JP2019075219A - ヒータモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 多数のリード線を錯綜させることなくヒータモジュールの外側に引き出すことが可能なヒータモジュールを提供する。【解決手段】 このヒータモジュール１は、半導体ウエハ等の被処理物を載置する載置面１１ａを上面に備えると共に該載置面１１ａに載置された被処理物を加熱する抵抗発熱体１３ａを備えたヒータユニット１０と、該ヒータユニット１０の下方側に離間して設置された冷却部２０と、該冷却部２０において該ヒータユニット１０との対向面とは反対側の面に当接され、該ヒータユニット１０から引き出されたリード線１６、１７が接続される配線基板３０とを有しており、好適には該配線基板３０は該リード線１６、１７が着脱自在に接続されるコネクター３４、３５を実装している。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理物を載せて下面側から加熱するヒータモジュールに関する。

ＬＳＩやメモリなどの半導体デバイスを製造する半導体製造装置では、半導体ウエハに対してＣＶＤやスパッタリング等による成膜、レジストの塗布、露光及び現像等のフォトリソグラフィ―、パターニングのためのエッチング等の一連の工程からなる薄膜処理が施される。これらの薄膜処理では、一般に半導体ウエハを所定の温度に加熱した状態で処理を行うため、例えばフォトリソグラフィ―が行われるコータデベロッパ装置では、被処理物の半導体ウエハを載置してその下面から加熱するサセプタとも称するウエハ加熱用ヒータモジュールが用いられている。

上記のウエハ加熱用ヒータモジュールは、例えば特許文献１に示されるように、上面に平坦なウエハ載置面を備えたセラミックス製の円板状部材からなるウエハ載置台と、これを下面側から支持する筒状支持体とから構成されており、該ウエハ載置台の内部には電熱コイルやパターニングされた金属薄膜等の抵抗発熱体がウエハ載置面に平行に埋設されている。該抵抗発熱体の両端部にはウエハ載置台の下面側に設けた１対の電極端子が電気的に接続しており、この１対の電極端子及びそのリード線を介して外部電源から該抵抗発熱体に給電が行われる。

上記のウエハ加熱用ヒータモジュールでは、製品となる半導体デバイスの品質にばらつきが生じないように、ウエハ載置面での均熱性を高めて半導体ウエハを全面に亘って均一に加熱することが求められている。そのため、ウエハ載置面を
複数の加熱ゾーン（マルチゾーン）に区分してそれらの各々に配した抵抗発熱体を個別に温度制御することが行われている。

特開２００３−１７２２４号公報

上記のように、半導体ウエハなどの被処理物を載置する載置面を複数の加熱ゾーンに区分し、それらの各々に配した抵抗発熱体を個別に温度制御することでウエハ載置面の均熱性を高めることができるものの、各加熱ゾーンに配した抵抗発熱体の発熱量を電圧や電流で制御する制御系では、一般に温度検出器として各加熱ゾーンごとに温度検出用の例えば３線式測温素子等の温度センサーが設けられるため、各加熱ゾーンからは当該温度センサー用の３本のリード線と抵抗発熱体の給電用の２本のリード線が少なくとも引き出されることになる。

従って、例えば載置面を１５の加熱ゾーンに区分してそれらの各々に抵抗発熱体及び温度センサーを配する場合は、合計７５本のリード線が載置台から引き出されることになり、ヒータモジュールの組み立て時やメンテナンス時の作業に長時間を要することが問題になっていた。また、多数の類似するリード線が狭いスペース内で錯綜することになるので、間違って結線するおそれがあることも問題になっていた。

本発明は上記した従来のヒータモジュールが抱える問題に鑑みてなされたものであり、多数のリード線を錯綜させることなくモジュールの外側に引き出すことが可能なヒータモジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るヒータモジュールは、被処理物を載置する載置面を上面に備えると共に前記載置面に載置された被処理物を加熱する抵抗発熱体を備えたヒータユニットと、前記ヒータユニットの下方側に離間して設置された冷却部と、前記冷却部において前記ヒータユニットとの対向面とは反対側の面に当接され、前記ヒータユニットから引き出されたリード線が接続される配線基板とを有することを特徴としている。

本発明によれば、多数のリード線を錯綜させることなくヒータモジュールの外側に引き出すことができるうえ、配線基板自身の発熱や周囲環境による加熱により短絡が生ずるのを防ぐことが可能になる。

