JP4119211B2 - 加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にＣＶＤ、ＰＶＤ、ＥＴＣＨ等の半導体製造工程に用いられる密閉構造の缶体（チャンバー）の中に装着されて、半導体ウエハー、液晶基板等の被加熱体を加熱するために用いられる加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ装置、エッチング装置等には加熱装置が組み込まれることにより、これらの装置内で所定の処理が行われる半導体ウエハー等のワーク（被加熱体）を加熱している。
【０００３】
図８は、従来の加熱装置１を示し、プレート２にヒータエレメント３が埋設された構造となっている。プレート２は平面から見て円盤形状に成形されており、ヒータエレメント３はプレート２の中心部を中心とした同心円状の配線パターンとなって配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ヒータエレメント３への電力の入出力を行う端子４，５はプレート２の中央部分に位置しており、ヒータエレメント３はプレート２の中心線に対して左右で線対称となるように設けられている。ヒータエレメント３は等間隔で直径が異なる複数条の円弧状部３ａを左右対称位置に有していると共に、径方向で隣接した円弧部３ａがプレート２の直径方向に沿った直線状の連結部３ｂを介して連結されている。そして連結部３ｂの両側端は、角部３ｃとなっており、この連結部３ｂと両角部３ｃ、３ｃとで折り返し部分を構成している。
【０００５】
ヒータエレメント３は、複数の折り返し部分で複数回折り返されることにより、一方の端子４から他方の端子５に向かって連続した状態で同心円状となって配置されるものである。
【０００６】
また、加熱装置が被加熱体を突き上げるリフトピンを伴って使用される場合、プレート２にはリフトピンの貫通孔６が適宜箇所に形成されるが、ヒータエレメント３は、この貫通孔６と交差しないように配置される。この貫通孔６に対しては、貫通孔６の外側の円弧部３ａに曲率半径の小さな小円弧部７が形成されている。小円弧部７は径方向の外側に湾曲するように形成されるものである。
【０００７】
このような加熱装置１では、端子４，５を電源に接続してヒータエレメント３に電力を供給することにより、ヒータエレメント３が発熱する。ヒータエレメント３はプレート２の略全面にわたる同心円状の配線パターンとなっているため、その発熱によってプレート２が加熱され、プレート２と接触している被加熱体を加熱することができる。
【０００８】
図９は、別の従来の加熱装置におけるヒータエレメント１１の配置を示し、プレートは省略してある。このヒータエレメント１１においては、両端部に端子をそれぞれ有した複数のエレメント線を同心円状に配置することにより、全体として同心円状の配線パターンとするものであり、ヒータエレメント１１は端子によって分断された複数のエレメント線を同心円状に配線することにより構成されている。
【０００９】
例えば図９においては、実線で示すように内側のエレメント線１２と外側のエレメント線１３とが配線されており、各エレメント線１２，１３は両端部にそれぞれ端子１２ａ、１２ｂ及び１３ａ、１３ｂを有することにより、各エレメント線１２，１３が単位となるように分断されている。ここで、端子１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは電源との接続を容易に行うため、配線パターンを横切る略同じ箇所に集中的に配置されるものであり、これにより、端子１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは相互に隣接するように配置されている。
【００１０】
さらに、同一のエレメント線においては、その端子の間に入り込む屈曲部分１４，１５がそれぞれ形成されることにより、各エレメント線が断線されることのない連続状態となっている。例えば、エレメント線１２においては、内側の円弧部１２ｃと外側の円弧部１２ｄとを備えているが、これらの円弧部１２ｃ及び１２ｄとが端子１２ａと１２ｂとの間に入り込む屈曲部分１４によって連結されることにより連続状態となっている。エレメント線１３においても同様であり、内側の円弧部１３ｃと外側の円弧部１３ｄとが端子１３ａと１３ｂとの間に入り込む屈曲部分１５によって連結されることにより連続状態となっている。
【００１１】
この加熱装置では、以上のような配置関係を２点鎖線で示すように径方向の内方及び外方に対して継続することにより、ヒータエレメント１１の全体が同心円状の配線パターンとなるものである。
【００１２】
なお、プレートに貫通孔６が設けられる場合には、図８の加熱装置と同様に、小円弧部７（図９においては、エレメント線１２に形成される）が形成されることにより貫通孔６との交差が回避されている。
【００１３】
図９に示す加熱装置では、それぞれのエレメント線（例えば、エレメント線１２，１３）の各端子（例えば、端子１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ）を電源に接続して電力を供給することにより、各エレメント線が発熱する、複数のエレメント線からなるヒータエレメント１１はプレートの略全面にわたる同心円状の配線パターンとなっているため、その発熱によってプレートが加熱され、プレート２と接触している被加熱体を加熱する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平７−６５９３５号公報（段落番号〔０００６〕、〔０００７〕、図５（ａ））
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図８及び図９に示す加熱装置１では、ヒータエレメント３，１１がプレートの略全面にわたる同心円状の配線パターンとなっていることからプレートの全体を均等に加熱することができるものと思われていたが、他の部分よりも温度が低いクール部位及び温度が高いホット部位が局所的に発生して温度分布がばらつき、一定の均熱性を保持することが難しいことが判明した。
【００１６】
これを発明者が詳細に検討した結果、図１０〜図１２に示す原因を有しているためであることを発見した。
【００１７】
すなわち、図１０は、図８におけるヒータエレメント３の折り返し部分を示しており、両角部３ｃ、３ｃと連結部３ｂとで構成される折り返し部分により、内外２本の円弧状部３ａが連結されている。ここで、２本の円弧状部３ａを連結する折り返し部分の幅Ｌ２（角部３ｃ、３ｃの間隔）は、連結されている円弧状部３ａの一般部の幅Ｌ１と略同じ寸法となっている。このためヒータエレメント３を発熱させてプレート２を加熱させる際、連結部３ｂが配置されていない部位（図７のクロスハッチングで示す部位）では、連結部分３ｂが配置されている部位よりも発熱量が少なくなり、クロスハッチングで示す部位が周囲よりも温度の低いクール部位２０となる。
【００１８】
図１１は、プレートに貫通孔６を設けた部位を示す。この部位では、小円弧部７が形成されるが、この小円弧部７が径方向の外側に湾曲することにより、小円弧部７の外側に位置している円弧部３ａと接近した状態となっている。このように小円弧部７と円弧部３ａとが接近した状態では、この部位の発熱量が多くなり、破線ハッチングで示す部位が周囲よりも温度の高いホット部位２１となる。
【００１９】
図１２は、図９における屈曲部分１４，１５を示す。屈曲部分１４が端子１２ａ、１２ｂの間に入り込むことにより、エレメント線１２の内外の円弧部１２ｃ、１２ｄが屈曲部分１４によって連結される一方、屈曲部分１５が端子１３ａ、１３ｂの間に入り込むことにより、エレメント線１３の内外の円弧部１３ｃ、１３ｄが屈曲部分１５によって連結されている。従って、屈曲部分１４，１５による連結部位では所定の発熱を行うが、屈曲部分１４と端子１２ａ（または端子１２ｂ）との間、屈曲部分１５と端子１３ａ（または端子１３ｂ）との間、および屈曲部分１４と屈曲部分１５との間が発熱量が少なく、この部位がクロスハッチングで示すようにクール部位２２となる。
【００２０】
以上のようなクール部位２０，２２及びホット部位２１が存在する場合には、プレートが被加熱体の全体を均等に加熱することができなくなり、被加熱体に対し、エッチング処理や膜形成処理ができなくなる問題が発生する。
【００２１】
