JP7297637B2

JP7297637B2 - ヒータ

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Publication number: JP7297637B2
Application number: JP2019194726A
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Inventors: 善裕大川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2023-06-26
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: JP2021068652A

Description

本開示は、ヒータに関する。

従来、半導体製造装置などに用いられるヒータが知られている。このようなヒータとして、たとえば、セラミックスからなる円板状の基体と、基体に埋設されるコイルとを有するヒータが知られている（特許文献１参照）。コイルは、たとえば、抵抗発熱体からなる線材がコイル軸の周りに螺旋状に巻き回されて構成され、コイル軸が基体の主面に沿って渦巻状またはミアンダ状に延びるように基体内に配置される。

特開２００４－００６２４２号公報

上述した従来技術には、耐久性を向上させるという点で更なる改善の余地がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、耐久性を向上させることができるヒータを提供することを目的とする。

本開示の一態様によるヒータは、加熱面を有する絶縁性の基体と、基体の内部に位置し、加熱面に沿って延在する仮想的なコイル軸の回りに線材が螺旋状に巻き回されたコイルとを有する。また、線材は、線材の軸線に直交する断面の形状が真円よりも潰れた形状である。

本開示によれば、耐久性を向上させることができる。

図１は、実施形態に係るヒータの構成を示す模式的な斜視図である。図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線における模式的な断面図である。図３は、基体の平面透視図である。図４は、第１変形例に係るコイルの配置を示す平面透視図である。図５は、第２変形例に係るコイルの配置を示す側面透視図である。図６は、コイルの平面透視図である。図７は、コイルの側面透視図である。図８は、図６に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における模式的な断面図である。図９は、図３に示すＩＸ－ＩＸ線における模式的な断面図である。図１０は、線材の断面形状の他の例を示す模式的な断面図である。図１１は、線材の断面形状の他の例を示す模式的な断面図である。図１２は、コイル軸に沿った方向にコイルを投影した投影図である。図１３は、コイルおよび基体の製造方法の一例を示すフローチャートである。図１４は、コイルの配置の一例を示す側面透視図である。図１５は、コイルの配置の一例を示す平面透視図である。

以下に、本開示によるヒータを実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示によるヒータが限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、たとえば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。

また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。

また、以下で参照する各図は、説明の便宜上の模式的なものである。したがって、細部は省略されることがあり、また、寸法比率は必ずしも現実のものとは一致していない。

（ヒータの構成について）
まず、実施形態に係るヒータの構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係るヒータの構成を示す模式的な斜視図である。また、図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線における模式的な断面図である。

図１および図２に示すように、実施形態に係るヒータ１は、たとえば、円板状の基体３と、基体３の内部に位置するコイル５と、基体３の下面３２から下方へ延びているパイプ７と、パイプ７内に挿通されている一対の配線部材９とを有する。

基体３は、加熱対象物の一例としてのウエハ（不図示）が載置される上面３１（加熱面の一例に相当）を有する。コイル５は、通電によって発熱する発熱抵抗体である。パイプ７は、たとえば、基体３を下方から支持する。また、パイプ７は、内部に挿通される配線部材９を保護する。配線部材９は、基体３の内部に位置するコイル５に端子１３を介して電気的に接続されており、端子１３を介してコイル５に電力を供給する。

上記のように構成されたヒータ１は、配線部材９および端子１３を介した通電によってコイル５が発熱することによって加熱面である上面３１を加熱する。これにより、上面３１に載置されたウエハを加熱することができる。

（基体について）
基体３の上面３１は、概ね平面である。基体３の平面形状及び各種の寸法は、加熱対象物の形状および寸法等を考慮して適宜に設定されてよい。たとえば、実施形態では、基体３の平面形状が円形である場合を例に挙げて説明するが、基体３の平面形状は、四角形等の多角形状であってもよい。

基体３は、たとえばセラミックスからなり、絶縁性を有する。基体３を構成するセラミックスは、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を主成分とする焼結体である。なお、主成分は、たとえば、その材料の５０質量％以上または８０質量％以上を占める材料である（以下、同様。）なお、基体３の主成分が窒化アルミニウムである場合、基体３は、イットリウム（Ｙ）の化合物を含んでいてもよい。Ｙ化合物としては、たとえば、ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）およびＹ_２Ｏ_３を挙げることができる。

（パイプについて）
パイプ７は、上下が開口した中空状の部材である。パイプ７の形状は適宜に設定されてよい。たとえば、実施形態では、パイプ７が、径が一定の円筒形状を有する場合を例に挙げて説明するが、パイプ７の径は必ずしも一定であることを要しない。また、パイプ７には、冷媒またはパージガスが流れる流路が形成されてもよい。

パイプ７は、セラミックス等の絶縁材料から構成されてもよいし、金属等の導電材料から構成されてもよい。パイプ７を構成するセラミックスは、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を主成分とする焼結体である。

