-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizplatteneinheit mit einem
Gehäuse
und einem Heizkörper.
-
Technischer Hintergrund
-
In
einem Halbleiterfertigungsprozess wird ein Schritt ausgeführt, bei
dem ein lichtempfindliches Harz als Ätz-Resist auf einer Siliziumscheibe
gebildet wird und diese Siliziumscheibe dann mittels eines Ätzmittels
geätzt
wird. Das Aufbringen des lichtempfindlichen Harzes auf die Siliziumscheibe
wird unter Verwendung einer Auftragvorrichtung wie beispielsweise
einer Schleuderauftragmaschine ausgeführt. In diesem Fall wird, da
das aufgebrachte lichtempfindliche Harz in einem flüssigen und
ungehärteten Zustand
ist, zuerst ein Trocknungsschritt durchgeführt, um die Fluidität des Harzes
auf ein gewisses Maß zu
senken, und das Harz wird dann einem Belichtungs/Entwicklungsschritt
ausgesetzt.
-
Eine
Vorrichtung zum Trocknen der Siliziumscheibe, welche dem Auftragsschritt
unterzogen worden ist, ist aus dem japanischen Patentdokument JP 11-283729
bekannt.
-
Gemäß dem Stand
der Technik wurde eine Heizplatteneinheit verwendet, welche einen
metallischen Heizkörper
mit einer Aluminiumplatte benutzt, auf deren Rückseite ein Heizelement angeordnet
ist. In der herkömmlichen
Heizplatteneinheit muss jedoch der metallische Heizkörper unvermeidbar
verdickt werden, um die Erzeugung einer Verwertung aufgrund der
Wärmedehnung
zu verhindern, und daher ist er bezüglich einer Temperatursteuerung schlecht.
-
Außerdem wird,
wenn der Heizkörper
erwärmt
wird, das Gehäuse
aufgrund der von der Rückseite
des Heizkörpers
erzeugten Strahlungswärme erwärmt, was
in einem Anstieg der Temperatur des Gehäuses resultiert. D.h. Wärmeenergie,
welche eigentlich zum Erwärmen
des Heizkörpers
verwendet werden sollte, wird teilweise zum Erwärmen des Gehäuses verwendet,
was in einem Verlust der Wärmeenergie
resultiert. Dies erhöht eine
Zeit, die zum Erhöhen
der Heizkörpertemperatur
bis auf eine vorbestimmte Temperatur erforderlich ist, was eine
Zeit für den
gesamten Trocknungsschritt verlängert,
wodurch die Verbesserung der Produktivität leicht gestört wird. Zusätzlich wird
das Gehäuse
bis auf eine Temperatur erwärmt,
die ein Warmfestigkeitsniveau des Metallmaterials für das Gehäuse übersteigt,
was nicht bevorzugt ist.
-
Um
das obige Problem zu lösen,
kann ein Verfahren zum Füllen
eines Wärmeisolationsmaterials
wie beispielsweise einer Glasfaser zwischen den Heizkörper und
das Gehäuse
erwogen werden, um so die Strahlungswärme auszusperren. Dies kann den übermäßigen Temperaturanstieg
des Gehäuses verhindern,
aber das Wärmeisolationsmaterial
erzeugt Staub, was eine Raumumgebung verschlechtert. Deshalb ist
eine solche Vorrichtung für
ein Gebiet der Halbleiterfertigung, das eine hochreine Umgebung
erfordert, nicht geeignet.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Heizplatteneinheit
mit einer reduzierten Anstiegszeit der Heizkörpertemperatur und ohne Erzeugen
von Staub vorzusehen.
-
Um
die obigen Probleme zu lösen,
sieht ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Heizplatteneinheit
mit einem Gehäuse
mit einem Öffnungsabschnitt;
einem Heizkörper,
der an dem Öffnungsabschnitt
angeordnet ist und ein plattenförmiges
Element aus Keramik und ein an dem plattenförmigen Element angeordnetes
Wärmeerzeugungselement
enthält;
und einem plattenförmigen
Reflexionselement, das zwischen das Gehäuse und den Heizkörper gesetzt
ist, vor.
-
Das
plattenförmige
Reflexionselement ist bevorzugt wenigstens eines, das ausgewählt ist
aus einer Gruppe bestehend aus einer Metallplatte, einer Keramikplatte
und einer Kunstharzplatte.
-
Die
Keramik ist bevorzugt eine Nitridkeramik oder eine Carbidkeramik.
-
Das
plattenförmige
Reflexionselement ist bevorzugt in einem vorbestimmten Abstand von
der Rückseite
des Heizkörpers
und parallel zu der Rückseite
angeordnet.
-
Das
plattenförmige
Reflexionselement weist bevorzugt mehrere plattenförmige Elemente
auf.
-
Das
plattenförmige
Reflexionselement besitzt bevorzugt Reflexionsflächen auf beiden Seiten davon.
-
Das
plattenförmige
Reflexionselement weist bevorzugt ein an einer Innenwand des Gehäuses ausgebildetes
Schichtreflexionselement auf.
-
Das
plattenförmige
Reflexionselement weist bevorzugt ein Folienreflexionselement auf.
-
Das
Gehäuse
und der Heizkörper
sind bevorzugt in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet.
