(57)【要約】【課題】加熱板１の中にシースヒータ３を収納した場合に、加熱−冷却時の温度変化に伴う熱応力、熱歪みが生じにくく、しかもシースヒータ３から加熱板１へと効率的な熱の移動が出来るプレートヒータを得る。【解決手段】プレートヒータは、加熱板１とこの加熱板１のヒータ用溝１１に埋め込まれたシースヒータ３のシース１３とがアルミニウムからなり、このシース１３の加熱板１側の接触面積が、前記ヒータ用溝１１を閉じた蓋板７側の接触面積より大きくなるようにシースヒータ３が加熱板１に埋め込まれているものである。より具体的には、シース１３の加熱板１側の接触面が凸形状になっており、且つ同シース１３の前記蓋板７側の接触面が平坦となっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の板体からなる加熱板（１）と、この加熱板（１）のヒータ用溝（１１）の中に埋設されたシースヒータ（３）とを有するプレートヒータにおいて、加熱板（１）とシースヒータ（３）のシース（１３）とがアルミニウムからなり、このシース（１３）の加熱板（１）側の接触面積が、前記ヒータ用溝（１１）を閉じた蓋板（７）側の接触面積より大きくなるようにシースヒータ（３）が加熱板（１）に埋め込まれていることを特徴とするプレートヒータ。
【請求項２】
シース（１３）の加熱板（１）側の接触面が凸形状になっており、且つ同シース（１３）の前記蓋板（７）側の接触面が平坦であることを特徴とする請求項１に記載のプレートヒータ。
【請求項３】
シース（１３）の加熱板（１）側の接触面の形状がシースヒータ（３）を埋め込む加熱板（１）のヒータ用溝（１１）により塑性変形して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のプレートヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板上に薄膜パターンを形成したり、あるいはその基板をエッチングする工程、さらには化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）等の手段でガラス基板等の基板上に薄膜を形成する工程において、基板を載せて加熱するプレートヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコーン系太陽電池等の半導体製品やフラットパネル用ガラス基板等のディスプレイパネル製品は、半導体ウエハやガラス基板等の基板上にフォトマスク等を適用して電極パターン等の薄膜パターンを形成したり、薄膜をエッチングして所定のパターンに形成する工程等を経て製造される。またディスクプレイパネル等に使用される透明基板上に形成される透明導電膜等からなる電極パターンは、いわゆるプラズマＣＶＤ法等の化学的気相堆積法等の手段で形成される。
これらの基板の電極パターン等の成膜工程は、殆どの場合に、単結晶Ｓｉウエハーの製造に比べて２００℃〜３００℃と比較的低い温度で基板を加熱した状態で行われる。この基板の加熱のために基板を載置した状態で加熱するのに使用されるのがプレートヒータである。
【０００３】
従来において、このような基板の加熱に使用されるプレートヒータは、熱伝導良好なステンレスやアルミニウム等の金属製の加熱板の中にシーズヒータ等のシースヒータを埋め込み、このシースヒータにより加熱板を加熱し、その上に載せられた基板を加熱する方式のものが多い。特にアルミニウム製の加熱板を使用したプレートヒータは、ステンレス鋼に比べて加熱板の熱容量が小さく、熱伝導率が高いので、温度応答性に優れ、加熱、冷却時間が短く、温度制御も容易である。また、表面をアルマイト処理することにより、基板面を絶縁したり、耐腐食性を増す事が出来る。
【０００４】
従来において、アルミニウム製の加熱板を使用したプレートヒータでは、アルミニウム板の裏面に溝を掘り、この溝にステンレス製のシースを有するシースヒータを埋め込んで固定していた。この場合、アルミニウムとステンレスとの熱膨張率の違いにより発生する熱歪みが問題となる。
【０００５】
シースヒータのステンレスシースの弾性限界の歪み量を０．２％とした場合、その弾性限界に達する温度Ｔを以下に求める。
０．２％（弾性限界歪み率）＝（αa−αｓ）×Ｔ（限界温度）×１００
Ｔ＝０．２／（２４×１０-6−１７×１０-6）×Ｔ×１００＝２８５．７℃
但し、αa：アルミニウムの熱膨張係数＝２４×１０-6１／℃
αｓ：ステンレスの熱膨張係数＝１７×１０-6１／℃
このように、限界温度Ｔは３００℃に満たない。
【０００６】
プレートヒータによる基板の加熱温度は薄膜パターンやホトレジスト等の成膜温度により決定されるが、４００℃以上の高い加熱温度が要求されることも多い。従来のアルミニウム製の加熱板を用いたプレートヒータでは、前述した通りステンレスシースの弾性限界は３００℃以下であり、４００℃の温度はこの温度を超えている。
