ヒータおよびその製造方法
【課題】グラファイトをＰＢＮなどで被覆したときにこれら異種材料の熱膨張差に起因する破損を防止し、剛性と変形許容性のバランスが良好なヒータ構造を提供する。
【解決手段】ヒータ３２は、グラファイトからなる線状ヒータエレメント３３が両端子３４ａ，３４ｂ間で所定のヒータパターンを形成するヒータ本体３５と、ヒータエレメント同士を断続的・絶縁的に接続するＰＢＮリブ３７と、ヒータパターンの両端子にそれぞれ接続される給電ポスト３８ａ，３８ｂとを有する。このヒータは保形性を有しつつある程度の変形を許容するので、高温条件で使用されたときであっても、グラファイトとＰＢＮリブの熱膨張係数が異なることによる破断や破損を防止する。また、特にポスト型構造とした場合にポストで自立させたときにヒータ本体が自重で撓むことを防止し、ウエハの温度分布を適正に維持することができる。
【解決手段】ヒータ３２は、グラファイトからなる線状ヒータエレメント３３が両端子３４ａ，３４ｂ間で所定のヒータパターンを形成するヒータ本体３５と、ヒータエレメント同士を断続的・絶縁的に接続するＰＢＮリブ３７と、ヒータパターンの両端子にそれぞれ接続される給電ポスト３８ａ，３８ｂとを有する。このヒータは保形性を有しつつある程度の変形を許容するので、高温条件で使用されたときであっても、グラファイトとＰＢＮリブの熱膨張係数が異なることによる破断や破損を防止する。また、特にポスト型構造とした場合にポストで自立させたときにヒータ本体が自重で撓むことを防止し、ウエハの温度分布を適正に維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスなどにおいてウエハを加熱するために好適に用いられるセラミックスヒータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスヒータは半導体プロセスなどにおいてウエハを加熱するための加熱装置として広く用いられており、一例として、導電性材料からなるヒータエレメントを端子間で螺旋状や渦巻状、蛇行状などの所定ヒータパターンを有するように延長させてヒータ本体を形成したものが知られている（特許文献１，２など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１３５８５８号公報（図１）
【特許文献２】特開平７−２９６９５５号公報（図３）
【特許文献３】特開平１１−３５４２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前者のヒータ構造においてヒータ基材の材料には加工性などを考慮して一般にグラファイトが用いられるが、グラファイトは導電性材料であるため、グラファイト基材の表面に直接ヒータパターンを形成することができない。そこで、グラファイト基材の表面をＰＢＮなどの絶縁性材料による保護膜を形成し、その表面にヒータパターンを形成している。また、後者においても導電性材料からなるヒータエレメントが露出した状態であると、放電や短絡などが発生するので、その表面をＰＢＮなどの絶縁性材料で被覆してヒータとすることが多い。
【０００５】
ところが、この場合、ヒータ基材（ヒータエレメント）と保護膜とが異種材料で形成されることになるため、保護膜を成膜させる温度域（たとえばＣＶＤ（化学気相蒸着法）によるときは場合によって１０００℃以上）での熱膨張係数が異なり、その結果として基材や保護膜に割れが生じやすくなる。
【０００６】
また、特許文献１，２のようなヒータでは、螺旋状などの所定ヒータパターンにおいてヒータエレメント同士の間に空間がある構造を有するため、剛性が小さい。このため、ヒータエレメントの自重で撓みが生じ、あるいは横方向に歪み（変形）が生じやすい。上下方向の撓みが生ずると、ウエハとの密着性が低下して熱伝導効率が低下すると共に温度分布を良好に保持することができなくなる。特に、端子にポストを取り付けて給電経路とすると共にヒータ加熱面と給電部との間の距離をポスト長によって大きく取ることができるポスト型構造（特許文献３など）を採用した場合、大きな撓みが生じ、熱伝導率の低下や温度分布の悪化が顕在化し、さらに、ポストが外方に向けて変形しやすくなるので、ポストに破壊や折損が生ずるおそれがある（詳細は図６を参照して後述）。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の不利欠点を解消し、マルチゾーン化にも対応できる新規なヒータ構造およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、導電性材料からなる線状のヒータエレメントが両端子間において所定のヒータパターンで連続してなるヒータ本体と、該線状ヒータエレメント同士の間隔内に断続的に配置されて該ヒータエレメント同士を絶縁的に接続する複数の絶縁リブと、を有することを特徴とするヒータである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のヒータにおいて、ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のヒータにおいて、ヒータエレメントが絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか一に記載のヒータにおいて、ヒータパターンの両端子にそれぞれ接続されて外部電源からの電力経路を形成する給電ポストが設けられることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか一に記載のヒータにおいて、前記ヒータ本体は、別個独立に温度制御可能な複数のヒータパターンを有するマルチゾーンヒータであり、該複数のヒータパターン同士の間隔内にも複数の絶縁リブが断続的に配置されて該ヒータパターン同士を絶縁的に接続していることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１記載のヒータの製造方法であって、最終的に得ようとするヒータパターン形状に略合致する形状を有すると共に線状ヒータエレメント同士の間隔内に設けられてヒータエレメント同士を断続的に接続するリブ部を有するように導電性材料から形成されたヒータ基材を準備し、このヒータ基材を絶縁性材料で被覆してベースコート被覆層を形成した後、前記ヒータ基材のリブ部において表面側または裏面側のいずれか一方に形成されたベースコート被覆層と共に該ヒータ基材のリブ部を切除して表面側および裏面側の他方に形成されたベースコート被覆層のみを残してこれを絶縁リブとし、ヒータ基材におけるヒータパターンの線状ヒータエレメント同士が該絶縁リブで断続的に接続された構造体とすることを特徴とする、ヒータの製造方法である。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６記載のヒータの製造方法において、ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項６または７記載のヒータの製造方法において、得られた構造体のヒータパターン両端子に給電ポストを接続することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項６ないし８のいずれか一に記載のヒータの製造方法において、得られた構造体を絶縁性材料で被覆してオーバーコート被覆層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明によれば、ヒータ本体の全面に亘って導電性材料からなる基材が存在する構造を採用せず、両端子間において螺旋状や渦巻状、蛇行状などの所定ヒータパターンで延長する線状ヒータエレメントとしてヒータ本体が構成される。したがって、ヒータ本体の全面に亘る基材を必要とせず、簡単な構成で安価に製造可能である。そして、隣接する線状ヒータエレメント同士がそれらの間隔部において断続的に配置される絶縁リブによって接続されるので、ヒータ本体の剛性を高め、所定のヒータパターン形状を保持することができる。したがって、ヒータエレメントが自重で撓んだり、歪みを生じたりすることを防止し、ウエハなど被加熱物の温度分布を良好に維持することができる。さらに、絶縁リブはヒータエレメント同士の間隔内に断続的に配置されるので、ヒータ本体がある程度変形することを許容するので、異種材料で形成されるヒータ本体と絶縁リブの熱膨張係数が異なることによる破断や破損を防止することができる。さらに、絶縁リブの位置・大きさ・数を適宜に設定することによってヒータの剛性（保形性）と変形許容性のバランスを自在に調整することができる効果がある。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、加工性に優れたグラファイトによるヒータ基材と絶縁性に優れたＰＢＮ絶縁リブとの好適な組み合わせによるヒータを提供することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、ヒータ本体（ヒータエレメント）がＰＢＮなどの絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で被覆される。