JP6835623B2

JP6835623B2 - ヒータ

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Publication number: JP6835623B2
Application number: JP2017032000A
Authority: JP
Inventors: 智弥 ▲高▼▲崎▼
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: JP2018137163A

Description

本開示は、例えば、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、イオンプレーティング装置または蒸着装置等の成膜装置、露光装置またはエッチング装置に用いられるヒータに関するするものである。

ヒータとして、例えば、特許文献１に記載のセラミックヒータが知られている。特許文献１に開示されたセラミックヒータは、長方形板状に形成されたセラミック基板と、セラミック基板に埋設された抵抗発熱線とを備えている。

特開平９−７７４１号公報

このようなセラミックヒータにおいて、抵抗発熱線の端部はセラミック基板の側面に近接して配置され、セラミック基板の側面には抵抗発熱線の端部に接触する端子金具が挿入されていた。

このような構成のセラミックヒータにおいて、端子金具は、セラミック基板に一箇所で接合されていた。そのため、接合部分に外力が加わった場合において、接合部分が破損するおそれがあった。

本開示の一態様のヒータは、セラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、前記セラミック体の表面に接合されるとともに前記発熱抵抗体と電気的に接続されたリード端子とを備えており、該リード端子は、一端部が前記セラミック体に接合される２つの線状部と、該２つの線状部の他端部同士を繋ぐ連結部とを有しており、前記連結部と前記セラミック体との間に隙間を有していることを特徴とする。

本開示の一様態のヒータによれば、リード端子とセラミック体との接合強度を高めることができる。

本実施形態のヒータの一例を示す斜視図である。本実施形態のヒータの一例を示す縦断面図である。本実施形態のヒータの他の例を示す縦断面図である。本実施形態のヒータの他の例を示す横断面図である。図４に示すヒータのリード端子近傍を示す部分拡大図である。本実施形態のヒータの他の例のリード端子近傍を示す部分拡大図である。本実施形態のヒータの他の例のリード端子近傍を示す部分拡大図である。本実施形態のヒータの他の例のリード端子近傍を示す部分拡大図である。本実施形態のヒータの他の例のリード端子近傍を示す部分拡大図である。本実施形態のヒータの他の例の凹部の開口部の形状を示す縦断面図である。本実施形態のヒータの他の例のリード端子近傍を示す部分拡大図である。図１１に示すヒータの凹部の開口部の形状を示す縦断面図である。本実施形態のヒータの他の例のリード端子近傍を示す部分拡大図である。

本実施形態のヒータ１０の一例について詳細に説明する。

図１は、本実施形態のヒータ１０の一例を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態のヒータ１０の一例を示す縦断面図である。図１および図２に示すように、ヒータ１０は、セラミック体１と、セラミック体１の内部に設けられた発熱抵抗体２と、セラミック体１の表面に接合されるとともに発熱抵抗体２と電気的に接続されたリード端子３とを備えている。

セラミック体１は、発熱抵抗体２を被覆して保護するための部材である。セラミック体１は、例えば板状または棒状の部材である。セラミック体１が板状の部材の場合は、一方の主面に試料を加熱するための加熱面１１を有する。セラミック体１は、例えば、複数のグリーンシートを積層して、これを窒素雰囲気中で焼成することによって得ることができる。セラミック体１は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。セラミック体１の寸法は、例えば加熱面１１を平面視したときの形状が矩形の場合は、縦の長さを１０〜１２０ｍｍに、横の長さを１０〜１２０ｍｍに、厚みを１〜１０ｍｍにすることができる。また、例えば加熱面１１を平面視したときの形状が円形状の場合は、直径を５０〜４５０ｍｍに、厚みを１〜２０ｍｍにすることができる。セラミック体１の内部には、必要に応じて、静電吸着用電極が設けられていてもよい。このような構成にするためには、上述した焼成前の複数のグリーンシートのうち所望のグリーンシートに、スクリーン印刷法によって静電吸着用電極となるパターンを印刷しておけばよい。

