JP2004200156A - Metal heater - Google Patents

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Kazutaka Majima
一隆 馬嶋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal heater in which a distance between a heated material of a semiconductor wafer or the like and a heating surface of the heater can be made constant, and the heated material of the semiconductor wafer or the like can be heated uniformly, because the flatness of the heating surface is secured. <P>SOLUTION: The metal heater is constituted of a plurality of metal plates and exothermic bodies, the exothermic bodies are pinched and maintained between the metal plates, and on the heating surface facing the heated material of the metal plates, corresponding to a region where the exothermic bodies are formed, a convex part for supporting the heated material is installed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、主に半導体産業、光産業等において使用される金属ヒータに関する。 The present invention relates to a metal heater mainly used in a semiconductor industry, an optical industry, and the like.

エッチング装置や、化学的気相成長装置等を含む半導体製造、検査装置等においては、従来、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を基板とした金属ヒータが用いられてきた。
図5は、従来から使用されている構成の金属ヒータを模式的に示した断面図である。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing and inspection apparatus including an etching apparatus, a chemical vapor deposition apparatus, and the like, a metal heater using a metal base material such as stainless steel or an aluminum alloy as a substrate has been conventionally used.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a metal heater having a configuration conventionally used.

この金属ヒータ50は、特許文献1にあるように、厚さ15mmのアルミニウム板51に、ニクロム線52をシリコンゴム61で挟持した発熱体が配線されたヒータである。 As described in Patent Document 1, the metal heater 50 is a heater in which a heating element in which a nichrome wire 52 is sandwiched between silicon rubbers 61 is wired on an aluminum plate 51 having a thickness of 15 mm.

特開平11−40330号公報JP-A-11-40330

ところが、このような構造の金属ヒータ50では、以下のような問題があった。
金属ヒータ50に用いられる金属板51は、ある程度の厚さを有する必要があった。なぜなら、金属板51が薄い場合には、剛性が小さくなるため、加熱に起因する熱膨張により、金属板51が周囲より圧迫を受けることや、支持容器60と金属板51との熱膨張率の違いに起因して、金属板51に反り、撓み等が発生してしまうからである。
そして、金属板51に、このような反りや撓み等が発生した場合には、金属板上に載置した半導体ウエハ59が均一に加熱されず、温度にばらつきが発生したり、半導体ウエハ59に傷がついたりしてしまうことがあった。
However, the metal heater 50 having such a structure has the following problems.
The metal plate 51 used for the metal heater 50 had to have a certain thickness. The reason is that when the metal plate 51 is thin, the rigidity becomes small, so that the metal plate 51 receives pressure from the surroundings due to thermal expansion caused by heating, and the coefficient of thermal expansion between the support container 60 and the metal plate 51 is reduced. This is because the metal plate 51 is warped or bent due to the difference.
When such a warp or a bend occurs in the metal plate 51, the semiconductor wafer 59 placed on the metal plate is not heated uniformly, causing a variation in the temperature, Sometimes it was scratched.

しかしながら、金属板51の厚さが厚すぎると、金属板51の熱容量が大きくなり、被加熱物を加熱、冷却する場合、発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金属板51の加熱面の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという問題があった。
また、金属板51上に半導体ウエハ59を載置し、金属板51の加熱面51aの温度が急激に低下した際に、これを元の温度に戻すまでに要する時間(リカバリー時間)が長くなり、生産性が低下するという問題があった。
また、このような金属ヒータ50では、昇温した場合に、設定温度から一時的に上方に外れるオーバーシュート現象があり、このオーバーシュートが発生した場合には、金属ヒータ50の加熱面を設定した温度にするために、さらに多くの時間を要していた。
However, when the thickness of the metal plate 51 is too large, the heat capacity of the metal plate 51 increases, and when the object to be heated is heated or cooled, the metal plate 51 is not affected by changes in the voltage or current applied to the heating element. There has been a problem that the temperature of the heating surface does not quickly follow, making it difficult to control the temperature.
Further, when the semiconductor wafer 59 is placed on the metal plate 51 and the temperature of the heating surface 51a of the metal plate 51 suddenly drops, the time required for returning the temperature to the original temperature (recovery time) becomes longer. However, there is a problem that productivity is reduced.
Further, in such a metal heater 50, when the temperature rises, there is an overshoot phenomenon in which the temperature temporarily deviates upward from the set temperature. When this overshoot occurs, the heating surface of the metal heater 50 is set. It took more time to reach the temperature.

また、金属ヒータ50では、図6に示すように、発熱体65が形成された領域(半導体ウエハ59の大きさ)に対応して、適切な個数の支持ピン58が金属板51の加熱面51aに設けられていなかったため、半導体ウエハ59に撓みが発生してしまい、その結果、半導体ウエハ59と金属板51との距離が半導体ウエハ59の場所によって大きく異なることに起因して、半導体ウエハ59が均一に加熱されないという問題があった。 Further, in the metal heater 50, as shown in FIG. 6, an appropriate number of support pins 58 are formed on the heating surface 51a of the metal plate 51 in accordance with the area where the heating element 65 is formed (the size of the semiconductor wafer 59). Since the semiconductor wafer 59 is not provided, the semiconductor wafer 59 is bent, and as a result, the distance between the semiconductor wafer 59 and the metal plate 51 greatly differs depending on the location of the semiconductor wafer 59. There was a problem that heating was not uniform.

なお、近年の半導体ウエハ等の大口径化等に伴って、より直径の大きい金属ヒータが求められているが、金属板の直径が大きくなるにつれて、金属板自体の温度分布にもばらつきが発生しやすくなるとともに、反りや撓み等も発生しやすくなり、上記した半導体ウエハの温度均一性が益々低下することになる。 With the recent increase in the diameter of semiconductor wafers and the like, a metal heater having a larger diameter has been required. However, as the diameter of the metal plate increases, the temperature distribution of the metal plate itself also varies. In addition to the above, the warpage, the bending, and the like also easily occur, and the above-mentioned temperature uniformity of the semiconductor wafer is further reduced.

本発明者は、上述した問題点に鑑み、過渡時面内均一性に優れ、リカバリー時間が比較的短く、加熱時に半導体ウエハ等の被加熱物に撓みが発生することがなく、被加熱物を均一に加熱することができる金属ヒータを得ることを目的として鋭意研究を行った結果、複数の金属板の間に発熱体を挟持させるとともに、金属板の被加熱物と対向する加熱面に発熱体が形成された領域に対応して、凸部を設けることにより、半導体ウエハに撓みが発生することがなく、被加熱物を均一に加熱することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of the above-described problems, the present inventor has excellent in-plane uniformity during transition, has a relatively short recovery time, and does not bend the object to be heated such as a semiconductor wafer during heating. As a result of intensive research aimed at obtaining a metal heater that can heat uniformly, a heating element is sandwiched between multiple metal plates and a heating element is formed on the heating surface of the metal plate facing the object to be heated. It has been found that the provision of the projections corresponding to the set regions allows the semiconductor wafer to be uniformly heated without causing bending of the semiconductor wafer, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明の金属ヒータは、複数の金属板と発熱体とから構成され、上記金属板の間に上記発熱体が挟持された金属ヒータであって、上記金属板の被加熱物と対向する加熱面には、上記発熱体が形成された領域に対応して、被加熱物を支持するための凸部が設けられていることを特徴とする。 That is, the metal heater of the present invention is a metal heater comprising a plurality of metal plates and a heating element, wherein the heating element is sandwiched between the metal plates, and the heating surface of the metal plate facing the object to be heated. Is provided with a convex portion for supporting an object to be heated, corresponding to a region where the heating element is formed.

本発明の金属ヒータは、複数の金属板を有しており、これらの金属板の間には、ヒータが挟持されている。このような構成の金属ヒータでは、一の金属板のみからなり、該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属ヒータに比べると、ヒータより加熱面側の金属板の厚さを上記一の金属板より薄くすることができるため、半導体ウエハ等の被加熱物を迅速に加熱することができ、リカバリー時間も短くなる。 The metal heater of the present invention has a plurality of metal plates, and the heater is sandwiched between these metal plates. In a metal heater having such a configuration, compared to a metal heater including only one metal plate and a heater provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate, a metal plate on a heating surface side of the heater is closer to the heating surface. Since the thickness can be made smaller than that of the one metal plate, an object to be heated such as a semiconductor wafer can be quickly heated, and the recovery time can be shortened.

さらに、本発明の金属ヒータでは、金属板の被加熱物と対向する加熱面に、発熱体が形成された領域に対応して、被加熱物を支持するための凸部が設けられているため、被加熱物である半導体ウエハ等に撓みが発生しにくい。このため、半導体ウエハ等と金属板の加熱面との距離を一定にすることができ、半導体ウエハ全体を均一に加熱することができる。 Furthermore, in the metal heater according to the present invention, the convex portion for supporting the object to be heated is provided on the heating surface of the metal plate facing the object to be heated, corresponding to the region where the heating element is formed. In addition, the semiconductor wafer or the like to be heated hardly bends. For this reason, the distance between the semiconductor wafer or the like and the heating surface of the metal plate can be made constant, and the entire semiconductor wafer can be uniformly heated.

本発明において、「発熱体が形成された領域に対応して、被加熱物を支持するための凸部が設けられている」とは、金属板の発熱体が形成された領域の大きさや、加熱する半導体ウエハの大きさに合わせて、適切な数の凸部が、金属板の加熱面の適切な位置に設けられていることをいう。
なお、「発熱体が形成された領域」とは、金属板に形成された発熱体パターンを垂直に金属板の加熱面に移行した際に、上記発熱体パターン部分を全て含む最小円の内部領域のことをいう。
In the present invention, "corresponding to the area in which the heating element is formed, a convex portion for supporting the object to be heated is provided" means the size of the area in which the heating element of the metal plate is formed, This means that an appropriate number of protrusions are provided at appropriate positions on the heating surface of the metal plate according to the size of the semiconductor wafer to be heated.
The “area where the heating element is formed” is defined as the internal area of the smallest circle including the entire heating element pattern when the heating element pattern formed on the metal plate is vertically shifted to the heating surface of the metal plate. Means

上記凸部の数としては、上記発熱体が形成された領域の直径が250mm以上、300mm未満の場合、6以上が望ましい。このような場合に、凸部の数が6未満では凸部同士の間隔が広くなり過ぎ、半導体ウエハに撓みが発生し、その結果、半導体ウエハと金属板との距離にばらつきが発生し、半導体ウエハの全体を均一に加熱することが困難になる。また、上記発熱体が形成された領域の直径が200mm以上、250mm未満の場合、上記凸部の数は、5以上が望ましく、上記発熱体が形成された領域の直径が300mm以上の場合、7以上が望ましい。 When the diameter of the region where the heating element is formed is 250 mm or more and less than 300 mm, the number of the protrusions is preferably 6 or more. In such a case, if the number of the convex portions is less than 6, the interval between the convex portions becomes too wide, and the semiconductor wafer bends. As a result, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate varies, and It becomes difficult to uniformly heat the entire wafer. When the diameter of the region where the heating element is formed is 200 mm or more and less than 250 mm, the number of the protrusions is desirably 5 or more. When the diameter of the region where the heating element is formed is 300 mm or more, 7 The above is desirable.

なお、金属板の加熱面に設置する凸部の数の上限は、特に限定されるものではないが、上記発熱体が形成された領域の直径が250mm以上、300mm未満の場合、20以下が望ましい。製造工程の煩雑さを避け、製造コストを抑え、かつ、加熱面の温度をより均一にするという観点からである。また、上記発熱体が形成された領域の直径が200mm以上、250mm未満の場合、上記凸部の数は、15以下が望ましい。 The upper limit of the number of protrusions provided on the heating surface of the metal plate is not particularly limited, but is preferably 20 or less when the diameter of the region where the heating element is formed is 250 mm or more and less than 300 mm. . This is from the viewpoint of avoiding the complexity of the manufacturing process, suppressing the manufacturing cost, and making the temperature of the heating surface more uniform. When the diameter of the region where the heating element is formed is 200 mm or more and less than 250 mm, the number of the projections is desirably 15 or less.

また、上記凸部を設置する位置については、例えば、金属板の比較的外周部となる領域で、金属板と同心円の円周上に、複数個の凸部を等間隔で設け、金属板の中心部に支持ピンを1個設ける配置、金属板の比較的外周部となる領域で、金属板と同心円の円周上、および、その内周になる同心円の円周上に、それぞれ複数個の支持ピンを等間隔で設け、金属板の中心部に支持ピンを1個設ける配置等が挙げられる。 In addition, for the position where the convex portion is provided, for example, in a region that is a relatively outer peripheral portion of the metal plate, on the circumference of a concentric circle with the metal plate, a plurality of convex portions are provided at equal intervals, and An arrangement in which one support pin is provided at the center portion, a plurality of regions are provided on the circumference of a concentric circle with the metal plate, and on the circumference of a concentric circle which is the inner periphery thereof, in a region which is a relatively outer periphery of the metal plate. There is an arrangement in which support pins are provided at equal intervals, and one support pin is provided at the center of the metal plate.

さらに、上記凸部を設置する位置については、金属板上に広く分散させ、かつ、中心に対して回転対象となる位置に設けられていることが望ましい。このような位置に凸部を設けることにより、半導体ウエハを加熱する際、半導体ウエハに撓みが生じず、半導体ウエハと金属板との距離が均一となり、半導体ウエハを均一に加熱することができるからである。
一方、凸部が金属板上に偏在している場合および/または不規則な間隔で設けられている場合、凸部同士の間隔が広い箇所ができ、その箇所において、半導体ウエハに撓みが発生し、その結果、半導体ウエハと金属板との距離が不均一となり、半導体ウエハを均一に加熱することが困難となる。
Further, it is desirable that the positions at which the convex portions are provided are widely dispersed on the metal plate and provided at positions to be rotated with respect to the center. By providing the convex portion at such a position, when the semiconductor wafer is heated, the semiconductor wafer does not bend, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate becomes uniform, and the semiconductor wafer can be heated uniformly. It is.
On the other hand, when the convex portions are unevenly distributed on the metal plate and / or are provided at irregular intervals, a portion having a large interval between the convex portions is formed, and the semiconductor wafer is bent at the portion. As a result, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate becomes uneven, making it difficult to heat the semiconductor wafer uniformly.

