JP2004139964A - Metal heater - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体産業、光産業において使用される金属ヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング装置や、化学的気相成長装置等を含む半導体製造、検査装置等においては、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を基板とした金属ヒータが用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。
図４は、従来から使用されている構成の金属ヒータにシリコンウエハが載置された様子を模式的に示した断面図である。
【０００３】
この金属ヒータ５０では、円板形状の金属板５１の底面に、銅等の熱伝導性に優れる材質からなる中プレート６１を介して、ヒータ５２が配設されており、金属板５１、ヒータ５２および中プレート６１は、金属板固定ネジ５７により、支持容器６０に固定されている。
そして、ヒータ５２は導電線６４と接続されており、導電線６４は、支持容器６０および遮熱板６３に形成された貫通孔から外部に引き出され、電源等（図示せず）と接続されている。
【０００４】
さらに、金属板５１と支持容器６０との間には断熱リング６２が介設されるとともに、支持容器６０の底部には、遮熱板６３が設置されており、金属板５１からの熱が装置に伝熱することを防止できる構成となっている。
【０００５】
また、金属ヒータ５０には、有底孔５４が形成され、有底孔５４には、金属板５１の温度を測定するための、リード線が接続された測温素子５６が埋め込まれている。
【０００６】
また、金属ヒータ５０には、支持ピン５８を介して半導体ウエハ５９が載置されており、半導体ウエハ５９を、金属板５１の加熱面５１ａより一定距離離間させた状態で支持し加熱することが可能となっている。
なお、金属ヒータ５０には、金属板５１、中プレート６１、ヒータ５２および支持容器６０を貫通する貫通孔５５も設けられており、貫通孔５５に柱状のリフターピン等を挿通することによっても、被加熱物である半導体ウエハ５９を金属ヒータ５０の加熱面より一定距離離間させた状態で支持し、半導体ウエハ５９を搬送することができるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１３４７７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構造の金属ヒータ５０では、以下のような問題があった。金属ヒータ５０に用いられる金属板５１は、ある程度の厚みを有する必要があった。なぜなら、金属板５１が薄い場合には、剛性が小さくなるため、加熱に起因する熱膨張により、金属板５１が周囲より圧迫を受けることや、支持容器６０と金属板５１との熱膨張率の違いに起因して、金属板５１に反り、撓み等が発生してしまうからである。
そして、金属板５１に、このような反りや撓み等が発生した場合には、金属板上に載置した半導体ウエハ５９が均一に加熱されず、温度にばらつきが発生したり、半導体ウエハ５９に傷がついたりしてしまうことがあった。
【０００９】
しかしながら、金属板５１の厚みを厚くすると、金属板５１の熱容量が大きくなり、被加熱物を加熱、冷却する場合、発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金属板５１の加熱面の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという問題があった。
また、金属板５１上に半導体ウエハ５９を載置し、金属板５１の加熱面５１ａの温度が急激に低下した際に、これを元の温度に戻すまでに要する時間（リカバリー時間）が長くなり、生産性が低下するという問題があった。
また、このような金属ヒータ５０では、昇温した場合に、設定温度から一時的に上方に外れるオーバーシュート現象があり、このオーバーシュートが発生した場合には、金属ヒータ５０の加熱面を設定した温度にするために、さらに多くの時間を要していた。
【００１０】
さらに、金属板の厚みを厚くすると、金属ヒータ全体の重量が重くなり、また、嵩張ってしまうという問題があった。
【００１１】
なお、近年の半導体ウエハ等の大口径化等に伴って、より直径の大きい金属ヒータが求められているが、金属板の直径が大きくなるにつれて、金属板自体の温度分布にもばらつきが発生しやすくなり、上記した半導体ウエハの温度均一性が益々低下することになる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述した問題点に鑑み、加熱時における半導体ウエハ等の温度ばらつきが小さく、迅速に加熱することができ、かつ、金属板に反りや撓みが発生することのない金属ヒータを得ることを目的として鋭意研究を行った結果、金属板の厚さを薄くし、金属板の平坦度を一定値以下とするとともに、発熱体の形状を改良することにより、迅速に昇温を行うことができ、加熱面を均一な温度とすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の金属ヒータは、金属板と発熱体とから構成される金属ヒータであって、上記金属板は、厚さが５０ｍｍ以下であり、その表面の平坦度が５０μｍ以下であるとともに、上記発熱体が形成されている領域の外縁は、上記金属板の外周から上記金属板の直径の２５％以内の位置にあることを特徴とする。
なお、上記平坦度は、大気雰囲気下、５００℃以下において、上記範囲にあることが望ましい。
【００１４】
本発明の金属ヒータは金属板の厚さを５０ｍｍ以下と薄くしている。従って、発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金属板の加熱面の温度が迅速に追従するため、半導体ウエハ等の被加熱物を迅速に加熱することができる。
なお、本発明の金属ヒータにおける金属板の厚さとは、発熱体が金属板の底面に設置されている構成の場合には、その金属板の厚さのことをいい、発熱体が複数の金属板の間に挟持されるような構成である場合には、それらの金属板の合計の厚さをいう。
また、金属板の温度追従性が優れているので、半導体製造・検査工程において、金属ヒータの加熱面に半導体ウエハを載置した際、低下した温度を元に戻すまでの時間（リカバリー時間）を短くすることが可能となり、スループットを短縮することができ、生産性を向上させることができる。
なお、金属板が薄く、かつ、平坦性に優れる金属ヒータを実現できた理由については、後に説明することとする。
【００１５】
本発明の金属ヒータを構成する金属板の厚さは、その上限が３０ｍｍであることが望ましい。熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が低下する傾向が生じるからである。より望ましい上限は、２０ｍｍである。
また、金属板の厚さの下限は、３ｍｍであることが望ましい。３ｍｍより薄いと、金属板の強度が低下して平坦度が低下する傾向が生ずるからである。より望ましい下限は、５ｍｍである。
【００１６】
なお、本発明の金属ヒータは、一の金属板の底面に発熱体が設置されている構成であってもよく、金属板に設置された発熱体に、さらに別の金属板を取り付けるような構成、すなわち、２つの金属板の間に発熱体を挟持するような構成であってもよい。また、３以上の金属板の間に発熱体を挟持するような構成としてもよい。
金属板を複数にすることにより、加熱面側の金属板の厚さを薄くした場合であっても、金属板に反りや撓みが発生することがなく、半導体ウエハ等を均一に加熱することができるからである。
【００１７】
上記構成とした場合の加熱面側の金属板の厚さの望ましい上限は、３０ｍｍであり、望ましい下限は、３ｍｍであり、より望ましい上限は、２０ｍｍであり、より望ましい下限は、５ｍｍである。
【００１８】
本発明の金属ヒータを構成する金属板は、その表面における平坦度が５０μｍ以下である。従って、本発明の金属ヒータを用いて半導体ウエハを加熱する場合には、半導体ウエハと金属板との距離をほぼ一定にすることが可能となるため、半導体ウエハの全体が均一となるように加熱することができる。
また、上記金属板は、その表面における平坦度が３０μｍ以下であることが望ましい。
なお、本明細書において、平坦度とは、金属板の表面における最も高い部分と最も低い部分との差をいうものとする。
【００１９】
このように平坦性に優れる金属ヒータを実現するためには、金属板が熱膨張した際の側面からの圧迫に伴う金属板の湾曲を防止する必要がある。このため、金属板の側面と支持容器（ボトムプレート）との間が密着しないように、スペースを確保することが望ましい。
【００２０】
また、金属板の反りを防止するためには、金属板の縁部を押え板等で抑えつけ、固定することが望ましい。これにより、金属板を薄くしたことに伴う金属板自身の変形を防止できるとともに、上述のように、金属板と支持容器との間にスペースを確保した場合であっても、金属板を確実に支持、固定することができる。
これに加えて、金属板とヒータ固定板の材質を同一のものとすることにより、これらの熱膨張率の差に起因する金属板の変形を防止することができる。
【００２１】
さらに、金属板を構成する材料は、熱伝導性に優れるとともに、剛性が高く、熱膨張した際にも、変形しにくいものが望ましく、金属板自体の加工が終了した時点でより平坦度に優れたものとなっていることが望ましい。
【００２２】
本発明の金属ヒータを構成する金属板の材質としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス、インコネル、鋼鉄等を使用することができるが、これらのなかでは、アルミニウム合金が望ましく、アルミニウム−銅の合金がより望ましい。アルミニウム−銅の合金は、機械的な強度が高いため、金属板の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、歪んだりしない。そのため、金属板を薄くて軽いものとすることができる。また、アルミニウム−銅の合金は、熱伝導率にも優れているため、金属板として使用した場合、発熱体の温度変化に合わせて、加熱面の温度を迅速に追従させることができる。即ち、電圧、電流値を変えて発熱体の温度を変化させることにより、金属板の加熱面温度を制御することができるのである。
【００２３】
また、上記アルミニウム−銅合金には、アルミニウム、銅のほかに、マグネシウム、マンガン、ケイ素、亜鉛等を添加してもよい。加工性、耐食性、低膨張性等の諸機能を向上させることができるからである。
【００２４】
上記金属板の材質として、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いる場合は、金属板の表面にアルマイト処理を施すことが望ましい。アルマイト処理とは、アルミニウムやアルミニウム合金に、電気化学処理（陽極酸化被膜処理）を行い、表面に酸化アルミニウムの薄い被膜を施す処理のことをいう。
このような処理を行うことにより、金属板の耐食性が向上するとともに、表面が硬くなるため、金属板に傷等が付きにくくなる。また、実際の半導体製造・検査工程で使用する場合であっても、金属板がレジスト液や腐食性ガス等によって腐食されにくくなる。
さらに、通常のアルマイト処理よりも低温度、高電圧、高電流密度で陽極酸化被膜処理を行うことにより、硬質アルマイト処理とすることができる。このような硬質アルマイト処理では、より硬質で厚い被膜が得ることが可能となる。
なお、上記被膜の厚さとしては、１μｍ以上が望ましいが、上記硬質アルマイト処理では、被膜の厚さを３μｍ以上とすることができる。
【００２５】
本発明の金属ヒータでは、発熱体が形成されている領域の外縁は、金属板の外周から金属板の直径の２５％以内の位置に存在している。通常、金属板の外周部分では、金属板の外縁部からの放熱が発生するため、金属板の中心部分よりも低温となり、その結果、加熱面の温度が不均一になりやすいが、本発明の金属ヒータでは、このような外周部分にも発熱体が配設されているため、被加熱物である半導体ウエハ等を温度のばらつきなく、均一に加熱することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の金属ヒータは、金属板と発熱体とから構成される金属ヒータであって、上記金属板は、厚さが５０ｍｍ以下であり、その表面の平坦度が５０μｍ以下であるとともに、上記発熱体が形成されている領域の外縁は、上記金属板の外周から上記金属板の直径の２５％以内の位置にあることを特徴とする。
【００２７】
まず、本発明の金属ヒータの一例として、一の金属板の底面にヒータが設置されている金属ヒータについて、図面を用いて説明する。
図１は、このような金属ヒータを模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示す金属ヒータの一部であるヒータを模式的に示す水平断面図である。
【００２８】
この金属ヒータ１０では、円板形状の金属板１１の底面にヒータ１２が設置されており、ヒータ１２は、ヒータ固定板２１を介して、金属板固定ネジ１７により金属板１１に固定されている。
ここで、金属板１１は、その厚さが５０ｍｍ以下であり、図４に示す金属ヒータ５０の金属板５１と比較して薄いものとなっている。これにより、半導体ウエハ１９を迅速に昇温を行うことができるとともに、リカバリー時間の短い金属ヒータとすることができる。
