(57)【要約】【課題】シーズヒータに供給する単位面積当たりの電力（ワット密度）を上げる。また、シーズヒータの熱膨張および収縮を設計的に容易に予測できることで、想定外の繰り返し曲げ応力の発生を抑制する。【解決手段】シーズヒータ（１０）の表面を固体潤滑剤を用いて黒化処理（１２）する。ヒータパネル（２０）に、シーズヒータ（１０）を熱膨張に応じて変位可能に収容する閉所（２４）を形成する。ヒータパネル（２０）の閉所（２４）内にシーズヒータ（１０）を密着させて配置する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーズヒータの表面を固体潤滑剤を用いて黒化処理し、このシーズヒータをヒータパネルの所定位置に、熱膨張に応じて変位可能に配置したことを特徴とする真空処理装置用ヒータ。
【請求項２】
前記シーズヒータの表面を、二硫化モリブデンまたは二硫化モリブデンを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理したことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置用ヒータ。
【請求項３】
前記シーズヒータの表面を、二硫化タングステンまたは二硫化タングステンを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理したことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置用ヒータ。
【請求項４】
前記シーズヒータの表面を、グラファイトまたはグラファイトを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理したことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置用ヒータ。
【請求項５】
前記ヒータパネルに、前記シーズヒータを熱膨張に応じて変位可能に収容する閉所を形成し、この閉所内にシーズヒータを配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の真空処理装置用ヒータ。
【請求項６】
前記ヒータパネルを真空処理装置内に閉空間を隔てて設置し、該閉空間に熱伝導性を有する気体を封入したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の真空処理装置用ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばプラズマＣＶＤなどの真空成膜装置をはじめ、各種の真空処理装置に用いる真空処理装置用ヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えばプラズマＣＶＤなどの真空成膜装置では、成膜工程中は、基板が高密度プラズマに曝されることで基板の温度が上昇して膜特性に悪影響を及ぼすことを防止するため、又ヒータの過昇温を避けるため、加熱電力を低下させて成膜室を冷却し、基板の温度上昇を抑制することが必要であり、一方、成膜工程終了後つぎの成膜工程の待機中は、プラズマからの入熱分を補足する加熱電力を投入してヒータパネル温度を所望の値に保つことが必要である。
【０００３】
このような用途に用いる真空処理装置用ヒータとして、従来から、ヒータパネルの所定位置にシーズヒータが配置された構造のものが用いられ、また、この種のヒータまたはシーズヒータとしてさまざまなものが提案されている。例えば、特許文献１には、高密度カーボン製の２つのケース材を重ね合わせてできたヒータケース内に発熱体をヒータケースと密着するように組み込んだ基板加熱装置が記載されている。また、特許文献２には、保護管の表面に熱効率向上手段として黒化処理をほどこしたシーズヒータが記載されている。さらに、特許文献３には、保護管の表面に黒化皮膜を形成するシーズヒータの黒化処理方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２０９１５６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開昭５６−１１８８２号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開昭５６−３８４７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヒータパネルの所定位置にシーズヒータが配置された構造の真空処理装置用ヒータを用いて、成膜工程の終了後に成膜室を一気に加熱する場合、さまざまな不都合がある。
【０００８】
