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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizplatteneinheit, die hauptsächlich in
der Halbleiterindustrie verwendet werden soll, und insbesondere
eine Heizplatteneinheit mit einer ausgezeichneten Temperatursenkungseigenschaft,
da sie aus einem Dünntyp
besteht.
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Technischer Hintergrund
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Ein
Halbleiterprodukt wird durch die Schritte des Bildens eines photosensitiven
Harzes als Ätzresist auf
einem Halbleiterwafer, Ätzen
des Halbleiterwafers und dergleichen hergestellt.
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Das
photosensitive Harz ist eine Flüssigkeit
und ist auf die Oberfläche
des Halbleiterwafers durch eine Schleuderauftragmaschine und dergleichen
aufzutragen, und muß getrocknet
werden, um ein Lösungsmittel und
dergleichen nach der Auftragung zu verdampfen, und daher muß der beschichtete
Halbleiterwafer erwärmt
werden, indem er auf einen Heizkörper
gelegt wird.
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Herkömmlicherweise
ist als Heizkörper
aus Metall, der für
einen solchen Zweck verwendet werden soll, eine Aluminiumplatte
mit einem auf der Rückseite
angeordneten Heizelement eingesetzt worden.
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Jedoch
weist ein solcher Heizkörper
aus Metall die folgenden Probleme auf.
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Erstens
ist es erforderlich, da sie aus Metall besteht, daß die Dicke
der Metallplatte mindestens etwa 15 mm beträgt. Dies liegt daran, daß im Fall
einer dünnen
Metallplatte ein Verziehen, eine Verformung und dergleichen stattfindet,
die auf die thermische Ausdehnung zurückzuführen sind, die der Erwärmung zuzuschreiben
ist, was zu einer Beschädigung
oder Schrägstellung
eines Halbleiterwafers führt,
der auf die Metallplatte gelegt wird. Wenn jedoch die Metallplatte
dick gemacht wird, nimmt das Gewicht des Heizkörpers selbst zu, so daß ein anderes
Problem verursacht wird, nämlich
daß der
Heizkörper
massig wird.
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Ferner
wird die Heiztemperatur gesteuert, indem die Spannung und die elektrische
Strommenge gesteuert werden, die an das Heizelement angelegt werden
sollen, und folglich gibt es ein anderes Problem, nämlich daß die Temperatur
der Heizkörperplatte,
da die Metallplatte dick ist und die Wärmekapazität groß ist, nicht schnell der Änderung
der Spannung und der elektrischen Strommenge folgen kann und die
Temperatursteuerung schwierig wird.
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Daher
wird, wie in JP-A-9-306642 und JP-A-4-324276 und dergleichen beschrieben,
ein Keramikheizkörper
vorgeschlagen, in dem AlN, eine Nichtoxid-Keramik mit einer hohen
Wärmeleitfähigkeit
und Festigkeit, als Substrat verwendet wird, und es ist ein Heizelement
auf der Oberfläche
des AlN-Substrats oder in dessen Inneren ausgebildet.
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Die
JP-A-11-224127, die die Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs
1 bildet, offenbart eine Temperatursteuereinrichtung, die die Temperatur
eines Gegenstands der Temperatursteuerung, wie eines Wafers steuert.
Die Temperatursteuereinrichtung weist einen Heizkörper und
eine Kühlkammer
auf. Der Heizkörper
und die Kühlkammer
weisen einen Oberflächenkontakt
zueinander auf. Es wird bevorzugt, daß die Kühlkammer dünn ist, und ihre Dicke höchstens
einige wenige Millimeter beträgt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
solcher Keramikheizkörper
(eine Heizplatteneinheit) ist im allgemeinen ein Heizkörper, der
ein solches Keramiksubstrat aufweist, das in ein Stützgehäuse eingebaut
ist, und da eine Verdrahtung im Stützgehäuse untergebracht ist, wird
das Stützgehäuse vorherrschend
dicker als 50 mm gemacht.
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Andererseits
ist es erforderlich, daß der
Keramikheizkörper
(die Heizplatteneinheit) gekühlt
wird, um dessen Temperatur zu steuern, und es ist insbesondere ein
Stützgehäuse erforderlich,
das imstande ist, mit der schnellen und zwangsweisen Kühlung fertig
zu werden.
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Jedoch
weist eine herkömmliche
Heizplatteneinheit das Problem auf, daß es schwierig ist, auf die schnelle
und zwangsweise Kühlung
zu antworten.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Untersuchungen
angestellt, um die obenerwähnten
Probleme zu lösen,
und folglich für
die Einstellung der Temperatur des Heizsubstrats, das mit einer Temperatureinstelleinrichtung,
wie einem Keramikheizkörper
(einer Heizplatteneinheit) und dergleichen ausgestattet ist, festgestellt,
daß eine
schnelle Temperatursenkung erzielt werden kann durch: Senken des
Volumens eines Stützgehäuses durch
Verdünnung
der Dicke des Stützgehäuses auf
50 mm oder weniger; und Beschleunigen der Luftventilation und Umwälzung im
Stützgehäuse, falls
die Kühlung
unter Verwendung eines Kühlgases
oder einer Kühlflüssigkeit
(einem Kühlmittel)
durchgeführt
wird, und so ist die vorliegende Erfindung vollendet worden.
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Das
heißt,
ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Heizplatteneinheit,
die ein Stützgehäuse und
ein Substrat (ein Heizsubstrat) aufweist, das mit einer Temperatureinstelleinrichtung
ausgestattet ist, wobei das Substrat in das Stützgehäuse eingebaut ist, wobei die
Dicke des Stützgehäuses 50
mm oder weniger beträgt.
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Es
sollte beachtet werden, daß in
dieser Beschreibung der Ausdruck Dicke des Stützgehäuses praktisch die Höhe eines
Raumes ist, in dem ein Kühlmedium
(ein Kühlmittel)
umgewälzt
wird, und einen Abstand vom Boden des Heizsubstrats zum unteren
Teil des Stützgehäuses repräsentiert,
und falls keine Bodenplatte vorhanden ist, repräsentiert er den Abstand vom
Boden des Heizsubstrats zum untersten Teil des Außenrahmens
des Stützgehäuses, oder
die Dicke des Außenrahmens
des Stützgehäuses. Wenn
ferner eine Zwischenbodenplatte ausgebildet ist, ist die Dicke als
die Dicke des Bereichs definiert, in dem ein Kühlmittel zur Kühlung umgewälzt wird,
und wenn das Kühlmittel
zur Kühlung
nur bis zur Zwischenbodenplatte umgewälzt wird, repräsentiert
die Dicke den Abstand vom Boden des Heizsubstrats zur Zwischenbodenplatte
des Stützgehäuses, und
wenn das Kühlmittel
zur Kühlung
zur Bodenplatte umgewälzt
wird, ist die Dicke der Abstand vom Boden des Heizsubstrats zur
Bodenplatte, oder die Dicke des Außenrahmens.
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In
der obenerwähnten
Heizplatteneinheit ist das Volumen des Stützgehäuses klein, da die Dicke des obenerwähnten Stützgehäuses 50
mm oder kleiner ist, und ein zugeführtes Kühlmittel wird mit einem Heizsubstrat
in Kontakt gebracht, das aus einem Keramiksubstrat oder einem Metallsubstrat
besteht, um Wärme
auszutauschen, und das Kühlmittel,
das Wärme
aufnimmt, wird schnell aus dem Gehäuse heraus abgeleitet, und gleichzeitig
wird schnell neues Kühlmittel
niedriger Temperatur zugeführt,
so daß eine
schnelle Temperatursenkung erzielt werden kann.
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Insbesondere
ist es im Fall einer großen
Heizplatteneinheit mit einem Durchmesser, der 150 mm überschreitet,
bevorzugt, daß die
Dicke 30 mm oder kleiner ist, da eine schnelle Temperatursenkung
durchgeführt werden
kann, selbst wenn der Durchmesser groß ist.
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Ferner
beträgt
das Verhältnis
der Dicke 1 des obenerwähnten
Substrats zur Dicke L des Stützgehäuses vorzugsweise
0,02 ≤ 1/L.
Das liegt daran, daß wenn
1/L kleiner als 0,02 ist, das heißt die Dicke L des Stützgehäuses im
Verhältnis
zur Dicke 1 des Heizsubstrats (ein Keramiksubstrat, ein Metallsubstrat
und dergleichen) zu dick ist, die Ableitung des Wärmeaustauschkühlmittels
verzögert
wird und die Abkühlgeschwindigkeit verlangsamt
wird.
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Es
wird bevorzugt, daß 1/L
10 oder weniger beträgt
(10 ≥ 1/L).
Das liegt daran, daß dann,
wenn 1/L 10 überschreitet,
die Dicke 1 des Heizsubstrats im Verhältnis zur Dicke L des Stützgehäuses zu
groß ist
und die Wärmekapazität zu groß wird,
was zu einer Verlangsamung der Abkühlgeschwindigkeit führt.
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Es
sollte beachtet werden, daß die
obenerwähnte
Temperatureinstelleinrichtung vorzugsweise ein Widerstandsheizelement
ist. Dies liegt daran, daß ein
Widerstandsheizelement leicht auf dem Heizsubstrat bereitgestellt
werden kann, und dadurch die Einstellung der Temperatur der Heizplatteneinheit
verhältnismäßig leichter
durchgeführt
wird.
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Ferner
ist die obenerwähnte
Temperatureinstelleinrichtung vorzugsweise eine Kühleinrichtung.
Wenn die erwärmte
Heizplatteneinheit abgekühlt
wird, ermöglicht
dies, sie schnell abzukühlen.
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Ferner
ist ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Heizplatteneinheit,
die ein Stützgehäuse und
ein Substrat aufweist, das mit einer Temperatureinstelleinrichtung
ausgestattet ist; wobei das Substrat in das Stützgehäuse eingebaut ist, wobei das
Verhältnis
der Dicke 1 des Substrats zur Dicke L des Stützgehäuses 0,02 ≤ 1/L ist.
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Im
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dicke L des Stützgehäuses, da
das Verhältnis der
Dicke 1 des Substrats zur Dicke L des Stützgehäuses 0,02 ≤ 1/L ist, verglichen mit der
Dicke 1 des Substrats dünn,
und die Ableitung des Wärmeaustauschkühlmittels
wird beschleunigt, wodurch die schnelle Abkühlung des Substrats ermöglicht wird.
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Es
sollte beachtet werden, daß es
wünschenswert
ist, daß 1/
L 10 oder kleiner ist. Wie oben beschrieben, ist, falls 1/L 10 überschreitet,
die Dicke des Heizsubstrats verglichen mit dem Stützgehäuse groß, und die Wärmekapazität wird zu
groß,
was folglich zu einer Verlangsamung der Abkühlgeschwindigkeit führt.
