JP2004193114A - Metal heater - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a metal heater mainly used in the semiconductor industry and the optical industry.
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。
図４は、従来から使用されている構成の金属ヒータを模式的に示した断面図である。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing and 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 conventionally used.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a metal heater having a configuration conventionally used.
この金属ヒータ５０においては、特許文献１に開示されているように、厚さ１５ｍｍのアルミニウム板５１に、ニクロム線５２をシリコンゴム６１で挟持したヒータ５３が設けられている。
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、ある程度の厚さ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、金属ヒータ５０を支持するための支持容器と金属板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、半導体ウエハに傷がついたりしてしまうことがあった。
However, the
The
When such a warp or a bend occurs in the
しかしながら、金属板５１の厚さが厚すぎると、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。
However, when the thickness of the
Further, when a semiconductor wafer is placed on the
Further, in such a
さらに、金属板の厚さを厚くすると、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。 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.
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。 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.
本発明者らは、上述した問題点に鑑み、昇温速度が比較的速く、リカバリー時間が比較的短く、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、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、複数の金属板の間に発熱体を挟持させるとともに、加熱面側の金属板の厚さを反対側の厚さに比べて厚くすることにより、加熱面の平坦性を確保するとともに、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。 In view of the above-mentioned problems, the present inventors have found that the temperature rise rate is relatively fast, the recovery time is relatively short, the temperature variation of a semiconductor wafer or the like during heating is small, and the metal plate is warped or bent. As a result of diligent research aimed at obtaining a metal heater that does not need to be heated, a heating element is sandwiched between multiple metal plates, and the thickness of the metal plate on the heating surface side is made thicker than the thickness on the opposite side. By doing so, it has been found that the flatness of the heating surface can be ensured and that the heating surface can be at a uniform temperature, and the present invention has been completed.
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、上記金属板は複数であるとともに、上記金属板の間には、上記発熱体が挟持されており、加熱面側の金属板の厚さが、加熱面の反対側の金属板の厚さと等しいか、または、それよりも厚いことを特徴とする。 That is, the metal heater of the present invention is a metal heater composed of a metal plate and a heating element. The plurality of metal plates are provided, and the heating element is interposed between the metal plates. The thickness of the metal plate on the surface side is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface.
本発明の金属ヒータは、複数の金属板を有しており、これらの金属板の間には、ヒータが挟持されている。このような構成の金属ヒータでは、一の金属板のみからなり、該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属ヒータに比べると、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、リカバリー時間も短くなる。 The metal heater of the present invention has a plurality of metal plates, and the heater is sandwiched between these metal plates. In a metal heater having such a configuration, an object to be heated such as a semiconductor wafer can be rapidly heated as compared with a metal heater including only one metal plate and a heater provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate. And the recovery time is shortened.
本発明の金属ヒータでは、加熱面側の金属板の厚さが、加熱面の反対側の金属板の厚さと等しいか、または、厚くなっているため、加熱時における加熱面の平坦性が向上するとともに、半導体ウエハ全体を均一に加熱することができる。
以下、この理由を簡単に説明する。
In the metal heater of the present invention, since the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface, the flatness of the heating surface during heating is improved. At the same time, the entire semiconductor wafer can be uniformly heated.
Hereinafter, the reason will be briefly described.
本発明の金属ヒータでは、加熱面側の金属板の厚さが厚いため、機械的強度が大きくなり、加熱時に金属板の反り等が発生しにくい。従って、加熱時に加熱面の平坦性が向上することとなる。
また、加熱面側の金属板の厚さが厚い場合、加熱面の反対側の金属板の熱容量は、加熱面側の金属板の熱容量に比べて相対的に小さい。そのため、加熱面の反対側の金属板は、加熱面側の金属板に比べて、熱の蓄積が起こりにくくなる。従って、常温のシリコンウエハを加熱面に順次載置し、連続処理を行う場合であっても、加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導が起こりにくく、当然、加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導に起因したオーバーシュート現象による加熱面側の金属板の温度変化も生じにくい。従って、加熱面側の金属板の温度制御が容易であり、加熱処理温度を一定に保つことができる。
In the metal heater of the present invention, since the thickness of the metal plate on the heating surface side is large, the mechanical strength is increased, and the metal plate is unlikely to warp or the like during heating. Therefore, the flatness of the heated surface during heating is improved.
Further, when the thickness of the metal plate on the heating surface side is large, the heat capacity of the metal plate on the side opposite to the heating surface is relatively smaller than the heat capacity of the metal plate on the heating surface side. Therefore, accumulation of heat is less likely to occur in the metal plate on the opposite side of the heating surface than in the metal plate on the heating surface side. Therefore, even when a normal temperature silicon wafer is sequentially placed on the heating surface and continuous processing is performed, heat conduction from the metal plate on the opposite side to the heating surface to the metal plate on the heating surface hardly occurs, and, of course, Temperature change of the metal plate on the heating surface side due to an overshoot phenomenon caused by heat conduction from the metal plate on the side opposite to the heating surface to the metal plate on the heating surface side is also unlikely to occur. Therefore, the temperature control of the metal plate on the heating surface side is easy, and the heat treatment temperature can be kept constant.
本発明の金属ヒータは、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く、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。 The metal heater of the present invention may have a configuration in which another heating plate is attached to a heating element installed on a metal plate, that is, a configuration in which a heating element is sandwiched between two metal plates. A configuration may be adopted in which a heating element is sandwiched between three or more metal plates.
本発明の金属ヒータが、３以上の金属板を有する場合、加熱面側の金属板の厚さとは、最上層のヒータよりも上に存在する金属板の厚さをいい、加熱面と反対側の金属板の厚さとは、最上層のヒータより下に存在する金属板の厚さの合計のことをいう。
ここで、３つの金属板を有する場合の金属ヒータの構成を図３に示す。なお、図３では、金属板およびヒータのみを図示している。
図３に示すような金属ヒータの場合、加熱面側の金属板の厚さとは、最上層のヒータＡよりも上に存在する金属板Ａの厚さａのことをいう。また、加熱面と反対側の金属板の厚さとは、最上層のヒータＡよりも下に存在する金属板Ｂおよび金属板Ｃの厚さの合計ｂ＋ｃのことをいう。
When the metal heater of the present invention has three or more metal plates, the thickness of the metal plate on the heating surface side refers to the thickness of the metal plate existing above the uppermost heater, and is the opposite side to the heating surface. Means the total thickness of the metal plate present below the uppermost heater.