（配線部材について）
配線部材９は、パイプ７の内部に挿通されている。基体３の下面３２には、端子１３が露出しており、配線部材９は、その一端が端子１３に接続される。

配線部材９は、たとえば、可撓性の電線であってもよいし、可撓性を有さないロッド状のものであってもよい。

（端子について）
端子１３は、たとえば、コイル５の長さ方向両端に接続されている。端子１３は、基体３の厚み方向（上下方向）に延在しており、基体３の下面３２から露出している。これにおり、基体３の外部からコイル５へ電力を供給可能となっている。一対の端子１３は、たとえば、基体３の中央部に位置している。

（コイルの構成について）
次に、コイル５の構成について図３を参照して説明する。図３は、基体３の平面透視図である。

図３に示すように、コイル５は、たとえば１本の細長い線材５０を有しており、かかる線材５０がコイル軸１００の回りに螺旋状に巻き回されることによって構成される。コイル軸１００は、仮想的な軸線であり、所定のパターンを描きながら基体３の上面３１に沿って（たとえば、上面３１と平行に）延在している。図示の例において、コイル軸１００は、基体３を半円状に２分割した各領域において、円周方向に往復するように所謂ミアンダ状に延びている。換言すれば、コイル軸１００は、円周の一部が途切れた欠円状に湾曲するとともに互いに並列（たとえば平行）に延びている複数の延在部１１０と、互いに隣り合う２つの延在部１１０の一方から他方への折り返し部分を構成している複数の屈曲部１２０とを有している。

線材５０は、電流が流れることによって熱を生じる金属等の導体である。線材５０を構成する導体は、適宜に選択されてよく、たとえば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）、インジウム（Ｉｎ）またはこれらを主成分とする合金である。また、線材５０は、上記金属を含む導電ペーストを焼成して得られるものであってもよい。すなわち、線材５０は、ガラス粉末および／またはセラミックス粉末等の添加剤を含むものであってもよい。

基体３を構成する材料は、コイル５の全体を覆っているとともにコイル５の内側にも充填されており、ひいては、線材５０の外周面の全面に接している。

なお、本明細書では、コイル軸１００および線材軸２００の用語を用いる。これは、たとえば、コイル５に直交する断面という場合に、コイル５の経路すなわちコイル軸１００に直交する断面、および、線材５０の経路すなわち線材軸２００に直交する断面のいずれであるかを明確にするためである。コイル軸１００の位置は、コイル５の形状等から合理的に判断されてよく、線材軸２００の位置は、線材５０の形状等から合理的に判断されてよい。

平面透視において、コイル軸１００の回りに螺旋状に巻き回されている線材５０は、コイル軸１００を基準として振動する波形状をなしている。実施形態において、コイル５は、基体３に対して１つのみ設けられており、コイル軸１００は、その一端から他端まで自己に対して交差することなく延びている。

（コイルの配置について）
実施形態に係るコイル５は、コイル軸１００のうち周方向において隣り合う２つの屈曲部１２０同士の間隔が、これら屈曲部１２０に共通に繋がる２つの延在部１１０同士の間隔よりも狭くなるように配置される。

具体的には、図３に示すように、コイル軸１００のうち屈曲部１２０に位置する線材５０と、当該屈曲部１２０に周方向において隣り合う他の屈曲部１２０に位置する線材５０との接線同士の間隔をＴと規定する。また、コイル軸１００のうち延在部１１０に位置する線材５０と、当該延在部１１０に径方向において隣り合う他の延在部１１０に位置する線材５０との接線同士の間隔をＫとする。この場合、実施形態に係るコイル５は、間隔Ｔが間隔Ｋよりも狭くなるように配置される。

間隔Ｔが広すぎると、屈曲部１２０間の領域が他の領域と比較して温度の低いクールスポットになるおそれがある。また、屈曲部１２０におけるコイル５のピッチ（側面透視におけるコイル５の波形状の繰り返し単位の水平長さ（波長））は、延在部１１０におけるコイル５のピッチＰ（図６参照）と比較して広くなることから、屈曲部１２０における発熱量は、延在部１１０における発熱量よりも相対的に少なくなる傾向にある。

そこで、実施形態に係るヒータ１では、間隔Ｔが間隔Ｋよりも狭くなるようにコイル５が配置されている。これにより、屈曲部１２０間の領域における温度を他の領域における温度に近づけることができる。したがって、実施形態に係るヒータ１によれば、均熱性を向上させることができる。

なお、「屈曲部１２０におけるコイル５のピッチが延在部１１０におけるコイル５のピッチと比較して広い」は、別の観点によれば、「屈曲部１２０における隣り合う波同士の開き角度θ１が、延在部１１０における隣り合う波同士の開き角度θ２よりも大きい」と言い換えることもできる。

（コイルの配置の変形例）
ここで、図３に示すコイル５の配置の変形例について説明する。図４は、第１変形例に係るコイル５の配置を示す平面透視図である。

図４に示すように、コイル軸１００に含まれる複数の延在部１１０のうち基体３の径方向において隣り合う２つの延在部１１０を「延在部１１０Ａ１」、「延在部１１０Ａ２」と規定する。ここでは、基体３の外周部に最も近い延在部１１０を「延在部１１０Ａ１」と規定し、その１つ内周側に位置する延在部１１０を「延在部１１０Ａ２」と規定している。

