JP3937004B2 - ヒータユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置等に使用するべく、金属からなるベースにヒータを内蔵するヒータユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体処理装置などのサセプタ、静電チャック等、様々な分野で金属ベースにヒータを内蔵したヒータユニットが使用されている。このようなヒータユニットのヒータとしては、一般にステンレス鋼製のシースヒータが用いられる。このステンレスシースヒータをアルミニウムに鋳込んだり（鋳込み型）、ステンレスシースヒータをアルミニウムまたはステンレス鋼板で挟み込んでボルトにて締結したり（ボルト締結型）、挟み込んだ板の外周部を溶接して（溶接型）ヒータユニットを構成する。
【０００３】
図７に、ステンレスシースヒータ１２を内蔵する従来の鋳込み型のヒータユニット１１の概略構造を示す。ステンレスシースヒータ１２は発熱体をステンレス鋼製保護パイプ内に通し、絶縁材にて両者間を電気的に絶縁したものである。このパイプ状のステンレスシースヒータ１２を所定のパターンに曲げ加工し、アルミニウムベースに鋳込み、切削、表面研磨等の加工を施すことによりヒータユニット１１が製作される。
【０００４】
また、図８に従来のボルト締結型ヒータユニット１３の概略構造を示す。この構造では金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１４に形成された溝１４ａに上記同様なステンレスシースヒータ１２を設置し、上側ベース１５を密着させ、両者を適所でボルト締結することにより一体化している。
【０００５】
更に、図９に従来の溶接型ヒータユニット１６の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１７に形成された溝１７ａに上記同様なステンレスシースヒータ１２を設置し、上側ベース１８を密着させ、両者をその縁部１９のみで溶接することにより一体化している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構造のいずれもシースヒータを用いており、シース管を曲げ加工してベースに受容するようになっているが、シース管はあまり細かく曲げると潰れてしまうことからヒータの形状や密度に制限があり、ベースを均一に、かつ早期に昇温させる設計が困難であった。
【０００７】
また、上記構造のうち、鋳込み型のヒータユニットは、金属ベースとしてアルミニウムを使用するため、その融点が低く（一般的には５４０℃程度）、５００℃以上の環境化での使用は困難であると云う問題がある。また、シースヒータの保護パイプに用いられているステンレスと、ベースのアルミニウムとの熱膨張係数が異なることから、高温時にその熱応力によりヒータが変形して、繰り返しの使用により断線したり、ヒータユニット全体が変形するという問題がある。
【０００８】
一方、ボルト締結型ヒータユニットは、上下ベースとシースヒータまたはベース同士の密着性が低いことから熱伝導性が悪く、場合によっては局部的に昇温してヒータを損傷するという不具合がある。これは、溶接型のヒータユニットにあっても同様である。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、加熱時に早期に昇温し、かつ全面に亘り熱を均一化でき、加えて金属ベースの材料の選択自由度が高く、熱伝導性が良く、しかも組立工数を削減し得るヒータユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、金属からなる下側ベース２と同じく金属からなる上側ベース３との間に画定した溝２ａに線状のヒータ４を内蔵し、且つ前記下側ベースと前記上側ベースとを接合して一体化したヒータユニット１であって、前記ヒータを囲繞する略環状の絶縁材からなる複数のスペーサ７を、前記溝内にて前記両ベースに前記ヒータが接触しない位置及び数で複数配置すると共に、前記溝内に絶縁材５を充填したことを特徴とするヒータユニットを提供することにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用すべき例えば半導体処理装置に用いられる接合型ヒータユニット１の概略構造を示す。この構造では金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタンまたはチタン合金からなる下側ベース２に形成された通路としての溝２ａにヒータとしてのニクロム線４を設置し、上側ベース３をろう付け、はんだ付けまたは拡散接合にて接合し（接合部６）一体化している。
【００１３】
図２は下側ベース２の溝２ａの拡大概略断面図を示す。ニクロム線４は溝２ａの中心部近傍に配置されている。また図３に併せて示すように、下側ベース２の溝２ａの内壁面及び上側ベース３の下面との間には絶縁材のマグネシア（ＭｇＯ：セラミック）粉末５が充填されている。
【００１４】