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Im
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dicke des obenerwähnten Stützgehäuses vorzugsweise
50 mm oder kleiner. Da das Volumen eines Teils, in dem ein Kühlmittel
ventiliert, klein ist, kann aus dem obenerwähnten Grund eine schnelle Temperatursenkung
durchgeführt
werden.
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Ferner
ist außerdem
im zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die obenerwähnte Temperatureinstelleinrichtung
vorzugsweise ein Widerstandsheizelement, und die obenerwähnte Temperatureinstelleinrichtung
ist vorzugsweise eine Kühleinrichtung.
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Ferner
ist ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Heizplatteneinheit,
die ein Stützgehäuse und
ein Keramiksubstrat aufweist, das mit einem Widerstandsheizelement
ausgestattet ist, das aus einem oder mehreren Stromkreis(en) besteht;
wobei das Substrat in das Stützgehäuse eingebaut
ist, wobei die Dicke des Stützgehäuses 50
mm oder kleiner ist.
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In
einer Heizplatte mit einer solchen Struktur, wie oben beschrieben,
kann eine schnelle Temperatursenkung erzielt werden, da das Volumen
eines Teils, in dem ein Kühlmittel
ventiliert wird, klein ist.
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Ferner
beträgt
aus dem oben beschriebenen Grund das Verhältnis der Dicke 1 des obenerwähnten Substrats
zur Dicke L des Stützgehäuses vorzugsweise
0,02 ≤ 1/L.
Ferner beträgt
1/L vorzugsweise 10 oder weniger.
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Im
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Leitungsdraht,
der mit einem Endabschnitt des obenerwähnten Widerstandsheizelements
verbunden ist, und/oder eine Verdrahtung, die aus einem Temperaturmeßelement
herausgeführt
wird, das im obenerwähnten
Keramiksubstrat angebracht ist, aus einem Durchgangsloch herausgezogen,
das in der obenerwähnten
Bodenplatte ausgebildet ist, so daß es erleichtert wird, das
Kühlmittel
umzuwälzen.
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Da
ein Kühlmittel
ferner direkt auf das Keramiksubstrat geblasen werden kann, indem
das Kühlmitteleinleitungsrohr
in der obenerwähnten
Bodenplatte angeordnet wird, kann eine schnelle Temperatursenkung ausgeführt werden.
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Ferner
kann in den ersten bis dritten Aspekten der vorliegenden Erfindung
die Kühlung
durchgeführt werden,
indem Rohre und Ringe außerhalb
des Stützgehäuses angeordnet
werden und ein Kühlmittel
durch die Rohre und Ringe geschickt wird.
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Ferner
können
als Temperatureinstelleinrichtung die Widerstandsheizelemente an
der Oberfläche oder
innerhalb des Heizsubstrats angeordnet werden, oder es kann ein
Raum innerhalb des Heizsubstrats ausgebildet sein, um ein erwärmtes Öl einströmen zu lassen.
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Als
Kühlmittel
kann ein Gas oder eine Flüssigkeit
verwendet werden. Als Gas sind zum Beispiel ein Inertgas, wie Argon,
Helium und dergleichen, außer
Luft, ferner Stickstoff und Kohlendioxid verwendbar. Als Flüssigkeit
sind zum Beispiel Wasser, Ammoniak, Ethylenglykol und dergleichen verwendbar.
Als Heizsubstrat sind ein Keramiksubstrat und ein Metallsubstrat
verwendbar.
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Wie
oben beschrieben, ist im ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
der Typ der Substrate nicht beschränkt, jedoch ist die Dicke des
Stützgehäuses beschränkt; im
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Typ des Substrats
nicht beschränkt,
jedoch ist das Verhältnis
der Dicke 1 des Substrats zur Dicke L des Stützgehäuses beschränkt; und im dritten Aspekt
der vorliegenden Erfindung ist das Substrat ein Keramiksubstrat,
das mit dem Widerstandsheizelement ausgestattet ist, und die Dicke
des Stützgehäuses ist
beschränkt. Folglich
unterscheiden sich die Konstruktionen jedes Aspekts der vorliegenden
Erfindung voneinander, jedoch haben die Heizplatteneinheiten einen
Punkt gemeinsam, nämlich
daß sie
alle mit einem Substrat bzw. einem Stützgehäuse ausgestattet sind.
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Folglich
wird im folgenden eine Beschreibung einer Heizplatteneinheit als
Heizplatteneinheit der vorliegenden Erfindung gegeben, die ausgestattet
ist mit: einem Substrat, das ein Keramiksubstrat oder ein Metallsubstrat
aufweist; wobei ein Stützgehäuse vorzugsweise
die Dicke von 50 mm oder weniger aufweist und das Verhältnis der
Dicke 1 des Substrats zur Dicke L des Stützgehäuses vorzugsweise 0,02 ≤ 1/L beträgt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht, die schematisch ein Beispiel einer Heizplatteneinheit
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine vertikale Querschnittsansicht der in 1 dargestellten
Heizplatteneinheit.
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3 ist
eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Teil des Keramiksubstrats zeigt, das einen Bestandteil
der in 1 dargestellten Heizplatteneinheit bildet.
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4(a) ist eine Querschnittsansicht, die schematisch
eine Heizplatteneinheit zeigt, in der eine Zwischenbodenplatte ausgebildet
ist, und
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4(b) ist eine perspektivische Ansicht, die die
Bodenplatte zeigt, die das Stützgehäuse der
Heizplatteneinheit bildet.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Metallsubstrat zeigt,
das mit einem Gummi-Heizkörper
versehen ist.
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6(a) bis (d) sind
Querschnittsansichten, die schematisch einen Teil des Herstellungsverfahrens
eines Keramiksubstrats zeigen, das einen Bestandteil einer Heizplatteneinheit
bildet.
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- 9
- ein
Siliziumwafer
- 10
- eine
Heizplatteneinheit
- 11,
211
- ein
Keramiksubstrat
- 11a
- Heifläche
- 11b
- Unterseite
- 12,
212
- ein
Widerstandsheizelement
- 12a
- ein
Widerstandsheizelement-Endabschnitt
- 14
- ein
Grundloch
- 15,
215
- ein
Durchgangsloch
- 16,
262
- ein
Leiterdraht
- 17
- eine
Unterlegscheibe
- 18
- ein
Temperaturmeßelement
- 19
- ein
Metalldraht
- 20
- ein
leitergefülltes
Durchgangsloch
- 21,
252
- einwärmeisolierender
Ring
- 22,
270
- einStützgehäuse
- 22a
- ein
Stützgehäusehauptkörper
- 22b
- ein
Substrataufnahmeteil
- 22c
- ein
Bodenplattenaufnahmeteil
- 23
- ein
Blindloch
- 24,
260
- eine
Bodenplatte
- 25
- eine
Steuereinheit
- 26
- eine
Stromquelleneinheit
- 27,
258
- ein
Kühlmitteleinleitungsrohr
- 28a,
28b
- ein
Durchgangsloch
- 29
- ein
Führungsrohr
- 49
- ein
Hebestift
- 30
- ein
Gummi-Heizkörper
- 31
- eine
Aluminiumscheibe
- 32
- ein
Heizelement
- 33
- ein
Silikongummi
- 34
- eine
Schraube
- 213
- ein
Stromzufuhranschluß
- 218
- eine
Isolationsschicht
- 219
- einSiliziumwafer
- 251
- ein
Stift
- 253
- ein
Befestigungsmetallglied
- 255
- eine
Buchse
- 256
- eineZwischenbodenplatte
- 256a
- eine Öffnung
- 257
- eine
Hülse
- 258
- ein
Kühlmittelzufuhrrohr
- 259
- ein
Haltestift
- 260a
- eine Öffnung
- 260k
- eine
Einbeulung
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Offenbarung der Erfindung
im Detail
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1 ist
eine Draufsicht, die schematisch eine Ausführungsform einer Heizplatteneinheit
der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine
Querschnittsansicht der in 1 gezeigten
Heizplatteneinheit, und 3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht
des Keramiksubstrats, das einen Bestandteil der obenerwähnten Heizplatteneinheit
bildet.
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Das
Keramiksubstrat 11 ist in scheibenförmiger Form ausgebildet, und
in dem Keramiksubstrat 11 sind Widerstandsheizelemente 12 als
Temperatursteuereinrichtungen in einem konzentrischen kreisförmigen Muster
ausgebildet. Ferner sind diese Widerstandsheizelemente 12 in
einer Weise verbunden, daß jeder
eines Paares zweier benachbarter konzentrischer Kreise als ein Satz
eines Stromkreises eine Linie bildet.
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Da
die Widerstandsheizelemente 12 in das Keramiksubstrat 11 eingebettet
sind, sind ferner Blindlöcher 23 unmittelbar
unter dem Teil ausgebildet, in dem die Endabschnitte 12a von
Stromkreisen und Unterlegscheiben 17, die aus leitenden
Puffermaterialien bestehen, in die Blindlöcher 23 eingebaut
sind, und es sind Leitungsdrähte 16 in
Mittellöcher
der Unterlegscheiben 17 eingefügt, und die Unterlegscheiben 17 und
Leitungsdrähte 16 sind
gelötet,
so daß die
Endabschnitte 12a der Widerstandsheizelemente und die Leitungsdrähte 16 durch
die leitergefüllten
Durchgangslöcher 20 miteinander
verbunden sind. Übrigens
sind die Unterlegscheiben 17 als Puffermaterialien angebracht,
um ein Reißen,
das auf die Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen
den Leitungsdrähten 16 und
dem Keramiksubstrat 11 zurückzuführen ist, zu verhindern, das
zu der Zeit auftritt, wenn die Materialien, die Leitungsdrähte 16 werden
sollen, direkt in das Keramiksubstrat eingebettet werden, und folglich
ist ihr thermi scher Ausdehnungskoeffizient der Mittelwert zwischen
den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien.
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In
den 1 und 2 können die Widerstandsheizelemente
auf der Unterseite des Keramiksubstrats ausgebildet sein, obwohl
die Widerstandsheizelemente 12 in das Keramiksubstrat eingebettet
sind. In diesem Fall ist vorzugsweise eine Überzugschicht ausgebildet,
um die Widerstandsheizelemente zu schützen. Ferner können in
diesem Fall die Spitzenenden der Leitungsdrähte, deren Spitzenenden so
ausgebildet sind, daß sie
in der Querschnittsansicht eine T-Form aufweisen, durch Löten und
dergleichen angeschlossen und befestigt werden, und aus den Durchgangslöchern der
Bodenplatte 24 herausgeführt werden.