第１変形例に係るヒータ１Ａでは、これら延在部１１０Ａ１，１１０Ａ２間の折り返し部分を構成する２つの屈曲部１２０のうち、一方の屈曲部１２０が相対的に基体３の径方向外側に位置し、他方の屈曲部１２０が相対的に基体３の径方向内側に位置している。これは、言い換えれば、延在部１１０Ａ１（１１０Ａ２）の両端のうち、一端が相対的に基体３の径方向外側に位置し、他端が相対的に基体３の径方向内側に位置しているとも言える。ここでは、基体３の径方向において、延在部１１０Ａ１の一端Ｐ１が、延在部１１０Ａ２の他端Ｐ４よりも内側に位置する場合を例示しているが、延在部１１０Ａ１の一端Ｐ１は、基体３の径方向において、延在部１１０Ａ１の他端Ｐ２と延在部１１０Ａ２の他端Ｐ４との間に位置していてもよい。この場合、延在部１１０Ａ２の他端Ｐ４は、基体３の径方向において、延在部１１０Ａ１の一端Ｐ１と延在部１１０Ａ２の一端Ｐ３との間に位置することとなる。

このように、基体３の径方向に隣り合う延在部１１０Ａ１，１１０Ａ２同士を繋ぐ２つの屈曲部１２０のうち一方が他方に対して相対的に基体３の径方向外側または内側にずれて位置していてもよい。これにより、クールスポットが蛇行することで、均熱性をさらに向上させることができる。

図５は、第２変形例に係るコイル５の配置を示す側面透視図である。図５には、コイル軸１００に含まれる複数の延在部１１０のうちの１つである延在部１１０Ｂと、かかる延在部１１０Ｂの両端に位置する２つの屈曲部１２０Ｂを示している。

図５に示すように、第２変形例に係るヒータ１Ｂにおいて、コイル軸１００は、少なくとも、１つの延在部１１０Ｂの両端に位置する２つの屈曲部１２０Ｂにおいて、上下方向（基体３の厚み方向）にオーバーラップしていてもよい。すなわち、一方の屈曲部１２０Ｂに位置する線材５０が他方の屈曲部１２０Ｂに位置する線材５０の上方または下方に位置していてもよい。これにより、基体３を平面透視した場合の屈曲部１２０Ｂ同士の間隔を０未満にすることができることから、クールスポットが生じることをより確実に抑制することができる。したがって、均熱性をさらに向上させることができる。

（コイルの配置に関するその他の変形例）
上述した実施形態では、延在部１１０におけるコイル５のピッチが複数の延在部１１０間で同一である場合の例を示したが（図３参照）、これに限らず、たとえば、複数の延在部１１０のうち基体３の外周部に最も近い延在部１１０におけるコイル５のピッチを、その他の延在部１１０におけるコイル５のピッチよりも狭くしてもよい。

基体３の外周部に最も近い延在部１１０は、他の延在部１１０と比べて基体３の周囲の雰囲気に熱が奪われやすいため、基体３の外周部の温度が相対的に低くなるおそれがある。これに対し、基体３の外周部に最も近い延在部１１０におけるコイル５のピッチを相対的に狭くすることで、基体３の外周部に最も近い延在部１１０における発熱量を相対的に増やすことができる。これにより、周囲の雰囲気に奪われる分の発熱量が補われるため、均熱性のさらなる向上を図ることができる。

また、複数の延在部１１０のうち基体３の外周部に最も近い延在部１１０（外周側延在部の一例）における線材５０の径を、その他の延在部１１０（内周側延在部の一例）における線材５０の径よりも小さくしてもよい。線材５０の径が小さくなるほど線材５０の電気抵抗は高くなる。したがって、基体３の外周部に最も近い延在部１１０における線材５０の径を相対的に小さくすることで、基体３の外周部に最も近い延在部１１０における発熱量を相対的に増やすことができる。これにより、周囲の雰囲気に奪われる分の発熱量が補われるため、均熱性のさらなる向上を図ることができる。

（コイルの形状について）
次に、コイル５の形状について図６および図７を参照して説明する。図６は、コイル５の平面透視図である。また、図７は、コイル５の側面透視図である。なお、平面透視図とは、基体３の上面３１を上方から見た場合の透視図であり、側面透視図とは、基体３の側面を側方から見た場合における透視図である。

図６および図７に示すように、コイル５は、平面透視および側面透視において、コイル軸１００を基準として波状に振動している。ここで、図６および図７には、コイル５における同一の部分が図示されている。この点についての理解を容易にするために、図６および図７には、コイル５における同一の部分をｃ１～ｃ１０で示している。図６に示す平面透視において、部分ｃ１，ｃ３，ｃ５，ｃ７，ｃ９は、波の腹（部分ｃ１，ｃ５，ｃ９は山、部分ｃ３，ｃ７は谷）に相当するが、図７に示す側面透視においては、コイル軸１００と交わる波の中点（節）に相当する。また、図６に示す平面透視において、部分ｃ２，ｃ４，ｃ６，ｃ８，ｃ１０は、波の中点（節）に相当するが、図７に示す側面透視においては、波の腹（部分ｃ４，ｃ８は山、部分ｃ２，ｃ６，ｃ１０は谷）に相当する。

