JP2022156762A - シースヒータ及びそれを有する基板支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させたシースヒータを提供する。または、信頼性を向上させたシースヒータを有する基板支持装置を提供する。【解決手段】本発明のシースヒータは、第１の金属線と、第１の金属線の第１の端部に接続する第１の端子と、第１の端子に接続し、第２の金属線に接続する第１の導電性可撓性部材と、第１の金属線の第２の端部に接続する第２の端子と、第２の端子に接続し、第３の金属線に接続する第２の導電性可撓性部材と、を備え、第１の導電性可撓性部材と第２の導電性可撓性部材とは隣接して配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、シースヒータに関する。または、本発明は、シースヒータを有する基板支持装置に関する。

シースヒータは、金属チューブ状のシース内に発熱線を保持し、金属シースと発熱線の間隙に熱伝導性の高い絶縁材を充填したヒータである。シースヒータは、発熱体の表面が電気的に絶縁されていることから、気体、液体、金属などを直接、加熱することができる。また、シースヒータは任意の形状にレイアウトすることができ、その利便性から、様々な用途に用いられる。このため、多様なニーズに対応したより複雑な形状にレイアウトできるように、より細径のシースヒータへの需要が高まっている。一方で、シースヒータは発熱線に電気を流して加熱することから、発熱線の短絡や破損を防止するための工夫も必要となる。

例えば、特許文献１には、発熱線の断線を抑制する目的から、金属シースと、金属シース内に間隙をもって配置され、帯状であり、金属シースの軸方向に対して回転して配置される発熱線と、間隙に配置される絶縁材と、金属シースの一端に配置され、発熱線の両端それぞれと電気的に接続する接続端子と、を備えるシースヒータが記載されている。

また、特許文献２には、シースとリード線との接続部に発生する熱応力に伴う熱歪みを緩和する目的から、シースヒータの発熱線の端部とリード線の端部とをバネ性を有する接続用導体を介して接続するシースヒータのリード線接続端子が記載されている。

特開２０１８－１８１５８６号公報 特開２０１１－２５３６９１号公報

本発明の一実施形態は、信頼性を向上させたシースヒータを提供することを目的の１つとする。または、本発明の一実施形態は、信頼性を向上させたシースヒータを有する基板支持装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一実施形態によると、第１の金属線と、第１の金属線の第１の端部に接続する第１の端子と、第１の端子に接続し、第２の金属線に接続する第１の導電性可撓性部材と、第１の金属線の第２の端部に接続する第２の端子と、第２の端子に接続し、第３の金属線に接続する第２の導電性可撓性部材と、を備え、第１の導電性可撓性部材と第２の導電性可撓性部材とは隣接して配置される、シースヒータが提供される。

第１の導電性可撓性部材及び第２の導電性可撓性部材は、金属コイル、撚線及び平編線から選択されてもよい。

シースヒータが、屈曲部を有する形状を有し、第１の導電性可撓性部材と第２の導電性可撓性部材とは、屈曲部に配置される。

導電性可撓性部材は金属コイルであり、屈曲部において、第２の金属コイルのピッチが、第１の金属コイルのピッチよりも大きくてもよい。

シースヒータが、屈曲部を２箇所以上有してもよい。

シースヒータが、前記第１の金属線、前記第１の端子、前記第２の金属線、前記第１の導電性可撓性部材、前記第２の端子、前記第３の金属線、及び前記第２の導電性可撓性部材を覆う金属シースをさらに備え、屈曲部の曲率半径が、金属シースの直径の２倍以上であってもよい。

金属シースに充填された絶縁材粒子をさらに備え、絶縁材粒子が、第１の導電性可撓性部材と第２の導電性可撓性部材との間に配置され、第１の導電性可撓性部材と第２の導電性可撓性部材との距離が、０．１４ｍｍ以上であってもよい。

また、本発明の一実施形態によると、上記の何れかのシースヒータを備える、基板支持装置が提供される。

本発明の一実施形態によると、信頼性を向上させたシースヒータを提供することができる。または、本発明の一実施形態によると、信頼性を向上させたシースヒータを有する基板支持装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るシースヒータ１００の模式図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータ１００の断面構造を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る屈曲部１９１の断面端図を示す。 本発明の一実施形態に係る基板支持装置１０００の斜視図である。

以下に一実施形態に係る本発明のシースヒータ及び基板支持装置について、図を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明のシースヒータ及び基板支持装置の一例であり、本発明のシースヒータ及び基板支持装置は以下の実施形態に限定されるわけではない。