すなわち、シーズヒータに電力を供給すれば温度は上昇するが、例えばプラズマＣＶＤなどの真空成膜装置では、シースの素材に応じてシーズヒータは使用上限温度が決まっている。実用化されているシースの素材はステンレスとＮｉ合金である。例えばＳｉＨ４（シラン）のようなシリコンを使うプロセス、すなわちシリコン雰囲気では、Ｎｉ合金はシリサイド化してしまうために寿命が極端に短くなる。このため、シーズヒータの保護管に使える金属はステンレスだけで、この場合、ステンレスの表面温度は６５０℃以上に上げられないと規定されているからであり、そのため、保護管にステンレスを使ったシーズヒータの表面温度は６５０℃を使用上限温度としてそれ以上に上げることができない。
【０００９】
このことから、シーズヒータに供給可能な単位面積当たりの最大電力が決まってしまい、これより大きな電力をシーズヒータに供給するためには、シーズヒータの表面からヒータパネルに熱をどんどん逃がさなければならない。それには、シーズヒータからヒータパネルへの熱伝導をよくすること、すなわちシーズヒータ表面の輻射率を大きくすることが有効である。
【００１０】
ところが、シーズヒータの保護管はステンレスすなわち金属製であるため、表面の輻射率が小さいという問題がある。
【００１１】
また、シーズヒータからヒータパネルへの熱伝導をよくするにはシーズヒータとヒータパネルとを熱的に密着させることが重要であるが、シーズヒータは表面温度が６５０℃付近まで上昇するのに対して、ヒータパネルの表面温度は一般に２００℃を超える程度までしか上昇しないものであるから、シーズヒータの熱膨張による延び量と、ヒータパネルの熱膨張による変形量とには無視できない差異があり、そのため、シーズヒータとヒータパネルとを熱的に密着させる程度に機械的に拘束すると、熱膨張による相対変位を吸収することができず、極端な場合はシーズヒータが断線してしまうという問題がある。したがって、気体による熱伝導が期待できない場合、シーズヒータパネルにおけるシーズヒータとヒータパネルとは輻射のみによる熱の授受を設計方針とせざるを得ない。
【００１２】
したがって、シーズヒータからヒータパネルへの熱伝導の予測を設計に盛り込むことが困難で、シーズヒータの表面温度が許容値を超えやすく、設計的に大きな制約になるという問題があった。
【００１３】
この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、シーズヒータに供給する単位面積当たりの電力（ワット密度）を上げることができ、また、シーズヒータの熱膨張および収縮を設計的に容易に予測できることで、想定外の繰り返し曲げ応力の発生を抑制することのできる真空処理装置用ヒータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、シーズヒータの表面を固体潤滑剤を用いて黒化処理し、このシーズヒータをヒータパネルの所定位置に、熱膨張に応じて変位可能に配置した真空処理装置用ヒータである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記シーズヒータの表面を、二硫化モリブデンまたは二硫化モリブデンを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理した真空処理装置用ヒータである。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記シーズヒータの表面を、二硫化タングステンまたは二硫化タングステンを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理した真空処理装置用ヒータである。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記シーズヒータの表面を、グラファイトまたはグラファイトを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理した真空処理装置用ヒータである。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記ヒータパネルに、前記シーズヒータを熱膨張に応じて変位可能に収容する閉所を形成し、この閉所内にシーズヒータを配置した真空処理装置用ヒータである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記ヒータパネルを真空処理装置内に閉空間を隔てて設置し、該閉空間に熱伝導性を有する気体を封入した真空処理装置用ヒータである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、この発明による真空処理装置用ヒータの一実施の形態を備えたプラズマＣＶＤ装置の要部の模式的断面図であり、このプラズマＣＶＤ装置５０は、成膜室５１の壁の一部をなす蓋体５２の外側に水冷ジャケット５３が設置され、また、成膜室５１の蓋体５２の内側には、閉空間５４を隔てて真空処理装置用ヒータ１が、概略的に図示する成膜用の基板５５と平行に設置されている。