【００２９】
本発明の金属ヒータ１０では、金属板１１の加熱面１１ａにおける平坦度が５０μｍ以下となっている。従って、本発明の金属ヒータを用いて半導体ウエハを加熱する場合には、半導体ウエハと金属板との距離をほぼ一定にすることが可能となり、半導体ウエハの全体が均一となるように加熱することができる。
【００３０】
本発明の金属ヒータ１０では、厚さが５０ｍｍ以下であり、かつ、平坦度が５０μｍ以下の金属板を実現するため、図４に示す金属ヒータ５０とは、以下の点で相違している。
【００３１】
まず、金属ヒータ１０は、金属板１１、ヒータ１２およびヒータ固定板２１の側面が支持容器２０と密着しておらず、非接触の状態で固定されている点において、図４に示す金属ヒータ５０と相違している。このような構成とすることにより、金属板１１が熱膨張した際の側面からの圧迫に伴う湾曲を防止することができるとともに、被加熱物を加熱する際に、金属板等からの熱の逃散が少なく、被加熱物を迅速に加熱を行うことができる。
【００３２】
また、金属板１１の加熱面の外周部には、押え板２２が設置されており、この押え板２２と金属板固定ネジ１７とにより、金属板１１、ヒータ１２およびヒータ固定板２１を確実に支持容器２０に固定することができるため、金属板を薄くしたことに伴う金属板１１自身の変形により、反りや撓みが発生することを防止することができる。
【００３３】
なお、図１に示す金属ヒータ１０と図４に示す金属ヒータ５０とは、上述した金属板の厚さや押え板の有無等のほかにも、金属板固定ネジ１７が支持容器２０を貫通せず、金属板１１、ヒータ１２およびヒータ固定板２１のみを貫通し、これらを固定している点で相違している。このような構成とすることにより、金属板１１と支持容器２０との間の熱膨張率の差に起因する金属板１１の変形を防止することができるとともに、被加熱物を加熱する際に、金属板等からの熱の逃散が少なく、被加熱物を迅速に加熱を行うことができる。
【００３４】
さらに、支持容器２０の底部には、遮熱板２３が設置されており、金属板１１およびヒータ固定板２１からの熱が装置に伝達することを防止できるような構成となっている。
【００３５】
また、金属ヒータ１０には、有底孔１４が形成され、有底孔１４には、金属板１１の温度を測定するための測温素子１６が埋め込まれている。
【００３６】
さらに、金属ヒータ１０には、先端が尖塔状の支持ピン１８を介して半導体ウエハ１９が載置されており、半導体ウエハ１９を、金属板１１の加熱面より一定距離離間させた状態で支持し加熱することが可能である。
なお、金属ヒータ１０には、金属板１１、ヒータ１２、ヒータ固定板２１および支持容器２０を貫通する貫通孔１５も設けられており、貫通孔１５に柱状のリフターピン等を挿通することによっても、被加熱物である半導体ウエハ１９を金属板１１の加熱面１１ａより一定距離離間させた状態で支持し、半導体ウエハ１９を搬送することができるようになっている。
【００３７】
そして、ヒータ１２は導電線２４と接続されており、導電線２４は、支持容器２０および遮熱板２３に形成された貫通孔から外部に引き出され、電源等（図示せず）と接続されている。
【００３８】
また、図２に示したように、ヒータ１２は、金属板１１およびヒータ固定板２１と同様に平面視円形状であり、金属板１１の加熱面１１ａ全体の温度が均一になるように加熱するため、ヒータ１２の内部には、閉回路からなる発熱体２５ａ、２５ｂが配置されている。
【００３９】
ヒータ１２では、ヒータ１２の外周部に屈曲線が円環状に繰り返して閉回路が形成されたパターンからなる発熱体２５ｂが配置され、その内部に同心円の一部を描くようにして繰り返した閉回路が形成されたパターンからなる発熱体２５ａが配置されている。
さらに、図示はしていないが、ヒータ１２は、２枚のマイカ板２６で発熱体２５を挟持し、固定した構成となっており、通電時は発熱体２５がマイカ板２６を加熱して、マイカ板２６の２次輻射によって被加熱物を加熱することができるようになっている。
【００４０】
本発明の金属ヒータ１０では、ヒータ１２の内部に形成された発熱体２５の外縁が金属板１１の外周から金属板１１の直径の２５％以内の位置に存在している。通常、金属板１１の外周部分では、金属板１１の外周部分の表面からの放熱により、温度が不均一になりやすいが、本発明の金属ヒータ１０では、このような外周部分にも発熱体が配設されているため、被加熱物である半導体ウエハ等を温度のばらつきなく、均一に加熱することができる。
【００４１】
また、図３は、本発明の金属ヒータの別の実施形態を模式的に示す断面図である。
この金属ヒータ３０では、円板形状の上部金属板３１と下部金属板４１との間に、ヒータ３２が挟持されており、上部金属板３１、ヒータ３２および下部金属板４１は、金属板固定ネジ３７により固定されている。なお、上部金属板は、必ずしも金属板固定ネジにより固定されていなくてもよい。
ここで、上部金属板３１は、図１に示す金属ヒータ１０の金属板１１と比較して薄いものとなっているとともに、下部金属板４１と比べてもさらに薄いものとなっている。従って、図３に示す金属ヒータ３０は、被加熱物を迅速に加熱することができ、リカバリー時間の短いものとすることができる。
また、上部金属板３１よりも厚く、剛性が大きい下部金属板４１をヒータ３２の底面に設置することにより、加熱時における上部金属板３１の変形を防止することができる。
【００４２】
さらに、金属ヒータ３０では、金属板固定用ネジ３７のネジ頭が下部金属板４１に埋め込まれるような構成となっている。従って、上部金属板３１、ヒータ３２および下部金属板４１をより確実に支持容器４０の内部に固定することができ、図１に示す金属ヒータ１０と比較して、上部金属板３１に反りや撓み等の変形が生じにくい構造となっている。
【００４３】
また、図示はしていないが、金属ヒータ３０では、ヒータ３２の内部に形成された発熱体の外縁が上部金属板３１の外周から上部金属板３１の直径の２５％以内の位置に存在するような構成となっている。これにより、被加熱物である半導体ウエハ等を温度のばらつきなく、均一に加熱することができる。
なお、図３に示した金属ヒータ３０は、上述した以外の部分の構成については、図１に示した金属ヒータ１０と同様であるため、その説明を省略することとする。
【００４４】
次に、本発明を構成する金属ヒータの材質や形状等について、さらに詳しく説明する。
本発明の金属ヒータにおける、金属板の直径は、２００ｍｍ以上が望ましい。大きな直径を持つ金属ヒータほど、加熱時に半導体ウエハの温度が不均一化しやすいため、本発明の構成が有効に機能するからである。また、このような大きな直径を持つ基板は、大口径の半導体ウエハを載置することができるからである。
金属板の直径は、特に１２インチ（３００ｍｍ）以上であることが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となるからである。
【００４５】
本発明の金属ヒータ１０において、金属板１１には、被加熱物を載置する加熱面１１ａの反対側から加熱面１１ａに向けて有底孔１４を設けるとともに、有底孔１４の底を発熱体１２よりも相対的に加熱面１１ａに近く形成し、この有底孔１４に熱電対等の測温素子（図示せず）を設けることが望ましい。
【００４６】
また、有底孔１４の底と加熱面１１ａとの距離は、０．１ｍｍ〜金属板の厚さの１／２であることが望ましい。
これにより、測温場所が発熱体１２よりも加熱面１１ａに近くなり、より正確な半導体ウエハの温度の測定が可能となるからである。
【００４７】
有底孔１４の底と加熱面１１ａとの距離が０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面１１ａに温度分布が形成され、厚さの１／２を超えると、発熱体の温度の影響を受けやすくなり、温度制御できなくなり、やはり加熱面１１ａに温度分布が形成されてしまうからである。
【００４８】
有底孔１４の直径は、０．３ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が大きくなり、また小さすぎると加工性が低下して加熱面１１ａとの距離を均等にすることができなくなるからである。
【００４９】
上記測温素子としては、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。
また、上記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対等が挙げられるが、これらのなかでは、Ｋ型熱電対が好ましい。
【００５０】
上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同じが、または、それよりも大きく、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合は、熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうからである。なお、素線の径より小さくすることは困難である。
【００５１】
上記測温素子は、金ろう、銀ろう、半田、接着剤などを使用して、有底孔１４の底に接着してもよく、有底孔１４に挿入した後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併用してもよい。
上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５２】
上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８２．５重量％：Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％：Ｎｉ合金から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらは、溶融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも溶融しにくいためである。
銀ろうとしては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ系のものを使用することができる。
【００５３】
また、本発明においては、発熱体が設けられたヒータを金属板の表面（底面）に設置してもよく、金属板に設置されたヒータに、さらに別の金属板を取り付けるような構成、すなわち、２つの金属板の間にヒータを挟持するような構成としてもよい。
発熱体が設けられたヒータをこのような位置に設定することにより、発熱体から発生した熱が伝搬していくうちに、金属板全体に拡散し、被加熱物（半導体ウエハ）を加熱する面の温度分布が均一化され、その結果、被加熱物の各部分における温度が均一化される。
【００５４】
上記ヒータとしては、図２に示すようなマイカヒータ、シリコンラバーヒータ等を用いることができる。また、単に絶縁性のシールに発熱線を形成したものヒータとして使用することもできる。
上記マイカヒータとしては、任意のパターンに形成したニクロム線等の発熱体を絶縁体であるマイカ板で挟持したものを使用することができる。
また、上記シリコンラバーヒータとしては、任意のパターンに形成したニクロム線等の発熱体を絶縁体であるシリコンラバーで挟持したものを使用することができる。
【００５５】
上記ヒータを加熱するための発熱体については、電圧を印加した場合に発熱するものであれば、上述したニクロム線に限られず、タングステン線やモリブデン線、ステンレス線等の他の金属線等であってもよい。
また、発熱体としては、金属線の他に金属箔を使用することもできる。上記金属箔としては、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して発熱体としたものが望ましい。パターン化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよい。
さらに、発熱体を被覆する絶縁体についても、短絡を防止することができ、高温にも耐え得る材質のものであれば、上述したマイカ板やシリコンラバーに限られず、例えば、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）等であってもよく、セラミック等からなる繊維をマット状にしたものを用いてもよい。
【００５６】
上記金属ヒータがヒータを金属板で挟持した形状である場合には、上記ヒータを複数設けてもよい。この場合は、各層のパターンは、相互に補完するようにどこかの層に発熱体が形成され、加熱面の上方から見ると、どの領域にもパターンが形成されている状態が望ましい。このような構造としては、例えば、互いに千鳥の配置になっている構造が挙げられる。
【００５７】
また、金属板の表面にヒータを設置する場合は、加熱面はヒータ設置面の反対側であることが望ましい。金属板が熱拡散の役割を果たすため、加熱面の温度均一性を向上させることができるからである。
【００５８】
また、本発明の金属ヒータにおける発熱体のパターンとしては、図２に示したようなパターンに限らず、例えば、同心円状のパターン、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン等も用いることができる。また、これらは併用してもよい。