そこで、本発明は、クール部位やホット部位が局所的に発生することを防止して被加熱体の全体を均等に加熱することが可能な加熱装置を提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明の加熱装置は、被加熱体を加熱する加熱面を有したプレートと、プレートに設けられた抵抗発熱体からなるヒータエレメントとを備えた加熱装置において、前記ヒータエレメントは、直径の異なる複数の円弧部をプレートの中心部を中心とした同心円状で有し、かつ、エレメント線が複数回折り返されることにより内側の円弧部と外側の円弧部とを連結する、連続した配線パターンとなっていると共に、エレメント線の折り返し部分に、外方に膨らむ形状の均熱パターン部が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１の発明では、エレメント線の折り返し部分に、均熱パターン部を形成しており、これにより、ヒータエレメントの折り返し部分の周辺部における発熱量が周囲と略同等となる。従って、局所的なクール部位が発生することがなく、被加熱体の全体を均等に加熱することができるため、均熱性が向上する。
【００２６】
また、折り返し部分の幅を、円弧部よりも大きくすることにより、折り返し部分での発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００２７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の加熱装置であって、前記均熱パターン部は、前記折り返し部分の幅方向の少なくとも一側部分に、外方へ突出する略円形状の膨出部が形成されてなることを特徴とする。
【００２８】
このため請求項２の発明では、外方へ突出する略円形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００２９】
請求項３の発明は、請求項１に記載の加熱装置であって、前記均熱パターン部は、前記折り返し部分の幅方向の少なくとも一側部分に、円弧部から前記折り返し部分に向けて漸次幅広がりとなるテーパ形状の膨出部が形成されてなることを特徴とする。
【００３０】
このため請求項３の発明では、円弧部から漸次幅広がりとなるテーパ形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００３３】
請求項４の発明は、被加熱体を加熱する加熱面を有したプレートと、プレートに設けられた抵抗発熱体からなるヒータエレメントとを備えた加熱装置において、
前記ヒータエレメントは、直径の異なる複数の円弧部を同心円状で有し、かつ、電力の入出力を行う端子によって分断された複数のエレメント線の各々に、前記端子間に入り込む屈曲部分が形成されることにより内側の円弧部と外側の円弧部とを連結する配線パターンとなっていると共に、前記屈曲部分の各々に、隣接する前記エレメント線の隣接部分に漸近するように、外方に膨らむ形状の均熱パターン部が形成されていることを特徴とする。
【００３４】
このため請求項４の発明では、屈曲部分と、この屈曲部分に隣接するエレメント線の隣接部分とは、その間隔が、屈曲部分に形成される膨出部により小さくなるので、両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００３５】
請求項５の発明は、請求項４に記載の加熱装置であって、前記エレメント線の隣接部分は、他のエレメント線の前記屈曲部分であることを特徴とする。
【００３６】
このため請求項５の発明では、一のエレメント線の屈曲部分と他のエレメント線の屈曲部分との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、対応する両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００３７】
請求項６の発明は、請求項４に記載の加熱装置であって、前記エレメント線の隣接部分は、同一のエレメント線の端子接続部であることを特徴とする。
【００３８】
このため請求項６の発明では、一のエレメント線の屈曲部分と一のエレメント線の端子接続部との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、対応する両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００３９】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の加熱装置であって、前記ヒータエレメントがプレートに埋設されていることを特徴とする。
【００４０】
このため請求項７の発明では、ヒータエレメントがプレートに埋設されることにより、ヒータエレメントの酸化、腐食等が防止されるため、耐久性のある構造とすることができる。
【００４１】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱装置であって、前記プレートは、セラミックスで形成されていることを特徴とする。
【００４２】
このため請求項８の発明では、プレートをセラミックスで形成することにより、プレートの腐食を防止することができる。
【００４３】
請求項９の発明は、請求項８に記載の加熱装置であって、前記セラミックスは、窒化アルミニウムであることを特徴とする。
【００４４】
このため請求項９の発明では、プレートを窒化アルミニウムで形成することにより、プレートの熱伝導率を高くすることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態の加熱装置３１を示し、従来の図８に相当するものである。この実施形態の加熱装置３１は、プレート３２と、ヒータエレメント３３とを備えている。
【００４６】
プレート３２は全体が円盤形状に形成されており、その上面が被加熱体と接触して加熱を行う加熱面３２ａとなっている。加熱面３２ａはフラット面となっているが、被加熱体と接触する部分を窪ませたポケット形状としても良く、加熱面３２ａにエンボス加工、溝等の凹凸加工を施しても良い。なお、被加熱体としては、例えば、半導体ウエハー、液晶基板との基板が用いられる。
【００４７】
プレート３２の材料としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ等のセラミックスを使用することができる。このプレート３２は、所定の径及び所定の厚さを有した円盤形状に形成される。プレート３２の径は、加熱される被加熱体の径に合わせて選択され、被加熱体が半導体ウエハーの場合には、例えば２００〜３００ｍｍの直径となるように設定される。プレート３２の厚さは、セラミックスの焼結が可能で、且つ所定の強度を有する範囲で設定され、被加熱体が半導体ウエハーの場合には、１０〜２０ｍｍとなるように設定される。
【００４８】
プレート３２には、加熱体を突き上げるリフトピンが貫通する複数の貫通孔３４が形成されている。この形態において、複数の貫通孔３４はプレート３２の中心から等間隔となるようにプレート３２の径方向中間部分に形成されている。貫通孔３４は請求項５における孔部を構成するものである。
【００４９】
プレート３２には、被加熱体の位置決めを行う凹状の孔部が形成されていても良く、この凹状の孔部も請求項５における孔部を構成するものである。さらに、プレート３２には高周波電極用エレメント、静電チャック用エレメント等を埋設することもできる。
【００５０】
ヒータエレメント３３はプレート３２に埋設されることにより、プレート３２に配置されている。ヒータエレメント３３は抵抗発熱体によって形成されており、コイル状、メッシュ状、リボン状、板状、膜状等の形状となってプレート３２に埋設されている。また、これらの形状のヒータエレメント３３としては、プレート３２に埋設されることなく、プレート３２の表面または裏面に設けても良いが、プレート３２の内部に埋設されることにより、ヒータエレメント３３の酸化や発錆、さらには腐食を防止できる点で有利である。
【００５１】
ヒータエレメント３３に用いられる抵抗発熱体の材料としては、モリブデン、タングステン、モリブデン／タングステン合金を用いることが好ましく、これに加えて他の高抵抗金属や高抵抗金属含有材料を用いることも可能である。
【００５２】
ヒータエレメント３３は電力の入出力を行う端子３５，３６を有し、この端子３５，３６がプレート３２の中央部分に位置しており、これらの端子３５，３６を始点としてヒータエレメント３３はプレート３２の中心線に対して左右に線対称となるように配置されている。
【００５３】
また、ヒータエレメント３３は端子３５，３６を始点とした直径が異なった複数の円弧部３７が径方向に等間隔で配置されることにより、同心円状の配線パターンとなってプレート３２に配置されている。さらに、隣接する円弧部３７は、直径方向に延びる連結部３８を介して連結されている。連結部３８の両側端は、角部３９となっており、この連結部３８と両角部３９、３９とで折り返し部分Ａを構成している。すなわち、内側に位置している円弧部３７は、その終端部が角部３９を介して径方向に折り返されることにより連結部３８に連設され、さらにこの連結部３８の終端部が角部３９を介して周方向に折り返されることにより、外側の円弧部３７に連設され、これら複数の折り返し部分Ａで複数回折り返されることにより、ヒータエレメント３３の全体が連続した状態での同心円状の配線パターンが形成される。これにより、端子３５，３６はヒータエレメント３３によって直列に接続される。また、同心円状の配線パターンはプレート３２の略全面に配置される。