本発明に係るヒータモジュールの一具体例の縦断面図である。 図１のヒータモジュールが有する複数の抵抗発熱体によって画定される載置面上の複数の加熱ゾーンの区分パターンを示す平面図である。

最初に本発明の実施形態を列記して説明する。本発明のヒータモジュールの実施形態は、被処理物を載置する載置面を上面に備えると共に前記載置面に載置された被処理物を加熱する抵抗発熱体を備えたヒータユニットと、前記ヒータユニットの下方側に離間して設置された冷却部と、前記冷却部において前記ヒータユニットとの対向面とは反対側の面に当接され、前記ヒータユニットから引き出されたリード線が接続される配線基板とを有することを特徴としている。これにより、多数のリード線を錯綜させることなくヒータモジュールの外側に引き出すことができる。また、配線基板自身の発熱や周囲環境による加熱により短絡が生ずるのを防ぐことが可能になる。

上記本発明のヒータモジュールの実施形態においては、前記配線基板は、前記リード線が着脱自在に接続されるコネクターを実装しているのが好ましい。これによりモジュールの組み立て時やメンテナンス時の作業を簡素化することができる。また、上記本発明のヒータモジュールの実施形態においては、前記冷却部は冷媒流路を有する固定式冷却板と、前記固定式冷却板と前記ヒータユニットとの間を往復動する可動式冷却板とからなり、前記固定式冷却板において前記可動式冷却板との対向面とは反対側の面に前記配線基板が取り付けられているのが好ましい。これにより、ヒータユニットを短時間で冷却することができる。

次に、本発明の被処理物加熱用ヒータモジュールの一具体例について、該被処理物が半導体ウエハの場合を例に挙げて説明する。図１に示すように、この本発明の一具体例のヒータモジュール１は、被処理物としての半導体ウエハＷを載置する載置面１１ａを上面に備えると共に該載置面１１ａに載置された半導体ウエハＷを加熱する抵抗発熱体１３ａを備えたヒータユニット１０と、該ヒータユニット１０を冷却する冷却部２０と、該冷却部２０においてヒータユニット１０との対向面とは反対側の面に設けられた配線基板３０とを有している。このヒータモジュール１は、好適には上部が開放されたステンレス製の容器４０内に収められている。

上記のヒータユニット１０の構造は、載置面１１ａに載置された半導体ウエハＷを全面に亘って均等に加熱できるものであれば特に限定はないが、本発明の一具体例のヒータモジュール１においては、このヒータユニット１０は、半導体ウエハＷを載置する載置面１１ａを上面に備えた円板形状の載置台１１と、この載置台１１とほぼ同等の外径を有し、該載置台１１をその下面側から全面に亘って支持する円板形状の支持板１２と、これら載置台１１と支持板１２との間に挟持された、絶縁層で覆われた抵抗発熱体１３ａを有する円形薄膜状の加熱部１３とから構成され、支持板１２の下面側に設けられた複数の柱状の脚部１４によって支持されている。

上記の載置台１１は、載置面１１ａの全面に亘って極めて高い温度均一性、すなわち高い均熱性を実現すべく熱伝導率の高い材質からなるのが好ましく、例えば銅やアルミニウムなどの金属がより好ましい。載置台１１の材質は、炭化珪素、窒化アルミニウム、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣなどの剛性(ヤング率)の高いセラミックスやセラミックス複合体でもよく、これにより載置面１１ａの平面度を常時高く維持することが可能になるうえ、載置面１１ａの反り防止を目的として載置台１１を分厚くする必要がなくなるので熱容量を小さくでき、よって昇降温速度を速めることが可能になる。

支持板１２の材質も、剛性（ヤング率）の高い炭化珪素、窒化アルミニウム、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣなどのセラミックスやセラミックス複合体を用いることが好ましい。特に、載置台１１の材質が金属の場合、後述するように加熱部１３を挟んで載置台１１と支持板１２とを重ね合わせて機械的に結合することで、載置面１１ａの反りを抑えることができるので、載置面１１ａにおいて高い均熱性と平坦性を兼ね備えたヒータユニット１０を実現することができる。

これら載置台１１と支持板１２とはネジ止めになどによって互いに機械的に結合することが好ましい。また、載置台１１と支持板１２とが互いに異なる材質からなる場合は、載置台１１及び支持板１２が其々の温度に応じて載置面１１ａの方向に自由に熱膨張できるように、例えば支持板１２に設けた厚み方向に貫通する挿通孔（図示せず）に下側から雄ネジ（図示せず）を挿通し、載置台１１の下面側に設けた雌ネジ部（図示せず）に螺合させると共に、該雄ネジの座面とその当接部となる支持板１２の下面との間に例えばベアリング（図示せず）を介在させることが好ましい。なお、この場合は加熱部１３においても、上記支持板１２の挿通孔に対応する位置に上記雌ネジ部の挿通孔が設けられることになる。