また、最外周に形成された発熱体パターンを、複雑に分割されたパターンとすることで、温度が低下しやすい金属ヒータの最外周で細かい温度制御を行うことが可能となり、金属ヒータの温度のばらつきを抑えることができる。
【００５９】
また、上記発熱体の面積抵抗率は、０．１〜１０Ω／□が好ましい。面積抵抗率が１０Ω／□を超えると、発熱量を確保するために、発熱体の直径を非常に細くしなければならず、このため、わずかな欠け等で断線したり、抵抗値が変動したりするからである。また、面積抵抗率が０．１Ω／□未満の場合、発熱体の直径を大きくしなければ、発熱量を確保できず、その結果、発熱体パターン設計の自由度が低下し、加熱面の温度を均一にすることが困難となるからである。
【００６０】
発熱体と電源とを接続するための手段としては、図１、３で示すように導電線を圧着等で発熱体の両端部に取り付け、この導電線を介して電源等と接続することとしてもよく、発熱体の両端部に端子を取り付け、この端子を介して電源等と接続することとしてもよい。上記端子は、圧着により発熱体に取り付けることが望ましい。
また、上記端子は、半田を介して発熱体に取り付けてもよい。ニッケルは、半田の熱拡散を防止するからである。接続端子としては、例えば、コバール製の外部端子が挙げられる。
【００６１】
接続端子を接続する場合、半田としては、銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用することができる。なお、半田層の厚さは、０．１〜５０μｍが好ましい。半田による接続を確保するのに充分な範囲だからである。
【００６２】
また、本発明の金属ヒータでは、金属板とヒータとの間に中プレートを介設することとしてもよい。このような中プレートを介設することにより、発熱体で発生させた熱をより均一化した状態で金属板に伝達することができる。上記中プレートの材質としては、熱伝導性に優れる金属が望ましく、例えば、銅、銅合金等を使用することができる。
【００６３】
また、図１または図３に示す金属ヒータでは、金属板の側面と支持容器とが非接触となっているが、これらが接触しているような構成である場合には、金属板の側面と支持容器との間に断熱リングを介設することが望ましい。金属板の外周部において、熱が逃散することにより、金属板の加熱面に温度のばらつきが発生することを防止できる。
【００６４】
上記支持容器および上記遮熱板は、一体化されていてもよく、遮熱板が支持容器に連結固定されていてもよいが、支持容器と遮熱板とが、一体的に形成されていることが望ましい。金属ヒータ全体の強度を確保することができるからである。
【００６５】
上記支持容器は、円筒形状であることが望ましく、上記遮熱板は、円板形状であることが望ましい。
また、上記支持容器および上記遮熱板の厚みは、０．１〜５ｍｍであることが望ましい。０．１ｍｍ未満では、強度に乏しく、５ｍｍを超えると熱容量が大きくなるからである。
【００６６】
上記支持容器および上記遮熱板は、加工等が容易で機械的特性に優れるとともに、金属ヒータ全体の強度を確保できるように、ＳＵＳ、アルミニウム、インコネル（クロム１６％、鉄７％を含むニッケル系の合金）等の金属により構成されることが望ましい。
なお、上記支持容器と上記遮熱板とが、一体化されていない場合、上記遮熱板としては、遮熱性に優れるように、例えば、耐熱性樹脂、セラミック板、これらに耐熱性の有機繊維や無機繊維が配合された複合板等、余り熱伝導率が大きくなく、かつ、耐熱性に優れたものを用いることも可能である。
【００６７】
また、支持容器または遮熱板には、冷媒導入管を取り付けることとしてもよい。金属ヒータを冷却するための強制冷却用の冷媒等を導入することにより、金属ヒータを迅速に降温させることができるからである。さらに、支持容器または遮熱板には、導入した強制冷却用の冷媒等を排出するための貫通孔が形成されていることとしてもよい。
【００６８】
次に、本発明に係る金属ヒータの製造方法の一例として、図３に示す金属ヒータ３０の製造方法について説明することとする。
なお、本発明の金属ヒータは、必ずしも図３に示すように、２つの金属板により、ヒータを挟持する形状でなくてもよい。
【００６９】
（１）金属板の作製工程
アルミニウム−銅合金等からなる板状体に、ＮＣ旋盤を用いて外径加工を行い、円板形状とした後、この板状体に端面加工、表面加工および裏面加工を順に行う。
このとき、上部金属板となる板状体の厚さを、下部金属板となる板状体よりも薄くする。
【００７０】
次に、マシニングセンタ（ＭＣ）等を用いて、半導体ウエハを支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分、支持ピンを設置するための凹部、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分を形成する。また、同様にして所定の位置に有底孔を形成した後、この有底孔にネジ溝を形成することにより、金属板固定用ネジを挿通するためのネジ穴を形成する。
【００７１】
そして、上部金属板となる板状体にロータリー研削盤を用いて表面研削処理を施すことにより、上部金属板および下部金属板を製造する。この表面研削処理を行うことにより、金属板の表面の平坦度を２０〜３０μｍ程度にすることができる。
【００７２】
次に、上記金属板にアルマイト処理を施し、上記金属板の表面に酸化被膜を形成する。このような処理を行うことにより、金属板の耐食性が向上するとともに、表面が硬くなるため、金属板に傷等が付きにくくなる。また、実際の半導体製造・検査工程で使用する場合であっても、金属板がレジスト液や腐食性ガス等によって腐食されるにくくなる。
なお、上記アルマイト処理（陽極酸化被膜処理）としては、例えば、硫酸法、シュウ酸法等を用いることができるが、処理後の耐食性、電解液のコスト、作業性等の点から硫酸法を用いることが望ましい。
【００７３】
（２）ヒータの設置
所定のパターンに加工したニクロム線等の発熱体をマイカ板で挟持したヒータを、上部金属板と下部金属板の間に設置し、金属板およびヒータに設けられたネジ孔に金属板固定用ネジを挿通した後、締め付けて金属板とヒータとを一体化する。
なお、発熱体は、ヒータ全体を均一な温度にする必要があることから、屈曲線が円環状に繰り返しや同心円の一部を描くようにして繰り返しを基本にしたパターン等とすることが好ましい。
また、金属板とヒータとの間には、銅等のように熱伝導性に優れる材料からなる中プレートを挟持させることとしてもよい。これにより、ヒータから放射される熱をより均一化した状態で金属板に伝達することができる。
【００７４】
（３）支持容器の取り付け
そして、このように金属板とヒータとを一体化させた装置を図１に示したような円筒形状の支持容器に支持、固定する。また、上部金属板の加熱面の外周部と支持容器との間に、押え板を取り付けることにより、金属板の変形を防止できるとともに、金属板をより強固に支持、固定することができる。
なお、支持容器には、その底面に支持容器と同様の材質により構成される遮熱板を設置するとともに、測温素子、導電線等を挿通できるような貫通孔を形成しておく。
【００７５】
本発明の金属ヒータにおいては、図３に示すように金属板およびヒータの側面と支持容器とが非接触の状態で支持、固定されていることが望ましい。
金属板およびヒータの側面から熱が逃散することにより、金属板の加熱面の外周部が低温となる場合があるからである。
なお、金属板およびヒータの側面と支持容器とが接触した状態で支持、固定されている場合には、金属板と支持容器との間にポリイミド樹脂、フッ素樹脂等からなる断熱リングを介設することが望ましい。
【００７６】
（４）電源等への接続
ヒータに設けられた発熱体の両端部に電源との接続のための端子（外部端子）を圧着で取り付け、外部の電源等に接続し、金属ヒータの製造を終了する。
【００７７】
なお、上述した貫通孔および有底孔を形成する工程は、金属板にヒータを取り付けた後に行うこととしてもよいが、金属板、ヒータおよび支持容器のそれぞれに予め貫通孔および有底孔となる開口を形成しておくことが望ましい。
【００７８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
本実施例では、半導体ウエハを加熱する金属ヒータを例に示すが、本発明は、光導波路の温度調整用ヒータとしても使用することができる。
【００７９】
（実施例１）
金属ヒータ（図１、２参照）の製造
（１）アルミニウム−銅合金（Ａ２２１９（ＪＩＳ−Ｈ４０００））からなる板状体にＮＣ旋盤（ワシノ機械社製）を用いて外径加工を行い、円板形状とした後、この円板体に端面加工、表面加工および裏面加工を施すことにより、金属板用の円板体およびヒータ固定板用の円板体を製造した。
【００８０】
次に、マシニングセンタ（日立精機社製）を用いて、これらの円板体に半導体ウエハ１９を支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔１５となる部分、支持ピン１８を設置するための凹部、測温素子１６を埋め込むための有底孔１４となる部分を形成した。また、同様にして所定の位置に有底孔または貫通孔を形成した後、これらの有底孔または貫通孔にネジ溝を形成することにより、円板体に金属板固定用ネジ１７を挿通するためのネジ穴を形成した。
なお、貫通孔１５は３箇所に形成し、支持ピン１８を設置するための凹部は４箇所に形成した。
【００８１】
（２）次に、（１）の工程で製造された金属板用の円板体の加熱面側表面に、ロータリー研削盤（岡本工作機械製作所製）を用いて表面研削処理を施し、厚さ２０ｍｍ、直径３３０ｍｍの金属板（上部金属板）１１および厚さ５ｍｍ、直径３３０ｍｍのヒータ固定板（下部金属板）２１を得た。
【００８２】
（３）次に、金属板１１およびヒータ固定板２１を電解液 １０％Ｈ２ＳＯ４、電圧 １０Ｖ、電流密度 ０．８Ａ／ｄｍ２、液温 ２０℃の条件でアルマイト処理を行い、金属板１１およびヒータ固定板２１の表面に厚さ１５μｍの酸化被膜を形成した。
【００８３】
（４）そして、図２に示すような屈曲線が円環状に繰り返したパターンおよび同心円の一部を描くようにして繰り返したパターンに加工したニクロム線からなる発熱体２５を厚さ０．３ｍｍの２枚のマイカ板２６で挟持し、直径３３０ｍｍのヒータ１２を得た。
なお、ヒータ１２では、発熱体が形成されている領域の外縁が、金属板１１の外周から金属板１１の直径の７％の位置となるように発熱体を形成するとともに、発熱体２５の回路の総数は４とした。
また、マイカ板２６には、貫通孔１５となる部分、有底孔１４となる部分および金属板固定ネジ１７を挿通するためのネジ孔となる部分を予め形成しておいた。
【００８４】
その後、（１）〜（３）の工程で製造した金属板１１およびヒータ固定板２１でヒータ１２を挟み込み、金属板１１、ヒータ固定板２１およびヒータ１２に設けられたネジ孔に金属板固定用ネジ１７を挿通した後、これを締め付けることにより、金属板１１、ヒータ固定板２１およびヒータ１２を一体化した。
【００８５】
（５）次に、図１に示したような円筒形状でＳＵＳ製の支持容器２０を製造し、この支持容器２０の底面に貫通孔１５となる部分、有底孔１４となる部分および導電線２４を挿通するための貫通孔を形成した後、支持容器２０の底部に円板形状でＳＵＳ製の遮熱板２３を設置した。
そして、遮熱板２３が設置された支持容器２０の内部に、（４）で製造したヒータ１２およびヒータ固定板２１が取り付けられた金属板１１を配置し、金属板１１の加熱面の外周部に押え板２２を取り付けることにより、支持容器２０の内部に固定した。
【００８６】
（６）温度制御のための測温素子１６を有底孔１４に挿入した後、ポリイミドで有底孔１４を封止した。また、金属板１１の加熱面に形成された凹部に支持ピン１８を設置した。
【００８７】
（７）次いで、ヒータ１２に設けられた発熱体の両端部に電源との接続のための導電線２４を圧着で取り付け、外部の電源等に接続し、金属ヒータ１０を得た。なお、金属ヒータ１０では、発熱体２５が形成されている領域の外縁が、金属板１１の外周から金属板１１の直径の２５％以内の位置に存在している。
【００８８】
（実施例２）
金属ヒータの製造
金属板１１の厚さを５ｍｍとし、ヒータ固定板２１の厚さを２０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、金属ヒータを製造した。
なお、上記金属ヒータでは、発熱体が形成されている領域の外縁が、金属板１１の外周から金属板１１の直径の１５％の位置に存在している。
【００８９】
（実施例３）
金属ヒータ（図３参照）の製造
（１）実施例１の（１）〜（２）と同様にして、上部金属板３１および下部金属板４１を製造した後、実施例１の（３）と同様にして、上部金属板３１および下部金属板４１にアルマイト処理を行った。
なお、上部金属板３１は、厚さ２ｍｍ、直径３３０ｍｍとし、下部金属板４１は、厚さ２０ｍｍ、直径３３０ｍｍとした。
【００９０】
（２）次に、実施例１の（４）〜（７）と同様にして、上部金属板３１および下部金属板４１とヒータ３２とを一体化した後、支持容器４０に設置することにより、金属ヒータ３０を製造した。
なお、本実施例の金属ヒータでは、上部金属板３１にネジ孔を形成せず、金属板固定用ネジ３７のネジ頭が下部金属板４１に埋め込まれる構造とすることにより、下部金属板４１の底面が支持容器４０の内面に接触するような構成とした。
なお、上記金属ヒータでは、発熱体が形成されている領域の外縁が、上部金属板３１の外周から上部金属板３１の直径の１％の位置に存在している。