【００５４】
この実施形態において、折り返し部分Ａが、他の一般部Ｂよりも拡幅して形成されることにより均熱パターン部が形成されている。以下、図２を参照して、この均熱パターン部の構造を説明する。
【００５５】
図２において、符号３７ａ−１及び３７ａ−２は同一の直径部分における円弧部、符号３７ｂ−１及び３７ｂ−２はこれよりも外側における直径部分の円弧部であり、円弧部３７ａ−１及び３７ｂ−１は直径方向の連結部３８ａ−１によって連結され、円弧部３７ａ−２及び３７ｂ−２は直径方向の連結部３８ｂ−２によって連結されている。円弧部３７ｃ−１、３７ｃ−２及び３７ｄ−１、３７ｄ−２も上述と同様な配置関係となっており、円弧部３７ｃ−１及び３７ｄ−１は直径方向の連結部３８ｃ−１によって連結され、円弧部３７ｃ−２及び３７ｄ−２は直径方向の連結部３８ｄ−２によって連結されている。これらの円弧部と連結部とは、いずれも角部に形成される外方へ突出する略円形状の膨出部３９を介して連結されている。
【００５６】
このような構造では、折り返し部分Ａは、直径方向で隣接する円弧部を連結する連結部と、その両端の膨出部３９とを有して構成されるものである。例えば、円弧部３７ａ−１及び３７ｂ−１を連結する連結部３８ａ−１は両端に膨出部３９を有し、円弧部３７ａ−２及び３７ｂ−２を連結する連結部３８ａ−２も両端に膨出部３９を有しており、その他の円弧部と連結部との関係も同様となっている。
【００５７】
このようにこの実施形態における折り返し部分Ａは、例えば一の連結部（例えば連結部３８ａ−１）における幅Ｌ４が、図示するような膨出部３９，３９を形成することにより、他の一般部Ｂの幅Ｌ３（円弧部３７ａ−１と３７ｂ−１との間隔）よりも拡幅して形成されている（Ｌ４＞Ｌ３）。
【００５８】
このような寸法関係とすることにより、隣接する円弧部の間で、折り返し部分Ａの膨出部３９同士が相互に接近した状態となる。例えば、円弧部３７ａ−１及び３７ｂ−１を連結する連結部３８ａ−１の外側の膨出部３９と、円弧部３７ｃ−１及び３７ｄ−１を連結する連結部３８ｃ−１の内側の膨出部３９とが相互に接近した状態となる。このように膨出部３９同士が相互に接近した状態でヒータエレメント３３が発熱することにより、膨出部３９の間で熱を行き渡らせることができる。すなわち、折り返し部分Ａでの発熱を周囲にまで行き渡らせることができるものであり、これにより膨出部３９によって囲まれた周囲部分４０が良好に発熱でき、この周囲部分４０でのクール部位の発生を防止できる。従って、プレート３２全体の均熱性を向上させることができる。
【００５９】
このように、膨出部３９を形成することで、隣り合う膨出部３９同士の間隔が狭くなり、これにより隣り合う４個の膨出部３９の存するエリアを、膨出部３９を形成しないときのエリアに比べて小さくすることができることが重要で、これにより均熱性を向上させることができるものである。このため前記エリアを小さくできる場合は、膨出部３９は、連結部３８の両端に必ずしも設ける必要は無く、片側のみの形成で足りる。
【００６０】
図３は、膨出部３９の変形例を示す。すなわち、膨出部３９ａは、図３（ａ）に示すように、円弧部３７ａ−１（または３７ｂ−１）および連結部３８ａ−１から外方へはみ出して膨出する略円形状に形成されており（これに対して膨出部３９は、例えば円弧部３７ａ−１の外方にのみはみ出して膨出する略円形状に形成されている）、膨出部３９ｂは、図３（ｂ）に示すように、一般部Ｂ、例えば円弧部３７ａ−１（または３７ｂ−１）から漸次幅広がりとなるテーパ形状の頂部として形成されている。これら膨出部３９ａ、３９ｂは、その形成により折り返し部分Ａの幅Ｌ４を、他の一般部Ｂの幅Ｌ３よりも大きくすることができ、これにより膨出部３９と同等の作用効果を奏することができる。
【００６１】
また好ましくは、図４に示すように、折り返し部分Ａは、その幅Ｌ４が一般部Ｂの幅Ｌ３に対して、Ｌ４≧Ｌ３×１．１の関係になるように、膨出部３９（３９ａあるいは３９ｂ）を形成することにより拡幅して構成される。このとき折り返し部分Ａ、Ａ同士の間隔Ｌ５は、１ｍｍ以上確保する。
【００６２】
次に、この実施形態のヒータエレメント３３では、孔部としての貫通孔３４に対し、均熱パターン部としての回避部が形成されるものである。この回避部の構造を図５を参照して説明する。
【００６３】
図５において、符号３７ｅは貫通孔３４に最も近接した円弧部、符号３７ｆは円弧部３７ｅの外側に位置し、円弧部３７ｅの次に貫通孔３４に近接した円弧部、符号３７ｇは円弧部３７ｆの外側に位置した円弧部である。これらの円弧部３７ｅ，３７ｆ，３７ｇにおける貫通孔３４との対応部位には、貫通孔３４から離れる方向に湾曲して貫通孔３４を回避する回避部４５，４６，４７が形成されている。これらの回避部４５，４６，４７は、円弧部３７ｅ、３７ｆ、３７ｇと同様な間隔を有して湾曲している。
【００６４】
さらに、回避部４５，４６，４７は貫通孔３４から離れるのにつれてその曲率半径が順に大きくなるように設定されている。すなわち、回避部４５の曲率半径をＲ１、回避部４６の曲率半径をＲ２、回避部４７の曲率半径をＲ３とした場合、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３となるように設定されるものである。
【００６５】
このように回避部４５，４６，４７の曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が貫通孔３４から離れるのにつれて順に大きくなることにより、回避部４５，４６，４７が相互に接近することなく、回避部４５，４６，４７における発熱量がこれらの周囲の発熱量と略同等となる。これにより、貫通孔３４の形成部分でホット部位が発生することがなく、プレート３２全体の均熱性を向上させることができる。
【００６６】
図６および図７は、他の実施形態の均熱パターン部の構造を示している。同構造は、端子によって分断された複数のエレメント線が同心円状に配置された配線パターンに対して均熱パターン部が形成されているものである。同構造の他の構成は、図９及び図１２に示す構成と同様に構成されているものであり、このため、これらの図と同一部分には同一符号を付して対応させてある。
【００６７】
この実施形態ではヒータエレメントは、電力の入出力を行う端子１２ａ，１２ｂ（１３ａ，１３ｂ）によって分断された複数のエレメント線１２（１３）を配線した配線パターンとなっており、エレメント線１２（１３）の各々には、端子１２ａ，１２ｂ（１３ａ，１３ｂ）間に入り込む屈曲部分が形成されており、かつ屈曲部分の各々には、隣接するエレメント線の隣接部分に漸近する膨出部が形成されている。
【００６８】
ここでエレメント線の隣接部分とは、図６では、エレメント線１２の屈曲部分５１に隣接する他のエレメント線１３の屈曲部分５２であり、図７では、エレメント線１２の屈曲部分５１に隣接する同一のエレメント線１２の端子１２ａ，１２ｂに接続する端子接続部Ｃ、Ｃである。
【００６９】
以下この実施形態について詳細に説明する。
【００７０】
先ず、図６に示す実施形態について説明する。エレメント線１２は、両端部に端子１２ａ，１２ｂを有し、エレメント線１３は両端部に端子１３ａ，１３ｂを有している。エレメント線１２においては、内側の円弧部１２ｃと外側の円弧部１２ｄとを備えており、これらの円弧部１２ｃ、１２ｂが端子１２ａ，１２ｂの間に入り込む屈曲部分５１によって連結されている。エレメント線１３においても同様であり、内側の円弧部１３ｃと外側の円弧部１３ｄとが端子部１３ａ，１３ｂの間に入り込む屈曲部分５２によって連結されている。
【００７１】
そして屈曲部分５１、５２の各々には、隣接する屈曲部分５１、５２間の間隔が狭くなるように相互に漸近する膨出部５１ａ、５２ａが形成されている。
【００７２】
このため、屈曲部分５１、５２は直径方向で隣接しているが、その長さが対応した円弧部の間隔よりも大きくなるように設定されている。例えば、エレメント線１２における屈曲部分５１の長さＬ６は、エレメント線１２における内側の円弧部１２ｃ及び外側の円弧部１２ｄの間隔Ｌ７より大きくなるように設定されるものである（Ｌ６＞Ｌ７）。エレメント線１３においても同様であり、その屈曲部分５２の長さが内側の円弧部１３ｃ及び外側の円弧部１３ｄの間隔よりも大きくなるように設定されている。
【００７３】
このように設定することにより、隣接する屈曲部分５１、５２が相互に接近して発熱するため、これらの間の空間部分５３がクール部位となることがなくなる。これにより、プレート３２全体の均熱性を向上させることができる。
【００７４】