また、セラミック体１は、複数のセラミック層が重ねて設けられたものでもよい。例えば、セラミック体１は、図３に示すように、第１セラミック層１２、第２セラミック層１３および接合層１４からなっていてもよい。このような構成のヒータ１０においては、第１セラミック層１２の一方の主面が加熱面１１であり、第１セラミック層１２の他方の主面と第２セラミック層１３の一方の主面とが接合層１４によって接合されている。この場合において、発熱抵抗体２は、例えば接合層１４のうち第２セラミック層１３の一方の主面に接する位置または接合層１４のうち第１セラミック層１２の他方の主面に接触する位置に設けることができる。接合層１４としては、例えばシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂を用いることができる。このとき、セラミック体１の寸法は、加熱面１１を平面視したときの形状が矩形の場合は、縦の長さを１０〜１２０ｍｍに、横の長さを１０〜１２０ｍｍに、第１セラミック層１２の厚みを１〜１０ｍｍに、第２セラミック層１３の厚みを１〜１０ｍｍに、接合層１４の厚みを０．０１〜０．３ｍｍにすることができる。

発熱抵抗体２は、試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体２は、セラミック体１に埋設されている。発熱抵抗体２に電圧を印加することによって、発熱抵抗体２を発熱させることができる。発熱抵抗体２で発せられた熱は、セラミック体１の内部を伝わって、セラミック体１の加熱面１１に到達する。図４に示すように、発熱抵抗体２は、線状のパターンであって、セラミック体１のほぼ全面に形成されている。これにより、加熱面１１において熱分布のばらつきが生じることを抑制できる。発熱抵抗体２は、両端部がセラミック体１の外部まで引き出されていてもよい。これにより、発熱抵抗体２は、リード端子３との電気的接続を容易にすることができる。

発熱抵抗体２は、導体成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白
金、アルミニウムまたは金などの金属材料がある。また、発熱抵抗体２は、導体成分のほかに、ガラス成分を含んでいてもよい。ガラス成分としては、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素または亜鉛等の材料の酸化物がある。発熱抵抗体２の寸法は、例えば幅を０．１〜３ｍｍに、厚みを０．０１〜０．０５ｍｍに、全長を１０００〜２０００ｍｍすることができる。

リード端子３は、発熱抵抗体２に電気を供給するための部材である。リード端子３は、セラミック体１の表面に接合されている。リード端子３は、例えばセラミック体１が板状の部材の場合は、セラミック体１の側面に設けることができる。リード端子３は、セラミック体１の表面から離れる方向に伸びるように設けられている。リード端子３は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金または銅などの金属材料からなる。リード端子３は、発熱抵抗体２に電気的に接続されている。また、リード端子３は、外部電源（図示せず）とも電気的に接続されている。これにより、リード端子３は、発熱抵抗体２に電気を供給することができる。なお、リード端子３は、２組設けられていてもよい。２組のリード端子３は、例えば、セラミック体１の加熱面１１が矩形または円形の場合は、セラミック体１を平面視したときに、セラミック体１の中心を通る仮想線に対して対称の位置にそれぞれ設けられていてもよい。これにより、加熱面１１において、仮想線に垂直な方向の均熱性を高めることができる。

リード端子３は、例えば導電性部材４を介して、発熱抵抗体２に電気的に接続されていてもよい。これにより、リード端子３が発熱抵抗体２に直接接合されている場合と比べて、発熱抵抗体２からリード端子３への熱引きを抑制することができる。本実施形態のヒータ１０において、導電性部材４はセラミック体１の側面に広がるように設けられている。導電性部材４としては、例えばナノ銀ペーストまたは半田などが用いられる。

本実施形態の一様態のヒータ１０によれば、図５に示すように、リード端子３は、一端部がセラミック体１に接合される２つの線状部３１を有している。ここでいう線状部３１とは、セラミック体１に接合される部分から、セラミック体１から離れる方向に向かって伸びる部分を指す。本実施形態のヒータ１０において、２つの線状部３１は、それぞれセラミック体１の側面に対して垂直に設けられているが、それぞれセラミック体１の側面に対して斜めに設けられていてもよい。また、本実施形態のヒータ１０において、２つの線状部３１は、互いに平行に設けられているが、互いにねじれの関係（垂直でも平行でもない関係）であってもよい。２つの線状部３１の間隔は、２つの線状部３１が互いに平行に設けられている場合において、例えば１〜３ｍｍにすることができる。線状部３１は、例えば棒状または板状にすることができる。また、線状部３１が棒状の場合は、例えば角棒状または丸棒状にすることができる。２つの線状部３１が丸棒状の場合は、例えば直径を０．１〜１ｍｍに、長さを１〜５ｍｍにすることができる。また、リード端子３は３つ以上の線状部３１を有していてもよい。