Here, a configuration of a metal heater having three metal plates is shown in FIG. FIG. 3 shows only the metal plate and the heater.
In the case of a metal heater as shown in FIG. 3, the thickness of the metal plate on the heating surface side refers to the thickness a of the metal plate A existing above the uppermost heater A. The thickness of the metal plate on the side opposite to the heating surface refers to the sum of the thicknesses b + c of the metal plates B and C existing below the uppermost heater A.
以下、本明細書案では、主に２つの金属板にヒータが挟持されている構成の金属ヒータについて説明することとする。なお、金属ヒータが上記のように２つの金属板を有する構成である場合、加熱面側の金属板のことを上部金属板といい、加熱面と反対側の金属板のことを下部金属板ということとする。 Hereinafter, in the present specification, a metal heater having a configuration in which a heater is sandwiched between two metal plates will be mainly described. When the metal heater has a configuration having two metal plates as described above, the metal plate on the heating surface side is called an upper metal plate, and the metal plate on the side opposite to the heating surface is called a lower metal plate. It shall be.
本発明の金属ヒータにおいて、上部金属板の厚さは、その下限が３ｍｍであることが望ましい。
上部金属板の厚さが３ｍｍ未満では、発熱体は加熱面との距離が短すぎるために、加熱面の温度分布に発熱体のパターンが反映されてしまい、その結果、半導体ウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができない場合がある。これに対し、上部金属板の厚さが上記範囲にある場合には、加熱面の温度分布に発熱体パターンが反映されることがなく、被加熱物を均一に加熱することができる。
さらに、上部基板の厚さが上記範囲にある場合には、機械的な強度に優れ、該金属板に反りや撓み等が発生しないため、加熱面の平坦性をより確実に確保することができる。
また、上部金属板の厚さの下限は、５ｍｍであることがより望ましい。
In the metal heater of the present invention, the lower limit of the thickness of the upper metal plate is preferably 3 mm.
If the thickness of the upper metal plate is less than 3 mm, the distance between the heating element and the heating surface is too short, so that the pattern of the heating element is reflected in the temperature distribution on the heating surface. In some cases, the object cannot be heated uniformly. On the other hand, when the thickness of the upper metal plate is in the above range, the object to be heated can be uniformly heated without the heating element pattern being reflected in the temperature distribution on the heating surface.
Further, when the thickness of the upper substrate is within the above range, the mechanical strength is excellent, and the metal plate does not warp or bend, so that the flatness of the heating surface can be more reliably ensured. .
More preferably, the lower limit of the thickness of the upper metal plate is 5 mm.
上部金属板の厚さの上限は、５０ｍｍであることが望ましい。上部金属板の厚さが５０ｍｍを超えると、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追従しにくくなり、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ない場合があり、さらに、加熱面に半導体ウエハを載置した際に低下した温度を元に戻すまでの時間（リカバリー時間）が長くなり、これが作業時間の延長、生産性の低下に繋がることがある。
上部金属板の厚さの上限は、３０ｍｍであることがより望ましい。
The upper limit of the thickness of the upper metal plate is desirably 50 mm. If the thickness of the upper metal plate exceeds 50 mm, it becomes difficult for the temperature of the heating surface of the metal plate to follow changes in the voltage or current applied to the heating element, and the object to be heated such as a semiconductor wafer is quickly heated. In some cases, and the time required to restore the reduced temperature when the semiconductor wafer is placed on the heating surface (recovery time) becomes longer, which leads to longer working time and lower productivity. May be connected.
More preferably, the upper limit of the thickness of the upper metal plate is 30 mm.
また、上記構成とした場合の下部金属板の厚さの望ましい上限は、５０ｍｍであり、望ましい下限は、１ｍｍであり、より望ましい上限は、３０ｍｍであり、より望ましい下限は、３ｍｍである。 In addition, in the above configuration, a desirable upper limit of the thickness of the lower metal plate is 50 mm, a desirable lower limit is 1 mm, a more desirable upper limit is 30 mm, and a more desirable lower limit is 3 mm.
さらに、上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比（上部金属板の厚さ／下部金属板の厚さ）は、１〜１０であることが望ましい。１未満であると、上部金属板に反りや撓み等が発生して半導体ウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができなくなる。一方、１０を超えると、上部金属板の熱容量が大きくなり過ぎ、被加熱物を迅速に加熱することができなくなることがある。また、上部金属板の熱容量が大きくなり過ぎると、加熱面の最外周近傍と中心部近傍との温度差が大きくなり、その結果、加熱面の温度均一性が低下することがある。
上記上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比は、１より大きく、かつ、１０以下であるのが最適である。上記上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比が、上記範囲にある場合は、定常状態における加熱面の温度均一性に優れるからである。
Further, the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate (thickness of the upper metal plate / thickness of the lower metal plate) is preferably 1 to 10. If it is less than 1, the upper metal plate will be warped or bent, and the object to be heated such as a semiconductor wafer cannot be heated uniformly. On the other hand, if it exceeds 10, the heat capacity of the upper metal plate becomes too large, and it may not be possible to quickly heat the object to be heated. Further, when the heat capacity of the upper metal plate becomes too large, the temperature difference between the vicinity of the outermost periphery and the vicinity of the center of the heating surface increases, and as a result, the temperature uniformity of the heating surface may decrease.
The ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate is optimally greater than 1 and 10 or less. This is because when the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate is within the above range, the temperature uniformity of the heating surface in the steady state is excellent.
本発明の金属ヒータにおいて、上部金属板と下部金属板との間には、ヒータが挟持されており、このヒータの内部には発熱体が形成されているのであるが、この発熱体を構成する回路は、２以上に分割されていること望ましい。
発熱体を構成する回路が２以上に分割されている場合には、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。
また、本発明の金属ヒータでは、複数の金属板およびヒータの直径が全て同じであることが望ましい。ヒータからの熱を金属板の加熱面に均一に伝達することができるからである。
なお、金属板と支持容器との間に断熱リング等を介設する場合等においては、金属板の直径をそれぞれ異なるものとしてもよい。
In the metal heater of the present invention, a heater is sandwiched between the upper metal plate and the lower metal plate, and a heating element is formed inside the heater. Preferably, the circuit is divided into two or more.