図６および図７に示すように、平面透視におけるコイル５の開き角度θ３は、側面透視におけるコイル５の開き角度θ４よりも小さい。開き角度とは、コイル５が形作る波形状における隣り合う２つの山の一方から他方までを１サイクルとした場合、１サイクルにおける一方の山と谷とを通る直線および谷と他方の山とを通る直線とのなす角度をいう。たとえば、図６には、部分ｃ５（一方の山）と部分ｃ７（谷）とを通る直線および部分ｃ７（谷）と部分ｃ９（他方の山）とを通る直線とのなす角度を開き角度θ３として示している。

このように、平面透視におけるコイル５の開き角度θ３を側面透視におけるコイル５の開き角度θ４よりも小さくすることで、均熱性を向上させることができる。

なお、平面透視におけるコイル５の開き角度θ３と側面透視におけるコイル５の開き角度θ４との大小関係は、開き角度θ３をなす直線を通るコイル５の部分（たとえば、図６における部分ｃ５～ｃ９）と、開き角度θ４をなす直線を通るコイル５の部分（たとえば、図７における部分ｃ４～ｃ８）とが重複している箇所において比較されればよい。

図６および図７に示すように、図６に示す平面透視において、山（たとえば、部分ｃ１）と谷（たとえば、部分ｃ３）とのコイル軸１００に直交する方向に沿った距離をコイル５の幅Ｗと規定する。また、図７に示す側面透視において、山（たとえば、部分ｃ４）と谷（たとえば、部分ｃ２）とのコイル軸１００に直交する方向に沿った距離をコイル５の高さＨと規定する。

この場合、コイル５の幅Ｗは、コイル５の高さＨよりも大きい。すなわち、コイル５は、基体３の上下方向と比較して、加熱面である上面３１に沿った方向である基体３の水平方向に相対的に広がっている。したがって、実施形態に係るヒータ１によれば、均熱性を向上させることができる。

（線材の断面形状について）
次に、コイル５を構成する線材５０の断面形状について図８を参照して説明する。図８は、図６に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における模式的な断面図である。なお、図６に示す二点鎖線は、線材５０の軸線（線材５０の中心を通る線材５０の長手方向に沿った仮想的な線、以下「線材軸２００」と呼ぶ）を示している。以下の説明において、線材５０の断面とは、線材５０が延びる方向に直交する断面、言い換えれば、線材軸２００に直交する断面のことをいう。また、図８に示す二点鎖線は、線材５０の断面積と同一の断面積を有する真円ＴＣを示している。

図８に示すように、線材５０の断面形状は、真円ＴＣよりも潰れた形状である。具体的には、線材５０の断面形状は、加熱面である基体３の上面３１と直交する方向すなわち上下方向に潰れた楕円形状を有しており、上下方向の幅Ｄ１（最上点から最下点までの距離）は真円ＴＣの直径Ｄ０（以下、「線材５０の円相当径Ｄ０」と呼ぶ場合がある）よりも短く、水平方向の幅Ｄ２（水平方向の一端から他端までの距離）は円相当径Ｄ０よりも長い。

このように、実施形態に係るヒータ１は、線材５０の断面形状が真円ＴＣよりも潰れた形状であるため、たとえば線材５０の断面形状が真円である場合と比べて、線材５０の線材軸２００まわりの回動が抑制される。このため、実施形態に係るヒータ１によれば、基体３の内部において線材５０が回動することによって基体３の内部にクラックが生じることを抑制することができる。すなわち、耐久性を向上させることができる。

図８に示す断面形状は、少なくとも、側面透視におけるコイル５の波形の山および谷に相当する部分（たとえば、図７に示す部分ｃ２，ｃ４，ｃ６，ｃ８，ｃ１０）において表れる。かかる断面形状は、必ずしもきれいな楕円形状であることを要さず、たとえば、楕円形状の一部に後述する平坦部５１や凹部５２が位置していてもよい。

図８では、線材５０の断面形状が上下方向に潰れている場合の例を示したが、線材５０の断面形状の潰れ方向は、必ずしも上下方向（基体３の厚み方向）であることを要しない。この点について図９を参照して説明する。図９は、図３に示すＩＸ－ＩＸ線における模式的な断面図である。

図９には、平面透視においてコイル５が形作る１つの波（山から山まで）に含まれる任意の２点を通るように線材５０を切った断面図を示している。図９に示すように、線材５０の断面形状の潰れ方向は、１サイクル内の少なくとも２点について異なっていてもよい。たとえば、図９に示す例では、２つの断面がともに楕円形状を有しており、そのうちの一方の潰れ方向（短軸Ｌ１の延在方向）は上下方向に沿っているのに対し、他方の潰れ方向（短軸Ｌ２の延在方向）は上下方向に対して傾斜している。このように、断面形状の潰れ方向が不揃いであることにより、コイル５の位置が変動しにくくなることから、コイル５が変動することによって基体３の内部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、実施形態に係るヒータ１によれば、耐久性を向上させることができる。

コイル５は、少なくとも屈曲部１２０において、１つの波における線材５０の断面形状の潰れ方向が不揃いとなる。なお、コイル５は、延在部１１０においても同様に、１つの波における線材５０の断面形状の潰れ方向が不揃いであってもよい。