-
Der
Heizkörper
besitzt bevorzugt mehrere Anschlussstifte, die elektrisch mit dem
Wärmeerzeugungselement
verbunden sind, und mehrere Blindstifte, welche länger als
die Anschlussstifte sind und welche nichts mit der Verbindung mit
dem Wärmeerzeugungselement
zu tun haben.
-
Der
Heizkörper
ist bevorzugt mit einer Hülse ausgestattet,
welche die Anschlussstifte aufnimmt und eine Warmfestigkeit und
Isoliereigenschaften besitzt.
-
Das
plattenförmige
Element weist bevorzugt mehrere plattenförmige Elemente auf, und wenigstens
ein Wärmeerzeugungselement
ist zwischen wenigstens ein Paar der plattenförmigen Elemente gesetzt.
-
Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Heizplatteneinheit
vor, welche ein Gehäuse
mit einem Öffnungsabschnitt;
einen Heizkörper,
der an dem Öffnungsabschnitt
angeordnet ist und ein erstes plattenförmiges Element aus Keramik und
ein an dem ersten plattenförmigen
Element angeordnetes Wärmeerzeugungselement
enthält;
und ein zweites plattenförmiges
Element, das zwischen das Gehäuse
und den Heizkörper
gesetzt ist, aufweist.
-
Das
zweite plattenförmige
Element ist bevorzugt wenigstens eines, das ausgewählt ist
aus einer Gruppe bestehend aus einer Metallplatte, einer Keramikplatte
und einer Kunstharzplatte.
-
Die
Keramik ist bevorzugt Nitridkeramik oder Carbidkeramik.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine perspektivische
Explosionsdarstellung einer Heizplatteneinheit gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt schematisch ein
Muster einer Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht
eines die Heizplatteneinheit bildenden Heizkörpers.
-
3 ist eine Draufsicht einer
Platte aus rostfreiem Stahl, die die Heizplatteneinheit bildet.
-
4 ist ein Diagramm eines
Ergebnisses eines Leistungstests.
-
5 ist eine Teilschnittansicht
der Heizplatteneinheit.
-
6 ist eine Teilschnittansicht
eines weiteren Beispiels der Heizplatteneinheit.
-
7 ist eine Teilschnittansicht
eines noch weiteren Beispiels der Heizplatteneinheit.
-
8 ist eine Teilschnittansicht
eines weiteren Beispiels der Heizplatteneinheit.
-
Bester Ausführungsmodus
der Erfindung
-
Eine
Heizplatteneinheit 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 bis 5 beschrieben.
-
Wie
in 1 dargestellt, enthält die Heizplatteneinheit 1 ein
Gehäuse 2,
einen Heizkörper 3 und eine
Platte 4 aus rostfreiem Stahl als plattenförmiges Reflexionselement.
-
Das
Gehäuse 2 ist
ein metallisches (hier Aluminium) Element mit einem Boden und besitzt
an seinem Oberteil einen Öffnungsabschnitt 5,
dessen Querschnitt kreisförmig
ist. An einem Mittelabschnitt eines Bodenteils 2a des Gehäuses 2 sind
drei Stifteinführlöcher 6 zum
Aufnehmen von Scheibenhaltestiften (nicht dargestellt) ausgebildet.
Durch Anheben und Absenken der in die Stifteinführlöcher 6 eingeführten Scheibenhaltestifte
ist es möglich,
eine Scheibe zu einer Transporteinheit zu bewegen oder die Scheibe
von der Transporteinheit zu empfangen. Außerdem sind an einem Außenumfang
des Bodenteils 2a mehrere Zuleitungslöcher 7 zum Durchführen einer
Zuleitung ausgebildet. Zuleitungen 8 zum Zuführen eines
Stroms zu dem Heizkörper 3 sind
in die Löcher 7 eingeführt.
-
Im
ersten Ausführungsbeispiel
wird bevorzugt ein Hochtemperatur-Heizkörper 3 zum Trocknen einer
Siliziumscheibe (ein zu erwärmender
Gegenstand), die mit einem lichtempfindlichen Harz beschichtet ist,
bei einer hohen Temperatur (nicht unter 500°C) verwendet. Dieser Heizkörper 3 ist
aus einem plattenförmigen
Element 9 aus Keramik und einer Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 als
Wärmeerzeugungsgegenstand
oder Wärmeerzeugungselement
aufgebaut, und der Heizkörper 3 ist
in dem Öffnungsabschnitt 5 des
Gehäuses 2 angeordnet.
-
Das
den Heizkörper 3 bildende
plattenförmige
Element ist kreisförmig,
wobei der Durchmesser beinahe identisch zu dem Durchmesser des Öffnungsabschnitts 5 des
Gehäuses 2 ausgebildet
ist. Das plattenförmige
Element 9 besitzt einen Schichtaufbau mit mehreren Schichten.
Die Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 ist
zwischen die Schichten gesetzt. D.h. die Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 ist überhaupt
nicht der Oberseite des Heizkörpers 3 ausgesetzt.
-
Insbesondere
ist das das plattenförmige
Element 9 bildende Keramikmaterial aus den folgenden Gründen bevorzugt
eine Nitridkeramik oder eine Carbidkeramik. Die Nitridkeramik und
die Carbidkeramik haben ausgezeichnete Warmfestigkeit, wodurch eine Solltemperatur
höher gemacht
und eine zum Erhöhen
der Temperatur bis auf das Solltemperaturniveau erforderliche Zeit
reduziert wird. Außerdem
haben die Nitridkeramik und die Carbidkeramik Wärmedehnungskoeffizienten kleiner
als Metall, und demgemäß wird keine
Verwerfung durch das Erwärmen
erzeugt, selbst wenn die Platte eine kleine Dicke besitzt. Folglich
sind diese Materialien zur Reduzierung der Dicke und des Gewichts
des Heizkörpers 3 bevorzugt.