次に、図７に示す実施形態について説明する。エレメント線１２は、両端部に端子１２ａ，１２ｂに接続する接続端子部Ｃ、Ｃと、内側の円弧部１２ｃと外側の円弧部１２ｄとを備えており、これらの円弧部１２ｃ、１２ｂが端子１２ａ，１２ｂの間に入り込む屈曲部分５１によって連結されている。
【００７５】
そして屈曲部分５１には、隣接する各接続端子部Ｃとの間の間隔が狭くなるように相互に漸近する膨出部５１ｂ、５１ｃが形成されている。
【００７６】
このように設定することにより、隣接する一の接続端子部Ｃと膨出部５１ｂとの間、および他の接続端子部Ｃと膨出部５１ｃとの間が相互に接近して発熱するため、これらの間の空間部分５４ａ、５４ｂがクール部位となることがなくなる。これにより、プレート全体の均熱性を向上させることができる。
【００７７】
【実施例】
この実施例では、窒化アルミニウムを材料としてホットプレス法により、図１に示す形状のプレート３２を作製した。プレート３２は直径２５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状となっていると共に、リフトピン用の貫通孔３４が円周方向の等間隔に３個開設されている。また、成形に際して、モリブデンからなるコイル形状のヒータエレメント３３を埋設した。
【００７８】
ヒータエレメント３３には、図５に示すように貫通孔３４の周囲に曲率半径Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ有した回避部４５，４６を形成した。Ｒ１は９ｍｍ、Ｒ２は１８ｍｍとなっている。また、図２に示す配線パターンにおける折り返し部３９の幅Ｌ４を１８ｍｍ、折り返し部前後の幅Ｌ３を１５ｍｍとした。なお、折り返し部３９を湾曲状に形成した。
【００７９】
比較例として、同一材料及び同一サイズで、且つ同様の貫通孔を設けたプレートを作製した。このプレートには実施例と同様の材料からなるヒータエレメントを埋設した。このヒータエレメントにおいては、貫通孔の周囲に回避部を形成することなく、図１１に示すように曲率半径９ｍｍの小円弧部７を形成した。また、図１０に示すように、配線パターンにおける折り返し部の幅Ｌ２と折り返し部前後の幅Ｌ１とを共に１５ｍｍとした。なお、折り返し部は、膨出状および／あるいは湾曲状とすることなく鋭角に折り返した。
【００８０】
以上の実施例及び比較例の加熱装置に対し、電力を供給して４００℃まで加熱し、その温度を保持した。この状態において、比較例では折り返し部の周囲に図１０に示すクール部位２０が発生し、貫通孔の周囲に図１１に示すホット部位２１が発生した。これにより、比較例は実施例に比べてプレート全体の均熱性が５℃悪くなる結果となった。
【００８１】
さらに、実施例及び比較例を７００℃に加熱して保持した場合には、比較例は実施例に比べて均熱性が１０℃悪くなる結果となった。これにより、実施例は比較例に比べて良好な均熱性を備えていることが判明した。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、均熱パターンを形成することにより、ヒータエレメントの折り返し部分での発熱量が周囲と略同等となるため、局所的なクール部位が発生することがなく、均熱性が向上する。
【００８３】
また、折り返し部分を円弧部よりも拡幅して形成したので、折り返し部分での発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００８４】
請求項２の発明によれば、外方へ突出する略円形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、請求項１の発明と同等の効果を奏することができる。
【００８５】
請求項３の発明によれば、円弧部から漸次幅広がりとなるテーパ形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、請求項１の発明と同等の効果を奏することができる。
【００８７】
請求項４の発明によれば、屈曲部分と、この屈曲部分に隣接するエレメント線の隣接部分とは、その間隔が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００８８】
請求項５の発明によれば、一のエレメント線の屈曲部分と他のエレメント線の屈曲部分との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、請求項４の発明と同等の効果を奏することができる。
【００８９】
請求項６の発明によれば、一のエレメント線の屈曲部分と一のエレメント線の端子接続部との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、請求項４の発明と同等の効果を奏することができる。
【００９０】
請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項の発明の効果に加えて、ヒータエレメントの酸化、腐食等が防止されるため、耐久性のある構造とすることができる。
【００９１】
請求項８の発明によれば、プレートをセラミックスで形成することにより、プレートの腐食を防止することができるので、請求項１〜７のいずれか１項の発明の効果に加えて、プレートの耐久性を向上させることができる。
【００９２】
請求項９の発明によれば、プレートを窒化アルミニウムで形成することにより、プレートの熱伝導率を高くすることができ、これにより請求項８の発明の効果に加えて、プレートの均熱性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の加熱装置を示す平面図である。
【図２】一実施形態としてのヒータエレメントの折り返し部分の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はヒータエレメントの折り返し部分の他の設計例を示す要部平面図である。
【図４】一実施形態としてのヒータエレメントの折り返し部分の周囲との関係を示す要部平面図である。
【図５】一実施形態としてのヒータエレメントの回避部の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図６】他の実施形態としてのヒータエレメントの屈曲部分の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図７】他の実施形態としてのヒータエレメントの屈曲部分の他の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図８】従来の加熱装置を示す平面図である。
【図９】従来のヒータエレメントの配線パターンを示す平面図である。
【図１０】従来の他のヒータエレメントの折り返し部分を示す加熱装置の部分平面図である。
【図１１】従来の加熱装置における貫通孔の周囲を示す部分平面図である。
【図１２】従来のさらに他のヒータエレメントの屈曲部分を示す加熱装置の部分平面図である。
【符号の説明】
１２、１３ エレメント線
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ 端子
３１ 加熱装置
３２ プレート
３２ａ 加熱面
３３ ヒータエレメント
３４ 貫通孔（孔部）
３５、３６ 端子
３７ 円弧部
３８ 連結部
３９、３９ａ、３９ｂ 膨出部（角部）
４５，４６，４７ 回避部
５１，５２ 屈曲部分
５１ａ、５２ａ 膨出部
Ａ 折り返し部分
Ｂ 一般部
Ｃ 端子接続部
Ｌ３ 幅（一般部の）
Ｌ４ 幅（折り返し部分の）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 曲率半径
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にＣＶＤ、ＰＶＤ、ＥＴＣＨ等の半導体製造工程に用いられる密閉構造の缶体（チャンバー）の中に装着されて、半導体ウエハー、液晶基板等の被加熱体を加熱するために用いられる加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ装置、エッチング装置等には加熱装置が組み込まれることにより、これらの装置内で所定の処理が行われる半導体ウエハー等のワーク（被加熱体）を加熱している。
【０００３】
図８は、従来の加熱装置１を示し、プレート２にヒータエレメント３が埋設された構造となっている。プレート２は平面から見て円盤形状に成形されており、ヒータエレメント３はプレート２の中心部を中心とした同心円状の配線パターンとなって配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ヒータエレメント３への電力の入出力を行う端子４，５はプレート２の中央部分に位置しており、ヒータエレメント３はプレート２の中心線に対して左右で線対称となるように設けられている。ヒータエレメント３は等間隔で直径が異なる複数条の円弧状部３ａを左右対称位置に有していると共に、径方向で隣接した円弧部３ａがプレート２の直径方向に沿った直線状の連結部３ｂを介して連結されている。そして連結部３ｂの両側端は、角部３ｃとなっており、この連結部３ｂと両角部３ｃ、３ｃとで折り返し部分を構成している。
