JPH097741A - セラミックヒータ - Google Patents

セラミックヒータ

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JPH097741A
JPH097741A JP17819095A JP17819095A JPH097741A JP H097741 A JPH097741 A JP H097741A JP 17819095 A JP17819095 A JP 17819095A JP 17819095 A JP17819095 A JP 17819095A JP H097741 A JPH097741 A JP H097741A
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JP
Japan
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substrate
ceramic
resistance heating
main body
heating wire
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JP17819095A
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English (en)
Inventor
Mikiji Ohashi
幹司 大橋
Shigehito Sakai
茂仁 坂井
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック基板に温度分布が生じにくく、均
一に発熱させることが可能なセラミックヒータを提供す
る。 【構成】 セラミックヒータ1は、長方形板状に形成さ
れたセラミック基板2と、これに埋設された抵抗発熱線
3とを備える。抵抗発熱線3は、基板2の一辺に沿って
延びる複数の本体部4が、それと交差する辺に沿う方向
において互いに等間隔で配列されるとともに、それらの
互いに隣接するもの同士が、両端部において接続部5に
より順次連結された一本の連続形態に形成されている。
そして、各本体部4は、基板2の長辺側の縁部に近接す
るものほどその断面積が段階的に小さくなるものとされ
ている。これにより、基板2の縁部側の方が中央側より
も発熱量が大きくなり、両者の間に温度差が生ずること
が防止ないし抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ファンヒータや半導体
製造設備における基板加熱装置等に使用されるセラミッ
クヒータに関する。
【0002】
【従来の技術】上述のようなセラミックヒータは、図1
1に示すように、角板状に形成されたセラミック基板
(以下、単に基板ともいう)100中に抵抗発熱線10
1を埋設した構成のものが使用されている。抵抗発熱線
101は、ほぼ均一な断面積を有する曲折した一本の連
続形態に形成され、基板100の一辺に沿う方向に延
び、かつこれと交差する方向に互いに等間隔で配置され
た複数の本体部102を備えるとともに、その両端部に
形成された端子部104から受電することにより、セラ
ミック基板100を加熱する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図11に示すセラミッ
クヒータは、基板100の縁部においては、上下の板面
に加え側面部からも放熱するので、基板中央部よりも縁
部の方が温度が低くなりやすい。そのため、このような
セラミックヒータを例えばファンヒータ等に使用した場
合、基板100は、中央部の方が縁部よりも熱膨張が大
きくなって引張応力が発生し、割れ等を生じやすい問題
がある。また、ヒータ昇温時においては、このような熱
応力の発生を抑制するために、基板100になるべく温
度分布が生じないようヒータをできるだけ低速で昇温す
る必要があり、効率が悪い欠点がある。さらに、半導体
製造用の基板加熱装置に使用する場合は、上述の熱応力
発生による不具合に加え、半導体基板への膜形成やドー
ピング成分の拡散等が温度分布によって不均一となり、
製品不良を招く問題も生じうる。
【0004】本発明の課題は、セラミック基板に温度分
布が生じにくく、均一に発熱させることが可能なセラミ
ックヒータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
セラミックヒータは、セラミック基板と、そのセラミッ
ク基板に曲折して又は渦巻状に設けられた抵抗発熱線と
を有し、上述の課題を解決するために、その抵抗発熱線
がセラミック基板の縁部側において、中央側よりも断面
積が小さくされていることを特徴とする。抵抗発熱線
は、基板の縁部側において中央側よりも断面積が小さ
く、その単位長さ当りの電気抵抗値が大きくなる。その
結果、本発明のセラミックヒータは、縁部側の方が中央
側よりも発熱量が大きくなり、両者の間に温度差が生ず
ることが防止ないし抑制されるので、熱応力に伴うセラ
ミック基板の割れ等の発生確率が低減される。また、半
導体製造設備の基板加熱装置に使用される場合には、加
熱装置側の温度分布に基づく製品不良が発生しにくくな
る。
【0006】次に、セラミック基板の縁部側において中
央側よりも抵抗発熱線の配置間隔を小さくすることがで
きる。こうすれば、セラミック基板の縁部側における温
度低下抑制にさらに有効となる。
【0007】また、抵抗発熱線は、予め定められた間隔
で配置された複数の本体部と、それら本体部をその両端
部において互いに接続する接続部とを有する一本の連続