ここで、上記ネジ止め部は後述の抵抗発熱体の有効径外に配置することが好ましい。このようにすることで、局所的なクールスポットがほとんど生じない温度均一性の高い載置台を実現することができる。また、上記ネジ止め部を抵抗発熱体の有効径内に配置する場合は、複数の加熱ゾーンのうち周方向に隣接する加熱ゾーン同士の間及び／又は半径方向に隣接する加熱ゾーン同士の間に配置し、且つこの配置位置を通るウエハ載置面の半径方向の線分に関して上記区分パターンが線対称となるようにすることが好ましく、これにより上記ネジ止め部による温度均一性の悪化を抑えることができる。上記のネジ止め部は、前述のリフトピン挿通孔と同一の該半径方向の線分上に位置し且つ該線分に関して上記区分パターンが線対称であるのが更に好ましい。上記のように、載置台、加熱部、支持板のいずれか又は全てに干渉する機械部品や電装部品などの特異点が存在する場合は、これら特異点を、抵抗発熱体の有効径外に配置するか、あるいは有効径内の場合は隣接する加熱ゾーンの間であって且つ区分パターンの対称線となる位置に配することで、温度均一性を損なうことなく所望の機能を発揮させることができる。なお、抵抗発熱体の有効径とは、ウエハ載置面１１ａのうち、後述する抵抗発熱体１３ａが真下に配されている円形領域の直径である。

上記の載置台１１と支持板１２との間に挟持される加熱部１３は、上記の載置面１１ａに平行に延在する抵抗発熱体１３ａを有している。この抵抗発熱体１３ａは、上記の載置台１１及び支持板１２から電気的に絶縁状態となるように絶縁体で覆われており、このような形態の加熱部１３は、例えばステンレス箔等の導電性金属箔にエッチングやレーザー加工でパターニング加工を施すことで抵抗発熱体１３ａを形成し、該抵抗発熱体１３ａの両端部に給電用リード線１６を接続した後、この抵抗発熱体１３ａを上下から例えばポリイミドシート等の耐熱性絶縁シートで挟み込むことで作製することができる。

あるいは、抵抗発熱体１３ａの回路パターンのライン幅が細かったり、抵抗発熱体１３ａに用いる導電性金属箔の厚みが薄かったり等の理由により抵抗発熱体１３ａを取り扱うのが困難な場合は、パターニング加工前の導電性金属箔と電気絶縁のためのポリイミドシート等の耐熱絶縁シートとを予め重ね合わせて熱圧着し、この熱圧着後に導電性金属箔のみをエッチングなどでパターニング加工することで、ベースとなる全面ポリイミドフィルムとパターン箔（すなわち箔状の抵抗発熱体１３ａ）とを一体化させ、この一体化された箔状の抵抗発熱体１３ａの上から更にポリイミドフィルムを重ね合わせて熱圧着することで上記の加熱部１３を作製してもよい。

加熱部１３内には、載置面１１ａに平行な面上に複数の抵抗発熱体１３ａを延在させてもよく、これにより載置面１１ａを複数の加熱ゾーンに区分することができる。なお、この場合は各加熱ゾーンごとに給電用リード線１６が引き出されることになる。これら複数の抵抗発熱体１３ａによって画定される複数の加熱ゾーンの区分パターンには特に限定はないが、円板形状の載置台１１は一般的に中央部よりも表面積の広い周縁部からの放熱が多いため、定常状態では当該周縁部が局所的に低温になりやすい。一方で、半導体ウエハが載置台に載置されると、一般にウエハ径よりも載置台の外径が大きいため、載置台には中央部が外周部よりも低温の同心円状のセンタークール型の温度分布が生じる。その後、載置台の温度は制御系の働きにより所定の温度まで昇温するが、上記の温度分布の影響を受けるので半導体ウエハの過渡的な温度分布も同心円状のセンタークールとなる。このようなセンタークール型の温度分布を補正するため、加熱ゾーンの区分パターンは半径方向に同心円状に分割することが好ましい。また、ヒータモジュール１が搭載される真空チャンバーの壁面にはロードロック等が設けられているため載置台１１の周囲の環境は周方向に均等ではない。そこで図２に示すように、載置面１１ａを同心円状に分割したうえで更に周方向に均等に分割した区分パターンが好ましい。