【０００５】
ヒータエレメント３は、複数の折り返し部分で複数回折り返されることにより、一方の端子４から他方の端子５に向かって連続した状態で同心円状となって配置されるものである。
【０００６】
また、加熱装置が被加熱体を突き上げるリフトピンを伴って使用される場合、プレート２にはリフトピンの貫通孔６が適宜箇所に形成されるが、ヒータエレメント３は、この貫通孔６と交差しないように配置される。この貫通孔６に対しては、貫通孔６の外側の円弧部３ａに曲率半径の小さな小円弧部７が形成されている。小円弧部７は径方向の外側に湾曲するように形成されるものである。
【０００７】
このような加熱装置１では、端子４，５を電源に接続してヒータエレメント３に電力を供給することにより、ヒータエレメント３が発熱する。ヒータエレメント３はプレート２の略全面にわたる同心円状の配線パターンとなっているため、その発熱によってプレート２が加熱され、プレート２と接触している被加熱体を加熱することができる。
【０００８】
図９は、別の従来の加熱装置におけるヒータエレメント１１の配置を示し、プレートは省略してある。このヒータエレメント１１においては、両端部に端子をそれぞれ有した複数のエレメント線を同心円状に配置することにより、全体として同心円状の配線パターンとするものであり、ヒータエレメント１１は端子によって分断された複数のエレメント線を同心円状に配線することにより構成されている。
【０００９】
例えば図９においては、実線で示すように内側のエレメント線１２と外側のエレメント線１３とが配線されており、各エレメント線１２，１３は両端部にそれぞれ端子１２ａ、１２ｂ及び１３ａ、１３ｂを有することにより、各エレメント線１２，１３が単位となるように分断されている。ここで、端子１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは電源との接続を容易に行うため、配線パターンを横切る略同じ箇所に集中的に配置されるものであり、これにより、端子１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは相互に隣接するように配置されている。
【００１０】
さらに、同一のエレメント線においては、その端子の間に入り込む屈曲部分１４，１５がそれぞれ形成されることにより、各エレメント線が断線されることのない連続状態となっている。例えば、エレメント線１２においては、内側の円弧部１２ｃと外側の円弧部１２ｄとを備えているが、これらの円弧部１２ｃ及び１２ｄとが端子１２ａと１２ｂとの間に入り込む屈曲部分１４によって連結されることにより連続状態となっている。エレメント線１３においても同様であり、内側の円弧部１３ｃと外側の円弧部１３ｄとが端子１３ａと１３ｂとの間に入り込む屈曲部分１５によって連結されることにより連続状態となっている。
【００１１】
この加熱装置では、以上のような配置関係を２点鎖線で示すように径方向の内方及び外方に対して継続することにより、ヒータエレメント１１の全体が同心円状の配線パターンとなるものである。
【００１２】
なお、プレートに貫通孔６が設けられる場合には、図８の加熱装置と同様に、小円弧部７（図９においては、エレメント線１２に形成される）が形成されることにより貫通孔６との交差が回避されている。
【００１３】
図９に示す加熱装置では、それぞれのエレメント線（例えば、エレメント線１２，１３）の各端子（例えば、端子１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ）を電源に接続して電力を供給することにより、各エレメント線が発熱する、複数のエレメント線からなるヒータエレメント１１はプレートの略全面にわたる同心円状の配線パターンとなっているため、その発熱によってプレートが加熱され、プレート２と接触している被加熱体を加熱する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平７−６５９３５号公報（段落番号〔０００６〕、〔０００７〕、図５（ａ））
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図８及び図９に示す加熱装置１では、ヒータエレメント３，１１がプレートの略全面にわたる同心円状の配線パターンとなっていることからプレートの全体を均等に加熱することができるものと思われていたが、他の部分よりも温度が低いクール部位及び温度が高いホット部位が局所的に発生して温度分布がばらつき、一定の均熱性を保持することが難しいことが判明した。
【００１６】
これを発明者が詳細に検討した結果、図１０〜図１２に示す原因を有しているためであることを発見した。
【００１７】
すなわち、図１０は、図８におけるヒータエレメント３の折り返し部分を示しており、両角部３ｃ、３ｃと連結部３ｂとで構成される折り返し部分により、内外２本の円弧状部３ａが連結されている。ここで、２本の円弧状部３ａを連結する折り返し部分の幅Ｌ２（角部３ｃ、３ｃの間隔）は、連結されている円弧状部３ａの一般部の幅Ｌ１と略同じ寸法となっている。このためヒータエレメント３を発熱させてプレート２を加熱させる際、連結部３ｂが配置されていない部位（図７のクロスハッチングで示す部位）では、連結部分３ｂが配置されている部位よりも発熱量が少なくなり、クロスハッチングで示す部位が周囲よりも温度の低いクール部位２０となる。
【００１８】
図１１は、プレートに貫通孔６を設けた部位を示す。この部位では、小円弧部７が形成されるが、この小円弧部７が径方向の外側に湾曲することにより、小円弧部７の外側に位置している円弧部３ａと接近した状態となっている。このように小円弧部７と円弧部３ａとが接近した状態では、この部位の発熱量が多くなり、破線ハッチングで示す部位が周囲よりも温度の高いホット部位２１となる。
【００１９】
図１２は、図９における屈曲部分１４，１５を示す。屈曲部分１４が端子１２ａ、１２ｂの間に入り込むことにより、エレメント線１２の内外の円弧部１２ｃ、１２ｄが屈曲部分１４によって連結される一方、屈曲部分１５が端子１３ａ、１３ｂの間に入り込むことにより、エレメント線１３の内外の円弧部１３ｃ、１３ｄが屈曲部分１５によって連結されている。従って、屈曲部分１４，１５による連結部位では所定の発熱を行うが、屈曲部分１４と端子１２ａ（または端子１２ｂ）との間、屈曲部分１５と端子１３ａ（または端子１３ｂ）との間、および屈曲部分１４と屈曲部分１５との間が発熱量が少なく、この部位がクロスハッチングで示すようにクール部位２２となる。
【００２０】
以上のようなクール部位２０，２２及びホット部位２１が存在する場合には、プレートが被加熱体の全体を均等に加熱することができなくなり、被加熱体に対し、エッチング処理や膜形成処理ができなくなる問題が発生する。
【００２１】
そこで、本発明は、クール部位やホット部位が局所的に発生することを防止して被加熱体の全体を均等に加熱することが可能な加熱装置を提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明の加熱装置は、被加熱体を加熱する加熱面を有したプレートと、プレートに設けられた抵抗発熱体からなるヒータエレメントとを備えた加熱装置において、前記ヒータエレメントは、直径の異なる複数の円弧部をプレートの中心部を中心とした同心円状で有し、かつ、エレメント線が複数回折り返されることにより内側の円弧部と外側の円弧部とを連結する、連続した配線パターンとなっていると共に、エレメント線の折り返し部分に、外方に膨らむ形状の均熱パターン部が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１の発明では、エレメント線の折り返し部分に、均熱パターン部を形成しており、これにより、ヒータエレメントの折り返し部分の周辺部における発熱量が周囲と略同等となる。従って、局所的なクール部位が発生することがなく、被加熱体の全体を均等に加熱することができるため、均熱性が向上する。
【００２６】
また、折り返し部分の幅を、円弧部よりも大きくすることにより、折り返し部分での発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００２７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の加熱装置であって、前記均熱パターン部は、前記折り返し部分の幅方向の少なくとも一側部分に、外方へ突出する略円形状の膨出部が形成されてなることを特徴とする。
【００２８】
このため請求項２の発明では、外方へ突出する略円形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００２９】