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Ferner
ist in der Unterseite 11b des Keramiksubstrats 11 ein
Grundloch 14 ausgebildet, um das Temperaturmeßelement,
wie ein Thermoelement, einzufügen,
und es wird ein Temperaturmeßelement 18,
das zwei Metalldrähte 19 aufweist,
in das Grundloch 14 eingefügt und mit einem wärmebeständigen Isolationsmaterial
(das in der Figur nicht gezeigt wird) wie Silikonharz und dergleichen
befestigt.
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Ferner
sind Durchgangslöcher 15 im
Keramiksubstrat 11 ausgebildet, und es sind Hebestifte 49 in
die Durchgangslöcher 15 eingefügt, wie
in 3 gezeigt, so daß ein Siliziumwafer 9 gehalten
werden kann, und die Hebestifte 49 werden auf und ab bewegt,
um: den Siliziumwafer 9 von einer Trägermaschine zu empfangen, den
Siliziumwafer 9 auf die Heizfläche 11a des Keramiksubstrats 11 zu
legen, um den Siliziumwafer zu erwärmen, und den Siliziumwafer 9 in
einem Abstand von 50 bis 2000 μm
von der Heizfläche 11a zu
halten, um den Siliziumwafer zu erwärmen. Es sollte beachtet werden,
daß, wie
in 2 gezeigt, Führungsrohre 29, die
mit den Durchgangslöchern 15 in
Verbindung stehen, unter den Durchgangslöchern 15 des Keramiksubstrats 11 ausgebildet
sind, um die Hebestifte 49 glatt hindurch gehen zu lassen.
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Das
Keramiksubstrat 11 mit einer solchen Struktur ist durch
den wärmeisolierenden
Ring 21 im oberen Teil eines im wesentlichen zylindrischen
Stützgehäuses 22 eingebaut
und andererseits ist im unteren Teil des Stützgehäuses 22 eine Bodenplatte 24 zur
Abschirmung von Wärme
angebracht. Ferner werden die Leitungsdrähte 16, die mit den
Widerstandsheizelementen 12 verbunden sind, und die Metalldrähte 19,
die mit dem Temperaturmeßelement
verbunden sind, durch die Durchgangslöcher 28a, 28b nach
außen
geführt,
die in der Bodenplatte 24 ausgebildet sind.
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Es
sollte beachtet werden, daß die
Leitungsdrähte 16 mit
einer Stromquelleneinheit 26 einer Steuereinrichtung verbunden
sind, und andererseits sind die Metalldrähte 19 mit der Steuereinheit 25 der
Steuereinrichtung verbunden.
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Wenn
folglich Elektrizität
an die Leitungsdrähte 16 angelegt
wird, die mit der Stromquelleneinheit 26 verbunden sind,
erzeugen die Widerstandsheizelemente 12 innerhalb des Keramiksubstrats 11 Wärme, um das
Keramiksubstrat 11 zu erwärmen, und so kann ein zu erwärmender
Gegenstand, wie ein Siliziumwafer und dergleichen erwärmt werden.
Zu dieser Zeit wird die Temperatur des Keramiksubstrats 11 ständig durch
das Temperaturmeßelement 18 überwacht,
und beruhend auf den Temperaturdaten wird ein Befehl zum Anlegen von
Spannung von der Steuereinheit 25 gegeben, und gemäß der Anweisung
von der Steuereinheit 25 wird eine geeignete Spannung von
der Stromquelleneinheit 26 angelegt.
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Ferner
ist ein Kühlmitteleinleitungsrohr 27 in
der Bodenplatte 24 angeordnet, und es wird ermöglicht, daß ein Kühlmittel
in das Innere des Stützgehäuses 22 durch
das Rohr geleitet wird, das nicht dargestellt ist, und die Temperatur
und die Einleitungsmenge des Kühlmittels
werden so gesteuert, daß die
Temperatursenkungsgeschwindigkeit und dergleichen gesteuert wird,
nachdem das Anlegen von Elektrizität an die Widerstandsheizelemente 12 beendet
ist.
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Im
Fall einer Heizplatteneinheit, die in 1 bis 3 gezeigt
ist, sind die Widerstandsheizelemente innerhalb des Keramiksubstrats
ausgebildet, jedoch können
die Heizelemente auf dessen Oberfläche (dessen Unterseite) ausgebildet
sein (Beispiele 2 bis 3). In diesem Fall wird ein Kühlmittel
direkt mit den Heizelementen in Kontakt gebracht, und es kann eine
schnelle Temperatursenkung erzielt werden.
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Ferner
ist 4(a) eine Querschnittsansicht,
die schematisch eine Heizplatteneinheit zeigt, wobei Widerstandsheizelemente
auf der Unterseite des Keramiksubstrats ausgebildet sind, und ferner
ist eine Zwischenbodenplatte darin angeordnet, und 4(b) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
die Bodenplatte zeigt, die das Stützgehäuse der Heizplatteneinheit
bildet.
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In
der Figur wird Luft als Kühlmittel
bis zur Bodenplatte 260 umgewälzt, wobei die Dicke des Stützgehäuses den
Abstand vom Boden des Keramiksubstrats zur Bodenplatte bedeutet.
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In
dieser Heizplatteneinheit 250 ist ein Isolationsfilm 218 auf
der Oberfläche
eines Keramiksubstrats 211 ausgebildet, und es sind Haltestifte 259 auf
der Oberfläche
des Keramiksubstrats 211 angebracht, die den Isolationsfilm 218 aufweist,
um einen Siliziumwafer 219 in einem konstanten Abstand
von der Heizfläche
des Keramiksubstrats 211 zu halten.
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Ferner
sind auf der Oberfläche
des Isolationsfilms 218 des Keramiksubstrats 211 Widerstandsheizelemente 212 ausgebildet,
und Stromzufuhranschlüsse 213 sind
mit den Endabschnitten der Widerstandsheizelemente 212 verbunden.
Die Stromzufuhranschlüsse 213 sind
durch eine Buchse 255 und Leitungsdrähte 262 mit einer
(in der Figur nicht gezeigten) Stromquelle verbunden, so daß durch
die Widerstandsheizelemente 212 Wärme erzeugt werden kann, indem
durch die Leitungsdrähte 262 und
so weiter Spannung angelegt wird, um das Keramiksubstrat 211 zu
erwärmen.
Ferner ist, obwohl nicht dargestellt, ein Thermoelement (ein Temperaturmeßelement)
zur Temperaturkontrolle im Keramiksubstrat 211 versenkt.
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Ferner
ist das Keramiksubstrat 211, das den Isolationsfilm 218 aufweist,
in einen wärmeisolierenden Ring 252 eingebaut,
der am Stützgehäuse (einem
Gehäuse) 270 angeordnet
ist, und der wärmeisolierende Ring 252 ist
am wärmeisolierenden
Ring 252 durch Stifte 251 befestigt, die durch
den wärmeisolierenden
Ring 252 gehen, und andererseits ist das Keramiksubstrat 211 im
wärmeisolierenden
Ring 252 durch die Stifte 251 und Befestigungsmetallglieder 253 befestigt.
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Im
Stützgehäuse 270 ist
eine Bodenplatte 260 integral mit dem Stützgehäuse 270 ausgebildet,
und es sind Öffnungen 260a ausgebildet,
und außerdem
ist ein Kühlmittelzufuhrrohr 258 angeordnet.
Ferner sind Hülsen 257 zum
Schutz von Hebestiften im Stützgehäuse ausgebildet,
um einen Siliziumwafer zu einer Trägermaschine zu transportieren.
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Ferner
ist innerhalb des Stützgehäuses 270 eine
Zwischenbodenplatte 256 installiert, die durch Blattfedern 254 gehalten
wird, und es sind Öffnungen 256a in
der Zwischenbodenplatte ausgebildet. Ferner sind, wie in 4(b) gezeigt, in der Bodenplatte 260k Einbeulungen 260k vertikal
und transversal ähnlich
einem Gitter ausgebildet. Daß eine
so große
Anzahl Einbeulungen 260k ausgebildet ist, liegt daran,
daß die
Verformung der Bodenplatte durch diese Einbeulungen 260 korrigiert
wird.
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Die
Dicke des Stützgehäuses in
der Heizplatteneinheit der vorliegenden Erfindung (die Dicke des Teils,
in dem das Kühlmittel
und dergleichen umgewälzt
wird) beträgt
50 mm oder weniger und ist gering. Deshalb ist das Volumen des Stützgehäuses klein,
und die Zufuhr und Ableitung des Kühlmittels kann schnell ausgeführt werden,
und folglich kann eine ausgezeichnete Temperatursenkungseigenschaft
bereitgestellt werden, um die Temperatur zu steuern.
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Ferner
kann dadurch, daß das
Stützgehäuse in geringer
Dicke ausgeführt
wird, die Dicke der Heizplatteneinheit selbst ebenfalls gering sein,
und folglich kann die Heizplatteneinheit verkleinert werden und
leicht sein, und sogar in dem Fall, daß sie in eine Einrichtung eingebaut
wird, kann die Vergrößerung der
Einrichtung selbst vermieden werden.
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Die
Dicke des Keramiksubstrats in der Heizplatteneinheit der vorliegenden
Erfindung beträgt
vorzugsweise 25 mm oder weniger, und ferner vorzugsweise 10 mm oder
weniger.
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Dies
liegt daran, daß dann,
wenn die Dicke des Keramiksubstrats 25 mm überschreitet, die Wärmekapazität des Keramiksubstrats
zunimmt und die Temperatursteuerungseigenschaft verschlechtert wird.
Es sollte beachtet werden, daß die
Dicke des Keramiksubstrats vorzugsweise einen Wert aufweist, der
1,5 mm überschreitet.
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Ferner
beträgt
in der vorliegenden Erfindung das Verhältnis der Dicke 1 des obenerwähnten Substrats zur
Dicke L des Stützgehäuses vorzugsweise
0,02 ≤ 1/L.
Da die Dicke L des Stützgehäuses verglichen
mit der Dicke 1 des Keramiksubstrats gering ist, kann das Wärmeaustauschkühlmittel,
wie Luft, schnell abgelassen werden, um eine schnelle Abkühlung möglich zu
machen.
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Wenn
1/L kleiner als 0,02 ist, das heißt die Dicke des Stützgehäuses verglichen
mit der Dicke des Keramiksubstrats zu groß ist, wird die Ableitung des
Kühlmittels,
wie Luft, die den Wärmeaustausch
auszuführen hat,
verzögert,
und das Kühlmittel,
das Wärme
akkumuliert, wie Luft, verweilt im Stützgehäuse, was zu einer Abnahme der
Abkühlgeschwindigkeit
führt.