すなわち、この図２に示す複数の加熱ゾーンの区分パターンでは、載置面１１ａが円形中央部Ａと、該円形中央部Ａの外側の環状中間部Ｂと、該環状中間部Ｂの外側の環状周縁部Ｃとの３つの領域に同心円状に区分されており、更に、該円形中央部Ａは中央部扇状加熱ゾーンＡ１〜Ａ３として周方向に３等分されており、該環状中間部Ｂは中間部扇状加熱ゾーンＢ１〜Ｂ６として周方向に６等分されており、該環状周縁部Ｃは周縁部扇状加熱ゾーンＣ１〜Ｃ６として周方向に６等分されている。

各加熱ゾーンを画定する抵抗発熱体１３ａの回路パターンについては特に限定はなく、様々な回路パターンにすることができる。例えば、同心円状の複数の湾曲導電部と、これら湾曲導電部の隣接するもの同士を接続する直線導電部とで一筆書き状に形成された回路パターンにすることができる。この場合、抵抗発熱体１３ａの回路の両端部に其々設けた電極端子（図示せず）を介して給電用リード線１６が接続されることになる。

上記の回路パターンでは発熱密度が局所的に異なるようになっていてもよいし、複数の加熱ゾーンに区分する場合は、各加熱ゾーンごとに発熱密度が異なっていてもよい。例えば、前述したように一般にウエハ径よりも載置台の外径が大きいため、半導体ウエハが載置台に載置されると当該載置台には中央部が外周部よりも低温の同心円状のセンタークール型の温度分布が生じる。その後、載置台の温度は制御系の働きにより所定の温度まで昇温するが、上記の温度分布の影響を受けるので半導体ウエハの過渡的な温度分布も同心円状のセンタークールとなる。このようなセンタークール型の温度分布を補正するため、中央部扇状加熱ゾーンＡ１〜Ａ３の発熱密度を高く設計することで、ウエハ載置時の過渡的な温度均一性を一層向上することができる。発熱密度を高くする方法としては、抵抗発熱体１３ａの回路パターンのピッチを狭くしたり抵抗発熱体１３ａを構成する導電線の幅を細くしたりすることで実現できる。

なお、加熱部１３においては、載置面１１ａに平行な全面積に対して抵抗発熱体１３ａの有効面積（すなわち、加熱部１３の上記全面積から、互いに隣接する加熱ゾーン同士の離間スペース、ネジ孔やリフトピンの挿通孔用スペース、測温センサーの設置用スペース等の発熱がないスペースの面積を引いたもの）の比率、すなわち有効発熱領域の比率が８０％以上であるのが好ましい。

本発明の一具体例のヒータモジュール１は、上記の１又は複数の加熱ゾーンの各々において例えば抵抗値が調整された測温素子からなる測温センサー１５を加熱ゾーンの中心位置に設けると共に、各測温センサー１５の検出値に基づいて当該加熱ゾーン内の抵抗発熱体１３ａを個別に制御するのが好ましい。ここで加熱ゾーンの中心位置とは、加熱ゾーンの形状が円形や三角形等の一般的な形状の場合は幾何学的な中心点と定義することができ、線対称な形状の場合はその対称軸となる対称線分の中間点と定義することができる。例えば図２に示すような扇状の加熱ゾーンの場合は、その周方向の中間角度位置であって且つ半径方向の中間地点が中心位置となる。

抵抗発熱体１３ａを複数設ける場合は、上記のように制御系を構成することによって載置面１１ａを局所的に加熱することができるので、例えばロードロックの開閉等により載置面１１ａが部分的に冷却されるような場合であっても均熱性を良好に維持することが可能になる。上記の測温センサー１５は例えば載置台１１の下面側に測温センサー１５が収まる大きさのザグリ穴１１ｂを設け、その底面に接着剤を塗布して測温センサー１５を接着固定することで各加熱ゾーンの温度を良好に検知することができる。なお、この場合は載置台１１の下面側から測温センサー１５のリード線１７が引き出されることになる。このリード線１７からの熱逃げを抑えるため、リード線１７は例えば支持板１２の下面の当接部１７ａに当接させるのが好ましい。