この場合、導電性材料からなるヒータエレメントは少なくとも１層（ベースコート被覆層および／またはオーバーコート被覆層）で絶縁被覆されることになるので、ヒータとしての製品寿命や絶縁性を向上させることができる。さらに、ヒータパターン内絶縁リブはベースコート被覆層およびその表裏のオーバーコート被覆層の計３層で形成されることになるので、その強度が増大し、取扱性や製品寿命を向上させることができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、ポスト型構造のヒータとして、ヒータ加熱面と給電部との間の距離をポスト長によって大きく取ることができるので、給電部の過剰な温度上昇を抑止し、給電部に接続される給電ボルトなどの焼損を防止すると共に、給電のための配線の取り回しを容易にするなどの効果を発揮する。さらに、絶縁リブによってヒータ本体の剛性が高められているので、給電ポストのみでヒータ本体を自立させたときであってもヒータ本体が自重で撓んだり変形することを防止し、ウエハなど被加熱物の温度分布を良好に維持することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、ヒータパターン同士の間で導通を起こすことがないマルチゾーンヒータが提供される。このヒータパターン同士の間に設けられる絶縁リブは、前記ヒータパターン内に設けられる絶縁リブとも相俟って、ヒータ本体の一体性を確保すると同時にある程度の変形を許容するので、異種材料で形成されるヒータ本体と絶縁リブの熱膨張係数が異なることによる破断や破損を防止する効果や、それらの位置・大きさ・数を適宜に設定することによってヒータの一体性と変形許容性のバランスを自在に調整可能とする効果をより一層顕著に発揮させることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、請求項１記載の構成を有するヒータを製造するための好適な方法が提供される。この製造方法によれば、リブ部を備えて一体に形成されたヒータ基材に対してＣＶＤなどでベースコート被覆層を形成するので、その際の成膜条件設定が容易であり、均一な膜厚で成膜させることができる効果がある。
【００２３】
請求項７に係る発明によれば、加工性に優れたグラファイトによるヒータ基材と絶縁性に優れたＰＢＮリブとの好適な組み合わせによるヒータを製造することができる。
【００２４】
請求項８に係る発明によれば、請求項４に関して既述した効果を発揮するポスト型構造のヒータを製造することができる。
【００２５】
請求項９に係る発明によれば、ヒータ本体の基材露出面がＰＢＮなどの絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で被覆されるので、優れた製品寿命や絶縁性を有するヒータを製造することができる。この製造方法によれば、ベースコートとオーバーコートによるダブルコートの絶縁層が形成されるので、比較的容易な成膜条件で大きな膜厚を得ることができる効果がある。ＣＶＤによるＰＢＮ成膜は通常は０．３ｍｍ程度が限度であり、それ以上の膜厚を得ようとしてもＰＢＮに割れや浮きが生じやすくなるが、ダブルコートとすることでそのような欠点を生じさせずに大きな膜厚（０．５〜１ｍｍ）のＰＢＮ被膜を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態（実施例１）によるヒータの平面図である。
【図２】このヒータの斜視図である。
【図３】このヒータの製造工程を示すフロー図である。
【図４】製造過程における各段階のヒータの断面状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明の他実施形態（実施例２）によるヒータの平面図（ａ）および一部破断正面図（ｂ）である。
【図６】このヒータからリブを省いた参考例の平面図（ａ）および一部破断正面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施形態について添付図面を参照して説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において広く変形態様を取り得ることに留意されたい。
【実施例１】
【００２８】
図１および図２に示すヒータ１０は、ヒータ基材１１と絶縁リブ２０，２１を有して構成されている。この実施形態では、ヒータ基材１１はグラファイトからなり、絶縁リブ２０，２１はＰＢＮからなる。
【００２９】
ヒータ基材１１は、別個独立に温度制御可能な複数のヒータパターン同士をそれらの間に間隔を配して組み合わせた形状を有するものであり、この実施形態では、内側ヒータパターン１２と外側ヒータパターン１６をそれらの間に間隔１５を配して組み合わせた形状を有している。すなわち、この実施形態によるヒータ１０は、本発明をマルチゾーンヒータとして構成した一例である。内側ヒータパターン１２は端子１３ａ，１３ｂ間に略渦巻状に巻回されており、外側ヒータパターン１６は内側ヒータパターン１２の外側に間隔１５を置いて配置され、端子１７ａ，１７ｂ間に略渦巻状に巻回されている。内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６の各々において渦巻状に延長するヒータエレメント同士の間にも隙間１９が設けられている。
【００３０】
この実施形態によるヒータ１０はいわゆるポスト型のヒータであり、内側ヒータパターン１２の端子１３ａ，１３ｂには給電ポスト１４ａ，１４ｂが接続され、外側ヒータパターン１６の端子１７ａ，１７ｂには給電ポスト１８ａ，１８ｂが接続されている。そして、給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂの下端に設けられる給電部に外部電源からの電力線（いずれも図示せず）が接続され、内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６をそれぞれ別個独立に制御された温度に昇温させることを可能にしている。このようなポスト型の構造を採用することにより、ヒータ１０の表面（加熱面）と給電部との間の距離をポスト長により大きく取ることができるので、給電部の過剰な温度上昇を抑止し、給電部に接続される給電ボルトなどの焼損を防止することができる。また、給電のための配線をヒータ本体から遠ざけることができるので、配線の取り回しが容易になり、配線がヒータに当たってショートするというような事故の発生を防止することができる。さらには、ＳＵＳなどの安価に入手可能な材質による給電ボルトの使用が可能となるので、大幅なコストダウンを実現することができる。さらに、給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂは、内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６に対する電力供給手段として機能すると同時に、ヒータ１０を安定して支持するための支持脚としての役割を果たす。
【００３１】
ＰＢＮリブ２０は、各ヒータパターン１２，１６における線状ヒータエレメント同士の間隔１９ａ，１９ｂを保持しながら、ある程度の変形を許容し、ＰＢＮリブ２１はヒータパターン１２，１６同士の間隔１５を保持しながらある程度の変形を許容するので、各ヒータパターン１２，１６およびこれらの組み合わせとしてのヒータ基材１１全体としての一体性・保形性を確保すると共に、ヒータ１０が高温で使用された場合であっても、熱膨張係数の異なる材料（グラファイトとＰＢＮ）で形成されるヒータ基材１１とリブ２０，２１の熱膨張差に起因する破断や破損を防止する。さらに、内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６が絶縁性のＰＢＮリブ２１で接続されているので、これらヒータパターン１２，１６同士の間での導通を防止する。
【００３２】
また、給電ポスト１４ａ，１４ｂ：１８ａ，１８ｂをヒータパターン１２，１６の端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂに接続・固定して自立させた状態にしても、ＰＢＮリブ２０，２１の存在によってヒータパターン１２，１６が自重で撓んだり変形することがなく、ウエハなど被加熱物の温度分布を良好に維持できる。この点については、便宜上、実施例２の説明中で後述するものとする。
【００３３】
