(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒーターの原料となるＭｏＳｉ２粉を、熱可塑性樹脂を含有するバインダーと混練し、押出し成型して棒材とし、さらにこれを型に嵌め込んで成型した後、この成型体を脱脂及び焼結して得た継ぎ目のないＵ字形の連続波形を有するＭｏＳｉ２製板状ヒーターであって、Ｕ字形の各屈曲部は板状ヒーターの板幅方向に屈曲し、該屈曲部は円弧状又は角形状であり、板幅対厚さの比（板幅／厚さ）が２以上であることを特徴とするＭｏＳｉ２製板状ヒーター。
【請求項２】
板状ヒーターの端子部を発熱部よりも幅広にして給電することを特徴とする請求項１記載のＭｏＳｉ２製板状ヒーター。
【請求項３】
板状ヒーターの端子部の厚さを発熱部よりも肉厚として給電すること特徴とする請求項１又は２記載のＭｏＳｉ２製板状ヒーター。
【請求項４】
板状ヒーターの発熱部を水冷機能付の金属電極により直接チャックして給電することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＭｏＳｉ２製板状ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒーターの集積性が高く高温化及び温度制御が容易であり、また加熱時の変形（あばれ）やショート等の故障が少なく、さらに低コストで製造できるＭｏＳｉ２製板状ヒーターに関する。
なお、本明細書で使用するＭｏＳｉ２製板状ヒーターは、純ＭｏＳｉ２乃至ＭｏＳｉ２に絶縁性酸化物等を含有させて電気抵抗を増加させたＭｏＳｉ２主成分とするヒーターを含む。
【０００２】
【従来の技術】
二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）を主成分とするヒーターは、優れた耐酸化特性を有するため、特に大気又は酸化性雰囲気下で使用する超高温ヒーターとして１９５０〜１９６０年頃から市販され、現在まで幅広い用途で使用されている。このヒーターは主成分として、ＭｏＳｉ２を７０ｗｔ％以上含有している。
従来、ガラス工業やセラミックス焼成等の多くの分野で使用されているヒーターは発熱部（なお、通常「発熱部」は、通電時に主として発熱するヒーターの径が細い部分（端子部以外）を意味する。）が１つのＵ字形を成す形状（２シャンク型）をしており、炉の天井や側壁から宙吊りに取付けられ、その炉の最高使用温度は１７００〜１８５０°Ｃに達する。
【０００３】
最近、半導体デバイスの微細化及びデバイス製造時間の短縮化と省エネルギー化に伴い、従来金属発熱体が使用されていたＣＶＤ装置や拡散炉等の半導体製造装置にＭｏＳｉ２を主成分とするヒーターが利用されるようになってきた。
ＭｏＳｉ２を主成分とするヒーターは優れた耐熱特性を有し、金属発熱体の約１０倍の表面負荷が可能であり、また急速加熱昇温することができる大きな特長を有する。
一般に、半導体製造装置に使用される熱処理炉は炉内の温度分布を厳密に制御するなど、非常に高精度な温度特性が要求される。
【０００４】
ＭｏＳｉ２を主成分とするヒーターは、通常図９に示すように、棒状のヒーター素材をＵ字形に曲げ、その発熱部の両端に端子部を溶接したＵ字形ヒーターが使用されている。図９においてＵ字形ヒーター３１は発熱部３２、溶接部３３、グリップ（端子）部３４、電極部３５からなる。
しかし、この端子部は発熱部に比べて温度低下が大きいので、上記のような精密な温度制御が必要となる炉では、図１０に示すように、端子部を減らすために同様に棒状のヒーター素材を曲げたＵ字形の発熱部を多数連接した形状（マルチシャンク）のヒーターが提案されている。
このような多数連接したヒーターの形状は、炉の内外を貫通する端子部の数が減るので該端子部から放熱する熱損失を減少させることができ、炉の温度の均一化に一定の効果があると考えられている。