【００９１】
（実施例４）
金属ヒータの製造
上部金属板の厚さを５ｍｍとし、下部金属板の厚さを４５ｍｍとした以外は、実施例３と同様にして金属ヒータを製造した。
なお、上記金属ヒータでは、発熱体が形成されている領域の外縁が、上部金属板の外周から上部金属板の直径の２５％の位置に存在している。
【００９２】
（実施例５）
金属ヒータの製造
上部金属板の厚さを１５ｍｍとし、下部金属板の厚さを２０ｍｍとした以外は、実施例３と同様にして金属ヒータを製造した。
なお、上記金属ヒータでは、発熱体が形成されている領域の外縁が、上部金属板の外周から上部金属板の直径の１０％の位置に存在している。
【００９３】
（比較例１）
実施例１の（１）〜（３）の工程を行う際に、金属板の厚さを５５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして金属ヒータを製造した。
【００９４】
（比較例２）
実施例１の（２）の工程で、金属板用円板体の加熱面側表面に表面研削処理を施さなかった以外は実施例１と同様にして金属ヒータを製造した。
【００９５】
（比較例３）
実施例１の（４）の工程で、発熱体が形成されている領域の外縁が、金属板の外周から金属板の直径の３０％の位置となるように発熱体を形成した以外は実施例１と同様にして金属ヒータを製造した。
なお、上記金属ヒータでは、発熱体の外縁が金属板の外周から金属板の直径の２５％以内の位置に形成されていない。
【００９６】
実施例１〜５および比較例１〜３に係る金属ヒータに通電することにより昇温し、下記の方法により評価した。
その結果を表１に示す。また、金属板の直径に対する、金属板の外周から発熱体の外縁の位置までの距離の割合（外縁位置）についても表１に示した。
【００９７】
評価方法
（１）定常時における面内温度均一性
金属ヒータを１４０℃まで昇温した後、熱電対を備えた温度センサ付ウエハを金属ヒータの加熱面に載置し、加熱面の温度分布を測定した。温度分布は、昇温中における最高温度と最低温度との温度差の最大値で示す。
また、実施例１に係る金属ヒータの加熱面の各測定箇所における温度を図５に、比較例３に係る金属ヒータの加熱面の各測定箇所における温度を図６に示す。
【００９８】
（２）過渡時における面内温度均一性
金属ヒータにより、熱電対を備えた温度センサ付ウエハを常温〜１４０℃まで加熱した時の加熱面の温度分布を測定した。温度分布は、１００℃、１２０℃および１３０℃において測定し、最高温度と最低温度との温度差の最大値で示す。
また、測定は（１）と同様に温度センサ付ウエハを用いる。
【００９９】
（３）昇温時間
金属ヒータを常温〜１４０℃まで昇温した時の昇温時間を測定した。
【０１００】
（４）リカバリー時間
１４０℃設定温度で、２５℃のシリコンウエハを載置した場合に、１４０℃まで回復する時間（リカバリー時間）を測定した。
また、実施例２に係る金属ヒータに、２５℃のシリコンウエハを載置した場合のシリコンウエハの各測定箇所における温度と時間との関係を図７に、比較例１に係る金属ヒータに、２５℃のシリコンウエハを載置した場合のシリコンウエハの各測定箇所における温度と時間との関係を図８に示す。
【０１０１】
（５）平坦度の測定
常温および１４０℃における金属板の加熱面の平坦度をレーザ変位計（キーエンス社製）を用いて測定した。
また、１４０℃における実施例１に係る金属ヒータ加熱面の三次元形状を図９に、１４０℃における比較例２に係る金属板加熱面の三次元形状を図１０に示す。
【０１０２】
【表１】
表１および図５に示すように、実施例１〜５に係る金属ヒータは、定常時および過渡時において、金属板の加熱面の温度が均一であった。これは、表１および図９に示すように平坦度が５０μｍ以下であるため、金属板とセンサウエハとの距離にばらつきがなく、均一に加熱できたものと考えられる。
また、実施例１〜５に係る金属ヒータでは、金属板の外周部にも発熱体が設けられているため、金属板の加熱面において、中心部と外周部との間で温度差が小さくなるためであると考えられる。
さらに、表１および図７に示すように、実施例１〜５に係る金属ヒータでは、昇温時間およびリカバリー時間が短くなっていた。これは、実施例１〜５に係る金属ヒータでは、金属板の厚さが５０ｍｍ以下であるため、発熱体の温度変化に対して金属板の加熱面の温度が迅速に追従し、被加熱物を迅速に加熱することができたものと考えられる。
【０１０４】
これに対して、比較例１に係る金属ヒータでは、表１および図８に示すように、昇温時間およびリカバリー時間が長くなっていた。これは、金属板の厚さが厚いために、発熱体の温度変化に対して金属板の加熱面の温度が迅速に追従せず、加熱に時間を要したためであると考えられる。
【０１０５】
また、表１および図６に示すように、比較例２および比較例３に係る金属ヒータでは、定常時および過渡時における金属板の加熱面の温度にばらつきが見られた。これは、比較例２に係る金属ヒータでは、表面研削処理を行わなかったことにより、表１および図１０に示すように、加熱面の平坦性に劣るためであると考えられ、比較例３に係る金属ヒータでは、金属板の外周部に発熱体が形成されておらず、中心部と外周部との間で温度差が生じたためであると考えられる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の金属ヒータによれば、金属板の厚さが５０ｍｍ以下と薄くなっているため、発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金属板の加熱面の温度が迅速に追従し、半導体ウエハ等の被加熱物を迅速に加熱することができる。また、このように金属板の温度追従性が優れているので、リカバリー時間を短くすることが可能となり、スループットを短縮することができ、生産性を向上させることができる。
【０１０７】
また、本発明の金属ヒータを構成する金属板は、その表面における平坦度が５０μｍ以下である。従って、本発明の金属ヒータを用いて半導体ウエハを加熱する場合には、半導体ウエハと金属板との距離をほぼ一定にすることが可能となるため、半導体ウエハの全体が均一となるように加熱することができる。
【０１０８】
さらに、本発明の金属ヒータでは、発熱体が形成されている領域の外縁が、金属板の外周から金属板の直径の２５％以内の位置に存在しているため、被加熱物である半導体ウエハ等を温度のばらつきなく、均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属ヒータの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示した金属ヒータの一部を構成するヒータの水平断面図である。
【図３】本発明に係る金属ヒータの別の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の金属ヒータの一例を模式的に示す断面図である。
【図５】実施例１に係る金属ヒータの加熱面の各測定箇所における温度を示す図である。
【図６】比較例３に係る金属ヒータの加熱面の各測定箇所における温度を示す図である。
【図７】実施例２に係る金属ヒータに、２５℃のシリコンウエハを載置した場合のシリコンウエハの各測定箇所における温度と時間との関係を示すグラフである。
【図８】比較例１に係る金属ヒータに、２５℃のシリコンウエハを載置した場合のシリコンウエハの各測定箇所における温度と時間との関係を示すグラフである。
【図９】１４０℃における実施例１に係る金属ヒータ加熱面の三次元形状を示す図である。
【図１０】１４０℃における比較例２に係る金属ヒータ加熱面の三次元形状を示す図である。
【符号の説明】
１０、３０ 金属ヒータ
１１ 金属板
１１ａ、３１ａ 加熱面
１２、３２ ヒータ
１４、３４ 有底孔
１５、３５ 貫通孔
１６、３６ 測温素子
１７、３７ 金属板固定用ネジ
１８、３８ 支持ピン
１９、３９ 半導体ウエハ
２０、４０ 支持容器
２１ ヒータ固定板
２２、４２ 押え板
２３、４３ 遮熱板
２４、４４ 導電線
２５ 発熱体
２６ マイカ板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal heater mainly used in the semiconductor industry and the optical industry.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a semiconductor manufacturing and an inspection apparatus including an etching apparatus, a chemical vapor deposition apparatus, and the like, a metal heater using a metal base material such as stainless steel or an aluminum alloy as a substrate has been used (for example, Patent Reference 1).
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state where a silicon wafer is placed on a metal heater having a conventionally used configuration.
[0003]
In the
The
[0004]
Further, a
[0005]
A
[0006]
A
The
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-134776
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the
When such a warp or a bend occurs in the
[0009]
However, when the thickness of the
Further, when the
Further, in such a
[0010]
Further, when the thickness of the metal plate is increased, there is a problem that the weight of the entire metal heater becomes heavy and bulky.
[0011]
With the recent increase in the diameter of semiconductor wafers and the like, a metal heater having a larger diameter has been required. However, as the diameter of the metal plate increases, the temperature distribution of the metal plate itself also varies. The temperature uniformity of the semiconductor wafer described above is further reduced.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above-described problems, the present inventors have developed a metal heater in which the temperature variation of a semiconductor wafer or the like during heating is small, the metal heater can be quickly heated, and the metal plate does not warp or bend. As a result of diligent research for the purpose of obtaining, the thickness of the metal plate is reduced, the flatness of the metal plate is reduced to a certain value or less, and the temperature is quickly raised by improving the shape of the heating element. It was found that the temperature of the heating surface could be made uniform, and the present invention was completed.
[0013]
That is, the metal heater of the present invention is a metal heater including a metal plate and a heating element, and the metal plate has a thickness of 50 mm or less, and a surface flatness of 50 μm or less, The outer edge of the region where the heating element is formed is located at a position within 25% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate.