Da das Kühlmittel
im Stützgehäuse verweilt,
streut ferner die Ableitungsmenge, und folglich wird die Reproduzierbarkeit
der Abkühlgeschwindigkeit
verschlechtert.
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Vorzugsweise
ist 1/L 10 oder kleiner (10 ≥ 1/L).
Wenn 1/L 10 überschreitet,
ist die Dicke 1 des Keramiksubstrats verglichen mit der Dicke L
des Stützgehäuses zu
groß,
was zu einer großen
Wärmekapazität führt. Daher
nimmt die akkumulierte Wärmemenge
des Keramiksubstrats zu, und die Abkühlgeschwindigkeit wird gesenkt.
Ferner wird das Volumen des Kühlmittels,
zur Ausführung
eines Kontaktwärmeaustausches
in Relation zur gespeicherten Wärmemenge
gesenkt, und die Wärmeaustauschmenge
streut, und folglich wird die Reproduzierbarkeit der Abkühlgeschwindigkeit
verschlechtert.
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Der
Durchmesser des obenerwähnten
Keramiksubstrats beträgt
vorzugsweise 200 mm oder mehr, und beträgt ferner vorzugsweise 12 Inch
(300 mm) oder mehr. Dies liegt daran, daß Siliziumwafer mit einem großen Durchmesser,
zum Beispiel 12 Inch oder größer, hauptsächlich als
Halbleiterwafer der nächsten
Generation eingesetzt werden. Wenn ferner der Durchmesser des Keramiksubstrats
klein ist, ist auch der Durchmesser des Stützgehäuses klein, und dessen Volumen
wird klein, und daher ist es nicht so nötig, eine Heizplatteneinheit
dünn zu
machen.
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Die
Heizplatteneinheit der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise
bei 150°C
oder mehr verwendet, und wird am bevorzugtesten bei 200°C oder mehr
verwendet.
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Als
nächstes
werden die Strukturen des Stützgehäuses und
des Keramiksubstrats und dergleichen, die die Heizplatteneinheit
bilden, in näheren
Einzelheiten beschrieben.
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Ein
Stützgehäuse 22 wird
vom Gesichtspunkt der Leichtigkeit der Verarbeitung und der Vortrefflichkeit der mechanischen
Eigenschaften im allgemeinen aus einem Metall, wie SUS und dergleichen
gefertigt.
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Wie
für das
Stützgehäuse 22 ist
ein rundes, ringförmiges
Substrataufnahmeteil 22b in der Innenseite des oberen Teils
des zylindrischen Hauptkörpers 22a ausgebildet,
um ein Keramiksubstrat 11 zu halten, und andererseits ist
entsprechend ein rundes, ringförmiges
Bodenplattenaufnahmeteil 22c in der Innenseite des unteren
Teils des Hauptkörpers 22a ausgebildet,
um eine Bodenplatte 24 zu halten, und die Bodenplatte 24 ist am
Bodenplattenaufnahmeteil 22c durch Verbindungsglieder befestigt,
wie Bolzen und dergleichen.
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Das
Material der Bodenplatte 22 ist nicht besonders beschränkt, insoweit
es aufweist: eine Wärmeleitfähigkeit,
die nicht so hoch ist und ausreicht, um eine ausgezeichnete Wärmeabschirmungseigenschaft
aufzuweisen; und einen hohen Wärmewiderstand;
verwendbar sind zum Beispiel ein wärmebeständiges Harz, eine Keramikplatte,
eine Verbundplatte, die wärmebeständige organische
Fasern und anorganische Fasern zusammen mit diesen Materialien enthält und dergleichen.
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Ferner
können
in den Durchgangslöchern 28a, 28b,
die in der Bodenplatte ausgebildet sind, Glieder angeordnet werden,
die imstande sind, die Leitungsdrähte 16 und Metalldrähte 19 zu
fixieren, die hindurch geführt
werden, um sie unbeweglich zu machen, oder die Leitungsdrähte 16 und
die Metalldrähte 19 können durch
die Durchgangslöcher 28a, 28b geführt werden,
wie sie sind.
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Das
Heizsubstrat der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt, und
kann zum Beispiel ein Keramiksubstrat, ein Metallsubstrat und dergleichen
sein.
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Als
Metallsubstrat sind eine oder mehrere Arten von Metallen verwendbar,
die aus Aluminium, Eisen, rostfreiem Stahl und Kupfer ausgewählt werden.
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Innerhalb
des Metallsubstrats oder auf dessen Oberfläche können Widerstandsheizelemente
ausgebildet sein.
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Im
Fall der Ausbildung der Widerstandsheizelemente auf der Oberfläche des
Metallsubstrats kann die Oberfläche
der Widerstandsheizelemente mit einem Isolationsmaterial überzogen
werden, und die Widerstandsheizelemente können zwischen Silikongummis
angeordnet werden und an einer Fläche der Metallplatte durch
Schrauben und dergleichen befestigt werden.
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Ferner
kann ein Kanal innerhalb des Metallsubstrats ausgebildet sein, und
es kann ein erwärmtes Öl oder ein
Kühlmittel
zur Kühlung
im Kanal umgewälzt
werden.
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Die
folgende Beschreibung beschreibt den Fall der Verwendung eines Keramiksubstrats.
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Das
Keramikmaterial, das das Keramiksubstrat der vorliegenden Erfindung
bildet, ist nicht besonders beschränkt, und es sind zum Beispiel
eine Nitridkeramik, eine Karbidkeramik, eine Oxidkeramik und dergleichen
verwendbar.
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Beispiele
der obenerwähnten
Nitridkeramik sind Metallnitridkeramiken, wie Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid,
Bornitrid und dergleichen.
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Ferner
sind Beispiele der obenerwähnten
Karbidkeramik Metallkarbidkeramiken wie Siliziumkarbid, Zirkonkarbid,
Tantalkarbid, Wolframkarbid und dergleichen.
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Beispiele
der obenerwähnten
Oxidkeramik sind Metalloxidkeramiken, wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Cordierit,
Mullit und dergleichen.
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Diese
Keramiken können
alleine oder in Kombination von zweien oder mehreren von ihnen verwendet werden.
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Unter
diesen Keramiken sind Nitridkeramiken und Oxidkeramiken bevorzugt.
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Ferner
ist Aluminiumnitrid unter den Nitridkeramiken am meisten bevorzugt.
Dies liegt daran, daß die Wärmeleitfähigkeit
am höchsten
ist, 180 W/m·K.
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Im
Keramiksubstrat der vorliegenden Erfindung ist der Porendurchmesser
der größten Poren
bevorzugt 50 μm
oder kleiner und die Porosität
beträgt
vorzugsweise 5% oder weniger. Ferner ist bevorzugt, daß das obenerwähnte Keramiksubstrat
entweder überhaupt
keine Poren aufweist oder, wenn Poren vorhanden sind, der Porendurchmesser
der größten Poren
vorzugsweise 50 μm
oder kleiner ist.
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Wenn
keine Poren vorhanden sind, ist die Durchschlagsspannung bei einer
hohen Temperatur besonders hoch und wenn umgekehrt in einem gewissen
Ausmaß Poren
vorhanden sind, ist die Bruchzähigkeit
besonders hoch. Folglich hängt
es von den benötigten
Eigenschaften ab, welche zu wählende
Gestaltung verändert
wird.
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Obwohl
es nicht klar ist, warum die Bruchzähigkeit stark von der Existenz
der Poren abhängig
wird, ist dies vermutlich darauf zurückzuführen, daß die Ausdehnung von Rissen
durch die Poren aufgehalten wird.
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Der
Grund, weshalb der Porendurchmesser der größten Poren in der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise 50 μm
oder weniger beträgt,
ist, daß wenn
der Porendurchmesser 50 μm überschreitet,
die Eigenschaft der hohen Durchschlagsspannung insbesondere bei
200°C schwer
aufrechtzuerhalten ist.
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Der
Porendurchmesser der größten Poren
beträgt
vorzugsweise 10 μm
oder weniger. Der Grund dafür ist,
daß der
Grad des Verziehens bei 200°C
oder mehr niedrig wird.
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Die
Porosität
und der Porendurchmesser der größten Pore
kann durch die Druckbeaufschlagungsdauer, den Druck, die Temperatur
und die Additive, wie SiC und BN, zur Zeit des Sinterns eingestellt
werden. Wie oben beschrieben, können SiC
und BN das Sintern behindern, so daß Poren eingeführt werden
können.
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Zur
Zeit der Messung des Porendurchmessers der größten Pore werden fünf Proben
vorbereitet, und die Oberfläche
jeder Probe wird zu einer Spiegelfläche poliert und an 10 Stellen
mit 2000 bis 5000-facher Vergrößerung mit
einem Elektronenmikroskop photographiert. Dann werden die maximalen
Porendurchmesser aus den durch das Photographieren erhaltenen Photographien
ausgewählt,
und der Durchschnitt der 50 Aufnahmen wird als der Porendurchmesser
der größten Pore
definiert.
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Die
Porosität
wird durch das Archimedische Verfahren gemessen. Das heißt, ein
gesinterter Körper wird
pulverisiert und das pulverisierte Produkt wird in Quecksilber gegeben,
um dessen Volumen zu messen, und das wahre spezifische Gewicht wird
aus dem Gewicht des pulverisierten Produkts und dessen Volumen berechnet,
und die Porosität
wird aus dem wahren spezifischen Gewicht und dem scheinbaren spezifischen Gewicht
berechnet.
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Das
obenerwähnte
Keramiksubstrat enthält
vorzugsweise 0,05 bis 10 Gew.% Sauerstoff. Der Grund dafür ist, daß die Absonderung
von Sauerstoff an den Korngrenzen den Bruchzähigkeitswert verbessern kann.
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Der
Grund dafür
ist, daß dann,
wenn der Sauerstoffgehalt unter 0,05 Gew.% liegt, das Sintern nicht fortschreiten
kann und die Porosität
hoch wird und die Wärmeleitfähigkeit
vermindert wird, wohingegen dann, wenn der Sauerstoffgehalt 10 Gew.% überschreitet,
die Menge des Sauerstoffs in den Korngrenzen zu hoch ist, und daher
die Wärmeleitfähigkeit
abnimmt und die Temperaturerhöhungs-
und -senkungseigenschaften verschlechtert werden.
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Um
Sauerstoff in das obenerwähnte
Keramiksubstrat einzubauen, wird ein Metalloxid mit den Rohmaterialpulvern
gemischt, und dem Brennen unterzogen.
