JP2006173495A - Device for heating semiconductor - Google Patents

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悟 苅谷
Wataru Furuichi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for heating semiconductors which can cool a semiconductor wafer efficiently in a short time in a heating and a cooling process in a semiconductor manufacturing process. <P>SOLUTION: The device for heating the semiconductors comprises a holding portion for holding the semiconductor wafer, a heating plate for heating the semiconductor wafer, and a cooling plate for cooling the heated semiconductor wafer. The heating plate is so arranged as to face at least one face of the semiconductor wafer while the cooling plate can be arranged between the semiconductor wafer and the heating plate. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体ウエハを製造する際に用いる半導体用加熱装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor heating device used when manufacturing a semiconductor wafer.

半導体の製造工程では、加熱処理や冷却処理が繰り返し行われることにより、半導体ウエハへのレジスト塗布や、露光・現像等の処理が適切に行われ、その結果、半導体を製造することができる。
そして、各工程では、必要に応じて行われる加熱、冷却を、効率よく、迅速に行うことが要望されている。この要望に対応するために、半導体用製造装置には、加熱機構および冷却機構が備えられている(例えば、特許文献1〜4参照)。
In the semiconductor manufacturing process, the heat treatment and the cooling treatment are repeatedly performed, so that the resist application to the semiconductor wafer and the processing such as exposure and development are appropriately performed. As a result, the semiconductor can be manufactured.
And in each process, heating and cooling performed as needed are requested | required to perform efficiently and rapidly. In order to meet this demand, a semiconductor manufacturing apparatus is provided with a heating mechanism and a cooling mechanism (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

特許文献1には、半導体ウエハの表裏の少なくとも一方に、加熱装置と冷却装置との積層体を間隙を持たせて配置し、半導体ウエハの加熱、冷却を行う熱処理方法が開示されている。
特許文献2には、半導体ウエハを水平に保持して上下に移動可能な保持部と、その上下面に設けた均熱部材と面状加熱体とからなり、半導体ウエハを均一な温度で再現性よく、迅速に加熱することができる熱処理装置が開示されている。
Patent Document 1 discloses a heat treatment method in which a stacked body of a heating device and a cooling device is arranged with a gap on at least one of the front and back sides of a semiconductor wafer to heat and cool the semiconductor wafer.
Patent Document 2 includes a holding unit that holds a semiconductor wafer horizontally and can move up and down, a heat equalizing member and a planar heating member provided on the upper and lower surfaces of the holding unit, and the semiconductor wafer is reproducible at a uniform temperature. Well, a heat treatment apparatus that can be quickly heated is disclosed.

特許文献3には、半導体ウエハの上下両面に、熱源を配置し、これらの熱源を所定の間隔で対向することにより、半導体ウエハの加熱、冷却を行う熱処理装置が開示されている。
特許文献4には、ヒートプレートと冷却プレートとを備え、これらを上下動させることにより、半導体ウエハを加熱、冷却する熱処理装置が開示されている。
Patent Document 3 discloses a heat treatment apparatus that heats and cools a semiconductor wafer by disposing heat sources on both upper and lower surfaces of the semiconductor wafer and opposing these heat sources at a predetermined interval.
Patent Document 4 discloses a heat treatment apparatus that includes a heat plate and a cooling plate, and heats and cools the semiconductor wafer by moving them up and down.

特開平3−69111号公報JP-A-3-69111 特開平7−37827号公報JP 7-37827 A 特開平11−97448号公報JP-A-11-97448 特開平11−233407号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-233407

上述したような熱処理装置や加熱方法を用いることにより、半導体製造工程において、半導体ウエハの加熱処理および冷却処理を行うことが可能である。
しかしながら、従来の加熱処理装置では、半導体ウエハを冷却する際に、半導体ウエハを短時間で冷却することが困難であった。
というのは、半導体ウエハを放冷のみで冷却した場合に冷却に時間がかかるのは当然のこと、冷却プレート等を用いて半導体ウエハを冷却する場合であっても、冷却プレートと半導体ウエハとの間には、加熱プレート等の熱源が介挿されており、半導体ウエハとともに加熱プレートを冷却する必要があり、半導体ウエハのみを冷却する場合に比べて冷却時間が長くなることは避けることができなかった。そのため、従来の熱処理装置や加熱方法では、半導体製造に要する時間を短縮し、半導体の生産効率を向上させる上で改善の余地があった。
By using the heat treatment apparatus and the heating method as described above, it is possible to perform heat treatment and cooling treatment of the semiconductor wafer in the semiconductor manufacturing process.
However, in the conventional heat treatment apparatus, when the semiconductor wafer is cooled, it is difficult to cool the semiconductor wafer in a short time.
This is because when the semiconductor wafer is cooled only by cooling, it takes time to cool, and even when the semiconductor wafer is cooled using a cooling plate or the like, the cooling plate and the semiconductor wafer A heat source such as a heating plate is inserted between them, and it is necessary to cool the heating plate together with the semiconductor wafer, and it is inevitable that the cooling time will be longer than when cooling only the semiconductor wafer. It was. Therefore, the conventional heat treatment apparatus and heating method have room for improvement in reducing the time required for semiconductor manufacturing and improving the production efficiency of the semiconductor.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行い、本発明を完成した。
本発明の半導体用加熱装置は、半導体ウエハを保持する保持部と、上記半導体ウエハを加熱する加熱プレートと、加熱した半導体ウエハを冷却する冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
上記半導体ウエハの少なくとも片面に対向するように、上記加熱プレートが配置され、
上記冷却プレートは、上記半導体ウエハと上記加熱プレートとの間に介挿可能に構成されていることを特徴とする。
The present inventors have intensively studied to solve the above problems and completed the present invention.
The semiconductor heating device of the present invention is a semiconductor heating device comprising a holding unit for holding a semiconductor wafer, a heating plate for heating the semiconductor wafer, and a cooling plate for cooling the heated semiconductor wafer,
The heating plate is arranged to face at least one surface of the semiconductor wafer,
The cooling plate is configured to be inserted between the semiconductor wafer and the heating plate.

上記半導体用加熱装置において、上記冷却プレートは、Cu、Al、CrおよびNiから選択される少なくとも1種の金属が含有されたものであることが望ましい。
また、上記冷却プレートは、JIS Z 8721に基づく値がN5以下であることが望ましい。
また、上記冷却プレートは、前記半導体ウエハの主面と略平行な方向に移動可能であることが望ましい。
また、上記冷却プレートは、その端部にスリットが形成されていることが望ましい。
さらに、上記冷却プレートは、複数のプレートが連結されてなるものであることが望ましい。
In the semiconductor heating device, it is desirable that the cooling plate contains at least one metal selected from Cu, Al, Cr, and Ni.
The cooling plate preferably has a value based on JIS Z 8721 of N5 or less.
The cooling plate is preferably movable in a direction substantially parallel to the main surface of the semiconductor wafer.
Moreover, it is desirable that the cooling plate has a slit formed at the end thereof.
Further, the cooling plate is preferably formed by connecting a plurality of plates.

また、本発明の半導体用加熱装置は、上記冷却プレートを収納するための収納部を備えていることが望ましい。
このように収納部を備えている場合、上記冷却プレートは、上記収納部内では、ロール状態となっていることが望ましい。
In addition, the semiconductor heating device of the present invention preferably includes a storage portion for storing the cooling plate.
When the storage portion is provided as described above, it is desirable that the cooling plate is in a roll state in the storage portion.

本発明の半導体用加熱装置では、冷却プレートが、半導体ウエハと加熱プレートとの間に介挿可能に構成されているため、半導体製造工程の加熱、冷却工程において、効率よく、短時間で半導体ウエハの冷却を行うことができる。
また、上記半導体用加熱装置が収納部を備えている場合には、冷却プレートを備えつつ、装置自体の小型化を図ることができる。
In the semiconductor heating apparatus of the present invention, since the cooling plate is configured to be interposed between the semiconductor wafer and the heating plate, the semiconductor wafer can be efficiently and quickly performed in the heating and cooling processes of the semiconductor manufacturing process. Can be cooled.
Moreover, when the said semiconductor heating apparatus is provided with the accommodating part, size reduction of an apparatus itself can be achieved, providing a cooling plate.

