(57)【要約】【要約書】【課題】  テープ状の被加熱体を短時間に効率良く加熱を行うことができ、温度コントロールが容易であり、均一加熱ができるセラミックス製板状発熱体を提供する。【解決手段】  テープ状の被加熱体の片面側に、両端にＬ型の給電用端子部を有する板状発熱体を被加熱体の長手方向に複数配置したセラミックス製板状発熱体であって、該板状発熱体の幅方向に複数本のスリットを交互に形成することにより、板状発熱体中央のほぼ全域に、板状発熱体の平面から見てＵ字形又はＵ字形が連続したＭ形状の狭小な幅の発熱部が設けられており、また隣接する板状発熱体のＬ型端子部の少なくとも一方は接触せずに相互に交差して配置されていることを特徴とするセラミックス製板状発熱体。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の被加熱体の片面側に、両端にＬ型の給電用端子部を有する板状発熱体を被加熱体の長手方向に複数配置したセラミックス製板状発熱体であって、該板状発熱体の幅方向に複数本のスリットを交互に形成することにより、板状発熱体中央のほぼ全域に、板状発熱体の平面から見てＵ字形又はＵ字形が連続したＭ形状の狭小な幅の発熱部が設けられており、また隣接する板状発熱体のＬ型端子部の少なくとも一方は接触せずに相互に交差して配置されていることを特徴とするセラミックス製板状発熱体。
【請求項２】
テープ状の被加熱体から離間する方向へＬ型に屈曲している板状発熱体の部位のＲが１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項３】
板状発熱体の端子部の厚みが、発熱部の厚みと同等又は５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項４】
接触せずに相互に交差している板状発熱体の部位が、交差方向内側に相互に切り欠いた空所を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項５】
被加熱体の長手方向に複数配置した複数の板状発熱体が同一幅で縦列配置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項６】
相互に切り欠いた空所を備えている交差部位の板状発熱体の外側縁は、整列した複数の板状発熱体の外側縁に整列していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項７】
相互に切り欠いた空所を備えている板状発熱体の交差部位の幅が、発熱部の板幅の±２０％以内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項８】
板状発熱体の板厚が１〜５ｍｍ、長手方向に配列した板状発熱体の全板幅が１０〜４０ｍｍ、スリットのクリアランスが１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項９】
発熱部の板幅が３〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項１０】
複数のテープ状の被加熱体が連続的又は間歇的に移動し、その被加熱体の長手方向に沿って板状発熱体が複数列、縦列に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項１１】
板状発熱体が、ＭｏＳｉ２系、ＳｉＣ系又はランタンクロマイト系セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【請求項１２】
板状発熱体が、高純度ＭｏＳｉ２系又はＳｉＣ系セラミックスからなり、該セラミックスに含まれる不純物の、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量がそれぞれ２００ｐｐｍ以下、Ｎａ、Ｋの含有量がそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テープ状の被加熱体を急速かつ高温に加熱できる薄型のセラミックス製板状発熱体に関し、特に連続的に供給されるテープ状の被加熱体の加熱領域全域において所定の温度制御を厳密に行うことが可能で、また加熱効率が良く低消費電力化に対応できるセラミックス製板状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テープ状の被加熱体（基板）にＭＯＣＶＤ装置等で薄膜を連続的に形成するような場合、図４に示すように、石英管２０の周囲を、金属発熱体をガラス繊維で被覆したマントルヒーター２４で加熱すると共に、該石英管２０内に被加熱体であるテープ２１を通過させて所望の薄膜を成膜するというような外部加熱方式が採用されていた。符号２２は、薄膜形成物質を供給するための装置である。
しかし、このような金属製の加熱ヒーターを用いて且つ外部加熱方式では、高温に急速加熱するに出力不足で、また石英管２０内の温度コントロールでは応答が悪く、厳密な温度制御ができないという問題があった。また、外部加熱方式では、大型化（大口径化）が困難で、処理すべきテープ１本に対して、１個の加熱装置が必要となり、生産性も劣るという欠点を有していた。