次に、図３を参照して、このヒータ１０の製造方法について説明する。まず、所定形状に成形されたグラファイト基材を準備する（図３：Ｓ１）。このグラファイト基材は、前述した完成品としてのヒータ１０の平面形状（図１）と略同様の平面形状をする。すなわち、端子１３ａ，１３ｂ間の内側ヒータパターン１２と、端子１７ａ，１７ｂ間の外側ヒータパターン１６とを組み合わせた形状を有すると共に、各ヒータパターン１２，１６におけるヒータエレメント同士の間隔１９内に断続的に設けられるＰＢＮリブ２０およびこれらヒータパターン１２，１６同士の間隔内に断続的に設けられるＰＢＮリブ２１に対応した位置にリブ部（グラファイトリブ）が設けられている。グラファイト基材の厚さは特に限定されないが、たとえば２〜８ｍｍ程度の厚さのものを使用することができる。
【００３４】
したがって、図４（ａ）に例示されるように、グラファイト基材２２は、断面で見ると、完成品としてのヒータ１０においてヒータパターン１２，１６となる全厚部分２３と、間隔１５，１９となる貫通部分２４と、ＰＢＮリブ２０，２１に対応する位置に設けられるグラファイトリブ２５とを有する。この例では、グラファイトリブ２５はグラファイト基材２２の底面２７側に薄く形成されており、グラファイトリブ２５の表面２６側は凹溝２８とされている。
【００３５】
次いで、このグラファイト基材２２の全面をＰＢＮでベースコートする（図３：Ｓ２）。これにより、貫通部分２４および凹溝２８の開口部を除くグラファイト基材２２の表面２６、貫通部分２４の開口部を除くグラファイト基材２２の裏面２７、貫通部分２４の内側面、および凹溝２８の内側面および底面に、ＰＢＮ被覆層２９（２９ａ〜２９ｅ）が連続して形成される（図４（ｂ））。ベースコートによるＰＢＮ被覆層２９の厚さは０．３〜０．５ｍｍ程度である。
【００３６】
次いで、グラファイトリブ２５を、その表面側（凹溝２８底面）のＰＢＮ被覆層２９ｅまたはその裏面側（グラファイト基材の裏面２７）のＰＢＮ被覆層２９ｂと共に切除して、単一のＰＢＮ被覆層２９のみを残してこれをＰＢＮリブ２０，２１とする（図３：Ｓ３，図４（ｃ））。この実施例では、凹溝２８にカッティングツールを入れて、図４（ｂ）において厚さＤおよび幅Ｗで示される範囲を切除している。これにより、凹溝２８底面のＰＢＮ被覆層２９ｅと共にグラファイトリブ２５が切除され、裏面側のＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗの範囲内の部分）が残される。
【００３７】
次いで、端子部（内側ヒータパターン１２の端子１３ａ，１３ｂおよび外側ヒータパターン１６の端子１７ａ，１７ｂ）の裏面を被覆しているベースコートＰＢＮ被覆層２９ｂを剥離して、端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂを露出させて導通部を形成し（図３：Ｓ４）、この導通部にそれぞれ給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂを取り付ける（図３：Ｓ５）。給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂはグラファイトやグラッシーカーボンなどの導電性材料から略丸棒状に形成され、その上端がヒータパターン１２，１６の端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂにネジ止めなどにより固着・接続されると共に、その下端には給電ボルトを螺着するための給電端子部が形成されて外部電源からの電力供給を行う給電経路を形成する。
【００３８】
得られたポスト構造体３０の全面をＰＢＮでオーバーコートする（図３：Ｓ６）。これにより、ベースコートによるＰＢＮ被覆層２９（２９ａ〜２９ｅ）の上にさらにオーバーコートによるＰＢＮ被覆層３１が形成されるので、ダブルコーティングによって十分な厚さのＰＢＮ被覆層を均一に成膜させることができる。しかも、図３：Ｓ３の後に得られる図４（ｃ）の状態においては、切除されたグラファイトリブ２５の内側面が露出しているが、ＰＢＮオーバーコートによってグラファイト基材２２の該露出面もＰＢＮ被覆層３１で被覆されるので、グラファイト基材２２を完全に絶縁させることができる（図４（ｄ））。同時に、給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂの外側面もＰＢＮ被覆層３１で被覆されて、ヒータ１０が完成する（図１，図２，図３：Ｓ７）。オーバーコートによるＰＢＮ被覆層３１の厚さは０．５〜０．６ｍｍ程度である。
【００３９】
以上の説明から理解されるように、グラファイト基材２２におけるリブ部（グラファイトリブ２５）は、ＰＢＮベースコート（図３：Ｓ２）によってＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）および被覆層２９ｅを形成する基体としての存在意義のみを持ち、図３：Ｓ３工程によってその表面側の被覆層２９ｅまたはその裏面側の被覆層被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）と共に切除されるので、完成品としてのヒータ１０には残存しない。言い換えれば、当初のグラファイト基材２２が有していたグラファイトリブ２５が、完成品としてのヒータ１０においては絶縁性のＰＢＮリブ２０，２１に置き換えられることになる。
【００４０】
なお、図３：Ｓ３において、凹溝２８底面のＰＢＮ被覆層２９ｅと共にグラファイトリブ２５を切除して、裏面側のＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）を残すものとしたが、反対に、グラファイトリブ２５の裏面側からカッティングツールを入れて、裏面側のＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）と共にグラファイトリブ２５を切除して、凹溝２８底面のＰＢＮ被覆層２９ｅのみを残すようにしても良い。いずれにしても、この残されたＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）または２９ｅが、その表裏にオーバーコートされたＰＢＮ被覆層３０と共に３層のＰＢＮ被覆層（合計厚が０．８〜１．０ｍｍ程度）となって、完成品としてのヒータ１０におけるＰＢＮリブ２０，２１を形成する。また、この実施形態では凹溝２８の内面に形成されたＰＢＮ被覆層２９ｄの内面に沿ってその幅Ｗの部分を全切除するものとしているが、図示の幅Ｗより小さい幅で切除しても良い。
【００４１】
また、図４（ａ）に示すグラファイト基材２２は、表面２６側に開口する凹溝２８の裏面２７側にグラファイトリブ２５が形成されているが、グラファイトリブ２５の位置は限定的ではない。たとえば、図示の形態とは反対に、裏面２７側に開口する凹溝の表面２６側にグラファイトリブが形成されていても良いし、表裏両面に開口する凹溝の間（グラファイト基材２２の厚さ方向中間部）にグラファイトリブが形成されていても良い。いずれの場合も、前述したと同様にしてＰＢＮベースコートを行った後に、グラファイトリブの表面側または裏面側のいずれかのＰＢＮ被覆層２９と共にグラファイトリブを切除し、切除されずに残された単一のＰＢＮ被覆層２９（凹溝２８の底面を被覆する２９ｅ、または裏面側被覆層２９ｂの切除幅Ｗ部分）と、オーバーコートによってこのＰＢＮ被覆層の表裏に形成されるＰＢＮ被覆層３１とで合計３層のＰＢＮ被覆層となって、十分な厚さを有するＰＢＮリブ２０，２１が形成される。
【００４２】
また、既述実施形態ではヒータ基材１１を内側ヒータパターン１２と外側ヒータパターン１６の２ゾーンを有するようにしているが、これに限定されるものではなく、任意にマルチゾーン化することができる。たとえば、ヒータパターン間に洞心状に複数の間隔１５が形成されるように３ゾーンまたはより多数のマルチゾーンのヒータパターンを形成することもできるし、ヒータパターン間に任意の角度間隔で放射状の間隔１５が形成されるようにマルチゾーン化することもできるし、これらを任意に組み合わせてマルチゾーン化することも可能である。いずれの場合も、別個独立して温度制御可能なヒータパターン同士の間隔１５に断続的に形成されるＰＢＮリブ２１（絶縁リブ）によってヒータパターン同士の導通が防止され、各ヒータパターンの昇温を厳密に制御することができる。
【００４３】
ＰＢＮリブ２０，２１（絶縁リブ）の形成箇所、数および寸法などは、各ヒータパターン１２，１６およびヒータ基材１１全体の歪みを防止しつつある程度の変形を許容して破断や破損を防止することができるよう配慮し、また、内外ヒータパターン１２，１６間の間隔１５に配置されるＰＢＮリブ２１（絶縁リブ）についてはさらに内外ヒータパターン１２，１６同士の熱干渉を適切にコントロールして別個独立の温度制御を正確に行うことができるよう配慮して、適宜に設定される。
【００４４】
ベースコートによるＰＢＮ被覆層２９の形成（図３：Ｓ２）およびオーバーコートによるＰＢＮ被覆層３１の形成（図３：Ｓ６）の形成は、いずれもＣＶＤで行うことが好ましい。ＣＶＤ法によるこれらの成膜自体は当業界において公知であるので、詳細な説明を割愛する。本発明では、これら公知のＣＶＤ成膜手法を任意に採用することができる。
【実施例２】
【００４５】