Außerdem
kann, da die Nitridkeramik und die Carbidkeramik hohe Wärmeleitfähigkeitswerte
haben, die Oberflächentemperatur
des Heizkörpers 3 einer Temperaturveränderung
der Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 schnell
folgen.
-
Die
Nitridkeramik ist zum Beispiel eine Metallnitridkeramik, wie beispielsweise
Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder Titannitrid. Die
Carbidkeramik ist bevorzugt ein Metallcarbid wie beispielsweise
Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid, Wolframcarbid
und dergleichen. Von diesen Keramiken ist Aluminiumnitrid besonders
bevorzugt, weil es die höchste
Wärmeleitfähigkeit,
d.h. 180 W/m·K
besitzt.
-
Hierbei
hat das den Heizkörper 3 bildende plattenförmige Element
bevorzugt eine Dicke von 0,5 mm bis 5 mm und bevorzugter etwa 1
mm bis 3 mm. Wenn die Dicke zu klein ist, bricht das plattenförmige Element 9 leicht,
und wenn die Dicke zu groß ist, kann
die Heizplatteneinheit unvorteilhafterweise größer werden und die Produktionskosten
können
erhöht
werden.
-
Wie
in 1 dargestellt, sind
an einem Mittelteil des Heizkörpers 3 Stifteinführlöcher 11 an
drei Stellen entsprechend den Stifteinführlöchern 6 ausgebildet.
Außerdem
sind an der Rückseite
des Heizkörpers 3 mehrere
Sätze von
zwei Typen von Stiften (Anschlussstifte 12 und Blindstifte 13)
vorgesehen.
-
Die
Anschlussstifte 12, die sich auf die Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 beziehen, sind
in zwei Reihen von dem Mittelteil zu dem Außenumfang des Heizkörpers 3 angeordnet.
Jeder dieser Anschlussstifte 12 besitzt einen unteren Abschnitt, der
an die Anschlussfläche
eines an der Rückseite des
plattenförmigen
Elements 9 ausgebildeten Durchgangsloches 14 angelötet ist.
Als Ergebnis sind die Anschlussstifte 12 elektrisch mit
der Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 verbunden.
Es ist zu beachten, dass die unteren Abschnitte der Anschlussstifte 12 direkt
in die Durchgangslöcher 14 eingesetzt
und mit ihnen in Eingriff gebracht werden können. Die Zuleitung 8 hat
einen mit dem Spitzenende der Anschlussstifte 12 verlöteten Metallabschnitt.
Demgemäß wird elektrischer
Strom über
die Zuleitung 8 und die Anschlussstifte 12 zu
der Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 geleitet
und als Ergebnis wird die Temperatur der Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 erhöht, um den
Heizkörper 3 zu
erwärmen.
Es ist zu beachten, dass die Anschlussstifte 12 eine elektrische
Leitfähigkeit
besitzen sollten, und demgemäß sind sie
aus einem leitfähigen
Metallmaterial wie beispielsweise Cobal oder einer 42-Legierung
gemacht. Im ersten Ausführungsbeispiel
wird ein solches leitfähiges
Metallmaterial auch für
die Blindstifte 13 benutzt, welche keine elektrische Leitfähigkeit
benötigen.
-
Die
Blindstifte 13, welche nicht die elektrische Leitung zu
der Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 16 betreffen,
sind an mehreren Positionen an einem Außenumfang des Heizkörpers 3 angeordnet
und nicht mit der Zuleitung 8 verbunden. Im ersten Ausführungsbeispiel
sind die Blindstifte 13 länger als die Anschlussstifte 12 ausgebildet.
Im ersten Ausführungsbeispiel
besitzt jeder der Blindstifte 13 eine Länge von 30 mm, während jeder
der Anschlussstifte 12 eine Länge von 17 mm besitzt. Wenn der
Heizkörper 3 an
der Öffnung 5 des
Gehäuses 2 angeordnet
ist, ist demgemäß nur das
Spitzenende jedes der Blindstifte mit dem Außenumfang der Innenfläche des
Bodenteils 2a des Gehäuses 2 in
Kontakt. D.h. der Heizkörper 3 ist
in der waagrechten Richtung durch die Blindstifte 13 gehalten.
Es ist hierbei bevorzugt, dass ein gewisser Freiraum 15 zwischen
dem Außenumfang
der Rückseite
des Heizkörpers 3 und
der Oberfläche
der Öffnung 5 des
Gehäuses 2 sichergestellt
ist. Wenn der Heizkörper 3 in einem
solchen Nichtkontaktzustand angeordnet ist, ist es daher möglich, einen
Anstieg der Temperatur des Gehäuses 2 durch
die Wärmeleitung
von dem Heizkörper 3 zu
verhindern.
-
Es
ist zu beachten, dass der obige Heizkörper 3 erforderlichenfalls
ein darin verlegtes Thermoelement enthalten kann. In diesem Fall
ist es möglich, die
Temperatur des Heizkörpers 3 durch
Verändern eines
Spannungswertes und eines Stromwertes entsprechend der durch das
Thermoelement gemessenen Temperatur des Heizkörpers 3 zu regeln.