The flatness is desirably in the above range at 500 ° C. or lower in an air atmosphere.
[0014]
In the metal heater of the present invention, the thickness of the metal plate is reduced to 50 mm or less. Therefore, since the temperature of the heating surface of the metal plate quickly follows changes in the voltage and the amount of current applied to the heating element, an object to be heated such as a semiconductor wafer can be quickly heated.
Note that the thickness of the metal plate in the metal heater of the present invention refers to the thickness of the metal plate when the heating element is installed on the bottom surface of the metal plate. In the case of a configuration sandwiched between plates, it refers to the total thickness of those metal plates.
In addition, since the metal plate has excellent temperature followability, the time it takes to restore the lowered temperature (recovery time) when the semiconductor wafer is placed on the heated surface of the metal heater in the semiconductor manufacturing / inspection process is reduced. The length can be shortened, the throughput can be shortened, and the productivity can be improved.
The reason why a metal heater having a thin metal plate and excellent flatness can be realized will be described later.
[0015]
It is desirable that the upper limit of the thickness of the metal plate constituting the metal heater of the present invention is 30 mm. This is because heat does not easily propagate, and the heating efficiency tends to decrease. A more desirable upper limit is 20 mm.
Further, the lower limit of the thickness of the metal plate is desirably 3 mm. If the thickness is less than 3 mm, the strength of the metal plate tends to decrease and the flatness tends to decrease. A more desirable lower limit is 5 mm.
[0016]
Note that the metal heater of the present invention may have a configuration in which a heating element is provided on the bottom surface of one metal plate, or a configuration in which another metal plate is attached to the heating element provided on the metal plate. That is, a configuration in which a heating element is sandwiched between two metal plates may be employed. Further, a configuration may be employed in which a heating element is sandwiched between three or more metal plates.
By using a plurality of metal plates, even when the thickness of the metal plate on the heating surface side is reduced, the metal plate does not warp or bend, and the semiconductor wafer or the like can be uniformly heated. Because you can.
[0017]
In the above configuration, a desirable upper limit of the thickness of the metal plate on the heating surface side is 30 mm, a desirable lower limit is 3 mm, a more desirable upper limit is 20 mm, and a more desirable lower limit is 5 mm.
[0018]
The flatness of the surface of the metal plate constituting the metal heater of the present invention is 50 μm or less. Therefore, when the semiconductor wafer is heated using the metal heater of the present invention, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate can be made substantially constant, so that the entire semiconductor wafer is heated so as to be uniform. can do.
The flatness of the surface of the metal plate is desirably 30 μm or less.
In addition, in this specification, flatness shall mean the difference between the highest part and the lowest part on the surface of a metal plate.
[0019]
In order to realize such a metal heater having excellent flatness, it is necessary to prevent the metal plate from being bent due to pressure from the side surface when the metal plate thermally expands. For this reason, it is desirable to secure a space so that the side surface of the metal plate and the support container (bottom plate) do not adhere to each other.
[0020]
In addition, in order to prevent the warpage of the metal plate, it is desirable to hold down the edge of the metal plate with a pressing plate or the like and fix it. As a result, the metal plate itself can be prevented from being deformed due to the thinning of the metal plate, and as described above, even if a space is secured between the metal plate and the support container, the metal plate can be securely held. Can be supported and fixed.
In addition, by using the same material for the metal plate and the heater fixing plate, it is possible to prevent the metal plate from being deformed due to the difference in the coefficient of thermal expansion.
[0021]
Further, the material forming the metal plate preferably has excellent thermal conductivity, high rigidity, and is not easily deformed even when thermally expanded, and has excellent flatness when the processing of the metal plate itself is completed. It is desirable to have
[0022]
As the material of the metal plate constituting the metal heater of the present invention, for example, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, stainless steel, inconel, steel and the like can be used, and among these, aluminum alloy is preferable. , An aluminum-copper alloy is more desirable. Aluminum-copper alloys have high mechanical strength, and therefore do not warp or warp due to heating even when the thickness of the metal plate is reduced. Therefore, the metal plate can be made thin and light. In addition, since an aluminum-copper alloy is also excellent in thermal conductivity, when used as a metal plate, the temperature of the heating surface can be quickly followed in accordance with the temperature change of the heating element. That is, the temperature of the heating surface of the metal plate can be controlled by changing the voltage and the current value to change the temperature of the heating element.