When the circuit constituting the heating element is divided into two or more, it is possible to perform fine temperature control at the outermost periphery of the metal heater whose temperature is apt to decrease, and it is possible to suppress variations in the temperature of the metal heater. .
Further, in the metal heater of the present invention, it is desirable that all of the plurality of metal plates and the heater have the same diameter. This is because heat from the heater can be uniformly transmitted to the heating surface of the metal plate.
In the case where a heat insulating ring or the like is provided between the metal plate and the support container, the diameters of the metal plates may be different from each other.
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。
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.
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以下であることが望ましい。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以下であることがより望ましい。
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。
It is desirable that the metal plate constituting the metal heater of the present invention has a flatness on the surface of 50 μm or less. When a 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 be.
More preferably, the metal plate has a flatness of 30 μm or less on its surface.
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.
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。 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.
上記金属板の材料は、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。 The material of the metal plate is excellent in thermal conductivity, high in rigidity, and is preferably not easily deformed even when thermally expanded, and has excellent flatness when the processing of the metal plate itself is completed. It is desirable that it is.
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。すなわち、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、上部金属板の加熱面温度を制御することができるのである。 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. 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 upper metal plate can be controlled by changing the voltage and the current value to change the temperature of the heating element.
本発明の金属ヒータでは、上部金属板の材質と下部金属板の材質とが同一であることが望ましい。両者の熱膨張率の差により、上部金属板に反りや撓み等の変形の発生を防止することができ、より確実に加熱面の平坦性を確保することができるからである。 In the metal heater of the present invention, it is preferable that the material of the upper metal plate and the material of the lower metal plate are the same. Due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the two, deformation such as warpage or bending of the upper metal plate can be prevented, and the flatness of the heating surface can be more reliably ensured.
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。 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.
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を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１０μｍ以上とすることができる。
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 desirably 1 μm or more. However, in the hard alumite treatment, the thickness of the coating can be 10 μm or more.
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ことが望ましい。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。 In the metal heater according to the present invention, it is desirable that 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. 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.
また、上記発熱体は、２以上に分割されていることが望ましい。
発熱体が２以上に分割されている場合には、それぞれの発熱体について別々に温度制御することにより、加熱面の温度をより均一にすることができるからである。具体的には、例えば、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、加熱面の温度のばらつきを抑えることができる。
Further, it is desirable that the heating element is divided into two or more.
This is because, when the heating element is divided into two or more, by separately controlling the temperature of each heating element, the temperature of the heating surface can be made more uniform. Specifically, for example, by making the heating element pattern formed on the outermost periphery into a complicatedly divided pattern, it becomes possible to perform fine temperature control on the outermost periphery of the metal heater, which is apt to decrease in temperature, Variations in the temperature of the heating surface can be suppressed.
本発明の金属ヒータでは、その金属板の側面、または、当該金属板の加熱面の外縁もしくは表面に、ウエハガイドリングが設けられていてもよい。
上記金属ヒータを支持容器に取り付けて使用する場合などに、金属板の側方から、金属ヒータに載置した半導体ウエハに向かって流れる気流が発生し、この気流によって、半導体ウエハの温度の均一性が確保できなくなることがあるが、上記ウエハガイドリングを設けることにより、半導体ウエハに向かって流れる気流を阻止することができるため、半導体ウエハの温度の均一性をより一層確保することができる。
In the metal heater of the present invention, a wafer guide ring may be provided on a side surface of the metal plate or on an outer edge or surface of a heating surface of the metal plate.
When the above-mentioned metal heater is used by attaching it to a supporting container, for example, an airflow which flows from the side of the metal plate toward the semiconductor wafer placed on the metal heater is generated, and this airflow causes the uniformity of the temperature of the semiconductor wafer. However, by providing the above-mentioned wafer guide ring, the airflow flowing toward the semiconductor wafer can be prevented, so that the temperature uniformity of the semiconductor wafer can be further ensured.
本発明の金属ヒータは、一の金属板のみからなり、該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属ヒータに比べ、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。 The metal heater of the present invention comprises a single metal plate, and heats an object to be heated such as a semiconductor wafer more quickly than a metal heater in which a heater is provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate. be able to.
さらに、本発明の金属ヒータでは、加熱面側の金属板の厚さが、加熱面の反対側の金属板の厚さと等しいか、または、それよりも厚くなっているため、加熱時における加熱面の平坦性が向上するとともに、温度均一性も向上し、さらに、加熱面側の金属板の温度制御が確実に達成される。その結果、ウエハを均一に加熱することができるとともに、加熱処理温度を均一に保つことができる。 Furthermore, in the metal heater of the present invention, since the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface, the heating surface during heating is increased. The flatness of the metal plate is improved, the temperature uniformity is also improved, and the temperature control of the metal plate on the heating surface side is reliably achieved. As a result, the wafer can be uniformly heated, and the heat treatment temperature can be kept uniform.
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、上記金属板は複数であるとともに、上記金属板の間には、上記発熱体が挟持されており、加熱面側の金属板の厚さが、加熱面の反対側の金属板の厚さと等しいか、または、それよりも厚いことを特徴とする。 The metal heater of the present invention is a metal heater including a metal plate and a heating element, wherein the metal plate is plural, and the heating element is sandwiched between the metal plates, and the heating surface side Is characterized in that the thickness of the metal plate is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the side opposite to the heating surface.
本発明の金属ヒータの一例として、２つの金属板の間にヒータが挟持されている構成の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。
As an example of the metal heater of the present invention, a metal heater having a configuration in which a heater is sandwiched between two metal plates 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.
