上ほどその角度間隔を小さくするのがよい。なお、プレートが方形（正方形、又は長方形）である場合でも、被加熱体が円形であれば、前記したのと同様にしてもよいが、例えば、プレートの縦又は横に所定（一定）の等間隔で配置し、多数の箇所群の最外側に位置して隣接する該箇所相互の間隔のみを小さくしてもよい。要するに、本発明では被加熱物の接触面領域を、均一温度に加熱でき、その領域の表面の温度を、所望とする温度に維持しやすいように、当該箇所の配置を決めればよい。

なお、本発明の加熱装置に用いる加熱体は、通電によって発熱する抵抗発熱体が端部に設けられたものであり、上記したように、そのそれぞれの端部でもって、プレートの裏面の各箇所を加熱するように、その裏面側に多数設けられるものであればよく、加熱体自体の形状、構造は、格別、制限されるものではない。ただし、請求項７に記載の発明のように、棒状体をなすものとし、その加熱体が、加熱用プレートの裏面に対し、それぞれ、略垂直となる状態で設けられているものとするとよい。このようにすれば、多くの加熱体を用いることができるし、加熱体相互間の設置間隔も小さくできるなど、自由度の高い加熱体の設置ができるためである。

そして、このように加熱体を棒状体をなすものとして、それらをプレートの裏面に対し、略垂直となる状態で設ける場合の加熱装置は、請求項８に記載の発明のように構成するのがよい。また、この場合には、請求項９に記載の発明のように、前記ベース部材と前記加熱用プレートとの間に、前記加熱用プレートと略平行となるように中間プレートが設けられており、前記多数の加熱体は、この中間プレートに個別に設けられた位置決め穴を貫通し、それぞれの加熱体における上下の中間部位がこの位置決め穴にて位置決めされる状態で設けられているものとするとよい。これらについては実施の形態例において詳述するが、このような中間プレートを設けておくことで、加熱用プレートを交換のために取り外したとしても、中間プレートがある分、多数の加熱体の配置状態をそのままに保持できるから、交換作業が容易となり便利である。というのは、中間プレートがなく、加熱用プレートが取り外されると、加熱体はその上端（端部）が自由端状態となるから、傾斜したり横ずれしやすい。このため、その後、別の加熱用プレートを取り付ける際には、端部が加熱すべき箇所に、変位やくるいが生じ易く、加熱条件が変化してしまうことがある。これに対し、中間プレートがある場合には、こうした問題を回避しやすい。なお、このような変位等の回避だけのためには、中間プレートは格子構造のプレートでもよいが、充実板とすることで、端部からの発熱を遮断できるため、各加熱体の制御用の電気配線等の保護を図ることもできる。

本発明の加熱装置を具体化した実施の形態例を説明する、一部省略、斜視断面図。 図１の加熱装置において、加熱体を１つのみ図示し、他の加熱体を省略してなる中央縦断正面図、及び要部拡大図。 図１の加熱装置を構成するベース部材を上（図２の上）から見た図であって、加熱体の平面レイアウト（配置）を説明する図。 図１の加熱装置を構成する加熱用プレートにおいて、加熱体の端部が位置する箇所（加熱箇所）の平面レイアウトを説明する図。 加熱装置として組み付けられる前のホルダ付きの加熱体を説明する図。 加熱用プレートにおいて、加熱体の端部が位置する箇所（加熱箇所）の平面レイアウトの別例を説明する図。 加熱用プレートの裏面と、加熱体の端部との位置関係を説明する別例の図。 加熱用プレートの裏面と、加熱体の端部との位置関係を説明する別例の図。 加熱用プレートの裏面と、加熱体の端部との位置関係を説明する別例の図。 方形の加熱用プレートにおいて、加熱体の端部が位置する箇所（加熱箇所）の平面レイアウトを説明する図。