（線材の断面形状の他の例について）
線材５０の断面形状は、一様であることを要しない。以下、線材５０の断面形状の他の例について図１０および図１１を参照して説明する。図１０および図１１は、線材５０の断面形状の他の例を示す模式的な断面図である。

たとえば、図１０に示すように、線材５０の断面形状は、曲線状の輪郭の一部に平坦部５１を有する形状であってもよい。平坦部５１は、線材５０の線材軸２００に沿って（すなわち、紙面奥行き方向に沿って）延在するものとする。このように、線材５０の断面形状の一部に平坦部５１が存在することで、たとえば線材５０の断面形状が真円である場合と比べて、線材５０の線材軸２００まわりの回動が抑制される。これにより、基体３の内部において線材５０が回動することによって基体３の内部にクラックが生じることが抑制される。したがって、実施形態に係るヒータ１によれば、耐久性を向上させることができる。

ここでは、平坦部５１が線材５０の下部に位置する場合の例を示しているが、平坦部５１の位置は、図示の例に限定されない。また、ここでは、平坦部５１が直線状である場合の例を示したが、平坦部５１は厳密に直線であることを要さず、多少の凹凸が存在していてもよい。

また、図１１に示すように、線材５０の断面形状は、曲線状の輪郭の一部に凹部５２を有する形状であってもよい。凹部５２は線材５０の内側に向かって凹んでいる。このように、線材５０の断面形状の一部に凹部５２が存在することにより、凹部５２の内部に基体３の材料が入り込んで線材５０を拘束することで、線材５０の線材軸２００まわりの回動を抑制することができる。したがって、実施形態に係るヒータ１によれば、耐久性を向上させることができる。

なお、凹部５２の深さは、線材５０の平均径（たとえば、円相当径Ｄ０）の１／２０以上１／５未満である。

ここでは、凹部５２が線材５０の上部に位置する場合の例を示しているが、凹部５２の位置は、図示の例に限定されない。

（コイル軸に沿ってコイルを投影した形状について）
図１２は、コイル軸１００に沿った方向にコイル５を投影した投影図である。なお、図１２には、コイル軸１００が直線であると仮定した場合におけるコイル５の投影図を示している。

図１２に示すように、コイル軸１００に沿った方向にコイル５を投影した場合の外輪郭５５および内輪郭５６は、いずれも、上下方向に潰れた楕円形状である。具体的には、外輪郭５５の上下方向における幅Ｄ１１は、外輪郭５５の水平方向における幅Ｄ１２よりも短い。同様に、内輪郭５６の上下方向における幅Ｄ１３は、内輪郭５６の水平方向における幅Ｄ１４よりも短い。

このように、コイル軸１００に沿った方向にコイル５を投影した場合の外輪郭５５および内輪郭５６の形状は、真円よりも潰れた形状であってもよい。これにより、投影した形状が真円である場合と比較して、コイル５の位置が変動しにくくなることから、コイル５が変動することによって基体３の内部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、実施形態に係るヒータ１によれば、耐久性を向上させることができる。

また、上下方向における外輪郭５５と内輪郭５６との間隔Ｄ１５は、水平方向における外輪郭５５と内輪郭５６との間隔Ｄ１６よりも小さい。すなわち、コイル５は、上下方向における厚みが水平方向における厚みと比較して薄い。線材５０の径が小さくなるほど線材５０の電気抵抗は高くなる。したがって、コイル５の水平方向における厚みを相対的に薄くすることで、基体３の上面３１に沿った方向における発熱量を相対的に増やすことができる。これにより、均熱性の向上を図ることができる。

なお、ここでは、外輪郭５５および内輪郭５６の両方が楕円形状である場合の例を示したが、外輪郭５５および内輪郭５６のうち少なくとも外輪郭５５が楕円形状であればよい。すなわち、たとえば外輪郭５５が楕円形状であるのに対し、内輪郭５６は真円であってもよい。

（ヒータの製造方法）
次に、ヒータ１の製造方法について説明する。ヒータ１の製造方法においては、たとえば、基体３、パイプ７および配線部材９が個別に作成される。その後、これらの部材が互いに固定される。なお、基体３とパイプ７は一部または全部が一体的に作成されてもよい。パイプ７および配線部材９の製造方法は、たとえば、公知の種々の方法と同様とされてよい。

基体３は、たとえばホットプレスを用いた方法により製造される。この場合の基体３の製造方法について図１３を参照して説明する。図１３は、コイル５および基体３の製造方法の一例を示すフローチャートである。

図１３に示すように、まず、コイル５の作成が行われる（ステップＳ１０１）。コイル５の作成方法は、公知の種々の方法と同様とされてよい。たとえば、コイル５は、線材５０を熱間加工することによって作成される。具体的には、直線状に延びる軸状部材に線材５０を巻き回し、その後、軸状部材を引き抜くことによってコイル５が作成される。