この金属ヒータ１０では、円板形状の上部金属板１１と下部金属板２１との間に、ヒータ１２が挟持されており、上部金属板１１とヒータ１２と下部金属板２１とは、金属板固定ネジ１７により固定されるとともに、締め付けられ、ヒータ１２の熱が上部金属板１１に良好に伝達されるように構成されている。
また、上部金属板１１の厚さは、下部金属板２１の厚さよりも厚くなっている。従って、既に説明したように、加熱面の平坦性が確保されるとともに、加熱面の温度が均一になり、加熱面側の金属板の温度制御が確実に達成され、ウエハの加熱処理温度を一定に保つことができる。
また、金属板固定ネジ１７で固定することにより、実質的な金属板の厚さが厚くなるため、加熱面の平坦性が、さらに向上する。
In this
Further, the thickness of the upper metal plate 11 is larger than the thickness of the lower metal plate 21. Therefore, as already described, the flatness of the heating surface is ensured, the temperature of the heating surface becomes uniform, the temperature control of the metal plate on the heating surface side is reliably achieved, and the heating temperature of the wafer is kept constant. Can be kept.
Further, since the metal plate is fixed with the metal plate fixing screw 17, the substantial thickness of the metal plate is increased, so that the flatness of the heating surface is further improved.
本発明の金属ヒータ１０では、上部金属板１１の加熱面１１ａにおける平坦度５０μｍ以下を実現することが可能である。このような平坦度を実現することにより、半導体ウエハを加熱する際、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。
In the
本発明の金属ヒータ１０では、上部金属板１１、ヒータ１２および下部金属板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。このような構成とすることにより、上部金属板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することができる。この場合、空気層が断熱材として機能する。
In the
また、金属ヒータ１０は、金属板固定ネジ１７が支持容器２０を貫通せず、上部金属板１１、ヒータ１２および下部金属板２１のみを貫通し、これらを固定するように構成されている。このような構成とすることにより、上部金属板１１と支持容器２０との間の熱膨張率の差に起因する上部金属板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、上部金属板１１、ヒータ１２および下部金属板２１の側面が支持容器２０と密着する場合と比べて、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することができる。この場合、空気層が断熱材として機能する。
Further, the
また、金属ヒータ１０は、金属板固定ネジ１７が支持容器２０を貫通せず、上部金属板１１、ヒータ１２および下部金属板２１のみを貫通し、これらを固定するように構成されている。このような構成とすることにより、上部金属板１１と支持容器２０との間の熱膨張率の差に起因する上部金属板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、上部金属板１１等からの熱の逃散が少なく、被加熱物を迅速に加熱することができる。
Further, the
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、上部金属板１１および下部金属板２１からの熱が装置に伝熱することを防止できるような構成となっている。また、支持容器２０の外周縁部には、障壁リング２８が設けられている。障壁リング２８を設けることにより、外部からの気体の流入を阻止し、加熱面１１ａの温度変化を防止することができる。
Further, a heat shield plate 23 is provided at the bottom of the
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、上部金属板１１の温度を測定するための測温素子１６が挿入され、無機接着剤等（図示せず）で封止されることにより固定されている。
Further, a bottomed hole 14 is formed in the
さらに、金属ヒータ１０では、加熱面に先端が尖塔状の支持ピン１８が設けられており、この支持ピン１８を介して半導体ウエハ１９を支持することにより、半導体ウエハ１９を、上部金属板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できる。
Further, in the
なお、本発明の金属ヒータにおいて、支持ピンの数は特に限定されるものではないが、例えば、金属板の直径が１２インチ（３００ｍｍ）以上の場合には、支持ピンの数は６本以上であることが望ましい。支持ピンの本数が６本以上であると、加熱面と半導体ウエハとのクリアランスが正確に保持されるため、過渡時に加熱面の温度の均一性を確保する確保しやすくなる。 In the metal heater of the present invention, the number of support pins is not particularly limited. For example, when the diameter of the metal plate is 12 inches (300 mm) or more, the number of support pins is 6 or more. Desirably. When the number of the support pins is six or more, the clearance between the heating surface and the semiconductor wafer is accurately maintained, so that it is easy to ensure uniformity of the temperature of the heating surface during a transition.
また、金属ヒータ１０には、上部金属板１１、ヒータ１２、下部金属板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を上部金属板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。
The
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。
なお、図１に示す金属ヒータ１０では、ステンレス箔等の金属箔からなる発熱体２５の一部を、下部金属板２１に形成された貫通孔の下側まで露出させ、露出した箔（以下、接続用箔ともいう）により、導電線２４の一端を包み、その後、かしめ部（図示せず）を有する金属製の取付部材２７を取り付け、取付部材２７のかしめ部をかしめることにより、発熱体２５と導電線２４とが接続されている。
しかし、導電線２４は、ヒータ１２の側面において、ヒータ１２の内部に設置された発熱体と接続することとしてもよい。
The
In the
However, the conductive wire 24 may be connected to a heating element provided inside the
また、金属ヒータ１０では、上部金属板１１とヒータ１２と下部金属板２１とが、金属板固定ネジ１７により固定されている。なお、金属板固定ネジ１７は、ヒータ１２と下部金属板２１とは貫通し、上部金属板１１は貫通しないように取り付けられている。
このように、金属板固定ネジ１７によって上部金属板１１等が固定されている場合、金属板固定ネジ１７の上部金属板１１に挿入された部分の長さは、上部金属板の厚さの３／４以下であることが望ましい。
金属板固定ネジ１７の上部金属板１１に挿入された部分の長さが、上部金属板１１の厚さの３／４よりも長くなると、金属板の加熱面のうち、金属板固定ネジ１７の直上部分の温度がその周囲の温度に比べて高くなり、被加熱物を均一に加熱することができないことがある。
In the
As described above, when the upper metal plate 11 and the like are fixed by the metal plate fixing screw 17, the length of the portion of the metal plate fixing screw 17 inserted into the upper metal plate 11 is three times the thickness of the upper metal plate. / 4 or less is desirable.
When the length of the portion of the metal plate fixing screw 17 inserted into the upper metal plate 11 is longer than ３ of the thickness of the upper metal plate 11, of the heating surface of the metal plate, The temperature of the portion immediately above becomes higher than the surrounding temperature, and the object to be heated may not be heated uniformly.
