(57)【要約】【課題】分割された発熱体の配置形態を固定しつつ、分割された発熱体としての機能を発揮させる事を可能とする誘導加熱装置用発熱体の製造方法を提供する。【解決手段】黒鉛シート２６を厚み方向に圧縮し、圧縮した黒鉛シート２６を耐熱性部材から成るパッケージ３２の溝２９に収容し、黒鉛シート２６を収容したパッケージ３２を加熱して、収容した黒鉛シート２６を膨張させてパッケージ３２の内壁に黒鉛シート２６を密着させることを特徴とする。ここで、黒鉛シート２６を圧縮する前に、黒鉛シート２６を加熱膨張させることで、黒鉛シート２６に含まれるコンタミネーションを飛ばすようにすることが望ましい。【選択図】図２
2009087704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛シートを厚み方向に圧縮し、
圧縮した前記黒鉛シートを耐熱性部材から成るパッケージのキャビティに収容し、
前記黒鉛シートを収容した前記パッケージを加熱して、収容した前記黒鉛シートを膨張させて前記パッケージの内壁に密着させることを特徴とする誘導加熱装置用発熱体の製造方法。
【請求項２】
前記黒鉛シートを圧縮する前に、
前記黒鉛シートを加熱膨張させることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置用発熱体の製造方法。
【請求項３】
前記パッケージは、前記黒鉛シートを収容するキャビティを構成する溝を有するベースと、前記溝を封止するリッドとから構成し、
前記溝の深さを圧縮後の前記黒鉛シートの厚み以上、圧縮前の前記黒鉛シートの厚み以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置用発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置用発熱体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱を利用して加熱される被加熱物を均等加熱する観点から、誘導加熱装置に用いられる黒鉛板（グラファイト）を分割するという技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−１１８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されているような構成の発熱体は、配置形態の維持が困難であるため、その現実的使用は困難であった。また、仮に分割された黒鉛板同士の固定を図った場合でも、加熱・冷却時における膨縮率の違いにより、固定部の剥離、あるいは固定部材の破損等が生ずる可能性があった。
【０００４】
そこで、本発明では、分割された発熱体の配置形態を固定しつつ、分割された発熱体としての機能を発揮させる事を可能とする誘導加熱装置用発熱体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置用発熱体の製造方法は、黒鉛シートを厚み方向に圧縮し、圧縮した前記黒鉛シートを耐熱性部材から成るパッケージのキャビティに収容し、前記黒鉛シートを収容した前記パッケージを加熱して、収容した前記黒鉛シートを膨張させて前記パッケージの内壁に密着させることを特徴とする。
【０００６】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置用発熱体の製造方法は、前記黒鉛シートを圧縮する前に、前記黒鉛シートを加熱膨張させる工程を設けることが望ましい。このような工程を設けることにより、黒鉛シートに含まれるコンタミネーションを飛ばす事ができ、黒鉛シートを抵抗体として高純度化することができる。
【０００７】
さらに、前記パッケージは、前記黒鉛シートを収容するキャビティを構成する溝を有するベースと、前記溝を封止するリッドとから構成し、前記溝の深さを圧縮後の前記黒鉛シートの厚み以上、圧縮前の前記黒鉛シートの厚み以下とすることが望ましい。このような設定をした上で黒鉛シートの収容や熱処理を行うことで、発熱体を構成するパッケージの破損を無くすことができると共に、完成された発熱体における黒鉛シートと、パッケージ内壁面との密着性を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
上記のような特徴を有する誘導加熱装置用発熱体の製造方法によれば、黒鉛シートの固定部材としてのパッケージに剥離や破損を生じさせる事無く、分割された発熱体としての黒鉛シートの配置形態を固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の誘導加熱装置用発熱体の製造方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本発明により製造する発熱体の構成と共に、これを適用する誘導加熱装置の構成について説明する。
【００１０】
誘導加熱装置１０は、誘導加熱コイル２４、電源部１２、発熱体３４とを有し、発熱体３４の上面に載置した被加熱物４０を加熱することを基本とする。