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Beispiele
für das
obenerwähnte
Metalloxid sind Yttriumoxid (Y2O3), Aluminiumoxid (Al2O3), Rubidiumoxid (Rb2O),
Lithiumoxid (Li2O), Kalziumkarbonat (CaCO3) und dergleichen.
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Die
Zugabemengen dieser Metalloxide betragen vorzugsweise 0,1 bis 20
Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile einer Nitridkeramik.
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In
der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, daß das Keramiksubstrat
5 bis 5000 ppm Kohlenstoff enthält.
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Der
Grund dafür
ist, daß die
Zugabe von Kohlenstoff das Keramiksubstrat schwärzt und die Strahlungswärme zu der
Zeit effizient genutzt werden kann, wenn das Keramiksubstrat als
Heizkörper
verwendet wird.
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Der
Kohlenstoff kann amorph oder kristallin sein. Dies liegt daran,
daß im
Fall der Verwendung von amorphem Kohlenstoff die Abnahme des spezifischen
Volumenwiderstands bei einer hohen Temperatur verhindert werden
kann, und im Fall der Verwendung eines kristallinen die Abnahme
der Wärmeleitfähigkeit
bei einer hohen Temperatur verhindert werden kann. Folglich können abhängig von
den Verwendungszwecken sowohl der kristalline Kohlenstoff als auch
der amorphe Kohlenstoff zusammen verwendet werden. Ferner beträgt der Gehalt
des Kohlenstoffs bevorzugter 50 bis 2000 ppm.
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Im
Fall des Einbaus von Kohlenstoff in ein Keramiksubstrat, ist es
bevorzugt, Kohlenstoff hinzuzugeben, um die Helligkeit so zu steuern,
daß sie
N6 oder weniger als der Wert beträgt, der durch die Norm JIS
Z 8721 definiert wird. Der Grund dafür ist, daß jene mit einer derartigen
Helligkeit eine ausgezeichnete Strahlungswärmemenge und Verdeckungseigenschaft
aufweisen.
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Die
Helligkeit N repräsentiert
eine Helligkeitsskala, wobei die Helligkeit von idealem Schwarz
als 0 und die Helligkeit von idealem Weiß als 10 genommen wird und
die Helligkeit einer Probe auf der Skala ausgedrückt wird, die in 10 gleiche
Intensitätsintervalle
der wahrgenommenen Helligkeit, wie N0 bis N10, unterteilt wird.
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In
einer tatsächlichen
Messung wird ein Vergleich mit Farbkarten vorgenommen, die N0 bis
N10 entsprechen. In diesem Fall werden Dezimalbrüche auf 0 oder 5 gerundet.
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Falls
die Widerstandsheizelemente innerhalb des Keramiksubstrats ausgebildet
sind, können
sie in mehreren Schichten gebildet werden. In einem solchen Fall
ist es bevorzugt, die Muster der jeweiligen Schichten so zu bilden,
daß sie
sich gegenseitig vervollständigen,
und die Muster zu bilden, die in jeder der Schichten zu sehen sind,
wenn sie von der Heizfläche
betrachtet werden. Zum Beispiel kann eine Struktur mit einer Zickzackanordnung
verwendet werden.
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Die
Widerstandsheizelemente bestehen vorzugsweise aus Metallen, wie
Edelmetallen (Gold, Silber, Platin, Palladium), Blei, Wolfram, Molybdän, Nickel
und dergleichen, oder leitenden Keramiken, wie Karbide von Wolfram
oder Molybdän.
Der Grund dafür
ist, daß der
Widerstandswert erhöht
werden kann und eine große
Dicke schon dem Zweck dient, eine Trennung zu verhindern. Gleichzeitig
sind diese Metalle schwer zu oxidieren, und ihre Wärmeleitfähigkeit
ist schwierig zu senken. Sie können
alleine oder in Kombination von zweien oder mehreren von ihnen verwendet
werden.
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Da
es ferner erforderlich ist, daß die
Widerstandsheizelemente die Temperatur des gesamten Keramiksubstrats
gleichmäßig halten,
wird ein konzentrisches kreisförmiges
Muster bevorzugt, wie in 1 gezeigt, oder die Kombination
eines zum konzentrischen ähnlichen
Musters mit einem Windungsmuster. Die Dicke der Widerstandsheizelemente
beträgt
vorzugsweise 1 bis 50 μm,
und die Breite beträgt
vorzugsweise 5 bis 20 mm.
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Obwohl
die Widerstandswerte geändert
werden können,
indem die Dicke und die Breite der Widerstandsheizelemente geändert wird,
sind die obenerwähnten
Bereiche am praktischsten. Der Widerstandswert jedes Widerstandsheizelements
nimmt stärker
zu, wenn das Element in der Dicke dünner und in der Breite kleiner
wird.
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Es
sollte beachtet werden, daß falls
die Widerstandsheizelemente innen angeordnet sind, der Abstand zwischen
der Heizfläche
und den Widerstandsheizelementen klein wird und die Gleichmäßigkeit
der Temperatur der Oberfläche
verschlechtert wird, und daher muß die Breite der Widerstandsheizelemente
vergrößert werden.
Da ferner die Widerstandsheizelemente innerhalb des Keramiksubstrats
ausgebildet sind, wird es überflüssig, eine
enge Adhäsion
mit dem Keramiksubstrat zu berücksichtigen.
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Der
Schnitt eines Widerstandsheizelements kann entweder eine rechteckige,
eine elliptische, eine spindelförmige
oder eine halbkreisförmige
Form aufweisen, ist jedoch vorzugsweise flach. Dies liegt daran, daß da eine
flache dazu neigt, Wärme
zur Heizfläche
abzustrahlen, ein großer
Heizwert zur Heizfläche übertragen
werden kann, und eine Temperaturverteilung in der Heizfläche nicht
leicht erzeugt wird. Die Form des Widerstandsheizelements kann spiralförmig sein.
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Zur
Zeit der Bildung der Widerstandsheizelemente innerhalb des Keramiksubstrats
ist es bevorzugt, die Widerstandsheizelemente innerhalb eines Bereichs
von 60% in der Dickenrichtung ausgehend von der Unterseite zu bilden.
Dies liegt daran, daß die
Temperaturverteilung in der Heizfläche beseitigt werden kann und ein
Halbleiterwafer gleichmäßig erwärmt werden
kann.
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Um
Widerstandsheizelemente auf der Unterseite oder innerhalb des obenerwähnten Keramiksubstrats
zu bilden, ist es bevorzugt, eine leiterhaltige Paste zu verwenden,
die ein Metall und eine leitende Keramik aufweist.
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Das
heißt,
falls Widerstandsheizelemente auf der Unterseite eines Keramiksubstrats
gebildet werden, wird im allgemeinen nachdem ein Keramiksubstrat
durch Brennen hergestellt worden ist, die obenerwähnte leiterhaltige
Pastenschicht auf der Oberfläche
gebildet und gebrannt, um die Widerstandsheizelemente zu bilden.
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Andererseits
wird, wie in 1 und 2 gezeigt,
falls die Widerstandsheizelemente 12 innerhalb des Keramiksubstrats 11 gebildet
werden, nachdem die obenerwähnte
leiterhaltige Pastenschicht auf einer ungesinterten Tafel gebildet
worden ist, die sich ergebende ungesinterte Tafel unter Druck gesetzt
und zusammen mit anderen ungesinterten Tafeln erwärmt, um
integriert zu werden und eine Schichtung der ungesinterten Tafeln
zu erzeugen. Danach wird die Schichtung gebrannt, um die Widerstandsheizelemente
innerhalb des Keramiksubstrats zu bilden.
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Die
obenerwähnte
leiterhaltige Paste ist nicht besonders beschränkt, jedoch werden, um die
Leitfähigkeit
zu erhalten, jene bevorzugt, die Metallteilchen und leitende Keramikteilchen,
und zusätzlich
Harz, ein Lösungsmittel,
ein Verdickungsmittel und dergleichen enthalten.
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Beispiele
des Materials der obenerwähnten
Metallteilchen und der leitenden Keramikteilchen gleichen den oben
beschriebenen. Der Teilchendurchmesser dieser Metallteilchen oder
leitenden Keramikteilchen beträgt
vorzugsweise 0,1 bis 100 μm.
Dies liegt daran, daß wenn
der Durchmesser zu klein ist, unter 0,1 μm, leicht eine Oxidation stattfindet,
und wenn er andererseits 100 μm überschreitet,
das Sintern schwierig wird und der Widerstandswert erhöht wird.
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Die
Form der obenerwähnten
Metallteilchen kann sphärisch
oder schuppenförmig
sein. Im Fall der Verwendung solcher Metallteilchen kann eine Mischung
aus sphärischen
und schuppenförmigen
verwendet werden.
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Falls
die obenerwähnten
Metallteilchen eine Mischung der sphärischen und der schuppenförmigen sind,
sind Metalloxide leicht unter den Metallteilchen zu halten, und
es wird dafür
gesorgt, daß die
Adhäsion zwischen
den Widerstandsheizelementen und dem Keramiksubstrat zuverlässig ist
und der Widerstandswert erhöht
werden kann, und daher ist dies vorteilhaft.
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Beispiele
für Harz,
das für
die obenerwähnte
Paste verwendet werden soll, sind Acrylharz, Epoxidharz, Phenolharz
und dergleichen. Ferner sind Beispiele für das Lösungsmittel Isopropylalkohol
und dergleichen. Beispiele für
das Verdickungsmittel sind Zellulose und dergleichen.
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Wenn
eine leiterhaltige Paste für
Widerstandsheizelemente auf der Oberfläche des Keramiksubstrats gebildet
wird, ist es bevorzugt, neben den obenerwähnten Metallteilchen ein Metalloxid
zur leiterhaltigen Paste hinzuzugeben, um die obenerwähnten Metallteilchen
und die obenerwähnten
Metalloxide zu sintern. Auf eine solche Weise erfolgt durch Sintern
des Metalloxids zusammen mit den Metallteilchen ferner eine enge
Adhäsion
zwischen dem Keramiksubstrat und den Metallteilchen.
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Der
Grund, weshalb die enge Adhäsionseigenschaft
an das Keramiksubstrat verbessert wird, ist nicht klar, jedoch ist
dies vermutlich darauf zurückzuführen, daß Oxidfilme
auf der Oberfläche
des Metallteilchens gebildet werden, oder die Oberfläche eines
Keramiksubstrats, das Nichtoxide aufweist, geringfügig oxidiert wird
und die Oxidfilme durch die Metalloxide durch Sintern integriert
werden, um eine enge Adhäsion
der Metallteilchen und der Keramik zu ergeben. Falls ferner die
Keramik, die für
das Keramiksubstrat verwendet wird, ein Oxid ist, weist die Oberfläche natürlich ein
Oxid auf, so daß eine
leitende Schicht mit ausgezeichneter Adhäsionsfestigkeit gebildet wird.