上記のヒータユニット１０の下方には、該ヒータユニット１０を急速冷却するための冷却部２０が設けられている。この冷却部２０は、白矢印で示すように、支持板１２の下面側に当接する一点鎖線で示す当接位置と、支持板１２から下方側に離間する実線で示す離間位置との間で往復動可能な可動式冷却板２１と、上記離間位置の可動式冷却板２１の下面側に当接する固定式冷却板２２とを有している。これら可動式冷却板２１及び固定式冷却板２２の材質は、銅、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム、チタン、若しくはこれらの少なくともいずれかを主成分とする合金又はステンレスなどの熱伝導性が高い金属から選択することが好ましい。

上記の固定式冷却板２２は、図示しないチラーなどの冷却装置で冷却されたフッ素系冷媒等の不凍液、空気、汎用的な水等の冷媒が循環する冷媒流路２２ａを有している。この冷媒流路２２ａを有する固定式冷却板２２の作製方法は特に限定はなく、例えば固定式冷却板２２の基材として金属製の板状部材を用意し、その下面側に冷媒流路としてＣｕなどの金属製のパイプを沿わせ、この金属製パイプの両端にステンレス製の継ぎ手を取り付けると共に、金属製パイプを押さえ板で板状部材に押さえつけた状態で該押さえ板と板状部材とをネジなどにより機械的に結合することで作製することができる。

より高い熱効率を得るため、固定式冷却板２２の基材として金属製の板状部材を用意し、その下面側に例えば環状又は渦巻き状のザグリ溝を設け、このザグリ溝中に渦巻き状に成形した冷媒流通用の金属製パイプを設置してもよい。この場合、金属製パイプと板状部材との良好な熱伝達を保つため、コーキング材、シーラント、接着剤などにより金属製パイプの表面とザグリ溝の内面とを接着固定するのが好ましい。あるいは、固定式冷却板２２の基材として同じ材質の略同形状の２枚の板状部材を用意し、それらの対向面の一方に機械加工で流路となる溝を形成してもよいし、それらの対向面の両方に機械加工で流路となる溝を形成してもよい。この場合、これら２枚の板状部材は重ね合わせてから例えばロウ付けなどの結合法で一体化するのが好ましい。

可動式冷却板２１は、エアシリンダなどからなる昇降機構２３に取り付けられている。これにより、昇降機構２３を作動させることで可動式冷却板２１を前述した当接位置と離間位置との間で往復動させることができる。なお、可動式冷却板２１を設けずに冷媒流路を有する冷却板自体を支持板１２の下面側に当接する位置と該下面側から離間する位置との間で往復動させてもよい。

上記の可動式冷却板２１の上面や固定式冷却板２２の上面、及び／又は支持板１２の下面には、伝熱性を高めるため介在層（図示せず）を設けてもよい。この介在層は、厚み方向にクッション性（柔軟性）を有しているのが好ましく、また耐熱性を有しているのが好ましい。更に、例えば１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有していることが好ましい。このような材質としては、発泡金属、金属メッシュ、又はグラファイトシート等の無機シートでもよいし、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、又はシリコーン樹脂等の樹脂シートでもよい。上記の樹脂シートの場合は、カーボンなどの熱伝導性フィラーを含有することで熱抵抗をより小さくすることが可能になる。

本発明の一具体例のヒータモジュール１においては、上記の固定式冷却板２２において、可動式冷却板２１との対向面とは反対側の下面側（背面側）に配線基板３０が当接状態で取り付けられている。この配線基板３０は、固定式冷却板２２の下面側に設けた配線基板用ザグリ穴２２ｂ内に収めるのが好ましい。この配線基板３０は、ガラスエポキシなどの絶縁性材料で形成された絶縁性基板３１の片面に、上記給電用リード線１６に接続する第１配線３２と、上記測温センサー１５用のリード線に接続する第２配線３３とが形成された構造を有している。

上記の第１配線３２の回路の一端部には第１コネクター３４が実装されており、この第１コネクター３４に、給電用リード線１６の先端に設けた係合部（図示せず）が着脱自在に接続されている。同様に、上記の第２配線３３の回路の一端部に第２コネクター３５が実装されており、この第２コネクター３５に、測温センサー１５のリード線１７の先端部に設けた係合部（図示せず）が着脱自在に接続されている。

これら第１配線３２及び第２配線３３の他端部は絶縁性基板３１上において其々１か所にまとめられており、これら２か所に第１配線３２用の第１終端集合コネクター３６及び第２配線３３用の第２終端集合コネクター３７が其々実装されている。そして、これら第１及び第２終端集合コネクター３６、３７の其々に、第１配線３２及び第２配線３３を介して上記リード線１６、１７に其々接続する引出線が束ねられた第１及び第２集合引出線３８、３９の係合部（図示せず）が着脱自在に接続されている。かかる構成により、ヒータモジュール１の組み立て時やメンテナンス時の作業を簡素化することが可能になるうえ、多数のリード線を錯綜させることなくヒータモジュール１の外側に引き出すことが可能になる。