最近はヒーターの集積性を高め、かつ熱のコントロールを正確にできるヒーターが求められている。ところが棒状のヒーター素材を曲げたヒーター又は溶接したヒーターは加熱時の変形（あばれ）が生じ易く、曲げ部を密にした場合はショート等の事故が発生するという問題があった。したがって、集積性を高めた高精度のヒーターを製造することは事実上難しいという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＭｏＳｉ２製ヒーターを加熱装置の底壁、上壁、側壁等に密に設置できるようにし、ショート等の事故がなく、精度良く加熱できるＭｏＳｉ２製ヒーターを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究の結果、ＭｏＳｉ２製ヒーターを板状にすることにより、集積度を高め、ショート等の事故がなく、正確に温度コントロールすることができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１．ヒーターの原料となるＭｏＳｉ２粉を、熱可塑性樹脂を含有するバインダーと混練し、押出し成型して棒材とし、さらにこれを型に嵌め込んで成型した後、この成型体を脱脂及び焼結して得た継ぎ目のないＵ字形の連続波形を有するＭｏＳｉ２製板状ヒーターであって、Ｕ字形の各屈曲部は板状ヒーターの板幅方向に屈曲し、該屈曲部は円弧状又は角形状であり、板幅対厚さの比（板幅／厚さ）が２以上であることを特徴とするＭｏＳｉ２製板状ヒーターを提供する。
【０００７】
本発明は、また
２．板状ヒーターの端子部を発熱部よりも幅広にして給電することを特徴とする上記１記載のＭｏＳｉ２製板状ヒーター
３．板状ヒーターの端子部の厚さを発熱部よりも肉厚として給電すること特徴とする上記１又は２記載のＭｏＳｉ２製板状ヒーター
４．板状ヒーターの発熱部を水冷機能付の金属電極により直接チャックして給電することを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載のＭｏＳｉ２製板状ヒーターを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のＭｏＳｉ２製板状ヒーターを製造する際には、まずヒーターの原料となるＭｏＳｉ２粉をバインダーと混合し、この混合物を例えば混練後棒状にし、型に嵌め込んで板状にプレス成型する。前記バインダーには熱可塑性樹脂を含有させて使用することが望ましい。バインダーに熱可塑性樹脂を含有させた場合、特に成型後の強度（グリーン強度）が上がり、成型精度を向上させたり、薄板の成型も可能となる。
この場合、棒状の混合物は塑造物であり、型の板状の窪みに一致する容量又は若干多めに装填するだけで良い。プレス成型した後の余剰のＭｏＳｉ２混合物は除去する。ここで重要な点は、各屈曲部は板状ヒーターの板幅方向に屈曲する形状に成型することである。
【０００９】
成型方法として、いくつかの方法を挙げることができる。その１として、ＭｏＳｉ２粉とバインダーの混合粉末を型に充填して加熱プレス成型する方法、その２として、ＭｏＳｉ２粉とバインダーの混合粉末を混練して粘土状にし、これによって得られた混合物を型に充填しプレス成型する方法、その３として、ＭｏＳｉ２粉とバインダーの混合粉末を混練して、押出し成形した棒材を型に嵌め込み、プレス成型する方法等がある。但し、熱可塑性のバインダーを使用する場合は、混練から成型するまで、材料と型の温度を適宜調整する必要がある。
本発明においては、いずれの方法を採用してもよく、成型する形状に応じて適宜選択して使用することができる。いずれの場合においても、基材内部に気泡等の欠陥が残らないように充填し、成型することが望ましい。
次に、この成型体を脱脂、一次焼結及び通電加熱焼結して屈曲部が板状ヒーターの板幅方向に屈曲したＭｏＳｉ２製板状ヒーターを作製する。
【００１０】