本発明の加熱装置を具体化した実施の形態例について、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。図中、１００は、本例の加熱装置（以下、本例装置ともいう）であり、本例では、一定厚さで円形のベース部材１０の外周寄り部位に、それ自身の同心円上において、平面視、９０度の等角度間隔で立設状に配置された４本の支柱（脚部）２０が配置されており、この各支柱２０の上端において、一定厚さで円形の加熱用プレート３０が、ベース部材１０と同心の配置で取り付けられている。ベース部材（円形板）１０には、詳細は後述するが、それ自身の全域に所定の配置で多数の加熱体取付用の同一直径の貫通穴（以下、加熱体取付用貫通穴）１３が設けられており、この各穴に対し、それぞれ、嵌合状にして、同一の加熱体５０が取り付けられている。本例装置１００は、このようなベース部材１０、支柱２０、加熱用プレート３０、そして、加熱体５０を主体として、次に詳述するように構成されている。以下、順次説明する。

支柱２０は、同心で上方が小径の三段異径の円柱体からなり、ベース部材１０は、その外周寄りの所定位置に設けられた取付穴１５を介し、各支柱２０において、その中間の中径部２４を貫通させ、その下方の大径部２２との境界をなす、大径部２２の上端面（環状面）２３に支持されるように設けられている。このベース部材１０に設けられている加熱体取付用貫通穴（円形穴）１３は、本例では、図３に示したように、ベース部材（円形板）１０の中央（中心）と、ベース部材１０自身と同心円配置の複数の円周（上）Ｅ１，Ｅ２のそれぞれにおいて、中心が、周方向に略等間隔で、多数（図上、２１箇所）、点在するように設けられている。また、それら多数の加熱体取付用貫通穴１３は、相互に隣接するものが、略等間隔となるように設定されており、多数の加熱体取付用貫通穴１３の中心が、ベース部材（円形板）１０の外周寄り部位を除く略全面（全域）において規則的に点在する設定とされている。そして、この各加熱体取付用貫通穴１３に対し、本例では、全体として上下に長い棒状体をなす加熱体５０が挿入され、それぞれ、ベース部材１０に垂直をなすように位置決めされ、保持される設定とされている（図１，２参照）。これについての詳細は後述する。

一方、円形の加熱用プレート３０が、各支柱２０の小径部２６の上端においてベース部材１０と同心の配置で取り付けられているのは上記したとおりであるが、本例では、同プレート３０は、その外周寄りの半径方向同位置に設けられたボルト穴３２にボルト６０が通され、各支柱２０の上端面中央に設けられたネジ穴２９にねじ込まれて固定されており、同プレート３０の交換（取外し、取付）が自在とされている。なお、本例では、各支柱２０の上端面とボルト６０の頭部との間に配置される、それぞれセラミック製のワッシャ６５でプレート３０を挟み、プレート３０との断熱が図られている。このような加熱用プレート３０は、その表面（図示上面）３３が、被加熱物である基板Ｋを搭載して接触させて加熱するための平坦面（平面）に仕上げられており、例えば、アルミニウム合金製とされている。

そして、その加熱用プレート３０の裏面（図示下面）３４のうち、ベース部材１０に点在して設けられている多数の加熱体取付用貫通穴１３の中心と、平面視において対応する同一の箇所が、後述する多数の各加熱体５０にて加熱される箇所（加熱箇所）として設定されている。すなわち、この加熱箇所は、図４中にハッチング付きの小円で示したように、加熱用プレート３０の中心と、加熱用プレート３０自身と同心円配置であって、ベース部材１０におけるのと同一の径の複数の円周（上）Ｅ１，Ｅ２のそれぞれにおいて、中心が、周方向に略等間隔で、多数（図上、Ｅ１は８箇所，Ｅ２は１２箇所）、点在するように設定されている。そして、本例では、それらの多数の箇所（加熱箇所）は、相互に隣接するものが、略等間隔となるように設定されていると共に、加熱用プレート（円形板）３０の外周寄り部位を除く全面（全域）において規則的に点在する設定とされている（図４参照）。