ニクロム線４を下側ベース２の溝２ａの内壁面及び上側ベース３の底面と接触しないように受容するには、まず溝２ａに溶剤等を混ぜて塗布可能にしたマグネシア粉末５をその内壁面を覆うように半分程度塗布・充填する。そして、ニクロム線４を受容し、残りのマグネシア粉末５を充填する。これにより、ニクロム線４の変形可能な範囲でヒータを所望の密度、形状に配置することができる（図３）。
【００１５】
ニクロム線４と両ベース２、３との間にマグネシア粉末５が充填されていることで、単なるシースヒータよりも接触面積が大きくなり、熱伝達効率が向上する。また、ニクロム線４が熱膨張により多少変形してもマグネシア粉末により吸収され、応力が局所に集中することがない。更に、ろう付け、はんだ付けまたは拡散接合により接合部６にて下側ベース２と上側ベース３とを接合することにより、上下ベース間が、ろう材により密着し、両ベース２、３間が単に物理的に密着するボルト締結型、外周部のみが溶接される溶接型に比較して熱伝達のロスが発生し難い。従って、少ないヒータ容量で、高温まで加熱することが可能となる。
【００１６】
尚、金属ベースの材料としてステンレス鋼を用いた場合、アルミニウム系材料を用いたものに比較して高温域での使用が可能となる。
【００１７】
また、金属ベースの材料としてチタンまたはチタン合金を用いた場合、ステンレス鋼を用いた場合と同様にアルミニウム系材料を用いたものに比較して高温域での使用が可能となるばかりでなく、ステンレス鋼を用いたものに比較して重量がおよそ半分となり、軽量化が可能となっている。
【００１８】
本実施形態では上下ベースをろう付け、はんだ付け及び拡散接合のいずれかにより接合したが、従来の締結、溶接により結合しても上記したヒータの配置自由度の向上効果及びベースとの密着性向上効果は同様に得られることは云うまでもない。
【００１９】
図４〜図６は本発明の実施形態を示している。本構成ではニクロム線４を、環状をなす絶縁材のマグネシア（ＭｇＯ：セラミック）製の多数のスペーサ７に通し、溝２ａに受容している。また、溝２ａ内の残りの間隙にはマグネシア粉末５が充填されている。
【００２０】
ここで、図６に示すように、スペーサ７は、ヒータとしてのニクロム線４が下側ベース２及び上側ベース３に接触しないような位置に適宜な数だけ配置されている。この環状のスペーサ７を用いることにより、予め下側ベース２の溝２ａの内壁面をマグネシア粉末５で覆っておく必要がなく、マグネシア粉末５の充填回数が１回で済み、上記図１〜３に示した形態よりも組立工数が削減される。それ以外の構造は図１〜３に示した形態と同様である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によるヒータユニットによれば、下側ベースと上側ベースとの間に画定した溝に線状のヒータを内蔵するヒータユニットの上記通路内の適所に、ヒータを囲繞する略環状の絶縁材からなる複数のスペーサを、ヒータが各ベースに接触しないような位置及び数で複数配置し、かつこの溝内の隙間を絶縁材粉で充填することで、所望の位置・密度でヒータを配置でき、その設計自由度が向上し、装置全体の加熱効率が向上し、全面に亘り熱を均一化でき、加えて金属ベースの材料の選択自由度が高く、且つ組立工数が削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用されるべき接合型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
【図２】 図１の通路としての溝を拡大して示す図。
【図３】 ヒータ及びスペーサの配置を示す斜視図。
【図４】 本発明が適用された実施形態を示す図１と同様な図。
【図５】 本発明が適用された実施形態を示す図２と同様な図。
【図６】 本発明が適用された実施形態を示す図２と同様な図。
【図７】 従来の鋳込み型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
【図８】 従来のボルト締結型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
【図９】 従来の溶接型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置等に使用するべく、金属からなるベースにヒータを内蔵するヒータユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体処理装置などのサセプタ、静電チャック等、様々な分野で金属ベースにヒータを内蔵したヒータユニットが使用されている。このようなヒータユニットのヒータとしては、一般にステンレス鋼製のシースヒータが用いられる。このステンレスシースヒータをアルミニウムに鋳込んだり（鋳込み型）、ステンレスシースヒータをアルミニウムまたはステンレス鋼板で挟み込んでボルトにて締結したり（ボルト締結型）、挟み込んだ板の外周部を溶接して（溶接型）ヒータユニットを構成する。
【０００３】
図７に、ステンレスシースヒータ１２を内蔵する従来の鋳込み型のヒータユニット１１の概略構造を示す。ステンレスシースヒータ１２は発熱体をステンレス鋼製保護パイプ内に通し、絶縁材にて両者間を電気的に絶縁したものである。このパイプ状のステンレスシースヒータ１２を所定のパターンに曲げ加工し、アルミニウムベースに鋳込み、切削、表面研磨等の加工を施すことによりヒータユニット１１が製作される。