また、上記凸部は、例えば、金属板の加熱面に凹部を形成し、該凹部に支持ピンを挿入、固定するか、または、金属板に貫通孔を形成し、該貫通孔に支持ピンを挿入、固定すること等により、金属板の加熱面に設置することができる。なお、支持ピン用貫通孔と凹部とを併用して設けてもよい。
このような方法を用いることにより、比較的容易に支持ピンを金属板に固定することができるからである。
さらに、上記支持ピンを凹部に固定する方法としては、例えば、釘のように頭部を有する支持ピンを、該頭部が金属板側となるように、金属板の加熱面に形成された円柱状の空洞部からなる凹部に挿入し、C字形状のばねを支持ピンを囲み凹部に当接するように嵌め込んで、ばねの力により固定する方法等が挙げられる。
このような方法を用いることにより、支持ピンが金属板から脱落することなく、確実に固定される。
In addition, for example, the convex portion has a concave portion formed on a heating surface of a metal plate, and a support pin is inserted and fixed in the concave portion, or a through hole is formed in the metal plate, and a support pin is formed in the through hole. It can be installed on the heating surface of the metal plate by inserting or fixing. In addition, the through hole for the support pin and the recess may be provided in combination.
By using such a method, the support pins can be relatively easily fixed to the metal plate.
Further, as a method of fixing the support pin to the concave portion, for example, a support pin having a head like a nail may be formed on a heating surface of a metal plate such that the head is on the metal plate side. A method of inserting a C-shaped spring into a concave portion formed of a columnar hollow portion, fitting the C-shaped spring around the support pin so as to abut the concave portion, and fixing the spring by the force of the spring is used.
By using such a method, the support pins are securely fixed without falling off from the metal plate.

本発明の金属ヒータとしては、上記発熱体が形成された領域が250mm以上の直径であり、金属板の加熱面上に6つ以上の支持ピンが設けられたものが最適である。また、上記発熱体が形成された領域の中心には、少なくとも1つの支持ピンが設けられていることが望ましい。 As the metal heater of the present invention, the one in which the area where the heating element is formed has a diameter of 250 mm or more and six or more support pins are provided on the heating surface of the metal plate is optimal. It is preferable that at least one support pin is provided at the center of the area where the heating element is formed.

上記支持ピンの形状としては、例えば、先端が円錐の尖塔状、角錘の尖塔状または半球状のもの等が望ましい。支持ピン上に半導体ウエハを載置すると、該半導体ウエハと点接触となり、半導体ウエハにホットスポット等が形成されないからである。 The shape of the support pin is desirably, for example, a spire having a conical tip, a spire having a pyramid shape, or a hemispherical shape. This is because, when the semiconductor wafer is placed on the support pins, the semiconductor wafer comes into point contact with the semiconductor wafer and no hot spot or the like is formed on the semiconductor wafer.

上記支持ピンの先端部以外の形状が円柱状である場合、その直径は、1〜10mmであることが望ましい。1mm未満では半導体ウエハを載置した際、支持ピン自身の安定した支持性能が損なわれる恐れがあり、10mmを超えると半導体ウエハにホットスポット等が形成される場合があるからである。
また、上記支持ピンの円柱状部分の高さは、1〜10mmであることが望ましい。1mm未満では支持ピンを金属板の加熱面に確実に固定できないおそれがあり、10mmを超えると半導体ウエハを均一に加熱することができない場合があるからである。
さらに、上記支持ピンが釘のように頭部を有する形状である場合には、上記頭部は、凹部に嵌合することができる形状や大きさであることが望ましい。凹部の大きさに比べて頭部が小さすぎると、支持ピンが安定しないからである。
When the shape other than the tip of the support pin is cylindrical, the diameter is preferably 1 to 10 mm. If the thickness is less than 1 mm, the stable supporting performance of the support pins themselves may be impaired when the semiconductor wafer is mounted, and if it exceeds 10 mm, a hot spot or the like may be formed on the semiconductor wafer.
Further, the height of the columnar portion of the support pin is desirably 1 to 10 mm. If the thickness is less than 1 mm, the support pins may not be securely fixed to the heating surface of the metal plate. If the thickness exceeds 10 mm, the semiconductor wafer may not be heated uniformly.
Further, when the support pin has a shape having a head like a nail, it is desirable that the head has a shape and a size that can be fitted into the concave portion. If the head is too small compared to the size of the recess, the support pins will not be stable.

上記支持ピンは、セラミック製であることが望ましく、熱変形が比較的少なくシリコンウエハに対して磨耗しにくい点、生産性、コスト等を考慮すると、アルミナ、シリカ等の酸化物セラミックであることが望ましい。 The support pins are desirably made of ceramic, and are preferably oxide ceramics such as alumina and silica in consideration of the point that thermal deformation is relatively small and that they are not easily worn on a silicon wafer, productivity, cost, and the like. desirable.

上記金属ヒータにおいて、支持ピンは、金属板の加熱面から同じ高さで突出していることが望ましい。支持ピンの突出している高さが全て同じであると、半導体ウエハを載置した際、半導体ウエハは金属板の加熱面と平行となり、また、全ての支持ピンが半導体ウエハを支持するため、撓みが発生しない。その結果、半導体ウエハと金属板との距離が均一となり、半導体ウエハを均一に加熱することが可能となる。一方、支持ピンの突出している高さが異なる場合、半導体ウエハが傾いてしまい、また、高さの低い支持ピンが半導体ウエハと接触せず、撓みが生じる。その結果、半導体ウエハと金属板との距離にばらつきが発生し、半導体ウエハを均一に加熱することが困難となる。 In the above-described metal heater, it is desirable that the support pins protrude from the heating surface of the metal plate at the same height. If the protruding heights of the support pins are all the same, when the semiconductor wafer is placed, the semiconductor wafer is parallel to the heating surface of the metal plate, and since all the support pins support the semiconductor wafer, there is a deflection. Does not occur. As a result, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate becomes uniform, and the semiconductor wafer can be heated uniformly. On the other hand, when the protruding heights of the support pins are different, the semiconductor wafer is tilted, and the support pins having a low height do not come into contact with the semiconductor wafer, so that bending occurs. As a result, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate varies, making it difficult to uniformly heat the semiconductor wafer.

上記支持ピンが金属板の加熱面から突出する高さは、5〜5000μmであること、すなわち、被加熱物を金属板の加熱面から5〜5000μm離間した状態で保持することが望ましい。5μm未満では、金属板の温度分布の影響をうけて半導体ウエハの温度が不均一になると共にウエハが金属板に接触する可能性がある。5000μmを超えると、半導体ウエハの温度が上昇しにくくなり、特に、半導体ウエハの外周部分の温度が低くなってしまうからである。
被加熱物と金属板の加熱面とは5〜500μm離間することがより望ましく、20〜200μm離間することが更に望ましい。
The height at which the support pins protrude from the heating surface of the metal plate is preferably 5 to 5000 μm, that is, it is desirable to hold the object to be heated at a distance of 5 to 5000 μm from the heating surface of the metal plate. If it is less than 5 μm, the temperature of the semiconductor wafer becomes uneven due to the influence of the temperature distribution of the metal plate, and the wafer may come into contact with the metal plate. If the thickness exceeds 5000 μm, the temperature of the semiconductor wafer hardly rises, and particularly, the temperature of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer decreases.
The object to be heated and the heating surface of the metal plate are more preferably separated from each other by 5 to 500 µm, and further preferably separated from 20 to 200 µm.

上記支持ピンを設置する凹部および支持ピン用貫通孔の直径は1〜10mmが望ましい。1mm未満では、支持ピンを確実に固定することができず、10mmを超えるとクーリングスポットが発生するからである。
また、凹部の深さは、1〜10mmであることが望ましい。1mm未満であると、支持ピンが外れてしまうおそれがあり、10mmを超えるとクーリングスポットが発生するからである。
The diameter of the concave portion in which the support pin is provided and the through hole for the support pin is desirably 1 to 10 mm. If the thickness is less than 1 mm, the support pin cannot be securely fixed, and if it exceeds 10 mm, a cooling spot is generated.
Further, the depth of the concave portion is desirably 1 to 10 mm. If it is less than 1 mm, the support pin may be detached, and if it is more than 10 mm, a cooling spot is generated.

本発明の金属ヒータでは、複数の金属板のうち、ヒータより加熱面側の金属板の厚さが反対側の金属板の厚さに比べて厚いことが望ましい。
加熱面側の金属板の厚さが厚い場合、加熱面の反対側の金属板の熱容量は、加熱面側の金属板の熱容量に比べて相対的に小さい。そのため、加熱面の反対側の金属板は、加熱面側の金属板に比べて、熱の蓄積が起こりにくくなる。従って、常温のシリコンウエハを加熱面に順次載置し、連続処理を行う場合であっても、加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導が起こりにくく、当然、加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導に起因したオーバーシュート現象による加熱面側の金属板の温度変化も生じにくい。従って、加熱面側の金属板の温度制御が容易であり、加熱処理温度を一定に保つことができる。
In the metal heater of the present invention, it is preferable that, of the plurality of metal plates, the thickness of the metal plate on the heating surface side of the heater is larger than the thickness of the metal plate on the opposite side.
When the thickness of the metal plate on the heating surface side is large, the heat capacity of the metal plate on the opposite side of the heating surface is relatively smaller than the heat capacity of the metal plate on the heating surface side. Therefore, accumulation of heat is less likely to occur in the metal plate on the opposite side of the heating surface than in the metal plate on the heating surface side. Therefore, even when a normal temperature silicon wafer is sequentially placed on the heating surface and continuous processing is performed, heat conduction from the metal plate on the opposite side to the heating surface to the metal plate on the heating surface hardly occurs, and, of course, Temperature change of the metal plate on the heating surface side due to an overshoot phenomenon caused by heat conduction from the metal plate on the side opposite to the heating surface to the metal plate on the heating surface side is also unlikely to occur. Therefore, the temperature control of the metal plate on the heating surface side is easy, and the heat treatment temperature can be kept constant.

本発明の金属ヒータは、金属板に設置された発熱体に、さらに別の金属板を取り付けるような構成、すなわち、2つの金属板の間に発熱体を挟持するような構成としてもよく、また、3以上の金属板の間に発熱体を挟持するような構成としてもよい。 The metal heater of the present invention may have a configuration in which another metal plate is attached to a heating element provided on a metal plate, that is, a configuration in which a heating element is sandwiched between two metal plates. A configuration in which a heating element is sandwiched between the above metal plates may be adopted.

本発明の金属ヒータが、3以上の金属板を有する場合、加熱面側の金属板の厚さとは、最上層のヒータよりも上に存在する金属板(以下、上部金属板ともいう)の厚さをいい、加熱面と反対側の金属板(以下、下部金属板ともいう)の厚さとは、最上層のヒータより下に存在する金属板の厚さの合計のことをいうこととする。 When the metal heater of the present invention has three or more metal plates, the thickness of the metal plate on the heating surface side is the thickness of the metal plate existing above the uppermost heater (hereinafter, also referred to as the upper metal plate). That is, the thickness of the metal plate on the opposite side to the heating surface (hereinafter also referred to as a lower metal plate) refers to the total thickness of the metal plates existing below the uppermost heater.

ここで、3つの金属板を有する場合の金属ヒータの構成を図4に示す。なお、図4では、金属板およびヒータのみを図示している。
図4に示すような金属ヒータの場合、上部金属板の厚さとは、最上層のヒータAよりも上に存在する金属板Aの厚さaのことをいい、下部金属板の厚さとは、最上層のヒータAよりも下に存在する金属板Bおよび金属板Cの厚さの合計b+cのことをいうが、上記上部金属板の厚さは、上記下部金属板の厚さより厚いことが望ましい。
Here, the configuration of a metal heater having three metal plates is shown in FIG. FIG. 4 shows only the metal plate and the heater.
In the case of the metal heater as shown in FIG. 4, the thickness of the upper metal plate means the thickness a of the metal plate A existing above the uppermost heater A, and the thickness of the lower metal plate is This refers to the sum of the thicknesses b + c of the metal plates B and C existing below the uppermost heater A. The thickness of the upper metal plate is preferably larger than the thickness of the lower metal plate. .

上部金属板の厚さを厚い場合、下部金属板の熱容量は、上部金属板の熱容量に比べて相対的に小さい。そのため、下部金属板は、上部金属板に比べて、熱の蓄積が起こりにくくなる。従って、常温のシリコンウエハを加熱面に順次載置し、連続処理を行う場合であっても、下部金属板から上部金属板への熱伝導が起こりにくく、当然、下部金属板から上部金属板への熱伝導に起因したオーバーシュート現象による上部金属板の温度変化も生じにくい。従って、上部金属板の温度制御が容易であり、加熱処理温度を一定に保つことができる。 When the thickness of the upper metal plate is large, the heat capacity of the lower metal plate is relatively smaller than the heat capacity of the upper metal plate. Therefore, heat accumulation is less likely to occur in the lower metal plate than in the upper metal plate. Therefore, even when silicon wafers at room temperature are sequentially placed on the heating surface and continuous processing is performed, heat conduction from the lower metal plate to the upper metal plate hardly occurs, and, of course, the lower metal plate transfers to the upper metal plate. The temperature change of the upper metal plate due to the overshoot phenomenon caused by the heat conduction hardly occurs. Therefore, the temperature control of the upper metal plate is easy, and the heat treatment temperature can be kept constant.

以下、本明細書案では、主に2つの金属板にヒータが挟持されている構成の金属ヒータについて説明することとする。
本発明の金属ヒータにおいて、上部金属板の厚さは、その下限が1mmであることが望ましい。
上部金属板の厚さが1mm未満では、発熱体は加熱面との距離が短すぎるために、加熱面の温度分布に発熱体のパターンが反映されてしまい、その結果、半導体ウエハ等の被加熱物を均一に加熱することができない場合がある。これに対し、上部金属板の厚さが上記範囲にある場合には、加熱面の温度分布に発熱体パターンが反映されることがなく、被加熱物を均一に加熱することができる。
さらに、上部基板の厚さが上記範囲にある場合には、機械的な強度に優れ、該金属板に反りや撓み等が発生しないため、加熱面の平坦性をより確実に確保することができる。
また、上部金属板の厚さの下限は、5mmであることがより望ましい。
Hereinafter, in the present specification, a metal heater having a configuration in which a heater is sandwiched between two metal plates will be mainly described.
In the metal heater of the present invention, the lower limit of the thickness of the upper metal plate is desirably 1 mm.
If the thickness of the upper metal plate is less than 1 mm, the distance between the heating element and the heating surface is too short, and the pattern of the heating element is reflected in the temperature distribution on the heating surface. In some cases, the object cannot be heated uniformly. On the other hand, when the thickness of the upper metal plate is in the above range, the object to be heated can be uniformly heated without the heating element pattern being reflected in the temperature distribution on the heating surface.
Further, when the thickness of the upper substrate is within the above range, the mechanical strength is excellent, and the metal plate does not warp or bend, so that the flatness of the heating surface can be more reliably ensured. .
More preferably, the lower limit of the thickness of the upper metal plate is 5 mm.