ただし、本例では、各加熱体５０は、加熱用プレート３０の裏面３４の各加熱箇所に接触して加熱するものとされている。また、その各加熱箇所には、加熱体５０のうち、通電によって発熱する抵抗発熱体が設けられた端部５１が嵌り込み可能な凹部（所定深さの円形穴）３７が設けられており、加熱体５０の端部５１がこの凹部３７に嵌り込んでその裏面３４に接触する設定とされている。本例では、裏面３４において点在するように設定されている箇所（図４中のハッチング付きの小円）は、この凹部３７が設けられている位置である。なお、この凹部（穴）３７の底面（天井面）３７ｂは、本例では、凹となす円錐面をなしている（図２中の拡大図参照）。本例では、図４中、２点鎖線で示した円Ｔの内側が、表面３３における被加熱物（円形の基板）Ｋの接触面領域に対応する領域とされている。したがって、本例において加熱箇所は、この円、すなわち、接触面領域Ｔを包囲して含むように点在して設定されている。なお、プレート３０の表裏両面のうち、最外側の加熱箇所の外側であって、支柱２０の上端面より内側の同位置にはプレート３０と同心円をなすように円周溝３９が切り込まれている。これにより、各加熱箇所、すなわち、各凹部３７は、図１、２に示したように、この円周溝３９の内側において点在するように設けられている。なお、円周溝３９により、その内外における伝熱面積が小さくされているため、この円周溝３９の外側への放熱防止が図られている。

さて次に、本例装置１００に使用されている多数の加熱体５０について説明する。ただし、この各加熱体５０はいずれも同じ構成のものであり、それらの各端部５１が各凹部３７にそれぞれ同一の構成で嵌り込んで設けられているが、説明を容易とするため、本例装置１００としては、そのうち、１（又は２）つを図示し、他は省略している。この加熱体５０は、全体が、上下に細長く、その図示（図１、図２）、上端の端部５１側と、下端側が細い異径円筒状（円軸状）の棒状体を呈している。この加熱体５０は、金属製の筒状本体（円筒状本体）５３と、その内部に配置された通電部材（図示せず）と、筒状本体５３の先端から先方（図１、図２、図５の上方）に突出する小径の加熱用軸部５５等から構成されており、その加熱用軸部５５の図示、端部５１をなす先端寄り部位内に、通電によって発熱する抵抗発熱体５７が設けられている（図５参照）。加熱用軸部５５は、端部５１をなすその先端の外径がプレート３０の裏面３４に設けられた凹部（円形穴）３７内に隙間嵌めで嵌合するように、凹部３７の内径より微量小さくされている。そして、加熱用軸部５５は、例えば、絶縁体（セラミック）からなり、抵抗発熱体（例えば導電性セラミック）５７は、例えば図５中の拡大図に示したようにＵ字状のものとして埋設状に設けられており、電圧印加によって発熱し、加熱用軸部５５の端部（上端）５１が集中して発熱するものとされている。そして本例では、加熱用軸部５５の端部５１は、凸となす半球面に形成されている。このような、加熱体５０は、ベース部材１０に設けられている加熱体取付用貫通穴１３に対し、直接、内挿等して、位置決め、保持させることとしてもよいが、本例では、次のようにしてその位置決め、保持がなされている。

因みに本例装置１００に用いている加熱体５０は、ディーゼルエンジンの着火の促進のために、エンジンヘッドに設けられたプラグホール（ネジ穴）にねじ込み方式で取り付けられて使用される公知のグロープラグと同様のものである。このものは、加熱用軸部５５の端部５１を瞬時高温に加熱できるヒータであり、比較的簡易に入手できるので便利である。本例では、その構成上、セラミックグロープラグといわれるものであるが、加熱用軸部５５が端部閉塞の金属パイプからなり、その先端内に絶縁を保持して抵抗発熱体を配置してなる公知のメタルグロープラグといわれるものでも同様に使用できる。いずれも、細長い棒状体をなすものであることから、本発明の加熱装置への適用に向いている。