つづいて、ホットプレスが行われる（ステップＳ１０２）。具体的には、まず、ステップＳ１０１において作成したコイル５とセラミックス原料粉末とを型の内部に配置し、型を介してコイル５およびセラミックス原料粉末を加圧する。加圧は、たとえば、上型と下型とが基体３の厚み方向に接近することによってなされる。その後、コイル５およびセラミックス原料粉末は加圧された状態で焼成される。これにより、コイル５を内蔵した基体３が作成される。

（間隔Ｔ＜間隔Ｋの補足）
屈曲部１２０同士の間隔Ｔを延在部１１０同士の間隔Ｋよりも狭くすることの効果について、別の観点から説明する。図１４は、コイルの配置の一例を示す側面透視図である。また、図１５は、コイルの配置の一例を示す平面透視図である。

図１４に示すように、間隔Ｔは、周方向に隣り合う２つの屈曲部１２０のうち、一方の屈曲部１２０と他方の屈曲部１２０との最短距離に相当する。具体的には、間隔Ｔは、一方の屈曲部１２０に位置する線材５０の端部（他方の屈曲部１２０に最も近い部分）ａ１と、他方の屈曲部１２０に位置する線材５０の端部（一方の屈曲部１２０に最も近い部分）ａ２との距離に相当する。

ここで、図１４に示すように、端部ａ１の位置と端部ａ２の位置とは、基体３の深さ方向（Ｚ軸方向）にずれている場合がある。

ヒータ１の加熱・冷却に伴い、コイル５には、コイル軸１００に沿った方向（図１４では左右方向）に熱応力が発生する。なお、図１４には、端部ａ１，ａ２において発生する熱応力の方向を二点鎖線で示している。端部ａ１の位置と端部ａ２の位置とが基体３の深さ方向にずれている場合、両端部ａ１，ａ２における熱応力の発生位置も基体３の深さ方向にずれる。このような場合、基体３に引張応力が発生し、これにより基体３にクラックが生じるおそれがある。なお、図１４には、引張応力の方向を半長短鎖線で示している。

かかる引張応力は、特に、屈曲部１２０間の領域において発生し易い。これに対し、実施形態に係るヒータ１では、「間隔Ｔ＜間隔Ｋ」としており、間隔Ｔが比較的狭いため、屈曲部１２０間において発生する引張応力を小さくすることができる。したがって、実施形態に係るヒータ１によれば、基体３（特に屈曲部１２０間の領域）にクラックが発生することを抑制することができる。言い換えれば、耐久性を向上させることができる。

また、図１５に示すように、端部ａ１と端部ａ２とは、基体３の径方向にずれている場合がある。この場合も同様に、屈曲部１２０間の領域において引張応力が発生して基体３にクラックが発生するおそれがある。これに対しても、実施形態に係るヒータ１によれば、間隔Ｔが比較的狭いため、屈曲部１２０間において発生する引張応力を小さくすることができる。したがって、基体３にクラックが発生することを抑制することができる。

また、基体３の深さ方向および基体３の径方向の両方において端部ａ１，ａ２の位置ずれが生じる場合もある。この場合も同様に、間隔Ｔが比較的狭くすることで、屈曲部１２０間において発生する引張応力を小さくすることができる。

また、基体３の径方向に隣り合う延在部１１０同士の間隔Ｋを狭くすると、屈曲部１２０間におけるクラックの発生が助長される結果となる。これは、延在部１１０間には、延在部１１０に直交する方向に沿った熱応力が発生するが、間隔Ｋが狭くなるほどこの熱応力が大きくなることで、屈曲部１２０間の領域に発生する引張応力が増大されるためである。これに対し、実施形態に係るヒータ１では、間隔Ｔを間隔Ｋよりも狭くすることにより、言い換えれば、間隔Ｋを相対的に大きくすることにより、延在部１１０間に発生する熱応力を小さくことができる。これにより、屈曲部１２０間におけるクラックの発生を抑制することができる。

この点についてさらに別の観点で説明する。単純に均熱性を向上させようとした場合、コイル５が存在しない領域の広さを均等にする観点から、間隔Ｔと間隔Ｋとを同一にし、さらに、クールスポットを可及的に低減する観点から、間隔Ｔと間隔Ｋとをできるだけ小さくすることが考えられる。しかしながら、間隔Ｔと間隔Ｋとを同じだけ小さくすると、上述した通り、屈曲部１２０間の領域に発生する引張応力が増大されてクラックが生じ易くなってしまう。そこで、「間隔Ｔ＜間隔Ｋ」とすることにより、均熱性を向上させつつ、耐久性の向上も図ることができる。

また、基体３の深さ方向および基体３の径方向における端部ａ１，ａ２の位置ずれが生じない場合もある。このような場合であっても、実施形態に係るヒータ１によれば、屈曲部１２０間におけるクラックの発生を抑制することができる。すなわち、たとえば層状の電極と異なり、コイル５は、基体３の厚み方向にも分布する。このため、コイル５の熱膨張・熱収縮が基体３の厚み方向にも起こる。したがって、基体３の深さ方向および基体３の径方向における端部ａ１，ａ２の位置ずれが生じていない場合であっても、基体３における屈曲部１２０間の領域には引張応力が発生し易く、間隔Ｋを狭くすると、屈曲部１２０間の領域にクラックが生じるおそれがある。実施形態に係るヒータ１では、間隔Ｔを間隔Ｋよりも狭くすることにより、言い換えれば、間隔Ｋを相対的に大きくすることにより、延在部１１０間に発生する熱応力を小さくことができる。これにより、屈曲部１２０間におけるクラックの発生を抑制することができる。