-
Wie
schematisch in 2 dargestellt,
ist in dem Heizkörper 3 die
zwischen den Schichten gebildete Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 in etwa
koaxialen Kreisen gemustert. Dieses Muster wurde verwendet, um den
gesamten Bereich des Heizkörpers 3 gleichmäßig zu erwärmen, wodurch eine
Temperaturdifferenz in dem Heizkörper 3 sowie eine
Temperaturdifferenz einer Siliziumscheibe soweit wie möglich reduziert
wird. Die Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 wird
durch Sintern von in einer Leitpaste enthaltenen Metallteilchen
gebildet.
-
Die
Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 besitzt
bevorzugt eine Dicke von 1 μm
bis 20 μm und
eine Breite von 0,5 mm bis 5 mm. Die Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 besitzt
einen Widerstandswert, welcher durch Verändern der Dicke und der Breite
davon geändert
werden kann, und die oben genannten Bereiche sind die praktischsten.
-
Die
allgemein verwendete Leitpaste enthält ein Metallteilchen, ein
Harz, ein Lösungsmittel
und ein Viskositäterhöhungsmittel.
-
Als
bevorzugtes Metallteilchen, das in der Leitpaste verwendet wird,
kann beispielhaft Gold, Silber, Platin, Palladium, Blei, Wolfram,
Nickel und dergleichen genannt werden. Diese Metalle oxidieren nicht
leicht, selbst wenn sie einer hohen Temperatur ausgesetzt sind,
und haben einen ausreichenden Widerstandswert bei Wärmeerzeugung
durch elektrische Leitung. Das Metallteilchen hat bevorzugt einen Durchmesser
im Bereich von 0,1 μm
bis 100 μm. Dies
deshalb, weil, wenn der Metallteilchendurchmesser zu klein ist,
leicht eine Oxidierung bewirkt wird. Wenn dagegen der Teilchendurchmesser
zu groß ist,
kann das Sintern nicht leicht durchgeführt werden und der Widerstandswert
wird größer.
-
Als
in der Leitpaste verwendetes Harz kann beispielhaft ein Epoxidharz
und ein Phenolharz genannt werden. Das Lösungsmittel kann bevorzugt
einen Isopropylalkohol enthalten, und das Viskositäterhöhungsmittel
kann bevorzugt Zellulose enthalten.
-
Zusätzlich zu
den Metallteilchen enthält
die Leitpaste bevorzugt ein Metalloxid. Der Grund ist, dass eine
solche Leitpaste eine exakte Haftung des aus Keramik gebildeten
plattenförmigen
Elements 9 an der aus Metall gebildeten Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 ermöglicht,
wodurch ein Abschälen
zwischen den Schichten verhindert wird.
-
Als
Metalloxid ist es bevorzugt, zum Beispiel Bleioxid, Zinkoxid, Silika,
Boroxid (B2O3),
Aluminiumoxid, Yttriumoxid, Titanoxid und dergleichen zu verwenden.
Diese Oxide können
die Hafteigenschaft zwischen dem Metall und der Keramik verbessern, ohne
den Widerstandswert des Wärmeerzeugungselements
zu erhöhen.
-
Wie
in 1 und 3 dargestellt, ist das verwendete
Reflexionselement eine plattenförmige kreisförmige Platte 4 aus
rostfreiem Stahl mit einer Reflexionsfläche S1 von Strahlungswärme. Diese Platte 4 aus
rostfreiem Stahl ist so ausgebildet, dass sie einen Durchmesser
kleiner als jener der Öffnung des
Gehäuses 2 und
des Heizkörpers 3 besitzt.
An einem Mittelabschnitt der Platte 4 aus rostfreiem Stahl
sind drei Stifteinführlöcher 16 an
Stellen entsprechend den vorgenannten Stifteinführlöchern 6 ausgebildet.
Außerdem
ist die Platte 4 aus rostfreiem Stahl auch mit Stifteinführlöchern 17 zum
Einführen der
Anschlussstifte 12 und der Blindstifte 13 versehen.
Beim Zusammenbau der Vorrichtung werden die Anschlussstifte 12 in
eine Hülse 18 eingesetzt und
dann in die Stifteinführlöcher 17 der
Platte 4 aus rostfreiem Stahl eingeführt. Die Hülse 18 ist aus einem
Keramikmaterial (Aluminiumoxid und dergleichen) mit Warmfestigkeit
und Isoliereigenschaft gemacht, sodass sie zum Verhindern eines
Kontakts zwischen den Anschlussstiften 12 und der Platte 4 aus
rostfreiem Stahl funktioniert.
-
Die
Platte 4 aus rostfreiem Stahl hat eine Strahlungswärme-Reflexionsfläche S1 auf
wenigstens einer Seite davon. Die Reflexionsfläche wird als Oberfläche bezeichnet,
an der Strahlungswärme
aus einer vorbestimmten Richtung anders als bei der Absorptions/Transparenzfläche reflektiert
wird. Insbesondere hat die benutzte Platte 4 aus rostfreiem Stahl
im ersten Ausführungsbeispiel
eine solche Reflexionsfläche
S1 an beiden Seiten davon.