本例では、このような加熱体５０は、いずれも、次のようなホルダ７０を用いてベース部材１０に設けられている。すなわち、外径がベース部材１０における加熱体取付用貫通穴１３の内径より微量小さい円筒の筒胴部本体７２と、その上端の外周面において外向きに突出する円形フランジ７４を有する鞘管状のホルダ７０を用い、加熱体５０を、このホルダ７０内に内挿して固定し（図５参照）、その固定状態のものを、加熱体取付用貫通穴１３に、内挿し、位置決めして保持させている。なお、本例に使用の加熱体５０は、その筒状本体５３の外周面にネジ（グロープラグにおけるプラグホールへのねじ込み用のネジ）５３ｂを備えているため、ホルダ７０の内周面にもネジ７３ｂを設けておき、これによるねじ込み方式で固定している（図５参照）。本例では、この固定状態において、そのホルダ７０を、筒胴部本体７２を介して、ベース部材１０の上方から、加熱体取付用貫通穴１３に微小な隙間の隙間嵌状態で内挿することにより、このホルダ７０を介して、全部の加熱体５０を位置決めして保持させている。そして、この保持状態において、加熱用プレート３０を支柱２０の上端に取付けることで、加熱体５０における加熱用軸部５５の先端である端部５１が、同プレート３０の裏面３４に設けられた凹部３７に嵌り込む設定とされている。

ただし、本例では、このホルダ７０の外周面であって、その上端のフランジ７４の下面と、ベース部材１０の上面との間には、適度の強度で上下に圧縮されるコイルばね８０が装着されており、このコイルばね８０により、ホルダ７０と共に加熱体５０を上向きに押し上げ、加熱用軸部５５の端部５１がプレート３０の裏面３４に弾性的に押し付けられる設定とされている。すなわち、加熱体５０における端部（加熱用軸部５５の先端）５１が凹部３７内に弾性的に押し込まれ、プレート３０の裏面３４であり、凹部３７の底面（天井面）３７ｂに圧接させられている（図２参照）。このとき本例では、端部５１が凸となす半球面とされ、凹部３７の底面３７ｂが凹となす円錐面とされているため、その接触（圧接）は円環状になっている。

また、本例装置１００では、ベース部材１０と加熱用プレート３０との間に、加熱用プレート３０と略平行となるように中間プレート（円形板）９０が設けられている。ただし、この中間プレート９０には、加熱用プレート３０の裏面３４に設けられた凹部３７、そして、ベース部材１０の加熱体取付用貫通穴１３の配置と同じ配置で、加熱体５０における筒状本体５３の先端寄り部位が、微小な隙間で貫通し得る位置決め穴９３が、多数設けられている。これにより、各加熱体５０は、その筒状本体５３の先端寄り部位において、この位置決め穴９３を貫通し、その内周面にて位置決め、保持されている。なお、この中間プレート９０は、加熱用プレート３０の取付前に、その外周寄りの所定位置に設けられた取付穴９５を介し、各支柱２０において、その上端の小径部２６を貫通させ、中間の中径部２４の上端面（環状面）２５に支持されるように設けられている。これにより加熱用プレート３０の交換において、それを除去した際でも、加熱体５０の傾斜等の変位防止が図られるようにされている。