【０００３】
このようなことから、より高温に加熱できるセラミックス製ヒーターを用いて内部加熱方式で加熱することが考えられた。一般に、セラミックスヒーターは加工が難しいために丸棒状の加熱体に仕上げ、それに通電して加熱するのが普通である。
しかし、高速、高温、かつ均一加熱を目指すためには、直線線状の丸棒加熱体を密に配列するか又は丸棒を密に繰り返し屈曲しマルチシャンクとする必要があった。しかし、前者は給電するために必要な端子部が直線線状の丸棒加熱体ごとに多数必要となる問題があり、また後者では繰返し密に屈曲することは、２０ｍｍ程度のピッチで限界になるという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１８４４５号公報
【０００４】
このようなことから、セラミックス製の板状加熱体（ヒーター）を使用することが考えられる。板状加熱体は、被加熱体に向けて面状に加熱できるため、最も加熱効率良く、均一加熱領域が広くなる上、低消費電力になるという利点がある。
しかし、従来の板状発熱体では、加熱帯域では均一加熱が容易であるが、端子部が発熱部の板厚より厚くなったり、端子部をＬ字に曲げるには大きなＲが必要とされたり、さらには隣接する発熱体の端子部同士が接触するのを避けるため、発熱体間隔を大きく開ける必要があるため、特別な工夫をしない限り、縦列配置した発熱体間では著しく温度降下が生じる問題がある。
特に、テープ等を加熱するような場合、板状加熱体を長手方向に複数枚並べて加熱装置を構成する場合には、縦列配置した発熱体間では温度降下が生じることや、制御不能の領域が存在することは重大な障害となっていた。高度な薄膜特性やアニール特性が要求されるようになってきた昨今においては、益々均一加熱という観点からの要求が強くなってきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、テープ状の被加熱体を急速かつ高温に加熱できる薄型のセラミックス製板状発熱体、特にテープ状の被加熱体の加熱領域全域において、所定の温度制御を厳密に行うことが可能で、また加熱効率が良く低消費電力化に対応できるセラミックス製板状発熱体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、薄型の板状発熱体を使用し、そこにスリット及び切り欠いた空所を形成し、複数の板状発熱体の配列構造を改善することにより、長手方向に隣り合う発熱体間の温度降下帯域の幅をできるだけ小さくできるとの知見を得た。
【０００７】
本発明は、この知見に基づき、１）テープ状の被加熱体の片面側に、両端にＬ型の給電用端子部を有する板状発熱体を被加熱体の長手方向に複数配置したセラミックス製板状発熱体であって、該板状発熱体の幅方向に複数本のスリットを交互に形成することにより、板状発熱体中央のほぼ全域に、板状発熱体の平面から見てＵ字形又はＵ字形が連続したＭ形状の狭小な幅の発熱部が設けられており、また隣接する板状発熱体のＬ型端子部の少なくとも一方は接触せずに相互に交差して配置されていることを特徴とするセラミックス製板状発熱体、２）テープ状の被加熱体から離間する方向へＬ型に屈曲している板状発熱体の部位のＲが１０ｍｍ以下であることを特徴とする上記１記載のセラミックス製板状発熱体、３）板状発熱体の端子部の厚みが、発熱部の厚みと同等又は５ｍｍ以下であることを特徴とする上記１又は２記載のセラミックス製板状発熱体、４）接触せずに相互に交差している板状発熱体の部位が、交差方向内側に相互に切り欠いた空所を備えていることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、５）被加熱体の長手方向に複数配置した複数の板状発熱体が同一幅で縦列配置していることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、を提供する。
【０００８】
さらに、本発明は、６）相互に切り欠いた空所を備えている交差部位の板状発熱体の外側縁は、整列した複数の板状発熱体の外側縁に整列していることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、７）相互に切り欠いた空所を備えている板状発熱体の交差部位の幅が、発熱部の板幅の±２０％以内であることを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、８）板状発熱体の板厚が１〜５ｍｍ、長手方向に配列した板状発熱体の全板幅が１０〜４０ｍｍ、スリットのクリアランスが１０ｍｍ以下であることを特徴とする上記１〜７のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、９）発熱部の板幅が３〜２０ｍｍであることを特徴とする上記１〜８のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、１０）複数のテープ状の被加熱体が連続的又は間歇的に移動し、その被加熱体の長手方向に沿って板状発熱体が複数列、縦