前記誘導加熱コイル２４は、本実施形態の場合、例えば図２に示すように、同心円状に複数配置した外形Ｃ字型のコイルや、各ゾーン毎に電力調整を可能とした渦巻き型コイル（不図示）などであれば良い。複数配置された誘導加熱コイル２４は、図１に示すように、詳細を後述する発熱体３４や被加熱物４０の主面と平行になるよう、隣接して配置されるコイル同士が平面上に位置するように配置される。
【００１１】
前記電源部１２としては、例えば、コンバータ１４、チョッパ１６、およびインバータ１８を基本として構成される。
前記コンバータ１４には、例えば、三相交流電源２０が接続されている。コンバータ１４は、三相交流電源２０を介して電源部１２に入力される三相交流電流を直流に変換して、後段に接続されるチョッパ１６へと出力する純変換部である。
【００１２】
前記チョッパ１６は、コンバータ１４から出力される電流の通流率を変化させ、インバータ１８に入力電流の電圧を変化させる電圧調整部である。
前記インバータ１８は、チョッパ１６により電圧調整された直流電流を、交流電流へと変換して誘導加熱コイル２４へ供給する逆変換部である。なお、本実施形態で例に挙げる誘導加熱装置１０のインバータ１８は、誘導加熱コイル２４と共振コンデンサ２２とを直列に配置した直列共振型のインバータとする。また、複数の誘導加熱コイル２４にはそれぞれ、個別にインバータ１８、およびチョッパ１６が接続されている。なお、インバータ１８から誘導加熱コイル２４への出力電流の制御は、図示しない駆動制御部からの入力信号に基づいて行うものとする。
【００１３】
前記発熱体３４は、図１に示す形態の場合、誘導加熱コイル２４により加熱されて発熱源となる芯材の黒鉛シート２６と、前記黒鉛シート２６を被覆する耐熱性部材により構成されるパッケージ３２とより成る。
【００１４】
黒鉛シートは、耐熱性、熱伝導率が優れていながら、柔軟性、圧縮復元性等、他の黒鉛製品には無い特徴を有しており、隣接部材との密着性を良好に保つことができる。このため、例えばパッケージ部材との密着性を高めることにより、両者間の接触熱抵抗を改善することができる。また、圧縮復元性を有することより、詳細を後述するパッケージ３２中に収容した場合であっても、加熱時の膨張によりパッケージ３２を破壊する虞が無い。
なお、本実施形態に係る黒鉛シート２６は、図２に示すように、同心円上に配置される直径（半径）の異なる複数のリング状の黒鉛シート群によってその体を成す。
【００１５】
パッケージ３２は、耐熱性部材、好適には透光性を有する耐熱性絶縁体により構成されたベース２８と、同一部材により構成されたリッド（蓋体）３０とより成る。ベース２８とリッド３０とを同一部材とすることにより、両者の線膨張率が等しくなる。よって、加熱、あるいは冷却時における膨縮差により、両者間に剥離やクラックが生ずる虞が無くなる。
【００１６】
ここで、前記ベース２８は、例えば円板状に形成された石英から成り、その一主面には上述したリング状の黒鉛シート２６を収容（嵌め込む）するための溝２９（２９ａ〜２９ｄ）を形成する。溝２９の形成は、切削、研削、エッチング等の他、溶融させた石英を型に流し込むモールディング等の手法によるものでも良い。年輪状に複数形成する円形の溝２９は、その全てがベース２８の中心を基点とする同心円となるようにする。
前記リッド３０は、前記ベース２８と同径の円板であれば良く、前記ベース２８に形成された溝２９の開口部を封止する役割を担う。
【００１７】
次に、図３を参照して、本発明に係る誘導加熱装置用発熱体の製造工程について説明する。本実施形態に係る発熱体３４はまず、芯材となる黒鉛シート２６を加熱し、コンタミネーションを飛ばし、黒鉛シート２６の高純度化を図る。黒鉛シート２６の熱処理温度としては、２０００℃程度とすると良い。当該工程における熱処理の加熱方法としては、特に手段を選ぶ事は無いが、生産効率を考えた場合、急速加熱が可能な誘導加熱による事が望ましい。このような温度で黒鉛シート２６を加熱することにより、黒鉛シート２６は膨張し、その厚みが１割程度増すこととなる。例えば、厚さ１．０ｍｍの黒鉛シートであれば、熱処理後の厚さは、１．１ｍｍ程度となる（Ｓ１０）。
【００１８】
熱処理後、膨張した黒鉛シート２６を厚さ方向に圧縮する。この際、黒鉛シートを約０．１ｍｍの厚みを圧縮するのに、約１７０ｋＰａの力が必要となる。なお、圧縮には、圧延加工用のロールなどを用いれば良い（Ｓ２０）。
【００１９】
圧縮された黒鉛シート２６は、ベース２８に形成した溝２９に収容し、溝２９を覆うようにリッド３０を被せ、ベース２８とリッド３０とを接合する。なおベース２８とリッド３０との接合には、例えば直接接合の手法を用いると良い。直接接合は接合強度が高いため、黒鉛シート２６が誘導加熱された際や、冷却された際に生ずる歪みにより、ベース２８とリッド３０との間に剥離が生じ難いからである。なお直接接合は、ベース２８とリッド３０の両者の接合面を平坦化し、真空チャンバ内で加熱、および加圧する事により達成される（Ｓ３０）。
