(57)【要約】【課題】信頼性を向上した細径シースヒータを有するヒータユニットを提供すること。【解決手段】ヒータユニットは、互いに接合される第１の基材と第２の基材と、前記第１の基材及び前記第２の基材の接合面の少なくとも一方に設けられた溝と、前記溝の内側に配置されたシースヒータと、を備えるヒータユニットであって、前記シースヒータは、金属シースと、前記金属シース内に間隙をもって配置され、帯状であり、前記金属シースの軸方向に対して回転して配置される発熱線と、前記間隙に配置される絶縁材と、前記金属シースの一端に配置され、前記発熱線の両端それぞれと電気的に接続する接続端子と、を備える。【選択図】図３
2018181584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合される第１の基材と第２の基材と、
前記第１の基材及び前記第２の基材の接合面の少なくとも一方に設けられた溝と、
前記溝の内側に配置されたシースヒータと、
を備えるヒータユニットであって、
前記シースヒータは、
金属シースと、
前記金属シース内に間隙をもって配置され、帯状であり、前記金属シースの軸方向に対して回転して配置される発熱線と、
前記間隙に配置される絶縁材と、
前記金属シースの一端に配置され、前記発熱線の両端それぞれと電気的に接続する接続端子と、
を備えるヒータユニット。
【請求項２】
前記発熱線は、前記金属シース内で２軸となる領域において、２重らせん構造に配置される請求項１に記載のヒータユニット。
【請求項３】
前記シースヒータは複数配置され、それぞれ独立して制御される請求項１または２に記載のヒータユニット。
【請求項４】
前記溝は前記第１の基材に設けられる請求項１乃至３の何れか１項に記載のヒータユニット。
【請求項５】
前記金属シース、前記第１の基材、及び第２の基材に使用される材質は同じ熱膨張率である請求項１乃至４の何れか１項に記載のヒータユニット。
【請求項６】
前記金属シース、前記第１の基材、及び第２の基材に使用される材質は同じ金属材料である請求項１乃至５の何れか１項に記載のヒータユニット。
【請求項７】
前記金属シース、前記第１の基材、及び第２の基材に使用される金属材質はアルミニウムである請求項１乃至６の何れか１項に記載のヒータユニット。
【請求項８】
前記第１の基材及び前記第２の基材は、ろう付けによって接合される請求項１乃至７の何れか１項に記載のヒータユニット。
【請求項９】
前記絶縁材は、無機絶縁粉末である請求項１乃至８の何れか１項に記載のヒータユニット。
【請求項１０】
前記発熱線はニッケル−クロム合金であり、前記絶縁材は酸化マグネシウムである請求項１乃至９の何れか１項に記載のヒータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒータユニットに関する。特に、半導体装置の製造工程で用いるシースヒータを搭載したヒータユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置はほぼ全ての電子機器に搭載されており、電子機器の機能に対して重要な役割を担っている。半導体装置の製造工程では、半導体基板上に薄膜を成膜及び加工することでトランジスタ素子、配線、抵抗素子、容量素子等の機能素子を形成する。半導体基板上に薄膜を形成する方法としては、化学気相成長（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、物理気相成長（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積法（ＡＬＤ；Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法が用いられる。また、薄膜を加工する方法としてはイオン反応性エッチング（ＲＩＥ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、機械研磨（ＭＰ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、化学機械研磨（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの方法が用いられる。また、半導体装置の製造工程では、薄膜の成膜及び加工の他にもプラズマ処理等の表面処理の工程が行われる。
【０００３】
上記の成膜、加工及び表面処理の工程では、多くの反応条件が薄膜の特性を決定づけており、そのうちの一つが半導体基板の温度である。多くの場合、半導体基板の温度は半導体基板を設置する載置台（以下、「ステージ」という。）の温度を調節することによって制御される。ステージの温度を調節するために、ステージには加熱機構であるシースヒータが蛇行状または渦巻き状に埋設される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、単一の金属チューブ状のシース内に複数の発熱線を備えたシースヒータが開示されている。通常、複数の発熱線のうちの１本を用いて加熱を行い、その発熱線が断線したとき、他の発熱線に電源回路を切り替えることで容易に且つ早急にリカバーすることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に記載されたシースヒータは、金属シースにステンレス、発熱線にニッケル−クロム合金を用いることを前提としており、それぞれの熱膨張差が小さいことから発熱線の断線を抑制しようとする考慮がなされていない。
【０００７】
本発明の実施形態の課題の一つは、信頼性を向上した細径シースヒータを有するヒータユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によると、互いに接合される第１の基材と第２の基材と、第１の基材及び第２の基材の接合面の少なくとも一方に設けられた溝と、溝の内側に配置されたシースヒータと、を備えるヒータユニットであって、シースヒータは、金属シースと、金属シース内に間隙をもって配置され、帯状であり、金属シースの軸方向に対して回転して配置される発熱線と、間隙に配置される絶縁材と、金属シースの一端に配置され、発熱線の両端それぞれと電気的に接続する接続端子と、を備えるヒータユニットが提供される。
【０００９】
また、別の態様において発熱線は、金属シース内で２軸となる領域において、２重らせん構造に配置されてもよい。
【００１０】
また、別の態様において、シースヒータは複数配置され、それぞれ独立して制御されてもよい。
【００１１】
また、別の態様において、溝は第１の基材に設けられてもよい。
【００１２】
また、別の態様において、金属シース、第１の基材、及び第２の基材に使用される材質は同じ熱膨張率であってもよい。
【００１３】
また、別の態様において、金属シース、第１の基材、及び第２の基材に使用される材質は同じ金属材料であってもよい。
【００１４】
また、別の態様において、金属シース、第１の基材、及び第２の基材に使用される金属材質はアルミニウムであってもよい。
【００１５】
また、別の態様において、第１の基材及び第２の基材は、ろう付けによって接合されてもよい。
【００１６】
また、別の態様において、絶縁材は、無機絶縁粉末であってもよい。
【００１７】
また、別の態様において、発熱線はニッケル−クロム合金であり、絶縁材は酸化マグネシウムであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒータユニットの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るヒータユニットの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るヒータユニットの拡大断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るシースヒータの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るシースヒータの構成を示す断面図である。