本発明の半導体用加熱装置は、半導体ウエハの冷却効率を向上させた点に特徴を有するものである。
冷却効率を向上させることができた理由としては、下記の2つの理由を考えることができる。
すなわち、1つ目の理由としては、半導体ウエハと冷却源である冷却プレートとの距離を縮めることが可能であることが挙げられる。従来の熱処理装置では、冷却プレート等の冷却源を備えている場合、この冷却源は、加熱プレート等の加熱源を介して、半導体ウエハと対向するように配設されており、そのため、半導体ウエハと冷却源との距離を縮めようとしても、加熱源が存在する構成上、ある程度、距離を空けざるを得ず、半導体ウエハの冷却時間を充分に短縮することが困難であった。これに対し、本発明の半導体用加熱装置では、冷却プレートを半導体ウエハと加熱プレートとの間に介挿可能である(半導体ウエハと冷却プレートとを直接対向させることができる)ため、半導体ウエハと冷却プレートとの距離を縮め、半導体ウエハの冷却時間を短くすることができるのである。
The semiconductor heating device of the present invention is characterized in that the cooling efficiency of the semiconductor wafer is improved.
The following two reasons can be considered as reasons why the cooling efficiency could be improved.
That is, the first reason is that the distance between the semiconductor wafer and the cooling plate that is a cooling source can be reduced. In a conventional heat treatment apparatus, when a cooling source such as a cooling plate is provided, this cooling source is disposed so as to face the semiconductor wafer via a heating source such as a heating plate. Even if it is attempted to reduce the distance between the cooling source and the cooling source, it is difficult to sufficiently reduce the cooling time of the semiconductor wafer due to the configuration in which the heating source is present, and it is necessary to increase the distance to some extent. On the other hand, in the semiconductor heating device of the present invention, the cooling plate can be interposed between the semiconductor wafer and the heating plate (the semiconductor wafer and the cooling plate can be directly opposed to each other). The distance to the cooling plate can be shortened, and the semiconductor wafer cooling time can be shortened.

もう1つの理由としては、冷却プレートと半導体ウエハとを直接対向させることができることが挙げられる。上述したように、従来の熱処理装置では、冷却源が、加熱源を介して半導体ウエハと対向するように配設されていたため、冷却時には、半導体ウエハとともに加熱源も冷却しなければならず、加熱源の冷却をも必要とする分、冷却に要する時間が長くなっていたのに対し、本発明の半導体用加熱装置では、加熱プレートを冷却する必要がなく、半導体ウエハを短時間で冷却することができるのである。 Another reason is that the cooling plate and the semiconductor wafer can be directly opposed to each other. As described above, in the conventional heat treatment apparatus, the cooling source is disposed so as to face the semiconductor wafer via the heating source. Therefore, when cooling, the heating source must be cooled together with the semiconductor wafer. Whereas the time required for cooling is increased by the amount of time required for cooling the source, the semiconductor heating apparatus of the present invention does not need to cool the heating plate, and cools the semiconductor wafer in a short time. Can do it.

本発明の半導体用加熱装置は、半導体ウエハを保持する保持部と、上記半導体ウエハを加熱する加熱プレートと、加熱した半導体ウエハを冷却する冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
上記半導体ウエハの少なくとも片面に対向するように、上記加熱プレートが配置され、
上記冷却プレートは、上記半導体ウエハと上記加熱プレートとの間に介挿することができるように構成されていることを特徴とする。
The semiconductor heating device of the present invention is a semiconductor heating device comprising a holding unit for holding a semiconductor wafer, a heating plate for heating the semiconductor wafer, and a cooling plate for cooling the heated semiconductor wafer,
The heating plate is arranged to face at least one surface of the semiconductor wafer,
The cooling plate is configured to be interposed between the semiconductor wafer and the heating plate.

以下、本発明の半導体用加熱装置について、図面を参照しながら説明する。
図1−1、2は、それぞれ本発明の半導体用加熱装置の一実施形態を模式的に示す断面図であり、図1−1には加熱時の状態を、図1−2には冷却時の状態を示している。
そして、図1−1の(a)は半導体用加熱装置の縦断面図であり、(b)は、A−A線における横断面図である。また、図1−2の(a)は半導体用加熱装置の縦断面図であり、(b)は、B−B線における横断面図である。
なお、図1−1、2には、半導体ウエハが保持部に載置された状態の半導体用加熱装置を示している。
The semiconductor heating device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIGS. 1-1 and 2 are cross-sectional views schematically showing an embodiment of a semiconductor heating device of the present invention. FIG. 1-1 shows a state during heating, and FIG. 1-2 shows a state during cooling. Shows the state.
1-1A is a longitudinal sectional view of the semiconductor heating device, and FIG. 1-1B is a transverse sectional view taken along the line AA. Moreover, (a) of FIGS. 1-2 is a longitudinal cross-sectional view of the heating apparatus for semiconductors, (b) is a cross-sectional view in the BB line.
FIGS. 1-1 and 2 show the semiconductor heating apparatus in a state where the semiconductor wafer is placed on the holding portion.

図1−1に示すように、半導体用加熱装置100は、上チャンバー102および下チャンバー103とからなる処理チャンバー101と、処理チャンバー101内に配設された2枚の加熱プレート110、130および冷却プレート151とから構成されており、2枚の加熱プレート110、130は、下チャンバー103内および上チャンバー102内にそれぞれ1枚づつ水平状態で配設されている。
上チャンバー102は、その側面に半導体ウエハ119を搬入、搬出するためのウエハ出入口141を備えている。
下チャンバー103は、熱交換器140を備えており、この熱交換器140は、エアー噴出し機構(図示せず)を備えている。
As shown in FIG. 1A, the semiconductor heating apparatus 100 includes a processing chamber 101 including an upper chamber 102 and a lower chamber 103, two heating plates 110 and 130 disposed in the processing chamber 101, and cooling. The two heating plates 110 and 130 are arranged horizontally in the lower chamber 103 and the upper chamber 102, one by one.
The upper chamber 102 includes a wafer entrance / exit 141 for loading and unloading the semiconductor wafer 119 on the side surface.
The lower chamber 103 includes a heat exchanger 140, and the heat exchanger 140 includes an air ejection mechanism (not shown).

上チャンバー102に配設された加熱プレート130は、半導体ウエハ119と所定の間隔を維持することができる位置に固定されている。また、加熱プレート130の上部には、加熱プレート130に電圧を印加するための配線等を収納した配線収納部131が設けられている。
また、下チャンバー103に配設された加熱プレート110は、外周近傍の4箇所に取り付けられた4本の支持ピン122を介して、可動プレート121に固定されており、この可動プレート121は、エアシリンダ123に取り付けられている。ここで、エアシリンダ123の側面には、溝が切られており、エアーの圧力によって可動する可動片と一体化した凸部が、この溝を介して、シリンダ外に突出しており、この凸部が可動プレート121に固定されている。そして、エアシリンダの上部または底部よりシリンダ内に空気を送り込むことにより、加熱プレート110を可動プレート121と一体的に下降または上昇させることができる。
さらに、下チャンバー103内では、シリンダ123の近傍に、別途、シリンダ125が備えられており、このシリンダ125には、半導体ウエハ119を支持および受け渡しするための3本のリフターピン116が可動プレート124を介して固定されている。ここで、可動プレート124が固定されたエアシリンダ125は、加熱プレート110を上下動させるためのエアシリンダ123と同様の構成を有しており、エアシリンダの側面に突出した凸部に可動プレート124が固定されている。従って、リフターピン116を可動プレート124と一体的に下降または上昇させることができる。
このリフターピン116は、半導体ウエハを保持する保持部として機能する。
なお、加熱プレート110を駆動させるための配線等も取り付けられているが、ここでは特に図示していない。
The heating plate 130 disposed in the upper chamber 102 is fixed at a position where a predetermined distance from the semiconductor wafer 119 can be maintained. In addition, on the upper portion of the heating plate 130, a wiring storage portion 131 that stores wiring for applying a voltage to the heating plate 130 and the like is provided.
In addition, the heating plate 110 disposed in the lower chamber 103 is fixed to the movable plate 121 via four support pins 122 attached to four locations in the vicinity of the outer periphery. It is attached to the cylinder 123. Here, a groove is cut in the side surface of the air cylinder 123, and a convex portion integrated with a movable piece movable by the pressure of air protrudes outside the cylinder through the groove. Is fixed to the movable plate 121. The heating plate 110 can be lowered or raised integrally with the movable plate 121 by sending air into the cylinder from the top or bottom of the air cylinder.
Further, in the lower chamber 103, a cylinder 125 is separately provided in the vicinity of the cylinder 123. In this cylinder 125, three lifter pins 116 for supporting and delivering the semiconductor wafer 119 are provided. It is fixed through. Here, the air cylinder 125 to which the movable plate 124 is fixed has the same configuration as that of the air cylinder 123 for moving the heating plate 110 up and down, and the movable plate 124 is formed on the convex portion protruding from the side surface of the air cylinder. Is fixed. Therefore, the lifter pin 116 can be lowered or raised integrally with the movable plate 124.
The lifter pins 116 function as a holding unit that holds the semiconductor wafer.
In addition, although the wiring etc. for driving the heating plate 110 are also attached, it is not specifically illustrated here.

加熱プレート110には、半導体ウエハに対向する側と反対側の面110bに、同心円形状からなる複数の発熱体112が形成されている。これら発熱体112は、互いに近い二重の同心円同士が一組の回路として、1本の線になるように形成され、これらの回路を組み合せて、加熱面の110aでの温度が均一になるように設計されている
また、発熱体112からなる回路の両端部分には、入出力の端子となる外部端子(図示せず)との接続部113が形成されている。
また、加熱プレート110の中央に近い部分には、リフターピン116を挿通するための貫通孔が形成されており、さらに、別途、有底孔118が形成されている。なお、有底孔118には、図示してないが、測温素子が取り付けられている。
In the heating plate 110, a plurality of concentric heating elements 112 are formed on a surface 110b opposite to the side facing the semiconductor wafer. These heating elements 112 are formed so that two concentric circles close to each other form a set of circuits to form one line, and these circuits are combined so that the temperature at the heating surface 110a is uniform. In addition, connection portions 113 with external terminals (not shown) serving as input / output terminals are formed at both ends of the circuit composed of the heating element 112.
In addition, a through hole for inserting the lifter pin 116 is formed in a portion near the center of the heating plate 110, and a bottomed hole 118 is separately formed. Although not shown, a temperature measuring element is attached to the bottomed hole 118.