上部金属板の厚さの上限は、50mmであることが望ましい。上部金属板の厚さが50mmを超えると、発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金属板の加熱面の温度が追従しにくくなり、半導体ウエハ等の被加熱物を迅速に加熱することができない場合があり、さらに、加熱面に半導体ウエハを載置した際に低下した温度を元に戻すまでの時間(リカバリー時間)が長くなり、これが作業時間の延長、生産性の低下に繋がることがある。 The upper limit of the thickness of the upper metal plate is desirably 50 mm. If the thickness of the upper metal plate exceeds 50 mm, it becomes difficult for the temperature of the heating surface of the metal plate to follow changes in the voltage or current applied to the heating element, and the object to be heated such as a semiconductor wafer is quickly heated. In some cases, and the time required to restore the reduced temperature when the semiconductor wafer is placed on the heating surface (recovery time) becomes longer, which leads to longer working time and lower productivity. May be connected.

また、上記構成とした場合の下部金属板の厚さの望ましい上限は、50mmであり、望ましい下限は、1mmであり、より望ましい上限は、30mmであり、より望ましい下限は、3mmである。 In addition, in the above configuration, a desirable upper limit of the thickness of the lower metal plate is 50 mm, a desirable lower limit is 1 mm, a more desirable upper limit is 30 mm, and a more desirable lower limit is 3 mm.

さらに、上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比(上部金属板の厚さ/下部金属板の厚さ)は、1〜10であることが望ましい。1未満であると、加熱面に歪みが生じてしまい、被加熱物を均一に加熱することかできなくなることがある。10を超えると、上部金属板の熱容量が大きくなり過ぎ、被加熱物を迅速に加熱することができなくなることがある。また、上部金属板の熱容量が大きくなり過ぎると、外周部と内周部との温度差が大きくなり、加熱面の温度均一性が低下することがある。特に1を超える場合が最適である。定常状態の加熱面の温度均一性に優れるからである。 Further, the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate (thickness of the upper metal plate / thickness of the lower metal plate) is desirably 1 to 10. If it is less than 1, distortion may occur on the heating surface, and the object to be heated may not be heated uniformly. If it exceeds 10, the heat capacity of the upper metal plate becomes too large, and it may not be possible to quickly heat the object to be heated. Further, when the heat capacity of the upper metal plate becomes too large, the temperature difference between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion increases, and the temperature uniformity of the heated surface may be reduced. In particular, the case where it exceeds 1 is optimal. This is because the heating surface in the steady state has excellent temperature uniformity.

本発明の金属ヒータにおいて、上部金属板と下部金属板との間には、ヒータが挟持されており、このヒータの内部には発熱体が形成されているのであるが、この発熱体の回路は、2以上に分割されていることが望ましい。
発熱体の回路が2以上に分割されている場合には、温度が低下しやすい金属ヒータの最外周で細かい温度制御を行うことが可能となり、金属ヒータの温度のばらつきを抑えることができる。
また、本発明の金属ヒータでは、複数の金属板およびヒータの直径が全て同じであることが望ましい。ヒータからの熱を金属板の加熱面に均一に伝達することができるからである。
なお、金属板と支持容器との間に断熱リング等を介設する場合等においては、金属板の直径をそれぞれ異なるものとしてもよい。
In the metal heater of the present invention, a heater is sandwiched between the upper metal plate and the lower metal plate, and a heating element is formed inside the heater. It is desirable that it be divided into two or more.
When the circuit of the heating element is divided into two or more, it is possible to perform fine temperature control at the outermost periphery of the metal heater whose temperature is apt to decrease, and it is possible to suppress variations in the temperature of the metal heater.
Further, in the metal heater of the present invention, it is desirable that all of the plurality of metal plates and the heater have the same diameter. This is because heat from the heater can be uniformly transmitted to the heating surface of the metal plate.
In the case where a heat insulating ring or the like is provided between the metal plate and the support container, the diameters of the metal plates may be different from each other.

本発明の金属ヒータにおける、金属板の直径は、200mm以上が望ましい。大きな直径を持つ金属ヒータほど、加熱時に半導体ウエハの温度が不均一化しやすいため、本発明の構成が有効に機能するからである。また、このような大きな直径を持つ基板は、大口径の半導体ウエハを載置することができるからである。
金属板の直径は、特に12インチ(300mm)以上であることが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となるからである。
In the metal heater of the present invention, the diameter of the metal plate is desirably 200 mm or more. This is because the larger the diameter of the metal heater, the more likely the temperature of the semiconductor wafer becomes non-uniform during heating, and the configuration of the present invention functions effectively. In addition, a substrate having such a large diameter can mount a large-diameter semiconductor wafer.
The metal plate preferably has a diameter of 12 inches (300 mm) or more. This is because it will become the mainstream of next generation semiconductor wafers.

本発明の金属ヒータを構成する金属板は、その表面における平坦度が50μm以下であることが望ましい。本発明の金属ヒータを用いて半導体ウエハを加熱する場合には、半導体ウエハと金属板との距離をほぼ一定にすることが可能となるため、半導体ウエハの全体が均一となるように加熱することができる。
また、上記金属板は、その表面における平坦度が30μm以下であることがより望ましい。
なお、本明細書において、平坦度とは、金属板の表面における最も高い部分と最も低い部分との差をいうものとする。
It is desirable that the metal plate constituting the metal heater of the present invention has a flatness on the surface of 50 μm or less. When a semiconductor wafer is heated using the metal heater of the present invention, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate can be made substantially constant, so that the entire semiconductor wafer is heated so as to be uniform. Can be.
More preferably, the metal plate has a flatness of 30 μm or less on its surface.
In addition, in this specification, flatness shall mean the difference between the highest part and the lowest part on the surface of a metal plate.

このように平坦性に優れる金属ヒータを実現するためには、金属板が熱膨張した際の側面からの圧迫に伴う金属板の湾曲を防止する必要がある。このため、金属板の側面と支持容器(ボトムプレート)との間が密着しないように、スペースを確保することが望ましい。 In order to realize such a metal heater having excellent flatness, it is necessary to prevent the metal plate from being bent due to pressure from the side surface when the metal plate thermally expands. For this reason, it is desirable to secure a space so that the side surface of the metal plate and the support container (bottom plate) do not adhere to each other.

本発明では、複数の金属板は、同質の材料からなることが望ましい。また、これらの金属板の材料は、熱伝導性に優れるとともに、剛性が高く、熱膨張した際にも、変形しにくいものが望ましく、金属板自体の加工が終了した時点でより平坦度に優れたものとなっていることが望ましい。 In the present invention, it is desirable that the plurality of metal plates be made of the same material. In addition, the material of these metal plates is preferably excellent in thermal conductivity, high in rigidity, and hardly deformed even when thermally expanded, and more excellent in flatness when the processing of the metal plate itself is completed. It is desirable to have

本発明の金属ヒータを構成する金属板の材質としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス、インコネル、鋼鉄等を使用することができるが、これらのなかでは、アルミニウム合金が望ましく、アルミニウム−銅の合金がより望ましい。アルミニウム−銅の合金は、機械的な強度が高いため、金属板の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、歪んだりしない。そのため、金属板を薄くて軽いものとすることができる。また、アルミニウム−銅の合金は、熱伝導率にも優れているため、金属板として使用した場合、発熱体の温度変化に合わせて、加熱面の温度を迅速に追従させることができる。すなわち、電圧、電流値を変えて発熱体の温度を変化させることにより、上部金属板の加熱面温度を制御することができるのである。 As the material of the metal plate constituting the metal heater of the present invention, for example, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, stainless steel, inconel, steel and the like can be used. Among these, aluminum alloy is preferable. , An aluminum-copper alloy is more desirable. Aluminum-copper alloys have high mechanical strength, and therefore do not warp or warp due to heating even when the thickness of the metal plate is reduced. Therefore, the metal plate can be made thin and light. In addition, since an aluminum-copper alloy is also excellent in thermal conductivity, when used as a metal plate, the temperature of the heating surface can be quickly followed in accordance with the temperature change of the heating element. That is, the temperature of the heating surface of the upper metal plate can be controlled by changing the voltage and the current value to change the temperature of the heating element.

上記アルミニウム−銅合金には、アルミニウム、銅のほかに、マグネシウム、マンガン、ケイ素、亜鉛等が添加されていてもよい。加工性、耐食性、低膨張性等の諸機能を向上させることができるからである。 In addition to aluminum and copper, magnesium, manganese, silicon, zinc, and the like may be added to the aluminum-copper alloy. This is because various functions such as workability, corrosion resistance, and low expansion property can be improved.

上記金属板の材質として、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いる場合は、金属板の表面にアルマイト処理を施すことが望ましい。アルマイト処理とは、アルミニウムやアルミニウム合金に、電気化学処理(陽極酸化被膜処理)を行い、表面に酸化アルミニウムの薄い被膜を施す処理のことをいう。
このような処理を行うことにより、金属板の耐食性が向上するとともに、表面が硬くなるため、金属板に傷等が付きにくくなる。また、実際の半導体製造・検査工程で使用する場合であっても、金属板がレジスト液や腐食性ガス等によって腐食されにくくなる。
さらに、通常のアルマイト処理よりも低温度、高電圧、高電流密度で陽極酸化被膜処理を行うことにより、硬質アルマイト処理とすることができる。このような硬質アルマイト処理では、より硬質で厚い被膜が得ることが可能となる。
なお、上記被膜の厚さとしては、1μm以上が望ましいが、上記硬質アルマイト処理では、被膜の厚さを3μm以上とすることができる。
When aluminum, an aluminum alloy, or the like is used as the material of the metal plate, it is desirable that the surface of the metal plate be subjected to alumite treatment. The alumite treatment refers to a treatment in which an aluminum or aluminum alloy is subjected to an electrochemical treatment (anodized film treatment) to form a thin film of aluminum oxide on the surface.
By performing such a treatment, the corrosion resistance of the metal plate is improved, and the surface is hardened, so that the metal plate is hardly damaged. Further, even when the metal plate is used in an actual semiconductor manufacturing / inspection process, the metal plate is less likely to be corroded by a resist solution, a corrosive gas or the like.
Further, by performing the anodic oxide film treatment at a lower temperature, a higher voltage, and a higher current density than the ordinary alumite treatment, a hard alumite treatment can be performed. In such a hard alumite treatment, a harder and thicker film can be obtained.
The thickness of the coating is preferably 1 μm or more, but the thickness of the coating can be 3 μm or more in the hard alumite treatment.

本発明の金属ヒータでは、発熱体が形成されている領域の外縁は、金属板の外周から金属板の直径の25%以内の位置に存在していることが望ましい。通常、金属板の外周部分では、金属板の外縁部からの放熱が発生するため、金属板の中心部分よりも低温となり、その結果、加熱面の温度が不均一になりやすいが、本発明の金属ヒータでは、このような外周部分にも発熱体が配設されているため、被加熱物である半導体ウエハ等を温度のばらつきなく、均一に加熱することができる。 In the metal heater according to the present invention, it is desirable that the outer edge of the region where the heating element is formed is located at a position within 25% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate. Usually, in the outer peripheral portion of the metal plate, heat is generated from the outer edge portion of the metal plate, so that the temperature is lower than that of the central portion of the metal plate. As a result, the temperature of the heating surface is likely to be non-uniform. In the metal heater, since the heating element is also provided in such an outer peripheral portion, the object to be heated, such as a semiconductor wafer, can be uniformly heated without a temperature variation.

また、上記発熱体は、2以上に分割されていることが望ましい。
発熱体が2以上に分割されている場合には、それぞれの発熱体について別々に温度制御することにより、加熱面の温度をより均一にすることができるからである。具体的には、例えば、最外周に形成された発熱体パターンを、複雑に分割されたパターンとすることで、温度が低下しやすい金属ヒータの最外周で細かい温度制御を行うことが可能となり、加熱面の温度のばらつきを抑えることができる。
Further, it is desirable that the heating element is divided into two or more.
This is because, when the heating element is divided into two or more, by separately controlling the temperature of each heating element, the temperature of the heating surface can be made more uniform. Specifically, for example, by making the heating element pattern formed on the outermost periphery into a complicatedly divided pattern, it becomes possible to perform fine temperature control on the outermost periphery of the metal heater, which is apt to decrease in temperature, Variations in the temperature of the heating surface can be suppressed.

本発明の金属ヒータでは、その金属板の側面、または、当該金属板の加熱面の外縁もしくは表面に、ウエハガイドリングが設けられていてもよい。
上記金属ヒータを支持容器に取り付けて使用する場合などに、金属板の側方から、金属ヒータに載置した半導体ウエハに向かって流れる気流が発生し、この気流によって、半導体ウエハの温度の均一性が確保できなくなることがあるが、上記ウエハガイドリングを設けることにより、半導体ウエハに向かって流れる気流を阻止することができるため、半導体ウエハの温度の均一性をより一層確保することができる。
In the metal heater of the present invention, a wafer guide ring may be provided on a side surface of the metal plate or on an outer edge or surface of a heating surface of the metal plate.
When the above-mentioned metal heater is used by attaching it to a supporting container, for example, an airflow which flows from the side of the metal plate toward the semiconductor wafer placed on the metal heater is generated, and this airflow causes the uniformity of the temperature of the semiconductor wafer. However, by providing the above-mentioned wafer guide ring, the airflow flowing toward the semiconductor wafer can be prevented, so that the temperature uniformity of the semiconductor wafer can be further ensured.

また、本発明の金属ヒータには、石英などの光導波路を固定して、ヒータモジュールなどに使用することも可能である。この際、光導波路を凸部で支持することができる。 Further, the metal heater of the present invention can be used for a heater module or the like by fixing an optical waveguide such as quartz. At this time, the optical waveguide can be supported by the projection.

本発明の金属ヒータは、一の金属板のみからなり、該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属ヒータに比べ、半導体ウエハ等の被加熱物を迅速に加熱することができる。 The metal heater of the present invention comprises a single metal plate, and heats an object to be heated such as a semiconductor wafer more quickly than a metal heater in which a heater is provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate. be able to.