本発明について、複数ヒータパターンを有するマルチゾーンヒータとして構成した実施形態を挙げて詳述したが、本発明はもちろん単一のヒータパターンを有するヒータとしても適用可能であり、その一例が図５に示されている。このヒータ３２は、導電性材料からなる線状のヒータエレメント３３が端子３４ａ，３４ｂ間において所定のヒータパターンを形成するように連続してなるヒータ本体３５と、ヒータパターン内において隣接する線状ヒータエレメント３３同士の間隔３６内に断続的に配置されてヒータエレメント３３同士を絶縁的に接続する複数の絶縁リブ３７と、ヒータパターンの端子３４ａ，３４ｂにそれぞれ接続されて外部電源からの電力経路を形成する給電ポスト３８ａ，３８ｂとを有する。この実施形態では、ヒータエレメント３３ないしヒータ本体３５はグラファイトからなり、絶縁リブ３７はＰＢＮからなる。ＰＢＮリブ３７は、ヒータパターンにおける線状ヒータエレメント３３同士の間隔３６を保持すると共にヒータ本体３５としての一体性・保形性を確保し、同時にある程度の変形を許容するので、ヒータ１０が高温で使用された場合であっても、熱膨張係数の異なる材料（グラファイトとＰＢＮ）で形成されるヒータ本体３５とリブ３７の熱膨張差に起因する破断や破損を防止する。
【００４６】
このヒータ３２における各部の説明や製造工程などについては、既述した実施例１のヒータ１０における対応記載を参照されたい。
【００４７】
実施例１，２いずれのヒータもポスト型であって、ヒータパターン両端の端子に給電ポストを固定して、外部電源からヒータパターンへの給電経路を形成すると共にヒータ本体を支持する支持脚としての役割を持たせているが、給電ポストで自立させたとき、長いヒータパターンが形成されている場合には特に、ヒータエレメントの自重で撓みや変形が生じやすくなる。たとえば、図５に示すヒータ３２からＰＢＮリブ３７を除いたものを参考例のヒータ３２’とする（図６）と、ヒータパターンの両端を給電ポスト３８ａ，３８ｂで支持して自立させたときに、ヒータエレメント３３が自重で撓み（矢印Ａ）、ウエハなど被加熱物との密着性が低下して熱伝導効率が低下すると共に、温度分布を良好に保持することができなくなる。また、ヒータエレメント３３の撓みに伴って給電ポスト３８ａ，３８ｂの下端部（給電ボルトを接続する給電接続部３９ａ，３９ｂがある）が外方に向けて変形（矢印Ｂ）しやすくなり、給電ポスト３８ａ，３８ｂや該給電ポストに接続される端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂ（実施例１），３４ａ，３４ｂ（実施例２）近くのヒータエレメント３３に破壊や折損が生ずるおそれがある。本発明によれば、ヒータパターン内の隣接ヒータエレメント３３間に断続的にＰＢＮリブ３７が設けられているので、ヒータ本体３５の剛性を高め、ヒータパターンの所定形状を保持する作用を果たし、ヒータエレメント３３の撓みを防止するので、図６に示すような不利欠点を生じない。
【００４８】
なお、実施例１，２いずれのヒータもポスト型の構造体を有するものとして図示および説明したが、本発明においてポスト型であることは必須の要件ではなく、ポストを持たずにヒータ本体のみで構成されたプレート型（平板状）の構造体も本発明の範囲内である。ヒータ本体のみで構成されるプレート型のヒータであっても、リブを持たない従来技術（特許文献１，２など）によると剛性が著しく低いため、平面上に載置して使用しても撓み（凹状または凸状の反り）が生じ、また、横方向にも歪み（変形）が生じるが、ヒータエレメント間に断続的にリブを設けた本発明によれば、このような撓みや歪みを防止することができる。
【００４９】
本発明によるヒータは、特許文献１，２などに記載されるリブを持たない従来技術によるヒータが抱える欠点（撓みによる熱伝導効率の低下など、詳しくは既述）をリブを設けることで解消し、且つ、該リブを断続的に設けることによって変形許容性を与えて応力集中によるヒータエレメントやポストの破壊・折損を防止することができ、しかもヒータ基材のサイズ（幅、厚み）やＰＢＮベースコート／オーバーコートの膜厚などを勘案しつつＰＢＮリブの位置・大きさ・数を適宜に設定することによって剛性と変形許容性のバランスを自在に調整することができるものである。したがって、図３：Ｓ７で得られたヒータ１０（実施例１）やヒータ３２（実施例２）において、より変形許容性を大きくすることが望まれる場合は、絶縁リブ２０，２１の大きさを部分的に切除したり、一部の絶縁リブ２０，２１を全切除して所望の変形許容性を与えるように後加工して最終製品としても良い。
【００５０】
実施例１，２のヒータにおいて、ヒータエレメントを形成する導電性材料にはグラファイトを用いると共にベースコート／オーバーコート被覆層を形成する絶縁性材料にはＰＢＮを用いたが、これらの材料の組合せは限定的ではない。たとえば、ベースコート／オーバーコート被覆層を形成する絶縁性材料としてはＰＢＮの他にもＡｌＮ、ＳｉＮ、ＧａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＮ，ＮｂＮなどの窒化系材料も好適に使用可能であり、用途や使用環境、加工や成膜の条件などによって適宜に選択して使用することができる。また、ベースコート被覆層とオーバーコート被覆層は異なる絶縁性材料で形成されても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０ ヒータ（マルチゾーンヒータ）
１１ グラファイトからなるヒータ基材
１２ 内側ヒータパターン
１３ａ，１３ｂ 内側ヒータパターンの端子
１４ａ，１４ｂ 内側ヒータパターンの給電ポスト
１５ 内側／外側ヒータパターンの間の間隔
１６ 外側ヒータパターン
１７ａ，１７ｂ 外側ヒータパターンの端子
１８ａ，１８ｂ 外側ヒータパターンの給電ポスト
１９ａ 内側ヒータパターン内におけるヒータエレメントの間の間隔
１９ｂ 外側ヒータパターン内におけるヒータエレメントの間の間隔
２０，２１ ＰＢＮリブ（絶縁リブ）
２２ グラファイト基材
２３ 全厚部分
２４ 貫通部分
２５ グラファイトリブ
２６ グラファイト基材の表面
２７ グラファイト基材の裏面
２８ 凹溝
２９ ベースコートによるＰＢＮ被覆層
３０ グラファイトリブ切除後の構造体
３１ オーバーコートによるＰＢＮ被覆層
３２ ヒータ（シングルゾーンヒータ）
３３ ヒータエレメント（ヒータパターン）
３４ａ，３４ｂ 端子
３５ ヒータ本体
３６ ヒータパターン内におけるヒータエレメントの間の間隔
３７ ＰＢＮリブ（絶縁リブ）
３８ａ，３８ｂ 給電ポスト
３９ａ，３９ｂ 給電部（給電ボルト接続部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスなどにおいてウエハを加熱するために好適に用いられるセラミックスヒータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスヒータは半導体プロセスなどにおいてウエハを加熱するための加熱装置として広く用いられており、一例として、導電性材料からなるヒータエレメントを端子間で螺旋状や渦巻状、蛇行状などの所定ヒータパターンを有するように延長させてヒータ本体を形成したものが知られている（特許文献１，２など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１３５８５８号公報（図１）
【特許文献２】特開平７−２９６９５５号公報（図３）
【特許文献３】特開平１１−３５４２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前者のヒータ構造においてヒータ基材の材料には加工性などを考慮して一般にグラファイトが用いられるが、グラファイトは導電性材料であるため、グラファイト基材の表面に直接ヒータパターンを形成することができない。そこで、グラファイト基材の表面をＰＢＮなどの絶縁性材料による保護膜を形成し、その表面にヒータパターンを形成している。また、後者においても導電性材料からなるヒータエレメントが露出した状態であると、放電や短絡などが発生するので、その表面をＰＢＮなどの絶縁性材料で被覆してヒータとすることが多い。
【０００５】
ところが、この場合、ヒータ基材（ヒータエレメント）と保護膜とが異種材料で形成されることになるため、保護膜を成膜させる温度域（たとえばＣＶＤ（化学気相蒸着法）によるときは場合によって１０００℃以上）での熱膨張係数が異なり、その結果として基材や保護膜に割れが生じやすくなる。
【０００６】