また、加熱プレート130は、リフターピンを挿通するための貫通孔が形成されていない以外は、加熱プレート110と同様の構成を有しており、加熱面(発熱体を形成した面と反対側の面)が、半導体ウエハと対向するように固定されている。 The heating plate 130 has the same configuration as the heating plate 110 except that a through hole for inserting the lifter pin is not formed, and the heating surface (on the side opposite to the surface on which the heating element is formed). Surface) is fixed so as to face the semiconductor wafer.

さらに、下チャンバー103は、その側面に隔壁155を隔てて、収納部150を備えており、この収納部150には、冷却プレート151をロール状態で収納することができ、冷却プレートを収納したり、半導体ウエハ119下部に送り出したりするためのレール154がロール状に敷設されている。なお、レール154は、下側の加熱プレートの上部まで延設されている。
また、レール154の下部には、冷却プレート151を収納したり、送り出したりするためのエアシリンダ156が配設されている。このエアシリンダ156は、その上面に溝が切られており、エアーの圧力によって可動する可動片と一体化した凸部が、この溝を介して、シリンダ上面に突出している。そして、この凸部が冷却プレートの先端部に固定されており、可動片(凸部)の往復運動により、冷却プレート151を構成する金属片を上記収納部内から順次送り出したり、収納部内へ順次収納したりすることができる。
Further, the lower chamber 103 is provided with a storage unit 150 with a partition wall 155 on the side surface, and the storage unit 150 can store the cooling plate 151 in a roll state. A rail 154 for sending out to the lower part of the semiconductor wafer 119 is laid in a roll shape. The rail 154 extends to the upper part of the lower heating plate.
In addition, an air cylinder 156 for storing and sending out the cooling plate 151 is disposed below the rail 154. The air cylinder 156 has a groove formed on the upper surface thereof, and a convex portion integrated with a movable piece that is movable by the pressure of air protrudes from the upper surface of the cylinder through the groove. And this convex part is being fixed to the front-end | tip part of a cooling plate, and the metal piece which comprises the cooling plate 151 is sent out sequentially from the said accommodating part by the reciprocating motion of a movable piece (convex part), or it accommodates in a accommodating part sequentially. You can do it.

冷却プレート151は、複数(図1では12枚)の金属板152からなり、それぞれの金属板152の側面に取り付けられた連結部材153で連結されている。冷却プレート151は、半導体ウエハ119下部に送り出した状態で、支持ピン116と接触しないようにスリット151aが設けられている。
さらに、冷却プレート151には、図示していないが、冷媒(水やガス)を循環させるための配管を設けている。なお、この配管については、後に図面を参照しながら説明する。
冷却プレート151は、冷却効率向上の観点から、できるだけ半導体ウエハ119の近くに位置するように設計されていることが望ましく、また、半導体ウエハ119の近くに位置するように設計した場合には、半導体ウエハ119と接触することを避けるため、冷却プレート151には、その上面(半導体ウエハと対向する面)にスペーサが形成されていてもよい。
The cooling plate 151 is composed of a plurality (twelve in FIG. 1) of metal plates 152 and connected by connecting members 153 attached to the side surfaces of the respective metal plates 152. The cooling plate 151 is provided with slits 151 a so as not to come into contact with the support pins 116 in a state where the cooling plate 151 is fed to the lower part of the semiconductor wafer 119.
Further, although not shown, the cooling plate 151 is provided with piping for circulating a refrigerant (water or gas). This piping will be described later with reference to the drawings.
The cooling plate 151 is preferably designed to be located as close to the semiconductor wafer 119 as possible from the viewpoint of improving cooling efficiency. When the cooling plate 151 is designed to be located near the semiconductor wafer 119, In order to avoid contact with the wafer 119, a spacer may be formed on the upper surface (the surface facing the semiconductor wafer) of the cooling plate 151.

また、隔壁155には、冷却プレート151を収納部150から出し入れするための冷却プレート出入口155aが設けられており、この冷却プレート出入口155aは、シャッター機構(図示せず)を備えており、冷却プレート151収納時には、冷却プレート出入口155aが閉じられ、冷却プレート151を引き出す際には開放されるように構成されている。 Further, the partition wall 155 is provided with a cooling plate inlet / outlet 155a for taking in / out the cooling plate 151 from / into the storage unit 150. The cooling plate inlet / outlet 155a includes a shutter mechanism (not shown). The cooling plate inlet / outlet 155a is closed when the 151 is housed, and is opened when the cooling plate 151 is pulled out.

半導体用加熱装置100においては、加熱プレート110(可動プレート121)やリフターピン(可動プレート124)を上下動させたり、冷却プレート151を送り出したりするために、エアシリンダを備えているが、このエアシリンダは、安価で制御が容易である点で望ましい。なお、エアシリンダ に代えて油圧シリンダ等も用いることができ、さらには、シリンダに代えて、ステップモータを用いてもよい。 The semiconductor heating device 100 includes an air cylinder for moving the heating plate 110 (movable plate 121) and the lifter pin (movable plate 124) up and down, and sending out the cooling plate 151. The cylinder is desirable because it is inexpensive and easy to control. A hydraulic cylinder or the like can be used instead of the air cylinder, and a step motor may be used instead of the cylinder.

また、図1には、複数の金属片からなる冷却プレート、すなわち、複数のプレートが連結されてなる冷却プレートが用いられている。このような複数のプレートが連結されてなる冷却プレートを用いた場合、放熱が、冷却プレートの上下面のみならず、各プレートの側面においても行われることとなり(放熱に寄与する表面積が増大することとなる)、冷却効率が向上することとなる。
本発明の半導体用加熱装置においては、1枚のプレートからなる冷却プレートを用いてもよいが、上記した理由により、複数のプレートが連結されてなる冷却プレートを用いるほうが望ましいのである。
In FIG. 1, a cooling plate made of a plurality of metal pieces, that is, a cooling plate formed by connecting a plurality of plates is used. When such a cooling plate formed by connecting a plurality of plates is used, heat radiation is performed not only on the upper and lower surfaces of the cooling plate but also on the side surfaces of each plate (the surface area contributing to heat radiation increases). Cooling efficiency will be improved.
In the semiconductor heating device of the present invention, a cooling plate composed of a single plate may be used. However, for the reasons described above, it is desirable to use a cooling plate formed by connecting a plurality of plates.

次に、本発明の半導体用加熱装置の動作について説明する。
半導体用加熱装置100では、半導体ウエハ119をウエハ出入口141から搬入し、リフターピン116で支持した後、可動プレート121、支持ピン122とともに加熱プレート110を上昇させ、加熱プレート110を半導体ウエハ119と所定の間隙を有する位置に配置させる(図1−1(a)(b)参照)。半導体ウエハの搬入は、ロボットアームで搬入させる等、従来公知の方法で行うことができる。
そして、加熱プレート110、130のそれぞれに形成された発熱体に通電することにより、加熱プレート110、130を昇温し、半導体ウエハ119の加熱処理を行う。
また、加熱処理時には、熱交換器140が備えるエアー噴出し機構よりエアーを噴出させるととともに、ウエハ出入口側からエアーを吸引することにより、半導体ウエハ119上にパーティクルが付着することを防止している。
Next, the operation of the semiconductor heating device of the present invention will be described.
In the semiconductor heating apparatus 100, the semiconductor wafer 119 is carried in from the wafer entrance / exit 141 and supported by the lifter pins 116, and then the heating plate 110 is raised together with the movable plate 121 and the support pins 122, so that the heating plate 110 and the semiconductor wafer 119 are predetermined. (See FIGS. 1-1 (a) and (b)). The semiconductor wafer can be loaded by a conventionally known method such as loading with a robot arm.
Then, by energizing the heating elements formed on the heating plates 110 and 130, the heating plates 110 and 130 are heated, and the semiconductor wafer 119 is heated.
Further, during the heat treatment, air is ejected from an air ejection mechanism provided in the heat exchanger 140 and air is sucked from the wafer entrance / exit side to prevent particles from adhering to the semiconductor wafer 119. .