さらに、金属ヒータ１０では、金属板固定用ネジ１７のネジ頭が下部金属板２１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１１、ヒータ１２および下部金属板２１をより確実に支持容器２０の内部に固定することができ、上部金属板１１に反りや撓み等の変形が生じにくい構造となっている。
Further, the
また、ヒータ１２は、上部金属板１１および下部金属板２１と同様に平面視円形状であり、上部金属板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。
Further, the
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。
In the
Further, although not shown, the
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ことが望ましい。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からである。
In the
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。 Next, the material and the shape of the metal heater constituting the present invention will be described in more detail.
本発明の金属ヒータにおいて、金属板には、被加熱物を載置する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔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。 In the metal heater of the present invention, the metal plate is provided with a bottomed hole from the side opposite to the heating surface on which the object to be heated is placed toward the heating surface, and the bottom of the bottomed hole is relatively positioned relative to the heating element. It is desirable to form it near the heating surface, and to provide a temperature measuring element (not shown) such as a thermocouple in the hole with the bottom.
また、有底孔の底と加熱面との距離は、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、測温場所が発熱体よりも加熱面に近くなり、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。
Further, the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is preferably 0.1 mm to 1/2 of the thickness of the metal plate.
Thereby, the temperature measurement location is closer to the heating surface than the heating element, and the temperature of the semiconductor wafer can be measured more accurately.
有底孔の底と加熱面との距離が０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面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、やはり加熱面に温度分布が形成されてしまうからである。 If the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is less than 0.1 mm, heat is dissipated and a temperature distribution is formed on the heating surface. If the thickness exceeds half of the thickness, the temperature is affected by the temperature of the heating element. This is because temperature control becomes impossible and temperature distribution is formed on the heating surface.
有底孔の直径は、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との距離を均等にすることができなくなるからである。 The diameter of the bottomed hole is desirably 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, making it impossible to equalize the distance to the heating surface.
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。
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.
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。 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.
上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、有底孔の底に接着してもよく、有底孔に挿入した後、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。
The temperature measuring element may be adhered to the bottom of the bottomed hole using gold brazing, silver brazing, or the like, or may be inserted into the bottomed hole and then sealed with a heat-resistant resin. You may use together.
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.
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。
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.
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。
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.
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。
The heating element for heating the heater is not limited to the above-described nichrome wire, but may be another metal wire such as a tungsten wire or a molybdenum wire, as long as it generates heat when a voltage is applied. .
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.
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。 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.
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。 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.
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れず、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、これらを組み合わせたパターンであってもよい。
また、上記発熱体は、上述したように２以上に分割されていることが望ましい。
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. . Further, a pattern in which these are combined may be used.
Further, it is desirable that the heating element is divided into two or more as described above.
また、上記発熱体は、上述したように２以上に分割されていることが望ましい。
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、所望の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。
Further, it is desirable that the heating element is divided into two or more as described above.
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 a desired heating value. It fluctuates. 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.
発熱体と電源とを接続するための手段としては、図１で示すように、金属箔からなる発熱体の一部を露出させて接続用箔とし、該接続用箔により導電線の一端を包み、その部分にかしめ部を有する取付部材を取り付け、上記かしめ部をかしめることにより接続してもよく、導電線を半田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、また、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。
また、上記端子は、半田、ろう材、圧着、かしめ等により発熱体に取り付けることが望ましい。半田を介して端子を取り付けることが望ましい理由は、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。
As a means for connecting the heating element and the power source, as shown in FIG. 1, a part of the heating element made of metal foil is exposed to form a connection foil, and one end of the conductive wire is wrapped by the connection foil. A mounting member having a caulking portion may be attached to the portion, and the connection may be performed by caulking the caulking portion.A conductive wire may be attached to both ends of the heating element with solder or the like, and a power source or the like may be connected via the conductive wire. Alternatively, terminals may be attached to both ends of the heating element, and the terminal may be connected to a power source or the like via the terminals.
Further, it is desirable that the terminal is attached to the heating element by soldering, brazing material, pressure bonding, caulking, or the like. The reason that it is desirable to attach the terminals via solder is because nickel prevents the thermal diffusion of the solder. Examples of the connection terminal include an external terminal made of Kovar.
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。 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.
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。 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.
また、図１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。 Further, in the metal heater shown in FIG. 1, the side surface of the metal plate and the supporting container are not in contact with each other. It is desirable to interpose an insulating ring between them. Dissipation of heat at the outer peripheral portion of the metal plate can prevent temperature variations on the heating surface of the metal plate.
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。 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.
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さは、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。
Preferably, the support container has a cylindrical shape, and the heat shield plate has a disk shape.
Further, it is desirable that the thickness of the support container and the heat shield plate is 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.
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。
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.
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。 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.
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１に示す金属ヒータ１０の製造方法について説明することとする。
Next, a method for manufacturing the
（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の厚さよりも厚くする。
(1) Step of preparing metal plate A plate made of aluminum-copper alloy or the like is subjected to outer diameter processing using an NC lathe to form a disk, and then the plate is subjected to end face processing, surface processing, and back surface processing. Processing is performed in order.
At this time, the thickness of the plate-shaped body serving as the upper metal plate is made larger than the thickness of the plate-shaped body serving as the lower metal plate.
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。 Next, using a machining center (MC) or the like, a portion to be a through hole for inserting a lifter pin for supporting a semiconductor wafer, a concave portion for installing a support pin, and a device for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple. 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.
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施すことにより、金属板の表面の平坦度を２０〜３０μｍ程度にすることができる。
また、上部金属板の側面、または、当該金属板の加熱面の外縁もしくは表面には、必要に応じて、雰囲気ガス（例えば、空気等）の流動を抑制するウエハガイドリングを形成してもよい。上記ウエハガイドリングは、例えば、アルミニウム−銅合金、ＳＵＳ等により形成することができる。また、同様の目的で、支持容器の最上部に障壁リングを設けてもよい。
上記ウエハガイドリングや上記障壁リングを設けることにより、加熱領域の内外の雰囲気ガスの流動が阻害され、その結果、被加熱物を均一に加熱することができる。
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.
Further, a wafer guide ring may be formed on the side surface of the upper metal plate or on the outer edge or surface of the heating surface of the metal plate, if necessary, to suppress the flow of the atmospheric gas (for example, air). . The wafer guide ring can be formed of, for example, an aluminum-copper alloy, SUS, or the like. For the same purpose, a barrier ring may be provided at the top of the support container.