【０００７】
もっとも、ステンレスシースの弾性限界を越えたとしても、すぐにステンレスシースが破断に至るものではないが、プレートヒータの四隅に有るステンレスシースヒータの大きな曲げ加工部等は、長時間の熱サイクルに晒されるとステンレスシースも破断することが有り、さらに、加熱温度が４００℃を越えると、ステンレスシースとアルミニウム製の加熱板との熱膨張率の相違により、加熱板が湾曲しやすくなる。そうすると、その上に載置した基板が変形し、基板に悪影響を及ぼす。
【０００８】
これらの熱膨張率の違いによる歪みを抑えるためには、シースヒータとしてアルミニウムシースを使用したアルミニウムシースヒータを使用することが有効である。アルミニウムシースヒータのアルミニウムシースは熱伝導率も高いため、その特性を活かした効率的な基板の加熱処理を実現することが要請される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−９１６６０号公報
【特許文献２】特開２００７−１６９７７７号公報
【特許文献３】特開２００６−１７２９７０号公報
【特許文献４】特開２００５−７１９４７号公報
【特許文献５】特開２００４−２４７２１０号公報
【特許文献６】特開２００４−７１３６３号公報
【特許文献７】特開２００２−３５９０６２号公報
【特許文献８】特開２００２−２８０１５２号公報
【特許文献９】特開２００２−２７０３４７号公報
【特許文献１０】特開２００１−１７６６４５号公報
【特許文献１１】特開２０００−２４３５４２号公報
【特許文献１２】特開平１０−３２２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来におけるプレートヒータの前記の課題に鑑み、加熱板の中にシースヒータを収納した場合に、加熱−冷却時の温度変化に伴う熱応力、熱歪みが生じにくく、しかもシースヒータから加熱板へと効率的な熱の移動が出来るプレートヒータを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明では、前記の目的を達成するため、アルミニウム製の加熱板１のヒータ用溝１１にアルミニウム製のシース１３を有するシースヒータ３を埋め込み、このシース１３の加熱板１側を半円弧にして接触面積が、前記ヒータ用溝１１を閉じた蓋板７側の接触面積より大きくなるようにし、さらにシース１３の蓋板７側を平坦にしてシースヒータが急激な昇温に於いても蓋板７との面が平坦なためにシース１３の溶接部４に過大な応力が掛からないようにして、シース１３並びに溶接部４の健全性を確保した。
【００１２】
すなわち、本発明によるプレートヒータは、加熱板１とこの加熱板１のヒータ用溝１１に埋め込まれたシースヒータ３のシース１３とがアルミニウムからなり、このシース１３の加熱板１側を半円弧にして接触面積が、前記ヒータ用溝１１を閉じた蓋板７側の接触面積より大きくなるようにシースヒータ３が加熱板１に埋め込まれているものである。より具体的には、シース１３の加熱板１側の接触面が凸形状になっており、且つ同シース１３の前記蓋板７側の接触面が平坦となっている。
【００１３】
このような特徴を有するプレートヒータでは、加熱板１とシースヒータ３のシース１３とが共にアルミニウムからなるため、加熱−冷却に伴う温度変化により、両者の熱膨張率の違いによる熱応力の発生が無く、加熱板１の熱歪みによる撓み等の変形を無くすることが出来る。しかも、シース１３の加熱板１側の接触面積が、前記ヒータ用溝１１を閉じた蓋板７側の接触面積より大きくなっているため、シースヒータ１３側から加熱板１へとより大量の熱を伝えることが出来るので、効率良く加熱板１を加熱することが出来て、シースヒータ１３のシース１３とその溶接部４がいかなる急昇温に於いても健全性が保たれる。
【００１４】
前記のようなシース１３の加熱板１側の接触面の形状は、シースヒータ３を埋め込む加熱板１のヒータ用溝１１により塑性変形して形成することが出来る。アルミニウム製のシース１３は、ステンレス等に比べて軟らかいので、塑性加工が容易である。このため、加熱板１のヒータ用溝１１に加工を施しておき、その中にシースヒータ３を埋め込んで加圧するだけで、シース１３の加熱板１側の接触面の形状を適宜に形成することが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明した通り、本発明によれば、加熱と冷却を繰り返しても、加熱板１の熱歪みの内プレートヒータを得ることが出来る。しかもシースヒータ３側から加熱板１へとより大量の熱を伝えることが出来るので、熱効率に優れたプレートヒータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例によるプレートヒータを示す裏面図である。
