DE60013620T2

DE60013620T2 - Heizplatteneinheit

Info

Publication number: DE60013620T2
Application number: DE60013620T
Authority: DE
Inventors: Masakazu Ibi-gun FURUKAWA
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: ATE275760T1; EP1463097A1; WO2001095379A1; DE60013620D1; EP1220303B1; EP1220303A1; US6756568B1; EP1220303A4

Description

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.

Claims

Heizplatteneinheit (1), mit – einem Gehäuse (2) mit einem Öffnungsabschnitt (5); – einem Heizkörper (3), der an dem Öffnungsabschnitt (5) angeordnet ist und ein plattenförmiges Element (9) aus Keramik und ein an dem plattenförmigen Element (9) angeordnetes Wärmeerzeugungselement (10) enthält; und – einem plattenförmigen Reflexionselement (4), das zwischen das Gehäuse (2) und den Heizkörper (3) gesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Reflexionselement (4) wenigstens eines einer Keramikplatte und einer Kunstharzplatte ist.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Keramik eine Nitridkeramik oder eine Carbidkeramik ist.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher das plattenförmige Reflexionselement (4) in einem vorbestimmten Abstand (L1) von der Rückseite des Heizkörpers (3) und parallel zu der Rückseite angeordnet ist.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 3, bei welcher das plattenförmige Reflexionselement (4) mehrere plattenförmige Elemente aufweist.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 3, bei welcher das plattenförmige Reflexionselement (4) Reflexionsflächen (S1) auf beiden Oberflächen davon aufweist.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher das plattenförmige Reflexionselement (4) ein Schichtreflexionselement (42) enthält, das an einer Innenwand des Gehäuses (2) ausgebildet ist.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher das plattenförmige Reflexionselement (4) ein Folienreflexionselement enthält.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 3, bei welcher das Gehäuse (2) und der Heizkörper (3) in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher der Heizkörper (3) mehrere Anschlussstifte (12), die elektrisch mit dem Wärmeerzeugungselement (10) verbunden sind, und mehrere Blindstifte (13), welche länger als die Anschlussstifte (12) sind und welche nicht die Verbindung mit dem Wärmeerzeugungselement (10) betreffen, aufweist.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 9, bei welcher der Heizkörper (3) mit einer Hülse (18) ausgestattet ist, welche die Anschlussstifte (12) aufnimmt und eine Warmfestigkeit und Isoliereigenschaften besitzt.
Heizplatteneinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher das plattenförmige Element (9) mehrere Schichten enthält und wenigstens ein Wärmeerzeugungselement (10) zwischen wenigstens ein Paar von Schichten gesetzt ist.