By providing the wafer guide ring and the barrier ring, the flow of the atmospheric gas inside and outside the heating region is hindered, and as a result, the object to be heated can be heated uniformly.
次に、上部金属板および下部金属板にアルマイト処理を施し、上部金属板および下部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、シュウ酸法を用いることが望ましい。処理後の表面ピンホールの発生を防止することができるからである。
Next, an alumite treatment is performed on the upper metal plate and the lower metal plate to form an oxide film on the surfaces of the upper metal plate and the lower 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.
As the alumite treatment (anodized film treatment), for example, a sulfuric acid method, an oxalic acid method, or the like can be used, but it is preferable to use an oxalic acid method. This is because generation of surface pinholes after the treatment can be prevented.
（２）ヒータの設置
所定のパターンに加工したニクロム線や、ステンレス箔等の金属箔等の発熱体をマイカ板等のセラミック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、下部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、締め付けて下部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上部金属板に伝達することができる。
(2) Installation of heater A heater in which a heating element such as a nichrome wire processed into a predetermined pattern or a metal foil such as a stainless steel foil is sandwiched between ceramic plates such as a mica plate is installed between an upper metal plate and a lower metal plate. After a screw for fixing the metal plate is inserted into a screw hole provided in the lower metal plate and the heater, the screw is tightened to integrate the lower metal plate and the heater.
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 upper metal plate in a more uniform state.
（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、上部金属板の変形を防止できるとともに、上部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。
(3) Attachment of Support Container Then, the device in which the metal plate and the heater are integrated as described above is supported and fixed to a cylindrical support container as shown in FIG. In addition, by attaching the holding plate between the outer peripheral portion of the heating surface of the upper metal plate and the support container, the upper metal plate can be prevented from being deformed, and the upper 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.
本発明の金属ヒータにおいては、図１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。
In the metal heater of the present invention, as shown in FIG. 1, it is desirable that the side surface of the metal plate and 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.
（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）をろう材や半田で取り付けるか、または、圧着ねじ込みやかしめ等の機械的な取付方法（取付手段）を用いて取り付けることにより、外部の電源等に接続し、金属ヒータの製造を終了する。
(4) Connection to power supply, etc. Terminals (external terminals) for connection to the power supply are attached to both ends of the heating element provided in the heater with a brazing material or solder, or are mechanically connected by crimping screws or caulking. By mounting using a suitable mounting method (mounting means), it is connected to an external power supply or the like, and the production of the metal heater is completed.
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。
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.
（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、上部金属板用の円板体および下部金属板用の円板体を製造した。
(Example 1)
Manufacture of a metal heater (see FIGS. 1 and 2) (1) An outer diameter processing is performed on a plate made of an aluminum-copper alloy (A2219 (JIS-H4000)) using an NC lathe (manufactured by Washino Machine Co., Ltd.), and a circle is formed. After being formed into a plate shape, the disk body was subjected to end face processing, surface processing, and back surface processing, thereby manufacturing a disk body for the upper metal plate and a disk body for the lower metal plate.
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。
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９箇所に形成した。
Next, using a machining center (manufactured by Hitachi Seiki Co., Ltd.), a portion serving as a through
The through holes 15 were formed in three places, and the recesses for installing the support pins 18 were formed in nine places.
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、上部金属板と板状体には、その厚さの３／４の深さを有するネジ穴を形成した。
Similarly, after forming a bottomed hole or a through hole at a predetermined position, a screw groove is formed in the bottomed hole or the through hole, so that the metal plate fixing screw 17 is inserted into the disc body. Screw holes were formed.
A screw hole having a depth of ネ ジ of the thickness was formed in the upper metal plate and the plate.
（２）次に、（１）の工程で製造された上部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１５ｍｍ、直径３３０ｍｍの上部金属板１１および厚さ５ｍｍ、直径３３０ｍｍの下部金属板２１を得た。 (2) Next, the surface of the disk for the upper 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.), An upper metal plate 11 having a thickness of 15 mm and a diameter of 330 mm and a lower metal plate 21 having a thickness of 5 mm and a diameter of 330 mm were obtained.
さらに、上部金属板１１の側面に、下記の方法を用いて被加熱物である半導体ウエハに向かって流れる気流を阻止するための障壁リングを設けた。
すなわち、上部金属板の上面（加熱面）よりも、支持容器のツバ部を高くすることにより障壁リングとした。
なお、本実施例では、上部金属板１１の厚さが下部金属板２１の厚さよりも厚いものとなっている。
Further, a barrier ring is provided on a side surface of the upper metal plate 11 for preventing an airflow flowing toward a semiconductor wafer to be heated by using the following method.
That is, the barrier ring was formed by making the brim portion of the support container higher than the upper surface (heating surface) of the upper metal plate.
In this embodiment, the thickness of the upper metal plate 11 is larger than the thickness of the lower metal plate 21.
（３）次に、上部金属板１１および下部金属板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、上部金属板１１および下部金属板２１の表面に厚さ１５μｍの酸化被膜を形成した。 (3) Next, the upper metal plate 11 and the lower metal plate 21 are subjected to alumite treatment under the conditions of an electrolytic solution of 10% H 2 SO 4 , a voltage of 10 V, a current density of 0.8 A / dm 2 and a liquid temperature of 20 ° C. An oxide film having a thickness of 15 μm was formed on the surfaces of the metal plate 11 and the lower metal plate 21.