【０００４】
また、図８に従来のボルト締結型ヒータユニット１３の概略構造を示す。この構造では金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１４に形成された溝１４ａに上記同様なステンレスシースヒータ１２を設置し、上側ベース１５を密着させ、両者を適所でボルト締結することにより一体化している。
【０００５】
更に、図９に従来の溶接型ヒータユニット１６の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１７に形成された溝１７ａに上記同様なステンレスシースヒータ１２を設置し、上側ベース１８を密着させ、両者をその縁部１９のみで溶接することにより一体化している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構造のいずれもシースヒータを用いており、シース管を曲げ加工してベースに受容するようになっているが、シース管はあまり細かく曲げると潰れてしまうことからヒータの形状や密度に制限があり、ベースを均一に、かつ早期に昇温させる設計が困難であった。
【０００７】
また、上記構造のうち、鋳込み型のヒータユニットは、金属ベースとしてアルミニウムを使用するため、その融点が低く（一般的には５４０℃程度）、５００℃以上の環境化での使用は困難であると云う問題がある。また、シースヒータの保護パイプに用いられているステンレスと、ベースのアルミニウムとの熱膨張係数が異なることから、高温時にその熱応力によりヒータが変形して、繰り返しの使用により断線したり、ヒータユニット全体が変形するという問題がある。
【０００８】
一方、ボルト締結型ヒータユニットは、上下ベースとシースヒータまたはベース同士の密着性が低いことから熱伝導性が悪く、場合によっては局部的に昇温してヒータを損傷するという不具合がある。これは、溶接型のヒータユニットにあっても同様である。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、加熱時に早期に昇温し、かつ全面に亘り熱を均一化でき、加えて金属ベースの材料の選択自由度が高く、熱伝導性が良く、しかも組立工数を削減し得るヒータユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、金属からなる下側ベース２と同じく金属からなる上側ベース３との間に画定した溝２ａに線状のヒータ４を内蔵し、且つ前記下側ベースと前記上側ベースとを接合して一体化したヒータユニット１であって、前記ヒータを囲繞する略環状の絶縁材からなる複数のスペーサ７を、前記溝内にて前記両ベースに前記ヒータが接触しない位置及び数で複数配置すると共に、前記溝内に絶縁材５を充填したことを特徴とするヒータユニットを提供することにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用すべき例えば半導体処理装置に用いられる接合型ヒータユニット１の概略構造を示す。この構造では金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタンまたはチタン合金からなる下側ベース２に形成された通路としての溝２ａにヒータとしてのニクロム線４を設置し、上側ベース３をろう付け、はんだ付けまたは拡散接合にて接合し（接合部６）一体化している。
【００１３】
図２は下側ベース２の溝２ａの拡大概略断面図を示す。ニクロム線４は溝２ａの中心部近傍に配置されている。また図３に併せて示すように、下側ベース２の溝２ａの内壁面及び上側ベース３の下面との間には絶縁材のマグネシア（ＭｇＯ：セラミック）粉末５が充填されている。
【００１４】
ニクロム線４を下側ベース２の溝２ａの内壁面及び上側ベース３の底面と接触しないように受容するには、まず溝２ａに溶剤等を混ぜて塗布可能にしたマグネシア粉末５をその内壁面を覆うように半分程度塗布・充填する。そして、ニクロム線４を受容し、残りのマグネシア粉末５を充填する。これにより、ニクロム線４の変形可能な範囲でヒータを所望の密度、形状に配置することができる（図３）。
【００１５】
ニクロム線４と両ベース２、３との間にマグネシア粉末５が充填されていることで、単なるシースヒータよりも接触面積が大きくなり、熱伝達効率が向上する。また、ニクロム線４が熱膨張により多少変形してもマグネシア粉末により吸収され、応力が局所に集中することがない。更に、ろう付け、はんだ付けまたは拡散接合により接合部６にて下側ベース２と上側ベース３とを接合することにより、上下ベース間が、ろう材により密着し、両ベース２、３間が単に物理的に密着するボルト締結型、外周部のみが溶接される溶接型に比較して熱伝達のロスが発生し難い。従って、少ないヒータ容量で、高温まで加熱することが可能となる。
【００１６】
尚、金属ベースの材料としてステンレス鋼を用いた場合、アルミニウム系材料を用いたものに比較して高温域での使用が可能となる。
【００１７】
また、金属ベースの材料としてチタンまたはチタン合金を用いた場合、ステンレス鋼を用いた場合と同様にアルミニウム系材料を用いたものに比較して高温域での使用が可能となるばかりでなく、ステンレス鋼を用いたものに比較して重量がおよそ半分となり、軽量化が可能となっている。