【図７】実施例のヒータユニットの温度分布を示す図である。
【図８】比較例のヒータユニットの温度分布を示す図である。
【図９】実施例のヒータユニットの表面形状および温度分布を示す図である。
【図１０】比較例のヒータユニットの表面形状および温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本出願で開示される発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２０】
また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、上方又は下方はそれぞれヒータユニットの使用時（基板載置時）における向きを示す。
【００２１】
（第１実施形態）
図１から図３を用いて、本発明の第１実施形態に係るヒータユニットの全体構成について説明する。本発明の第１実施形態に係るヒータユニットは、加熱機構を有する。また、第１実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第１実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
【００２２】
［ヒータユニット１００の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの構成を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ’断面図である。図１から図３に示すように、第１実施形態に係るヒータユニット１００は、第１の基材２００、第２の基材３００、シャフト４００、及びシースヒータ１１０を有する。
【００２３】
図１から図３を参照すると、上面が平坦であり、下面に溝２２０が設けられた第１の基材２００と、第２の基材３００とを接合することで、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面の溝２２０にシースヒータ１１０が埋設される。第１の基材２００の上面は、基板を載置するためのステージ２４０である。基板はステージ２４０上に設置される。すなわち、シースヒータ１１０は第１の基材２００を介してステージ２４０上の基板を加熱する。
【００２４】
シースヒータ１１０は、それぞれ独立して制御される第１のシースヒータ１１０ａ、第２のシースヒータ１１０ｂ、を含む。ここで、第１のシースヒータ１１０ａ及び第２のシースヒータ１１０ｂを特に区別しないときはシースヒータ１１０という。本実施形態では、２つのシースヒータ１１０が、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面において、それぞれの対応する領域にパターンを形成する構成を示した。しかしながらこの構成に限定されず、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面に設けられるシースヒータ１１０の数は、１以上であればよく、適宜設定することができる。第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面に設けられるシースヒータ１１０の数が多いほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００２５】
本実施形態において第１のシースヒータ１１０ａ及び第２のシースヒータ１１０ｂは、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面において円形パターンを形成する構成を示した。しかしながらこの構成に限定されず、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面に形成されるシースヒータ１１０のパターン形状は、適宜設計することができる。例えば、シースヒータ１１０のパターン形状は矩形であってもよく、矩形以外の多角形であってもよい。また、第２のシースヒータ１１０ｂが第１のシースヒータ１１０ａを囲む構成を例示したが、この構成に限定されない。各シースヒータ１１０が配置される複数の領域は、上記以外の多様な形状に分割されていてもよい。例えば、複数の領域は、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面の中心を基準に扇形に分割した領域であってもよい。本実施形態に係るシースヒータ１１０は、後述する構成を有することで、複雑な形状に曲げ加工が可能であり、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面において微細なパターン形状をレイアウトすることができる。第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面に設けられるシースヒータ１１０のパターンが微細なほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００２６】
本実施形態においてシースヒータ１１０は、第１の基材２００の下面（ステージ２４０とは反対側の面、第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面）に設けられた溝２２０に配置される。図４は、図３のＤ領域における拡大断面図である。ここで溝２２０の形状が分かるよう、図４においては右２つの溝２２０にはシースヒータ１１０を図示しない。図４（Ａ）に示すように、シースヒータ１１０を配置する溝２２０ａは、第１の基材２００の下面側に開口端を有し、第１の基材２００の上面側に丸底部を有する凹部である。例えば、シースヒータ１１０の外径が４．５ｍｍである場合、シースヒータ１１０を配置する溝２２０ａの深さは、第１の基材２００の表面から４．３ｍｍ以上４．５ｍｍ以下である。シースヒータ１１０を配置する溝２２０ａの幅は、４．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。シースヒータ１１０を配置する溝２２０ａの形状およびサイズをシースヒータ１１０の形状およびサイズに近づけることで、シースヒータ１１０と第１の基材２００の接触面積が増加し、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを効率よく第１の基材２００へ伝えることが可能となる。
【００２７】
しかしながらこれに限定されず、シースヒータを配置する溝の形状およびサイズは、シースヒータ１１０の形状およびサイズによって適宜設計することができる。例えば、図４（Ｂ）に示すように、シースヒータ１１０を配置する溝は、第１の基材２００の下面側に開口端を有し、第１の基材２００の上面側に丸底部を有する凹部と、第２の基材３００の上面側に開口端を有し、第２の基材３００の下面側に丸底部を有する凹部との組み合わせであってもよい。ここで第１の基材２００の下面側および第２の基材３００の上面側は、ともに第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面である。例えば、シースヒータ１１０の外径が４．５ｍｍである場合、シースヒータ１１０を配置する第１の基材２００の溝２２０ｂおよび第２の基材３００の溝３２０の深さは、それぞれ第１の基材２００及び第２の基材３００の接合面から２．２５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。シースヒータ１１０を配置する第１の基材２００の溝２２０ｂおよび第２の基材３００の溝３２０の幅は、４．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。シースヒータ１１０を配置する溝２２０ｂおよび溝３２０の組み合わせの形状およびサイズをシースヒータ１１０の形状およびサイズに近づけることで、シースヒータ１１０と第１の基材２００および第２の基材３００の接触面積が増加し、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを効率よく第１の基材２００および第２の基材３００へ伝えることが可能となる。