また、加熱処理を終了し、冷却処理に移行する際には、加熱プレート110を下降させ、その後、冷却プレート151を収納部150から出し、半導体ウエハ119の下方に位置させる。換言すれば、冷却プレート151を半導体ウエハ119と加熱プレート110との間に介挿させる。その後、半導体ウエハをリフターピン116とともに下降させ、半導体ウエハを冷却プレートに近接させる(図1−2(a)(b)参照)。
さらに、冷却プレート151内に配設された配管内に冷媒(水やガス)を流し、半導体ウエハ119を冷却する。
このようにして、半導体ウエハの加熱処理および冷却処理を行い、処理完了後、半導体ウエハを搬出し、続いて、新たな未処理の半導体ウエハを搬入する。
これにより、半導体ウエハを順次、加熱、冷却することができる。
In addition, when the heat treatment is finished and the process proceeds to the cooling treatment, the heating plate 110 is lowered, and then the cooling plate 151 is taken out of the storage unit 150 and positioned below the semiconductor wafer 119. In other words, the cooling plate 151 is interposed between the semiconductor wafer 119 and the heating plate 110. Thereafter, the semiconductor wafer is lowered together with the lifter pins 116, and the semiconductor wafer is brought close to the cooling plate (see FIGS. 1-2 (a) and (b)).
Further, the semiconductor wafer 119 is cooled by flowing a coolant (water or gas) through a pipe disposed in the cooling plate 151.
In this manner, the semiconductor wafer is heated and cooled, and after the processing is completed, the semiconductor wafer is unloaded, and then a new unprocessed semiconductor wafer is loaded.
Thereby, a semiconductor wafer can be heated and cooled sequentially.

次に、本発明の半導体用加熱装置の構成部材について説明する。
まず、上記冷却プレートについて説明する。
上記冷却プレートの材料としては、例えば、Cu、Al、Cr、Niから選択される少なくとも1種の金属が含有されたもの、例えば、Cu、Al、Cr、Niやこれらの合金(Cu合金、Al合金、Cr合金、Ni合金)等が挙げられる。これらは、冷却プレートとしての剛性を確保できるとともに、熱容量が大きく、水冷や空冷によりプレートを短時間で冷やすことができるため、半導体ウエハも効率よく冷却させるのに適しているからである。
また、これらの金属を用いた場合には、半導体ウエハを均一に冷却することができるため、冷却時における半導体ウエハの破損等の不都合を回避することができる。
また、上記合金の一例としては、例えば、圧延銅箔、ステンレス(SUS)等が挙げられる。
Next, components of the semiconductor heating device of the present invention will be described.
First, the cooling plate will be described.
As the material of the cooling plate, for example, a material containing at least one metal selected from Cu, Al, Cr, Ni, for example, Cu, Al, Cr, Ni and alloys thereof (Cu alloy, Al Alloy, Cr alloy, Ni alloy) and the like. This is because the rigidity as a cooling plate can be secured, the heat capacity is large, and the plate can be cooled in a short time by water cooling or air cooling, so that it is suitable for efficiently cooling the semiconductor wafer.
In addition, when these metals are used, the semiconductor wafer can be cooled uniformly, so that inconveniences such as breakage of the semiconductor wafer during cooling can be avoided.
Moreover, as an example of the said alloy, rolled copper foil, stainless steel (SUS) etc. are mentioned, for example.

また、上記冷却プレートは、上記材料から構成される単層のプレートであってもよいし、2層以上の複数層からなるプレートであってもよい。また、上記材料からなるプレートと、他の金属からなるプレートとの積層体であってもよい。
上記冷却プレートが、図1−1、2に示したように、複数の金属片が連結部材により連結されてなる場合、上記連結部材もまた、上記金属からなることが望ましい。
Further, the cooling plate may be a single layer plate made of the above material, or may be a plate made up of two or more layers. Moreover, the laminated body of the plate which consists of said material, and the plate which consists of another metal may be sufficient.
When the cooling plate is formed by connecting a plurality of metal pieces by a connecting member as shown in FIGS. 1-1 and 2, the connecting member is also preferably made of the metal.

また、上記冷却プレートには、明度がJIS Z 8721の規定に基づく値でN5以下であることが望ましい。この場合、輻射熱量、隠蔽性に優れ、冷却性を助長させられ、より効率よく半導体ウエハを冷却することができるからである。冷却プレートの全体が上記範囲の明度を有するものであってもよいし、冷却プレートの一部分(例えば、半導体ウエハと対向する部分)が上記範囲の明度を有するものであってもよい。
ここで、明度のNは、理想的な黒の明度を0とし、理想的な白の明度を10とし、これらの黒の明度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度となるように各色を10分割し、N0〜N10の記号で表示したものである。
そして、実際の測定は、N0〜N10に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点1位は0または5とする。
Further, it is desirable that the cooling plate has a lightness value of N5 or less in accordance with JIS Z 8721. This is because in this case, the amount of radiant heat and concealment are excellent, the cooling property is promoted, and the semiconductor wafer can be cooled more efficiently. The entire cooling plate may have the lightness in the above range, or a part of the cooling plate (for example, a portion facing the semiconductor wafer) may have the lightness in the above range.
Here, the brightness N is an ideal black brightness of 0, an ideal white brightness of 10, and the perception of the brightness of the color between these black brightness and white brightness. Each color is divided into 10 so as to have a uniform rate, and is displayed with symbols N0 to N10.
Actual measurement is performed by comparing with color charts corresponding to N0 to N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5.

また、上記冷却プレートは、図1−1、2に示したように、上記半導体ウエハの主面と略平行な方向に移動可能となるように構成されていることが望ましい。
この場合、冷却処理時にのみ、半導体ウエハと加熱プレートとの間に冷却プレートを介挿することができるため、加熱時には、加熱プレートから発生した熱を阻害することがなく、短時間で半導体ウエハを加熱することができ、冷却時には、上述したように短時間で半導体ウエハを冷却することができるからである。
The cooling plate is preferably configured to be movable in a direction substantially parallel to the main surface of the semiconductor wafer, as shown in FIGS.
In this case, since the cooling plate can be inserted between the semiconductor wafer and the heating plate only during the cooling process, the heat generated from the heating plate is not hindered during the heating, and the semiconductor wafer can be removed in a short time. This is because the semiconductor wafer can be cooled in a short time as described above.

また、上記冷却プレートは、図1−2に示したように、その先端にスリットが形成されていてもよい。スリットを形成することにより、冷却プレートとリフターピン等とが接触することがなくなり、他の構成部材との接触に起因して冷却機能が低下するおそれがなくなるからである。すなわち、加熱工程終了時には、リフターピン等も熱を有しており、冷却プレートが、リフターピンと接触すると冷却プレート自体が暖められ、その結果、冷却プレートの冷却能が低下することとなるが、スリットを形成することによりこのような不都合を回避することができるのである。 Moreover, as shown to FIGS. 1-2, the said cooling plate may have the slit formed in the front-end | tip. By forming the slit, the cooling plate does not come into contact with the lifter pin or the like, and there is no possibility that the cooling function is deteriorated due to contact with other components. That is, at the end of the heating process, the lifter pins and the like also have heat, and when the cooling plate comes into contact with the lifter pins, the cooling plate itself is heated, and as a result, the cooling capacity of the cooling plate is reduced. Such an inconvenience can be avoided by forming.

また、上記冷却プレートは、図1−1、2に示したように、収納部内でロール形状を有することができるものに限定されるわけではなく、容易に変形しない板状体であってもよい。
但し、半導体用加熱装置の小型化に有利であるとの点から、ロール形状に収納可能なものが望ましい。
また、図1−1、2に示した半導体用加熱装置では、装置の両側面のそれぞれに冷却プレートが収納され、2枚の冷却プレートで半導体ウエハを冷却するように構成されているが、装置の一方の側面にのみ冷却プレートが収納され、1枚の冷却プレートで半導体ウエハを冷却するように構成されていてもよい。
In addition, the cooling plate is not limited to one that can have a roll shape in the storage section as shown in FIGS. 1-1 and 2, and may be a plate-like body that does not easily deform. .
However, in view of being advantageous in reducing the size of the semiconductor heating device, it is desirable that it can be stored in a roll shape.
In the semiconductor heating apparatus shown in FIGS. 1-1 and 2, cooling plates are housed on both side surfaces of the apparatus, and the semiconductor wafer is cooled by two cooling plates. The cooling plate may be stored only on one side surface of the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer may be cooled by one cooling plate.

また、換言すれば、上記半導体用加熱装置は、上記冷却プレートを収納するための収納部を有していることが望ましい。加熱時に、冷却プレートを収納部内に収納しておけば、加熱プレートによる半導体ウエハの加熱が阻害されることがなく、加熱効率の向上に繋がるからである。 In other words, it is desirable that the semiconductor heating device has a storage portion for storing the cooling plate. This is because if the cooling plate is stored in the storage portion during heating, heating of the semiconductor wafer by the heating plate is not hindered, leading to improvement in heating efficiency.

また、上述したように、冷却プレートには、水やガス等の冷媒を流すための配管(以下、冷媒管ともいう)が配設されていてもよい。
以下、冷却プレートに配設する冷媒管について図面を参照しながら説明する。
図2および図3のそれぞれ(a)、(b)は、冷媒管が形成された冷却プレートの一部を模式的に示す側面図および平面図である。
Further, as described above, the cooling plate may be provided with a pipe (hereinafter also referred to as a refrigerant pipe) for flowing a refrigerant such as water or gas.
Hereinafter, the refrigerant pipe disposed on the cooling plate will be described with reference to the drawings.
FIGS. 2 and 3 are respectively a side view and a plan view schematically showing a part of a cooling plate on which a refrigerant pipe is formed.