さらに、本発明の金属ヒータでは、金属板の被加熱物と対向する加熱面に、発熱体が形成された領域に対応して、被加熱物を支持するための凸部が設けられているため、被加熱物である半導体ウエハ等に撓みが発生しにくい。このため、半導体ウエハ等と金属板の加熱面との距離を一定にすることができ、半導体ウエハ全体を均一に加熱することができる。 Furthermore, in the metal heater according to the present invention, the convex portion for supporting the object to be heated is provided on the heating surface of the metal plate facing the object to be heated, corresponding to the region where the heating element is formed. In addition, the semiconductor wafer or the like to be heated hardly bends. For this reason, the distance between the semiconductor wafer or the like and the heating surface of the metal plate can be made constant, and the entire semiconductor wafer can be uniformly heated.

本発明の金属ヒータは、複数の金属板と発熱体とから構成され、上記金属板の間に上記発熱体が挟持された金属ヒータであって、上記金属板の被加熱物と対向する加熱面には、上記発熱体が形成された領域に対応して、被加熱物を支持するための凸部が設けられていることを特徴とする。 The metal heater according to the present invention is a metal heater including a plurality of metal plates and a heating element, wherein the heating element is sandwiched between the metal plates, and a heating surface of the metal plate facing an object to be heated is provided. A projection for supporting an object to be heated is provided corresponding to a region where the heating element is formed.

本発明の金属ヒータの一例として、2つの金属板の間にヒータが挟持されている構成の金属ヒータについて、図面を用いて説明する。
図1(a)は、このような金属ヒータを模式的に示す断面図であり、図1(b)は、図1(a)に示す金属ヒータにおいて発熱体と導電線とを接合用の箔を介してかしめにより接合する方法を模式的に示す図である。また、図2は、図1(a)に示す金属ヒータの平面図である。図3は、図1(a)に示す金属ヒータの一部であるヒータを模式的に示す水平断面図である。なお、図2では、発熱体を破線で図示している。
As an example of the metal heater of the present invention, a metal heater having a configuration in which a heater is sandwiched between two metal plates will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing such a metal heater, and FIG. 1B is a foil for joining a heating element and a conductive wire in the metal heater shown in FIG. 1A. It is a figure which shows typically the method of joining by caulking through. FIG. 2 is a plan view of the metal heater shown in FIG. FIG. 3 is a horizontal sectional view schematically showing a heater which is a part of the metal heater shown in FIG. In FIG. 2, the heating element is shown by a broken line.

この金属ヒータ10では、円板形状の上部金属板11と下部金属板21との間に、ヒータ12が挟持されており、上部金属板11とヒータ12と下部金属板21とは、金属板固定ネジ17により固定されるとともに、締め付けられ、ヒータ12の熱が上部金属板11に良好に伝達されるように構成されている。
また、上部金属板11の厚さは、下部金属板21の厚さよりも厚くなっている。従って、既に説明したように、加熱面の平坦性が確保されるとともに、加熱面の温度が均一になり、被加熱物を均一に加熱することできる。
また、金属板固定ネジ17で固定することにより、実質的な金属板の厚さが厚くなるため、加熱面の平坦性が、さらに向上する。
In this metal heater 10, a heater 12 is sandwiched between a disc-shaped upper metal plate 11 and a lower metal plate 21, and the upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 are fixed to the metal plate. It is configured to be fixed and tightened by screws 17 so that the heat of the heater 12 is transmitted well to the upper metal plate 11.
Further, the thickness of the upper metal plate 11 is larger than the thickness of the lower metal plate 21. Therefore, as described above, the flatness of the heating surface is ensured, the temperature of the heating surface becomes uniform, and the object to be heated can be uniformly heated.
Further, since the metal plate is fixed with the metal plate fixing screw 17, the substantial thickness of the metal plate is increased, so that the flatness of the heating surface is further improved.

また、金属ヒータ10では、釘のように頭部を有する支持ピン18を上部金属板11上に形成された円柱状の空洞部からなる凹部28に挿入し、C字形状のばね27を支持ピン18を囲み凹部28に当接するように嵌め込むことにより、上部金属板11の加熱面11aに支持ピン18を固定している。
なお、本実施形態では、図1に示す手段を用いて、支持ピンを金属板の加熱面に設置することとしているが、支持ピンを金属板の加熱面に設置する手段としては、図1に示す手段に限られず、例えば、ねじ部を有する支持ピンを、ねじ溝が形成された凹部に螺合する方法等であってもよい。
さらに、図2に示すように、上部金属板11の加熱面11aには、上部金属板11の比較的外周部となる領域で、上部金属板11と同心円の円周上に8個と、上部金属板11の中心部に1個との計9個の支持ピン18が設けられている。なお、半導体ウエハ19に撓みを発生させないため、同じ円周上の支持ピンは等間隔となるように設けられている。
In the metal heater 10, a support pin 18 having a head like a nail is inserted into a concave portion 28 formed of a columnar cavity formed on the upper metal plate 11, and a C-shaped spring 27 is attached to the support pin 18. The support pin 18 is fixed to the heating surface 11 a of the upper metal plate 11 by fitting the surrounding 18 into contact with the recess 28.
In the present embodiment, the support pins are installed on the heating surface of the metal plate by using the means shown in FIG. 1, but the means for installing the support pins on the heating surface of the metal plate are as shown in FIG. The present invention is not limited to the illustrated means. For example, a method of screwing a support pin having a screw portion into a concave portion having a thread groove may be used.
Further, as shown in FIG. 2, the heating surface 11 a of the upper metal plate 11 is provided on the heating surface 11 a of the upper metal plate 11 in a relatively outer peripheral region with eight pieces on the circumference of a circle concentric with the upper metal plate 11. A total of nine support pins 18 are provided at the center of the metal plate 11. In order to prevent the semiconductor wafer 19 from bending, the support pins on the same circumference are provided at equal intervals.

金属板固定ネジ17により固定された上部金属板11とヒータ12と下部金属板21とは、有底円筒形状の支持容器20の底面に設けられた支持板25により支持されており、支持板25と接触している部分以外は、支持容器20と接触しない構造となっている。また、支持容器20の下には、熱を遮蔽するための遮熱板23が設けられている。 The upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 fixed by the metal plate fixing screws 17 are supported by a support plate 25 provided on the bottom surface of a cylindrical support container 20 having a bottom. The portion other than the portion that is in contact with the support container 20 does not contact the support container 20. A heat shield plate 23 for shielding heat is provided below the support container 20.

本発明の金属ヒータ10では、上記構造をとることにより、上部金属板11の加熱面11aにおける平坦度50μm以下を実現することが可能である。このような平坦度を実現することにより、半導体ウエハを加熱する際、半導体ウエハと金属板との距離をほぼ一定にすることが可能となり、半導体ウエハの全体が均一な温度となるように加熱することができる。
本発明の金属ヒータ10においては、加熱面11aの周縁部に周辺からの気体の流入による温度の変化を防止するために、ウエハガイドリング26を設けてもよく、障壁リング32を設けてもよい。
In the metal heater 10 of the present invention, by adopting the above structure, it is possible to realize a flatness of 50 μm or less on the heating surface 11 a of the upper metal plate 11. By realizing such flatness, when heating the semiconductor wafer, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate can be made substantially constant, and the semiconductor wafer is heated so as to have a uniform temperature. be able to.
In the metal heater 10 of the present invention, a wafer guide ring 26 or a barrier ring 32 may be provided at the peripheral portion of the heating surface 11a in order to prevent a change in temperature due to inflow of gas from the periphery. .

本発明の金属ヒータ10は、図5、6に示す金属ヒータ50と、以下の点で相違している。 The metal heater 10 of the present invention differs from the metal heater 50 shown in FIGS. 5 and 6 in the following points.

まず、上述のように、金属ヒータ10では、上部金属板11の加熱面11aには、計9個の支持ピン18が設けられているのに対して、金属ヒータ50では、金属板51の加熱面51aに設けられている支持ピン58の数が計5個である点で相違している。従って、金属ヒータ10では、支持ピン18同士の間隔が狭いため、半導体ウエハ19に撓みが発生しにくい。このため、半導体ウエハ19と上部金属板11の加熱面11aとの距離を一定にすることができ、半導体ウエハ19全体を均一に加熱することができる。 First, as described above, in the metal heater 10, a total of nine support pins 18 are provided on the heating surface 11a of the upper metal plate 11, whereas in the metal heater 50, the heating of the metal plate 51 is performed. The difference is that the number of support pins 58 provided on the surface 51a is five in total. Therefore, in the metal heater 10, since the interval between the support pins 18 is small, the semiconductor wafer 19 is unlikely to be bent. Therefore, the distance between the semiconductor wafer 19 and the heating surface 11a of the upper metal plate 11 can be made constant, and the entire semiconductor wafer 19 can be uniformly heated.

また、金属ヒータ10は、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21の側面が支持容器20と密着しておらず、非接触の状態で固定されており、また、下部金属板21も支持容器20の底面と直接接触しておらず、支持板25により支持されている。このように、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21の側面と支持容器20とを非接触すすることにより、上部金属板11が熱膨張した際の側面からの圧迫に伴う湾曲を防止することができる。また、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21が支持板25のみを介して支持され、他の部分と接触していない構造とすることにより、被加熱物を加熱する際に、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21の側面が支持容器20と密着する場合と比べて、金属板等からの熱の逃散が少なく、被加熱物を迅速に加熱することができる。この場合、空気層が断熱層として機能する。
なお、支持容器20の底面に支持板25を設けず、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21等を支持容器20の底面にそのまま載置してもよい。
Further, the metal heater 10 has the side surfaces of the upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 that are not in close contact with the support container 20 and are fixed in a non-contact state, and also support the lower metal plate 21. It is not in direct contact with the bottom surface of the container 20 and is supported by the support plate 25. As described above, by making the side surfaces of the upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 not contact with the supporting container 20, the upper metal plate 11 is prevented from bending due to compression from the side surface when thermally expanded. can do. In addition, the upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 are supported only through the support plate 25, and are not in contact with other parts. Compared to the case where the side surfaces of the plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 are in close contact with the support container 20, heat is less escaping from the metal plate and the like, and the object to be heated can be heated quickly. In this case, the air layer functions as a heat insulating layer.
Note that the upper metal plate 11, the heater 12, the lower metal plate 21, and the like may be directly mounted on the bottom surface of the support container 20 without providing the support plate 25 on the bottom surface of the support container 20.

また、加熱の後、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21を迅速に冷却する必要が生ずる場合があるが、例えば、支持容器20の底板に冷却管等を接続し、冷却した空気等を支持容器20内に導入することにより、迅速に冷却することができる。 In some cases, it is necessary to rapidly cool the upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 after heating. For example, a cooling pipe or the like is connected to the bottom plate of the support container 20 to cool the air or the like. Can be quickly cooled by introducing the gas into the support container 20.

また、金属ヒータ10では、金属板固定ネジ17が支持容器20を貫通せず、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21のみを貫通し、これらを固定している。このような構成とすることにより、上部金属板11と支持容器20との間の熱膨張率の差に起因する上部金属板11の変形を防止することができるとともに、被加熱物を加熱する際に、金属板等からの熱の逃散が少なく、被加熱物を迅速に加熱することができる。 Further, in the metal heater 10, the metal plate fixing screw 17 does not penetrate the support container 20, but penetrates only the upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21, and fixes them. With such a configuration, it is possible to prevent deformation of the upper metal plate 11 due to a difference in coefficient of thermal expansion between the upper metal plate 11 and the support container 20, and to heat an object to be heated. In addition, heat is hardly dissipated from a metal plate or the like, and the object to be heated can be quickly heated.

さらに、支持容器20の底部には、遮熱板23が設置されており、上部金属板11および下部金属板21からの熱が装置に伝熱することを防止できるような構成となっている。 Further, a heat shield plate 23 is provided at the bottom of the support container 20 so that heat from the upper metal plate 11 and the lower metal plate 21 can be prevented from being transmitted to the device.

また、金属ヒータ10には、有底孔14が形成され、有底孔14には、上部金属板11の温度を測定するための測温素子16が埋め込まれている。 A bottomed hole 14 is formed in the metal heater 10, and a temperature measuring element 16 for measuring the temperature of the upper metal plate 11 is embedded in the bottomed hole 14.

さらに、金属ヒータ10では、加熱面に先端が尖塔状の支持ピン18が設けられており、この支持ピン18を介して半導体ウエハ19を支持することにより、半導体ウエハ19を、上部金属板11の加熱面より一定距離離間させた状態で支持し加熱することができる。 Further, in the metal heater 10, a support pin 18 having a spire-shaped tip is provided on a heating surface, and the semiconductor wafer 19 is supported via the support pin 18, so that the semiconductor wafer 19 is supported by the upper metal plate 11. It can be supported and heated with a certain distance from the heating surface.

また、金属ヒータ10には、上部金属板11、ヒータ12、下部金属板21および支持容器20を貫通する貫通孔15も設けられており、貫通孔15に柱状のリフターピン等を挿通することによっても、被加熱物である半導体ウエハ19を上部金属板11の加熱面11aより一定距離離間させた状態で支持し半導体ウエハ19を搬送することができるようになっている。 The metal heater 10 is also provided with a through hole 15 that penetrates through the upper metal plate 11, the heater 12, the lower metal plate 21, and the support container 20, and a columnar lifter pin or the like is inserted into the through hole 15. Also, the semiconductor wafer 19 as an object to be heated can be supported while the semiconductor wafer 19 is supported at a predetermined distance from the heating surface 11a of the upper metal plate 11, and the semiconductor wafer 19 can be transferred.

そして、ヒータ12は導電線24と接続されており、導電線24は、支持容器20および遮熱板23に形成された貫通孔から外部に引き出され、電源等(図示せず)と接続されている。
なお、図1に示す金属ヒータ10では、下部金属板21に貫通孔を形成し、この貫通孔に導電線24を挿通するような構成となっているが、導電線24はヒータ32の側面においてヒータの内部に設置された発熱体と接続することとしてもよい。
The heater 12 is connected to the conductive wire 24. The conductive wire 24 is drawn out of the support container 20 and the through hole formed in the heat shield plate 23 to the outside, and connected to a power source or the like (not shown). I have.
In the metal heater 10 shown in FIG. 1, a through hole is formed in the lower metal plate 21, and the conductive wire 24 is inserted into the through hole. It may be connected to a heating element installed inside the heater.