【００２８】
さらに図４（Ｃ）に示すように、シースヒータ１１０の形状を溝に合わせて変形できるように、溝の形状およびサイズを適宜設計することもできる。例えば図４（Ｃ）に示すように、シースヒータ１１０を配置する溝２２０ｃは、第１の基材２００の下面側に開口端を有し、第１の基材２００の上面側に丸底部を有する凹部である。例えば、シースヒータ１１０の外径が４．５ｍｍである場合、シースヒータ１１０を配置する溝２２０ｃの深さは、第１の基材２００の表面から４．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下である。シースヒータ１１０を配置する溝２２０ｃの幅は、４．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。シースヒータ１１０を配置する溝２２０ｃの断面積がシースヒータ１１０の断面積とほぼ同じとなるよう設計することで、シースヒータ１１０の形状を溝２２０ｃに配置するときに微調整し、溝の形状にあわせることもできる。シースヒータ１１０の形状およびサイズを、シースヒータ１１０を配置する溝２２０ｃの形状およびサイズに近づけることで、シースヒータ１１０と第１の基材２００および第２の基材３００の接触面積が増加し、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを効率よく第１の基材２００および第２の基材３００へ伝えることが可能となる。
【００２９】
図４（Ａ）〜（Ｃ）では、シースヒータ１１０と、シースヒータ１１０を配置する溝２２０および／または溝３２０の形状およびサイズを近づけた構成を例示したが、これに限定されない。シースヒータ１１０と、溝２２０および／または溝３２０との形状およびサイズは異なっていてもよい。シースヒータ１１０と第１の基材２００および第２の基材３００との間にスペースが存在している場合、シースヒータ１１０の動きが限定されず、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いヒータユニット１００を提供することができる。
【００３０】
シースヒータ１１０と第１の基材２００および第２の基材３００との間にスペースが存在している場合は、例えば、ろう材によってスペースを充填してもよい。ろう材としては、例えば銀、銅、および亜鉛を含む合金、銅と亜鉛を含む合金、リンを微量含む銅、アルミニウムやその合金、チタン、銅、およびニッケルを含む合金、チタン、ジリコニウム、および銅を含む合金、チタン、ジリコニウム、銅、およびニッケルを含む合金などが挙げられる。本実施形態においては、第１の基材２００および第２の基材３００としてアルミニウム基材を用いていることから、アルミニウムによる充填が好ましい。同じ金属材料を用いることによって、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いヒータユニット１００を提供することができる。ろう材によってスペースを充填することで、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを効率よく第１の基材２００および第２の基材３００へ伝えることが可能となる。
【００３１】
第１の基材２００および第２の基材３００としては金属基材を用いることができる。第１の基材２００および第２の基材３００に使用される材料の熱伝導率は、好ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上であるとよい。第１の基材２００および第２の基材３００に使用される材料の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることによって、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを効率よくステージ２４０へ伝えることができる。
【００３２】
第１の基材２００および第２の基材３００に使用される材料の熱膨張率は、好ましくは２５×１０-6／Ｋ以下であるとよい。第１の基材２００および第２の基材３００に使用される材料の熱膨張率の差は、好ましくは１０×１０-6／Ｋ以下であるとよい。第１の基材２００および第２の基材３００に使用される材料は、より好ましくは同程度の熱膨張率を有する材料であるとよく、さらに好ましくは同じ金属材料であるとよい。本実施形態では、第１の基材２００および第２の基材３００としてアルミニウム基材を用いている。しかしながらこれに限定されず、第１の基材２００および第２の基材３００の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）などの材料を用いることができる。第１の基材２００および第２の基材３００に使用される材料の熱膨張率の差が１０×１０-6／Ｋ以下であることによって、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いヒータユニット１００を提供することができる。
【００３３】
第１の基材２００および第２の基材３００の接合は、例えば、ろう付けによって行うことができる。ろうとしては、例えば銀、銅、および亜鉛を含む合金、銅と亜鉛を含む合金、リンを微量含む銅、アルミニウムやその合金、チタン、銅、およびニッケルを含む合金、チタン、ジリコニウム、および銅を含む合金、チタン、ジリコニウム、銅、およびニッケルを含む合金などが挙げられる。本実施形態においては、第１の基材２００および第２の基材３００としてアルミニウム基材を用いていることから、アルミニウムによるろう付けが好ましい。同じ金属材料を用いることによって、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いヒータユニット１００を提供することができる。
【００３４】
本実施形態に係るシースヒータ１１０は、２つの接続端子５０をシースヒータ１１０の一端に有する片端子型である。例えば、第１のシースヒータ１１０ａの一端に２つの接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを有する。ここで、２つの接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを特に区別しないときは接続端子５０という。シースヒータ１１０の接続端子５０を有する一端は、第１の基材２００の略中央部２６０から第２の基材３００の略中央に配置された貫通孔３４０を介して、第２の基材３００の第１の基材２００とは反対側の面に取り出される。シースヒータ１１０の接続端子５０を有する一端は、円筒型のシャフト４００の中空部を介して、外部機器（ヒータコントローラ、電源など）に接続されている。外部機器から供給される電力によりシースヒータ１１０が加熱され、これによってステージ２４０の温度が制御される。図３には示さなかったが、ヒータユニット１００には、温度センサーや、ガス管、冷却管などがシャフト４００の中空部を介して配置されてもよい。本実施形態に係るシースヒータ１１０は片端子型であることから、シースヒータ１１０の片端を外部接続のため取り出せばよく、シャフト４００の中空部を有効に活用することができる。
【００３５】
［シースヒータの構成］