上記の配線基板３０の作製方法は特に限定はなく、絶縁性基板３１の両表面に乾式めっき法や湿式めっき法で導電層を形成してからパターニング加工を行うことで所望の回路パターンを有する第１配線３２及び第２配線３３を形成してもよいし、絶縁性基板３１の両表面に金属箔を熱圧着等により貼り付けてからパターニング加工を行ってもよい。また、絶縁性基板３１の片面に第１配線３２の成膜層と第２配線３３の成膜層とを絶縁層を挟んで積層させてもよい。この場合は、第１配線３２と第２配線３３との電気的な干渉を防ぐため、第１配線３２の成膜層と第２配線３３の成膜層との間に電気シールド層を介在させるのが好ましい。

以上、本発明のヒータモジュールについて一具体例を挙げて説明したが、本発明は係る一具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施することが可能である。例えば、上記のヒータユニットは抵抗発熱体を有する加熱部が載置台と支持板で挟持された構造を有しているが、この構造に限定されるものではなく、載置台の内部に抵抗発熱体を埋設することで支持板のない構造にしてもよい。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲及びその均等物に及ぶものである。

［実施例１］
図１に示すようなヒータモジュール１を作製し、各加熱ゾーンごとに温度制御しながら載置面１１ａに載置した半導体ウエハを加熱して性能を評価した。具体的には、先ず載置台１１として直径３２０ｍｍ×厚み３ｍｍの円板状の銅板を準備した。この銅板において載置面１１ａとなる面とは反対側の面の後述する各発熱ゾーンの中心位置にザグリ穴１１ｂを形成し、このザグリ穴１１ｂにセラミックス製（Ｗ２ｍｍ×Ｄ２ｍｍ×Ｈ１ｍｍ）の３線式測温素子からなる測温センサー１５をシリコーン接着剤を用い接着固定した。

また、支持板１２として直径３２０ｍｍ×厚み３ｍｍの円板状のＳｉ−ＳｉＣ板を準備した。このＳｉ−ＳｉＣ板には、上記測温素子のリード線、後述する抵抗発熱体のリード線、及び締結ネジの挿通用の貫通孔を設けた。次に、厚さ２０μｍのステンレス箔に回路パターンをエッチングで形成して複数の抵抗発熱体１３ａを作製し、それらの各々の終端部に給電用のリード線１６を取り付けた。これら複数の抵抗発熱体１３ａを上下から厚み５０μｍのポリイミドシートで覆って熱圧着し、フィルム状の加熱部１３を準備した。

なお、上記の複数の抵抗発熱体１３ａは、図２に示すパターンで区分された複数の加熱ゾーンに其々配した。すなわち、この図２の区分パターンは円形の載置面１１ａをφ１２０ｍｍ、φ２４６ｍｍ、φ３０２ｍｍの３つの同心円で円形中央部Ａ、環状中間部Ｂ、及び環状周縁部Ｃに３分割し、更にφ１２０ｍｍの円形中央部Ａを周方向に３等分し、外径φ２４６ｍｍ、内径φ１２０ｍｍの環状中間部Ｂを周方向に６等分し、外径φ３０２ｍｍ、内径φ２４６ｍｍの環状周縁部Ｃを周方向に６等分した。これにより、加熱部１３からは合計３０本の給電用リード線１６が引き出された。

この加熱部１３を上記した載置台１１と支持板１２との間に挟み込み、支持板１２に予め設けておいた貫通孔にネジを挿通して載置台１１に螺合した。これにより、載置台１１と支持板１２とが互いに機械的に結合されたヒータユニット１０を作製した。なお、上記のネジには、熱膨張量差で載置台１１や支持板１２が変形しないように、座面にベアリングを備えたネジを用いた。本締結ネジは、ＰＣＤ１２０ｍｍに３本、ＰＣＤ３１０ｍｍに６本設けた。

また、測温センサー１５のリード線１７からの熱逃げを抑制するため、支持板１２から取り出した測温センサー１５のリード線１７を支持板１２の下面に当接させ、シリコーン樹脂でリード線１７の該当接部１７ａを３０ｍｍの長さに渡り接着固定した。なお、上記構成により、３線式測温素子の３本のリード線１７と抵抗発熱体１３ａへの２本の給電用リード線１６が各発熱ゾーンから引き出されるため、合計７５本のリード線１６、１７がヒータユニット１０から引き出された。