また、リード端子３は、２つの線状部３１の他端部同士を繋ぐ連結部３２をさらに有している。連結部３２は、外部電源（図示せず）に電気的に接続されていてもよい。これにより、発熱抵抗体２に電気を供給することができる。連結部３２は、２つの線状部３１のそれぞれの他端部に接続され、当該他端部同士をまっすぐ繋いでいてもよいし、屈折または湾曲して繋いでいてもよい。連結部３２が２つの線状部３１の他端部同士をまっすぐ繋いでいる場合は、例えば角棒状または丸棒状にすることができる。連結部３２が丸棒状の場合は、例えば直径を０．１〜１ｍｍに、長さを１〜５ｍｍにすることができる。なお、２つの線状部３１の他端部同士が直接接合されている場合は、その接合部を連結部３２とすることができる。また、２つの線状部３１と連結部３２とは、別体からなるものでも一体ものでもよい。

リード端子３が、一端部がセラミック体１に接合される２つの線状部３１と、２つの線状部３１の他端部同士を繋ぐ連結部３２とを有していることにより、リード端子３とセラミック体１との接合部分に外力が加わった場合において、線状部３１または連結部３２が内側に変形しやすくことができる。そのため、線状部３１または連結部３２が外力を吸収することができる。したがって、接合部分が破損するおそれを低減することができる。これにより、リード端子３とセラミック体１との接合強度を高めることができる。

また、図６に示すように、連結部３２が弧状であってもよい。これにより、ヒートサイクル下においてリード端子３に熱応力が生じたときに、連結部３２に生じる応力を分散させることができる。そのため、連結部３２において局所的に応力が集中するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。

また、図７に示すように、セラミック体１が２つの凹部１５を有しているとともに、２つの凹部１５に２つの線状部３１の一端部がそれぞれ挿入されていてもよい。これにより、線状部３１の一端部が、異物との接触によって破損するおそれを低減することができる。そのため、セラミック体１と２つの線状部３１との接合強度を高めることができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。凹部１５の開口部の形状は、四角形状または円形状にすることができる。凹部１５の寸法は、例えば開口部の形状が円形状のとき、直径を０．５〜２ｍｍに、深さを０．５〜１ｍｍにすることができる。また、このときの線状部３１の長さを１〜５ｍｍに、線状部３１のうち凹部１５に挿入されている部分の長さを０．５〜１ｍｍにすることができる。

また、図８に示すように、２つの線状部３１のうち、２つの凹部１５の内部に位置している部分が、２つの凹部１５の外部に位置している部分よりも細い部分を有してもよい。これにより、２つの線状部３１のうち、２つの凹部１５の外部に位置している部分よりも細い部分における伝熱面積を小さくすることができる。そのため、２つの凹部１５の内部に位置している部分における伝熱量を小さくすることができる。つまり、リード端子３からの熱引きを抑制することができる。その結果、ヒータ１０の均熱性を向上させることができる。

また、図９に示すように、２つの線状部３１の一端部が、ともに先細り形状であってもよい。これにより、２つの線状部３１の一端部において、太さが急に変化する部分を少なくすることができる。これにより、２つの線状部３１の一端部において、応力が集中しやすい部分を少なくすることができる。そのため、線状部３１のうち凹部１５に挿入されている部分にクラックが生じるおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。

また、図１０に示すように、２つの凹部１５のそれぞれの開口部の形状と、２つの線状部３１のそれぞれの一端部の断面形状とが異なっていてもよい。これにより、２つの凹部１５のそれぞれ内周面と、２つの線状部３１のそれぞれの一端部の外周面とが接している部分を少なくすることができる。そのため、２つの凹部１５のそれぞれの内周面と、２つの線状部３１のそれぞれの一端部の外周面との間に生じる熱応力を、小さくすることができる。その結果、２つの凹部１５のそれぞれの内周面と、２つの線状部３１のそれぞれの一端部の外周面とが接している部分にクラックが生じるおそれを低減することができる。

なお、図１０に示す実施形態のヒータ１０においては、２つの凹部１５のそれぞれの開口部の形状が円形状であり、２つの線状部３１のそれぞれの一端の断面形状が四角形状であるが、凹部１５の開口部の形状と線状部３１の一端部の断面形状とが異なってさえいれば、この構成に限定されるものではない。例えば、２つの凹部１５のそれぞれの開口部の形状が四角形状であり、２つの線状部３１のそれぞれの一端部の断面形状が円形状である
ような構成であってもよい。また、ここでいう凹部１５の開口部の形状と線状部３１の一端部の断面形状とが異なっている状態とは、凹部１５の開口部の形状と線状部３１の一端部の断面形状とが相似の関係にあり、線状部３１の一端の断面より凹部１５の開口部の方が大きい場合も含むものとする。