[0023]
Further, in addition to aluminum and copper, magnesium, manganese, silicon, zinc and the like may be added to the aluminum-copper alloy. This is because various functions such as workability, corrosion resistance, and low expansion property can be improved.
[0024]
When aluminum, an aluminum alloy, or the like is used as the material of the metal plate, it is desirable that the surface of the metal plate be subjected to alumite treatment. The alumite treatment refers to a treatment in which an aluminum or aluminum alloy is subjected to an electrochemical treatment (anodized film treatment) to form a thin film of aluminum oxide on the surface.
By performing such a treatment, the corrosion resistance of the metal plate is improved, and the surface is hardened, so that the metal plate is hardly damaged. Further, even when the metal plate is used in an actual semiconductor manufacturing / inspection process, the metal plate is less likely to be corroded by a resist solution, a corrosive gas or the like.
Further, by performing the anodic oxide film treatment at a lower temperature, a higher voltage, and a higher current density than the ordinary alumite treatment, a hard alumite treatment can be performed. In such a hard alumite treatment, a harder and thicker film can be obtained.
The thickness of the coating is preferably 1 μm or more, but the thickness of the coating can be 3 μm or more in the hard alumite treatment.
[0025]
In the metal heater according to the present invention, the outer edge of the region where the heating element is formed exists at a position within 25% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate. Usually, in the outer peripheral portion of the metal plate, heat is generated from the outer edge portion of the metal plate, so that the temperature is lower than that of the central portion of the metal plate. As a result, the temperature of the heating surface is likely to be non-uniform. In the metal heater, since the heating element is also provided in such an outer peripheral portion, the object to be heated, such as a semiconductor wafer, can be uniformly heated without a temperature variation.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The metal heater according to the present invention is a metal heater including a metal plate and a heating element, wherein the metal plate has a thickness of 50 mm or less, a surface flatness of 50 μm or less, and The outer edge of the region where the body is formed is located at a position within 25% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate.
[0027]
First, as an example of the metal heater of the present invention, a metal heater in which a heater is installed on the bottom surface of one metal plate will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view schematically showing such a metal heater, and FIG. 2 is a horizontal sectional view schematically showing a heater which is a part of the metal heater shown in FIG.
[0028]
In this metal heater 10, a
Here, the metal plate 11 has a thickness of 50 mm or less and is thinner than the
[0029]
In the metal heater 10 of the present invention, the flatness of the heating surface 11a of the metal plate 11 is 50 μm or less. Therefore, when heating the semiconductor wafer using the metal heater of the present invention, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate can be made substantially constant, and the heating can be performed so that the entire semiconductor wafer becomes uniform. Can be.
[0030]
The metal heater 10 of the present invention differs from the
[0031]
First, the metal heater 10 is different from the
[0032]
A holding plate 22 is provided on the outer peripheral portion of the heating surface of the metal plate 11, and the metal plate 11, the
[0033]
In addition, the metal heater 10 shown in FIG. 1 and the
[0034]
Further, a heat shield plate 23 is provided at the bottom of the
[0035]
A bottomed hole 14 is formed in the metal heater 10, and a temperature measuring element 16 for measuring the temperature of the metal plate 11 is embedded in the bottomed hole 14.
[0036]
Further, a semiconductor wafer 19 is mounted on the metal heater 10 via a support pin 18 having a tip having a spire shape. The semiconductor wafer 19 is supported at a predetermined distance from the heating surface of the metal plate 11. It is possible to heat.
The metal heater 10 is also provided with a through
[0037]
The
[0038]
Further, as shown in FIG. 2, the
[0039]
In the
Further, although not shown, the
[0040]
In the metal heater 10 of the present invention, the outer edge of the heating element 25 formed inside the
[0041]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of the metal heater of the present invention.
In the metal heater 30, a
Here, the upper metal plate 31 is thinner than the metal plate 11 of the metal heater 10 shown in FIG. 1 and further thinner than the lower metal plate 41. Therefore, the metal heater 30 shown in FIG. 3 can quickly heat an object to be heated, and can have a short recovery time.
Further, by disposing the lower metal plate 41, which is thicker and more rigid than the upper metal plate 31, on the bottom surface of the
[0042]
Furthermore, the metal heater 30 is configured such that the screw head of the metal plate fixing screw 37 is embedded in the lower metal plate 41. Therefore, the upper metal plate 31, the
[0043]
Although not shown, in the metal heater 30, the outer edge of the heating element formed inside the
The configuration of the metal heater 30 shown in FIG. 3 other than that described above is the same as that of the metal heater 10 shown in FIG. 1, and thus description thereof will be omitted.
[0044]
Next, the material and the shape of the metal heater constituting the present invention will be described in more detail.
In the metal heater of the present invention, the diameter of the metal plate is desirably 200 mm or more. This is because the larger the diameter of the metal heater, the more likely the temperature of the semiconductor wafer becomes non-uniform during heating, and the configuration of the present invention functions effectively. In addition, a substrate having such a large diameter can mount a large-diameter semiconductor wafer.
The metal plate preferably has a diameter of 12 inches (300 mm) or more. This is because it will become the mainstream of next generation semiconductor wafers.
[0045]
In the metal heater 10 of the present invention, the metal plate 11 is provided with a bottomed hole 14 from the side opposite to the heating surface 11a on which the object to be heated is placed toward the heating surface 11a. It is desirable to form the heating hole 11a relatively closer to the heating surface 11a than to the
[0046]
Further, the distance between the bottom of the bottomed hole 14 and the heating surface 11a is desirably 0.1 mm to 1/2 of the thickness of the metal plate.
As a result, the temperature measurement location is closer to the heating surface 11a than the
[0047]
If the distance between the bottom of the bottomed hole 14 and the heating surface 11a is less than 0.1 mm, heat is dissipated, and a temperature distribution is formed on the heating surface 11a. This is because the temperature tends to be affected, the temperature cannot be controlled, and a temperature distribution is formed on the heating surface 11a.
[0048]
It is desirable that the diameter of the bottomed hole 14 is 0.3 mm to 5 mm. This is because if it is too large, the heat dissipation will be large, and if it is too small, the workability will be reduced and the distance to the heating surface 11a cannot be equalized.
[0049]
Examples of the temperature measuring element include a thermocouple, a platinum temperature measuring resistor, a thermistor, and the like.
Examples of the thermocouple include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as described in JIS-C-1602 (1980). Of these, a K-type thermocouple is preferred.
[0050]
It is desirable that the size of the junction of the thermocouple is the same as or larger than the diameter of the strand, and is 0.5 mm or less. This is because, if the junction is large, the heat capacity increases and the responsiveness decreases. It is difficult to make the diameter smaller than the diameter of the strand.
[0051]
The temperature measuring element may be adhered to the bottom of the bottomed hole 14 using gold brazing, silver brazing, solder, adhesive, or the like. Or both may be used in combination.
Examples of the heat-resistant resin include a thermosetting resin, particularly, an epoxy resin, a polyimide resin, and a bismaleimide-triazine resin. These resins may be used alone or in combination of two or more.
[0052]
As the above-mentioned gold solder, 37-80.5% by weight Au-63-19.5% by weight Cu alloy, 81.5-82.5% by weight: Au-18.5-17.5% by weight: Ni alloy At least one selected is desirable. These are because the melting temperature is 900 ° C. or higher and it is difficult to melt even in a high temperature region.
As the silver solder, for example, an Ag-Cu-based one can be used.
[0053]
Further, in the present invention, a heater provided with a heating element may be installed on the surface (bottom surface) of a metal plate, and a configuration in which another metal plate is attached to a heater installed on the metal plate, that is, Alternatively, the heater may be sandwiched between two metal plates.
By setting the heater provided with the heating element at such a position, the heat generated from the heating element is diffused throughout the metal plate while the heat is propagated, and the surface to be heated (the semiconductor wafer) is heated. Is uniformed, and as a result, the temperature in each part of the object to be heated is equalized.
[0054]
As the heater, a mica heater, a silicon rubber heater, or the like as shown in FIG. 2 can be used. Further, a heater in which a heating wire is simply formed on an insulating seal can be used as a heater.
As the mica heater, a heater in which a heating element such as a nichrome wire formed in an arbitrary pattern is sandwiched between mica plates, which are insulators, can be used.
Further, as the above-mentioned silicon rubber heater, a heater in which a heating element such as a nichrome wire formed in an arbitrary pattern is sandwiched by silicon rubber as an insulator can be used.
[0055]
The heating element for heating the heater is not limited to the above-mentioned nichrome wire, but may be other metal wires such as a tungsten wire, a molybdenum wire, and a stainless wire, as long as it generates heat when a voltage is applied. You may.
Further, as the heating element, a metal foil can be used in addition to the metal wire. As the above-mentioned metal foil, it is desirable to use a nickel foil or a stainless steel foil as a heating element by forming a pattern by etching or the like. The patterned metal foil may be bonded with a resin film or the like.
Furthermore, the insulator covering the heating element is also not limited to the above-described mica plate and silicon rubber as long as it can prevent short circuit and can withstand high temperatures. , Polybenzimidazole (PBI) or the like, or a mat-like fiber made of ceramic or the like may be used.
[0056]
When the metal heater has a shape in which the heater is sandwiched between metal plates, a plurality of the heaters may be provided. In this case, it is desirable that the heating elements are formed in some layers so that the patterns of the respective layers complement each other, and that when viewed from above the heating surface, the patterns are formed in any regions. As such a structure, for example, there is a structure in which the staggered arrangement is provided.
[0057]
When the heater is installed on the surface of the metal plate, the heating surface is desirably opposite to the heater installation surface. This is because the metal plate plays a role of thermal diffusion, so that the temperature uniformity of the heating surface can be improved.
[0058]
Further, the pattern of the heating element in the metal heater of the present invention is not limited to the pattern as shown in FIG. 2, and for example, a concentric pattern, a spiral pattern, an eccentric pattern and the like can be used. . These may be used in combination.