（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厚さ２００μｍのステンレス箔からなる発熱体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、発熱体の外縁が、上部金属板１１の外周から上部金属板１１の直径の２５％以内の位置となるように発熱体２５を形成し、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。
(4) The heating element 25 made of a 200-μm-thick stainless steel foil 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
その後、（１）〜（３）の工程で製造した上部金属板１１および下部金属板２１でヒータ１２を挟み込み、下部金属板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、上部金属板１１、下部金属板２１およびヒータ１２を一体化した。
Thereafter, the
（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および下部金属板２１が取り付けられた上部金属板１１を配置し、上部金属板１１、ヒータ１２および下部金属板２１の側面と支持容器２０とが非接触となるように固定した。
なお、本実施例の金属ヒータでは、金属板固定用ネジ１７のネジ頭が下部金属板２１に埋め込まれるような構造とすることにより、下部金属板２１の底面が支持容器２０の内面に接触するような構成とした。
(5) Next, a
The
In the metal heater according to the present embodiment, the screw head of the metal plate fixing screw 17 is configured to be embedded in the lower metal plate 21 so that the bottom surface of the lower metal plate 21 contacts the inner surface of the
（６）温度制御のための白金測温抵抗体からなる測温素子１６を有底孔１４に挿入した後、無機接着剤（東亜合成製 アロンセラミック）を用いて有底孔１４を封止した。また、上部金属板１１の加熱面に形成された凹部に支持ピン１８を設置した。 (6) After inserting the temperature measuring element 16 composed of a platinum resistance thermometer for temperature control into the bottomed hole 14, the bottomed hole 14 was sealed with an inorganic adhesive (Alon ceramic manufactured by Toagosei Co., Ltd.). . Further, a support pin 18 was installed in a recess formed on the heating surface of the upper metal plate 11.
（７）次いで、ヒータ１２に設けられた発熱体であるステンレス箔から取り出された接続用の箔によって導電線２４を包み、金属製の取付部材を取り付け、その後、これをかしめることにより上記接続用の箔と導電線２４とを接続固定した。このようにしてヒータ１２に設けられた発熱体を、外部の電源等に接続し、金属ヒータ１０を得た。
(7) Next, the conductive wire 24 is wrapped with a connecting foil taken out of a stainless steel foil, which is a heating element provided on the
（実施例２）
金属ヒータの製造
上部金属板１１の厚さを２０ｍｍとし、下部金属板２１の厚さを５ｍｍ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。
(Example 2)
Production of Metal Heater A metal heater was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate 11 was set to 20 mm and the thickness of the lower metal plate 21 was set to 5 mm.
（実施例３）
金属ヒータの製造
上部金属板１１の厚さを２５ｍｍとし、下部金属板２１の厚さを１０ｍｍ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。
(Example 3)
Production of Metal Heater A metal heater was produced in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper metal plate 11 was 25 mm and the thickness of the lower metal plate 21 was 10 mm.
（実施例４）
金属ヒータの製造
上部金属板１１の厚さを４０ｍｍとし、下部金属板２１の厚さを５ｍｍ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。
(Example 4)
Production of Metal Heater A metal heater was produced in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper metal plate 11 was 40 mm and the thickness of the lower metal plate 21 was 5 mm.
（実施例５）
上部金属板１１の厚さを２０ｍｍとし、下部金属板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。
(Example 5)
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate 11 was set to 20 mm and the thickness of the lower metal plate 21 was set to 20 mm.
（実施例６）
上部金属板１１の厚さを３６ｍｍとし、下部金属板２１の厚さを３ｍｍ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。
(Example 6)
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper metal plate 11 was set to 36 mm and the thickness of the lower metal plate 21 was set to 3 mm.
（実施例７）
上部金属板１１の厚さを５０ｍｍとし、下部金属板２１の厚さを５ｍｍ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。
(Example 7)
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper metal plate 11 was set to 50 mm and the thickness of the lower metal plate 21 was set to 5 mm.
（試験例１）
実施例１の（５）の工程で、支持容器２０の内径を上部金属板１１の直径（３３０ｍｍ）と略同じとして支持容器２０を製造し、上部金属板１１、ヒータ１２および下部金属板１１を、それらの側面と支持容器２０とが密着するように、支持容器２０の内部に設置し、固定した以外は、実施例１と同様にして金属ヒータを製造した。
(Test Example 1)
In the step (5) of the first embodiment, the
（比較例１）
実施例１の（１）〜（３）の工程で、上部金属板の厚さを５ｍｍとし、下部金属板の厚さを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、本比較例では、下部金属板の厚さが上部金属板の厚さよりも厚いものとなっている。
(Comparative Example 1)
A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate was changed to 5 mm and the thickness of the lower metal plate was changed to 20 mm in the steps (1) to (3) of Example 1. . In this comparative example, the thickness of the lower metal plate is larger than the thickness of the upper metal plate.
（比較例２）
金属板の底面に銅製の中プレートおよびヒータが設置された金属ヒータを製造した。なお、金属板の厚さは５５ｍｍであり、発熱体のパターンは実施例１と同様とした。
(Comparative Example 2)
A metal heater having a copper middle plate and a heater installed on the bottom surface of a metal plate was manufactured. The thickness of the metal plate was 55 mm, and the pattern of the heating element was the same as in Example 1.
実施例１〜７、試験例１および比較例１、２に係る金属ヒータに通電することにより昇温し、（１）定常時における面内温度均一性、（２）過渡時における面内温度均一性、（３）平坦度の測定、（４）オーバーシュート量の評価を行った。その結果を表１に示す。
なお、それぞれの評価は、下記の方法を用いて行った。
The temperature was raised by energizing the metal heaters according to Examples 1 to 7, Test Example 1, and Comparative Examples 1 and 2. (1) In-plane temperature uniformity during steady state, (2) In-plane temperature uniformity during transient Properties, (3) measurement of flatness, and (4) evaluation of the amount of overshoot. Table 1 shows the results.
In addition, each evaluation was performed using the following method.
（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。
(1) In-plane temperature uniformity during steady state After the temperature of the metal heater was raised to 140 ° C., a wafer with a temperature sensor equipped with a thermocouple was placed on the heating surface of the metal heater, and the temperature distribution of the heating 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.
（２）過渡時における面内温度均一性
金属ヒータにより、温度センサ付ウエハを常温〜１４０℃までの加熱した時の温度センサ付ウエハ面内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。
(2) In-plane temperature uniformity during transition The temperature distribution in the surface of the wafer with the temperature sensor when the wafer with the temperature sensor 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.
（３）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。
（４）オーバーシュート量
１４０℃で２０枚のシリコンウエハを処理したときのオーバーシュート量（処理中における最高温度から設定温度を引いた値）を測定した。
なお、（３）の平坦度の測定の評価について、常温における実施例１に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図５に示し、さらに、１４０℃における実施例１に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図６に示し、１４０℃における比較例１に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図７に示す。
(3) 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).