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Das
obenerwähnte
Metalloxid ist vorzugsweise mindestens eines der Oxide, die zum
Beispiel aus Bleioxid, Zinkoxid, Siliziumdioxid, Boroxid (B2O3), Aluminiumoxid,
Yttriumoxid und Titanoxid ausgewählt
werden.
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Dies
liegt daran, daß diese
Oxide die Adhäsionsfestigkeit
zwischen den Metallteilchen und dem Keramiksubstrat verbessern können, ohne
den Widerstandswert der Widerstandsheizelemente zu erhöhen.
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Wenn
die Gesamtmenge der Metalloxide auf 100 Gewichtsteile eingestellt
wird, ist das Gewichtsverhältnis
von Bleioxid, Zinkoxid, Siliziumdioxid, Boroxid (B2O3), Aluminiumoxid, Yttriumoxid und Titanoxid
wie folgt: Bleioxid: 1 bis 10, Siliziumdioxid: 1 bis 30, Boroxid:
5 bis 50, Zinkoxid: 20 bis 70, Aluminiumoxid: 1 bis 10, Yttriumoxid:
1 bis 50 und Titanoxid: 1 bis 50. Das Verhältnis wird vorzugsweise so
eingestellt, daß die
Summe nicht über
100 Gewichtsteilen liegt.
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Indem
die Mengen dieser Oxide innerhalb der jeweiligen Bereiche eingestellt
werden, kann insbesondere die Adhäsionsfestigkeit zum Keramiksubstrat
verbessert werden.
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Die
Zugabemenge der obenerwähnten
Metalloxide zu den Metallteilchen beträgt vorzugsweise 0,1 Gew.% oder
mehr und liegt unter 10 Gew.%. Ferner beträgt der spezifische Oberflächenwiderstand
vorzugsweise 1 bis 45 mΩ/☐,
wenn die Widerstandsheizelemente unter Verwendung einer leiterhaltigen
Paste mit solchen Zusammensetzungen gebildet werden.
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Wenn
der spezifische Oberflächenwiderstand
45 mΩ/☐ überschreitet,
wird die Wärmestrahlungsmenge
für den
angelegten Spannungsbetrag so hoch, daß es schwierig wird, die Wärmestrahlungsmenge
zu steuern im Falle eines Keramiksubstrats, das die Widerstandsheizelemente
auf der Oberfläche
aufweist, und für eine
Halbleitervorrichtung gedacht ist. Wenn übrigens die Zugabemenge der
Metalloxide 10 Gew.% oder mehr beträgt, überschreitet der spezifische
Ober flächenwiderstand
50 mΩ/☐,
die Wärmestrahlungsmenge
wird dann für
den angelegten Spannungsbetrag so hoch, daß es schwierig wird, die Wärmestrahlungsmenge
zu steuern; und die Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung wird verschlechtert.
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Wenn
die Widerstandsheizelemente in der Oberfläche eines Keramiksubstrats
ausgebildet sind, ist es bevorzugt, daß eine Metallüberzugschicht
auf der Oberfläche
der Widerstandsheizelemente ausgebildet ist. Dies liegt daran, daß die Änderung
des Widerstandswerts, die auf die Oxidation des gesinterten Metallkörpers zurückzuführen ist,
verhindert werden kann. Die zu bildende Metallüberzugschicht beträgt vorzugsweise
0,1 bis 10 μm.
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Es
kann ohne jede Einschränkung
jedes nicht oxidierbare Metall als Metall für die Bildung der obenerwähnten Metallüberzugschicht
verwendet werden, und praktische Beispiele sind Gold, Silber, Palladium,
Platin, Nickel und dergleichen. Sie können für sich oder in Kombination
von zweien oder mehreren von ihnen verwendet werden. Unter ihnen
wird Nickel bevorzugt.
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Falls
die Widerstandsheizelemente innerhalb eines Keramiksubstrats ausgebildet
sind, wird der Überzug überflüssig, da
verhindert wird, daß die
Widerstandsheizelemente oxidiert werden.
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Die
Größe der Verbindungsabschnitte
der Metalldrähte
eines Thermoelements, das in den Grundlöchern des obenerwähnten Keramiksubstrats
versenkt werden soll, ist gleich dem Durchmesser der Drahtlitze jedes
Metalldrahts oder größer als
dieser und 0,5 mm oder kleiner. Mit einer solchen Gestaltung wird
die Wärmekapazität der Verbindungsabschnitte
gesenkt und die Temperatur wird präzise und schnell in den elektrischen
Stromwert umgesetzt. Deshalb wird die Temperatursteuerbarkeit verbessert,
und die Temperaturverteilung der Heizfläche des Wafers wird klein.
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Beispiele
des obenerwähnten
Thermoelements sind Thermoelemente des K-Typs, R-Typs, B-Typs, S-Typs,
E-Typs, J-Typs und T-Typs, wie in JIS-C-1602 (1980) aufgelistet.
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Als
nächstes
wird ein Beispiel des Herstellungsverfahrens eines Keramiksubstrats,
das einen Bestandteil einer Heizplatteneinheit der vorliegenden
Erfindung bildet, gemäß der Querschnittsansichten
der 6(a) bis (d) beschrieben,
und ferner wird kurz ein Verfahren zum Aufbauen einer Heizplatteneinheit beschrieben,
die das Keramiksubstrat verwendet.
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(1)
Zuerst wird eine ungesinterte Tafel 50 erhalten, indem
ein Pulver einer Keramik, wie eine Nitridkeramik, eine Karbidkeramik
und dergleichen mit einem Binder und einem Lösungsmittel gemischt wird.
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Als
Keramikpulver sind zum Beispiel ein Aluminiumnitridpulver, ein Siliziumnitridpulver
und dergleichen verwendbar. Ferner kann ein Hilfsmittel, wie Yttriumoxid
hinzugegeben werden.
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Ferner
ist es wünschenswert,
daß als
Binder mindestens einer der Binder verwendet wird, der aus einem
Acrylbinder, Ethylzellulose, Butylcellosolve und Polyvinylalkohol
ausgewählt
wird.
-
Ferner
ist es wünschenswert,
daß als
Lösungsmittel
mindestens eines der Lösungsmittel
verwendet wird, die aus α-Terpineol und Glykol
ausgewählt
werden.
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Die
ungesinterte Tafel 50 wird hergestellt, indem eine Paste,
die durch Mischung dieser Materialien erhalten wird, durch ein Rakelverfahren
zu einer tafelförmigen
Form geformt wird.
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Je
nach Notwendigkeit, kann folgendes in der ungesinterten Tafel 50 gebildet
werden: Durchgangslöcher,
um Haltestifte für
einen Siliziumwafer einzusetzen, konkave Teile, um ein Thermoelement
einzubetten, und Durchgangslöcher
an Stellen, an denen leitergefüllte
Durchgangslöcher gebildet
werden sollen. Die Durchgangslöcher
können
durch Stanzen gebildet werden.
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Die
Dicke der ungesinterten Tafel 50 beträgt vorzugsweise etwa 0,1 bis
5 mm.
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Danach
werden die Durchgangslöcher
mit einer leiterhaltigen Paste gefüllt, um einen gedruckten Körper 200 mit
Durchgangsloch zu erhalten, und dann wird eine leiterhaltige Paste,
die zu Widerstandsheizelementen werden soll, auf die ungesinterte
Tafel 50 gedruckt.
-
Das
Drucken wird so ausgeführt,
daß ein
gewünschtes
Abmessungsverhältnis
erhalten wird, während das
Schrumpfungsverhältnis
der ungesinterten Tafel 50 berücksichtigt wird, um den gedruckten
Körper 120 mit einer
Widerstandsheizelementschicht zu erhalten.
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Der
gedruckte Körper
kann gebildet werden, indem eine leiterhaltige Paste gedruckt wird,
die eine leitende Keramik, Metallteilchen und dergleichen enthält.
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Als
leitende Keramikteilchen, die in der leiterhaltigen Paste enthalten
sind, sind Karbide von Wolfram oder Molybdän am geeignetsten, da sie schwer
zu oxidieren sind, und die Wärmeleitfähigkeit
kaum zu senken ist.
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Ferner
sind als Metallteilchen zum Beispiel Wolfram, Molybdän, Platin,
Nickel und dergleichen verwendbar.
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Der
durchschnittliche Teilchendurchmesser der leitenden Keramikteilchen
und der Metallteilchen beträgt
vorzugsweise 0,1 bis 5 μm.
Dies liegt daran, daß die
Paste für
einen Leiter schwer zu drucken ist, wenn die Teilchen zu groß oder zu
klein sind.
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Eine
optimale solche Paste ist eine leiterhaltige Paste, die durch Mischung
von 85 bis 97 Gewichtsteilen Metallteilchen oder leitenden Keramikteilchen,
1,5 bis 10 Gewichtsteilen mindestens eines Binders, der aus einem
Acrylbinder, Ethylzellulose, Butylcellosolve und Polyvinylalkohol
ausgewählt
wird, und 1,5 bis 10 Gewichtsteilen mindestens eines Lösungsmittels
hergestellt wird, das aus α-Terpineol,
Glykol, Ethylalkohol und Butanol ausgewählt wird.
-
(2)
Danach werden, wie in 6(a) gezeigt,
eine ungesinterte Tafel 50 mit gedruckten Körpern 200, 120 und
eine ungesinterte Tafel 50 ohne einen gedruckten Körper laminiert.
Der Grund, weshalb die ungesinterte Tafel 50 ohne einen
gedruckten Körper
auf der Seite der Bildung des Widerstandsheizelements laminiert wird,
ist, daß verhindert
werden kann, daß die
Endflächen
der leitergefüllten
Durchgangslöcher
zur Zeit des Brennens bei der Bildung des Widerstandsheizelements
oxidiert werden, selbst wenn die Endflächen freiliegen. Wenn das Brennen
zur Bildung des Widerstandsheizelements ausgeführt wird, während die Endflächen der
leitergefüllten
Durchgangslöcher
gebrannt werden, ist es erforderlich, daß ein Metall, wie Nickel, das
kaum oxidiert wird, gesputtert wird, und ferner kann vorzugsweise
ein Goldlötmittel
aus Au-Ni zum Überziehen
verwendet werden.
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(3)
Danach wird, wie in 6(b) gezeigt,
die Schichtung erwärmt
und unter Druck gesetzt, um eine Schichtung ungesinterter Tafeln
zu bilden.
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Danach
werden die ungesinterten Tafeln und die leiterhaltige Paste gesintert.