形態に形成することができる。この場合、その本体部の
断面積がセラミック基板の縁部において中央側よりも小
さくなるように構成することができる。また、本体部の
配置間隔を、セラミック基板の縁部側において中央側よ
りも小さくすることができる。セラミック基板は、具体
的には、長方形状ないし正方形状に形成した場合には、
抵抗発熱線の各本体部は、それぞれそのセラミック基板
の一辺部に沿う方向に延びるものとすることができる。
また、セラミック基板を円板状に形成した場合には、抵
抗発熱線の各本体部を、それぞれそのセラミック基板の
周方向に沿って延びるものとし、かつその半径方向に沿
って予め定められた間隔で配置されたものとすることが
できる。
【0008】
【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を図面を用
いて説明する。図1(a)に示すセラミックヒータ1
は、四角形(例えば長方形)板状に形成されたセラミッ
ク基板(以下、単に基板という)2と、これに埋設され
た抵抗発熱線3とを備える。セラミック基板は、アルミ
ナ(Al23)、シリカ(SiO2)、ジルコニア(Z
rO2)、チタニア(TiO2)、マグネシア(Mg
O)、ムライト(3Al23・2SiO2)、ジルコン
(ZrO2・SiO2)、コージェライト(2MgO・2
Al23・5SiO2)、窒化硅素(Si34)、炭化
硅素(SiC)等のセラミックスの焼成体により構成す
ることができる。また、抵抗発熱線3は、タングステ
ン、モリブデン等の高融点金属ないしそれらの合金及び
ステンレス鋼やニクロムなど、各種抵抗発熱材料で構成
することができる。
【0009】抵抗発熱線3は、基板2の一辺(例えば長
辺)に沿って延びる複数の本体部4が、それと交差する
辺(短辺)に沿う方向において互いに等ピッチ間隔で配
置されるとともに、それらの互いに隣接するもの同士
が、両端部において接続部5により順次連結された一本
の連続形態に形成されている。そして、各本体部4は、
図1(b)に示すように、基板2の長辺側の縁部に近接
するものほどその断面積が段階的に小さくなるものとさ
れている(なお、抵抗発熱線の断面積は誇張して描かれ
ている。以下の断面図についても同様である)。また、
抵抗発熱線3の両端部は基板2の一方の短辺に近接して
位置するとともに、それぞれ本体部4よりも広幅の端子
部7とされている。さらに、その短辺側において基板2
の側面には、上記各端子部7とそれぞれ接触する端子金
具8が挿入されている。
【0010】図2は、セラミックヒータ1の製造方法の
一例を示すものであり、(a)に示すように、セラミッ
クス粉末をバインダとともに板状に成形した粉末成形体
9の板面に、抵抗発熱材料粉末を含有するペーストを用
いて、抵抗発熱線のパターン3aを印刷し、その端子部
7に予定される部分7aに対し端子金具8を配置する。
次に(b)に示すように、粉末成形体9のパターン3a
が形成された面に、同じく板状に形成された別の粉末成
形体10を重ね合わせて積層体11を作製する。そし
て、(c)に示すように、その積層体11を所定の焼成
炉12内で焼成することにより、粉末成形体9及び10
は焼結・一体化してセラミック基板2となり、印刷され
たパターン3aは、その抵抗発熱材料粉末が焼結されて
抵抗発熱線3を形成することとなる。
【0011】図1に戻って、セラミックヒータ1は、端
子金具8から受電することにより抵抗発熱線3が発熱
し、セラミック基板2が加熱される。ここで、抵抗発熱
線3の本体部4は、基板2の縁部側において中央側より
も断面積が小さく、その単位長さ当りの抵抗値が大きく
なる。その結果、セラミックヒータ1は、縁部側の方が
中央側よりも発熱量が大きくなり、放熱量とのバランス
が保たれることで両者の間に温度差が生ずることが防止
ないし抑制されることとなる。
【0012】以下、本発明のセラミックヒータの各種変
形例について説明する。まず、図1において、本体部4
は基板2の縁部に近接するものほどその断面積が段階的
に小さくなるように形成されているが、例えば本体部4
のうち最も外側に位置するものに対し他のものが、それ
よりも大きくかつ互いにほぼ等しい断面積を有するよう
に構成することもできる。
【0013】次に、図3(a)に示すように、基板2を
円板状に形成することができる。抵抗発熱線3の各本体
部4は、それぞれ基板2の周方向に沿って延びるものと
され、かつその半径方向に沿って所定の間隔で配置され
ている。そして、(b)に示すように、本体部4は、基
板2の中心部に向かうにつれて段階的にその断面積が増
大するものとされている。また、上記断面積は、基板2
の中心部に向かうにつれて連続的に増大するものとする
こともできる。なお、端子部7は、基板2の縁部からそ
の板面方向に張り出した板状の張出部2cに形成されて
いる。このような形態のセラミックヒータ1は、例えば
シリコンウェハー等の円板状の半導体基板を加熱するの
に好適に使用することができる。
【0014】図4に示すセラミックヒータ1において
は、図1のものと同様に、基板2が長方形状に形成され
ている。そして、抵抗発熱線3の本体部4は、その基板
2の長辺側の縁部に近いものほど断面積が段階的に小さ
くされるとともに、その配置間隔が縁部に近づくほど小
さくされている。これにより、セラミックヒータ1の基
板2の縁部における発熱量は、抵抗発熱線3の断面積の
縮小に伴う電気抵抗の増加と、配置密度の増加との双方
により高められることとなる。なお、図5は、円板状の
基板2を使用して同様のセラミックヒータ1を構成した