また、２つの凹部１５のそれぞれの開口部の形状と、２つの線状部３１のそれぞれの一端部の断面形状とが異なっていて、２つの凹部１５の内周面と２つの凹部１５にそれぞれ挿入された２つの線状部３１の一端部の外周面との間に隙間があってもよい。これにより、ヒートサイクル下において、線状部３１のうち凹部１５に挿入されている部分が熱膨張したとしても、隙間の分だけ熱膨張できる余裕がある。そのため、線状部３１のうち凹部１５に挿入されている部分に応力が加わり、クラックが生じるおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。

また、図１１および図１２に示すように、２つの凹部１５のそれぞれの内周面と２つの凹部１５にそれぞれ挿入された２つの線状部３１のそれぞれの一端部の外周面との間に隙間があって、隙間に導電性部材４が設けられていてもよい。これにより、導電性部材４が、セラミック体１の凹部１５の内部において、発熱抵抗体２とリード端子３とを電気的に接続することができる。そのため、発熱抵抗体２とリード端子３との接続部分が、外部装置等に接触し、破損するおそれを低減することができる。したがって、発熱抵抗体２とリード端子３との電気的接続の信頼性を高めることができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。なお、２つの凹部１５のそれぞれの底面と、２つの凹部１５にそれぞれ挿入された２つの線状部３１のそれぞれの一端部の端面との間に隙間があって、隙間に導電性部材４が設けられていてもよい。この場合も、導電性部材４が、セラミック体１の凹部１５の内部において、発熱抵抗体２とリード端子３とを電気的に接続することができる。そのため、発熱抵抗体２とリード端子３との接続部分が、外部装置等に接触し、破損するおそれを低減することができる。したがって、発熱抵抗体２とリード端子３との電気的接続の信頼性を高めることができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。

また、図１３に示すように、セラミック体１の表面に金属プレート５が設けられており、線状部３１と金属プレート５とが接合材６によって固定されていてもよい。金属プレート５は板状の部材である。金属プレート５は、２つの線状部３１のそれぞれに固定されている。金属プレート５の材質としては、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金または銅を用いることができる。金属プレート５は、例えば厚みが０．１〜１ｍｍである。接合材６は、リード端子３の線状部３１を周方向に囲むように設けられていてもよい。このような構成において、接合材６は、金属プレート５およびリード端子３に濡れ広げることができるので、所望の位置に、接合材６を留めることができる。そのため、少ない量の接合材６で、セラミック体１とリード端子３との接合強度を高めることができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。接合材６の材質としては、例えばエポキシ等の樹脂または銀ろう等のろう材を用いることができる。

１：セラミック体
１１：加熱面
１２：第１セラミック層
１３：第２セラミック層
１４：接合層
１５：凹部
２：発熱抵抗体
３：リード端子
３１：線状部
３２：連結部
４：導電性部材
５：金属プレート
６：接合材
１０：ヒータ

Claims

セラミック体と、
該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、
前記セラミック体の表面に接合されるとともに前記発熱抵抗体と電気的に接続されたリード端子とを備えており、
該リード端子は、一端部が前記セラミック体に接合される２つの線状部と、該２つの線状部の他端部同士を繋ぐ連結部とを有しており、
前記連結部と前記セラミック体との間に隙間を有していることを特徴とするヒータ。
前記連結部が弧状であることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
前記セラミック体が２つの凹部を有しているとともに、該２つの凹部に前記２つの線状部の一端部がそれぞれ挿入されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒータ。
前記２つの線状部のうち、前記２つの凹部の内部に位置している部分が、前記２つの凹部の外部に位置している部分よりも細い部分を有していることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
前記２つの線状部の一端部が、ともに先細り形状であることを特徴とする請求項４に記載のヒータ。
前記２つの凹部のそれぞれの開口部の形状と、前記２つの線状部のそれぞれの一端部の断面形状とが異なることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載のヒータ。
前記２つの凹部のそれぞれの内周面と該２つの凹部にそれぞれ挿入された前記２つの線状部のそれぞれの一端部の外周面との間に隙間があって、当該隙間に導電性部材が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のヒータ。