なお、上記した構成の本例装置１００において、ベース部材１０に対し、各加熱体５０を位置決め、保持させるのに、上記したようなホルダ７０を使用しているところ、このホルダ７０に対する加熱体５０の内挿、固定手段は、本例では、上記もしたように、加熱体５０をなす筒状本体５３の外周面にネジ５３ｂが設けられており、このネジ（雄ネジ）を介し、筒状をなすホルダ７０内に設けられたネジ（雌ネジ）７３ｂに、ホルダ７０の図示下端側からねじ込まれて固定されている。そして、加熱体５０をなす筒状本体５３の後端は、そのネジ込み用に、大径の多角形部５８が設けられているが、ホルダ７０の筒胴部本体７２よりは小径とされている。このため、加熱体５０のベース部材１０における加熱体取付用貫通穴１３への取付は、中間プレート９０、及び加熱用プレート３０の支柱２０に対する取付前においては、加熱体５０をホルダ７０に固定した状態において、ベース部材１０の上方から、コイルばね８０付きのホルダ７０を加熱体取付用貫通穴１３に内挿するようにして取付けることもできる。ただし、その取付状態において、ベース部材１０の下方において、ホルダ７０から、加熱体５０における筒状本体５３を螺退させ得るねじ込み構造のものであることからして、加熱体取付用貫通穴１３に内挿されているホルダ７０に対し、ベース部材１０の下方から、加熱体５０をその筒状本体５３の外周面のネジ５３ｂを介して上向きにねじ込む形で取り付けることもできる。このため、そのような組み付けのためには、ベース部材１０の下に、本例装置１００におけるようなスペースを設けておくのがよい。なお、本例では、ベース部材１０に上下に貫通して設けた加熱体取付用貫通穴１３に、加熱体５０をホルダ７０付きのものとして内挿するようにして設けたが、この取付部位は、貫通穴でなく凹部（底のある穴）であってもよい。

なお、上記した構成の本例装置１００においては、図示はしないが、各加熱体５０ごとに、その抵抗発熱体に通電、加熱し、温度制御する電気回路を含む制御装置（コントローラ）が設けられる。そして、通電による各加熱体５０の抵抗発熱体の発熱により、加熱用プレート３０における表面３３の温度を、基板Ｋの処理内容に応じ、要求される温度（目標温度）に、例えば、フィードバック制御により温度制御（温度管理）できるように設定されている。なお、このような温度制御における温度検知は、加熱用プレート３０における多数の部位等の適所において行えばよい。

このような本例装置１００は、所定の加工処理室内に収容、配置されてその使用に供される。そして、その使用においては、上記構成に基づき、各加熱体５０に通電することで、加熱用プレート３０の裏面３４において点在して設けられ、各凹部３７に入り込まされている端部５１の発熱により、その多数の各凹部３７は接触による伝熱と、輻射熱によって加熱される。このような本例装置１００においては、各加熱体５０が、従来の加熱装置におけるもののように抵抗発熱体が加熱用プレートの面に沿って長く延びる配置とされていない。すなわち、本例装置１００では、各加熱体５０の発熱は、それぞれ、端部５１においてスポット状に狭い範囲で行われる。このため、１つの加熱体５０による発熱においては、加熱用プレート３０の面に沿って延びる方向での発熱ムラは生じない。そして、このような端部５１の発熱による伝熱は、加熱用プレート３０の裏面３４において点在して多数設定された各凹部３７（箇所）で行われる。したがって、多数の加熱体５０の発熱温度をバラツキなく温度制御することで、加熱用プレート３０の表面３３の所定領域の全域における温度を精度よく目標温度に維持できる。このように、本例加熱装置１００によれば、上記構成より明らかなように構造の複雑化も招かないし、被加熱物Ｋを加熱用プレート３０の表面３３の接触面領域に接触させることで、その被加熱物（基板）の表面３３温度を全面において高精度に一定に保持できる。よって、基板の処理性能の向上が図られる。