図５を用いて、本発明の第１実施形態に係るシースヒータの構成について説明する。図５は、本発明の一実施形態に係るシースヒータの構成を示す断面図である。図５に示すように、第１実施形態に係るシースヒータは、帯状の発熱線２０、絶縁材３０、金属シース４０、および接続端子５０を有する。
【００３６】
図５（Ａ）を参照すると、発熱線２０は円筒型の金属シース４０内に間隙をもって配置され、発熱線２０と金属シース４０とは間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。図５において、金属シース４０は一端を閉じた形状に示したが、これに限定されず、両端とも開放した形状であってもよい。発熱線２０は、金属シース４０内を円筒軸方向に往復するように配置され、金属シース４０の一端に発熱線２０の両端が配置される。すなわち、１つの発熱線２０が金属シース４０の円筒軸方向の大部分において２軸（２芯）となるよう配置される。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０は間隙をもって配置され、間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。
【００３７】
図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図５（Ｂ）を参照すると、帯状の発熱線２０の幅ｄ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。帯状の発熱線２０の厚みｄ２は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の内径ｄ３は３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の厚みｄ４は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の外径ｄ５は３．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。本実施形態に係るシースヒータ１２０は上記構成を有することによって、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができる。シースヒータ１２０のパターンが微細なほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００３８】
円筒軸と直交する断面における、金属シース４０と、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０との最短距離ｇ１は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０と発熱線２０との最短距離ｇ１は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を０．３ｍｍ以上にすることで、金属シース４０と発熱線２０との絶縁性を確保することができる。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を１．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１２０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１２０は帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができる。シースヒータ１２０のパターンが微細なほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００３９】
円筒軸と直交する断面における、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の距離ｇ２は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の最短距離ｇ２は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を０．３ｍｍ以上にすることで、発熱線２０の絶縁性を確保することができる。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を２．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１２０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１２０は、帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができる。シースヒータ１２０のパターンが微細なほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００４０】
発熱線２０の両端は、それぞれと電気的に接続する接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを備える。ここで、接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを特に区別しないときは接続端子５０という。本実施形態のシースヒータ１２０は、２つの接続端子５０がシースヒータ１２０の一端に配置される２軸片端子型（２芯片端子型）の構成を有することで、シャフト４００の中空部を有効に活用することができ、より多くのシースヒータ１２０をヒータユニット１００に配置することができる。ヒータユニット１００に配置されるシースヒータ１２０の数が多いほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００４１】
金属シース４０内で発熱線２０が２軸である領域において、帯状の発熱線２０は、金属シース４０の円筒軸方向に対して回転して配置される。帯状の発熱線２０は、発熱線２０の長軸が金属シース４０の円筒軸垂直方向に回転した状態で、円筒軸方向に延在する。すなわち、発熱線２０がらせん状にコイリングされた状態で、発熱線２０の回転軸が金属シース４０の円筒軸方向に対して略平行に配置される。発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによって、金属シース４０内に配置される発熱線２０の長さが増加し、シースヒータ１２０の抵抗値をあげることができる。さらには、発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによってばね性を有し、熱膨張時の断線が抑制される。このため例えば、金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１２０を提供することが可能となる。
【００４２】
金属シース４０内に配置される発熱線２０が、らせん状に１回転する金属シース４０の円筒長軸方向の長さである回転ピッチＬ１は３．０ｍｍ以下であることが好ましい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ１は、より好ましくは２．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２．０ｍｍ以下であるとよい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ１を３．０ｍｍ以下にすることで、熱膨張時の断線が抑制され、信頼性を向上したシースヒータ１２０を提供することが可能となる。
【００４３】