例を示している。
【0015】また、図6に示すように、基板2を円板状
に形成する場合、基板2に対してその中央に、これを板
厚方向に貫通する孔部2dを形成することもできる。抵
抗発熱線3の本体部4は、基板2の外周縁及び内周縁に
沿うものの断面積が、他のものよりも小さくされてい
る。
【0016】図7に示すセラミックヒータ1においては
抵抗発熱線3は、長方形状の基板2の長辺方向に延びる
本体部4を備える一方、それらを接続する接続部5のう
ち端子部7と反対側に位置するものが、基板2の対応す
る短辺に沿って配置されるとともに、その幅(断面積)
が本体部4よりも小さくされている。これにより、セラ
ミックヒータ1は、長辺側の縁部とともに上記短辺側の
縁部においても発熱量が大きくなり、中央部との間に温
度差が生ずることが抑制される。
【0017】基板2を四角形状に形成する場合、抵抗発
熱線3の本体部4は、図1等に示すように、基板2の1
つの辺に沿う方向に延びるもののみを含むように形成し
てもよいが、これと交差する辺部に沿うものを混在させ
ることも可能である。図8はそのようなセラミックヒー
タの例を示しており、基板2の長辺方向に沿って延びる
本体部4の組4aと、それらの両側において基板2の短
辺に沿って延びる本体部4の組4bとを備えている。い
ずれの組においても本体部4は、基板2の縁部に近いも
のほどその幅(断面積)が小さくされている。
【0018】さらに、図9に示すように、抵抗発熱線3
を基板2に対し渦巻状に形成することも可能である。
(a)に示すように、基板2は円板状とされ、抵抗発熱
線3はその中心に近づくほど断面積が徐々に増加するよ
うに形成されている。そして、(b)に示すように、基
板2の中心部には、基板2の板厚方向に沿って延び、一
端が抵抗発熱線3の端部に接するとともに他端が基板2
の一方の板面に到達する連結導電部20が埋設されてい
る。また、基板2のその板面には、連結導電部20の端
部と導通する端子形成部27が形成されており、抵抗発
熱線3はこの端子形成部27と、自身の端部に形成され
た端子部7とから受電するようになっている。ここで、
図10に示すように、基板2を四角形ないしその他の多
角形状に形成することもでき、抵抗発熱線3は基板2の
各辺に沿いながらその中心部に向けて渦を描くように形
成されることとなる。
【0019】なお、上述の各実施例においては、抵抗発
熱線はセラミック基板内に埋設されているが、セラミッ
ク基板の板面に抵抗発熱線を形成するようにしてもよ
い。また、抵抗発熱線を形成するために、抵抗発熱材料
粉末のペーストを用いてセラミック粉末の成形体上に所
望のパターンを印刷した後焼成する方法が使用されてい
るが、予め焼成されたセラミック基板上に、蒸着、スパ
ッタリング等により抵抗発熱材料の膜を各種パターンに
形成する方法を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックヒータの一例を、そのA−
A断面とともに示す平面図。
【図2】本発明のセラミックヒータの製造方法の一例を
示す説明図。
【図3】本発明のセラミックヒータの第一の変形例を、
そのB−B断面とともに示す平面図。
【図4】同じく第二の変形例を、そのC−C断面ととも
に示す平面図。
【図5】同じく第三の変形例を、そのD−D断面ととも
に示す平面図。
【図6】同じく第四の変形例を示す平面図。
【図7】同じく第五の変形例を示す平面図。
【図8】同じく第六の変形例を示す平面図。
【図9】同じく第七の変形例を、そのE−E断面ととも
に示す平面図。
【図10】同じく第八の変形例を示す平面図。
【図11】従来のセラミックヒータを示す平面図。
【符号の説明】
1 セラミックヒータ 2 セラミック基板 3 抵抗発熱線 4 本体部 5 接続部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック基板と、そのセラミック基板
    に曲折して又は渦巻状に設けられた抵抗発熱線とを有す
    るセラミックヒータであって、該抵抗発熱線は前記セラ
    ミック基板の縁部側において、中央側よりも断面積が小
    さくされていることを特徴とするセラミックヒータ。
  2. 【請求項2】 前記セラミック基板の縁部側において中
    央側よりも前記抵抗発熱線の配置間隔が小さくされてい
    る請求項1記載のセラミックヒータ。
  3. 【請求項3】 前記抵抗発熱線は、予め定められた間隔
    で配置された複数の本体部と、それら本体部をその両端
    部において互いに接続する接続部とを有する一本の連続
    形態に形成されるている請求項1又は2に記載のセラミ
    ックヒータ。
  4. 【請求項4】 前記セラミック基板は長方形状ないし正
    方形状に形成され、前記抵抗発熱線の前記各本体部は、
    それぞれそのセラミック基板の一辺部に沿う方向に延び
    るものとされる請求項3記載のセラミックヒータ。
  5. 【請求項5】 前記セラミック基板は円板状に形成さ
    れ、前記抵抗発熱線の前記各本体部は、それぞれそのセ
    ラミック基板の周方向に沿って延びるものとされ、かつ
    その半径方向に沿って予め定められた間隔で配置されて
    いる請求項3記載のセラミックヒータ。
JP17819095A 1995-06-20 1995-06-20 セラミックヒータ Pending JPH097741A (ja)

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