また、本例では、点在する加熱箇所が、この接触面領域Ｔを包囲して含むように設定されているため、接触面領域に対応する領域全域の一定温度維持が容易である。なお、本例装置１００におけるように加熱用プレート３０が円形のため、その外周寄り部位の放熱性による低温化傾向がみられるような場合には、最外周に配置されている加熱体（群）５０が、それより内側に配置されている加熱体（群）５０より選択的に高温となるように、適宜、温度制御し、プレート３０の表面３３の所定領域の全域が所望とする温度となるようにすればよい。ただし、このような外周寄り部位の低温化傾向対策としては、図６に示した加熱プレート３０のように、加熱箇所（ハッチング付きの小円）のうち、外周側に設定される箇所の周方向の間隔を小さくしたり、その箇所を外周寄り部位（接触面領域Ｔ）に偏在するように設定することにより、温度制御をすることとしてもよい。

上記した本例では、加熱用プレート３０の裏面３４に、各加熱体５０における端部５１を接触させているだけでなく、凹部３７に嵌り込ませて、弾性的に押し付ける圧接としているから、各部の熱膨張等の熱的影響に基づく変位に対しても、確実な接触による高い伝熱が得られる。その上に、加熱体５０の端部５１形状である凸球面に対し、その凹部３７の底面３７ｂを円錐面としているため、効率的な伝熱が得られる。また、本例では、上記したように中間プレート９０が設けられており、それに設けられた位置決め穴９３に、加熱体５０における筒状本体５３の先端寄り部位が、位置決め、保持されている。このため、加熱用プレート３０を交換のために取り外したとしても、中間プレート９０がある分、多数の加熱体５０の配置状態をそのままに保持し易いから、その後、別の加熱用プレートを取り付ける際においても、端部５１が加熱すべき箇所に、変位やくるいが生じにくい。したがって、その交換作業が容易となる。また、上記もしたように、端部５１の発熱（輻射熱）をこの中間プレート９０で遮断できるから、各加熱体５０用の電気配線等の保護を図ることもできる。

さらに、本例装置１００では、このように各加熱体５０における端部５１を凹部３７に接触させているだけでなく、嵌り込ませているため、その位置が安定する。ただし、加熱体５０における端部５１を加熱用プレート３０の裏面３４に接触させる場合でも、図７に示したように、その裏面３４に凹部３７を設けることなく、平坦な裏面３４に接触させることとしてもよい。そして、本例装置１００では、加熱体５０の端部５１の熱が加熱用プレート３０に輻射のみで伝熱されるものであってもよいから、図８に示したように、加熱体５０の端部５１と、プレート３０の裏面３４との間（上下間）に、適宜の間隙（又は間隔）を保持するようにしてもよい。また、加熱用プレート３０の裏面３４に凹部３７を設け、各加熱体５０における端部５１をこの凹部３７に嵌り込ませる場合でも、図９に示したように、凹部３７の底面３７ｂとの間で、このような上下間の間隙を保持するものとしてもよい。

また、上記例では、加熱用プレート３０を円形のものとして具体化したが、本発明の加熱装置において、加熱用プレートの形状に制約はなく、被加熱体に応じて適宜のものとすればよい。したがって、図１０−Ａ，Ｂに示した変形例のように、方形の加熱用プレート１３０としても具体化できる。この場合、加熱体における端部でもって加熱する箇所、すなわち、加熱体の端部の配置箇所は、被加熱体が円形であれば、前例と同様にすればよい。また、図１０−Ａに示したように、接触面領域Ｔが方形であるような場合には、加熱すべき箇所（ハッチング付きの小円）のうち、隣接する箇所が相互に均等間隔となるように、方形面において全体に点在するように設けるとよい。そして、このような場合にも、図１０−Ｂに示したように、最外周に位置する箇所同士が、相対的に小さい間隔となるように配置してもよい。そして、いずれにおいても、接触面領域Ｔの外側にも、その箇所が存在するように設定するのが好ましい。すなわち、本発明において、多数の加熱体における端部でもって加熱すべき、加熱用プレートの裏面において点在して設定する多数の箇所は、被加熱物の接触面領域の全体が一定温度に制御しやすいように設定すればよい。