また、特許文献１，２のようなヒータでは、螺旋状などの所定ヒータパターンにおいてヒータエレメント同士の間に空間がある構造を有するため、剛性が小さい。このため、ヒータエレメントの自重で撓みが生じ、あるいは横方向に歪み（変形）が生じやすい。上下方向の撓みが生ずると、ウエハとの密着性が低下して熱伝導効率が低下すると共に温度分布を良好に保持することができなくなる。特に、端子にポストを取り付けて給電経路とすると共にヒータ加熱面と給電部との間の距離をポスト長によって大きく取ることができるポスト型構造（特許文献３など）を採用した場合、大きな撓みが生じ、熱伝導率の低下や温度分布の悪化が顕在化し、さらに、ポストが外方に向けて変形しやすくなるので、ポストに破壊や折損が生ずるおそれがある（詳細は図６を参照して後述）。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の不利欠点を解消し、マルチゾーン化にも対応できる新規なヒータ構造およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、導電性材料からなる線状のヒータエレメントが両端子間において所定のヒータパターンで連続してなるヒータ本体と、該線状ヒータエレメント同士の間隔内に断続的に配置されて該ヒータエレメント同士を絶縁的に接続する複数の絶縁リブと、を有することを特徴とするヒータである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のヒータにおいて、ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のヒータにおいて、ヒータエレメントが絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか一に記載のヒータにおいて、ヒータパターンの両端子にそれぞれ接続されて外部電源からの電力経路を形成する給電ポストが設けられることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか一に記載のヒータにおいて、前記ヒータ本体は、別個独立に温度制御可能な複数のヒータパターンを有するマルチゾーンヒータであり、該複数のヒータパターン同士の間隔内にも複数の絶縁リブが断続的に配置されて該ヒータパターン同士を絶縁的に接続していることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１記載のヒータの製造方法であって、最終的に得ようとするヒータパターン形状に略合致する形状を有すると共に線状ヒータエレメント同士の間隔内に設けられてヒータエレメント同士を断続的に接続するリブ部を有するように導電性材料から形成されたヒータ基材を準備し、このヒータ基材を絶縁性材料で被覆してベースコート被覆層を形成した後、前記ヒータ基材のリブ部において表面側または裏面側のいずれか一方に形成されたベースコート被覆層と共に該ヒータ基材のリブ部を切除して表面側および裏面側の他方に形成されたベースコート被覆層のみを残してこれを絶縁リブとし、ヒータ基材におけるヒータパターンの線状ヒータエレメント同士が該絶縁リブで断続的に接続された構造体とすることを特徴とする、ヒータの製造方法である。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６記載のヒータの製造方法において、ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項６または７記載のヒータの製造方法において、得られた構造体のヒータパターン両端子に給電ポストを接続することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項６ないし８のいずれか一に記載のヒータの製造方法において、得られた構造体を絶縁性材料で被覆してオーバーコート被覆層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明によれば、ヒータ本体の全面に亘って導電性材料からなる基材が存在する構造を採用せず、両端子間において螺旋状や渦巻状、蛇行状などの所定ヒータパターンで延長する線状ヒータエレメントとしてヒータ本体が構成される。したがって、ヒータ本体の全面に亘る基材を必要とせず、簡単な構成で安価に製造可能である。そして、隣接する線状ヒータエレメント同士がそれらの間隔部において断続的に配置される絶縁リブによって接続されるので、ヒータ本体の剛性を高め、所定のヒータパターン形状を保持することができる。したがって、ヒータエレメントが自重で撓んだり、歪みを生じたりすることを防止し、ウエハなど被加熱物の温度分布を良好に維持することができる。さらに、絶縁リブはヒータエレメント同士の間隔内に断続的に配置されるので、ヒータ本体がある程度変形することを許容するので、異種材料で形成されるヒータ本体と絶縁リブの熱膨張係数が異なることによる破断や破損を防止することができる。さらに、絶縁リブの位置・大きさ・数を適宜に設定することによってヒータの剛性（保形性）と変形許容性のバランスを自在に調整することができる効果がある。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、加工性に優れたグラファイトによるヒータ基材と絶縁性に優れたＰＢＮ絶縁リブとの好適な組み合わせによるヒータを提供することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、ヒータ本体（ヒータエレメント）がＰＢＮなどの絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で被覆される。この場合、導電性材料からなるヒータエレメントは少なくとも１層（ベースコート被覆層および／またはオーバーコート被覆層）で絶縁被覆されることになるので、ヒータとしての製品寿命や絶縁性を向上させることができる。さらに、ヒータパターン内絶縁リブはベースコート被覆層およびその表裏のオーバーコート被覆層の計３層で形成されることになるので、その強度が増大し、取扱性や製品寿命を向上させることができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、ポスト型構造のヒータとして、ヒータ加熱面と給電部との間の距離をポスト長によって大きく取ることができるので、給電部の過剰な温度上昇を抑止し、給電部に接続される給電ボルトなどの焼損を防止すると共に、給電のための配線の取り回しを容易にするなどの効果を発揮する。さらに、絶縁リブによってヒータ本体の剛性が高められているので、給電ポストのみでヒータ本体を自立させたときであってもヒータ本体が自重で撓んだり変形することを防止し、ウエハなど被加熱物の温度分布を良好に維持することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、ヒータパターン同士の間で導通を起こすことがないマルチゾーンヒータが提供される。このヒータパターン同士の間に設けられる絶縁リブは、前記ヒータパターン内に設けられる絶縁リブとも相俟って、ヒータ本体の一体性を確保すると同時にある程度の変形を許容するので、異種材料で形成されるヒータ本体と絶縁リブの熱膨張係数が異なることによる破断や破損を防止する効果や、それらの位置・大きさ・数を適宜に設定することによってヒータの一体性と変形許容性のバランスを自在に調整可能とする効果をより一層顕著に発揮させることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、請求項１記載の構成を有するヒータを製造するための好適な方法が提供される。この製造方法によれば、リブ部を備えて一体に形成されたヒータ基材に対してＣＶＤなどでベースコート被覆層を形成するので、その際の成膜条件設定が容易であり、均一な膜厚で成膜させることができる効果がある。
【００２３】
請求項７に係る発明によれば、加工性に優れたグラファイトによるヒータ基材と絶縁性に優れたＰＢＮリブとの好適な組み合わせによるヒータを製造することができる。
【００２４】
請求項８に係る発明によれば、請求項４に関して既述した効果を発揮するポスト型構造のヒータを製造することができる。
【００２５】
請求項９に係る発明によれば、ヒータ本体の基材露出面がＰＢＮなどの絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で被覆されるので、優れた製品寿命や絶縁性を有するヒータを製造することができる。この製造方法によれば、ベースコートとオーバーコートによるダブルコートの絶縁層が形成されるので、比較的容易な成膜条件で大きな膜厚を得ることができる効果がある。ＣＶＤによるＰＢＮ成膜は通常は０．３ｍｍ程度が限度であり、それ以上の膜厚を得ようとしてもＰＢＮに割れや浮きが生じやすくなるが、ダブルコートとすることでそのような欠点を生じさせずに大きな膜厚（０．５〜１ｍｍ）のＰＢＮ被膜を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態（実施例１）によるヒータの平面図である。
【図２】このヒータの斜視図である。
【図３】このヒータの製造工程を示すフロー図である。
【図４】製造過程における各段階のヒータの断面状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明の他実施形態（実施例２）によるヒータの平面図（ａ）および一部破断正面図（ｂ）である。