図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図５（Ｂ）を参照すると、発熱線２０が金属シース４０内において２軸である領域において、発熱線２０の幅ｄ１が形成する面方向は、回転面の法線に対して略垂直である。すなわち帯状の発熱線２０の面は、回転面の接平面である。さらに、２軸の発熱線２０の面方向は略平行である。それぞれの発熱線２０の中心軸が金属シース４０の円筒軸方向にらせん状に回転する方向はほぼ一致し、回転ピッチＬ１も同程度である。それぞれの発熱線２０の回転方向と回転ピッチＬ１が一致していることによって、２軸の発熱線２０間の距離ｇ２を一定に維持することができ、シースヒータ１２０の信頼性を維持することが可能となる。しかしながらこれに限定されず、それぞれの発熱線２０の回転方向および／または回転ピッチＬ１は、異なっていてもよい。本実施形態に係るシースヒータ１２０は上記条件を満たすことで、発熱線２０の回転を考慮しても信頼性を維持できるよう設計されている。
【００４４】
本実施形態に係るシースヒータ１２０の断面形状は円形である。シースヒータ１２０の断面形状が円形であることによって、シースヒータ１２０は所望の形状にまげることが可能となり、第１の基材２００の溝２２０および／または第２の基材３００の溝３２０に容易に配置することが可能となる。しかしながらシースヒータ１２０の断面、溝２２０の底部、および／または溝３２０の底部の形状はこれに限定されず、上記条件を満たすかぎり任意の形状を有することができ、また任意の形に変形することもできる。
【００４５】
帯状の発熱線２０は通電することでジュール熱を発生する導電体を用いることができる。具体的には、タングステン、タンタル、モリブデン、白金、ニッケル、クロム、およびコバルトから選択される金属を含むことができる。金属はこれらの金属を含む合金でもよく、例えばニッケルとクロムの合金、ニッケル、クロム、およびコバルトを含む合金でもよい。本実施形態では、発熱線２０の材料としてニッケル−クロム合金を用いている。
【００４６】
絶縁材３０は発熱線２０が他の部材と電気的に接続されることを抑制するために配置される。つまり、発熱線２０を他の部材から十分に絶縁性させる材料を用いることができる。さらに、絶縁材３０に使用される材料の熱伝導率は、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上であるとよい。絶縁材３０に使用される材料の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることによって、発熱線２０が発生する熱エネルギーを効率よく金属シース４０へ伝えることができる。絶縁材３０としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどを用いることができる。本実施形態では、絶縁材３０として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末を用いている。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の圧粉体の熱伝導率は約１０Ｗ／ｍＫである。
【００４７】
金属シース４０に使用される材料の熱伝導率は、好ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上であるとよい。金属シース４０に使用される材料の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることによって、発熱線２０が発生する熱エネルギーを効率よく第１の基材２００および第２の基材３００へ伝えることができる。
【００４８】
さらに、金属シース４０に使用される材料の熱膨張率は、好ましくは２５×１０-6／Ｋ以下であるとよい。金属シース４０、第１の基材２００、および第２の基材３００に使用される材料の熱膨張率の差は、好ましくは１０×１０-6／Ｋ以下であるとよい。金属シース４０、第１の基材２００、および第２の基材３００に使用される材料は、より好ましくは同程度の熱膨張率を有する材料であるとよく、さらに好ましくは同じ金属材料であるとよい。本実施形態では、金属シース４０、第１の基材２００、および第２の基材３００の材料としてアルミニウムを用いている。しかしながらこれに限定されず、金属シース４０、第１の基材２００、および第２の基材３００の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）などの材料を用いることができる。金属シース４０、第１の基材２００、および第２の基材３００に使用される材料の熱膨張率の差が１０×１０-6／Ｋ以下であることによって、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いヒータユニット１００を提供することができる。
【００４９】
以上述べたように、本実施形態に係るシースヒータ１２０は、帯状の発熱線２０を有することによって細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができ、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。シースヒータ１２０内に帯状の発熱線２０がらせん状に回転した状態で配置されることによって、熱膨張時における発熱線２０の断線が抑制され、例えば金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１２０を提供することが可能となる。金属シース４０、第１の基材２００、および第２の基材３００に同じ金属材料を用いることが可能となることで、ヒータユニット１００の熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性を向上することが可能となる。
【００５０】
（第２実施形態）
［シースヒータの構成］
図６を用いて、本発明の第２実施形態に係るシースヒータの構成について説明する。図６は、本発明の一実施形態に係るシースヒータの構成を示す断面図である。図６に示すように、第２実施形態に係るシースヒータは、第１実施形態と同様に、帯状の発熱線２０、絶縁材３０、金属シース４０、および接続端子５０を有する。第２実施形態に係るシースヒータ１３０は、金属シース４０内での発熱線２０の配置以外は、ヒータユニットも含めて第１実施形態と同様であるので、重複する構造および構成に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００５１】
図６（Ａ）を参照すると、発熱線２０は円筒型の金属シース４０内に間隙をもって配置され、発熱線２０と金属シース４０とは間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。図６において、金属シース４０は一端を閉じた形状に示したが、これに限定されず、両端とも開放した形状であってもよい。発熱線２０は、金属シース４０内を円筒軸方向に往復するように配置され、金属シース４０の一端に発熱線２０の両端が配置される。すなわち、１つの発熱線２０が金属シース４０の円筒軸方向の大部分において２軸（２芯）となるよう配置される。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０は間隙をもって配置され、間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。
【００５２】