次に、冷却部２０として、可動式冷却板２１用の直径３２０ｍｍ×厚み１２ｍｍの円板状のアルミニウム合金板と、固定式冷却板２２用の直径３２０ｍｍ×厚み１２ｍｍの円板状のアルミニウム合金板とを準備した。可動式冷却板２１用のアルミニウム合金板には、支持板１２に当接する上面側に、支持板１２と可動式冷却板２１の全面が接触するように柔軟性を有したシリコーンシートを配置した。一方、固定式冷却板２２用のアルミニウム合金板には、その下面に、冷媒流路２２ａ用の外径６ｍｍ×肉厚１ｍｍのリン脱酸銅パイプをねじを用いて取り付けた。そして、この銅パイプの両端に、冷媒を供給・排出するための継ぎ手を取り付けた。この固定式冷却板２２において可動式冷却板２１との対向面とは反対側の面
（背面側）に、後述する配線基板３０を収納するためのφ２００ｍｍ×深さ５ｍｍのザグリ穴２２ｂを設けた。

配線基板３０は、外径φ１９８ｍｍ×総厚１.６ｍｍとなるように、ガラスエポキシからなる絶縁性基板３１の表面に銅箔を重ね合わせて熱圧着した後、この銅箔をエッチングによりパターニング加工して抵抗発熱体１３ａの給電用リード線１６に接続される第１配線３２を形成した。この第１配線３２の電気的な絶縁性を確保すべく該第１配線３２の上に絶縁性レジストを塗布した後、この絶縁性レジストの上に銅箔を重ね合わせて熱圧着した。この２層目の銅箔はエッチングせずに第１配線３２を全面的に覆ういわゆるベタのパターンとすることでシールド層とした。このシールド層の電気的な絶縁性を確保すべく該シールド層の上に絶縁性レジストを塗布した後、この絶縁性レジストの上銅箔を重ね合わせて熱圧着した。そして、この３層目の銅箔をエッチングによりパターニング加工して測温センサー１５のリード線１７に接続される第２配線３３を形成した。この第２配線３３の電気的な絶縁性を確保すべく該第２配線３３の上に絶縁性レジストを塗布した。

このようにして、ガラスエポキシ基板の表面に第１配線３２と第２配線３３とが絶縁性レジストからなる絶縁層及びシールド層を介して積層された配線基板３０を製作した。なお、この配線基板３０には、上記リード線１６、１７を挿通するための孔や、リフトピンなどの構造部品を挿通するための孔を予め設けておいた。また、積層位置が互いに異なる第２配線３３の層と第１配線３２の層との電気的な干渉を避けるため、シールド層は上記冷却部２０に電気的に接続した。

これら第１及び第２配線３２、３３の回路の其々一端部に、上記給電用リード線１６及び測温センサー１５のリード線１７との接続のための第１及び第２コネクター３４、３５として市販のコネクターをはんだ付けで実装した。更にそれらの反対側の他端部に、上記リード線１６、１７に其々第１及び第２配線３２、３３を介して接続される引出線の束（第１及び第２集合引出線３８、３９）を一括して同時に結線できる第１及び第２終端集合コネクター３６、３７をはんだ付けで其々実装した。更に配線基板３０の表面には、結線作業を円滑且つ明確に行えるように、上記ザグリ穴２２ｂの周辺から接続先のコネクターまでのルートをシルク印刷で描いた。表面実装した第１及び第２コネクター３４、３５を含めた合計厚みは、第１及び第２終端集合コネクター３６、３７を除いて４.６ｍｍであった。このようにして作製した配線基板３０を、固定式冷却板２２のザグリ穴２２ｂの底部にねじ止めにて固定した。

上記の２枚のアルミニウム合金板からなる冷却部２０に、上記給電用リード線１６、測温センサー１５のリード線１７、及び後述する容器の底部から立設する脚部が挿通する貫通孔を設けた。更に固定式冷却板２２用のアルミニウム合金板には、後述する可動式冷却板２１の昇降用エアシリンダのロッドが挿通する貫通孔を設けた。上記の冷却部２０を肉厚１.５ｍｍの側壁を有し且つ上部が開放されたステンレス製の容器４０内に設置した。固定式冷却板２２の下側に昇降機構２３としてのエアシリンダを設け、そのロッドを上記したロッド挿通用の貫通孔に挿通させてその先端に可動式冷却板２１を取り付けた。このようにして、試料１のヒータモジュール１を作製した。なお、エアシリンダのロッドが退避している時の支持板１２の下面と可動式冷却板２１の上面との離間距離は１０ｍｍであった。