請求項３の発明は、請求項１に記載の加熱装置であって、前記均熱パターン部は、前記折り返し部分の幅方向の少なくとも一側部分に、円弧部から前記折り返し部分に向けて漸次幅広がりとなるテーパ形状の膨出部が形成されてなることを特徴とする。
【００３０】
このため請求項３の発明では、円弧部から漸次幅広がりとなるテーパ形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００３３】
請求項４の発明は、被加熱体を加熱する加熱面を有したプレートと、プレートに設けられた抵抗発熱体からなるヒータエレメントとを備えた加熱装置において、
前記ヒータエレメントは、直径の異なる複数の円弧部を同心円状で有し、かつ、電力の入出力を行う端子によって分断された複数のエレメント線の各々に、前記端子間に入り込む屈曲部分が形成されることにより内側の円弧部と外側の円弧部とを連結する配線パターンとなっていると共に、前記屈曲部分の各々に、隣接する前記エレメント線の隣接部分に漸近するように、外方に膨らむ形状の均熱パターン部が形成されていることを特徴とする。
【００３４】
このため請求項４の発明では、屈曲部分と、この屈曲部分に隣接するエレメント線の隣接部分とは、その間隔が、屈曲部分に形成される膨出部により小さくなるので、両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００３５】
請求項５の発明は、請求項４に記載の加熱装置であって、前記エレメント線の隣接部分は、他のエレメント線の前記屈曲部分であることを特徴とする。
【００３６】
このため請求項５の発明では、一のエレメント線の屈曲部分と他のエレメント線の屈曲部分との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、対応する両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００３７】
請求項６の発明は、請求項４に記載の加熱装置であって、前記エレメント線の隣接部分は、同一のエレメント線の端子接続部であることを特徴とする。
【００３８】
このため請求項６の発明では、一のエレメント線の屈曲部分と一のエレメント線の端子接続部との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、対応する両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００３９】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の加熱装置であって、前記ヒータエレメントがプレートに埋設されていることを特徴とする。
【００４０】
このため請求項７の発明では、ヒータエレメントがプレートに埋設されることにより、ヒータエレメントの酸化、腐食等が防止されるため、耐久性のある構造とすることができる。
【００４１】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱装置であって、前記プレートは、セラミックスで形成されていることを特徴とする。
【００４２】
このため請求項８の発明では、プレートをセラミックスで形成することにより、プレートの腐食を防止することができる。
【００４３】
請求項９の発明は、請求項８に記載の加熱装置であって、前記セラミックスは、窒化アルミニウムであることを特徴とする。
【００４４】
このため請求項９の発明では、プレートを窒化アルミニウムで形成することにより、プレートの熱伝導率を高くすることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態の加熱装置３１を示し、従来の図８に相当するものである。この実施形態の加熱装置３１は、プレート３２と、ヒータエレメント３３とを備えている。
【００４６】
プレート３２は全体が円盤形状に形成されており、その上面が被加熱体と接触して加熱を行う加熱面３２ａとなっている。加熱面３２ａはフラット面となっているが、被加熱体と接触する部分を窪ませたポケット形状としても良く、加熱面３２ａにエンボス加工、溝等の凹凸加工を施しても良い。なお、被加熱体としては、例えば、半導体ウエハー、液晶基板との基板が用いられる。
【００４７】
プレート３２の材料としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ等のセラミックスを使用することができる。このプレート３２は、所定の径及び所定の厚さを有した円盤形状に形成される。プレート３２の径は、加熱される被加熱体の径に合わせて選択され、被加熱体が半導体ウエハーの場合には、例えば２００〜３００ｍｍの直径となるように設定される。プレート３２の厚さは、セラミックスの焼結が可能で、且つ所定の強度を有する範囲で設定され、被加熱体が半導体ウエハーの場合には、１０〜２０ｍｍとなるように設定される。
【００４８】
プレート３２には、加熱体を突き上げるリフトピンが貫通する複数の貫通孔３４が形成されている。この形態において、複数の貫通孔３４はプレート３２の中心から等間隔となるようにプレート３２の径方向中間部分に形成されている。貫通孔３４は請求項５における孔部を構成するものである。
【００４９】
プレート３２には、被加熱体の位置決めを行う凹状の孔部が形成されていても良く、この凹状の孔部も請求項５における孔部を構成するものである。さらに、プレート３２には高周波電極用エレメント、静電チャック用エレメント等を埋設することもできる。
【００５０】
ヒータエレメント３３はプレート３２に埋設されることにより、プレート３２に配置されている。ヒータエレメント３３は抵抗発熱体によって形成されており、コイル状、メッシュ状、リボン状、板状、膜状等の形状となってプレート３２に埋設されている。また、これらの形状のヒータエレメント３３としては、プレート３２に埋設されることなく、プレート３２の表面または裏面に設けても良いが、プレート３２の内部に埋設されることにより、ヒータエレメント３３の酸化や発錆、さらには腐食を防止できる点で有利である。
【００５１】
ヒータエレメント３３に用いられる抵抗発熱体の材料としては、モリブデン、タングステン、モリブデン／タングステン合金を用いることが好ましく、これに加えて他の高抵抗金属や高抵抗金属含有材料を用いることも可能である。
【００５２】
ヒータエレメント３３は電力の入出力を行う端子３５，３６を有し、この端子３５，３６がプレート３２の中央部分に位置しており、これらの端子３５，３６を始点としてヒータエレメント３３はプレート３２の中心線に対して左右に線対称となるように配置されている。
【００５３】
また、ヒータエレメント３３は端子３５，３６を始点とした直径が異なった複数の円弧部３７が径方向に等間隔で配置されることにより、同心円状の配線パターンとなってプレート３２に配置されている。さらに、隣接する円弧部３７は、直径方向に延びる連結部３８を介して連結されている。連結部３８の両側端は、角部３９となっており、この連結部３８と両角部３９、３９とで折り返し部分Ａを構成している。すなわち、内側に位置している円弧部３７は、その終端部が角部３９を介して径方向に折り返されることにより連結部３８に連設され、さらにこの連結部３８の終端部が角部３９を介して周方向に折り返されることにより、外側の円弧部３７に連設され、これら複数の折り返し部分Ａで複数回折り返されることにより、ヒータエレメント３３の全体が連続した状態での同心円状の配線パターンが形成される。これにより、端子３５，３６はヒータエレメント３３によって直列に接続される。また、同心円状の配線パターンはプレート３２の略全面に配置される。
【００５４】
この実施形態において、折り返し部分Ａが、他の一般部Ｂよりも拡幅して形成されることにより均熱パターン部が形成されている。以下、図２を参照して、この均熱パターン部の構造を説明する。
【００５５】
図２において、符号３７ａ−１及び３７ａ−２は同一の直径部分における円弧部、符号３７ｂ−１及び３７ｂ−２はこれよりも外側における直径部分の円弧部であり、円弧部３７ａ−１及び３７ｂ−１は直径方向の連結部３８ａ−１によって連結され、円弧部３７ａ−２及び３７ｂ−２は直径方向の連結部３８ｂ−２によって連結されている。円弧部３７ｃ−１、３７ｃ−２及び３７ｄ−１、３７ｄ−２も上述と同様な配置関係となっており、円弧部３７ｃ−１及び３７ｄ−１は直径方向の連結部３８ｃ−１によって連結され、円弧部３７ｃ−２及び３７ｄ−２は直径方向の連結部３８ｄ−２によって連結されている。これらの円弧部と連結部とは、いずれも角部に形成される外方へ突出する略円形状の膨出部３９を介して連結されている。
【００５６】