本発明の加熱装置をなす加熱用プレートは、平面ヒータとして使用可能な適宜の素材から選択すればよく、その材質は限定されるものでないが、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素等のセラミックが好ましい。また、本発明の加熱装置は、上記各例におけるものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更して具体化できる。そして、その用途は、半導体の製造やプラズマ処理における加熱に限定されるものではなく、広く被加熱物の加熱に適用できる。また、上記例において各加熱体を前記裏面に向けて弾性的に押し付ける手段としてコイルばねを例示したが、その他のバネを用いることもできる。なお、本発明の加熱装置に使用する加熱体は、通電によって発熱する抵抗発熱体が端部に設けられた加熱体であり、加熱用プレートの裏面において点在して設定された多数の箇所を、多数のその加熱体における前記端部でもって、それぞれ加熱できればよく、したがって、上記例において例示したグロープラグ以外であってもよいことは、もちろんである。

１０ ベース部材
１３ 加熱体取付用の貫通穴
２０ 支柱
３０ 加熱用プレート
３３ 加熱用プレートの表面
３４ 加熱用プレートの裏面
３７ 凹部（端部が嵌り込み可能な凹部、加熱用プレートの裏面において点在して設定された多数の箇所）
５０ 加熱体
５１ 加熱体の端部
９０ 中間プレート
９３ 位置決め穴
１００ 加熱装置
Ｔ 被加熱物の接触面領域
Ｋ 被加熱物

Claims (9)

1. 被加熱物を接触させて加熱するための平坦な表面を有する加熱用プレートと、この表面を加熱する加熱体とを含んでなる加熱装置であって、
   前記加熱体には、通電によって発熱する抵抗発熱体が端部に設けられた加熱体が多数用いられ、
   前記加熱用プレートの裏面において点在して設定された多数の箇所を、前記多数の加熱体における前記端部でもって、それぞれ加熱するように、該加熱用プレートの裏面側に前記多数の加熱体が設けられていることを特徴とする加熱装置。
2. 前記加熱用プレートの裏面において点在して設定された多数の箇所が、前記加熱用プレートの裏面のうち、前記表面における前記被加熱物の接触面領域に対応する領域を包囲して含む包囲領域内において点在して設定された多数の箇所であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記多数の加熱体は、そのそれぞれの前記端部が加熱用プレートの裏面に接触する状態で設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の加熱装置。
4. 前記加熱用プレートの裏面のうち、それぞれの前記端部が接触する箇所には、該端部が嵌り込み可能な凹部が設けられており、該端部がこの凹部に嵌り込んで該裏面に接触していることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記端部の接触が、各加熱体を前記裏面に向けて弾性的に押し付ける圧接とされていることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の加熱装置。
6. 前記多数の箇所のうち、その箇所群の最外側に位置して隣接する該箇所相互の間隔が、他の位置において隣接する該箇所相互の間隔よりも小さくされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱装置。
7. 前記加熱体は棒状体をなし、前記抵抗発熱体が該棒状体における先端をなす端部に設けられており、該加熱体が、前記加熱用プレートの裏面に対し、それぞれ、略垂直となる状態で設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱装置。
8. 前記加熱装置は、ベース部材と、該ベース部材に立設された支柱とを備えると共に、前記加熱用プレートは、該支柱の上端側において分離可能に取り付けられており、前記多数の加熱体が、前記ベース部材に個別に設けられた凹部又は貫通穴にて位置決めされて保持され、前記端部を上にして設けられていることを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
9. 請求項８に記載の加熱装置において、前記ベース部材と前記加熱用プレートとの間に、前記加熱用プレートと略平行となるように中間プレートが設けられており、前記多数の加熱体は、この中間プレートに個別に設けられた位置決め穴を貫通し、それぞれの加熱体における上下の中間部位がこの位置決め穴にて位置決めされる状態で設けられていることを特徴とする加熱装置。

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