また、金属ヒータ10では、上部金属板11とヒータ12と下部金属板21とが、金属板固定ネジ17により固定されている。なお、金属板固定ネジ17は、ヒータ12と下部金属板21とは貫通し、上部金属板11は貫通しないように取り付けられている。
このように、金属板固定ネジ17によって上部金属板11等が固定されている場合、金属板固定ネジ17の上部金属板11に挿入された部分の長さは、上部金属板の厚さの3/4以下であることが望ましい。
金属板固定ネジ17の上部金属板11に挿入された部分の長さが、上部金属板11の厚さの3/4よりも長くなると、金属板の加熱面のうち、金属板固定ネジ17の直上部分の温度がその周囲の温度に比べて高くなり、被加熱物を均一に加熱することができないことがある。
In the metal heater 10, the upper metal plate 11, the heater 12 and the lower metal plate 21 are fixed by metal plate fixing screws 17. The metal plate fixing screw 17 is attached so as to penetrate the heater 12 and the lower metal plate 21 but not to penetrate the upper metal plate 11.
As described above, when the upper metal plate 11 and the like are fixed by the metal plate fixing screw 17, the length of the portion of the metal plate fixing screw 17 inserted into the upper metal plate 11 is three times the thickness of the upper metal plate. / 4 or less is desirable.
When the length of the portion of the metal plate fixing screw 17 inserted into the upper metal plate 11 is longer than 3 of the thickness of the upper metal plate 11, of the heating surface of the metal plate, The temperature of the portion immediately above becomes higher than the surrounding temperature, and the object to be heated may not be heated uniformly.

また、図3に示したように、ヒータ12は、上部金属板11および下部金属板21と同様に平面視円形状であり、上部金属板11の加熱面11a全体の温度が均一になるように加熱するため、ヒータ12の内部には、閉回路からなる発熱体25a、25bが配置されている。 As shown in FIG. 3, the heater 12 has a circular shape in plan view like the upper metal plate 11 and the lower metal plate 21 so that the temperature of the entire heating surface 11 a of the upper metal plate 11 becomes uniform. Heaters 25a and 25b each having a closed circuit are arranged inside the heater 12 for heating.

ヒータ12に関しては、ヒータ12の外周部に屈曲線が円環状に繰り返して閉回路が形成されたパターンからなる発熱体25bが配置され、その内部に同心円の一部を描くようにして繰り返した閉回路が形成されたパターンからなる発熱体25aが配置されている。
さらに、図示はしていないが、ヒータ12は、2枚のマイカ板26で発熱体25を挟持し、固定した構成となっており、通電時は発熱体25がマイカ板26を加熱して、マイカ板26の2次輻射によって被加熱物を加熱することができるようになっている。
As for the heater 12, a heating element 25b composed of a pattern in which a bent line is repeatedly formed in an annular shape on the outer peripheral portion of the heater 12 to form a closed circuit is arranged, and the heating element 25b is repeatedly formed so as to draw a part of a concentric circle. A heating element 25a composed of a pattern on which a circuit is formed is arranged.
Further, although not shown, the heater 12 has a configuration in which the heating element 25 is sandwiched and fixed by two mica plates 26, and the heating element 25 heats the mica plate 26 during energization, The object to be heated can be heated by the secondary radiation of the mica plate 26.

本発明の金属ヒータ10では、ヒータ12の内部に形成された発熱体25の外縁が金属板11の外周から金属板11の直径の25%以内の位置に存在していることが望ましい。通常、金属板11の外周部分では、金属板11の外周部分の表面からの放熱により、温度が不均一になりやすいが、本発明の金属ヒータ10では、このような外周部分にも発熱体が配設されているため、被加熱物である半導体ウエハ等を温度のばらつきなく、均一に加熱することができるからである。 In the metal heater 10 of the present invention, it is preferable that the outer edge of the heating element 25 formed inside the heater 12 be located at a position within 25% of the diameter of the metal plate 11 from the outer periphery of the metal plate 11. Usually, in the outer peripheral portion of the metal plate 11, the temperature tends to be uneven due to heat radiation from the surface of the outer peripheral portion of the metal plate 11, but in the metal heater 10 of the present invention, a heating element is also provided in such an outer peripheral portion. This is because the semiconductor wafers and the like to be heated can be uniformly heated without variation in temperature.

次に、本発明を構成する金属ヒータの材質や形状等について、さらに詳しく説明する。 Next, the material and the shape of the metal heater constituting the present invention will be described in more detail.

本発明の金属ヒータにおいて、金属板には、被加熱物を載置する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔に熱電対等の測温素子(図示せず)を設けることが望ましい。 In the metal heater of the present invention, the metal plate is provided with a bottomed hole from the side opposite to the heating surface on which the object to be heated is placed toward the heating surface, and the bottom of the bottomed hole is relatively positioned relative to the heating element. It is desirable to form it near the heating surface, and to provide a temperature measuring element (not shown) such as a thermocouple in the hole with the bottom.

また、有底孔の底と加熱面との距離は、0.1mm〜金属板の厚さの1/2であることが望ましい。
これにより、測温場所が発熱体よりも加熱面に近くなり、より正確な半導体ウエハの温度の測定が可能となるからである。
Further, the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is preferably 0.1 mm to 1/2 of the thickness of the metal plate.
Thereby, the temperature measurement location is closer to the heating surface than the heating element, and the temperature of the semiconductor wafer can be measured more accurately.

有底孔の底と加熱面との距離が0.1mm未満では、放熱してしまい、加熱面に温度分布が形成され、厚さの1/2を超えると、発熱体の温度の影響を受けやすくなり、温度制御できなくなり、やはり加熱面に温度分布が形成されてしまうからである。 If the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is less than 0.1 mm, heat is dissipated and a temperature distribution is formed on the heating surface. If the thickness exceeds half of the thickness, the temperature is affected by the temperature of the heating element. This is because temperature control becomes impossible and temperature distribution is formed on the heating surface.

有底孔の直径は、0.3mm〜5mmであることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が大きくなり、また小さすぎると加工性が低下して加熱面との距離を均等にすることができなくなるからである。 The diameter of the bottomed hole is desirably 0.3 mm to 5 mm. This is because if it is too large, the heat dissipation will be large, and if it is too small, the workability will be reduced, making it impossible to equalize the distance to the heating surface.

上記測温素子としては、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。
また、上記熱電対としては、例えば、JIS−C−1602(1980)に挙げられるように、K型、R型、B型、S型、E型、J型、T型熱電対等が挙げられるが、これらのなかでは、K型熱電対が好ましい。
Examples of the temperature measuring element include a thermocouple, a platinum temperature measuring resistor, a thermistor, and the like.
Examples of the thermocouple include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as described in JIS-C-1602 (1980). Of these, a K-type thermocouple is preferred.

上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同じが、または、それよりも大きく、0.5mm以下であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合は、熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうからである。なお、素線の径より小さくすることは困難である。 It is desirable that the size of the junction of the thermocouple is the same as or larger than the diameter of the strand, and is 0.5 mm or less. This is because, if the junction is large, the heat capacity increases and the responsiveness decreases. It is difficult to make the diameter smaller than the diameter of the strand.

上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、有底孔の底に接着してもよく、有底孔に挿入した後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併用してもよい。
上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The temperature measuring element may be adhered to the bottom of the bottomed hole using gold brazing, silver brazing, or the like, or may be inserted into the bottomed hole and then sealed with a heat-resistant resin. You may use together.
Examples of the heat-resistant resin include a thermosetting resin, particularly, an epoxy resin, a polyimide resin, and a bismaleimide-triazine resin. These resins may be used alone or in combination of two or more.

上記金ろうとしては、37〜80.5重量%Au−63〜19.5重量%Cu合金、81.5〜82.5重量%:Au−18.5〜17.5重量%:Ni合金から選ばれる少なくとも1種が望ましい。これらは、溶融温度が、900℃以上であり、高温領域でも溶融しにくいためである。
銀ろうとしては、例えば、Ag−Cu系のものを使用することができる。
As the above-mentioned gold solder, 37-80.5% by weight Au-63-19.5% by weight Cu alloy, 81.5-82.5% by weight: Au-18.5-17.5% by weight: Ni alloy At least one selected is desirable. These are because the melting temperature is 900 ° C. or higher and it is difficult to melt even in a high temperature region.
As the silver solder, for example, an Ag-Cu-based one can be used.

上記ヒータとしては、図3に示すようなマイカヒータ、シリコンラバーヒータ等を用いることができる。また、単に絶縁性のシールに発熱線を形成したものヒータとして使用することもできる。
上記マイカヒータとしては、任意のパターンに形成したニクロム線等の発熱体を絶縁体であるマイカ板で挟持したものを使用することができる。
また、上記シリコンラバーヒータとしては、任意のパターンに形成したニクロム線等の発熱体を絶縁体であるシリコンラバーで挟持したものを使用することができる。
As the heater, a mica heater, a silicon rubber heater, or the like as shown in FIG. 3 can be used. Further, a heater in which a heating wire is simply formed on an insulating seal can be used as a heater.
As the mica heater, a heater in which a heating element such as a nichrome wire formed in an arbitrary pattern is sandwiched between mica plates, which are insulators, can be used.
Further, as the above-mentioned silicon rubber heater, a heater in which a heating element such as a nichrome wire formed in an arbitrary pattern is sandwiched by silicon rubber as an insulator can be used.

上記ヒータを加熱するための発熱体については、電圧を印加した場合に発熱するものであれば、上述したニクロム線に限られず、タングステン線やモリブデン線等の他の金属線等であってもよい。
また、発熱体としては、金属線の他に金属箔を使用することもできる。上記金属箔としては、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して発熱体としたものが望ましい。パターン化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよい。
さらに、発熱体を被覆する絶縁体についても、短絡を防止することができ、高温にも耐え得る材質のものであれば、上述したマイカ板やシリコンラバーに限られず、例えば、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール(PBI)等であってもよく、セラミック等からなる繊維をマット状にしたものを用いてもよい。
The heating element for heating the heater is not limited to the above-described nichrome wire, but may be another metal wire such as a tungsten wire or a molybdenum wire, as long as it generates heat when a voltage is applied. .
Further, as the heating element, a metal foil can be used in addition to the metal wire. As the above-mentioned metal foil, it is desirable to use a nickel foil or a stainless steel foil as a heating element by forming a pattern by etching or the like. The patterned metal foil may be bonded with a resin film or the like.
Furthermore, the insulator covering the heating element is also not limited to the above-described mica plate and silicon rubber as long as it can prevent short circuit and can withstand high temperatures. , Polybenzimidazole (PBI) or the like, or a mat-like fiber made of ceramic or the like may be used.

上記金属ヒータがヒータを金属板で挟持した形状である場合には、上記ヒータを複数設けてもよい。この場合は、各層のパターンは、相互に補完するようにどこかの層に発熱体が形成され、加熱面の上方から見ると、どの領域にもパターンが形成されている状態が望ましい。このような構造としては、例えば、互いに千鳥の配置になっている構造が挙げられる。 When the metal heater has a shape in which the heater is sandwiched between metal plates, a plurality of the heaters may be provided. In this case, it is desirable that the heating elements are formed in some layers so that the patterns of the respective layers complement each other, and that when viewed from above the heating surface, the patterns are formed in any regions. As such a structure, for example, there is a structure in which the staggered arrangement is provided.

また、本発明の金属ヒータにおける発熱体のパターンとしては、図3に示したようなパターンに限られず、例えば、同心円状のパターン、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン等も用いることができる。また、これらを組み合わせたパターンであってもよい。
また、上記発熱体は、上述したように2以上に分割されていることが望ましい。
Further, the pattern of the heating element in the metal heater of the present invention is not limited to the pattern shown in FIG. 3, and for example, a concentric pattern, a spiral pattern, an eccentric pattern and the like can be used. . Further, a pattern in which these are combined may be used.
Further, it is desirable that the heating element is divided into two or more as described above.

また、上記発熱体の面積抵抗率は、0.1〜10Ω/□が好ましい。面積抵抗率が10Ω/□を超えると、所望の発熱量を確保するために、発熱体の直径を非常に細くしなければならず、このため、わずかな欠け等で断線したり、抵抗値が変動したりするからである。また、面積抵抗率が0.1Ω/□未満の場合、発熱体の直径を大きくしなければ、発熱量を確保できず、その結果、発熱体パターン設計の自由度が低下し、加熱面の温度を均一にすることが困難となるからである。 The area resistivity of the heating element is preferably 0.1 to 10 Ω / □. If the sheet resistivity exceeds 10Ω / □, the diameter of the heating element must be made very small in order to secure a desired heating value. It fluctuates. Further, when the sheet resistivity is less than 0.1 Ω / □, the heat generation amount cannot be secured unless the diameter of the heating element is increased, as a result, the degree of freedom of the heating element pattern design is reduced, and the temperature of the heating surface is reduced. It is difficult to make the uniformity.

発熱体と電源とを接続するための手段としては、図1で示すように、金属箔からなる発熱体の一部を露出させて接続用箔とし、該接続用箔により導電線の一端を包み、その部分にかしめ部を有する取付部材を取り付け、上記かしめ部をかしめることにより接続してもよく、導電線を半田等で発熱体の両端部に取り付け、この導電線を介して電源等と接続することとしてもよく、発熱体の両端部に端子を取り付け、この端子を介して電源等と接続することとしてもよい。
また、上記端子は、半田、ろう材、圧着、かしめ等により発熱体に取り付けることが望ましい。半田を介して端子を取り付けることが望ましい理由は、ニッケルは、半田の熱拡散を防止するからである。接続端子としては、例えば、コバール製の外部端子が挙げられる。
As a means for connecting the heating element and the power source, as shown in FIG. 1, a part of the heating element made of metal foil is exposed to form a connection foil, and one end of the conductive wire is wrapped by the connection foil. A mounting member having a caulking portion may be attached to the portion, and the connection may be performed by caulking the caulking portion.A conductive wire may be attached to both ends of the heating element with solder or the like, and a power source or the like may be connected via the conductive wire. A terminal may be attached to both ends of the heating element, and the terminal may be connected to a power source or the like via the terminal.
Further, it is desirable that the terminal is attached to the heating element by soldering, brazing material, pressure bonding, caulking, or the like. The reason that it is desirable to attach the terminals via solder is because nickel prevents the thermal diffusion of the solder. Examples of the connection terminal include an external terminal made of Kovar.

接続端子を接続する場合、半田としては、銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用することができる。なお、半田層の厚さは、0.1〜50μmが好ましい。半田による接続を確保するのに充分な範囲だからである。 When connecting the connection terminals, alloys such as silver-lead, lead-tin, and bismuth-tin can be used as the solder. Note that the thickness of the solder layer is preferably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure connection by soldering.