Die Temperatur des Brennens beträgt
vorzugsweise 1700 bis 2000°C
und der Druck der Druckbeaufschlagung zur Zeit des Brennens beträgt vorzugsweise
10 bis 20 MPa. Der Erwärmungs-
und Druckbeaufschlagungsschritt wird in einer Inertgasatmosphäre ausgeführt. Als
Inertgas sind Argon, Stickstoff und dergleichen verwendbar. Im Brennschritt
werden ein Durchgangsloch 20 und Widerstandsheizelemente 12 gebildet.
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(4)
Danach werden, wie in 6(c) gezeigt,
Blindlöcher 23 für eine äußere Anschlußverbindung
gebildet, und Unterlegscheiben 17 werden in die Blindlöcher 23 eingebaut.
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Die
Unterlegscheiben 17 weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen dem des Keramiksubstrats 11 und dem der Leitungsdrähte 16 auf,
dienen als ein Puffermaterial und sind vorzugsweise leitend.
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(5)
Schließlich
werden, wie in 6(d) gezeigt, die Leitungsdrähte 16 in
die Mittellöcher
der Unterlegscheiben 17 eingeführt, und die Unterlegscheiben 17 und
die Leitungsdrähte 16 werden
an das Keramiksubstrat 11 durch Löten, Hartlöten und dergleichen angebracht,
und gleichzeitig werden die Leitungsdrähte 16 durch die leitergefüllten Durchgangslöcher 20 mit
den Widerstandsheizelementen 12 verbunden.
-
Als
Lötmittel
können
Legierungen aus Silber-Blei, Blei-Zinn, Wismut-Zinn und dergleichen verwendet werden.
Es sollte beachtet werden, daß die
Dicke der Lötschicht
vorzugsweise 0,1 bis 50 μm
beträgt,
weil das ein ausreichender Bereich ist, um eine zuverlässige Verbindung
durch das Lötmittel
zu bilden.
-
(6)
Ferner wird ein Grundloch 14, wie in 2 gezeigt,
auf der Unterseite des Keramiksubstrats 11 gebildet, und
ein Temperaturmeßelement 18,
wie ein Thermoelement, wird in das Innere eingeführt und mit einem wärmebeständigen Isolationsglied
aus z.B. Silikonharz befestigt, um die Herstellung des Keramiksubstrats 11 zu
vollenden, das die Widerstandsheizelemente 12 enthält.
-
(7)
Danach wird das erhaltene Keramiksubstrat 11 durch einen
wärmeisolierenden
Ring 21 in ein Stützgehäuse 22 mit
der Struktur eingebaut, die in 2 gezeigt
ist, und die Leitungsdrähte 16 und
die Metalldrähte 19 werden
aus den Durchgangslöchern 28a, 28b in
einer Bodenplatte 24 herausgezogen, um den Aufbau der Heizplatteneinheit
zu vollenden.
-
Es
sollte beachtet werden, daß in
der obigen Beschreibung hauptsächlich
die Herstellung des Keramiksubstrats, in dem die Widerstandsheizelemente 12 eingebettet
sind, beschrieben wird, und zur Zeit der Herstellung der Keramikplatte,
in der die Widerstandsheizelemente auf der Unterseite ausgebildet
sind, nachdem das Stützgehäuse hergestellt
worden ist, eine leiterhaltige Paste auf die Unterseite des Keramiksubstrats
gedruckt und gebrannt wird, um die Widerstandsheizelemente zu bilden,
wie oben beschrieben, und danach die Metallüberzugschicht durch autokatalytische
Plattierung und dergleichen gebildet werden kann.
-
Im
Herstellungsverfahren des obenerwähnten Keramiksubstrats werden
die Widerstandsheizelemente innerhalb des Keramiksubstrats unter
Verwendung von ungesinterten Tafeln gebildet, jedoch kann das Keramiksubstrat
hergestellt werden durch: Herstellen eines Pulvergranulats, wobei
ein Keramikpulver, ein Binder und dergleichen verwendet wird; dem
sich die Herstellung eines geformten Körpers durch Durchführen einer Preßformung
anschließt,
nachdem eine Preßform
mit dem resultierenden Pulver gefüllt worden ist; und dann Brennen
des geformten Körpers.
In diesem Fall werden Metalldrähte
und dergleichen in die Preßform
versenkt, um Widerstandsheizelemente zu bilden. Außerdem können Widerstandsheizelemente
auf der Unterseite durch das obenerwähnte Verfahren gebildet werden,
nachdem das Keramiksubstrat hergestellt worden ist.
-
Die
oben beschriebene Heizplatteneinheit, kann auch zu einem elektrostatischen
Spannfutter werden, indem Widerstandsheizelemente auf der Oberfläche oder
innerhalb des Keramiksubstrats gebildet werden und elektrostatische
Elektroden innerhalb des Keramiksubstrats angebracht werden.
-
Ferner
kann sie zu einem Waferprüfer
werden, indem Widerstandsheizelemente auf der Unterseite oder innerhalb
des Keramiksubstrats gebildet werden, und eine Schutz elektrode und
eine Masseelektrode innerhalb des Keramiksubstrats angebracht werden.
-
Beste Art, die Erfindung
auszuführen
-
Im
folgenden wird die Erfindung detaillierter beschrieben.
-
(Beispiel 1) Herstellung
einer Heizplatteneinheit
-
- (1) Es wurde eine ungesinterte Tafel mit der
Dicke von 0,47 mm erhalten, wobei eine Paste verwendet wurde, die
100 Gewichtsteile eines Aluminiumnitridpulvers (durchschnittlicher
Teilchendurchmesser 1,1 μm, hergestellt
durch Tokuyama Corporation), 4 Gewichtsteile Yttriumoxid (durchschnittlicher
Teilchendurchmesser 0,4 μm),
11,5 Gewichtsteile eines Acrylbinders, 0,5 Gewichtsteile eines Dispersionsmittels
und 53 Gewichtsteile Alkohol enthielt, der 1-Butanol und Ethanol enthielt, indem
die Paste durch ein Rakelverfahren zu einer tafelförmigen Form
geformt wurde.
- (2) Danach wurden, nachdem die ungesinterte Tafel bei 80°C 5 Stunden
getrocknet worden war, Durchgangslöcher mit den Durchmessern 1,8
mm, 3,0 mm bzw. 5,0 mm gebildet. Diese Durchgangslöcher waren Teile,
die Durchgangslöcher
sein sollten, um Haltestifte einzusetzen, um einen Siliziumwafer
darin zu halten, Teile, die leitergefüllte Durchgangslöcher sein
sollten, und dergleichen.
- (3) Es wurde eine leiterhaltige Paste A durch Mischung von 100
Gewichtsteilen Wolframkarbidteilchen (durchschnittlicher Teilchendurchmesser
1 μm), 3,0
Gewichtsteilen eines Acrylbinders, 3,5 Gewichtsteilen α-Terpineollösungsmittel
und 0,3 Gewichtsteilen eines Dispersionsmittels hergestellt.
Es
wurde eine leiterhaltige Paste B durch Mischung von 100 Gewichtsteilen
Wolframteilchen (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 3 μm), 1,9 Gewichtsteilen
eines Acrylbinders, 3,7 Gewichtsteilen α-Terpineollösungsmittel und 0,2 Gewichtsteilen
eines Dispersionsmittels hergestellt.
Die leiterhaltige Paste
A wurde auf die ungesinterte Tafel durch Siebdruck gedruckt, um
eine leiterhaltige Pastenschicht für die Heizelemente zu bilden.
Die gedruckten Muster wurden als konzentrische kreisförmige Muster
hergestellt, wie in 1 gezeigt. Die leiterhaltige
Paste B wurde in die Durchgangslochteile gefüllt, um leitergefüllte Durchgangslöcher herzustellen.
Siebenundreißig ungesinterte
Tafeln, auf denen keine leiterhaltige Paste gedruckt war, wurden
auf die Oberseite (Heizfläche)
der ungesinterten Tafel gestapelt, die der obenerwähnten Behandlung
unterzogen wurde, und 13 ungesinterte Tafeln, auf denen keine leiterhaltige
Paste gedruckt war, wurden auf deren Unterseite gestapelt, und dann
wurden die ungesinterten Tafeln bei 130°C und einem Druck von 8 MPa
laminiert, um eine Schichtung zu bilden.
- (4) Danach wurde die erhaltene Schichtung bei 600°C 5 Stunden
in Stickstoffgas entfettet, bei 1890°C und 15 MPa Druck 10 Stunden
warmgepreßt,
um einen plattenförmigen
Aluminiumnitridkörper
mit der Dicke von 3 mm zu erhalten. Der erhaltene Körper wurde
zu einem plattenförmigen
Körper
mit einer Kreisform von 310 mm geschnitten, der innen Heizelemente
mit der Dicke von 6 μm
und der Breite von 10 mm enthielt.
Es sollte beachtet werden,
daß die
Größe der leitergefüllten Durchgangslöcher im
Durchmesser 0,2 mm und in der Dicke 0,2 mm betrug.
- (5) Danach wurde, nachdem der plattenförmige Körper, der in der obigen Beschreibung
(4) erhalten wurde, durch einen Diamantschleifer geschliffen worden
war, eine Maske aufgelegt und durch eine Sandstrahlbehandlung mit
SiC und dergleichen wurden Grundlöcher 14 für Thermoelemente
in der Oberfläche
gebildet.
- (6) Ferner wurden Blindlöcher 23 mit
einem Durchmesser von 5 mm und einer Tiefe von 0,5 mm durch Bohren
gebildet, und Unterlegscheiben 17, die aus W bestanden,
wurden in die Blindlöcher 23 eingebaut,
und nachdem Leitungsdrähte 16 in
die Mittellöcher
der Unterlegscheiben 17 eingeführt worden waren, wurden die
Unterlegscheiben 17 und die Leitungsdrähte 16 am Keramiksubstrat durch
Verwendung eines Goldlötmittels
aus einer Ni-Au-Legierung (Au: 81,5 Gew.%, Ni: 18,4 Gew.% und Verunreinigungen:
0,1 Gew.%) und Aufschmelzen des Lötmittels durch Erwärmung auf
970°C befestigt.
- (7) Danach wurden mehrere Thermoelemente, die Temperaturmeßelemente 18 in
den Grundlöchern 14 versenkt,
um die Herstellung des Keramiksubstrats zu vollenden, in dem die
Widerstandsheizelemente 12 versenkt wurden.