また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

図１は、本発明の一実施形態に係るシースヒータ１００の模式図である。金属シース１０１の一端から２本の非発熱線１１１が引き出された構造を有する。一例として、シースヒータ１００は、非発熱線１１１側から見た平面視において、渦巻状の配置を有するが、これに限定されるものではない。また、シースヒータ１００は、少なくとも１つの屈曲部を有する。または、シースヒータ１００は、２つ以上の屈曲部を有してもよい。図１においては、シースヒータ１００が屈曲部１９１と屈曲部１９３を有する例を示した、これに限定されず、３つ以上の屈曲部を有してもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係るシースヒータ１００の断面構造を示す模式図である。なお、図２においては、シースヒータ１００が直線状に配置された構造を示す。シースヒータ１００は、発熱線（第１の金属線とも称する）１２１と、発熱線１２１の一端に接続する第１の端子１１５ａと、第１の端子１１５ａに接続し、第１の非発熱線（第２の金属線とも称する）１１１ａに接続する第１の導電性可撓性部材１１３ａを備える。また、シースヒータ１００は、発熱線１２１の他端に接続する第２の端子１１５ｂと、第２の端子１１５ｂに接続し、第２の非発熱線（第３の金属線とも称する）１１１ｂに接続する第２の導電性可撓性部材１１３ｂを備える。シースヒータ１００において、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂとは隣接して配置される。また、第１の端子１１５ａと第２の端子１１５ｂとは隣接して配置される。第１の非発熱線１１１ａと第２の非発熱線１１１ｂとは隣接して配置される。

図２において、一点鎖線は、発熱線１２１、第１の端子１１５ａ、第１の導電性可撓性部材１１３ａ、及び第１の非発熱線１１１ａの中心を通る線、及び発熱線１２１、第２の端子１１５ｂ、第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び第２の非発熱線１１１ｂの中心を通る線を示す。発熱線１２１は、シースヒータ１００の先端部で折り返された配置を有する。第１の端子１１５ａは、発熱線１２１と第１の非発熱線１１１ａを接続するための端子であるが、本実施形態においては、第１の端子１１５ａと第１の非発熱線１１１ａを第１の導電性可撓性部材１１３ａを介して接続する。また、第２の端子１１５ｂは、発熱線１２１と第２の非発熱線１１１ｂを接続するための端子であるが、本実施形態においては、第２の端子１１５ｂと第２の非発熱線１１１ｂを第２の導電性可撓性部材１１３ｂを介して接続する。第１の非発熱線１１１ａ、第１の導電性可撓性部材１１３ａ、第１の端子１１５ａ、発熱線１２１、第２の端子１１５ｂ、第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び第２の非発熱線１１１ｂは、電気的に接続されている。

シースヒータ１００において、金属シース１０１は、発熱線１２１、第１の端子１１５ａ、第１の導電性可撓性部材１１３ａ、第１の非発熱線１１１ａ、第２の端子１１５ｂ、第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び第２の非発熱線１１１ｂを覆う。また、金属シース１０１には、絶縁材粒子１３１が充填されている。シースヒータ１００の先端部で折り返された発熱線１２１の間、第１の端子１１５ａと第２の端子１１５ｂの間、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂの間、第１の非発熱線１１１ａと第２の非発熱線１１１ｂの間には、絶縁材粒子１３１が配置されている。さらに、金属シース１０１は、発熱線１２１、第１の端子１１５ａ、第１の導電性可撓性部材１１３ａ、第１の非発熱線１１１ａ、第２の端子１１５ｂ、第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び第２の非発熱線１１１ｂと、金属シース１０１と間にも、絶縁材粒子１３１が配置されている。

一実施形態において、絶縁材粒子１３１として、酸化マグネシウム粒子、酸化アルミニウム粒子、窒化ホウ素粒子、窒化ケイ素粒子、窒化アルミニウム粒子及び窒化アルミニウム系セラミックス粒子から選択される一種の粒子を用いることができる。一実施形態において、絶縁材粒子１３１として、酸化マグネシウム粒子を用いることが好ましい。

一実施形態において、発熱線１２１は、通電することでジュール熱を発生する導電体を用いることができる。具体的には、タングステン、タンタル、モリブデン、白金、ニッケル、クロム、コバルト及びジルコニウムから選択される金属を含むことができる。金属はこれらの金属を含む合金でもよく、例えば、ニッケルとクロムの合金、ニッケル、クロム、及びコバルトを含む合金、又はジルコニウム合金であってもよい。図２において、発熱線１２１を線状の導電体をコイル状の構造として例を示したが、これに限定されず、帯状の導電体をコイル状の構造としてもよい。