図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図６（Ｂ）を参照すると、帯状の発熱線２０の幅ｄ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。帯状の発熱線２０の厚みｄ２は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の内径ｄ３は３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の厚みｄ４は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の外径ｄ５は３．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。本実施形態に係るシースヒータ１３０は上記構成を有することによって、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができる。シースヒータ１３０のパターンが微細なほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００５３】
円筒軸と直交する断面における、金属シース４０と、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０との最短距離ｇ１は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０と発熱線２０との最短距離ｇ１は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を０．３ｍｍ以上にすることで、金属シース４０と発熱線２０との絶縁性を確保することができる。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を１．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１３０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１３０は帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができる。シースヒータ１３０のパターンが微細なほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００５４】
円筒軸と直交する断面における、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の距離ｇ２は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の最短距離ｇ２は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を０．３ｍｍ以上にすることで、発熱線２０の絶縁性を確保することができる。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を２．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１３０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１３０は、帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができる。シースヒータ１３０のパターンが微細なほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００５５】
発熱線２０の両端は、それぞれと電気的に接続する接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを備える。ここで、接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを特に区別しないときは接続端子５０という。本実施形態のシースヒータ１３０は、２つの接続端子５０がシースヒータ１３０の一端に配置される２軸片端子型（２芯片端子）の構成を有することで、シャフト４００の中空部を有効に活用することができ、より多くのシースヒータ１３０をヒータユニット１００に配置することができる。ヒータユニット１００に配置されるシースヒータ１３０の数が多いほど、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。
【００５６】
金属シース４０内で発熱線２０が２軸である領域において、帯状の発熱線２０は、金属シース４０の円筒軸方向に対して回転して配置される。帯状の発熱線２０は、発熱線２０の長軸が金属シース４０の円筒軸垂直方向に回転した状態で、円筒軸方向に延在する。さらに発熱線２０が金属シース４０内において２軸である領域において、それぞれの発熱線２０の回転中心軸がほぼ一致した状態で配置される。すなわち、それぞれの発熱線２０が２重らせん状にコイリングされた状態で、発熱線２０の回転軸が金属シース４０の円筒軸方向に対して略平行に配置される。発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによって、金属シース４０内に配置される発熱線２０の長さが増加し、シースヒータ１３０の抵抗値をあげることができる。さらには、発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによってばね性を有し、熱膨張時の断線が抑制される。このため例えば、金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１３０を提供することが可能となる。
【００５７】
金属シース４０内に配置される発熱線２０が、らせん状に１回転する金属シース４０の円筒長軸方向の長さである回転ピッチＬ２は６．０ｍｍ以下であることが好ましい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ２は、より好ましくは２．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２．０ｍｍ以下であるとよい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ２を２．０ｍｍ以下にすることで、熱膨張時の断線が抑制され、信頼性を向上したシースヒータ１３０を提供することが可能となる。さらに発熱線２０が金属シース４０内において２軸である領域において、それぞれの発熱線２０の回転中心軸方向における最短距離Ｌ３は２．３ｍｍ以上であることが好ましい。２軸の発熱線２０の距離Ｌ３を２．３ｍｍ以上にすることで、発熱線２０の絶縁性を確保することができる。
【００５８】
図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図６（Ｂ）を参照すると、発熱線２０が金属シース４０内において２軸である領域において、発熱線２０の幅ｄ１が形成する面方向は、回転面の法線に対して略垂直である。すなわち帯状の発熱線２０の面は、回転面の接平面である。さらに、２軸の発熱線２０の面方向は略平行である。それぞれの発熱線２０の中心軸が金属シース４０の円筒軸方向に２重らせん状に回転する方向は１８０°ずれて、回転ピッチＬ２はほぼ一致する。すなわち、それぞれの発熱線２０の回転は１／２ピッチずれている。それぞれの発熱線２０の回転ピッチＬ２が一致していることによって、２軸の発熱線２０間の距離ｇ２を一定に維持することができ、シースヒータ１３０の信頼性を維持することが可能となる。しかしながらこれに限定されず、それぞれの発熱線２０の回転方向のずれは１８０°でなくてもよい。本実施形態に係るシースヒータ１３０は、２軸の発熱線２０の金属シース４０の円筒軸方向の最短距離Ｌ３がｇ２以上であることを満たすかぎり、発熱線２０の回転を考慮しても信頼性を維持できるよう設計されている。
【００５９】