【図２】本発明の一実施例によるプレートヒータを示す側面図である。
【図３】本発明の一実施例によるプレートヒータ加熱板にシースヒータが埋設された部分の断面を示す要部断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるプレートヒータ加熱板にシースヒータが埋設される部分の埋設前の状態を示す要部断面図である。
【図５】本発明の他の実施例によるプレートヒータ加熱板にシースヒータが埋設された部分の断面を示す要部断面図である。
【図６】本発明の他の実施例によるプレートヒータ加熱板にシースヒータが埋設された部分の断面を示す要部断面図である。
【図７】本発明の他の実施例によるプレートヒータ加熱板にシースヒータが埋設された部分の断面を示す要部断面図である。
【図８】本発明の他の実施例によるプレートヒータ加熱板にシースヒータが埋設される部分の埋設前の状態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、アルミニウム製の加熱板１のヒータ用溝１１にアルミニウム製のシース１３を有するシースヒータ３を埋め込み、このシース１３の加熱板１側の接触面積が、前記ヒータ用溝１１を閉じた蓋板７側の接触面積より大きくなるようにすることで前記の目的を達成するものである。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態によるプレートヒータの底面図であり、図２はその側面図である。
加熱板１は金属製の板からなり、最も好ましくはアルミニウム系合金の板が使用される。例えば厚さ５０ｍｍのアルミニウム合金の板体からなる。
【００１９】
後述するように、加熱板１は表面を耐食性化するため陽極酸化等の手段で表面酸化処理し、表面にアルマイト（Ａｌ２Ｏ３等の酸化膜被膜）を形成する。そのため、加熱板１としては陽極酸化等による表面処理に適したアルミニウム合金が使用される。例えば国際アルミニウム合金名として５０００番台のＡｌ−Ｍｇ系合金や６０００番台のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等を使用することになる。
【００２０】
この加熱板１の所要の剛性を維持しながら肉薄化と軽量化を図る目的で、図１に示すように、その裏面にはリブ２が形成され、その間の部分は凹部９となっている。さらに、この加熱板１の裏面中央には円筒形のリード線引出筒部６が立設されている。
【００２１】
加熱板１の中には、シースヒータ３が配置され、このシースヒータ３のリード線８は前記リード線引出筒部６から電源側に引き出される。このシースヒータ３の配置パターンは、例えば図１に示すようなものであるが、これは加熱板１の加熱温度が全面にわたって出来るだけ均一になるようなパターンに設計して埋設する。加熱板１の放熱量はその中心部より周辺部の大きいが、例えば中心部に前述のようなリード線引出筒部６が立設されているとそこからの放熱もある。これらのバランスが均衡するようにシースヒータ３を配置することで、放熱板１の温度分布の均一性が得られるようなシースヒータ３の配置パターンを採用する。
【００２２】
図４に示すように、前記のシースヒータ３は、シース１３の中にタングステン、ニクロム、タンタル等の高融点金属からなる電熱線１４が収納され、この電熱線１４がシース１３の中に充填したマグネシア粉末等からなる無機絶縁材１５で絶縁されている。図示はしていないが電熱線１４をコイリングして電熱線１４自体の熱応力を緩和してシース１３に埋め込まれているものの方が良い。シースヒータのシース１３は一般にステンレスが使用されるが、ここでは加熱板１を前述のようなアルミニウム合金とし、なお且つシース１３にも同じようなアルミニウム合金のものを使用する。これにより、加熱板１とシースヒータ３との熱膨張率の違いによる熱応力を低減し、熱歪みによる加熱板１の反りや曲がりを低減することが出来る。
【００２３】
加熱板１の裏面に蓋用溝１２を設け、この蓋用溝１２の底にヒータ用溝１１を設け、このヒータ用溝１１の中に前記のシースヒータ３を埋め込んで装着する。図３は加熱板１にシースヒータ３が埋設された状態の部分断面を示し、図４は加熱板１にシースヒータ３が埋設される前の状態を示している。
【００２４】
図４に示すように、加熱板１の下面に断面矩形のシースヒータ１３より幅広の蓋用溝１２が設けられ、さらにこの奥、すなわち蓋用溝１２の天面にヒータ用溝１１が設けられている。このヒータ用溝１１は、上に突状となった半円筒面を有しており、ここに断面円形のシースヒータ３を嵌め込む。ヒータ用溝１１の半円筒面の径は、シースヒータ３の径と同じか僅かに大きい。また、このヒータ用溝１１の深さは、シースヒータ３の径より小さい。