一実施形態において、第１の端子１１５ａ、第１の導電性可撓性部材１１３ａ、第１の非発熱線１１１ａ、第２の端子１１５ｂ、第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び第２の非発熱線１１１ｂは、非発熱領域を構成する。非発熱領域に配置されるこれらの部材には、通電することでジュール熱を発生しない、又はジュール熱を発生しにくい導電体を用いることができる。一実施形態において、非発熱領域に配置されるこれらの部材には、純鉄、鋳鉄、鉄合金、純ニッケル、ニッケル合金、純銅、及び銅合金から選択される金属を用いることができる。図２において、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂを線状の導電体をコイル状の構造とした金属コイルの例を示したが、導電性可撓性部材はこれに限定されるものではない。第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂには、伸縮性のある導電性の線材を用いることができる。例えば、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂとして、帯状の導電体をコイル状の構造とした金属コイルを用いてもよく、撚線又は平編線を用いてもよい。

金属シース１０１は、発熱線１２１を保護するためのカバーであり、且つ、発熱線１２１が発生する熱エネルギーを効率よく被加熱物へ伝えるための部材である。発熱線１２１の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。一実施形態において、金属シース１０１には、純アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、純ニッケル、ニッケル合金、純銅、銅合金、純チタン、チタン合金、及びセラミックスを用いることができる。

図３は、屈曲部１９１の断面端図を示す。第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂは、屈曲部１９１に配置される。図示しないが、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂは、屈曲部１９３にも配置される。図３において、一点鎖線は、シースヒータ１００の中心線を示す。屈曲部１９１において、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂとは隣接して配置されるが、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂとの距離は、屈曲部１９１と非屈折部とを比較して、大きくは変化せず、好ましくは、ほとんど変化しない。

本実施形態のように、金属シース内で発熱線を折り曲げ、発熱線に接続した２本の非発熱線を引き出す、所謂、２芯構造を有する従来のシースヒータでは、シースヒータに曲げを加えた際に、非発熱線に用いられるニッケル棒は軸方向に伸縮しないため、曲げの内側と外側の経路差により、外側の非発熱線が引っ張られ、曲げの内側に移動しようとする力が働く。これにより、発熱線同士、又は非発熱線同士が接近し、短絡や破損の原因となっていた。

本実施形態のシースヒータ１００においては、非発熱領域に配置された第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂが屈曲部１９１や屈曲部１９３において屈曲する際に、シースヒータ１００の中心線方向又は第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂが配置された軸方向に伸縮する。このため、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂが金属コイルである場合には、屈曲部１９１においては、第２の金属コイル１１３ｂのピッチＰ２が、第１の金属コイル１１３ａのピッチＰ１よりも大きくなる。

本実施形態のシースヒータ１００においては、屈曲部１９１の外側に位置する第２の導電性可撓性部材１１３ｂが引っ張られても、第２の導電性可撓性部材１１３ｂが伸びることにより、屈曲部の内側に移動しようとする力を抑制するため、シースヒータ１００を屈曲させた際に、折り返された発熱線１２１同士の接近、第１の端子１１５ａと第２の端子１１５ｂの接近、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂの接近、及び／又は第１の非発熱線１１１ａと第２の非発熱線１１１ｂの接近を抑制することができる。これにより、折り返された発熱線１２１同士、第１の端子１１５ａと第２の端子１１５ｂ、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び／又は第１の非発熱線１１１ａと第２の非発熱線１１１ｂの安定した絶縁距離を確保することができるため、シースヒータ１００における短絡を防止することができる。

このため、一実施形態において、シースヒータ１００は、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂとの距離を０．１４ｍｍ以上とすることができる。絶縁材粒子１３１として酸化マグネシウム粒子、酸化アルミニウム粒子、窒化ホウ素粒子、窒化ケイ素粒子、窒化アルミニウム粒子及び窒化アルミニウム系セラミックス粒子から選択される一種の粒子を用いる本実施形態のシースヒータ１００においては、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂとの距離を０．１４ｍｍ以上として、折り返された発熱線１２１同士、第１の端子１１５ａと第２の端子１１５ｂ、及び第１の非発熱線１１１ａと第２の非発熱線１１１ｂの距離を０．１４ｍｍ以上に維持することにより、２０８Ｖの交流定格電圧において、短絡による断線を防止することができる。

一実施形態において、第１の導電性可撓性部材１１３ａ、第２の導電性可撓性部材１１３ｂ及び発熱線１２１の外径は、４．２ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、一実施形態において、発熱線１２１、第１の端子１１５ａ、第１の導電性可撓性部材１１３ａ、第１の非発熱線１１１ａ、第２の端子１１５ｂ、第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び第２の非発熱線１１１ｂと、金属シース１０１の内径との最短絶縁距離は、５００ＶＡＣ～１５００ＶＡＣを印加した際のリーク電流を１ｍＡ以下とする時に、０．３３ｍｍ～０．９９ｍｍとすることができる。このため、本実施形態においては、金属シース１０１の外径φを３ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。

また、一実施形態において、シースヒータ１００は、屈曲部１９１や屈曲部１９３の曲率半径Ｒを金属シース１０１の直径の２倍以上とすることができる。即ち、屈曲部１９１や屈曲部１９３は、金属シース１０１の直径の２倍の曲率半径Ｒとなるように屈曲させても、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂの伸縮性により、安定した絶縁距離を確保することができるため、シースヒータ１００における短絡を防止することができる。