-
Die
Platte 4 aus rostfreiem Stahl ist zwischen dem Gehäuse 2 und
dem Heizkörper 3 mit
einem vorbestimmten Raumabstand L1 zwischen der Rückseite
des Heizkörpers 3 und
der Platte 4 aus rostreifem Stahl und parallel zu dem Gehäuse 2 sowie
dem Heizkörper 3 angeordnet.
Der vorbestimmte Raumabstand L1 beträgt bevorzugt 3 mm bis 20 mm,
und bevorzugter 5 mm bis 10 mm. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Raumabstand
L1 auf 8,5 mm gesetzt.
-
Die
Reflexionsfläche
S1 ist aus einem Grund wie folgt so angeordnet, dass sie der Rückseite
des Heizkörpers 3 zugewandt
ist. Der Wärmeenergieverlust
wird durch Reflektieren der Strahlungswärme von dem Heizkörper 3 und
Rückführen der
Wärme zu dem
Heizkörper 3 reduziert.
Da im ersten Ausführungsbeispiel
die Reflexionsfläche
S1 an beiden Seiten vorgesehen ist, wird diese Bedingung erfüllt. Es ist
zu beachten, dass ein vorbestimmter Raumabstand zwischen dem Bodenteil 2a des
Gehäuses 2 und
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl gewährleistet ist.
-
Ein
Abstandhalter (nicht dargestellt) aus warmfester Keramik kann zwischen
der Oberseite der Platte 4 aus rostfreiem Stahl und der
Rückseite des
Heizkörpers 3 vorgesehen
sein. Wenn ein solcher Abstandhalter vorgesehen ist, ist es möglich, die Platte 4 aus
rostfreiem Stahl und den Heizkörper 3 parallel
zueinander unter Beibehaltung des Raumabstandes L1 zu halten. Ein
solcher Abstandhalter ist bevorzugt an der Platte 4 aus
rostfreiem Stahl und dem Heizkörper 3 mittels
eines warmfesten Klebstoffes angebracht.
-
Als
nächstes
wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Heizplatteneinheit 1 erläutert.
-
Durch
Hinzufügen
eines das Sintern fördernden
Mittels wie beispielsweise Yttriumoxid und eines Bindemittels, falls
erforderlich, zu einem Carbid- oder Nitridkeramikpulver wird ein
Gemisch bereitet. Dieses Gemisch wird unter Verwendung eines Dreiwalzenwerks
oder dergleichen gleichmäßig durchgeknetet.
Das resultierende, durchgeknetete Gemisch wird in ein unbearbeitetes
Formprodukt mit einer Tafelform und einer etwa quadratischen Form
(eine sog. Rohtafel) unter Verwendung einer Rakelvorrichtung geformt.
Die Tafel kann auch unter Verwendung des Pressformverfahrens wie
folgt gebildet werden. D.h. das obige Gemisch wird unter Verwendung
des Sprühtrocknungsverfahrens
in Teilchen geformt und die erhaltenen Teilchen werden in eine Metallform platziert,
um so gepresst zu werden, wodurch ein unbearbeitetes Formprodukt
mit einer Tafelform und etwa quadratischer Form gebildet wird. Insbesondere wurde
das Tafelformen im ersten Ausführungsbeispiel
mittels eines durchgekneteten Gemisches mit 100 Gewichtsanteilen
Aluminiumnitridpulver (mittlerer Teilchendurchmesser: 1,1 μm), 4 Gewichtsanteilen
Yttriumoxid (Yttriumoxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von 4 μm),
12 Gewichtsanteilen Acrylbindemittel und Alkohol als Material durchgeführt.
-
Nach
dem Vorbereiten der notwendigen Anzahl der unbearbeiteten Formprodukte
als Schichten, wird ein Stanzen oder Bohren durchgeführt, um
Löcher
zum Bilden von Durchgangslöchern
und der Stifteinführlöcher 11 zu
bilden. Außerdem
wird eine im Voraus bereitete Leitpaste gedruckt, um die Durchgangslöcher bildenden
Löcher
zu füllen,
um so Durchgangslöcher
in vorbestimmten Positionen zu bilden. Danach wird die Leitpaste
auf das unbearbeitete Formprodukt durch das Siebdruckverfahren gedruckt,
um so ein vorbestimmtes Muster zu erhalten. Dann bildet die Leitpaste
die Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10.
Als nächstes
ist es bevorzugt, dass die Leitpaste getrocknet wird, um das Lösungsmittel
und das Bindemittel, die in der Paste enthalten sind, zu entfernen.
Insbesondere wurde im ersten Ausführungsbeispiel die Leitpaste
zum Bilden der Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht
verwendet, die Wolfram enthält.
-
Als
nächstes
werden mehrere der unbearbeiteten Formprodukte nach dem Druckschritt
geschichtet, getrocknet, vorgesintert und endgesintert bei einer
vorbestimmten Temperatur für
eine vorbestimmte Zeitdauer. So werden die unbearbeiteten Formprodukte
und die Leitpaste gleichzeitig und vollständig gesintert. Als Ergebnis
ist es möglich,
das plattenförmige
Keramikelement 9 mit der als eine Innenschicht davon angeordneten
Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 zu
erhalten. Der Sinterschritt wird bevorzugt unter Verwendung einer HIP-Vorrichtung
durchgeführt.