- (8) Danach wurde das Keramiksubstrat 11 durch einen
wärmeisolierenden
Ring 21 in ein Stützgehäuse 22 mit
der Dicke von 25 mm eingebaut, wie in 2 gezeigt,
und die Leitungsdrähte 16 und
die Metalldrähte 19 wurden
aus den Durchgangslöchern 28a, 28b herausgezogen
und mit einer Stromquelleneinheit 26 und einer Steuereinheit 25 verbunden,
um eine Heizplatteneinheit 10 erhalten.
-
(Beispiel 2)
-
- (1) Es wurde ein Pulvergranulat durch Sprühtrocknung
einer Zusammensetzung hergestellt, die 100 Gewichtsteile eines Aluminiumnitridpulvers
(durchschnittlicher Teilchendurchmesser 1,1 μm), 4 Gewichtsteile Yttriumoxid
(durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,4 μm), 12 Gewichtsteile eines Acrylbinders
und Alkohol enthielt.
- (2) Danach wurde das Pulver in eine Form gegeben und zu einer
flachen Plattenform geformt, um einen (ungesinterten) rohen geformten
Körper
zu erhalten.
- (3) Der bearbeitete rohe geformte Körper wurde bei 1800°C und 20
MPa Druck warmgepreßt,
um einen plattenförmigen
Aluminiumnitridkörper
mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Der erhaltene plattenförmige Körper wurde
zu einem Keramiksubstrat mit einer Kreisform von 310 mm Durchmesser
geschnitten, und das resultierende Keramiksubstrat wurde durchbohrt,
um Teile, die Durchgangslöcher 15 sein
sollen, um Haltestifte für
einen Siliziumwafer einzusetzen, und Teile, die leitergefüllte Durchgangslöcher 14 sein
sollen (Durchmesser: 1,1 mm, Tiefe: 2 mm) zu bilden.
- (4) Auf das Keramiksubstrat, das bearbeitet wurde, wie in Beschreibung
(3) beschrieben, wurde eine leiterhaltige Paste durch Siebdruck
gedruckt. Die gedruckten Muster wurden so geformt, daß sie konzentrische kreisförmige Muster
bildeten, wie in 1 gezeigt.
Als leiterhaltige
Paste wurde Solbest PS603D verwendet, das herkömmlicherweise für die Bildung
von leitergefüllten
Durchgangslöchern
für eine
gedruckte Leiterplatte verwendet wird, das von Tokuriki Kagaku Kenkyu-zyo
hergestellt wird.
Die leiterhaltige Paste war eine Silber-Blei-Paste
und enthielt 100 Gewichtsteile Silber und 7,5 Gewichtsteile Metalloxide,
die Bleioxid (5 Gew.%), Zinkoxid (55 Gew.%), Siliziumdioxid (10
Gew.%), Boroxid (25 Gew.%) und Aluminiumoxid (5 Gew.%) aufwiesen.
Die Silberteilchen wiesen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser
von 4,5 μm
auf und waren schuppenförmig.
- (5) Dann wurde das Keramiksubstrat 11, auf dem die
leiterhaltige Paste gedruckt war, auf 780°C erwärmt, um Silber und Blei in
der leiterhaltigen Paste zu sintern und gleichzeitig die Paste auf
dem Keramiksubstrat 11 einzubrennen und Widerstandsheizelemente 12 zu
bilden. Die Heizelemente aus Silber-Blei wiesen eine Dicke von 5 μm, eine Breite
von 2,4 mm, und einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 7,7 mΩ/☐ auf.
- (6) Das Keramiksubstrat 11, das hergestellt wurde,
wie in der Beschreibung (5) beschrieben, wurde in ein autokatalytisches
Nickelplattierungsbad getaucht, das eine wässerige Lösung aufwies, die 80 g/l Nickelsulfat,
24 g/l Natriumhypophosphit, 12 g/l Natriumacetat, 8 g/l Borsäure und
6 g/l Ammoniumchlorid enthielt, um eine Metallüberzugschicht (eine Nickelschicht)
mit einer Dicke von 1 μm
auf der Oberfläche
der Silber-Blei-Heizelemente niederzuschlagen.
- (7) Auf die Teile, an denen Leitungsdrähte anzubringen waren, um zuverlässig eine
Verbindung mit einer Stromquelle zu bilden, wurde eine (von Tanaka
Kikinzoku Kogyo CO. hergestellte) Silber-Blei-Lötpaste gedruckt, um eine Lötschicht
zu bilden, und dann wurden elektrische Drähte mit T-förmigen Querschnittsansichten
an den Spitzenendteilen auf der Lötschicht angeordnet und zum
Erwärmen
und Aufschmelzen des Lötmittels
auf 420°C
erwärmt,
um an der Oberfläche
der Widerstandsheizelemente angebracht zu werden.
- (8) Die Thermoelemente, Temperaturmeßelemente, wurden mit Polyimid
versiegelt, um ein Keramiksubstrat zu erhalten, das die Widerstandsheizelemente
auf der Unterseite aufwies.
- (9) Dann wurde das erhaltene Keramiksubstrat durch einen wärmeisolierenden
Ring 21 in ein Stützgehäuse 22 mit
einer Dicke von 15 mm eingebaut, wie in 2 gezeigt,
und die Leitungsdrähte 16 und
die Metalldrähte 19 wurden
aus den Durchgangslöchern 28a, 28b herausgezogen
und mit einer Stromquelleneinheit 26 und einer Steuereinheit 25 verbunden,
um eine Heizplatteneinheit zu erhalten.
-
(Beispiel 3)
-
Es
wurde eine Heizplatteneinheit in derselben Weise wie in Beispiel
2 hergestellt, außer
daß ein
Stützgehäuse mit
der Dicke von 40 mm verwendet wurde.
-
(Beispiel 4)
-
Es
wurde ein Stützgehäuse verwendet,
in dem eine Zwischenbodenplatte angeordnet war, wie in 4 gezeigt.
-
Die
Dicke des Stützgehäuses betrug
20 mm, was der Abstand zwischen dessen Bodenplatte und der Unterseite
des Keramiksubstrats war. Die Dicke des Keramiksubstrats betrug
3 mm. Es wurde eine Heizplatteneinheit in derselben Weise wie in
Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme des oben beschriebenen.
-
(Beispiel 5)
-
Es
wurde eine Heizplatteneinheit in derselben Weise wie in Beispiel
2 hergestellt, außer
daß ein
Stützgehäuse mit
einer Dicke von 50 mm verwendet wurde, und die Dicke des Keramiksubstrats
so eingestellt wurde, daß sie
0,5 mm betrug.
-
(Beispiel 6)
-
Es
wurde eine Heizplatteneinheit in derselben Weise wie in Beispiel
2 hergestellt, außer
daß ein
Stützgehäuse mit
einer Dicke von 5 mm verwendet wurde, und die Dicke des Keramiksubstrats
so eingestellt wurde, daß sie
60 mm betrug. In diesem Gehäuse
wurde das Keramiksubstrat direkt im Stützsubstrat mit Schrauben befestigt.
-
(Beispiel 7)
-
Wie
in 5 gezeigt, wurde ein Heizsubstrat hergestellt,
indem ein Gummi-Heizkörper 30,
der aus einem Heizelement 32, das einen Nichromdraht aufwies,
und zwei Silikongummitafeln 33 bestand, die das Heizelement 32 zwischen
sich einschlossen, mit einer Schraube 34 auf einer Seite
einer Aluminiumscheibe 31 mit einer Dicke von 15 mm und
einem Durchmesser von 310 mm befestigt wurde.
-
Das
Heizsubstrat mit einer solchen Struktur wurde in einen wärmeisolierenden
Ring eines Stützgehäuses eingebaut,
in dem eine Zwischenbodenplatte angeordnet war, wie in 4 gezeigt,
um eine Heizplatteneinheit zu erhalten. Die Dicke des Stützgehäuses betrug
15 mm, was der Abstand zwischen der Bodenplatte und der Unterseite
des Keramiksubstrats war.
-
(Beispiel 8)
-
Es
wurde eine Heizplatteneinheit in derselben Weise wie in Beispiel
2 hergestellt, außer
daß ein
Stützgehäuse mit
einer Dicke von 5 mm verwendet wurde und die Dicke des Keramiksubstrats
so eingestellt wurde, daß sie
30 mm betrug.
-
(Vergleichsbeispiel 1)
-
Es
wurde eine Heizplatteneinheit in derselben Weise wie in Beispiel
2 hergestellt, außer
daß das
Stützgehäuse mit
einer Dicke von 55 mm verwendet wurde.
-
(Vergleichsbeispiel 2)
-
Es
wurde eine Heizplatteneinheit in derselben Weise wie in Beispiel
7 hergestellt, außer
daß die
Dicke so eingestellt wurde, daß sie
55 mm betrug, was der Abstand zwischen der Bodenplatte und der Unterseite des
Keramiksubstrats war.
-
Die
Heizplatteneinheiten, die gemäß den Beispielen
1 bis 8 hergestellt wurden, und die Vergleichsbeispiele 1 bis 2
wurden auf 200°C
erwärmt
und dann auf 150°C
durch Luftzufuhr abgekühlt.
-
Bewertungsverfahren
-
(1) Messung der Temperatursenkungszeit
-
Die
Zeit, die benötigt
wurde, um die Temperatur jeder Heizplatteneinheit von 200°C auf 150°C zu senken,
wurde 10 mal gemessen, und der Durchschnittswert der Ergebnisse
von 10 Zeitmessungen wurde als die Temperatursenkungszeit definiert.
-
(2) Streuung der Temperatursenkungszeit
-
Es
wurde die Temperatursenkungszeit durch das obenerwähnte Verfahren
(1) gemessen, und es wurde die Streuung der Temperatursenkungszeit
für 10
Zeitmessungen gemäß der folgenden
G1eichung (1) berechnet. Streuung der Temperatursenkungszeit (%) = ((die
längste
Zeit – die
kürzeste
Zeit) / durchschnittliche Zeit] × 100 (1)
-
-
Wie
aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen klar wird, kann die Temperatur
schnell gesenkt werden, und die Streuung der Temperatursenkungszeit
kann klein werden, indem die Dicke L eines Gehäuses dünn gemacht wird, und dafür gesorgt
wird, daß das
Verhältnis
von (die Dicke eines Substrats: 1) /(die Dicke eines Gehäuses: L)
0,02 oder mehr beträgt.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Wie
oben beschrieben, ist eine Heizplatteneinheit der vorliegenden Erfindung
ein Dünntyp
und weist ein Stützgehäuse mit
einem kleinen Volumen auf, so daß eine Temperaturerhöhung und
Temperatursenkung ausreichend schnell ausgeführt werden kann, selbst wenn
der Durchmesser eines Substrats groß wird, und ferner kann wegen
dessen geringer Dicke und des leichten Gewichts, die Vorrichtung
verkleinert werden.