図2に示すように、冷却プレート151を構成する金属片152には、その内部に3本の平行な冷媒管155が形成されている。そして、この冷媒管内に冷媒を流すことにより、半導体ウエハを効率良く冷却することができる。なお、図中、153は連結部材である。
また、金属片の内部に平行に冷媒管を配設する場合、その本数は特に限定されず、1本や2本であってもよいし、4本以上であってもよい。
As shown in FIG. 2, the metal piece 152 constituting the cooling plate 151 has three parallel refrigerant tubes 155 formed therein. And a semiconductor wafer can be efficiently cooled by flowing a refrigerant in this refrigerant pipe. In the figure, reference numeral 153 denotes a connecting member.
Moreover, when arrange | positioning a refrigerant | coolant pipe | tube parallel to the inside of a metal piece, the number is not specifically limited, One or two may be sufficient and four or more may be sufficient.

また、金属片に冷媒管を配設する場合、図3に示すように、冷却プレートを構成する金属片252の内部を蛇行する1本の冷媒管255であってもよい。この場合も同様に、冷媒管内に冷媒を流すことにより半導体ウエハを効率良く冷却することができる。
なお、図中、253は連結部材である。
Moreover, when arrange | positioning a refrigerant | coolant pipe | tube to a metal piece, as shown in FIG. 3, the one refrigerant | coolant pipe | tube 255 which meanders the inside of the metal piece 252 which comprises a cooling plate may be sufficient. In this case as well, the semiconductor wafer can be efficiently cooled by flowing the refrigerant into the refrigerant pipe.
In the figure, reference numeral 253 denotes a connecting member.

また、図2、3に示した冷媒管は、各金属片ごとに形成されたものであるが、冷却プレートに冷媒管を配管する場合、例えば、冷却プレートを構成する金属片全体を一体的に貫通するような冷媒管を配設してもよい。
また、金属片ごとに冷媒管を形成する場合、全ての金属片に冷媒管を形成してもよいし、一部の金属片にのみ冷媒管を形成してもよい。
Moreover, although the refrigerant | coolant pipe | tube shown in FIG.2, 3 is formed for every metal piece, when connecting a refrigerant | coolant pipe | tube to a cooling plate, for example, the whole metal piece which comprises a cooling plate is integrated. You may arrange | position the refrigerant | coolant pipe | tube which penetrates.
Moreover, when forming a refrigerant | coolant pipe | tube for every metal piece, a refrigerant | coolant pipe | tube may be formed in all the metal pieces, and a refrigerant pipe may be formed only in a part of metal pieces.

次に、加熱プレートについて説明する。
上記加熱プレートは、半導体ウエハの上面側に配置するものも、下面側に配置するものも同一のものを用いることができるので、ここでは、両者を区別することなく、加熱プレートとして説明する。
上記加熱プレートとしては、セラミック基板の表面または内部に発熱体が形成されたセラミックヒータを用いることができる。
Next, the heating plate will be described.
As the heating plate, the same plate can be used for both the upper surface side and the lower surface side of the semiconductor wafer. Therefore, here, the heating plate will be described without distinguishing both.
As the heating plate, a ceramic heater in which a heating element is formed on or inside the ceramic substrate can be used.

上記セラミック基板の材質としては、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミックが挙げられる。これらのなかでは、窒化物セラミックおよび炭化物セラミックの非酸化物セラミックが望ましい。
窒化物セラミック、炭化物セラミックおよび酸化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラミック基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、セラミック基板を薄くて軽いものとすることができる。さらに、セラミック基板の熱伝導率が高く、セラミック基板自体が薄いため、セラミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に追従する。即ち、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、セラミック基板の表面温度を制御することができるのである。
Examples of the material of the ceramic substrate include nitride ceramics, carbide ceramics, and oxide ceramics. Of these, non-oxide ceramics of nitride ceramic and carbide ceramic are desirable.
Nitride ceramics, carbide ceramics and oxide ceramics have a smaller coefficient of thermal expansion than metals and have a significantly higher mechanical strength than metals. No distortion. Therefore, the ceramic substrate can be made thin and light. Furthermore, since the ceramic substrate has a high thermal conductivity and the ceramic substrate itself is thin, the surface temperature of the ceramic substrate quickly follows the temperature change of the heating element. That is, the surface temperature of the ceramic substrate can be controlled by changing the voltage and current values to change the temperature of the heating element.

また、窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the nitride ceramic include aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride. These may be used alone or in combination of two or more.

また、炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the carbide ceramic include silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. These may be used alone or in combination of two or more.

さらに、酸化物セラミックとしては、金属酸化物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト等が挙げられる。
これらのセラミックは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Furthermore, examples of the oxide ceramic include metal oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, and mullite.
These ceramics may be used independently and may use 2 or more types together.

これらのなかでは、窒化物セラミックおよび炭化物セラミックの非酸化物セラミックが望ましく、窒化アルミニウムが最も望ましい。熱伝導率が180W/m・Kと最も高く、温度追従性に優れるからである。 Among these, non-oxide ceramics of nitride ceramic and carbide ceramic are desirable, and aluminum nitride is most desirable. This is because the thermal conductivity is the highest, 180 W / m · K, and the temperature followability is excellent.

なお、上記セラミックヒータにおいて、セラミック基板として窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物セラミック等を使用する際、必要により、絶縁層を形成してもよい。窒化物セラミックは酸素固溶等により、高温で体積抵抗値が低下しやすく、また炭化物セラミックは特に高純度化しない限り導電性を有しており、絶縁層を形成することにより、高温時あるいは不純物を含有していても回路間の短絡を防止して温度制御性を確保できるからである。 In the ceramic heater, when a nitride ceramic, a carbide ceramic, an oxide ceramic or the like is used as the ceramic substrate, an insulating layer may be formed as necessary. Nitride ceramics are liable to decrease in volume resistance at high temperatures due to oxygen solid solution, etc., and carbide ceramics have conductivity unless particularly highly purified. This is because a short circuit between the circuits can be prevented and temperature controllability can be ensured even if the content is contained.

上記絶縁層としては、酸化物セラミックが望ましく、具体的には、シリカ、アルミナ、ムライト、コージェライト、ベリリア等を使用することができる。
このような絶縁層としては、アルコキシドを加水分解重合させたゾル溶液をセラミック基板にスピンコートして乾燥、焼成を行ったり、スパッタリング、CVD等の処理を施したりすることにより形成することができる。また、セラミック基板表面を酸化処理して酸化物層を設けてもよい。
As the insulating layer, an oxide ceramic is desirable. Specifically, silica, alumina, mullite, cordierite, beryllia, or the like can be used.
Such an insulating layer can be formed by spin-coating a sol solution obtained by hydrolytic polymerization of an alkoxide on a ceramic substrate, drying and firing, or performing a treatment such as sputtering or CVD. In addition, an oxide layer may be provided by oxidizing the surface of the ceramic substrate.

上記絶縁層の厚さは、0.1〜1000μmであることが望ましい。0.1μm未満では、絶縁性を確保できず、1000μmを超えると発熱体からセラミック基板への熱伝導性を阻害してしまうからである。
さらに、上記絶縁層の体積抵抗率は、上記セラミック基板の体積抵抗率の10倍以上(同一測定温度)であることが望ましい。10倍未満では、回路の短絡を防止できないからである。
The thickness of the insulating layer is preferably 0.1 to 1000 μm. This is because if the thickness is less than 0.1 μm, insulation cannot be secured, and if it exceeds 1000 μm, the thermal conductivity from the heating element to the ceramic substrate is hindered.
Furthermore, the volume resistivity of the insulating layer is desirably 10 times or more (the same measurement temperature) as the volume resistivity of the ceramic substrate. This is because if it is less than 10 times, a short circuit cannot be prevented.

また、上記セラミック基板は、カーボンを含有し、その含有量は、200〜5000ppmであることが望ましい。電極を隠蔽することができ、また黒体輻射を利用しやすくなるからである。 Moreover, it is desirable that the ceramic substrate contains carbon and the content thereof is 200 to 5000 ppm. This is because the electrode can be concealed and blackbody radiation can be easily used.

また、上記セラミック基板として、シリコンウエハの表面に、酸化物セラミックからなる絶縁層が形成されたものを使用することができる。 In addition, as the ceramic substrate, a substrate in which an insulating layer made of an oxide ceramic is formed on the surface of a silicon wafer can be used.

なお、上記セラミック基板は、明度がJIS Z 8721の規定に基づく値でN6以下のものであることが望ましい。この程度の明度を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるからである。 The ceramic substrate preferably has a lightness of N6 or less in accordance with JIS Z 8721. This is because the lightness of this level is excellent in the amount of radiant heat and concealment.

上記セラミックヒータにおいて、セラミック基板の表面に発熱体を設ける場合は、発熱体形成面は、加熱面の反対側であることが望ましい。発熱体の形成位置をこのように設定することにより、発熱体から発生した熱が伝搬していくうちに、セラミック基板全体に拡散し、半導体ウエハを加熱する面の温度分布が均一化され、その結果、被加熱物の各部分における温度が均一化される。
上記発熱体は、セラミック基板の内部に形成されていてもよい(図5(d)参照)。
In the ceramic heater, when the heating element is provided on the surface of the ceramic substrate, it is desirable that the heating element forming surface is opposite to the heating surface. By setting the formation position of the heating element in this way, while the heat generated from the heating element propagates, it diffuses throughout the ceramic substrate and the temperature distribution on the surface that heats the semiconductor wafer is made uniform. As a result, the temperature in each part of the object to be heated is made uniform.
The heating element may be formed inside a ceramic substrate (see FIG. 5D).