【図６】このヒータからリブを省いた参考例の平面図（ａ）および一部破断正面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施形態について添付図面を参照して説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において広く変形態様を取り得ることに留意されたい。
【実施例１】
【００２８】
図１および図２に示すヒータ１０は、ヒータ基材１１と絶縁リブ２０，２１を有して構成されている。この実施形態では、ヒータ基材１１はグラファイトからなり、絶縁リブ２０，２１はＰＢＮからなる。
【００２９】
ヒータ基材１１は、別個独立に温度制御可能な複数のヒータパターン同士をそれらの間に間隔を配して組み合わせた形状を有するものであり、この実施形態では、内側ヒータパターン１２と外側ヒータパターン１６をそれらの間に間隔１５を配して組み合わせた形状を有している。すなわち、この実施形態によるヒータ１０は、本発明をマルチゾーンヒータとして構成した一例である。内側ヒータパターン１２は端子１３ａ，１３ｂ間に略渦巻状に巻回されており、外側ヒータパターン１６は内側ヒータパターン１２の外側に間隔１５を置いて配置され、端子１７ａ，１７ｂ間に略渦巻状に巻回されている。内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６の各々において渦巻状に延長するヒータエレメント同士の間にも隙間１９が設けられている。
【００３０】
この実施形態によるヒータ１０はいわゆるポスト型のヒータであり、内側ヒータパターン１２の端子１３ａ，１３ｂには給電ポスト１４ａ，１４ｂが接続され、外側ヒータパターン１６の端子１７ａ，１７ｂには給電ポスト１８ａ，１８ｂが接続されている。そして、給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂの下端に設けられる給電部に外部電源からの電力線（いずれも図示せず）が接続され、内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６をそれぞれ別個独立に制御された温度に昇温させることを可能にしている。このようなポスト型の構造を採用することにより、ヒータ１０の表面（加熱面）と給電部との間の距離をポスト長により大きく取ることができるので、給電部の過剰な温度上昇を抑止し、給電部に接続される給電ボルトなどの焼損を防止することができる。また、給電のための配線をヒータ本体から遠ざけることができるので、配線の取り回しが容易になり、配線がヒータに当たってショートするというような事故の発生を防止することができる。さらには、ＳＵＳなどの安価に入手可能な材質による給電ボルトの使用が可能となるので、大幅なコストダウンを実現することができる。さらに、給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂは、内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６に対する電力供給手段として機能すると同時に、ヒータ１０を安定して支持するための支持脚としての役割を果たす。
【００３１】
ＰＢＮリブ２０は、各ヒータパターン１２，１６における線状ヒータエレメント同士の間隔１９ａ，１９ｂを保持しながら、ある程度の変形を許容し、ＰＢＮリブ２１はヒータパターン１２，１６同士の間隔１５を保持しながらある程度の変形を許容するので、各ヒータパターン１２，１６およびこれらの組み合わせとしてのヒータ基材１１全体としての一体性・保形性を確保すると共に、ヒータ１０が高温で使用された場合であっても、熱膨張係数の異なる材料（グラファイトとＰＢＮ）で形成されるヒータ基材１１とリブ２０，２１の熱膨張差に起因する破断や破損を防止する。さらに、内側ヒータパターン１２および外側ヒータパターン１６が絶縁性のＰＢＮリブ２１で接続されているので、これらヒータパターン１２，１６同士の間での導通を防止する。
【００３２】
また、給電ポスト１４ａ，１４ｂ：１８ａ，１８ｂをヒータパターン１２，１６の端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂに接続・固定して自立させた状態にしても、ＰＢＮリブ２０，２１の存在によってヒータパターン１２，１６が自重で撓んだり変形することがなく、ウエハなど被加熱物の温度分布を良好に維持できる。この点については、便宜上、実施例２の説明中で後述するものとする。
【００３３】
次に、図３を参照して、このヒータ１０の製造方法について説明する。まず、所定形状に成形されたグラファイト基材を準備する（図３：Ｓ１）。このグラファイト基材は、前述した完成品としてのヒータ１０の平面形状（図１）と略同様の平面形状をする。すなわち、端子１３ａ，１３ｂ間の内側ヒータパターン１２と、端子１７ａ，１７ｂ間の外側ヒータパターン１６とを組み合わせた形状を有すると共に、各ヒータパターン１２，１６におけるヒータエレメント同士の間隔１９内に断続的に設けられるＰＢＮリブ２０およびこれらヒータパターン１２，１６同士の間隔内に断続的に設けられるＰＢＮリブ２１に対応した位置にリブ部（グラファイトリブ）が設けられている。グラファイト基材の厚さは特に限定されないが、たとえば２〜８ｍｍ程度の厚さのものを使用することができる。
【００３４】
したがって、図４（ａ）に例示されるように、グラファイト基材２２は、断面で見ると、完成品としてのヒータ１０においてヒータパターン１２，１６となる全厚部分２３と、間隔１５，１９となる貫通部分２４と、ＰＢＮリブ２０，２１に対応する位置に設けられるグラファイトリブ２５とを有する。この例では、グラファイトリブ２５はグラファイト基材２２の底面２７側に薄く形成されており、グラファイトリブ２５の表面２６側は凹溝２８とされている。
【００３５】
次いで、このグラファイト基材２２の全面をＰＢＮでベースコートする（図３：Ｓ２）。これにより、貫通部分２４および凹溝２８の開口部を除くグラファイト基材２２の表面２６、貫通部分２４の開口部を除くグラファイト基材２２の裏面２７、貫通部分２４の内側面、および凹溝２８の内側面および底面に、ＰＢＮ被覆層２９（２９ａ〜２９ｅ）が連続して形成される（図４（ｂ））。ベースコートによるＰＢＮ被覆層２９の厚さは０．３〜０．５ｍｍ程度である。
【００３６】
次いで、グラファイトリブ２５を、その表面側（凹溝２８底面）のＰＢＮ被覆層２９ｅまたはその裏面側（グラファイト基材の裏面２７）のＰＢＮ被覆層２９ｂと共に切除して、単一のＰＢＮ被覆層２９のみを残してこれをＰＢＮリブ２０，２１とする（図３：Ｓ３，図４（ｃ））。この実施例では、凹溝２８にカッティングツールを入れて、図４（ｂ）において厚さＤおよび幅Ｗで示される範囲を切除している。これにより、凹溝２８底面のＰＢＮ被覆層２９ｅと共にグラファイトリブ２５が切除され、裏面側のＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗの範囲内の部分）が残される。
【００３７】
次いで、端子部（内側ヒータパターン１２の端子１３ａ，１３ｂおよび外側ヒータパターン１６の端子１７ａ，１７ｂ）の裏面を被覆しているベースコートＰＢＮ被覆層２９ｂを剥離して、端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂを露出させて導通部を形成し（図３：Ｓ４）、この導通部にそれぞれ給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂを取り付ける（図３：Ｓ５）。給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂはグラファイトやグラッシーカーボンなどの導電性材料から略丸棒状に形成され、その上端がヒータパターン１２，１６の端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂにネジ止めなどにより固着・接続されると共に、その下端には給電ボルトを螺着するための給電端子部が形成されて外部電源からの電力供給を行う給電経路を形成する。
【００３８】
得られたポスト構造体３０の全面をＰＢＮでオーバーコートする（図３：Ｓ６）。これにより、ベースコートによるＰＢＮ被覆層２９（２９ａ〜２９ｅ）の上にさらにオーバーコートによるＰＢＮ被覆層３１が形成されるので、ダブルコーティングによって十分な厚さのＰＢＮ被覆層を均一に成膜させることができる。しかも、図３：Ｓ３の後に得られる図４（ｃ）の状態においては、切除されたグラファイトリブ２５の内側面が露出しているが、ＰＢＮオーバーコートによってグラファイト基材２２の該露出面もＰＢＮ被覆層３１で被覆されるので、グラファイト基材２２を完全に絶縁させることができる（図４（ｄ））。同時に、給電ポスト１４ａ，１４ｂ；１８ａ，１８ｂの外側面もＰＢＮ被覆層３１で被覆されて、ヒータ１０が完成する（図１，図２，図３：Ｓ７）。オーバーコートによるＰＢＮ被覆層３１の厚さは０．５〜０．６ｍｍ程度である。