【００２５】
図３に示すように、ヒータ用溝１１の中にシースヒータ３を嵌め込み、さらに前記蓋用溝１２に断面矩形の蓋板７を嵌め込み、ヒータ用溝１１の中のシースヒータ３を加圧してヒータ用溝１１の中に押し込む。これにより、シースヒータ３のシース１３が塑性変形し、ヒータ用溝１１の奥に接する部分が、そのヒータ用溝１１の半円筒面に倣って半円筒形となる。他方、シースヒータ３が蓋板７に当接する部分は、その蓋板７の平面形状に倣って塑性変形し、平面となる。図３にと図４に示した実施例では、蓋板７の厚さは蓋用溝１２の深さと同じになっており、図３に示されたように、蓋板７の下面は加熱板１の下面と面一となる。
【００２６】
この状態で蓋板７の両側を加熱板１の蓋用溝１２の縁部に溶接１０し、蓋板７を固定する。なお、蓋用溝１２に断面矩形の蓋板７を嵌め込む前に、予めシースヒータ３のシース１３を加熱板１のヒータ用溝１１の縁部に溶接４し、シースヒータ３を固定しておくこともある。何れの場合も、溶接手段としては摩擦攪拌溶接やレーザー溶接を用いることが出来る。
【００２７】
図３に示したように、前記加熱板１へシースヒータ３を埋め込む過程で、シース１３の加熱板１に接触する側が半円筒形に塑性変形し、前記蓋板７側に接触する側が平面形に塑性変形するため、シース１３の加熱板１側の接触面積が蓋板７側の接触面積より大きくなる。このため、シースヒータ３側から蓋板７側より加熱板１側へとより大量の熱を伝えることが出来、熱効率を高めることが出来る。
【００２８】
図５に示した実施例は、蓋板７の厚さを蓋用溝１２の深さより薄くして、加熱板１の裏側の溶接面が突起しないようにした例である。この実施例でも前記実施例と同様に、ヒータ用溝１１の中にシースヒータ３を嵌め込み、蓋用溝１２に蓋板７を嵌め込み、ヒータ用溝１１の中のシースヒータ３を加圧してヒータ用溝１１の中に押し込む。この状態で、蓋板７の下面は加熱板１の下面より蓋用溝１２の奥に入り込んだ状態となる。
それ以外は、図３と図４により前述した実施例と基本的に同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。
【００２９】
図６に示した実施例は、ヒータ用溝１１の内面形状の半円弧面がヒータ用溝１１にさらに喰い込やすくしてシースヒータ３が溝内で動かないように、同ヒータ用溝１１の長手方向にわたって連続し、且つその径方向に凹凸を幾回か繰り返す複数の峰−谷形状を呈している例である。このヒータ用溝１１の中に押し込められて塑性変形されるシースヒータ３のシース１３も、この峰−谷形状に倣って塑性変形される。シースヒータ３のシース１３の蓋板７に接する側は、前述の実施例と同様平坦である。
それ以外は、図３と図４により前述した実施例と基本的に同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。
【００３０】
図７と図８に示した実施例は、加熱板１の下面に蓋用溝１２を設けず、加熱板１の下面にヒータ用溝１１のみを設け、このヒータ用溝１１の中にシースヒータ３を嵌め込んだ例である。蓋板７’は加熱板１の下面のほぼ全体を覆うように加熱板１の下面に取り付ける。この際に、蓋板７’でヒータ用溝１１の中のシースヒータ３を加圧してヒータ用溝１１の中に押し込む。
【００３１】
蓋板７’は、例えば図７に示すように、ネジ１６により加熱板１の下面に固定される。或いは加熱板１と蓋板７’とにわたって貼り合わせピン１７を打ち込んで固定することも出来る。ネジ１６と貼り合わせピン１７を併用することもある。さらに必要に応じて、加熱板１と蓋板７’とにわたって、加熱板１の上面に載置される基板（図示せず）を押し上げるためのノックピン（図示せず）を通すための貫通孔１８が設けられる。
それ以外は、図３と図４により前述した実施例と基本的に同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によるプレートヒータは、半導体ウエハ等の基板上にフォトマスク等を適用して電極パターン等の薄膜パターンを形成したり、薄膜をエッチングして所定のパターンに形成する工程等において、基板を載置した状態で加熱するのに使用される。
【符号の説明】
【００３３】
１    加熱板
３    シースヒータ
７    蓋板
１１  ヒータ用溝
１２  蓋用溝
１３  シースヒータのシース
【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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