また、本発明の金属ヒータでは、金属板とヒータとの間に中プレートを介設することとしてもよい。このような中プレートを介設することにより、発熱体で発生させた熱をより均一化した状態で金属板に伝達することができる。上記中プレートの材質としては、熱伝導性に優れる金属が望ましく、例えば、銅、銅合金等を使用することができる。 In the metal heater of the present invention, an intermediate plate may be provided between the metal plate and the heater. By providing such an intermediate plate, the heat generated by the heating element can be transmitted to the metal plate in a more uniform state. As the material of the middle plate, a metal having excellent heat conductivity is desirable, and for example, copper, a copper alloy, or the like can be used.

また、図1(a)に示す金属ヒータでは、金属板の側面と支持容器とが非接触となっているが、これらが接触しているような構成である場合には、金属板の側面と支持容器との間に断熱リングを介設することが望ましい。金属板の外周部において、熱が逃散することにより、金属板の加熱面に温度のばらつきが発生することを防止できる。 Further, in the metal heater shown in FIG. 1A, the side surface of the metal plate and the supporting container are not in contact with each other. It is desirable to provide an insulating ring between the supporting container and the supporting container. Dissipation of heat at the outer peripheral portion of the metal plate can prevent temperature variations on the heating surface of the metal plate.

上記支持容器および上記遮熱板は、一体化されていてもよく、遮熱板が支持容器に連結固定されていてもよいが、支持容器と遮熱板とが、一体的に形成されていることが望ましい。金属ヒータ全体の強度を確保することができるからである。 The support container and the heat shield plate may be integrated, and the heat shield plate may be connected and fixed to the support container, but the support container and the heat shield plate are integrally formed. It is desirable. This is because the strength of the entire metal heater can be secured.

上記支持容器は、円筒形状であることが望ましく、上記遮熱板は、円板形状であることが望ましい。
また、上記支持容器および上記遮熱板の厚さは、0.1〜5mmであることが望ましい。0.1mm未満では、強度に乏しく、5mmを超えると熱容量が大きくなるからである。
Preferably, the support container has a cylindrical shape, and the heat shield plate has a disk shape.
Further, it is desirable that the thickness of the support container and the heat shield plate is 0.1 to 5 mm. If the thickness is less than 0.1 mm, the strength is poor, and if it exceeds 5 mm, the heat capacity increases.

上記支持容器および上記遮熱板は、加工等が容易で機械的特性に優れるとともに、金属ヒータ全体の強度を確保できるように、SUS、アルミニウム、インコネル(クロム16%、鉄7%を含むニッケル系の合金)等の金属により構成されることが望ましい。
なお、上記支持容器と上記遮熱板とが、一体化されていない場合、上記遮熱板としては、遮熱性に優れるように、例えば、耐熱性樹脂、セラミック板、これらに耐熱性の有機繊維や無機繊維が配合された複合板等、余り熱伝導率が大きくなく、かつ、耐熱性に優れたものを用いることも可能である。
The supporting container and the heat shield plate are made of SUS, aluminum, inconel (a nickel-based material containing 16% of chromium and 7% of iron so as to be easily processed and have excellent mechanical properties, and to secure the strength of the entire metal heater. It is desirable to be composed of a metal such as
When the support container and the heat shield plate are not integrated, as the heat shield plate, for example, a heat-resistant resin, a ceramic plate, a heat-resistant organic fiber, It is also possible to use a material having a low thermal conductivity and excellent heat resistance, such as a composite plate mixed with a resin or an inorganic fiber.

また、支持容器または遮熱板には、冷媒導入管を取り付けることとしてもよい。金属ヒータを冷却するための強制冷却用の冷媒等を導入することにより、金属ヒータを迅速に降温させることができるからである。さらに、支持容器または遮熱板には、導入した強制冷却用の冷媒等を排出するための貫通孔が形成されていることとしてもよい。 Further, a refrigerant introduction pipe may be attached to the support container or the heat shield plate. This is because the temperature of the metal heater can be rapidly lowered by introducing a forced cooling refrigerant or the like for cooling the metal heater. Further, the support container or the heat shield plate may be provided with a through hole for discharging the introduced forced cooling refrigerant or the like.

次に、本発明に係る金属ヒータの製造方法の一例として、図1(a)に示す金属ヒータ10の製造方法について説明することとする。 Next, as an example of a method for manufacturing a metal heater according to the present invention, a method for manufacturing a metal heater 10 shown in FIG. 1A will be described.

(1)金属板の作製工程
アルミニウム−銅合金等からなる板状体に、NC旋盤を用いて外径加工を行い、円板形状とした後、この板状体に端面加工、表面加工および裏面加工を順に行う。
このとき、上部金属板となる板状体の厚さを、下部金属板となる板状体の厚さよりも厚くすることが望ましい。なお、本発明では、上部金属板と下部金属板とを同質の材料により構成する。
(1) Step of preparing metal plate A plate made of aluminum-copper alloy or the like is subjected to outer diameter processing using an NC lathe to form a disk, and then the plate is subjected to end face processing, surface processing, and back surface processing. Processing is performed in order.
At this time, it is desirable that the thickness of the plate-shaped body serving as the upper metal plate be larger than the thickness of the plate-shaped body serving as the lower metal plate. In the present invention, the upper metal plate and the lower metal plate are made of the same material.

次に、マシニングセンタ(MC)等を用いて、半導体ウエハを支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分、支持ピンを設置するための凹部、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分を形成する。また、同様にして所定の位置に有底孔を形成した後、この有底孔にネジ溝を形成することにより、金属板固定用ネジを挿通するためのネジ穴を形成する。 Next, using a machining center (MC) or the like, a portion to be a through hole for inserting a lifter pin for supporting a semiconductor wafer, a concave portion for installing a support pin, and a device for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple. A portion that becomes a bottomed hole is formed. Similarly, after a bottomed hole is formed at a predetermined position, a screw groove is formed in the bottomed hole to form a screw hole for inserting a screw for fixing a metal plate.

なお、支持ピンを設置するための凹部は、支持ピンを金属板上に広く分散させ、かつ、等間隔に配置するように形成する。その配置としては、例えば、図2に示したように、金属板と同心円の円周上に、複数個の支持ピンを等間隔で設け、金属板の中心部に支持ピンを1個設ける配置を挙げることができる。これにより、半導体ウエハを加熱する際、半導体ウエハに撓みが生じず、半導体ウエハと金属板との距離が均一となるため、半導体ウエハを均一に加熱することができる。 The recesses for installing the support pins are formed such that the support pins are widely dispersed on the metal plate and are arranged at equal intervals. For example, as shown in FIG. 2, a plurality of support pins are provided at equal intervals on the circumference of a concentric circle with the metal plate, and one support pin is provided at the center of the metal plate. Can be mentioned. Accordingly, when the semiconductor wafer is heated, the semiconductor wafer does not bend and the distance between the semiconductor wafer and the metal plate becomes uniform, so that the semiconductor wafer can be heated uniformly.

そして、上部金属板となる板状体にロータリー研削盤を用いて表面研削処理を施すことにより、上部金属板および下部金属板を製造する。この表面研削処理を施すことにより、金属板の表面の平坦度を20〜30μm程度にすることができる。
また、上部金属板の側面、または、当該金属板の加熱面の外縁もしくは表面には、必要に応じて、雰囲気ガスの流動を抑制するウエハガイドリングを形成してもよい。上記ウエハガイドリングは、例えば、アルミニウム−銅合金、SUS等により形成することができる。また、同様の目的で、支持容器の最上部に障壁リングを設けてもよい。
上記ウエハガイドリングや上記障壁リングを設けることにより、加熱領域の内外の雰囲気ガスの流動が阻害され、その結果、被加熱物を均一に加熱することができる。
Then, the upper metal plate and the lower metal plate are manufactured by subjecting the plate-shaped body serving as the upper metal plate to a surface grinding treatment using a rotary grinder. By performing this surface grinding treatment, the flatness of the surface of the metal plate can be reduced to about 20 to 30 μm.
Further, a wafer guide ring for suppressing the flow of the atmospheric gas may be formed on the side surface of the upper metal plate or on the outer edge or surface of the heating surface of the metal plate, if necessary. The wafer guide ring can be formed of, for example, an aluminum-copper alloy, SUS, or the like. For the same purpose, a barrier ring may be provided at the top of the support container.
By providing the wafer guide ring and the barrier ring, the flow of the atmospheric gas inside and outside the heating region is hindered, and as a result, the object to be heated can be heated uniformly.

次に、上部金属板および下部金属板にアルマイト処理を施し、上部金属板および下部金属板の表面に酸化被膜を形成する。このような処理を行うことにより、金属板の耐食性が向上するとともに、表面が硬くなるため、金属板に傷等が付きにくくなる。また、実際の半導体製造・検査工程で使用する場合であっても、金属板がレジスト液や腐食性ガス等によって腐食されるにくくなる。
なお、上記アルマイト処理(陽極酸化被膜処理)としては、例えば、硫酸法、シュウ酸法等を用いることができるが、表面ピンホールの生成を防止できるため、シュウ酸法を用いることが望ましい。
Next, an alumite treatment is performed on the upper metal plate and the lower metal plate to form an oxide film on the surfaces of the upper metal plate and the lower metal plate. By performing such a treatment, the corrosion resistance of the metal plate is improved, and the surface is hardened, so that the metal plate is hardly damaged. Further, even when the metal plate is used in an actual semiconductor manufacturing / inspection process, the metal plate is less likely to be corroded by a resist solution, a corrosive gas, or the like.
As the alumite treatment (anodized film treatment), for example, a sulfuric acid method, an oxalic acid method, or the like can be used. However, it is preferable to use an oxalic acid method because generation of surface pinholes can be prevented.

(2)ヒータの設置
所定のパターンに加工したニクロム線、金属箔、ステンレス箔等の発熱体をマイカ等のセラミック板で挟持したヒータを、上部金属板と下部金属板の間に設置し、下部金属板およびヒータに設けられたネジ孔に金属板固定用ネジを挿通した後、締め付けて下部金属板とヒータとを一体化する。
なお、発熱体は、ヒータ全体を均一な温度にする必要があることから、屈曲線が円環状に繰り返しや同心円の一部を描くようにして繰り返しを基本にしたパターン等とすることが好ましい。
また、金属板とヒータとの間には、銅等のように熱伝導性に優れる材料からなる中プレートを挟持させることとしてもよい。これにより、ヒータから放射される熱をより均一化した状態で上部金属板に伝達することができる。
(2) Installation of heater A heater in which a heating element such as a nichrome wire, a metal foil, or a stainless steel foil processed into a predetermined pattern is sandwiched between ceramic plates such as mica is installed between an upper metal plate and a lower metal plate. After the screw for fixing the metal plate is inserted into the screw hole provided in the heater, the screw is tightened to integrate the lower metal plate and the heater.
In addition, since it is necessary for the heating element to make the entire heater have a uniform temperature, it is preferable to form a pattern based on the repetition such that the bent line repeats in an annular shape or draws a part of a concentric circle.
Further, a middle plate made of a material having excellent thermal conductivity such as copper may be sandwiched between the metal plate and the heater. Thereby, the heat radiated from the heater can be transmitted to the upper metal plate in a more uniform state.

(3)支持容器の取り付け
そして、このように金属板とヒータとを一体化させたものを、図1(a)に示したような円筒形状の支持容器の支持板25上に設置し、固定する。
なお、支持容器には、その底面に支持容器と同様の材質により構成される遮熱板を設置するとともに、測温素子、導電線等を挿通できるような貫通孔を形成しておく。
(3) Attachment of support container Then, the integrated metal plate and heater are placed on a support plate 25 of a cylindrical support container as shown in FIG. I do.
In addition, a heat shield plate made of the same material as the support container is installed on the bottom surface of the support container, and a through hole is formed in the support container so that a temperature measuring element, a conductive wire, or the like can be inserted therethrough.

本発明の金属ヒータにおいては、図1(a)に示すように、金属板およびヒータの側面と支持容器とが非接触の状態で支持、固定されていることが望ましい。
金属板およびヒータの側面から熱が逃散することにより、金属板の加熱面の外周部が低温となる場合があるからである。
なお、金属板およびヒータの側面と支持容器とが接触した状態で支持、固定されている場合には、金属板と支持容器との間にポリイミド樹脂、フッ素樹脂等からなる断熱リングを介設することが望ましい。
In the metal heater of the present invention, as shown in FIG. 1A, it is desirable that the side surface of the metal plate and the heater and the supporting container are supported and fixed in a non-contact state.
This is because heat may escape from the side surfaces of the metal plate and the heater, and the temperature of the outer peripheral portion of the heating surface of the metal plate may become low.
When the metal plate and the side surfaces of the heater and the support container are supported and fixed in contact with each other, a heat insulating ring made of polyimide resin, fluororesin, or the like is provided between the metal plate and the support container. It is desirable.

(4)電源等への接続
ヒータに設けられた発熱体の両端部に電源との接続のための端子(外部端子)を半田、ろう材などで取り付けるか、または、圧着、ねじ込み、かしめ等の機械的な取付方法(取付手段)を用いて取り付け、外部の電源等に接続する。そして、金属板の加熱面に形成された凹部に支持ピンを挿入した後、ばね等を用いて固定し、金属ヒータの製造を終了する。
(4) Connection to power supply, etc. Terminals (external terminals) for connection to the power supply are attached to both ends of the heating element provided in the heater with solder, brazing material, or by crimping, screwing, caulking, or the like. Attach using a mechanical attachment method (attachment means) and connect to an external power supply or the like. Then, after inserting the support pins into the concave portions formed on the heating surface of the metal plate, the support pins are fixed using a spring or the like, and the manufacture of the metal heater is completed.

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
本実施例では、半導体ウエハを加熱する金属ヒータを例に示すが、本発明は、光導波路の温度調整用ヒータとしても使用することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
In the present embodiment, a metal heater for heating a semiconductor wafer is shown as an example, but the present invention can also be used as a heater for adjusting the temperature of an optical waveguide.

(実施例1)
金属ヒータ(図1(a)、図1(b)、図2参照)の製造
(1)アルミニウム−銅合金(A2219(JIS−H4000))からなる板状体にNC旋盤(ワシノ機械社製)を用いて外径加工を行い、円板形状とした後、この円板体に端面加工、表面加工および裏面加工を施すことにより、上部金属板用の円板体および下部金属板用の円板体を製造した。
(Example 1)
Manufacture of metal heaters (see FIGS. 1 (a), 1 (b) and 2) (1) NC lathe (manufactured by Washino Machine Co., Ltd.) on a plate made of aluminum-copper alloy (A2219 (JIS-H4000)) After the outer diameter is processed by using to obtain a disk shape, the disk body is subjected to an end face processing, a surface processing, and a back surface processing, thereby forming a disk body for the upper metal plate and a disk for the lower metal plate. Body manufactured.