第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂは、特に、後述する基板支持装置のヒータプレート面から垂直に立ち上がる、又は面内において急激に折り返す範囲に適用することにより、本願の効果を得ることができる。また、シースヒータ１００を屈曲させた際に、折り返された発熱線１２１同士、第１の端子１１５ａと第２の端子１１５ｂ、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂ、及び／又は第１の非発熱線１１１ａと第２の非発熱線１１１ｂの変位を抑制することができるため、シースヒータ１００のレイアウトの自由度を向上させることができる。

［基板支持装置］
上述したシースヒータ１００を基板支持装置１０００に適用した例について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る基板支持装置１０００の斜視図である。基板支持装置１０００は、ヒータプレート部１１００及びシャフト部１２００を備え、ヒータプレート部１１００の内部にシースヒータ１００が配設される。ヒータプレート部１１００の上面とは反対側のヒータプレート部１１００の中央部には、シャフト部１２００が接続する。シャフト部１２００は中空構造１２１０を有する。シャフト部１２００の中空構造１２１０には、シースヒータ１００に接続し、外部の制御装置（図示せず）に接続する配線１２３０が配設される。基板支持装置１０００において、ヒータプレート部１１００には絶縁膜１１１０が形成される。

上述したように、シースヒータ１００において、第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂを、基板支持装置１０００のヒータプレート部１１００から垂直に立ち上がる、又はヒータプレート部１１００の面内において急激に折り返す範囲に適用することにより、本願の効果を得ることができる。

基板支持装置１０００は、半導体装置の製造における化学気相成長（ＣＶＤ）、表面改質等の処理に用いる半導体製造装置内に配設される。このため、基板支持装置１０００は、５００℃程度の高温環境下で使用される。基板支持装置１０００は、シースヒータ１００に第１の導電性可撓性部材１１３ａと第２の導電性可撓性部材１１３ｂを配置することにより、安定した絶縁距離が確保されるため、常温から高温環境までの短絡を防止することができる。

１００ シースヒータ、１０１ 金属シース、１１１ 非発熱線、１１１ａ 非発熱線、１１１ｂ 非発熱線、１１３ａ 導電性可撓性部材、１１３ｂ 導電性可撓性部材、１１５ａ 第１の端子、１１５ｂ 第２の端子、１２１ 発熱線、１３１ 絶縁材粒子、１９１ 屈曲部、１９３ 屈曲部、１０００ 基板支持装置、１１００ ヒータプレート部、１１１０ 絶縁膜、１２００ シャフト部、１２１０ 中空構造、１２３０ 配線

Claims (8)

1. 第１の金属線と、
   前記第１の金属線の第１の端部に接続する第１の端子と、前記第１の端子に接続し、第２の金属線に接続する第１の導電性可撓性部材と、
   前記第１の金属線の第２の端部に接続する第２の端子と、前記第２の端子に接続し、第３の金属線に接続する第２の導電性可撓性部材と、を備え、
   前記第１の導電性可撓性部材と前記第２の導電性可撓性部材とは隣接して配置される、シースヒータ。
2. 前記第１の導電性可撓性部材及び前記第２の導電性可撓性部材は、金属コイル、撚線及び平編線から選択される、請求項１に記載のシースヒータ。
3. 前記シースヒータは、屈曲部を有する形状を有し、
   前記第１の導電性可撓性部材と前記第２の導電性可撓性部材とは、前記屈曲部に配置される、請求項１又は２に記載のシースヒータ。
4. 導電性可撓性部材は金属コイルであり、
   前記屈曲部において、第２の金属コイルのピッチは、第１の金属コイルのピッチよりも大きい、請求項３に記載のシースヒータ。
5. 前記シースヒータは、前記屈曲部を２箇所以上有する、請求項３又は４に記載のシースヒータ。
6. 前記シースヒータは、前記第１の金属線、前記第１の端子、前記第２の金属線、前記第１の導電性可撓性部材、前記第２の端子、前記第３の金属線、及び前記第２の導電性可撓性部材を覆う金属シースをさらに備え、
   前記屈曲部の曲率半径は、前記金属シースの直径の２倍以上である、請求項３乃至５の何れか一に記載のシースヒータ。
7. 前記金属シースに充填された絶縁材粒子をさらに備え、
   前記絶縁材粒子は、前記第１の導電性可撓性部材と前記第２の導電性可撓性部材との間に配置され、
   前記第１の導電性可撓性部材と前記第２の導電性可撓性部材との距離は、０．１４ｍｍ以上である、請求項６に記載のシースヒータ。
8. 請求項１乃至７の何れか一に記載のシースヒータを備える、基板支持装置。

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