このような構造では、折り返し部分Ａは、直径方向で隣接する円弧部を連結する連結部と、その両端の膨出部３９とを有して構成されるものである。例えば、円弧部３７ａ−１及び３７ｂ−１を連結する連結部３８ａ−１は両端に膨出部３９を有し、円弧部３７ａ−２及び３７ｂ−２を連結する連結部３８ａ−２も両端に膨出部３９を有しており、その他の円弧部と連結部との関係も同様となっている。
【００５７】
このようにこの実施形態における折り返し部分Ａは、例えば一の連結部（例えば連結部３８ａ−１）における幅Ｌ４が、図示するような膨出部３９，３９を形成することにより、他の一般部Ｂの幅Ｌ３（円弧部３７ａ−１と３７ｂ−１との間隔）よりも拡幅して形成されている（Ｌ４＞Ｌ３）。
【００５８】
このような寸法関係とすることにより、隣接する円弧部の間で、折り返し部分Ａの膨出部３９同士が相互に接近した状態となる。例えば、円弧部３７ａ−１及び３７ｂ−１を連結する連結部３８ａ−１の外側の膨出部３９と、円弧部３７ｃ−１及び３７ｄ−１を連結する連結部３８ｃ−１の内側の膨出部３９とが相互に接近した状態となる。このように膨出部３９同士が相互に接近した状態でヒータエレメント３３が発熱することにより、膨出部３９の間で熱を行き渡らせることができる。すなわち、折り返し部分Ａでの発熱を周囲にまで行き渡らせることができるものであり、これにより膨出部３９によって囲まれた周囲部分４０が良好に発熱でき、この周囲部分４０でのクール部位の発生を防止できる。従って、プレート３２全体の均熱性を向上させることができる。
【００５９】
このように、膨出部３９を形成することで、隣り合う膨出部３９同士の間隔が狭くなり、これにより隣り合う４個の膨出部３９の存するエリアを、膨出部３９を形成しないときのエリアに比べて小さくすることができることが重要で、これにより均熱性を向上させることができるものである。このため前記エリアを小さくできる場合は、膨出部３９は、連結部３８の両端に必ずしも設ける必要は無く、片側のみの形成で足りる。
【００６０】
図３は、膨出部３９の変形例を示す。すなわち、膨出部３９ａは、図３（ａ）に示すように、円弧部３７ａ−１（または３７ｂ−１）および連結部３８ａ−１から外方へはみ出して膨出する略円形状に形成されており（これに対して膨出部３９は、例えば円弧部３７ａ−１の外方にのみはみ出して膨出する略円形状に形成されている）、膨出部３９ｂは、図３（ｂ）に示すように、一般部Ｂ、例えば円弧部３７ａ−１（または３７ｂ−１）から漸次幅広がりとなるテーパ形状の頂部として形成されている。これら膨出部３９ａ、３９ｂは、その形成により折り返し部分Ａの幅Ｌ４を、他の一般部Ｂの幅Ｌ３よりも大きくすることができ、これにより膨出部３９と同等の作用効果を奏することができる。
【００６１】
また好ましくは、図４に示すように、折り返し部分Ａは、その幅Ｌ４が一般部Ｂの幅Ｌ３に対して、Ｌ４≧Ｌ３×１．１の関係になるように、膨出部３９（３９ａあるいは３９ｂ）を形成することにより拡幅して構成される。このとき折り返し部分Ａ、Ａ同士の間隔Ｌ５は、１ｍｍ以上確保する。
【００６２】
次に、この実施形態のヒータエレメント３３では、孔部としての貫通孔３４に対し、均熱パターン部としての回避部が形成されるものである。この回避部の構造を図５を参照して説明する。
【００６３】
図５において、符号３７ｅは貫通孔３４に最も近接した円弧部、符号３７ｆは円弧部３７ｅの外側に位置し、円弧部３７ｅの次に貫通孔３４に近接した円弧部、符号３７ｇは円弧部３７ｆの外側に位置した円弧部である。これらの円弧部３７ｅ，３７ｆ，３７ｇにおける貫通孔３４との対応部位には、貫通孔３４から離れる方向に湾曲して貫通孔３４を回避する回避部４５，４６，４７が形成されている。これらの回避部４５，４６，４７は、円弧部３７ｅ、３７ｆ、３７ｇと同様な間隔を有して湾曲している。
【００６４】
さらに、回避部４５，４６，４７は貫通孔３４から離れるのにつれてその曲率半径が順に大きくなるように設定されている。すなわち、回避部４５の曲率半径をＲ１、回避部４６の曲率半径をＲ２、回避部４７の曲率半径をＲ３とした場合、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３となるように設定されるものである。
【００６５】
このように回避部４５，４６，４７の曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が貫通孔３４から離れるのにつれて順に大きくなることにより、回避部４５，４６，４７が相互に接近することなく、回避部４５，４６，４７における発熱量がこれらの周囲の発熱量と略同等となる。これにより、貫通孔３４の形成部分でホット部位が発生することがなく、プレート３２全体の均熱性を向上させることができる。
【００６６】
図６および図７は、他の実施形態の均熱パターン部の構造を示している。同構造は、端子によって分断された複数のエレメント線が同心円状に配置された配線パターンに対して均熱パターン部が形成されているものである。同構造の他の構成は、図９及び図１２に示す構成と同様に構成されているものであり、このため、これらの図と同一部分には同一符号を付して対応させてある。
【００６７】
この実施形態ではヒータエレメントは、電力の入出力を行う端子１２ａ，１２ｂ（１３ａ，１３ｂ）によって分断された複数のエレメント線１２（１３）を配線した配線パターンとなっており、エレメント線１２（１３）の各々には、端子１２ａ，１２ｂ（１３ａ，１３ｂ）間に入り込む屈曲部分が形成されており、かつ屈曲部分の各々には、隣接するエレメント線の隣接部分に漸近する膨出部が形成されている。
【００６８】
ここでエレメント線の隣接部分とは、図６では、エレメント線１２の屈曲部分５１に隣接する他のエレメント線１３の屈曲部分５２であり、図７では、エレメント線１２の屈曲部分５１に隣接する同一のエレメント線１２の端子１２ａ，１２ｂに接続する端子接続部Ｃ、Ｃである。
【００６９】
以下この実施形態について詳細に説明する。
【００７０】
先ず、図６に示す実施形態について説明する。エレメント線１２は、両端部に端子１２ａ，１２ｂを有し、エレメント線１３は両端部に端子１３ａ，１３ｂを有している。エレメント線１２においては、内側の円弧部１２ｃと外側の円弧部１２ｄとを備えており、これらの円弧部１２ｃ、１２ｂが端子１２ａ，１２ｂの間に入り込む屈曲部分５１によって連結されている。エレメント線１３においても同様であり、内側の円弧部１３ｃと外側の円弧部１３ｄとが端子部１３ａ，１３ｂの間に入り込む屈曲部分５２によって連結されている。
【００７１】
そして屈曲部分５１、５２の各々には、隣接する屈曲部分５１、５２間の間隔が狭くなるように相互に漸近する膨出部５１ａ、５２ａが形成されている。
【００７２】
このため、屈曲部分５１、５２は直径方向で隣接しているが、その長さが対応した円弧部の間隔よりも大きくなるように設定されている。例えば、エレメント線１２における屈曲部分５１の長さＬ６は、エレメント線１２における内側の円弧部１２ｃ及び外側の円弧部１２ｄの間隔Ｌ７より大きくなるように設定されるものである（Ｌ６＞Ｌ７）。エレメント線１３においても同様であり、その屈曲部分５２の長さが内側の円弧部１３ｃ及び外側の円弧部１３ｄの間隔よりも大きくなるように設定されている。
【００７３】
このように設定することにより、隣接する屈曲部分５１、５２が相互に接近して発熱するため、これらの間の空間部分５３がクール部位となることがなくなる。これにより、プレート３２全体の均熱性を向上させることができる。
【００７４】
次に、図７に示す実施形態について説明する。エレメント線１２は、両端部に端子１２ａ，１２ｂに接続する接続端子部Ｃ、Ｃと、内側の円弧部１２ｃと外側の円弧部１２ｄとを備えており、これらの円弧部１２ｃ、１２ｂが端子１２ａ，１２ｂの間に入り込む屈曲部分５１によって連結されている。
【００７５】
そして屈曲部分５１には、隣接する各接続端子部Ｃとの間の間隔が狭くなるように相互に漸近する膨出部５１ｂ、５１ｃが形成されている。
【００７６】
このように設定することにより、隣接する一の接続端子部Ｃと膨出部５１ｂとの間、および他の接続端子部Ｃと膨出部５１ｃとの間が相互に接近して発熱するため、これらの間の空間部分５４ａ、５４ｂがクール部位となることがなくなる。これにより、プレート全体の均熱性を向上させることができる。
【００７７】
【実施例】
この実施例では、窒化アルミニウムを材料としてホットプレス法により、図１に示す形状のプレート３２を作製した。プレート３２は直径２５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状となっていると共に、リフトピン用の貫通孔３４が円周方向の等間隔に３個開設されている。また、成形に際して、モリブデンからなるコイル形状のヒータエレメント３３を埋設した。
【００７８】