上述してきたように、実施形態に係るヒータ（一例として、ヒータ１，１Ａ，１Ｂ）は、加熱面（一例として、上面３１）を有する絶縁性の基体（一例として、基体３）と、加熱面に沿って延在する仮想的なコイル軸（一例として、コイル軸１００）の回りに線材（一例として、線材５０）が螺旋状に巻き回されたコイル（一例として、コイル５）とを有する。また、線材は、線材の軸線（一例として、線材軸２００）に直交する断面の形状が真円（一例として、真円ＴＣ）よりも潰れた形状である。

これにより、線材の断面形状が真円である場合と比べて線材の回動が抑制されることから基体の内部において線材が回動することによって基体の内部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、実施形態に係るヒータによれば、耐久性を向上させることができる。

線材の断面の形状は、加熱面に直交する方向に潰れていてもよい。線材の断面の形状が、加熱面に沿った方向に相対的に長くなることから、耐久性を向上させることができるとともに、均熱性を向上させることができる。

コイルは、加熱面に沿った方向から基体を透視した側面透視において、コイル軸を基準として振動する波形状をなしていてもよい。この場合、線材の断面の形状は、少なくとも波形状における山（一例として、部分ｃ２，ｃ４，ｃ６，ｃ８，ｃ１０）において、加熱面に直交する方向に潰れていてもよい。側面透視における波形状の山は、コイルの中で加熱面に最も近い部位である。したがって、かかる部位における線材の断面形状が加熱面に直交する方向に潰れていることにより、均熱性を効果的に向上させることができる。

コイルは、波形状における隣り合う２つの山の一方から他方までを波形状の１サイクルとした場合、１サイクル内の少なくとも２点において、断面の形状の潰れ方向が異なっていてもよい。断面形状の潰れ方向が不揃いであることにより、コイルの位置が変動しにくくなることから、コイルが変動することによって基体の内部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、実施形態に係るヒータによれば、耐久性を向上させることができる。

コイルは、加熱面に直交する方向から基体を透視した平面透視および加熱面に沿った方向から基体を透視した側面透視において、コイル軸を基準として振動する波形状をなしていてもよい。また、波形状における隣り合う２つの山の一方から他方までを波形状の１サイクルとし、１サイクルにおける一方の山と谷とを通る直線および谷と他方の山とを通る直線とのなす角度を開き角度と定義した場合に、平面透視における開き角度（一例として、開き角度θ３）は、側面透視における開き角度（一例として、開き角度θ４）より小さくてもよい。

コイルは、加熱面に直交する方向から基体を透視した平面透視および加熱面に沿った方向から基体を透視した側面透視において、コイル軸を基準として振動する波形状をなしていてもよい。また、平面透視における、波形状の山と谷とのコイル軸に直交する方向に沿った距離は、側面透視における、波形状の山と谷との前記コイル軸に直交する方向に沿った距離より大きくてもよい。これにより、均熱性を向上させることができる。

線材の断面は、楕円形状であってもよい。また、線材の断面は、曲線状の輪郭の一部に平坦部（一例として、平坦部５１）を有していてもよい。また、線材の断面は、曲線状の輪郭の一部に、線材の内側に向かって凹んだ凹部（一例として、凹部５２）を有していてもよい。これにより、線材の回転を好適に抑制することができることから、基体の内部において線材が回動することによって基体の内部にクラックが生じることを好適に抑制することができる。

コイルは、コイル軸に沿った方向にコイルを投影した場合に表れる外輪郭（一例として、外輪郭５５）および内輪郭（一例として、内輪郭５６）のうち、少なくとも外輪郭の形状が真円よりも潰れた形状であってもよい。これにより、コイルの位置が変動しにくくなることから、コイルが変動することによって基体の内部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、実施形態に係るヒータによれば、耐久性を向上させることができる。

コイルは、コイル軸に沿った方向にコイルを投影した場合において、加熱面に直交する方向における外輪郭と内輪郭との間隔が、加熱面に沿った方向における外輪郭と内輪郭との間隔より小さくてもよい。線材の径が小さくなるほど線材の電気抵抗は高くなる。したがって、コイルの水平方向における厚みを相対的に薄くすることで、加熱面に沿った方向における発熱量を相対的に増やすことができる。これにより、均熱性の向上を図ることができる。