次に、マシニングセンタ(日立精機社製)を用いて、これらの円板体に半導体ウエハ19を支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔15となる部分、支持ピン18を設置するための凹部28となる部分、測温素子16を埋め込むための有底孔14となる部分を形成した。
なお、貫通孔15となる部分は3箇所に形成し、支持ピン18を設置するための凹部28となる部分は9箇所に形成した。また、その配置は、図1(a)に示すように、上部金属板と同心円の円周上に、8個の支持ピンを等間隔で設け、上部金属板の中心部に支持ピンを1個が設置されるような配置とした。
Next, using a machining center (manufactured by Hitachi Seiki Co., Ltd.), a portion serving as a through hole 15 for inserting a lifter pin for supporting the semiconductor wafer 19 into these discs, and a concave portion 28 for installing a support pin 18. And a portion to be the bottomed hole 14 for embedding the temperature measuring element 16 were formed.
In addition, the part which becomes the through-hole 15 was formed in three places, and the part which became the recessed part 28 for installing the support pin 18 was formed in nine places. As shown in FIG. 1A, eight support pins are provided at regular intervals on the circumference of a circle concentric with the upper metal plate, and one support pin is provided at the center of the upper metal plate. Was set up so that it could be installed.

また、同様にして所定の位置に有底孔または貫通孔を形成した後、これらの有底孔または貫通孔にネジ溝を形成することにより、円板体に金属板固定用ネジ17を挿通するためのネジ穴を形成した。
なお、上部金属板と板状体には、その厚さの3/4の深さを有するネジ穴を形成した。
Similarly, after forming a bottomed hole or a through hole at a predetermined position, a screw groove is formed in the bottomed hole or the through hole, so that the metal plate fixing screw 17 is inserted into the disc body. Screw holes were formed.
A screw hole having a depth of ネ ジ of the thickness was formed in the upper metal plate and the plate.

(2)次に、(1)の工程で製造された上部金属板用の円板体の加熱面側表面に、ロータリー研削盤(岡本工作機械製作所製)を用いて表面研削処理を施し、厚さ15mm、直径330mmの上部金属板11および厚さ5mm、直径330mmの下部金属板21を得た。 (2) Next, the surface of the disk for the upper metal plate manufactured in the step (1) on the heating surface side is subjected to a surface grinding treatment using a rotary grinder (manufactured by Okamoto Machine Tool Works, Ltd.), An upper metal plate 11 having a thickness of 15 mm and a diameter of 330 mm and a lower metal plate 21 having a thickness of 5 mm and a diameter of 330 mm were obtained.

さらに、上部金属板11の側面に、下記の方法を用いて被加熱物であるウエハの障壁リングを設けた。
すなわち、上部金属板の加熱面上面より、支持容器の外周縁部の高さを高くすることにより障壁リング32を設けた。
なお、本実施例では、上部金属板11の厚さが下部金属板21の厚さよりも厚いものとなっている。
Further, a barrier ring for a wafer to be heated was provided on the side surface of the upper metal plate 11 by the following method.
That is, the barrier ring 32 was provided by increasing the height of the outer peripheral edge of the support container from the upper surface of the heating surface of the upper metal plate.
In this embodiment, the thickness of the upper metal plate 11 is larger than the thickness of the lower metal plate 21.

(3)次に、上部金属板11および下部金属板21を電解液 10%HSO、電圧 10V、電流密度 0.8A/dm、液温 20℃の条件でアルマイト処理を行い、上部金属板11および下部金属板21の表面に厚さ15μmの酸化被膜を形成した。 (3) Next, the upper metal plate 11 and the lower metal plate 21 are subjected to alumite treatment under the conditions of an electrolytic solution of 10% H 2 SO 4 , a voltage of 10 V, a current density of 0.8 A / dm 2 and a liquid temperature of 20 ° C. An oxide film having a thickness of 15 μm was formed on the surfaces of the metal plate 11 and the lower metal plate 21.

(4)そして、図3に示すような屈曲線が円環状に繰り返したパターンおよび同心円の一部を描くようにして繰り返したパターンに加工した厚さ200μmのステンレス箔からなる発熱体を厚さ0.3mmの2枚のマイカ板で挟持し、直径330mmのヒータ12を得た。
なお、ヒータ12は、発熱体が形成されている領域の直径が320mmとなるように発熱体を形成し、発熱体の回路の総数は4とした。
また、マイカ板26には、貫通孔15となる部分、有底孔14となる部分および金属板固定ネジ17を挿通するためのネジ孔となる部分を予め形成しておいた。
(4) A heating element made of a stainless steel foil having a thickness of 200 μm and processed into a pattern in which the bending lines are repeated in an annular shape as shown in FIG. A heater 12 having a diameter of 330 mm was obtained by being sandwiched between two 0.3 mm mica plates.
The heater 12 was formed such that the diameter of the region where the heating element was formed was 320 mm, and the total number of circuits of the heating element was four.
The mica plate 26 is formed in advance with a portion serving as the through hole 15, a portion serving as the bottomed hole 14, and a portion serving as a screw hole for inserting the metal plate fixing screw 17.

その後、(1)〜(3)の工程で製造した上部金属板11および下部金属板21でヒータ12を挟み込み、下部金属板21およびヒータ12に設けられたネジ孔に金属板固定用ネジ17を挿通した後、これを締め付けることにより、上部金属板11、下部金属板21およびヒータ12を一体化した。 Thereafter, the heater 12 is sandwiched between the upper metal plate 11 and the lower metal plate 21 manufactured in the steps (1) to (3), and the screw 17 for fixing the metal plate is inserted into the screw holes provided in the lower metal plate 21 and the heater 12. After insertion, the upper metal plate 11, the lower metal plate 21, and the heater 12 were integrated by tightening them.

(5)次に、図1(a)に示したような有底円筒形状でSUS製の支持容器20を製造し、この支持容器20の底面に支持板25を設けるとともに、貫通孔15となる部分、有底孔14となる部分および導電線24を挿通するための貫通孔を形成し、その後、支持容器20の底部に円板形状でSUS製の遮熱板23を設置した。
そして、遮熱板23が設置された支持容器20の内部に、(4)で製造したヒータ12および下部金属板21が取り付けられた上部金属板11を支持板25を介して載置し、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板21の側面と支持容器20とが非接触となるようにしっかりと固定した。
(5) Next, a SUS support container 20 having a bottomed cylindrical shape as shown in FIG. 1A is manufactured, a support plate 25 is provided on the bottom surface of the support container 20, and the through hole 15 is formed. A portion serving as the bottomed hole 14 and a through hole for inserting the conductive wire 24 were formed, and then a disc-shaped heat shield plate 23 made of SUS was placed at the bottom of the support container 20.
Then, the heater 12 manufactured in (4) and the upper metal plate 11 to which the lower metal plate 21 is attached are placed via the support plate 25 inside the support container 20 in which the heat shield plate 23 is installed. The side surfaces of the metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 21 and the support container 20 were firmly fixed so as to be in non-contact.

(6)温度制御のためのPt測温抵抗体からなるPt測温素子16を有底孔14に挿入した後、封止材(東亞合成社製、アロンセラミック)で有底孔14を封止した。また、上部金属板11の加熱面に形成された9個の凹部28に、図1(a)に示すような形状でアルミナ製の支持ピン18を挿入し、C字形状のばね27を、支持ピン18を囲み凹部28に当接するように嵌め込むことにより、上部金属板11の加熱面11aに固定した。 (6) After inserting the Pt temperature measuring element 16 composed of a Pt temperature measuring resistor for temperature control into the bottomed hole 14, the bottomed hole 14 is sealed with a sealing material (Aron Ceramic, manufactured by Toagosei Co., Ltd.). did. Also, alumina support pins 18 having a shape as shown in FIG. 1A are inserted into nine recesses 28 formed on the heating surface of the upper metal plate 11 to support the C-shaped spring 27. The pin 18 was fixed to the heating surface 11 a of the upper metal plate 11 by being fitted so as to be in contact with the surrounding recess 28.

(7)次いで、ヒータ12に設けられた発熱体であるステンレス箔29から取り出された接続用のステンレス箔30によって導電線24を包んで、さらに、取付部材31をはめた状態でこれらをかしめることにより、接続用のステンレス箔30に導電線24を取り付け、外部の電源等と接続し、金属ヒータ10を得た。 (7) Next, the conductive wire 24 is wrapped by the stainless steel foil 30 for connection taken out of the stainless steel foil 29 which is a heating element provided on the heater 12, and these are caulked in a state where the mounting member 31 is fitted. Thus, the conductive wire 24 was attached to the stainless steel foil 30 for connection and connected to an external power supply or the like, and the metal heater 10 was obtained.

(実施例2)
金属ヒータの製造
上部金属板11の厚さを20mmとし、下部金属板21の厚さを5mmとし、ピンの数を、中心1個、その周囲の同一円周上に5個の計6個とした以外は、実施例1と同様にして、金属ヒータを製造した。
(Example 2)
Production of Metal Heater The thickness of the upper metal plate 11 was 20 mm, the thickness of the lower metal plate 21 was 5 mm, and the number of pins was one at the center and five on the same circumference around the center, for a total of six. A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the heating was performed.

(実施例3)
金属ヒータの製造
上部金属板11の厚さを25mmとし、下部金属板21の厚さを10mmとし、ピンの数を、中心1個、その周囲の同一円周上に6個、さらにその外側の同一円周上に12個の計19個とした以外は、実施例1と同様にして、金属ヒータを製造した。
(Example 3)
Manufacture of Metal Heater The thickness of the upper metal plate 11 was 25 mm, the thickness of the lower metal plate 21 was 10 mm, the number of pins was one at the center, six on the same circumference around the center, and A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a total of 19 pieces were formed on 12 pieces on the same circumference.

(実施例4)
金属ヒータの製造
上部金属板11の厚さを40mmとし、下部金属板21の厚さを5mmとした以外は、実施例1と同様にして、金属ヒータを製造した。
(Example 4)
Production of Metal Heater A metal heater was produced in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper metal plate 11 was 40 mm and the thickness of the lower metal plate 21 was 5 mm.

(実施例5)
実施例1の(2)の工程において、上部金属板用の円板体の加熱面側表面に支持ピンを設置するための凹部を5箇所に形成し、(6)の工程において、上部金属板の加熱面に形成された5個の凹部に支持ピンを設置した以外は、実施例1と同様にして金属ヒータを製造した。なお、本実施例5では、上部金属板の加熱面に計5個の支持ピンが設置され、その配置は上部金属板と同心円の円周上に支持ピンを4個等間隔で設け、上部金属板の中心部に支持ピンを1個設ける配置であった。
(Example 5)
In the step (2) of the first embodiment, five concave portions for installing the support pins are formed on the heating surface side surface of the disk for the upper metal plate, and in the step (6), the upper metal plate is formed. A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the support pins were provided in the five concave portions formed on the heating surface of Example 1. In the fifth embodiment, a total of five support pins are provided on the heating surface of the upper metal plate, and four support pins are arranged at equal intervals on the circumference of a concentric circle with the upper metal plate. The arrangement was such that one support pin was provided at the center of the plate.

(実施例6)
本実施例は、直径220mmのヒータとし、ピンの数を、中心1個、その周囲の同一円周上に4個の計5個とした以外は、実施例1と同様にして、金属ヒータを製造した。
(Example 6)
The present embodiment employs a metal heater in the same manner as in the first embodiment, except that the heater is 220 mm in diameter, and the number of pins is one at the center and four on the same circumference around the pin, for a total of five pins. Manufactured.

(実施例7)
本実施例は、直径220mmのヒータとし、ピンの数を、中心1個、その周囲に4個、さらにその外側に10個それぞれ同一円周上に配置して計15個とした以外は、実施例1と同様にして、金属ヒータを製造した。
(Example 7)
This example was implemented except that the heater was 220 mm in diameter, and the number of pins was one at the center, four around the center, and ten outside the center, each on the same circumference to make a total of fifteen. A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1.

(試験例1)
本試験列は、ピンの数を、中心1個、その周囲に3個を同一円周上に配置して計4個とした以外は、実施例1と同様にして、金属ヒータを製造した。
(Test Example 1)
In this test row, a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the number of pins was one at the center, and three pins were arranged on the same circumference to make a total of four pins.

(試験例2)
本試験例は、ピンの数を、上部金属板と同心円の円周上に支持ピンを3個等間隔で配置した以外は、実施例6と同様にして、金属ヒータを製造した。
(Test Example 2)
In this test example, a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the number of pins was three at equal intervals on the circumference of a concentric circle with the upper metal plate.

(試験例3)
実施例1の(5)の工程で、支持容器20の内径を上部金属板11の直径(330mm)と略同じとして支持容器20を製造し、上部金属板11、ヒータ12および下部金属板11を、それらの側面と支持容器20とが密着するように、支持容器20の内部に設置し、固定した以外は、実施例1と同様にして金属ヒータを製造した。
(Test Example 3)
In the step (5) of the first embodiment, the support container 20 is manufactured by setting the inner diameter of the support container 20 to be substantially the same as the diameter (330 mm) of the upper metal plate 11, and the upper metal plate 11, the heater 12, and the lower metal plate 11 are assembled. A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the metal heater was installed inside the support container 20 and fixed so that the side surfaces thereof and the support container 20 were in close contact with each other.

(比較例1)
金属板の底面に銅製の中プレートおよびヒータが設置された金属ヒータを製造した。なお、金属板の厚さは55mmであり、発熱体のパターンは実施例1と同様とし、支持ピンは形成しなかった。
(Comparative Example 1)
A metal heater having a copper middle plate and a heater installed on the bottom surface of a metal plate was manufactured. The thickness of the metal plate was 55 mm, the pattern of the heating element was the same as in Example 1, and no support pins were formed.

実施例1〜4、試験例1〜3および比較例1に係る金属ヒータに通電することにより昇温し、(1)定常時における面内温度均一性、(2)過渡時における面内温度均一性、(3)平坦度の測定、(4)オーバーシュート量の評価を行った。その結果を表1に示す。
なお、それぞれの評価は、下記の方法を用いて行った。
The temperature was raised by energizing the metal heaters according to Examples 1 to 4, Test Examples 1 to 3, and Comparative Example 1. (1) In-plane temperature uniformity during steady state, (2) In-plane temperature uniformity during transition Properties, (3) measurement of flatness, and (4) evaluation of the amount of overshoot. Table 1 shows the results.
In addition, each evaluation was performed using the following method.