ヒータエレメント３３には、図５に示すように貫通孔３４の周囲に曲率半径Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ有した回避部４５，４６を形成した。Ｒ１は９ｍｍ、Ｒ２は１８ｍｍとなっている。また、図２に示す配線パターンにおける折り返し部３９の幅Ｌ４を１８ｍｍ、折り返し部前後の幅Ｌ３を１５ｍｍとした。なお、折り返し部３９を湾曲状に形成した。
【００７９】
比較例として、同一材料及び同一サイズで、且つ同様の貫通孔を設けたプレートを作製した。このプレートには実施例と同様の材料からなるヒータエレメントを埋設した。このヒータエレメントにおいては、貫通孔の周囲に回避部を形成することなく、図１１に示すように曲率半径９ｍｍの小円弧部７を形成した。また、図１０に示すように、配線パターンにおける折り返し部の幅Ｌ２と折り返し部前後の幅Ｌ１とを共に１５ｍｍとした。なお、折り返し部は、膨出状および／あるいは湾曲状とすることなく鋭角に折り返した。
【００８０】
以上の実施例及び比較例の加熱装置に対し、電力を供給して４００℃まで加熱し、その温度を保持した。この状態において、比較例では折り返し部の周囲に図１０に示すクール部位２０が発生し、貫通孔の周囲に図１１に示すホット部位２１が発生した。これにより、比較例は実施例に比べてプレート全体の均熱性が５℃悪くなる結果となった。
【００８１】
さらに、実施例及び比較例を７００℃に加熱して保持した場合には、比較例は実施例に比べて均熱性が１０℃悪くなる結果となった。これにより、実施例は比較例に比べて良好な均熱性を備えていることが判明した。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、均熱パターンを形成することにより、ヒータエレメントの折り返し部分での発熱量が周囲と略同等となるため、局所的なクール部位が発生することがなく、均熱性が向上する。
【００８３】
また、折り返し部分を円弧部よりも拡幅して形成したので、折り返し部分での発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、クール部位の発生を防止でき、均熱性を向上させることができる。
【００８４】
請求項２の発明によれば、外方へ突出する略円形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、請求項１の発明と同等の効果を奏することができる。
【００８５】
請求項３の発明によれば、円弧部から漸次幅広がりとなるテーパ形状の膨出部の発熱を周囲にまで行き渡せることができるため、請求項１の発明と同等の効果を奏することができる。
【００８７】
請求項４の発明によれば、屈曲部分と、この屈曲部分に隣接するエレメント線の隣接部分とは、その間隔が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、両者の発熱によりクール部位の発生を防止することができ、均熱性を向上させることができる。
【００８８】
請求項５の発明によれば、一のエレメント線の屈曲部分と他のエレメント線の屈曲部分との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、請求項４の発明と同等の効果を奏することができる。
【００８９】
請求項６の発明によれば、一のエレメント線の屈曲部分と一のエレメント線の端子接続部との間が、屈曲部分に形成される膨出部により狭くなるので、請求項４の発明と同等の効果を奏することができる。
【００９０】
請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項の発明の効果に加えて、ヒータエレメントの酸化、腐食等が防止されるため、耐久性のある構造とすることができる。
【００９１】
請求項８の発明によれば、プレートをセラミックスで形成することにより、プレートの腐食を防止することができるので、請求項１〜７のいずれか１項の発明の効果に加えて、プレートの耐久性を向上させることができる。
【００９２】
請求項９の発明によれば、プレートを窒化アルミニウムで形成することにより、プレートの熱伝導率を高くすることができ、これにより請求項８の発明の効果に加えて、プレートの均熱性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の加熱装置を示す平面図である。
【図２】一実施形態としてのヒータエレメントの折り返し部分の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はヒータエレメントの折り返し部分の他の設計例を示す要部平面図である。
【図４】一実施形態としてのヒータエレメントの折り返し部分の周囲との関係を示す要部平面図である。
【図５】一実施形態としてのヒータエレメントの回避部の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図６】他の実施形態としてのヒータエレメントの屈曲部分の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図７】他の実施形態としてのヒータエレメントの屈曲部分の他の設計例を示す加熱装置の部分平面図である。
【図８】従来の加熱装置を示す平面図である。
【図９】従来のヒータエレメントの配線パターンを示す平面図である。
【図１０】従来の他のヒータエレメントの折り返し部分を示す加熱装置の部分平面図である。
【図１１】従来の加熱装置における貫通孔の周囲を示す部分平面図である。
【図１２】従来のさらに他のヒータエレメントの屈曲部分を示す加熱装置の部分平面図である。
【符号の説明】
１２、１３ エレメント線
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ 端子
３１ 加熱装置
３２ プレート
３２ａ 加熱面
３３ ヒータエレメント
３４ 貫通孔（孔部）
３５、３６ 端子
３７ 円弧部
３８ 連結部
３９、３９ａ、３９ｂ 膨出部（角部）
４５，４６，４７ 回避部
５１，５２ 屈曲部分
５１ａ、５２ａ 膨出部
Ａ 折り返し部分
Ｂ 一般部
Ｃ 端子接続部
Ｌ３ 幅（一般部の）
Ｌ４ 幅（折り返し部分の）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 曲率半径
Claims (9)
- 被加熱体を加熱する加熱面を有したプレートと、プレートに設けられた抵抗発熱体からなるヒータエレメントとを備えた加熱装置において、
前記ヒータエレメントは、直径の異なる複数の円弧部をプレートの中心部を中心とした同心円状で有し、かつ、エレメント線が複数回折り返されることにより内側の円弧部と外側の円弧部とを連結する、連続した配線パターンとなっていると共に、エレメント線の折り返し部分に、外方に膨らむ形状の均熱パターン部が形成されていることを特徴とする加熱装置。 - 請求項１に記載の加熱装置であって、
前記均熱パターン部は、前記折り返し部分の幅方向の少なくとも一側部分に、外方へ突出する略円形状の膨出部が形成されてなることを特徴とする加熱装置。 - 請求項１に記載の加熱装置であって、
前記均熱パターン部は、前記折り返し部分の幅方向の少なくとも一側部分に、円弧部から前記折り返し部分に向けて漸次幅広がりとなるテーパ形状の膨出部が形成されてなることを特徴とする加熱装置。 - 被加熱体を加熱する加熱面を有したプレートと、プレートに設けられた抵抗発熱体からなるヒータエレメントとを備えた加熱装置において、
前記ヒータエレメントは、直径の異なる複数の円弧部を同心円状で有し、かつ、電力の入出力を行う端子によって分断された複数のエレメント線の各々に、前記端子間に入り込む屈曲部分が形成されることにより内側の円弧部と外側の円弧部とを連結する配線パターンとなっていると共に、
前記屈曲部分の各々に、隣接する前記エレメント線の隣接部分に漸近するように、外方に膨らむ形状の均熱パターン部が形成されていることを特徴とする加熱装置。 - 請求項４に記載の加熱装置であって、
前記エレメント線の隣接部分は、他のエレメント線の前記屈曲部分であることを特徴とする加熱装置。 - 請求項４に記載の加熱装置であって、
前記エレメント線の隣接部分は、同一のエレメント線の端子接続部であることを特徴とする加熱装置。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱装置であって、
前記ヒータエレメントがプレートに埋設されていることを特徴とする加熱装置。 - 請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱装置であって、
前記プレートは、セラミックスで形成されていることを特徴とする加熱装置。 - 請求項８に記載の加熱装置であって、
前記セラミックスは、窒化アルミニウムであることを特徴とする加熱装置。
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