【００３９】
以上の説明から理解されるように、グラファイト基材２２におけるリブ部（グラファイトリブ２５）は、ＰＢＮベースコート（図３：Ｓ２）によってＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）および被覆層２９ｅを形成する基体としての存在意義のみを持ち、図３：Ｓ３工程によってその表面側の被覆層２９ｅまたはその裏面側の被覆層被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）と共に切除されるので、完成品としてのヒータ１０には残存しない。言い換えれば、当初のグラファイト基材２２が有していたグラファイトリブ２５が、完成品としてのヒータ１０においては絶縁性のＰＢＮリブ２０，２１に置き換えられることになる。
【００４０】
なお、図３：Ｓ３において、凹溝２８底面のＰＢＮ被覆層２９ｅと共にグラファイトリブ２５を切除して、裏面側のＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）を残すものとしたが、反対に、グラファイトリブ２５の裏面側からカッティングツールを入れて、裏面側のＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）と共にグラファイトリブ２５を切除して、凹溝２８底面のＰＢＮ被覆層２９ｅのみを残すようにしても良い。いずれにしても、この残されたＰＢＮ被覆層２９ｂ（幅Ｗ部分）または２９ｅが、その表裏にオーバーコートされたＰＢＮ被覆層３０と共に３層のＰＢＮ被覆層（合計厚が０．８〜１．０ｍｍ程度）となって、完成品としてのヒータ１０におけるＰＢＮリブ２０，２１を形成する。また、この実施形態では凹溝２８の内面に形成されたＰＢＮ被覆層２９ｄの内面に沿ってその幅Ｗの部分を全切除するものとしているが、図示の幅Ｗより小さい幅で切除しても良い。
【００４１】
また、図４（ａ）に示すグラファイト基材２２は、表面２６側に開口する凹溝２８の裏面２７側にグラファイトリブ２５が形成されているが、グラファイトリブ２５の位置は限定的ではない。たとえば、図示の形態とは反対に、裏面２７側に開口する凹溝の表面２６側にグラファイトリブが形成されていても良いし、表裏両面に開口する凹溝の間（グラファイト基材２２の厚さ方向中間部）にグラファイトリブが形成されていても良い。いずれの場合も、前述したと同様にしてＰＢＮベースコートを行った後に、グラファイトリブの表面側または裏面側のいずれかのＰＢＮ被覆層２９と共にグラファイトリブを切除し、切除されずに残された単一のＰＢＮ被覆層２９（凹溝２８の底面を被覆する２９ｅ、または裏面側被覆層２９ｂの切除幅Ｗ部分）と、オーバーコートによってこのＰＢＮ被覆層の表裏に形成されるＰＢＮ被覆層３１とで合計３層のＰＢＮ被覆層となって、十分な厚さを有するＰＢＮリブ２０，２１が形成される。
【００４２】
また、既述実施形態ではヒータ基材１１を内側ヒータパターン１２と外側ヒータパターン１６の２ゾーンを有するようにしているが、これに限定されるものではなく、任意にマルチゾーン化することができる。たとえば、ヒータパターン間に洞心状に複数の間隔１５が形成されるように３ゾーンまたはより多数のマルチゾーンのヒータパターンを形成することもできるし、ヒータパターン間に任意の角度間隔で放射状の間隔１５が形成されるようにマルチゾーン化することもできるし、これらを任意に組み合わせてマルチゾーン化することも可能である。いずれの場合も、別個独立して温度制御可能なヒータパターン同士の間隔１５に断続的に形成されるＰＢＮリブ２１（絶縁リブ）によってヒータパターン同士の導通が防止され、各ヒータパターンの昇温を厳密に制御することができる。
【００４３】
ＰＢＮリブ２０，２１（絶縁リブ）の形成箇所、数および寸法などは、各ヒータパターン１２，１６およびヒータ基材１１全体の歪みを防止しつつある程度の変形を許容して破断や破損を防止することができるよう配慮し、また、内外ヒータパターン１２，１６間の間隔１５に配置されるＰＢＮリブ２１（絶縁リブ）についてはさらに内外ヒータパターン１２，１６同士の熱干渉を適切にコントロールして別個独立の温度制御を正確に行うことができるよう配慮して、適宜に設定される。
【００４４】
ベースコートによるＰＢＮ被覆層２９の形成（図３：Ｓ２）およびオーバーコートによるＰＢＮ被覆層３１の形成（図３：Ｓ６）の形成は、いずれもＣＶＤで行うことが好ましい。ＣＶＤ法によるこれらの成膜自体は当業界において公知であるので、詳細な説明を割愛する。本発明では、これら公知のＣＶＤ成膜手法を任意に採用することができる。
【実施例２】
【００４５】
本発明について、複数ヒータパターンを有するマルチゾーンヒータとして構成した実施形態を挙げて詳述したが、本発明はもちろん単一のヒータパターンを有するヒータとしても適用可能であり、その一例が図５に示されている。このヒータ３２は、導電性材料からなる線状のヒータエレメント３３が端子３４ａ，３４ｂ間において所定のヒータパターンを形成するように連続してなるヒータ本体３５と、ヒータパターン内において隣接する線状ヒータエレメント３３同士の間隔３６内に断続的に配置されてヒータエレメント３３同士を絶縁的に接続する複数の絶縁リブ３７と、ヒータパターンの端子３４ａ，３４ｂにそれぞれ接続されて外部電源からの電力経路を形成する給電ポスト３８ａ，３８ｂとを有する。この実施形態では、ヒータエレメント３３ないしヒータ本体３５はグラファイトからなり、絶縁リブ３７はＰＢＮからなる。ＰＢＮリブ３７は、ヒータパターンにおける線状ヒータエレメント３３同士の間隔３６を保持すると共にヒータ本体３５としての一体性・保形性を確保し、同時にある程度の変形を許容するので、ヒータ１０が高温で使用された場合であっても、熱膨張係数の異なる材料（グラファイトとＰＢＮ）で形成されるヒータ本体３５とリブ３７の熱膨張差に起因する破断や破損を防止する。
【００４６】
このヒータ３２における各部の説明や製造工程などについては、既述した実施例１のヒータ１０における対応記載を参照されたい。
【００４７】
実施例１，２いずれのヒータもポスト型であって、ヒータパターン両端の端子に給電ポストを固定して、外部電源からヒータパターンへの給電経路を形成すると共にヒータ本体を支持する支持脚としての役割を持たせているが、給電ポストで自立させたとき、長いヒータパターンが形成されている場合には特に、ヒータエレメントの自重で撓みや変形が生じやすくなる。たとえば、図５に示すヒータ３２からＰＢＮリブ３７を除いたものを参考例のヒータ３２’とする（図６）と、ヒータパターンの両端を給電ポスト３８ａ，３８ｂで支持して自立させたときに、ヒータエレメント３３が自重で撓み（矢印Ａ）、ウエハなど被加熱物との密着性が低下して熱伝導効率が低下すると共に、温度分布を良好に保持することができなくなる。また、ヒータエレメント３３の撓みに伴って給電ポスト３８ａ，３８ｂの下端部（給電ボルトを接続する給電接続部３９ａ，３９ｂがある）が外方に向けて変形（矢印Ｂ）しやすくなり、給電ポスト３８ａ，３８ｂや該給電ポストに接続される端子１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂ（実施例１），３４ａ，３４ｂ（実施例２）近くのヒータエレメント３３に破壊や折損が生ずるおそれがある。本発明によれば、ヒータパターン内の隣接ヒータエレメント３３間に断続的にＰＢＮリブ３７が設けられているので、ヒータ本体３５の剛性を高め、ヒータパターンの所定形状を保持する作用を果たし、ヒータエレメント３３の撓みを防止するので、図６に示すような不利欠点を生じない。
【００４８】
なお、実施例１，２いずれのヒータもポスト型の構造体を有するものとして図示および説明したが、本発明においてポスト型であることは必須の要件ではなく、ポストを持たずにヒータ本体のみで構成されたプレート型（平板状）の構造体も本発明の範囲内である。ヒータ本体のみで構成されるプレート型のヒータであっても、リブを持たない従来技術（特許文献１，２など）によると剛性が著しく低いため、平面上に載置して使用しても撓み（凹状または凸状の反り）が生じ、また、横方向にも歪み（変形）が生じるが、ヒータエレメント間に断続的にリブを設けた本発明によれば、このような撓みや歪みを防止することができる。
【００４９】
本発明によるヒータは、特許文献１，２などに記載されるリブを持たない従来技術によるヒータが抱える欠点（撓みによる熱伝導効率の低下など、詳しくは既述）をリブを設けることで解消し、且つ、該リブを断続的に設けることによって変形許容性を与えて応力集中によるヒータエレメントやポストの破壊・折損を防止することができ、しかもヒータ基材のサイズ（幅、厚み）やＰＢＮベースコート／オーバーコートの膜厚などを勘案しつつＰＢＮリブの位置・大きさ・数を適宜に設定することによって剛性と変形許容性のバランスを自在に調整することができるものである。したがって、図３：Ｓ７で得られたヒータ１０（実施例１）やヒータ３２（実施例２）において、より変形許容性を大きくすることが望まれる場合は、絶縁リブ２０，２１の大きさを部分的に切除したり、一部の絶縁リブ２０，２１を全切除して所望の変形許容性を与えるように後加工して最終製品としても良い。