【００２０】
パッケージ３２内に黒鉛シート２６を収容、封止した後、当該黒鉛シート２６を封止したパッケージ３２ごと黒鉛シート２６を加熱する。加熱されることにより黒鉛シート２６は再び膨張し、パッケージ３２の内壁面、すなわち溝２９の内壁およびリッド３０に密着することとなる（Ｓ４０）。このため、ベース２８に設ける溝２９の深さは、圧縮後の黒鉛シート２６の厚み以上、加熱膨張後の黒鉛シート２６の厚み以下とすることが望ましい。
【００２１】
ベース２８に設ける溝２９の深さを上記のような範囲とすることで、溝２９とリッド３０の主面により構成されるパッケージ３２内部のキャビティの高さは、黒鉛シート２６の厚みよりも高くなる。よって、黒鉛シート２６を溝２９に収容した後に、リッド３０で溝２９を封止する際、黒鉛シート２６を圧縮する事無く溝２９の封止を完了させることができる。よって、封止に際して、リッド３０またはベース２８が、黒鉛シート２６から余分な反力を受ける事が無く、両者に余分な負担をかけること無く確実に接合を行うことができる。
【００２２】
また、ベース２８およびリッド３０と黒鉛シート２６との密着は、加熱された黒鉛シート２６の膨張で成されると共に、黒鉛シート２６の内部構造はポーラス構造であるために、膨張による余分な応力がベース２８やリッド３０に付加されることが無い。よって、加熱によりパッケージ３２が黒鉛シート２６の膨張により破損することは無い。
【００２３】
また、黒鉛シート２６は、膨張後に周辺温度が下がった場合であっても体積（厚み）の収縮が無いため、パッケージ３２の内壁面との密着性は定常的に維持されることとなる。
【００２４】
前記被加熱物４０としては、例えば半導体ウェハを挙げることができる。
上記のような発熱体３４の製造方法によれば、黒鉛シート２６をパッケージ３２に収容する際、および誘導加熱により黒鉛シート２６を加熱した際に、黒鉛シート２６を覆うパッケージ３２に余分な力が付加される事が無くなるため、パッケージ３２を構成するベース２８やリッド３０が破損する虞が無い。
【００２５】
また、上記のような発熱体３４を備えた誘導加熱装置１０を用いて被加熱物４０を加熱することによれば、各誘導加熱コイル２４による加熱ゾーン毎に黒鉛シート２６が分割されていることとなる。このため、発熱体３４における渦電流の発生領域は、溝２９に配置された黒鉛シート２６の形状に沿って強制的に定められることとなる。また、黒鉛シート２６は、熱伝導性に優れており、リングの幅は円板状のグラファイトに比べて狭いため、加熱ゾーンとして対応する誘導加熱コイル２４の中心が、リング状黒鉛シートの中心に対して多少ズレていた場合であっても、加熱効率や温度分布に影響が出る事は無い。
【００２６】
このため、発熱体３４中の温度分布に偏りが生ずることが無く、被加熱物４０と発熱体３４との中心を合わせることにより、被加熱物４０を均等加熱することが可能となる。
【００２７】
また、上記のような構成の発熱体３４は、黒鉛シート２６を石英でパッケージングしているため、黒鉛シートを加熱した際に飛散するパーティクルやコンタミネーション等が真空チャンバ内に生ずることが無い。このため、発熱体３４を真空チャンバ内に配置した上で被加熱物４０の加熱を行うことができ、発熱体３４と被加熱物４０とを近接させることが可能となる。つまり、被加熱物４０の加熱効率を向上させることができるのである。
【００２８】
さらに、黒鉛シート２６と被加熱物４０との間には、薄肉（例えば０．５〜１．５ｍｍ程度）の石英層が介在されることとなるため、被加熱物４０は、黒鉛シート２６からの放射熱の他、石英層を介して伝達される熱（熱伝達）によっても加熱されることとなり、被加熱物４０の加熱効率が向上する。
【００２９】
上記実施形態では、黒鉛シート２６を圧縮する前段として、黒鉛シート２６を単体で熱処理し、コンタミネーションを飛ばし、高純度化を図る旨記載した。しかしながら、本発明に係る発熱体の製造方法としては、必ずしも当該熱処理工程を設ける必要性は無い。黒鉛シート２６は、パッケージ３２により被覆されるためである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】誘導加熱装置に対する発熱体の配置構成を示す図である。
【図２】発熱体の構成を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態に係る発熱体の製造工程を示すフローである。
【符号の説明】
【００３１】
１０………誘導加熱装置、１２………電源部、１４………コンバータ、１６………チョッパ、１８………インバータ、２０………三相交流電源、２２………共振コンデンサ、２４………誘導加熱コイル、２６………導電体、２８………ベース、２９………溝、３０………リッド、３２………パッケージ、３４………発熱体、４０………被加熱物。
【図１】
2009087704.tif 000003
【図２】
2009087704.tif 000004
【図３】
2009087704.tif 000005