この屈曲部が板状ヒーターの板幅方向に屈曲していることが重要であり、構造的にヒーターとしての使用時に板の幅方向への変形は殆ど生じないという特徴を有する。したがって、板状ヒーターの間隔を小さくすることができ、集積度を著しく高めることができる。板状ヒーターの板幅対厚さの比（板幅／厚さ）は２以上、好ましくは４以上であることが望ましい。この比が大きい程、同じ厚みの板状ヒーターでは変形防止の効果がある。
このように集積度を高めたＭｏＳｉ２製板状ヒーターは、加熱装置等の底壁、上壁、側壁等に密に設置することができる。しかも、板幅方向への変形が殆どないのでショート等の事故がなく、ヒーターの集積度が高いために、炉内温度分布の均一性をより効果的に高めることができる。
【００１１】
さらに、棒材と同じ電流密度でも、板状ヒーターは熱処理する製品方向の発熱部の表面積が大きくなるので、加熱効率を上げることができ、製品の均熱性をより高めることができるという特長を有する。
本発明の板状ヒーターが連続波形を有する場合は、必ずしもＵ字形ばかりでなく、底の浅いＵ字形、Ｖ字形あるいはサインカーブ状の波形にも形成でき、さらに波高を変えることもできる。これらは単に屈曲の程度や長さを変えるものであり、本発明のＵ字形の連続波形は、これらの波形の全て包含するものである。
板状ヒーターの断面形状は必ずしも矩形（角が直角）である必要はなく、例えば板状ヒーターの隅角部に丸みを付け（Ｒを付け）、成型後に型から分離（離型）し易い形状にすることができる。
また、板状ヒーターの断面の全体形状を、楕円形状、半円形状、トラック形状等にしても良い。本発明の板状ヒーターの断面形状に特に制限はなく、上記の形状等、いずれも使用することができる。
【００１２】
本発明の板状ヒーターを使用する場合、重要なのは給電方法、特に端子部の構造である。板状ヒーターの発熱部に対して、給電する端子部の温度を十分に下げる必要がある。このため本発明は、板状ヒーターの端子部を発熱部よりも幅広にして給電するか、又は板状ヒーターの端子部の厚さを発熱部よりも肉厚として給電する。これによって、端子部の断面積を増加させ抵抗を下げることによって、端子部の加熱を抑制する。
また、上記に替えて、板状ヒーターの発熱部を水冷機能付の金属電極により直接チャックして給電することもできる。本発明においては、これらの給電方法をヒーターによる加熱条件に応じて任意に選択し、実施できる。
さらに、板状ヒーターの端子部又は端子部近傍の発熱部を断熱性及び絶縁性を有する材料で固定することが望ましい。これによって、端子等の接触による事故を効果的に防止することができる。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明の平板状ＭｏＳｉ２製板状ヒーターの具体例を図面に沿って説明する。なお、以下の実施例は、発明が容易に理解できるように、好適な例を示すことが目的であり、これらの実施例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基づく変形又は他の例は当然本発明に包含されるものである。
【００１４】
（実施例１）
図１に、左右対称にＳ字形を連接し、全体として一つの円の中にほぼ均等に納まるようにした形状のＭｏＳｉ２製板状ヒーターの例を示す。
このヒーター１の発熱部２の板幅は１０ｍｍ、板厚１．８ｍｍ、Ｓ字形の間隔は６ｍｍとした。ヒーター１の発熱部２の両端は、図の下方向に平行に延びており、この先端に端子部３を取付ける。
端子部３は温度を下げる必要があるので、図１のように発熱部２との接合部から次第に幅を広げ、例えば幅２０ｍｍの幅広の端子部３とすることができる。端子部３の幅は発熱部２の幅の２倍となっている。但し、この場合、発熱部２と端子部３の厚さは同一である。
この両方の端子部３、３を、図２に示すようにアルミナ等の耐熱性及び絶縁性を有する材料４で固定し、通電性を向上させるために、その先端にアルミニウム溶射５を施すことができる。これをさらに図３に示すように、ケーブル７に接続するホルダー６でチャックし通電できる構造とすることができる。
【００１５】
（実施例２）