列に配置されていることを特徴とする上記１〜９のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、１１）板状発熱体が、ＭｏＳｉ２系、ＳｉＣ系又はランタンクロマイト系セラミックスからなることを特徴とする上記１〜１０のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、１２）板状発熱体が、高純度ＭｏＳｉ２系又はＳｉＣ系セラミックスからなり、該セラミックスに含まれる不純物の、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量がそれぞれ２００ｐｐｍ以下、Ｎａ、Ｋの含有量がそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１〜１１のいずれかに記載のセラミックス製板状発熱体、を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、テープ状の被加熱体を急速かつ高温に加熱できる薄型のセラミックス製板状発熱体、特にテープ状の被加熱体の加熱領域全域において、所定の温度制御を厳密に行うことが可能で、また加熱効率が良く低消費電力化に対応できるセラミックス製板状発熱体を提供することができるという著しい効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明を主に図面に基づいて具体的に説明する。但し、図に示す構造はあくまで、本発明が理解し易いように説明するための一例を示すもので、図の構造に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に立脚する変形、他の構造又は構成は、当然本発明に含まれるものである。
本発明の板状発熱体は、両端部に給電用の端子部（電極及び端子）を設け、電流を流すことにより発熱させるものであり、発熱体の材料としては、ＭｏＳｉ２系、ＳｉＣ系又はランタンクロマイト系セラミックス等のセラミックス製の板状発熱体を使用することができる。
特に、ＭｏＳｉ２を主成分（ＭｏＳｉ２を７０ｗｔ％以上含有している）とする発熱体は、優れた耐酸化特性を有するため、大気又は酸化性雰囲気下で使用することが可能であり、また熱衝撃に強いため短時間に超高温に発熱させることができるので、望ましい材料である。また、加工温度までの急速昇温は、処理速度のアップとなり、生産速度を上げ、低コスト化が可能となる利点がある。
【００１１】
また、高純度なＭｏＳｉ２系又は高純度なＳｉＣ系発熱体を用いた場合は、発熱体からの汚染物質の放散がなく、成膜や熱処理した材料への汚染混入による特性の低下や劣化がないので好ましい材料である。
図１は、本発明の２個のセラミックス製板状発熱体を組合せた場合の部分説明図である。この図１に示すように、本発明のセラミックス製板状発熱体１は、その給電用端子部２の幅が全体の板状発熱体の幅に相当する。すなわちテープ状の被加熱体３の長手方向に沿って、被加熱体（テープ）３の片面側、すなわち図１では下側に、複数の板状発熱体１が整列するように設計される。
【００１２】
セラミックス製板状発熱体１の幅方向には、複数のスリット４を交互に形成する。これによって、板状発熱体中央のほぼ全域に、板状発熱体の平面から見てＵ字形又はＵ字形が連続したＭ形状の狭小な幅の発熱部５を形成することができる。
この時、発熱部の幅を端子部の幅の約１／４まで小さくすると、端子部の厚みはたとえ発熱部と同じでも端子部での抵抗加熱が抑制され、給電される電極部１１の温度を十分に下げることができる。電極部１１を含む端子部が薄いと、発熱体同士をより近接できるメリットがある。
このセラミックス製板状発熱体１は、打抜、放電加工、レーザー加工等の加工手段によって、加熱部あるいは端子部等を任意の形状に切出し加工することができる。
ここで、本発明の重要な点は、隣接する板状発熱体１のＬ型端子部及び端子部近傍の発熱部６は、接触せずに相互に交差していることである。これによって、複数の板状発熱体１を近接して整列させ、発熱部が存在しない領域を著しく小さくすることができ、全長に亘って均一な加熱が可能となる。
【００１３】
端子部近傍の発熱部６を接触せずに相互に交差させるためには、図１に示すように、交差方向内側に相互に切り欠いた空所７を設けることによって得ることができる。空所は製作が容易であることから通常矩形とするが、発熱部６を接触させずに相互に交差できれば、それ以外の形状でも良い。
この場合、相互に切り欠いた空所７を備えている交差部位の発熱部６の外側縁部８は、整列した複数の板状発熱体の、それ以外の外側縁部９に整列していることが必要となる。交差部位の発熱部６の幅は、発熱部５の板幅と±２０％以内とするのが良い。その結果、発熱部６は発熱部５と同様に、被加熱体を均一に加熱することに寄与する。
【００１４】
テープ状の被加熱体３から離間する方向に屈曲している部位１０の曲率半径Ｒは、極力小さい方、すなわちＲが直角に近くなるのが望ましいと言える。それは、隣接するセラミックス製発熱体１を、より近接に配置することができるからである。