本実施形態に係るシースヒータ１３０の断面形状は円形である。シースヒータ１３０の断面形状が円形であることによって、シースヒータ１３０は所望の形状に曲げることが可能となり、第１の基材２００の溝２２０および／または第２の基材３００の溝３２０に容易に配置することが可能となる。しかしながらシースヒータ１３０の断面、溝２２０の底部、および／または溝３２０の底部の形状はこれに限定されず、上記条件を満たすかぎり任意の形状を有することができ、また任意の形に変形することもできる。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態に係るシースヒータ１３０は、帯状の発熱線２０を有することによって細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、ヒータユニット１００に微細なパターン形状をレイアウトすることができ、ステージ２４０の温度分布を無くすように精密に制御することが可能となる。シースヒータ１３０内に帯状の発熱線２０が二重らせん状に回転した状態で配置されることによって、熱膨張時における発熱線２０の断線が抑制され、例えば金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１３０を提供することが可能となる。金属シース４０、第１の基材２００、および第２の基材３００に同じ金属材料を用いることが可能となることで、ヒータユニット１００の熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性を向上することが可能となる。
【００６１】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【００６２】
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００６４】
［実施例１]
図７（Ａ）は、本発明の実施例１に係るヒータユニットのシースヒータのパターンレイアウトを示す断面構成図である。実施例１に係るヒータユニットは、上述した第１実施形態と略同様の構成であり、各パラメータは以下の通りである。
第１の基材および第２の基材の材質：アルミニウム
第１の基材および第２の基材の厚さ：１５ｍｍ
第１の基材および第２の基材の直径：３３０ｍｍ
シースヒータのパターン：３ゾーン（図７（Ａ））
シースヒータの形態：２芯片端子型
シースヒータの最小屈曲半径：９ｍｍ
発熱線２０の材質：ニッケル−クロム合金（ニッケル８０％、クロム２０％）
発熱線２０の帯線の幅ｄ１：０．７５ｍｍ
発熱線２０の帯線の厚みｄ２：０．２ｍｍ
２軸の発熱線２０同士の最短距離：０．５ｍｍ
発熱線２０の回転軸間の距離：１．５ｍｍ
発熱線２０の回転径：１ｍｍ
発熱線２０の回転ピッチＬ１：２ｍｍ
金属シース４０と発熱線２０との最短距離：０．５ｍｍ
金属シース４０の材質：アルミニウム
金属シース４０の内径ｄ３：３．５ｍｍ
金属シース４０の厚みｄ４：０．５ｍｍ
金属シース４０の外径ｄ５：４．５ｍｍ
【００６５】
［比較例１］
図８（Ａ）は、本発明の比較例１に係るヒータユニットのシースヒータのパターンレイアウトを示す断面構成図である。比較例１に係るヒータユニットは、丸線の発熱線をらせん状にコイリングした１芯両端子型のシースヒータを備える。各パラメータは以下の通りである。
第１の基材および第２の基材の材質：アルミニウム
第１の基材および第２の基材の厚さ：１５ｍｍ
第１の基材および第２の基材の直径：３３０ｍｍ
シースヒータのパターン：２ゾーン（図８（Ａ））
シースヒータの形態：１芯両端子型
シースヒータの最小屈曲半径：１５．５ｍｍ
発熱線２０の材質：ニッケル−クロム合金（ニッケル８０％、クロム２０％）
発熱線２０の丸線の直径：Φ０．５ｍｍ
発熱線２０の回転径：２ｍｍ
発熱線２０の回転ピッチＬ１：２ｍｍ
金属シース４０と発熱線２０との最短距離：１．５ｍｍ
金属シース４０の材質：アルミニウム
金属シース４０の内径：５．２ｍｍ
金属シース４０の厚み：０．５ｍｍ
金属シース４０の外径：６．２ｍｍ
【００６６】
［パターンレイアウト］
上述した実施例１および比較例１のヒータユニットにおけるシースヒータのパターンレイアウトを比較した。実施例１のヒータユニットにおけるシースヒータは、２芯片端子型の構成を有することで、シャフトの中空部におけるシースヒータの取り出しがシースヒータ１本当たり１本となる。このため、シャフトの中空部を有効に活用することができ、３つのシースヒータをヒータユニットに配置することができる。また、シースヒータの外径が４．５ｍｍと細径であるため、シースヒータの最小屈曲半径が十分小さく、図７（Ａ）に示すように、ヒータユニットに微細なパターン形状をレイアウトすることができる。一方で、比較例１のヒータユニットにおけるシースヒータは１芯両端子型の構成を有することで、シャフトの中空部におけるシースヒータの取り出しがシースヒータ１本当たり２本となる。このため、シャフトの中空部における端子の取り出しが混み合い、２つのシースヒータしかヒータユニットに配置することができない。また、シースヒータの外径が６．２ｍｍであるため、シースヒータの最小屈曲半径が大きく、図８（Ａ）に示すように、ヒータユニットにラフなパターン形状しかレイアウトすることができない。
【００６７】
［温度分布の評価］
上述した実施例１に係るヒータユニットを用いて、ヒータ加熱時の温度分布を測定した。実施例１におけるヒータ加熱時（２００℃）の設定条件は以下の通りである。
第１のヒータａ１（内側）が発生する熱量：５００Ｗ
第２のヒータｂ１（真ん中）が発生する熱量：１２００Ｗ
第３のヒータｃ１（外側）が発生する熱量：１２００Ｗ
【００６８】
上述した比較例１に係るヒータユニットを用いて、ヒータ加熱時の温度分布を測定した。比較例１におけるヒータ加熱時（２００℃）の設定条件は以下の通りである。
第１のヒータａ２（内側）が発生する熱量：２０００Ｗ
第３のヒータｃ２（外側）が発生する熱量：２０００Ｗ
【００６９】
上記設定条件下において平衡に達した時の実施例１および比較例１に係るヒータユニットにおけるステージの表面温度を、赤外線サーモグラフィ（ＦＬＩＲ社製）を用いて測定した。実施例１および比較例１に係るヒータユニットのＩＲ画像を図７（Ｂ）および図８（Ｂ）に示す。図７（Ｂ）において、実施例１に係るヒータユニットのＴ２−Ｎ２線（Ｌｉｎｅ１）、Ｕ２−Ｏ２線（Ｌｉｎｅ２）、Ｖ２−Ｐ２線（Ｌｉｎｅ３）、Ｑ２−Ｗ２線（Ｌｉｎｅ４）、Ｒ２−Ｌ２線（Ｌｉｎｅ５）、Ｓ２−Ｍ２線（Ｌｉｎｅ６）上の温度変化を図７（Ｃ）に示す。図８（Ｂ）において、比較例１に係るヒータユニットのＮ１−Ｊ１線（Ｌｉｎｅ１）、Ｏ１−Ｋ１線（Ｌｉｎｅ２）、Ｌ１−Ｐ１線（Ｌｉｎｅ３）、Ｍ１−Ｉ１線（Ｌｉｎｅ４）上の温度変化を図７（Ｃ）に示す。
【００７０】
図７（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、実施例１に係るヒータユニットでは、ステージの表面に大きな温度分布は観測されなかった。最大温度を示す位置は第１の基材の周辺領域であり、その温度は２００．８℃であった。一方、最小温度を示した場所は第１の基材の最外周領域であり、その温度は１９８．７℃となり、最大温度差は約２℃であった。一方、図８（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、比較例１に係るヒータユニットでは、ステージの表面に大きな温度分布が観測され、周辺領域から中心領域に向かうにつれて温度が大きく低下した。最大温度を示す位置は第１の基材の周辺領域であり、その温度は２０４℃であった。一方、最小温度を示した場所は第１の基材の中央領域であり、その温度は１９６．１℃となり、最大温度差は約８℃であった。
【００７１】
以上の結果より、実施例１にかかるヒータユニットにおいては、ステージの加熱を均一に行うことができることが分かった。したがって、このヒータユニットを備えた成膜装置や膜加工装置を用いることで、基板上に均一な特性を有する種々の薄膜を形成する、あるいは薄膜に対して基板上で均一な成形を行うことができるため、より精密に半導体プロセスを制御することが可能である。
【００７２】