Wenn Nitridkeramik oder Carbidkeramik verwendet werden, wird die
Temperatur bevorzugt in einem Bereich von etwa 1.500 bis 2.500°C eingestellt.
Insbesondere wurde im ersten Ausführungsbeispiel mit den unbearbeiteten Formprodukten
aus Nitridaluminium das HIP bei einer Temperatur von 1.800°C und unter
einem Druck von 230 kg/cm2 durchgeführt und
ein gesintertes Element (plattenförmiges Element 9)
mit einer Dicke von 3 mm wurde erhalten.
-
Anschließend wird
das plattenförmige
Element 9 in eine Kreisform eines vorbestimmten Durchmessers
(230 mm im ersten Ausführungsbeispiel) geschnitten
und mittels einer Poliervorrichtung oder dergleichen einem Oberflächenschleifprozess
unterzogen. Dann werden die Stifte 12 und 13 an
die Anschlussfläche
der Durchgangslöcher 14 gelötet. Dies stellt
den Heizkörper 3 fertig.
-
Die
Stifte 12 und 13 des Heizkörpers 3 werden in
die Stifteinführlöcher 17 der
Platte 4 aus rostfreiem Stahl, welche im Voraus vorbereitet
worden ist, eingefügt.
Die Anschlussstifte 12 werden ferner in eine Hülse 18 eingesetzt,
und in diesem Zustand wird die Zuleitung 8 an die Spitzenenden
der jeweiligen Anschlussstifte 12 gelötet. Der Heizkörper 3 mit
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl an seiner Rückseite
wird an der Öffnung 5 des
Gehäuses 2 befestigt.
Dies beendet den Zusammenbau der Heizplatteneinheit 1.
-
Als
nächstes
werden ein Verfahren und Ergebnisse eines Leistungstests der Heizplatteneinheit 1 erläutert.
-
Bei
diesem Leistungstest werden Temperaturanstiegs- und Temperaturabfalleigenschaften während des
Erwärmens
des Heizkörpers 3 geprüft. Für diesen
Leistungstest ist ein Thermoelement der Heizkörperseite an dem Mittelabschnitt
der Vorderseite des Heizkörpers 3 angeordnet
und ein Thermoelement des Reflexionselements ist an dem Mittelabschnitt
der Rückseite
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl angeordnet, und ihre
Temperaturen werden jeweils in einem vorbestimmten Zeitintervall
gemessen. Es ist zu beachten, dass ein elektrischer Strom an den
Heizkörper 3 für 24 Minuten
angelegt wird und anschließend
das Erwärmen
des Heizkörpers 3 zum natürlichen
Kühlen
gestoppt wird. Der Heizkörper 3 wird
auf etwa 550°C
gesetzt, bei welcher Temperatur eine Haltezeit auf 20 Minuten eingestellt
ist. 4 zeigt die Testergebnisse.
-
In 4 stellt die vertikale Achse
die Temperatur (°C)
dar und die horizontale Achse stellt den Zeitverlauf (Minuten) dar.
Eine Kurve C1 zeigt eine Temperaturänderung der Vorderseite des
Heizkörpers 3,
während
eine Kurve C2 eine Temperaturänderung
der Rückseite
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl zeigt.
-
Wenn
das Anlegen des Stroms an den Heizkörper 3 gestartet wird,
wird die Temperatur der Vorderseite des Heizkörpers 3 abrupt erhöht und erreicht in
4 oder 5 Minuten beinahe die Solltemperatur von 550°C. Die Temperatur
des Heizkörpers 3 ist
nach dem Heizstart für
24 Minuten beinahe konstant. Andererseits steigt die Temperatur
der Rückseite
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl relativ langsam und erreicht
nach Ablauf von 5 Minuten nach dem Heizstart nur 120 oder 130°C. Diese
Temperatur wird auf nur etwa 230°C
gedrückt,
selbst wenn 24 Minuten seit dem Heizstart verstrichen sind. Demgemäß beträgt die Temperaturdifferenz
zwischen C1 und C2 bis zu 320°C.
Wenn das Anlegen des Stroms an den Heizkörper 3 gestoppt wird,
beginnt die Temperatur der Vorderseite des Heizkörpers 3 zu sinken
und kehrt nach einem Zeitablauf von etwa 15 Minuten auf die normale
Temperatur zurück.
Die Rückseitentemperatur
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl wird ebenso gesenkt.
So ist im ersten Ausführungsbeispiel
eine Schrittfolge nach etwa 40 Minuten insgesamt beendet.
-
Ferner
zeigt eine Kurve C3 in 3 eine Temperaturänderung
einer Rückseite
einer die Platte 4 aus rostfreiem Stahl ersetzenden Aluminiumoxidplatte.
Da das Aluminiumoxid eine im Vergleich zu dem rostfreien Stahl niedrige
Wärmeleitfähigkeit
besitzt, wird der Temperaturanstieg der Rückseite unterdrückt.