上記交差部位の発熱部６の幅を発熱部５の板幅と±２０％以内にする別の効果としては、発熱部６の板幅が端子部２より狭くなったことにより、小さいＲでのＬ字曲げが可能になり、縦列配置したい発熱体をより近接させて配置できることである。しかし、セラミックス製発熱体１は、加工が難しいという問題があり、極端なＲの設計は亀裂を発生させる原因のとなるので、Ｒ５〜１０ｍｍ程度とするのが望ましい。
以上によって、被加熱体３の長手方向に複数配置した複数の板状発熱体１が、同一幅で整列しているセラミックス製板状発熱体１を得ることが可能となる。また、本発明の複数のセラミックス製板状発熱体１は、同一の形状とすることができるので、製造上も規格化でき、コストも低減できるメリットがある。
【００１５】
また、本発明のセラミックス製板状発熱体１は、文字通り板状なので、被加熱体を昇温させる熱効率は最も優れているという利点がある。しかも、温度コントロールはそれぞれの発熱体毎に行うことができ、長手方向に対し任意に温度設定が可能となる。幅広のテープ状被加熱体を処理する時は、長手方向だけでなく、幅方向にも複数の板状発熱体を整列させることができる。
一般に複数の発熱体を集合させて被処理物を加熱する場合、中央域は周辺の発熱体の熱影響を受けて周辺域よりも高温になる場合が多いが、本発明はセラミックス製板状発熱体毎にコントロールできるので、均一加熱が容易となる。
さらに、本発明のセラミックス製板状発熱体の板厚を１〜５ｍｍ、長手方向に配列した板状発熱体の全板幅を１０〜４０ｍｍ、スリットのクリアランスを１０ｍｍ以下、高温発熱部の板幅を３〜２０ｍｍとするのが望ましい。          
【００１６】
この数値範囲外のセラミックス製板状発熱体の製造も当然可能であるが、特にＭＯＣＶＤ装置等でテープ状の被加熱体の上に薄膜を形成するための発熱体としては、上記数値範囲にするのが好適である。
一般に、複数のテープ状の被加熱体は、連続的又は間歇的に移動し、その被加熱体の長手方向に沿って板状発熱体が複数列配置される。図２はセラミックス製板状発熱体１を合計１５個配置した例を示す。
図２ではスリットを形成して作製する発熱部や切り欠いた空所を備えたＬ型端子部を明示していないが、セラミックス製板状発熱体１の隣接するＬ型端子部及び端子部近傍の発熱部は接触せずに相互に交差している。図３は、このようなセラミックス製板状発熱体１の上に、５列のテープ状の被加熱体を連続的又は間歇的に移動させ、その表面に薄膜を形成する例を示す。
【００１７】
左右にはドラム２３が設けられており、例えば５ターンした後巻き取られる。符号２２は、薄膜形成物質を供給するための装置である。
板状発熱体は、上記の通りＭｏＳｉ２系、ＳｉＣ系又はランタンクロマイト系セラミックスを使用することができ、特に高純度ＭｏＳｉ２系又はＳｉＣ系セラミックスが望ましい。以上のセラミックスに含まれる不純物である、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの含有量がそれぞれ２００ｐｐｍ以下、Ｎａ、Ｋの含有量がそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００１８】
高純度ＭｏＳｉ２系又は高純度ＳｉＣ系発熱体を用いた場合は、発熱体からの汚染物質の放散がなく、成膜や熱処理した材料への汚染混入による特性の低下や劣化がないので好ましい材料である。また、耐酸化特性及び熱衝撃に強い材料とすることができ、短時間に超高温に発熱させることができ、急速昇温は、処理速度のアップとなり、生産速度を上げ、低コスト化が可能となる利点を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のセラミックス製板状発熱体は、テープ状の被加熱体を短時間に効率良く加熱を行うことができ、温度コントロールが容易であり、均一加熱ができるという著しい効果を有し、薄膜を連続的に形成する際のテープ状基板加熱に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の２個のセラミックス製板状発熱体を組合せた場合の部分説明図である。
【図２】本発明のセラミックス製板状発熱体を１５個配列した場合の例を示す図である。
【図３】同時に複数（５本）のテープを加熱する場合の薄膜形成装置の例を示す図である。
【図４】石英管の中を通してテープを加熱する形式の従来の加熱装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  セラミックス製板状発熱体
２  端子部
３  テープ状の被加熱体
４  スリット（開口部）
５  発熱部
６  端子部近傍の発熱部
７  空所
８  端子部近傍の発熱部の縁部
９  セラミックス製板状発熱体の縁部
１０  屈曲部
１１  電極部
２０  石英管
２１  テープ
２２  薄膜形成物質を供給するための装置
２３  ドラム
２４  マントルヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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