図４に、左右対称にほぼ半円毎に屈曲を反転させ、全体として一つの円の中にほぼ均等に納まるようにした形状のＭｏＳｉ２製板状ヒーターの例を示す。
このヒーター１１の発熱部１２の板幅は５ｍｍ、板厚１．５ｍｍ、間隔は６ｍｍとした。ヒーター１１の発熱部１２の両端は、図の下方向に平行に延びており、この先端に端子部１３を取付ける。
端子部１３は温度を下げる必要があるので、図５のように発熱部１２の両側に、例えば同一の幅５ｍｍ、板厚１．５ｍｍの板を重ね合せて端子部１３とすることができる。端子部１３の厚さは発熱部１２の厚さの３倍となっている。但し、この場合、発熱部１２と端子部１３の幅は同一である。
この両方の端子部１３、１３を、図６に示すようにアルミナ等の耐熱性及び絶縁性を有する材料１４、１４で固定する。
実施例１と同様に、通電性を向上させるためにその先端にアルミニウム溶射１５を施すことができる。図７は耐熱性及び絶縁性を有する材料１４で固定した端子部１３、１３の断面を示す。これをさらに、例えば前記図３と同様に、ケーブルに接続するホルダーでチャックし通電できる構造とする。
【００１６】
（実施例３）
図８に、左右対称に白鳥が向い合ったような形状の、全体として一つの円の中にほぼ均等に納まるようにした形状のＭｏＳｉ２製板状ヒーターの例を示す。
このヒーター２１の発熱部２２の板幅は２０ｍｍ、板厚２．４ｍｍ、板の間隔は１０ｍｍとした。ヒーター２１の発熱部２２の両端は、図の中央から紙の裏面側に平行に突出している。この先端を水冷機能付の金属電極２３で直接チャックし通電できる構造とする。符号２４はヒーター２１の支持台を、符号２５は水冷管を、符号２６は給電ケーブルを示す。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のＭｏＳｉ２製板状ヒーターは、加熱装置等の底壁、上壁、側壁等に密に設置することができ、ヒーターとしての使用時に変形がなく、幅方向の短絡等による電気的ショート等の事故が防止でき、これによって炉の均熱性を高めることができ、温度コントロールが容易になるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】左右対称にＳ字形を連接し、全体として一つの円の中にほぼ均等に納まるようにした実施例１に示すＭｏＳｉ２製板状ヒーターの説明図である。
【図２】端子部をアルミナ等の耐熱性及び絶縁性を有する材料で固定した構造を示す斜視図である。
【図３】端子部をケーブルに接続するホルダーでチャックした構造の断面説明図である。
【図４】  左右対称にほぼ半円毎に屈曲を反転させ、全体として一つの円の中にほぼ均等に納まるようにした実施例２に示すＭｏＳｉ２製板状ヒーターの説明図である。
【図５】発熱部の両側に、同一の幅の板を重ね合せた端子部の斜視図である。
【図６】両方の端子部をアルミナ等の耐熱性及び絶縁性を有する材料で固定した構造の説明図である。
【図７】耐熱性及び絶縁性を有する材料で固定した端子部の断面を示す図である。
【図８】左右対称に白鳥が向い合ったような形状を有し、全体として一つの円の中にほぼ均等に納まるようにした実施例３のＭｏＳｉ２製板状ヒーターの説明図である。
【図９】Ｕ字形発熱部の両側に端子を溶接した従来のＵ字形ヒーターの説明図である。
【図１０】従来のＵ字形ヒーター部材を連接して、炉の内部に弧状ヒーターを取付ける場合の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１、１１、２１  ヒーター
２、１２、２２  発熱部
３、１３  端子部
４、１４  耐熱性及び絶縁性を有する材料
５、１５  アルミニウム溶射
６  ホルダー
７、２６  給電ケーブル
２３  水冷機能付の金属電極
２４  ヒーターの支持台
２５  水冷管
【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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