-
Außerdem wurde
eine Temperaturverteilung (Unterschied zwischen einer höchsten Temperatur und
einer niedrigsten Temperatur) der Heizfläche unter Verwendung eines
Wärmebetrachters
(IR 162012-0012) von Japan Datum Co., Ltd. gemessen, wenn die Heizplatteneinheit
mit der Reflexionsplatte aus Aluminiumoxid auf 600°C geheizt
wurde. Die Temperaturdifferenz betrug 7°C. Im Fall der Heizplatteneinheit
mit der Reflexionsplatte aus rostfreiem Stahl betrug die Temperaturdifferenz
10°C. Beide
von ihnen zeigten bevorzugte Werte. Der Unterschied in der Temperaturverteilung,
der durch den Unterschied des verwendeten Materials verursacht wird,
wird als durch die Verwerfung der Reflexionsplatte unter einer hohen
Temperatur verursacht angenommen. Die verworfene Reflexionsplatte
funktioniert als konkaver Spiegel, um Wärme zu konzentrieren, oder
als konvexer Spiegel, um die Wärme
zu streuen. Demgemäß wird angenommen,
dass die gleichmäßige Temperaturverteilung
erzielt werden kann, wenn Keramik verwendet wird, welche weniger
anfällig
für eine
Verwerfung ist.
-
Die
obigen Ergebnisse zeigen, dass selbst die Temperatur der Rückseite
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl auf etwa 230°C gedrückt werden
kann, was bedeutet, dass das Gehäuse 2 auf
eine noch niedrigere Temperatur gedrückt werden kann. Dies beweist
die Effektivität
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl.
-
Wirkungen
des ersten Ausführungsbeispiels werden
nachfolgend im Detail beschrieben.
- (a) Im ersten
Ausführungsbeispiel
ist die Platte 4 aus rostfreiem Stahl mit der Reflexionsfläche S1 zwischen
dem Gehäuse 2 und
dem Heizkörper 3 mit
einem vorbestimmten Raumabstand L1 von dem Heizkörper 3 angeordnet.
Demgemäß wird die
Strahlungswärme
von dem Heizkörper 3 durch die
Reflexionsfläche
S1 der Platte 4 aus rostfreiem Stahl reflektiert und zu
dem Heizkörper 3 zurück geworfen.
Dies reduziert den Wärmeenergieverlust
von dem Heizkörper 3 deutlich.
D.h. der Wärmeenergieverlust
ist wesentlich reduziert. Folglich ist es möglich, die Temperatur des Heizkörpers 3 im
Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung
ohne Reflexionselement effektiv zu erhöhen.
Wenn dagegen die
Platte 4 aus rostfreiem Stahl verwendet wird, wird die
das Gehäuse 2 erreichende
Strahlungswärmemenge
sicher reduziert, was das Verhindern eines übermäßigen Temperaturanstiegs des
Gehäuses 2 erlaubt.
Da außerdem
die Platte 4 aus rostfreiem Stahl nicht direkt mit dem
Heizkörper 3 in
Kontakt steht, ist es auch möglich,
einen durch die Wärmeleitung
verursachten Temperaturanstieg der Platte 4 aus rostfreiem
Stahl zu verhindern.
Wie oben beschrieben, ist es im ersten
Ausführungsbeispiel
möglich,
die Heizplatteneinheit 1 mit einem Heizkörper, dessen
Temperatur in einer kurzen Zeitdauer erhöht werden kann, zu realisieren.
Dies verringert eine für
den gesamten Schritt der Scheibentrocknung erforderliche vorbestimmte
Zeit, wodurch die Halbleiterproduktivität verbessert wird. Außerdem ist
es möglich,
einen Temperaturanstieg des Gehäuses 2 über den Temperaturwiderstand
des metallischen Materials des Gehäuses 2 hinaus zu verhindern.
- (b) Im ersten Ausführungsbeispiel
mit der Platte 4 aus rostfreiem Stahl ist es möglich, die
Reflexionsfunktion zu erzielen. Demgemäß besteht keine Notwendigkeit,
ein Wärmeisolationsmaterial zwischen
dem Heizkörper 3 und
dem Gehäuse 2 zum
Verhindern von Strahlungswärme
anzuordnen. Demgemäß wird kein
Staub erzeugt. Dies ermöglicht
das Erzielen der Heizplatteneinheit 1, die geeigneterweise
in dem Gebiet der Halbleiterproduktion verwendet wird, welches eine
hochreine Umgebung erfordert.
- (c) Der Heizkörper 3 des
ersten Ausführungsbeispiels
verwendet das plattenförmige
Element 9 in der Form einer Scheibe aus Nitridkeramik mit
einer ausgezeichneten Warmfestigkeit, einem kleineren Wärmeexpansionskoeffizienten
als Metalle und einer hohen Wärmeleitfähigkeit.
Demgemäß kann der
Heizkörper 3 eine
kleine Dicke und ein leichtes Gewicht haben und zeigt eine ausgezeichnete
Temperaturregeleigenschaft.
-
Es
ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das obige
Ausführungsbeispiel
beschränkt
ist, sondern auf andere Ausführungsbeispiele
wie folgt modifiziert werden kann.
-
Wie
in 6 gezeigt, kann eine
Heizplatteneinheit 21 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
mehrere (zwei in 6)
Platten 4 aus rostfreiem Stahl haben, die als das plattenförmige Reflexionselement
dienen. In diesem Fall ist es möglich,
die Strahlungswärme-Abschirmwirkung
zu verbessern und die Temperaturanstiegszeit des Heizkörpers zu reduzieren.