In addition, by making the heating element pattern formed on the outermost periphery into a complicatedly divided pattern, it is possible to perform fine temperature control on the outermost periphery of the metal heater, whose temperature tends to decrease, and to control the temperature of the metal heater. Variation can be suppressed.
[0059]
The area resistivity of the heating element is preferably 0.1 to 10 Ω / □. If the sheet resistivity exceeds 10Ω / □, the diameter of the heating element must be made very small in order to secure the amount of heat generated. Because Further, when the sheet resistivity is less than 0.1 Ω / □, the heat generation amount cannot be secured unless the diameter of the heating element is increased, as a result, the degree of freedom of the heating element pattern design is reduced, and the temperature of the heating surface is reduced. It is difficult to make the uniformity.
[0060]
As means for connecting the heating element and the power supply, as shown in FIGS. 1 and 3, a conductive wire may be attached to both ends of the heating element by crimping or the like, and connected to a power supply or the like via the conductive wire. Alternatively, terminals may be attached to both ends of the heating element and connected to a power source or the like via the terminals. The terminal is desirably attached to the heating element by crimping.
Further, the terminal may be attached to the heating element via solder. Nickel prevents thermal diffusion of the solder. Examples of the connection terminal include an external terminal made of Kovar.
[0061]
When connecting the connection terminals, alloys such as silver-lead, lead-tin, and bismuth-tin can be used as the solder. Note that the thickness of the solder layer is preferably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure connection by soldering.
[0062]
In the metal heater of the present invention, an intermediate plate may be provided between the metal plate and the heater. By providing such an intermediate plate, the heat generated by the heating element can be transmitted to the metal plate in a more uniform state. As the material of the middle plate, a metal having excellent heat conductivity is desirable, and for example, copper, a copper alloy, or the like can be used.
[0063]
Further, in the metal heater shown in FIG. 1 or FIG. 3, the side surface of the metal plate and the supporting container are not in contact with each other. It is desirable to provide an insulating ring between the supporting container and the supporting container. Dissipation of heat at the outer peripheral portion of the metal plate can prevent temperature variations on the heating surface of the metal plate.
[0064]
The support container and the heat shield plate may be integrated, and the heat shield plate may be connected and fixed to the support container, but the support container and the heat shield plate are integrally formed. It is desirable. This is because the strength of the entire metal heater can be secured.
[0065]
Preferably, the support container has a cylindrical shape, and the heat shield plate has a disk shape.
Further, the thickness of the support container and the heat shield plate is desirably 0.1 to 5 mm. If the thickness is less than 0.1 mm, the strength is poor, and if it exceeds 5 mm, the heat capacity increases.
[0066]
The supporting container and the heat shield plate are made of SUS, aluminum, inconel (a nickel-based material containing 16% of chromium and 7% of iron so as to be easily processed and have excellent mechanical properties, and to secure the strength of the entire metal heater. It is desirable to be composed of a metal such as
When the support container and the heat shield plate are not integrated, as the heat shield plate, for example, a heat-resistant resin, a ceramic plate, a heat-resistant organic fiber, It is also possible to use a material having a low thermal conductivity and excellent heat resistance, such as a composite plate mixed with a resin or an inorganic fiber.
[0067]
Further, a refrigerant introduction pipe may be attached to the support container or the heat shield plate. This is because the temperature of the metal heater can be rapidly lowered by introducing a forced cooling refrigerant or the like for cooling the metal heater. Further, the support container or the heat shield plate may be provided with a through hole for discharging the introduced forced cooling refrigerant or the like.
[0068]
Next, as an example of the method of manufacturing the metal heater according to the present invention, a method of manufacturing the metal heater 30 shown in FIG. 3 will be described.
Note that the metal heater of the present invention does not necessarily have to have a shape in which the heater is sandwiched between two metal plates as shown in FIG.
[0069]
(1) Metal plate manufacturing process
An outer diameter is formed on a plate made of an aluminum-copper alloy or the like by using an NC lathe to obtain a disk shape, and then the plate is subjected to end face processing, surface processing, and back processing in this order.
At this time, the thickness of the plate-shaped body serving as the upper metal plate is made smaller than the thickness of the plate-shaped body serving as the lower metal plate.
[0070]
Next, using a machining center (MC) or the like, a portion serving as a through hole for inserting a lifter pin for supporting a semiconductor wafer, a concave portion for installing a support pin, and a temperature measuring element such as a thermocouple for embedding. A portion that becomes a bottomed hole is formed. Similarly, after a bottomed hole is formed at a predetermined position, a screw groove is formed in the bottomed hole to form a screw hole for inserting a screw for fixing a metal plate.
[0071]
Then, the upper metal plate and the lower metal plate are manufactured by subjecting the plate-shaped body serving as the upper metal plate to a surface grinding treatment using a rotary grinder. By performing this surface grinding treatment, the flatness of the surface of the metal plate can be reduced to about 20 to 30 μm.
[0072]
Next, the metal plate is subjected to an alumite treatment to form an oxide film on the surface of the metal plate. By performing such a treatment, the corrosion resistance of the metal plate is improved, and the surface is hardened, so that the metal plate is hardly damaged. Further, even when the metal plate is used in an actual semiconductor manufacturing / inspection process, the metal plate is less likely to be corroded by a resist solution, a corrosive gas, or the like.
In addition, as the alumite treatment (anodized film treatment), for example, a sulfuric acid method, an oxalic acid method, or the like can be used. However, a sulfuric acid method is used from the viewpoints of corrosion resistance after treatment, cost of an electrolytic solution, workability, and the like. It is desirable.
[0073]
(2) Installation of heater
A heater in which a heating element such as a nichrome wire processed into a predetermined pattern is sandwiched between mica plates is installed between the upper metal plate and the lower metal plate, and a screw for fixing the metal plate is inserted into the screw holes provided in the metal plate and the heater. After that, the metal plate and the heater are integrated by tightening.
In addition, since it is necessary for the heating element to make the entire heater have a uniform temperature, it is preferable to form a pattern based on the repetition such that the bent line repeats in an annular shape or draws a part of a concentric circle.
Further, a middle plate made of a material having excellent thermal conductivity such as copper may be sandwiched between the metal plate and the heater. Thereby, the heat radiated from the heater can be transmitted to the metal plate in a more uniform state.
[0074]
(3) Mounting the support container
Then, the device in which the metal plate and the heater are integrated as described above is supported and fixed in a cylindrical support container as shown in FIG. In addition, by attaching a holding plate between the outer peripheral portion of the heating surface of the upper metal plate and the supporting container, the deformation of the metal plate can be prevented, and the metal plate can be more firmly supported and fixed.
In addition, a heat shield plate made of the same material as the support container is installed on the bottom surface of the support container, and a through hole is formed in the support container so that a temperature measuring element, a conductive wire, or the like can be inserted therethrough.
[0075]
In the metal heater of the present invention, as shown in FIG. 3, it is desirable that the metal plate and the side surfaces of the heater and the supporting container are supported and fixed in a non-contact state.
This is because heat may escape from the side surfaces of the metal plate and the heater, and the temperature of the outer peripheral portion of the heating surface of the metal plate may become low.
When the metal plate and the side surfaces of the heater and the support container are supported and fixed in contact with each other, a heat insulating ring made of polyimide resin, fluororesin, or the like is provided between the metal plate and the support container. It is desirable.
[0076]
(4) Connection to power supply
Terminals (external terminals) for connecting to a power supply are attached to both ends of the heating element provided on the heater by crimping, and connected to an external power supply or the like, thereby completing the manufacture of the metal heater.
[0077]
The step of forming the through hole and the bottomed hole described above may be performed after the heater is attached to the metal plate. However, the through hole and the bottomed hole are previously formed in the metal plate, the heater, and the support container. It is desirable to form an opening.
[0078]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
In the present embodiment, a metal heater for heating a semiconductor wafer is shown as an example, but the present invention can also be used as a heater for adjusting the temperature of an optical waveguide.
[0079]
(Example 1)
Manufacture of metal heaters (see Figs. 1 and 2)
(1) An outer diameter is formed on a plate made of an aluminum-copper alloy (A2219 (JIS-H4000)) using an NC lathe (manufactured by Washino Machinery Co., Ltd.) to form a disc, and the disc is formed. By performing end face processing, surface processing, and back processing, a disk body for a metal plate and a disk body for a heater fixing plate were manufactured.
[0080]
Next, using a machining center (manufactured by Hitachi Seiki Co., Ltd.), a portion serving as a through
The through holes 15 were formed at three places, and the recesses for installing the support pins 18 were formed at four places.
[0081]
(2) Next, the surface of the disk-side body for a metal plate manufactured in the step (1) on the heating surface side is subjected to a surface grinding treatment using a rotary grinder (manufactured by Okamoto Machine Tool Works, Ltd.) to obtain a thickness. A metal plate (upper metal plate) 11 having a diameter of 20 mm and a diameter of 330 mm and a heater fixing plate (lower metal plate) 21 having a thickness of 5 mm and a diameter of 330 mm were obtained.
[0082]
(3) Next, the metal plate 11 and the heater fixing plate 21 are immersed in an electrolytic solution of 10% H. 2 SO 4 , Voltage 10V, current density 0.8A / dm 2 An alumite treatment was carried out at a liquid temperature of 20 ° C. to form an oxide film having a thickness of 15 μm on the surfaces of the metal plate 11 and the heater fixing plate 21.
[0083]
(4) Then, a heating element 25 made of a nichrome wire processed into a pattern in which the bending lines are repeated in an annular shape as shown in FIG. The
In the
The mica plate 26 is formed in advance with a portion serving as the through
[0084]
Thereafter, the
[0085]
(5) Next, a
Then, the metal plate 11 to which the
[0086]
(6) After the temperature measuring element 16 for temperature control was inserted into the bottomed hole 14, the bottomed hole 14 was sealed with polyimide. Further, the support pins 18 were installed in recesses formed on the heating surface of the metal plate 11.