比較のため、固定式冷却板２２において可動式冷却板２１との対向面とは反対側の面に、ヒータユニット１０から引き出された７５本のリード線１６、１７を這わすため、４ｍｍ幅×１０ｍｍ深さの溝を各加熱ゾーンごとにザグリ加工で設けた以外は試料１のヒータモジュール１と同様にして試料２のヒータモジュールを製作した。この試料２のヒータモジュールでは集合コネクター３６の近傍では給電用リード線１６や測温センサー用リード線１７が全て混在する溝を設ける必要があるので複雑な構造となった。

また、給電用リード線１６や測温センサー１５用のリード線１７を其々コネクター３４、３５に接続する際、上記のザグリ加工した溝の内部に這わせていきながら一本ずつコネクター３４、３５に接続する必要があるため煩雑な作業となった。更に複数本のリード線が交差したり並走したりするルートでは、リード線の接続ミスによる結線不具合が生じ、組み立て直しが生じた。

更に比較のため、可動式冷却板２１及び固定式冷却板２２からなる冷却部２０を設けずにステンレス容器４０の背面に配線基板３０を設置した以外は試料１のヒータモジュール１と同様にして試料３のヒータモジュールを作製した。この試料３のヒータモジュールでは試料１のヒータモジュール１と同様に結線ミスをすることなく短時間で組立てることができたが、ヒータユニットの昇温評価中に配線基板３０の表面で短絡が生じた。これは、配線基板３０の第１配線３２への通電による自己加熱による温度上昇と、ヒータを昇温することで周辺環境が暖かくなったことにより配線基板３０の温度が上がりすぎ、絶縁性能が低下した影響によるものと推察される。

これに対して上記の試料１のヒータモジュール１では、配線基板３０上に描かれたルートに従って最寄りの第１及び第２コネクター３４、３５に接続するだけで結線作業が済み、結線ミスが生じることなく短時間で組立てることができた。また冷却部２０に設けた冷媒流路２２ａへの通水により配線基板３０は常時冷却されるため、上記の試料３のヒータモジュールで発生した配線基板３０の短絡の問題は生じなかった。

１ ヒータモジュール
１０ ヒータユニット
１１ 載置台
１１ａ 載置面
１２ 支持板
１３ 加熱部
１３ａ 抵抗発熱体
１４ 脚部
１５ 測温センサー
１６ 給電用リード線
１７ 測温センサー用リード線
１７ａ 当接部
２０ 冷却部
２１ 可動式冷却板
２２ 固定式冷却板
２２ａ 冷媒流路
２２ｂ 配線基板用ザグリ穴
２３ 昇降機構
３０ 配線基板
３１ 絶縁性基板
３２ 第１配線
３３ 第２配線
３４ 第１コネクター
３５ 第２コネクター
３６ 第１終端集合コネクター
３７ 第２終端集合コネクター
３８ 第１集合引出線
３９ 第２集合引出線
４０ 容器
Ａ 円形中央部
Ａ１〜Ａ３ 中央部扇状加熱ゾーン
Ｂ 環状中間部
Ｂ１〜Ｂ６ 中間部扇状加熱ゾーン
Ｃ 環状周縁部
Ｃ１〜Ｃ６ 周縁部扇状加熱ゾーン

Claims (3)

1. 被処理物を載置する載置面を上面に備えると共に前記載置面に載置された被処理物を加熱する抵抗発熱体を備えたヒータユニットと、前記ヒータユニットの下方側に離間して設置された冷却部と、前記冷却部において前記ヒータユニットとの対向面とは反対側の面に当接され、前記ヒータユニットから引き出されたリード線が接続される配線基板とを有するヒータモジュール。
2. 前記配線基板は、前記リード線が着脱自在に接続されるコネクターを実装している、請求項１に記載のヒータモジュール。
3. 前記冷却部は冷媒流路を有する固定式冷却板と、前記固定式冷却板と前記ヒータユニットとの間を往復動する可動式冷却板とからなり、前記固定式冷却板において前記可動式冷却板との対向面とは反対側の面に前記配線基板が取り付けられている、請求項１又は請求項２に記載のヒータモジュール。

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