セラミック基板の表面に発熱体を形成する場合、発熱体の厚さは、1〜30μmが好ましい。さらに、発熱体の幅は、0.1〜20mmが好ましく、0.1〜5mmがより好ましい。
発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大きくなる。
When the heating element is formed on the surface of the ceramic substrate, the thickness of the heating element is preferably 1 to 30 μm. Furthermore, the width of the heating element is preferably 0.1 to 20 mm, and more preferably 0.1 to 5 mm.
The heating element can have a change in resistance value depending on its width and thickness, but the above range is the most practical. The resistance value increases as it becomes thinner and thinner.

また、上記セラミックヒータにおける発熱体のパターンとしては、例えば、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン、屈曲線の繰り返しパターン等も用いることができる。また、これらは併用してもよい。
また、最外周に形成された発熱体パターンを、円周方向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セラミック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、セラミックヒータの温度のばらつきを抑えることが可能である。さらに、円周方向に分割された発熱体のパターンは、セラミック基板の最外周に限らず、その内部にも形成してもよい。
In addition, as the heating element pattern in the ceramic heater, for example, a spiral pattern, an eccentric circular pattern, a repeated pattern of bent lines, or the like can be used. These may be used in combination.
In addition, by making the heating element pattern formed on the outermost periphery into a pattern divided in the circumferential direction, it becomes possible to perform fine temperature control on the outermost periphery of the ceramic heater where the temperature tends to decrease. It is possible to suppress variations in temperature. Furthermore, the pattern of the heating element divided in the circumferential direction is not limited to the outermost periphery of the ceramic substrate, and may be formed inside the outer periphery.

上記発熱体は、断面が矩形であっても楕円であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面の温度分布ができにくいからである。断面のアスペクト比(発熱体の幅/発熱体の厚さ)は、10〜5000であることが望ましい。
この範囲に調整することにより、発熱体の抵抗値を大きくすることができるとともに、加熱面の温度の均一性を確保することができるからである。
The heating element may be rectangular or elliptical in cross section, but is preferably flat. This is because the flat surface is more likely to dissipate heat toward the heating surface, and thus the temperature distribution on the heating surface is less likely to occur. The cross-sectional aspect ratio (the width of the heating element / the thickness of the heating element) is preferably 10 to 5000.
By adjusting to this range, the resistance value of the heating element can be increased and the uniformity of the temperature of the heating surface can be ensured.

発熱体の厚さを一定とした場合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、セラミック基板の加熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、発熱体のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまい、逆にアスペクト比が大きすぎると発熱体の中央の直上部分が高温となってしまい、結局、発熱体のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまう。従って、温度分布を考慮すると、断面のアスペクト比は、10〜5000であることが望ましいのである。
上記セラミックヒータにおいては、アスペクト比を10〜200とすることがより望ましい。
When the thickness of the heating element is constant, if the aspect ratio is smaller than the above range, the amount of heat propagation in the direction of the heating surface of the ceramic substrate will be reduced, and a heat distribution that approximates the pattern of the heating element will be generated on the heating surface. On the contrary, if the aspect ratio is too large, the portion directly above the center of the heating element becomes high in temperature, and eventually a heat distribution that approximates the pattern of the heating element is generated on the heating surface. Therefore, considering the temperature distribution, the aspect ratio of the cross section is desirably 10 to 5000.
In the ceramic heater, the aspect ratio is more preferably 10 to 200.

上記発熱体を形成する際に用いる、導体ペーストとしては特に限定されないが、導電性を確保するための金属粒子または導電性セラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが好ましい。 The conductor paste used for forming the heating element is not particularly limited, but contains metal particles or conductive ceramics to ensure conductivity, and includes resin, solvent, thickener, etc. Is preferred.

金属粒子としては、例えば、貴金属(金、銀、白金、パラジウム)、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケルなどが好ましく、中でも、貴金属(金、銀、白金、パラジウム)がより好ましい。また、これらは、単独で用いてもよいが、2種以上を併用することが望ましい。これらの金属は、比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。
上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
As the metal particles, for example, noble metals (gold, silver, platinum, palladium), lead, tungsten, molybdenum, nickel and the like are preferable, and among them, noble metals (gold, silver, platinum, palladium) are more preferable. Moreover, although these may be used independently, it is desirable to use 2 or more types together. This is because these metals are relatively difficult to oxidize and have sufficient resistance to generate heat.
Examples of the conductive ceramic include tungsten and molybdenum carbides. These may be used alone or in combination of two or more.

これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒径は、0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、100μmを超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるからである。 The particle diameter of these metal particles or conductive ceramic particles is preferably 0.1 to 100 μm. If it is too fine, less than 0.1 μm, it is easy to oxidize.

上記金属粒子の形状は、球状であっても、リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよい。
上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を保持しやすくなり、発熱体と窒化物セラミック等との密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることができるため有利である。
The metal particles may be spherical or flake shaped. When these metal particles are used, it may be a mixture of the sphere and the flakes.
When the metal particles are flakes or a mixture of spheres and flakes, it becomes easier to hold metal oxides between the metal particles, and the adhesion between the heating element and the nitride ceramic is improved. This is advantageous because it can be ensured and the resistance value can be increased.

導体ペーストに使用される樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。 Examples of the resin used for the conductor paste include an epoxy resin and a phenol resin. Examples of the solvent include isopropyl alcohol. Examples of the thickener include cellulose.

導体ペーストには、上記したように、金属粒子に金属酸化物を添加し、発熱体を金属粒子および金属酸化物を焼結させたものとすることが望ましい。このように、金属酸化物を金属粒子とともに焼結させることにより、セラミック基板である窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと金属粒子とを密着させることができる。 As described above, it is desirable that the conductive paste is obtained by adding a metal oxide to metal particles and sintering the metal particles and metal oxide as a heating element. Thus, by sintering the metal oxide together with the metal particles, the nitride ceramic or carbide ceramic as the ceramic substrate and the metal particles can be brought into close contact with each other.

金属酸化物を混合することにより、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面や窒化物セラミック、炭化物セラミックの表面は、わずかに酸化されて酸化膜が形成されており、この酸化膜同士が金属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとが密着するのではないかと考えられる。 The reason why the adhesion with the nitride ceramic or carbide ceramic is improved by mixing the metal oxide is not clear, but the surface of the metal particles, the surface of the nitride ceramic, or the carbide ceramic is slightly oxidized to form an oxide film. It is considered that the oxide films are sintered and integrated with each other through the metal oxide, and the metal particles and the nitride ceramic or the carbide ceramic are in close contact with each other.

上記金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B)、アルミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。 As the metal oxide, for example, at least one selected from the group consisting of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania is preferable.

これらの酸化物は、発熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとの密着性を改善することができるからである。 This is because these oxides can improve the adhesion between the metal particles and the nitride ceramic or carbide ceramic without increasing the resistance value of the heating element.

上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B)、アルミナ、イットリア、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を100重量部とした場合、重量比で、酸化鉛が1〜10、シリカが1〜30、酸化ホウ素が5〜50、酸化亜鉛が20〜70、アルミナが1〜10、イットリアが1〜50、チタニアが1〜50であって、その合計が100重量部を超えない範囲で調整されていることが望ましい。
これらの範囲で、これらの酸化物の量を調整することにより、特に窒化物セラミックとの密着性を改善することができる。
上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量は、0.1重量%以上10重量%未満が好ましい。
The ratio of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania is 1 to 10 in terms of weight ratio when the total amount of metal oxide is 100 parts by weight. Silica 1-30, Boron oxide 5-50, Zinc oxide 20-70, Alumina 1-10, Yttria 1-50, Titania 1-50, the total exceeds 100 parts by weight It is desirable to adjust within a range that does not.
By adjusting the amount of these oxides within these ranges, it is possible to improve the adhesion particularly with the nitride ceramic.
The amount of the metal oxide added to the metal particles is preferably 0.1 wt% or more and less than 10 wt%.

また、発熱体として金属箔や金属線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。金属線としては、例えば、タングステン線、モリブデン線等が挙げられる。 Moreover, metal foil and a metal wire can also be used as a heat generating body. As the metal foil, it is desirable to use a nickel foil or a stainless steel foil as a heating element by patterning by etching or the like. The patterned metal foil may be bonded with a resin film or the like. Examples of the metal wire include a tungsten wire and a molybdenum wire.

また、発熱体を形成した際の面積抵抗率は、0.1mΩ〜10Ω/□が好ましい。面積抵抗率が0.1mΩ/□未満の場合、発熱量を確保するために、発熱体パターンの幅を0.1〜1mm程度と非常に細くしなければならず、このため、パターンのわずかな欠け等で断線したり、抵抗値が変動し、また、面積抵抗率が10Ω/□を超えると、発熱体パターンの幅を大きくしなければ、発熱量を確保できず、その結果、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 sheet resistivity when the heating element is formed is preferably 0.1 mΩ to 10Ω / □. When the area resistivity is less than 0.1 mΩ / □, the width of the heating element pattern must be very thin, about 0.1 to 1 mm, in order to secure the heat generation amount. If the wire breaks due to chipping, the resistance value fluctuates, and the area resistivity exceeds 10Ω / □, the heat generation amount cannot be secured unless the width of the heating element pattern is increased. This is because the degree of freedom decreases and it becomes difficult to make the temperature of the heating surface uniform.