【００５０】
実施例１，２のヒータにおいて、ヒータエレメントを形成する導電性材料にはグラファイトを用いると共にベースコート／オーバーコート被覆層を形成する絶縁性材料にはＰＢＮを用いたが、これらの材料の組合せは限定的ではない。たとえば、ベースコート／オーバーコート被覆層を形成する絶縁性材料としてはＰＢＮの他にもＡｌＮ、ＳｉＮ、ＧａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＮ，ＮｂＮなどの窒化系材料も好適に使用可能であり、用途や使用環境、加工や成膜の条件などによって適宜に選択して使用することができる。また、ベースコート被覆層とオーバーコート被覆層は異なる絶縁性材料で形成されても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０ ヒータ（マルチゾーンヒータ）
１１ グラファイトからなるヒータ基材
１２ 内側ヒータパターン
１３ａ，１３ｂ 内側ヒータパターンの端子
１４ａ，１４ｂ 内側ヒータパターンの給電ポスト
１５ 内側／外側ヒータパターンの間の間隔
１６ 外側ヒータパターン
１７ａ，１７ｂ 外側ヒータパターンの端子
１８ａ，１８ｂ 外側ヒータパターンの給電ポスト
１９ａ 内側ヒータパターン内におけるヒータエレメントの間の間隔
１９ｂ 外側ヒータパターン内におけるヒータエレメントの間の間隔
２０，２１ ＰＢＮリブ（絶縁リブ）
２２ グラファイト基材
２３ 全厚部分
２４ 貫通部分
２５ グラファイトリブ
２６ グラファイト基材の表面
２７ グラファイト基材の裏面
２８ 凹溝
２９ ベースコートによるＰＢＮ被覆層
３０ グラファイトリブ切除後の構造体
３１ オーバーコートによるＰＢＮ被覆層
３２ ヒータ（シングルゾーンヒータ）
３３ ヒータエレメント（ヒータパターン）
３４ａ，３４ｂ 端子
３５ ヒータ本体
３６ ヒータパターン内におけるヒータエレメントの間の間隔
３７ ＰＢＮリブ（絶縁リブ）
３８ａ，３８ｂ 給電ポスト
３９ａ，３９ｂ 給電部（給電ボルト接続部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料からなる線状のヒータエレメントが両端子間において所定のヒータパターンで連続してなるヒータ本体と、該線状ヒータエレメント同士の間隔内に断続的に配置されて該ヒータエレメント同士を絶縁的に接続する複数の絶縁リブと、を有することを特徴とするヒータ。
【請求項２】
ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする、請求項１記載のヒータ。
【請求項３】
ヒータエレメントが絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のヒータ。
【請求項４】
ヒータパターンの両端子にそれぞれ接続されて外部電源からの電力経路を形成する給電ポストが設けられることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一に記載のヒータ。
【請求項５】
前記ヒータ本体は、別個独立に温度制御可能な複数のヒータパターンを有するマルチゾーンヒータであり、該複数のヒータパターン同士の間隔内にも複数の絶縁リブが断続的に配置されて該ヒータパターン同士を絶縁的に接続していることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一に記載のヒータ。
【請求項６】
請求項１記載のヒータの製造方法であって、最終的に得ようとするヒータパターン形状に略合致する形状を有すると共に線状ヒータエレメント同士の間隔内に設けられてヒータエレメント同士を断続的に接続するリブ部を有するように導電性材料から形成されたヒータ基材を準備し、このヒータ基材を絶縁性材料で被覆してベースコート被覆層を形成した後、前記ヒータ基材のリブ部において表面側または裏面側のいずれか一方に形成されたベースコート被覆層と共に該ヒータ基材のリブ部を切除して表面側および裏面側の他方に形成されたベースコート被覆層のみを残してこれを絶縁リブとし、ヒータ基材におけるヒータパターンの線状ヒータエレメント同士が該絶縁リブで断続的に接続された構造体とすることを特徴とする、ヒータの製造方法。
【請求項７】
ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする、請求項６記載のヒータの製造方法。
【請求項８】
得られた構造体のヒータパターン両端子に給電ポストを接続することを特徴とする、請求項６または７記載のヒータの製造方法。
【請求項９】
得られた構造体を絶縁性材料で被覆してオーバーコート被覆層を形成することを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか一に記載のヒータの製造方法。
【請求項１】
導電性材料からなる線状のヒータエレメントが両端子間において所定のヒータパターンで連続してなるヒータ本体と、該線状ヒータエレメント同士の間隔内に断続的に配置されて該ヒータエレメント同士を絶縁的に接続する複数の絶縁リブと、を有することを特徴とするヒータ。
【請求項２】
ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする、請求項１記載のヒータ。
【請求項３】
ヒータエレメントが絶縁性材料によるオーバーコート被覆層で形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のヒータ。
【請求項４】
ヒータパターンの両端子にそれぞれ接続されて外部電源からの電力経路を形成する給電ポストが設けられることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一に記載のヒータ。
【請求項５】
前記ヒータ本体は、別個独立に温度制御可能な複数のヒータパターンを有するマルチゾーンヒータであり、該複数のヒータパターン同士の間隔内にも複数の絶縁リブが断続的に配置されて該ヒータパターン同士を絶縁的に接続していることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一に記載のヒータ。
【請求項６】
請求項１記載のヒータの製造方法であって、最終的に得ようとするヒータパターン形状に略合致する形状を有すると共に線状ヒータエレメント同士の間隔内に設けられてヒータエレメント同士を断続的に接続するリブ部を有するように導電性材料から形成されたヒータ基材を準備し、このヒータ基材を絶縁性材料で被覆してベースコート被覆層を形成した後、前記ヒータ基材のリブ部において表面側または裏面側のいずれか一方に形成されたベースコート被覆層と共に該ヒータ基材のリブ部を切除して表面側および裏面側の他方に形成されたベースコート被覆層のみを残してこれを絶縁リブとし、ヒータ基材におけるヒータパターンの線状ヒータエレメント同士が該絶縁リブで断続的に接続された構造体とすることを特徴とする、ヒータの製造方法。
【請求項７】
ヒータエレメントを形成する導電性材料がグラファイトであり、絶縁リブを形成する絶縁性材料が熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ）であることを特徴とする、請求項６記載のヒータの製造方法。
【請求項８】
得られた構造体のヒータパターン両端子に給電ポストを接続することを特徴とする、請求項６または７記載のヒータの製造方法。
【請求項９】
得られた構造体を絶縁性材料で被覆してオーバーコート被覆層を形成することを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか一に記載のヒータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９７９４３（Ｐ２０１３−９７９４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８２３５（Ｐ２０１１−２３８２３５）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００２２１１１１）モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社 (257)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００２２１１１１）モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社 (257)
【Ｆターム（参考）】
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