【００２１】
この真空処理装置用ヒータ１は、シーズヒータ１０とヒータパネル２０とで構成され、シーズヒータ１０の表面を固体潤滑剤を用いて黒化処理し、ヒータパネル２０の所定位置に形成した閉所２４内に、シーズヒータ１０を熱膨張に応じて変位可能に収容配置したものである。このような構造とすることで、シーズヒータ１０とヒータパネル２０との間の輻射伝熱における形態係数をほぼ１とすることができる。
【００２２】
図２に示すように、シーズヒータ１０は、ステンレス製の保護管１１を有するものであり、ステンレス製保護管１１の表面を、適宜の固体潤滑剤を用いて黒化処理したものである。すなわち、ステンレス製保護管１１の表面を、二硫化モリブデンまたは二硫化モリブデンを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理することで黒化処理部１２を形成するか、または、二硫化タングステンまたは二硫化タングステンを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理することで黒化処理部１２を形成するか、または、グラファイトまたはグラファイトを含有する材料からなる固体潤滑剤を用いて黒化処理することで黒化処理部１２を形成するか、いずれかの黒化処理部１２をステンレス製保護管１１の表面に形成することによって、シーズヒータ１０が構成される。
【００２３】
一方、ヒータパネル２０は、熱の応答性を良くするため、アルミニウムなどの熱容量の小さい金属を使用し、その表面に、例えば、アルミナ溶射、アルマイト、アルミナメッキなどの表面処理を施したものである。また、ヒータパネル２０は、２枚の実質的に同一形状のパネル板２１，２２が張り合わせて構成されるものであり、各パネル板２１，２２には閉所２４の半分の空間を作る凹溝２３，２３が形成され、凹溝２３，２３どうしを向かい合わせて両パネル板２１，２２を張り合わせることで作られる閉所２４内に、シーズヒータ１０を密着させて収容可能に構成されている。
【００２４】
図３に示すように、シーズヒータ１０は、その主要部である直線部１５の端部どうしが連結部１６で繋がっている。ヒータパネル２０の閉所２４も、シーズヒータ１０の直線部１５を収容する直線部２５の端部どうしが連結部２６で繋がっている。そして、シーズヒータ１０の連結部１６の奥行き（図３で左右方向の幅）に比べて、閉所２４の連結部２６の奥行き（図３で左右方向の幅）がずっと大きく形成されている。すなわち、シーズヒータ１０が加熱されると膨張して直線部１５が延びるが、この直線部１５の延びは、図３に破線で示すように、連結部１６の奥行き方向（図３で右方向）への変位となって現れる。この連結部１６の奥行き方向への変位量ｄは、奥行きが大きく形成されている閉所２４の連結部２６によって吸収される。このように、シーズヒータ１０の熱膨張による連結部１６の変位量ｄを、ヒータパネル２０の閉所２４の連結部２６が充分許容する大きさに形成されているため、ヒータパネル２０の閉所２４内にシーズヒータ１０を熱膨張に応じて変位可能に収容配置した真空処理装置用ヒータ１が構成されるものである。
【００２５】
上記のように構成された真空処理装置用ヒータ１は、シーズヒータ１０に通電して加熱すると、ステンレス製保護管１１の表面温度が短時間で上昇するが、ステンレス製保護管１１の表面に黒化処理部１２が形成してあるため、黒化処理してない場合に比べて、シーズヒータ１０の表面の輻射率を大きくすることができ、それだけシーズヒータ１０の表面からヒータパネル２０に熱がどんどん奪われるため、シーズヒータ１０の表面温度を使用上限温度６５０℃以下に保ちながら、単位面積当たりのより大きな電力をシーズヒータ１０に供給して、ワット密度を上げることができる。
【００２６】
また、ワット密度を上げない場合は、シーズヒータ１０の寿命を延ばし、真空処理装置用ヒータ１の寿命を延ばすことができる。
【００２７】
そして、シーズヒータ１０に供給する単位面積当たりの電力、すなわちワット密度をどの程度に設定するかは、シーズヒータ１０に要求される電力供給と寿命とのバランスを考慮して、適宜設計することが可能である。
【００２８】