セラミック基板の表面に発熱体を形成する場合は、発熱体の表面部分に、金属被覆層が設置されていることが望ましい。内部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する金属被覆層の厚さは、0.1〜10μmが好ましい。 When a heating element is formed on the surface of the ceramic substrate, it is desirable that a metal coating layer is provided on the surface portion of the heating element. This is to prevent the resistance value from changing due to oxidation of the internal metal sintered body. As for the thickness of the metal coating layer to form, 0.1-10 micrometers is preferable.

金属被覆層を形成する際に使用される金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケルが好ましい。 Although the metal used when forming a metal coating layer will not be specifically limited if it is a non-oxidizing metal, Specifically, gold | metal | money, silver, palladium, platinum, nickel etc. are mentioned, for example. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, nickel is preferred.

上記セラミック基板の直径は、200mm以上が望ましい。大きな直径を持つセラミックヒータほど、熱容量が大きくなるためである。また、このような大きな直径を持つセラミック基板は、大口径の半導体ウエハを加熱することができるからである。セラミック基板の直径は、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。 The ceramic substrate preferably has a diameter of 200 mm or more. This is because a ceramic heater having a larger diameter has a larger heat capacity. In addition, such a ceramic substrate having a large diameter can heat a large-diameter semiconductor wafer. In particular, the diameter of the ceramic substrate is desirably 12 inches (300 mm) or more. This is because it becomes the mainstream of next-generation semiconductor wafers.

また、上記セラミック基板の厚さは、その上限が20mmであることが望ましい。セラミック基板の厚さが20mmを超えると温度追従性が低下するからである。また、その厚さの貫通孔は、0.5mmであることが望ましい。0.5mmより薄いと、セラミック基板の強度自体が低下するため破損しやすくなる。より望ましく下限は1.5mmを超える厚さであり、上限は5mmである。5mmより厚くなると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が低下する傾向が生じ、一方、1.5mm以下であると、セラミック基板中を伝搬する熱が充分に拡散しないため加熱面に温度ばらつきが発生することがあり、また、セラミック基板の強度が低下して破損する場合があるからである。 The upper limit of the thickness of the ceramic substrate is desirably 20 mm. This is because if the thickness of the ceramic substrate exceeds 20 mm, the temperature followability is lowered. Moreover, it is desirable that the thickness of the through hole is 0.5 mm. When the thickness is less than 0.5 mm, the strength of the ceramic substrate itself is lowered, so that it is easily damaged. More desirably, the lower limit is a thickness exceeding 1.5 mm, and the upper limit is 5 mm. If it is thicker than 5 mm, heat will not easily propagate, and the heating efficiency will tend to decrease. On the other hand, if it is 1.5 mm or less, the heat propagated in the ceramic substrate will not diffuse sufficiently, resulting in temperature variations on the heating surface. This is because the strength of the ceramic substrate may be reduced and broken.

上記セラミックヒータにおいては、セラミック基板は、底面から加熱面(半導体ウエハと対向する面)に向けて有底孔を設けるとともに、この有底孔に熱電対等の測温素子を設けることが望ましい。セラミックヒータ(加熱プレート)の温度制御を行うことができるからである。 In the ceramic heater, it is desirable that the ceramic substrate is provided with a bottomed hole from the bottom surface toward the heating surface (surface facing the semiconductor wafer), and a temperature measuring element such as a thermocouple is provided in the bottomed hole. This is because the temperature of the ceramic heater (heating plate) can be controlled.

また、上記有底孔の底は、発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成することが望ましい。
具体的には、加熱面と有底孔の底との距離は、0.1mm〜セラミック基板の厚さの1/2であることが望ましい。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、セラミック基板の厚さの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。
The bottom of the bottomed hole is preferably formed closer to the heating surface than the heating element.
Specifically, the distance between the heating surface and the bottom of the bottomed hole is preferably 0.1 mm to ½ of the thickness of the ceramic substrate. If the thickness is less than 0.1 mm, heat is dissipated and a temperature distribution is formed on the heating surface. If the thickness exceeds 1/2 of the thickness of the ceramic substrate, the temperature of the heating element is easily affected, and the temperature cannot be controlled. This is because a 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 becomes large, and if it is too small, the workability deteriorates and the distance from the heating surface cannot be made uniform.

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 resistance temperature detector, 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 exemplified in JIS-C-1602 (1980). Of these, a K-type thermocouple is preferable.

上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同じか、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。 The size of the junction of the thermocouple is preferably the same as or larger than the diameter of the strand and 0.5 mm or less. This is because if the joint is large, the heat capacity increases and the responsiveness decreases. It is difficult to make the diameter smaller than the diameter of the strand.

測温素子は、金ロウ、銀ロウなどを使用して、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 bonded to the bottom of the bottomed hole using gold solder, silver solder, etc., or inserted into the bottomed hole and then sealed with a heat resistant resin. May be.
Examples of the heat resistant resin include thermosetting resins, particularly epoxy resins, polyimide resins, bismaleimide-triazine resins, and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.

金ロウとしては、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。
銀ロウとしては、例えば、Ag−Cu系のものを使用することができる。
The gold braze is selected from 37 to 80.5 wt% Au-63 to 19.5 wt% Cu alloy, 81.5 to 82.5 wt%: Au-18.5 to 17.5 wt%: Ni alloy At least one of these is desirable. This is because the melting temperature is 900 ° C. or higher and it is difficult to melt even in a high temperature region.
As the silver wax, for example, an Ag-Cu-based one can be used.

本発明の半導体用加熱装置では、上述したような構成の加熱プレートを備えているが、図1−1、2に示したように、上チャンバー、下チャンバーのそれぞれに加熱プレートを配設する場合、両者は同一形状の加熱プレートであってもよいし、異なる形状の加熱プレートであってもよい。 The semiconductor heating device of the present invention includes the heating plate having the above-described configuration. However, as shown in FIGS. 1-1 and 2, the heating plate is disposed in each of the upper chamber and the lower chamber. Both of them may be heating plates having the same shape, or may be heating plates having different shapes.

また、本発明の半導体用加熱装置において、図1−1、2に示した態様では、半導体ウエハの上下面のそれぞれに加熱プレートを備えているが、必ずしも半導体ウエハの上下両面に加熱プレートを備えている必要はなく、いずれか一方の面にのみ対向するように加熱プレートを備えていてもよい。
なお、この場合、半導体ウエハの下面側に加熱プレートを備えていることが望ましい。半導体ウエハの加工面と反対側の面から加熱するのが望ましいからである。
また、半導体ウエハの上面側に加熱プレートを配設した場合には、仮に、半導体ウエハに反りが発生したとしても、半導体ウエハを均一に加熱することができるため、図示したように半導体ウエハの上下両面に加熱プレートを配設することが最も望ましい。
Moreover, in the heating apparatus for semiconductors of this invention, although the heating plate is provided in each of the upper and lower surfaces of a semiconductor wafer in the aspect shown to FIGS. 1-1, the heating plate is not necessarily provided in the upper and lower surfaces of a semiconductor wafer. The heating plate may be provided so as to face only one of the surfaces.
In this case, it is desirable to provide a heating plate on the lower surface side of the semiconductor wafer. This is because it is desirable to heat from the surface opposite to the processing surface of the semiconductor wafer.
Further, when the heating plate is disposed on the upper surface side of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer can be heated uniformly even if the semiconductor wafer is warped. Most preferably, heating plates are provided on both sides.

また、上記加熱プレートは、図1−1、2に示したように、上下動可能に配設されていることが望ましい。
冷却工程において、半導体ウエハから距離を離すことにより、加熱プレートが有する熱の影響を受けにくく、より短時間で半導体ウエハを冷却することができるからである。
Moreover, as shown in FIGS. 1-1 and 2, it is desirable that the heating plate is disposed so as to be movable up and down.
This is because, in the cooling process, by separating the distance from the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is hardly affected by the heat of the heating plate and can be cooled in a shorter time.

次に、加熱プレートの製造方法について説明しておく。
まず、セラミック基板の表面に発熱体が形成された加熱プレートの製造方法を、図4を参照しながら説明する。図4は、加熱プレートの製造方法の一例を説明するための模式図である。
Next, the manufacturing method of a heating plate is demonstrated.
First, a method for manufacturing a heating plate in which a heating element is formed on the surface of a ceramic substrate will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of a method for manufacturing a heating plate.

(1)セラミック基板の作製
まず、上述した窒化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックの粉末に、必要に応じて、イットリア(Y)やBC等の焼結助剤、Na、Caを含む化合物、バインダ等を配合してスラリーを調製した後、このスラリーをスプレードライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型に入れて加圧することにより板状等に成形し、生成形体(グリーン)を作製する。
上記バインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセルロース、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
(1) Production of ceramic substrate First, if necessary, sintering aids such as yttria (Y 2 O 3 ) and B 4 C, Na, and Ca are added to the above-described ceramic powder such as aluminum nitride and silicon carbide. After preparing a slurry by blending a compound, a binder and the like containing the slurry, the slurry is granulated by a method such as spray drying, and this granule is put in a mold and pressed into a plate shape or the like to form a product ( Green).
Examples of the binder include acrylic binders, ethyl cellulose, butyl cellulose, and polyvinyl alcohol.