-
Anstelle
der Platte 4 aus rostfreiem Stahl des ersten Ausführungsbeispiels
ist es möglich,
eine Metallplatte aus wenigstens einer, die ausgewählt ist
aus einer Gruppe bestehend aus einer Kupferplatte, einer Nickelplatte,
einer Aluminiumplatte und einer Eisenplatte; wenigstens einer Keramikplatte,
die ausgewählt
ist aus einer Gruppe bestehend aus Oxidkeramik, Carbidkeramik und
Nitridkeramik; und wenigstens einem Harz, das ausgewählt ist
aus einer Gruppe bestehend aus Polyimidharz, Epoxidharz und Fluorharz,
zu verwenden. Diese können
auch in Kombination mit den anderen verwendet werden.
-
Als
Oxidkeramik ist es möglich,
wenigstens eine zu verwenden, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend
aus Aluminiumoxid, Silika, Cordierit und Mullit. Als Carbidkeramik
ist es möglich,
wenigstens eine zu verwenden, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend
aus Siliziumcarbid, Titancarbid, Molybdäncarbid, Wolframcarbid und
dergleichen. Als Nitridcarbid ist es möglich, wenigstens eine zu verwenden,
die ausgewählt
ist aus einer Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid
und Titannitrid.
-
Kunstharz
und Keramik haben eine Wärmeleitfähigkeit
geringer als Metalle und ein Wärmeabsorptionsvermögen kleiner
als Metalle. Demgemäß wird in
einer solchen Reflexionsplatte die Temperatur der Rückseite
der Reflexionsplatte im Vergleich zu einer Reflexionsplatte aus
Metall nicht einfach erhöht.
-
Außerdem sind
Harz und Keramik grundsätzlich
Wärmeisolatoren.
Demgemäß ist es
möglich, die
mit einer Wärmeerzeugungsschaltung
verbundene Zuleitung und eine Zuleitung von dem Thermoelement (Temperaturmesselement)
an der Reflexionsplatte zu befestigen. In diesem Fall ist es möglich, einen
Kurzschluss aufgrund eines Kontakts zwischen einer Zuleitung mit
einer anderen Zuleitung zu verhindern.
-
In
der Heizplatteneinheit mit der Kunstharzplatte verbrennt die Kunstharzplatte,
falls das Thermoelement unbeabsichtigterweise entfernt ist und es unmöglich wird,
die Wärmeerzeugung
zu steuern. Dies trennt die die Energiequelle mit dem Wärmeerzeugungselement
verbindende Zuleitung, wodurch eine weitere Wärmeerzeugung verhindert wird.
D.h., diese Kunstharzplatte funktioniert als ein Thermostat.
-
Da
die Reflexionsplatte aus Keramik nicht durch Wärme verzerrt wird, ist es in
der Heizplatteneinheit mit der Reflexionsplatte aus Keramik möglich, eine
lokale Konzentration oder Verteilung der Wärme durch eine Verwerfung der
Reflexionsplatte zu verhindern. Demgemäß zeigt die Heizplatteneinheit
mit der Reflexionsplatte aus Keramik eine ausgezeichnete Temperaturgleichmäßigkeit
an der Heizoberfläche.
-
7 zeigt ein weiteres Beispiel
der Heizplatteneinheit 31, bei welcher das Reflexionselement aus
einem metallischen Material in der Form einer Folie, wie beispielsweise
einer Aluminiumfolie 32 gemacht ist. Auch in diesem Fall
sollte die Reflexionsebene S1 auf wenigstens einer Seite der Aluminiumfolie 32 gebildet
sein. Die Metallfolie kann auch anders als Aluminium sein, wie beispielsweise
eine Metallfolie aus Gold, Silber, Nickel und dergleichen. Es ist
zu beachten, dass es auch möglich
ist, das plattenförmige
Reflexionselement des ersten Ausführungsbeispiels in Kombination
mit dem folienförmigen
Reflexionselement von 7 zu
verwenden.
-
8 zeigt ein noch weiteres
Beispiel der Heizplatteneinheit 41, bei welcher das Reflexionselement
aus einem Schichtmaterial wie beispielsweise einer verkupferten
Schicht 42 gemacht ist. Die galvanisierte Schicht 42 kann
an der Innenwand des Gehäuses 2 ausgebildet
sein. Die galvanisierte Schicht 42 kann aus einem Metall
außer
Kupfer gebildet sein, wie beispielsweise Gold, Platin, Silber, Aluminium, Chrom,
Nickel, Kobalt und dergleichen. In diesem Fall sollte die galvanisierte
Schicht eine Oberflächenrauheit
in einem Bereich haben, der die Reflexionsfläche S1 vereinfacht. Was die
Strahlungswärme-Abschirmwirkung
angeht, haben jedoch das Reflexionselement des ersten Ausführungsbeispiels
und des Beispiels von 7 eine
bessere Eigenschaft, weil das Reflexionselement weg von dem Gehäuse 2 angeordnet
ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die zwischen den Schichten des
Heizkörpers 3 verlegte Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10,
d.h. auf einen so genannten Hochtemperatur-Heizkörper beschränkt, sondern kann auch auf
einen so genannten Niedertemperatur-Heizkörper angewendet werden, bei
welchem der Heizkörper 3 angebrannt
wird, um an der Außenfläche des
plattenförmigen
Elements 9 angebracht zu werden. In diesem Fall ist es
erwünscht,
dass die Oberfläche
der Wärmeerzeugungs-Verdrahtungsschicht 10 mit
einer Metallschicht überzogen
ist, um so eine Oxidation zu vermeiden.