また、上述してきたように、実施形態に係るヒータ（一例として、ヒータ１，１Ａ，１Ｂ）は、加熱面（一例として、上面３１）を有する絶縁性の基体（一例として、基体３）と、基体の内部に位置し、加熱面に沿って延在する仮想的なコイル軸（一例として、コイル軸１００）の回りに線材（一例として、線材５０）が螺旋状に巻き回されたコイル（一例として、コイル５）とを有する。また、コイル軸は、円周の一部が途切れた欠円状に湾曲するとともに互いに並列に延びる２つの延在部（一例として、延在部１１０）と、２つの延在部の一方から他方への折り返し部分を構成している２つの屈曲部（一例として、屈曲部１２０）とを有する。そして、加熱面に直交する方向から基体を透視した平面透視において、２つの屈曲部同士の間隔（一例として、間隔Ｔ）は、２つの延在部同士の間隔（一例として、間隔Ｋ）よりも狭い。具体的には、コイルは、一方の屈曲部に位置する線材と、他方の屈曲部に位置する線材との接線同士の間隔（一例として、間隔Ｔ）が、一方の延在部に位置する線材と他方の延在部に位置する線材との接線同士の間隔（一例として、間隔Ｋ）よりも狭い。

これにより、屈曲部間の領域における温度を他の領域における温度に近づけることができる。したがって、実施形態に係るヒータによれば、均熱性を向上させることができる。

コイル軸は、２つの屈曲部のうち一方の屈曲部が他方の屈曲部に対して基体の径方向にずれて位置していてもよい。これにより、クールスポットが蛇行することで、均熱性をさらに向上させることができる。

コイル軸は、２つの屈曲部が基体の厚み方向にオーバーラップしていてもよい。これにより、基体を平面透視した場合の屈曲部同士の間隔を０未満にすることができることから、クールスポットが生じることをより確実に抑制することができる。したがって、均熱性をさらに向上させることができる。

コイルは、２つの延在部のうち基体の外周部に近い外周側延在部におけるピッチが、外周側延在部よりも基体の外周部から遠い内周側延在部におけるピッチよりも狭くてもよい。これにより、基体３の周囲の雰囲気に奪われる分の発熱量が補われることから、均熱性のさらなる向上を図ることができる。

コイルは、２つの延在部のうち基体の外周部に近い外周側延在部（一例として、基体３の外周部に最も近い延在部１１０）における線材の径が、外周側延在部よりも基体の外周部から遠い内周側延在部（一例として、その他の延在部１１０）における線材の径より小さくてもよい。これにより、基体３の周囲の雰囲気に奪われる分の発熱量が補われることから、均熱性のさらなる向上を図ることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１：ヒータ
３：基体
５：コイル
７：パイプ
９：配線部材
１３：端子
３１：上面
３２：下面
５０：線材
５１：平坦部
５２：凹部
５５：外輪郭
５６：内輪郭
１００：コイル軸
１１０：延在部
１２０：屈曲部
２００：線材軸

Claims

加熱面を有する絶縁性の基体と、
前記基体の内部に位置し、前記加熱面に沿って延在する仮想的なコイル軸の回りに線材が螺旋状に巻き回されたコイルと、
を有し、
前記コイルは、
前記加熱面に沿った方向から前記基体を透視した側面透視において、前記コイル軸を基準として振動する波形状をなし、
前記線材の軸線に直交する断面の形状は、少なくとも前記波形状における山において、前記加熱面に直交する方向に真円よりも潰れており、
前記波形状における隣り合う２つの山の一方から他方までを前記波形状の１サイクルとした場合、前記１サイクル内の少なくとも２点において、前記断面の形状の潰れ方向が異なる、ヒータ。
前記コイルは、
前記加熱面に直交する方向から前記基体を透視した平面透視および前記加熱面に沿った方向から前記基体を透視した側面透視において、前記コイル軸を基準として振動する波形状をなしており、
前記波形状における隣り合う２つの山の一方から他方までを前記波形状の１サイクルとし、当該１サイクルにおける一方の山と谷とを通る直線および当該谷と他方の山とを通る直線とのなす角度を開き角度と定義した場合に、前記平面透視における開き角度は、前記側面透視における開き角度よりも小さい、請求項１に記載のヒータ。
前記コイルは、
前記加熱面に直交する方向から前記基体を透視した平面透視および前記加熱面に沿った方向から前記基体を透視した側面透視において、前記コイル軸を基準として振動する波形状をなしており、
前記平面透視における、前記波形状の山と谷との前記コイル軸に直交する方向に沿った距離は、前記側面透視における、前記波形状の山と谷との前記コイル軸に直交する方向に沿った距離よりも大きい、請求項１または２に記載のヒータ。
前記断面は、楕円形状である、請求項１～３のいずれか一つに記載のヒータ。
前記断面は、曲線状の輪郭の一部に平坦部を有する、請求項１～３のいずれか一つに記載のヒータ。
前記断面は、曲線状の輪郭の一部に、前記線材の内側に向かって凹んだ凹部を有する、請求項１～３のいずれか一つに記載のヒータ。
前記コイルは、
前記コイル軸に沿った方向に前記コイルを投影した場合に表れる外輪郭および内輪郭のうち、少なくとも外輪郭の形状が真円よりも潰れた形状である、請求項１～６のいずれか一つに記載のヒータ。
前記コイルは、
前記コイル軸に沿った方向に前記コイルを投影した場合において、前記加熱面に直交する方向における前記外輪郭と前記内輪郭との間隔が、前記加熱面に沿った方向における前記外輪郭と前記内輪郭との間隔よりも小さい、請求項７に記載のヒータ。