(4) Overshoot The amount of overshoot (the value obtained by subtracting the set temperature from the maximum temperature during processing) when 20 silicon wafers were processed at 140 ° C. was measured.
Regarding the evaluation of the flatness measurement in (3), FIG. 5 shows a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Example 1 at normal temperature, and furthermore, the metal heater according to Example 1 at 140 ° C. FIG. 6 shows a three-dimensional shape of a part of the heating surface, and FIG. 7 shows a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Comparative Example 1 at 140 ° C.
表１に示すように、実施例１〜７に係る金属ヒータは、定常時および過渡時における上部金属板の加熱面の温度が均一であった。これは、加熱面側の金属板の厚さが厚く、金属板を伝達する熱が充分に拡散するため、発熱体パターンが加熱面に反映されることがないからであると考えられる。
また、実施例１〜４の金属ヒータは、表１、図５および図６に示すように平坦度が５０μｍ以下であるため、上部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。
さらに、実施例１〜４に係る金属ヒータでは、一定の厚さを有する下部金属板がヒータの底面に設置されているため、ヒータから発せられた熱線が均一化されたことによるものと考えられる。
As shown in Table 1, in the metal heaters according to Examples 1 to 7, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the steady state and during the transition was uniform. This is presumably because the thickness of the metal plate on the heating surface side is large and the heat transmitted through the metal plate is sufficiently diffused, so that the heating element pattern is not reflected on the heating surface.
Further, since the flatness of the metal heaters of Examples 1 to 4 is 50 μm or less as shown in Table 1, FIGS. 5 and 6, there is no variation in the distance between the upper metal plate and the sensor wafer and uniform heating can be performed. It is thought that it was.
Further, in the metal heaters according to Examples 1 to 4, since the lower metal plate having a certain thickness is provided on the bottom surface of the heater, it is considered that the heat rays emitted from the heater were uniformed. .
また、実施例５〜６の金属ヒータでは、定常時における加熱面の温度均一性は、実施例１〜４の金属ヒータに比べて劣っているが、過渡時の加熱面の温度均一性は、実施例１〜４に比べで優れている。 Further, in the metal heaters of Examples 5 to 6, the temperature uniformity of the heating surface in the steady state is inferior to the metal heaters of Examples 1 to 4, but the temperature uniformity of the heating surface in the transient state is as follows. It is superior to Examples 1-4.
これに対して、比較例１に係る金属ヒータでは、定常時および過度時において、上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。これは、上部金属板の厚さが薄く、加熱時に熱膨張により金属板に反りや撓みが発生したためであると考えられる。 On the other hand, in the metal heater according to Comparative Example 1, the temperature of the heating surface of the upper metal plate was non-uniform in the steady state and the transient state. This is considered to be because the thickness of the upper metal plate was thin, and the metal plate was warped or bent due to thermal expansion during heating.
さらに、比較例２に係る金属ヒータは、金属板の底面にヒータが設置されており、下部金属板がない構造となっているため、加熱面の平坦性に劣り、その結果、加熱面での温度が不均一になったものと考えられる。 Furthermore, since the metal heater according to Comparative Example 2 has a structure in which the heater is provided on the bottom surface of the metal plate and has no lower metal plate, the flatness of the heating surface is inferior. It is considered that the temperature became non-uniform.
試験例１に係る金属ヒータは、表１に示すように、加熱時における平坦度が５０μｍを超えていた。これは、上部金属板１１、ヒータ１２および下部金属板２１の側面が支持容器２０と密着しているため、支持容器２１と上部金属板１１との熱膨張の違いに起因して、上部金属板１１に反り、撓み等が発生してしまったからであると考えられる。
As shown in Table 1, the metal heater according to Test Example 1 had a flatness at the time of heating exceeding 50 μm. This is because the side surfaces of the upper metal plate 11, the
オーバーシュート量については、比較例１に係る金属ヒータによる測定結果が、他の金属ヒータによる測定結果と比較して大きな値となった。これは、上部金属板より下部金属板の厚さが厚く、下部金属板の熱容量が上部金属板の熱容量に比べて相対的に大きいため、下部金属板に熱が蓄積され、下部金属板から上部金属板への熱伝導が起こってしまい、この熱伝導に起因したオーバーシュート現象が生じたからであると考えられる。 Regarding the amount of overshoot, the measurement result by the metal heater according to Comparative Example 1 was a large value as compared with the measurement results by other metal heaters. This is because the lower metal plate is thicker than the upper metal plate, and the heat capacity of the lower metal plate is relatively larger than the heat capacity of the upper metal plate. This is probably because heat conduction to the metal plate occurred, and an overshoot phenomenon caused by the heat conduction occurred.
１０ 金属ヒータ
１１ 上部金属板
１１ａ 加熱面
１２ ヒータ
１４ 有底孔
１５ 貫通孔
１６ 測温素子
１７ 金属板固定用ネジ
１８ 支持ピン
１９ 半導体ウエハ
２０ 支持容器
２１ 下部金属板
２２ 押え板
２３ 遮熱板
２４ 導電線
２５ 発熱体
２６ マイカ板
REFERENCE SIGNS
Claims (2)
前記金属板は複数であるとともに、
前記金属板の間には、前記発熱体が挟持されており、
加熱面側の金属板の厚さが、加熱面の反対側の金属板の厚さと等しいか、または、それよりも厚いことを特徴とする金属ヒータ。 A metal heater comprising a metal plate and a heating element,
While the metal plate is a plurality,
The heating element is sandwiched between the metal plates,
A metal heater, wherein the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008305672A (en) * | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Alpha Oikos:Kk | Plate heater |
| WO2012114739A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | パナソニック株式会社 | Planar heating element |
| JP2016500899A (en) * | 2012-10-08 | 2016-01-14 | ミンコ プロダクツ インコーポレイテッドＭｉｎｃｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ． | Heater assembly |
| JP7353209B2 (en) | 2020-02-20 | 2023-09-29 | 東京エレクトロン株式会社 | dummy wafer |
-
2003
- 2003-11-21 JP JP2003392373A patent/JP2004193114A/en active Pending
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