【００１８】
本実施形態では上下ベースをろう付け、はんだ付け及び拡散接合のいずれかにより接合したが、従来の締結、溶接により結合しても上記したヒータの配置自由度の向上効果及びベースとの密着性向上効果は同様に得られることは云うまでもない。
【００１９】
図４〜図６は本発明の実施形態を示している。本構成ではニクロム線４を、環状をなす絶縁材のマグネシア（ＭｇＯ：セラミック）製の多数のスペーサ７に通し、溝２ａに受容している。また、溝２ａ内の残りの間隙にはマグネシア粉末５が充填されている。
【００２０】
ここで、図６に示すように、スペーサ７は、ヒータとしてのニクロム線４が下側ベース２及び上側ベース３に接触しないような位置に適宜な数だけ配置されている。この環状のスペーサ７を用いることにより、予め下側ベース２の溝２ａの内壁面をマグネシア粉末５で覆っておく必要がなく、マグネシア粉末５の充填回数が１回で済み、上記図１〜３に示した形態よりも組立工数が削減される。それ以外の構造は図１〜３に示した形態と同様である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によるヒータユニットによれば、下側ベースと上側ベースとの間に画定した溝に線状のヒータを内蔵するヒータユニットの上記通路内の適所に、ヒータを囲繞する略環状の絶縁材からなる複数のスペーサを、ヒータが各ベースに接触しないような位置及び数で複数配置し、かつこの溝内の隙間を絶縁材粉で充填することで、所望の位置・密度でヒータを配置でき、その設計自由度が向上し、装置全体の加熱効率が向上し、全面に亘り熱を均一化でき、加えて金属ベースの材料の選択自由度が高く、且つ組立工数が削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用されるべき接合型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
【図２】 図１の通路としての溝を拡大して示す図。
【図３】 ヒータ及びスペーサの配置を示す斜視図。
【図４】 本発明が適用された実施形態を示す図１と同様な図。
【図５】 本発明が適用された実施形態を示す図２と同様な図。
【図６】 本発明が適用された実施形態を示す図２と同様な図。
【図７】 従来の鋳込み型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
【図８】 従来のボルト締結型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
【図９】 従来の溶接型ヒータユニットの概略構造を示す断面図。
Claims (1)
- 金属からなる下側ベースと同じく金属からなる上側ベースとの間に画定した溝に線状のヒータを内蔵し、且つ前記下側ベースと前記上側ベースとを接合して一体化したヒータユニットであって、
前記ヒータを囲繞する略環状の絶縁材からなる複数のスペーサを、前記溝内にて前記両ベースに前記ヒータが接触しない位置及び数で複数配置すると共に、前記溝内に絶縁材を充填したことを特徴とするヒータユニット。
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| JP32814098A JP3937004B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | ヒータユニット |
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP32814098A JP3937004B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | ヒータユニット |
Publications (2)
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| JP2000156278A JP2000156278A (ja) | 2000-06-06 |
| JP3937004B2 true JP3937004B2 (ja) | 2007-06-27 |
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ID=18206953
Family Applications (1)
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| JP32814098A Expired - Fee Related JP3937004B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | ヒータユニット |
Country Status (2)
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| JP (1) | JP3937004B2 (ja) |
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