［実施例２]
図９（Ａ）は、本発明の実施例２に係るヒータユニットのシースヒータのパターンレイアウトを示す断面構成図である。実施例２に係るヒータユニットは、上述した第１実施形態と略同様の構成であり、各パラメータは以下の通りである。
第１の基材および第２の基材の材質：アルミニウム
第１の基材および第２の基材の厚さ：５ｍｍ
第１の基材および第２の基材の直径：３３０ｍｍ
シースヒータのパターン：１ゾーン（図９（Ａ））
シースヒータの形態：２芯片端子型
シースヒータの最小屈曲半径：９ｍｍ
発熱線２０の材質：ニッケル−クロム合金（ニッケル８０％、クロム２０％）
発熱線２０の帯線の幅ｄ１：０．７５ｍｍ
発熱線２０の帯線の厚みｄ２：０．２ｍｍ
２軸の発熱線２０同士の最短距離：０．５ｍｍ
発熱線２０の回転軸間の距離：１．５ｍｍ
発熱線２０の回転径：１ｍｍ
発熱線２０の回転ピッチＬ１：２ｍｍ
金属シース４０と発熱線２０との最短距離：０．５ｍｍ
金属シース４０の材質：アルミニウム
金属シース４０の内径ｄ３：３．５ｍｍ
金属シース４０の厚みｄ４：０．５ｍｍ
金属シース４０の外径ｄ５：４．５ｍｍ
【００７３】
［比較例２］
図１０（Ａ）は、本発明の比較例２に係るヒータユニットのシースヒータのパターンレイアウトを示す断面構成図である。比較例２に係るヒータユニットは、丸線の発熱線を直線状に配置した２芯片端子型のシースヒータを備える。比較例２に係るヒータユニットは、発熱線の材質がニッケル−クロム合金であり、金属シースの材質がＳＵＳである。各パラメータは以下の通りである。
第１の基材および第２の基材の材質：アルミニウム
第１の基材および第２の基材の厚さ：５ｍｍ
第１の基材および第２の基材の直径：３３０ｍｍ
シースヒータのパターン：１ゾーン（図１０（Ａ））
シースヒータの形態：２芯片端子型
シースヒータの最小屈曲半径：８ｍｍ
発熱線の材質：ニッケル−クロム合金（ニッケル８０％、クロム２０％）
発熱線の丸線の直径：Φ０．５３ｍｍ
２軸の発熱線同士の最短距離：０．６ｍｍ
金属シースと発熱線との最短距離：０．６ｍｍ
金属シースの材質：ＳＵＳ
金属シースの内径：２．５４ｍｍ
金属シースの厚み：０．３３ｍｍ
金属シース４０の外径：３．２ｍｍ
なお、比較例２と同様の構成を有する（発熱線を直線状に配置した）シースヒータは、発熱線の材質がニッケル−クロム合金で、金属シースの材質がアルミニウムでは、それぞれの熱膨張率の差が大きいことから断線が問題となった。
【００７４】
［パターンレイアウト］
上述した実施例２および比較例２のヒータユニットにおけるシースヒータのパターンレイアウトを比較した。実施例２および比較例２のヒータユニットにおけるシースヒータは、２芯片端子型の構成を有することで、シャフトの中空部におけるシースヒータの取り出しがシースヒータ１本当たり１本となる。このため、シャフトの中空部を有効に活用することができ、何れも２つ以上のシースヒータをヒータユニットに配置することが可能である。また、シースヒータの外径が細径であるため、ヒータユニットに微細なパターン形状をレイアウトすることが可能である。実施例２および比較例２においては、図９（Ａ）および図１０（Ａ）に示すように配置した。
【００７５】
［熱サイクル試験後のステージ表面形状の評価］
実施例２および比較例２に係るヒータユニットを用いて、１５０℃および４００℃の温度昇降を５００サイクル繰り返す熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験後、実施例２および比較例２に係るヒータユニットのステージの表面形状を、三次元測定機（ミツトヨ社製）を用いて測定した。実施例２および比較例２に係るヒータユニットのステージの高さのばらつきを図９（Ｂ）および図１０（Ｂ）に示す。
【００７６】
図９（Ｂ）に示すように、実施例２に係るヒータユニットでは、ステージの表面に大きな高低差は観測されなかった。ステージの表面の平面度は０．００７５であった。一方、図１０（Ｂ）に示すように、比較例２に係るヒータユニットでは、ステージの表面に大きな高低差が観測され、ステージ周辺領域から中心領域に向かうにつれて大きく隆起した。ステージの表面の平面度は０．２０４８であった。比較例２においては、金属シースの材料がＳＵＳであり、第１の基材および第２の基材の材質がアルミニウムであることから、熱膨張率の差が大きく、熱サイクル試験によって変形したと考えられる。
【００７７】
［熱サイクル試験後のステージ表面および非加熱対象表面における温度分布の評価］
上述した熱サイクル試験後の実施例２に係るヒータユニットを用いて、ヒータ加熱時の温度分布を測定した。実施例２におけるヒータ加熱時（３６０℃）の設定条件は以下の通りである。
シースヒータが発生する熱量：２０００Ｗ
【００７８】
上述した熱サイクル試験後の比較例２に係るヒータユニットを用いて、ヒータ加熱時の温度分布を測定した。比較例２におけるヒータ加熱時（３６０℃）の設定条件は以下の通りである。
シースヒータが発生する熱量：２０００Ｗ
【００７９】
上記設定条件下において平衡に達した時の実施例２および比較例２に係るヒータユニットにおけるステージの表面温度を、赤外線サーモグラフィ（ＦＩＬＲ社製）を用いて測定した。実施例２および比較例２に係るヒータユニットのＩＲ画像を図９（Ｃ）および図１０（Ｃ）に示す。同様の設定条件下において平衡に達した時の実施例２および比較例２に係るヒータユニットにおける非加熱対象（この場合、ウエハ）の表面温度を、赤外線サーモグラフィ（ＦＩＬＲ社製）を用いて測定した。実施例２および比較例２に係るヒータユニット上の非加熱対象のＩＲ画像を図９（Ｄ）および図１０（Ｄ）に示す。
【００８０】
図９（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、実施例２に係るヒータユニットでは、ステージの表面および非加熱対象の表面に大きな温度分布は観測されなかった。ステージの表面の最大温度差は９．８２℃で、非加熱対象の表面の最大温度差は９．５１℃であった。一方、図１０（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、比較例２に係るヒータユニットでは、ステージの表面に大きな温度分布は観測されなかったが、非加熱対象の表面に大きな温度分布が観測された。非加熱対象の表面では、周辺領域から中心領域に向かうにつれて温度が大きく上昇した。ステージの表面の最大温度差は８．５５℃で、非加熱対象の表面の最大温度差は１５．５３℃であった。比較例２においては、非加熱対象を載置するステージの変形が、非加熱対象の温度分布に大きく影響したと考えられる。
【００８１】
以上の結果より、実施例２にかかるヒータユニットにおいては、ステージの変形を抑制し、非加熱対象の加熱を均一に行うことができることが分かった。したがって、このヒータユニットを備えた成膜装置や膜加工装置を用いることで、基板上に均一な特性を有する種々の薄膜を形成する、あるいは薄膜に対して基板上で均一な成形を行うことができるため、より精密に半導体プロセスを制御することが可能である。
【００８２】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【００８３】
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
【符号の説明】
【００８４】
２０：発熱線、３０：絶縁材、４０：金属シース、５０：接続端子、１００：ヒータユニット、１２０、１３０：シースヒータ、２００：第１の基材、２２０：第１の基材の溝、２４０：ステージ、３００：第２の基材、３２０：第２の基材の溝、４００：シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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