[0087]
(7) Next, conductive wires 24 for connection to a power supply were attached to both ends of the heating element provided on the
[0088]
(Example 2)
Manufacture of metal heaters
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the metal plate 11 was 5 mm and the thickness of the heater fixing plate 21 was 20 mm.
In the above-described metal heater, the outer edge of the region where the heating element is formed exists at a
[0089]
(Example 3)
Manufacture of metal heaters (see Fig. 3)
(1) After manufacturing the upper metal plate 31 and the lower metal plate 41 in the same manner as in (1) and (2) of the first embodiment, the upper metal plate 31 and the lower metal plate 41 are manufactured in the same manner as in (3) of the first embodiment. The lower metal plate 41 was anodized.
The upper metal plate 31 had a thickness of 2 mm and a diameter of 330 mm, and the lower metal plate 41 had a thickness of 20 mm and a diameter of 330 mm.
[0090]
(2) Next, in the same manner as (4) to (7) of the first embodiment, the upper metal plate 31 and the lower metal plate 41 are integrated with the
In the metal heater of this embodiment, the screw holes of the metal plate fixing screws 37 are not formed in the upper metal plate 31, and the screw heads of the metal plate fixing screws 37 are embedded in the lower metal plate 41. The bottom surface was configured to contact the inner surface of the
In the metal heater, the outer edge of the region where the heating element is formed is located at a position 1% of the diameter of the upper metal plate 31 from the outer periphery of the upper metal plate 31.
[0091]
(Example 4)
Manufacture of metal heaters
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 3, except that the thickness of the upper metal plate was 5 mm and the thickness of the lower metal plate was 45 mm.
In the metal heater, the outer edge of the region where the heating element is formed exists at a position 25% of the diameter of the upper metal plate from the outer periphery of the upper metal plate.
[0092]
(Example 5)
Manufacture of metal heaters
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 3, except that the thickness of the upper metal plate was set to 15 mm and the thickness of the lower metal plate was set to 20 mm.
In the metal heater, the outer edge of the region where the heating element is formed exists at a position 10% of the diameter of the upper metal plate from the outer periphery of the upper metal plate.
[0093]
(Comparative Example 1)
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the steps (1) to (3) of Example 1 were performed, except that the thickness of the metal plate was 55 mm.
[0094]
(Comparative Example 2)
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that in the step (2) of Example 1, the surface grinding treatment was not performed on the surface on the heating surface side of the metal plate.
[0095]
(Comparative Example 3)
Example 2 Example 4 was repeated except that the heating element was formed in the step (4) of Example 1 such that the outer edge of the region where the heating element was formed was located at 30% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate. A metal heater was manufactured in the same manner as in No. 1.
In the metal heater, the outer edge of the heating element is not formed at a position within 25% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate.
[0096]
The temperature was raised by energizing the metal heaters according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, and evaluated by the following method.
Table 1 shows the results. Table 1 also shows the ratio of the distance from the outer periphery of the metal plate to the position of the outer edge of the heating element with respect to the diameter of the metal plate (outer edge position).
[0097]
Evaluation method
(1) In-plane temperature uniformity at steady state
After the temperature of the metal heater was raised to 140 ° C., a wafer with a temperature sensor provided with a thermocouple was placed on the heated surface of the metal heater, and the temperature distribution on the heated surface was measured. The temperature distribution is indicated by the maximum value of the temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature during the temperature rise.
FIG. 5 shows the temperature at each measurement point on the heating surface of the metal heater according to Example 1, and FIG. 6 shows the temperature at each measurement point on the heating surface of the metal heater according to Comparative Example 3.
[0098]
(2) In-plane temperature uniformity during transient
The temperature distribution of the heated surface when the wafer with the temperature sensor provided with the thermocouple was heated from room temperature to 140 ° C. by the metal heater was measured. The temperature distribution is measured at 100 ° C., 120 ° C., and 130 ° C., and is indicated by the maximum value of the temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature.
The measurement uses a wafer with a temperature sensor as in (1).
[0099]
(3) Heating time
The temperature rise time when the temperature of the metal heater was raised from room temperature to 140 ° C. was measured.
[0100]
(4) Recovery time
When a silicon wafer at 25 ° C. was placed at a set temperature of 140 ° C., the time required for recovery to 140 ° C. (recovery time) was measured.
FIG. 7 shows the relationship between the temperature and the time at each measurement point of the silicon wafer when a silicon wafer at 25 ° C. was placed on the metal heater according to the second embodiment. FIG. 8 shows the relationship between the temperature and the time at each measurement point of the silicon wafer when the silicon wafer at a temperature of ° C. is mounted.
[0101]
(5) Measurement of flatness
The flatness of the heated surface of the metal plate at normal temperature and 140 ° C. was measured using a laser displacement meter (manufactured by Keyence Corporation).
9 shows the three-dimensional shape of the metal heater heating surface according to Example 1 at 140 ° C., and FIG. 10 shows the three-dimensional shape of the metal plate heating surface according to Comparative Example 2 at 140 ° C.
[0102]
[Table 1]
As shown in Table 1 and FIG. 5, in the metal heaters according to Examples 1 to 5, the temperature of the heating surface of the metal plate was uniform during the steady state and the transient state. This is considered to be because the flatness was 50 μm or less as shown in Table 1 and FIG. 9, so that there was no variation in the distance between the metal plate and the sensor wafer, and uniform heating was possible.
Further, in the metal heaters according to Examples 1 to 5, since the heating element is also provided on the outer peripheral portion of the metal plate, the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion on the heating surface of the metal plate becomes smaller. It is thought that it is.
Further, as shown in Table 1 and FIG. 7, in the metal heaters according to Examples 1 to 5, the time for raising the temperature and the time for recovery were shorter. This is because in the metal heaters according to Examples 1 to 5, the thickness of the metal plate is 50 mm or less, so that the temperature of the heating surface of the metal plate quickly follows the temperature change of the heating element, Can be heated quickly.
[0104]
On the other hand, in the metal heater according to Comparative Example 1, as shown in Table 1 and FIG. 8, the heating time and the recovery time were long. This is considered to be because the temperature of the heating surface of the metal plate did not quickly follow the temperature change of the heating element because the thickness of the metal plate was large, and it took time for heating.
[0105]
In addition, as shown in Table 1 and FIG. 6, in the metal heaters according to Comparative Examples 2 and 3, there were variations in the temperature of the heating surface of the metal plate in a steady state and in a transient state. This is considered to be because the metal heater according to Comparative Example 2 was not subjected to the surface grinding treatment, so that the flatness of the heated surface was inferior as shown in Table 1 and FIG. It is considered that in such a metal heater, a heating element was not formed on the outer peripheral portion of the metal plate, and a temperature difference occurred between the central portion and the outer peripheral portion.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the metal heater of the present invention, since the thickness of the metal plate is as thin as 50 mm or less, the temperature of the heating surface of the metal plate with respect to changes in the voltage or current applied to the heating element. Quickly follow, and can quickly heat an object to be heated such as a semiconductor wafer. Further, since the metal plate has excellent temperature followability, the recovery time can be shortened, the throughput can be reduced, and the productivity can be improved.
[0107]
The metal plate constituting the metal heater of the present invention has a flatness on the surface of 50 μm or less. Therefore, when the semiconductor wafer is heated using the metal heater of the present invention, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate can be made substantially constant, so that the entire semiconductor wafer is heated so as to be uniform. can do.
[0108]
Further, in the metal heater according to the present invention, since the outer edge of the region where the heating element is formed is located within 25% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate, the semiconductor wafer as the object to be heated is And the like can be heated uniformly without temperature variations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of a metal heater according to the present invention.
FIG. 2 is a horizontal sectional view of a heater constituting a part of the metal heater shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view schematically showing another example of the metal heater according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a conventional metal heater.
FIG. 5 is a diagram illustrating temperatures at respective measurement points on a heating surface of the metal heater according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing temperatures at respective measurement points on a heating surface of a metal heater according to Comparative Example 3.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between temperature and time at each measurement point of a silicon wafer when a silicon wafer at 25 ° C. is placed on the metal heater according to the second embodiment.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between temperature and time at each measurement point on a silicon wafer when a silicon wafer at 25 ° C. is placed on the metal heater according to Comparative Example 1.
FIG. 9 is a diagram illustrating a three-dimensional shape of a metal heater heating surface according to the first embodiment at 140 ° C.
FIG. 10 is a diagram showing a three-dimensional shape of a metal heater heating surface according to Comparative Example 2 at 140 ° C.
[Explanation of symbols]
10, 30 metal heater
11 Metal plate
11a, 31a heating surface
12, 32 heater
14, 34 bottomed hole
15, 35 Through hole
16, 36 Temperature measuring element
17, 37 Screw for fixing metal plate
18, 38 Support pin
19, 39 Semiconductor wafer
20, 40 Support container
21 Heater fixing plate
22, 42 Holding plate
23, 43 Heat shield
24, 44 conductive wire
25 Heating element
26 Mica board
Claims (1)
前記金属板は、厚さが５０ｍｍ以下であり、
その表面の平坦度が５０μｍ以下であるとともに、
前記発熱体が形成されている領域の外縁は、前記金属板の外周から前記金属板の直径の２５％以内の位置にあることを特徴とする金属ヒータ。A metal heater comprising a metal plate and a heating element,
The metal plate has a thickness of 50 mm or less,
The flatness of the surface is 50 μm or less,
A metal heater, wherein an outer edge of a region where the heating element is formed is located within 25% of a diameter of the metal plate from an outer periphery of the metal plate.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP2003208096A JP2004139964A (en) | 2002-08-20 | 2003-08-20 | Metal heater |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2003208096A Pending JP2004139964A (en) | 2002-08-20 | 2003-08-20 | Metal heater |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2004139964A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010186765A (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Wafer supporter for wafer prober and wafer prober carrying the same |
| JP2020013671A (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | コニカミノルタ株式会社 | Heater and ink jet printer |
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2003
- 2003-08-20 JP JP2003208096A patent/JP2004139964A/en active Pending
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