一方、シーズヒータ１０は加熱による温度上昇にともなって膨張して直線部１５が延びるが、この直線部１５の延びは、シーズヒータ１０の周面とヒータパネル２０の凹溝２３，２３内面との接触部に摩擦を生じさせる。しかし、シーズヒータ１０の周面すなわちステンレス製保護管１１の表面は、固体潤滑剤を用いて黒化処理してあるため、固体潤滑剤を用いない場合に比べて、シーズヒータ１０の表面の摩擦係数を小さく、スベリをよくすることができ、それだけシーズヒータ１０とヒータパネル２０とのスキマを小さくすることができる。シーズヒータ１０とヒータパネル２０とのスキマを小さくすれば、それだけシーズヒータ１０とヒータパネル２０との形態係数が１に近づくために熱伝達の効率が向上し、これによってシーズヒータ１０の表面からヒータパネル２０に奪われる熱が増えるため、シーズヒータ１０の表面温度を使用上限温度６５０℃以下に保ちながら、より大きな電力をシーズヒータ１０に供給することができる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態では、真空処理装置用ヒータ１の一実施の形態として、図４（ａ）に示すように、２枚の実質的に同一形状のパネル板２１，２２を張り合わせて構成されるヒータパネル２０の閉所２４内に、シーズヒータ１０を収容したが、これに限定するものでなく、例えば、図４（ｂ）に示すように、一方のパネル板２１に閉所２４の全空間を作る凹溝２３を形成し、他方のパネル板２２には凹溝のない平板を使用し、両パネル板２１，２２を張り合わせて構成されるヒータパネル２０の閉所２４内に、シーズヒータ１０を収容してもよい。なお、ヒータパネル２０のパネル板２１と２２との間に入熱量の差異が生じ、パネル板２１と２２との温度が異なるような場合には、パネル板２１と２２とが相対的にスライドできるようにしておけばよい。また、形態係数の低下により熱効率は低下するが、必要に応じて、例えば、図４（ｃ）に示すように、互いに間隔を隔てて平行に組み合わされる２枚の平板状のパネル板２１，２２で構成されるヒータパネル２０の間隔内の所定位置に、シーズヒータ１０を配置してもよく、さらに、例えば、図４（ｄ）に示すように、１枚の平板状のパネル板２１で構成されるヒータパネル２０の片面（または両面）の所定位置に、シーズヒータ１０を配置することも可能である。
【００３０】
また、上記の実施の形態における閉空間５４には、真空処理装置の処理内容に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素などのガスを封入するようにしてもよい。このように閉空間５４にガスを封入することによって、輻射だけでなく熱伝導や熱対流によってヒータパネル２０の熱を抜熱することができ、プラズマから基板を経由してヒータパネル２０に入熱した熱による過昇温を緩和することができる。なお、閉空間５４へのガス封入に替えて又は加えて、ヒータパネル２０の中央部に１本の抜熱用の金属棒を設けるようにしたり、ヒータパネル２０の表面に複数本の抜熱用の金属棒を適当な間隔で配置するようにしたりしてもよい。
【００３１】
また、上記の実施の形態では、真空処理装置用ヒータ１を適用する真空処理装置として、プラズマＣＶＤ装置５０を例示したが、これに限定するものでなく、その他の真空成膜装置など各種の真空処理装置に適用することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
この発明は以上のように、シーズヒータの表面を固体潤滑剤を用いて黒化処理し、このシーズヒータをヒータパネルの所定位置に、熱膨張に応じて変位可能に密着させて配置した構成としたので、シーズヒータの表面を黒化処理することで、シーズヒータ表面の輻射率を大きくすることができ、それにより、シーズヒータの熱がヒータパネルに奪われるため、シーズヒータの温度上昇を抑制しながら、シーズヒータに供給する単位面積当たりの電力（ワット密度）を上げることができ、また、ワット密度を上げない場合は、寿命を延ばすことができるという効果がある。
【００３３】
しかも、シーズヒータの表面を黒化処理する材料として固体潤滑剤を用いることで、シーズヒータ表面の摩擦係数を小さく、スベリをよくすることができ、それにより、シーズヒータの熱膨張および収縮を設計的に容易に予測することができるため、シーズヒータの想定外の繰り返し曲げ応力の発生を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による真空処理装置用ヒータの一実施の形態を備えたプラズマＣＶＤ装置の要部の模式的断面図である。
【図２】図１の真空処理装置用ヒータの要部の拡大断面図である。
【図３】図２の真空処理装置用ヒータの側面からみた断面図である。
【図４】この発明による真空処理装置用ヒータの各種の実施の形態を示す概略的断面図である。
【符号の説明】
１  真空処理装置用ヒータ
１０  シーズヒータ
１１  ステンレス製保護管
１２  黒化処理部
１５，２５  直線部
１６，２６  連結部
２０  ヒータパネル
２１，２２  パネル板
２３  凹溝
２４  閉所
５０  プラズマＣＶＤ装置
５１  成膜室
５２  蓋体
５３  水冷ジャケット
５４  閉空間
５５  基板
【図１】
2004265808.tif 000003
【図２】
2004265808.tif 000004
【図３】
2004265808.tif 000005
【図４】
2004265808.tif 000006