(1)定常時における面内温度均一性
金属ヒータを140℃まで昇温した後、熱電対を備えた温度センサ付ウエハを金属ヒータの加熱面に載置し、加熱面の温度分布を測定した。温度分布は、昇温中における最高温度と最低温度との温度差の最大値で示す。
(1) In-plane temperature uniformity during steady state After the temperature of the metal heater was raised to 140 ° C., a wafer with a temperature sensor equipped with a thermocouple was placed on the heating surface of the metal heater, and the temperature distribution of the heating surface was measured. . The temperature distribution is indicated by the maximum value of the temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature during the temperature rise.

(2)過渡時における面内温度均一性
金属ヒータにより、温度センサ付ウエハを常温〜140℃までの加熱した時の温度センサ付ウエハ面内の温度分布を測定した。温度分布は、100℃、120℃および130℃において測定し、最高温度と最低温度との温度差の最大値で示す。
また、実施例1に係る金属ヒータを用いて測定を行った場合の温度センサ付ウエハの各測定箇所における温度と時間との関係を図7〜図9に、実施例5に係る金属ヒータを用いて測定を行った場合の温度センサ付ウエハの各測定箇所における温度と時間との関係を図10〜12に示す。
なお、図7、10は100℃付近における温度と時間との関係、図8、11は120〜130℃付近における温度と時間との関係、図9、12は140℃付近における温度と時間との関係を示す。
(2) In-plane temperature uniformity during transition The temperature distribution in the surface of the wafer with the temperature sensor when the wafer with the temperature sensor was heated from room temperature to 140 ° C. by the metal heater was measured. The temperature distribution is measured at 100 ° C., 120 ° C., and 130 ° C., and is indicated by the maximum value of the temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature.
FIGS. 7 to 9 show the relationship between the temperature and time at each measurement point of the wafer with the temperature sensor when the measurement was performed using the metal heater according to the first embodiment. 10 to 12 show the relationship between the temperature and the time at each measurement point on the wafer with the temperature sensor when the measurement was performed.
7 and 10 show the relationship between temperature and time near 100 ° C., FIGS. 8 and 11 show the relationship between temperature and time near 120 to 130 ° C., and FIGS. 9 and 12 show the relationship between temperature and time near 140 ° C. Show the relationship.

(3)平坦度の測定
金属ヒータを常温〜140℃まで昇温した。その際、常温および140℃における、上部金属板の加熱面の平坦度をレーザ変位計(キーエンス社製)を用いて測定した。
(3) Measurement of flatness The metal heater was heated from room temperature to 140 ° C. At that time, the flatness of the heated surface of the upper metal plate at room temperature and 140 ° C. was measured using a laser displacement meter (manufactured by Keyence Corporation).

(4)オーバーシュート量
140℃で20枚のシリコンウエハを処理したときのオーバーシュート量(処理中における最高温度から設定温度を引いた値)を測定した。
なお、(3)の平坦度の測定の評価について、常温における実施例1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図13に示し、140℃における実施例1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図14に示し、140℃における比較例1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図15に示す。
(4) Overshoot The amount of overshoot (the value obtained by subtracting the set temperature from the maximum temperature during processing) when 20 silicon wafers were processed at 140 ° C. was measured.
Regarding the evaluation of the flatness measurement of (3), FIG. 13 shows a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Example 1 at room temperature, and illustrates the metal heater heating surface according to Example 1 at 140 ° C. 14 is shown in FIG. 14, and the three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Comparative Example 1 at 140 ° C. is shown in FIG.

Figure 2004200156
Figure 2004200156

表1、図7〜9に示すように、実施例1〜4に係る金属ヒータは、定常時および過渡時における上部金属板の加熱面の温度が均一であった。これは、加熱面側の金属板の厚さが一定値以上あり、金属板を伝達する熱が充分に拡散するため、発熱体パターンが加熱面に反映されないからであると考えられる。
また、特に過渡時において、温度が均一であったのは、支持ピン同士の間隔が狭いことにより、センサウエハに撓みが発生せず、上部金属板の加熱面とセンサウエハとの距離にばらつきが生じなかったためであると考えられる。
As shown in Table 1 and FIGS. 7 to 9, in the metal heaters according to Examples 1 to 4, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the steady state and during the transition was uniform. This is considered to be because the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or more than a certain value, and the heat transmitted through the metal plate is sufficiently diffused, so that the heating element pattern is not reflected on the heating surface.
In particular, the temperature was uniform during the transition, because the distance between the support pins was small, the sensor wafer did not bend, and the distance between the heated surface of the upper metal plate and the sensor wafer did not vary. It is thought that it was.

また、実施例1〜4の金属ヒータは、表1、図13および図14に示すように平坦度が50μm以下であるため、上部金属板とセンサウエハとの距離にばらつきがなく、均一に加熱できたものと考えられる。
さらに、実施例1〜4に係る金属ヒータでは、一定の厚さを有する下部金属板がヒータの底面に設置されているため、ヒータから発せられた熱線が均一化されたことによるものと考えられる。
Further, since the flatness of the metal heaters of Examples 1 to 4 is 50 μm or less as shown in Table 1, FIG. 13 and FIG. 14, there is no variation in the distance between the upper metal plate and the sensor wafer, and uniform heating is possible. It is thought that it was.
Further, in the metal heaters according to Examples 1 to 4, since the lower metal plate having a certain thickness is provided on the bottom surface of the heater, it is considered that the heat rays emitted from the heater were uniformed. .

これに対して、実施例5に係る金属ヒータでは、表1、図10〜12に示すように、過渡時における上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。過渡時において、加熱面の温度にばらつきが生じたのは、支持ピン同士の間隔が広いことにより、センサウエハに若干の撓みが発生し、上部金属板の加熱面とセンサウエハとの距離に若干のばらつきが生じたためであると考えられる。ただし、定常時において上部金属板の加熱面の温度は、ほぼ均一となり、実用上大きな問題はないものであった。 On the other hand, in the metal heater according to Example 5, as shown in Table 1 and FIGS. 10 to 12, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the transition was not uniform. During the transition, the temperature of the heating surface fluctuated because the spacing between the support pins caused the sensor wafer to bend slightly, and the distance between the heating surface of the upper metal plate and the sensor wafer to slightly fluctuate. Is considered to have occurred. However, the temperature of the heating surface of the upper metal plate in the steady state was almost uniform, and there was no practical problem.

また、実施例6、7に係る金属ヒータでは、表1に示すように、定常時および過渡時における上部金属板の加熱面の温度が均一であった。これは、加熱面上に充分な数の支持ピンが配置されており、半導体ウエハに撓みが生じることなく、加熱面と半導体ウエハとのクリアランスが正確に保持されるため、加熱面の温度の均一性、特に過渡時における加熱面の温度の均一性を確保し易いことによるものと考えられる。 Further, in the metal heaters according to Examples 6 and 7, as shown in Table 1, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the steady state and during the transition was uniform. This is because a sufficient number of support pins are arranged on the heating surface, the semiconductor wafer does not bend, and the clearance between the heating surface and the semiconductor wafer is accurately maintained. This is considered to be due to the fact that it is easy to ensure the uniformity of the temperature, particularly the temperature of the heating surface during the transition.

試験例1に係る金属ヒータでは、表1に示すように、実施例12に係る金属ヒータと比べると、過渡時における上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。また、試験例2に係る金属ヒータでは、表1に示すように、実施例6に示す金属ヒータと比べると、過渡時における上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。過渡時において、加熱面の温度にばらつきが生じたのは、支持ピン同士の間隔が広いことにより、センサウエハに若干の撓みが発生し、上部金属板の加熱面とセンサウエハとの距離に若干のばらつきが生じたためであると考えられる。 As shown in Table 1, in the metal heater according to Test Example 1, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during transition was uneven compared to the metal heater according to Example 12. Further, in the metal heater according to Test Example 2, as shown in Table 1, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the transition was not uniform as compared with the metal heater described in Example 6. During the transition, the temperature of the heating surface fluctuated because the distance between the support pins was so large that the sensor wafer slightly bent and the distance between the heating surface of the upper metal plate and the sensor wafer slightly fluctuated. Is considered to have occurred.

また、試験例3に係る金属ヒータは、金属板の側面と支持容器とが密着しているため、金属板が熱膨張した際の側面からの圧迫に伴って金属板が湾曲することにより、加熱面の平坦性が低下し、その結果、加熱面での温度が不均一になったものと考えられる。 Further, in the metal heater according to Test Example 3, since the side surface of the metal plate and the supporting container are in close contact with each other, the metal plate bends due to compression from the side surface when the metal plate thermally expands. It is considered that the flatness of the surface was reduced, and as a result, the temperature on the heated surface became non-uniform.

比較例1に係る金属ヒータでは、表1に示すように、定常時および過渡時における上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。加熱面の温度にばらつきが生じたのは、うねりが大きいことにより、金属板とセンサウエハとの距離にばらつきが生じたためであると考えられる。 In the metal heater according to Comparative Example 1, as shown in Table 1, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the steady state and during the transition was not uniform. It is considered that the reason why the temperature of the heating surface fluctuated was that the distance between the metal plate and the sensor wafer fluctuated due to the large waviness.

オーバーシュート量については、実施例1〜7、試験例1〜3および比較例1に係る金属ヒータによる測定結果がいずれも略同一であった。 Regarding the amount of overshoot, the results of measurements by the metal heaters according to Examples 1 to 7, Test Examples 1 to 3, and Comparative Example 1 were all substantially the same.

(a)は、本発明に係る金属ヒータの一例を模式的に示す断面図である。(b)は、図1(a)に示した金属ヒータにおいて発熱体と導電線とを接合用の箔を介してかしめにより接合する方法を模式的に示す図である。(A) is sectional drawing which shows typically an example of the metal heater which concerns on this invention. (B) is a figure which shows typically the method of joining by caulking the heating element and the conductive wire via the joining foil in the metal heater shown to Fig.1 (a). 図1(a)に示した金属ヒータの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the metal heater illustrated in FIG. 図1(a)に示した金属ヒータの一部を構成するヒータの水平断面図である。FIG. 2 is a horizontal sectional view of a heater constituting a part of the metal heater shown in FIG. 本発明に係る金属ヒータの金属板およびヒータを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the metal plate and heater of the metal heater which concerns on this invention. 従来の金属ヒータの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional metal heater typically. 図5に示した金属ヒータの平面図である。It is a top view of the metal heater shown in FIG. 実施例1に係る金属ヒータを使用した場合の100℃付近におけるウエハ温度と時間との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a wafer temperature and time at around 100 ° C. when the metal heater according to the first embodiment is used. 実施例1に係る金属ヒータを使用した場合の120〜130℃付近におけるウエハ温度と時間との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a wafer temperature and a time around 120 to 130 ° C. when the metal heater according to the first embodiment is used. 実施例1に係る金属ヒータを使用した場合の140℃付近におけるウエハ温度と時間との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a wafer temperature and time around 140 ° C. when the metal heater according to the first embodiment is used. 実施例5に係る金属ヒータを使用した場合の100℃付近におけるウエハ温度と時間との関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between wafer temperature and time around 100 ° C. when the metal heater according to Example 5 is used. 実施例5に係る金属ヒータを使用した場合の120〜130℃付近におけるウエハ温度と時間との関係を示すグラフである。13 is a graph showing a relationship between a wafer temperature and time at around 120 to 130 ° C. when the metal heater according to Example 5 is used. 実施例5に係る金属ヒータを使用した場合の140℃付近におけるウエハ温度と時間との関係を示すグラフである。14 is a graph showing the relationship between the wafer temperature and the time around 140 ° C. when the metal heater according to the fifth embodiment is used. 常温における実施例1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a three-dimensional shape of a part of a metal heater heating surface according to the first embodiment at normal temperature. 140℃における実施例1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を示す図である。It is a figure which shows the three-dimensional shape of a part of metal heater heating surface concerning Example 1 at 140 degreeC. 140℃における比較例1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a three-dimensional shape of a part of a metal heater heating surface according to Comparative Example 1 at 140 ° C.

符号の説明Explanation of reference numerals

10 金属ヒータ
11 上部金属板
11a 加熱面
12 ヒータ
14 有底孔
15 貫通孔
16 測温素子
17 金属板固定用ネジ
18 支持ピン
19 半導体ウエハ
20 支持容器
21 下部金属板
22 押え板
23 遮熱板
24 導電線
25 支持板
27 ばね
28 凹部
29 ステンレス箔
30 接続用のステンレス箔
31 取付部材
32 障壁リング
REFERENCE SIGNS LIST 10 metal heater 11 upper metal plate 11 a heating surface 12 heater 14 bottomed hole 15 through hole 16 temperature measuring element 17 metal plate fixing screw 18 support pin 19 semiconductor wafer 20 support container 21 lower metal plate 22 holding plate 23 heat shield plate 24 Conductive wire 25 Support plate 27 Spring 28 Recess 29 Stainless steel foil 30 Stainless steel foil 31 for connection 31 Mounting member 32 Barrier ring

Claims (4)

複数の金属板と発熱体とから構成され、前記金属板の間に前記発熱体が挟持された金属ヒータであって、
前記金属板の被加熱物と対向する加熱面には、前記発熱体が形成された領域に対応して、被加熱物を支持するための凸部が設けられていることを特徴とする金属ヒータ。
A metal heater comprising a plurality of metal plates and a heating element, wherein the heating element is sandwiched between the metal plates,
A metal heater, wherein a convex portion for supporting the object to be heated is provided on a heating surface of the metal plate facing the object to be heated, corresponding to a region where the heating element is formed. .
前記発熱体が形成された領域の直径は250mm以上であり、前記凸部の数は、6以上である請求項1に記載の金属ヒータ。 2. The metal heater according to claim 1, wherein a diameter of a region where the heating element is formed is 250 mm or more, and a number of the protrusions is 6 or more. 前記発熱体が形成された領域の直径は200〜250nmであり、前記凸部の数は、5以上である請求項1に記載の金属ヒータ。 2. The metal heater according to claim 1, wherein a diameter of the region where the heating element is formed is 200 to 250 nm, and the number of the protrusions is 5 or more. 前記発熱体が2以上に分割されている請求項1〜3のいずれか1に記載の金属ヒータ。 The metal heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating element is divided into two or more.
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