次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定の形状に加工することにより,セラミック基板11を作製するが、焼成後、そのまま使用することができる形状としてもよい。加圧しながら、加熱、焼成を行うことにより、気孔のないセラミック基板11を製造することが可能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよいが、窒化物セラミックや炭化物セラミックでは、1000〜2500℃である。また、酸化物セラミックでは、1500〜2000℃である。 Next, this generated shaped body is heated, fired and sintered to produce a ceramic plate. Thereafter, the ceramic substrate 11 is manufactured by processing into a predetermined shape. However, the shape may be used as it is after firing. By performing heating and firing while applying pressure, the ceramic substrate 11 without pores can be produced. Although heating and baking should just be more than sintering temperature, in nitride ceramic and carbide ceramic, it is 1000-2500 degreeC. Moreover, in an oxide ceramic, it is 1500-2000 degreeC.

さらに、必要に応じて、ドリル加工を実施し、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔14、リフターピンを挿通するための貫通孔15を形成する(図4(a)参照)。 Furthermore, if necessary, drilling is performed to form a bottomed hole 14 for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple, and a through hole 15 for inserting a lifter pin (see FIG. 4A). .

(2)セラミック基板に導体ペーストを印刷する工程
導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からなる粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリーン印刷などを用い、発熱体12を設けようとする部分に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。
導体ペースト層は、焼成後の発熱体12の断面が、方形で、扁平な形状となるように形成することが望ましい。
(2) Process of printing a conductor paste on a ceramic substrate The conductor paste is generally a fluid having a high viscosity composed of metal particles, a resin, and a solvent. The conductor paste layer is formed by printing this conductor paste on a portion where the heating element 12 is to be provided using screen printing or the like.
The conductor paste layer is desirably formed so that the cross section of the heating element 12 after firing is square and flat.

(3)導体ペーストの焼成
セラミック基板11の底面に印刷した導体ペースト層を加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒子を焼結させ、セラミック基板11の底面に焼き付け、発熱体12を形成する(図4(b)参照)。加熱焼成の温度は、500〜1000℃が望ましい。
導体ペースト中に上述した酸化物を添加しておくと、金属粒子、セラミック基板および酸化物が焼結して一体化するため、発熱体12とセラミック基板11との密着性が向上する。
(3) Firing of conductor paste The conductor paste layer printed on the bottom surface of the ceramic substrate 11 is heated and fired to remove the resin and solvent, and the metal particles are sintered and baked onto the bottom surface of the ceramic substrate 11 to heat the heating element 12. (See FIG. 4B). As for the temperature of heating and baking, 500-1000 degreeC is desirable.
When the above-described oxide is added to the conductor paste, the metal particles, the ceramic substrate, and the oxide are sintered and integrated, so that the adhesion between the heating element 12 and the ceramic substrate 11 is improved.

(4)金属被覆層の形成
次に、発熱体12の表面に、必要に応じて、金属被覆層(図示せず)を形成する(図4(c)参照)。金属被覆層は、電解めっき、無電解めっき、スパッタリング等により形成することができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適である。
(4) Formation of metal coating layer Next, a metal coating layer (not shown) is formed on the surface of the heating element 12 as necessary (see FIG. 4C). The metal coating layer can be formed by electrolytic plating, electroless plating, sputtering, or the like, but electroless plating is optimal in view of mass productivity.

(5)端子等の取り付け
発熱体12の端部に、電源との接続のための端子(外部端子13)を半田で取り付ける。また,有底孔14に銀ろう、金ろう等で熱電対(図示せず)を固定し、ポリイミド等の耐熱樹脂で封止し、セラミックヒータ10の製造を終了する(図4(d)参照)。
(5) Attachment of terminals and the like A terminal (external terminal 13) for connection with a power source is attached to the end of the heating element 12 with solder. Further, a thermocouple (not shown) is fixed to the bottomed hole 14 with silver brazing, gold brazing, or the like, and sealed with a heat resistant resin such as polyimide, and the manufacture of the ceramic heater 10 is completed (see FIG. 4D). ).

次に、セラミック基板の内部に発熱体が形成された加熱プレートの製造方法について、図5を参照しながら説明する。図5は、上記セラミックヒータの製造方法の別の一例を説明するための模式図である。 Next, a method for manufacturing a heating plate in which a heating element is formed inside a ceramic substrate will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic view for explaining another example of the manufacturing method of the ceramic heater.

(1)グリーンシートの作製方法
まず、上述した窒化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート130を作製する。
また、ペーストを調製する際には、必要に応じて、イットリア(Y)やBC等の焼結助剤、Na、Caを含む化合物を加えてもよい。
上記バインダとしては、セラミックヒータ10の製造で用いるものと同様のものを用いることができる。
(1) Method for Producing Green Sheet First, the above-described ceramic powder such as aluminum nitride or silicon carbide is mixed with a binder, a solvent or the like to prepare a paste, and a green sheet 130 is produced using the paste.
In preparing the paste, if necessary, yttria (Y 2 O 3) and B 4 sintering aid such as C, Na, it may be added a compound containing Ca.
As said binder, the thing similar to what is used by manufacture of the ceramic heater 10 can be used.

上記溶剤としては、α−テルピネオール、グリコール等を用いることができる。
これらを混合して得られるペーストをドクターブレード法でシート状に成形して、グリーンシート130を作製する。
また、グリーンシート130には、パンチング等により、スルーホールを形成する部分に貫通孔を形成する。
なお、グリーンシート130には、貫通孔35や有底孔34となる部分に貫通孔を形成しておくことも可能である。グリーンシートの厚さは、0.1〜5mmが望ましい。
As the solvent, α-terpineol, glycol and the like can be used.
A paste obtained by mixing these is formed into a sheet shape by a doctor blade method to produce a green sheet 130.
Further, the green sheet 130 is formed with a through hole in a portion where a through hole is to be formed by punching or the like.
The green sheet 130 can also have through holes formed in the portions that become the through holes 35 and the bottomed holes 34. The thickness of the green sheet is desirably 0.1 to 5 mm.

(2)グリーンシート上に導体ペーストを印刷する工程
グリーンシート130上に、発熱体32を形成するための金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導体ペーストを印刷し、導体ペースト層120を形成し、貫通孔にスルーホール用の導体ペースト充填層160を形成する。
これらの導電ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。
(2) Step of printing a conductor paste on a green sheet A conductor paste containing a metal paste or conductive ceramic for forming the heating element 32 is printed on the green sheet 130 to form a conductor paste layer 120 and penetrate therethrough. A conductive paste filling layer 160 for through holes is formed in the holes.
These conductive pastes contain metal particles or conductive ceramic particles.

タングステン粒子、モリブデン粒子の平均粒径は、0.1〜5μmが望ましい。平均粒径が0.1μm未満であるか、5μmを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。
このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子85〜87重量部;アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも1種のバインダ1.5〜10重量部;および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも1種の溶媒を1.5〜10重量部混合した組成物(ペースト)等が挙げられる。
The average particle size of tungsten particles and molybdenum particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because if the average particle size is less than 0.1 μm or exceeds 5 μm, it is difficult to print the conductor paste.
Examples of such a conductive paste include 85 to 87 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles; 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol; and Examples thereof include a composition (paste) obtained by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from α-terpineol and glycol.

(3)グリーンシート積層工程
導体ペーストを印刷していないグリーンシート130を、導体ペーストを印刷したグリーンシート130の上側に積層する(図5(a)参照)。
このとき、導体ペーストを印刷したグリーンシート130が、積層したグリーンシートの厚さに対して、底面から60%以下の位置になるように積層することが望ましい。
また、上側のグリーンシートの積層数は20〜50枚が望ましい。
(3) Green sheet laminating step The green sheet 130 on which no conductor paste is printed is laminated on the upper side of the green sheet 130 on which the conductor paste is printed (see FIG. 5A).
At this time, it is desirable that the green sheet 130 on which the conductor paste is printed is laminated so that it is located at a position of 60% or less from the bottom with respect to the thickness of the laminated green sheet.
Further, the number of the upper green sheets is preferably 20 to 50.

(4)グリーンシート積層体の焼成
グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシートおよび内部の導体ペーストを焼結させる(図5(b)参照)。
また、加熱温度は、1000〜2000℃が望ましく、加圧の圧力は、10〜20MPaが望ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素等を使用することができる。
(4) Firing of the green sheet laminate The green sheet laminate is heated and pressurized to sinter the green sheet and the internal conductor paste (see FIG. 5B).
Further, the heating temperature is preferably 1000 to 2000 ° C., and the pressurizing pressure is preferably 10 to 20 MPa. Heating is performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, argon, nitrogen or the like can be used.

(5)有底孔等の形成
得られた焼結体に、必要に応じて、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔34、リフターピンを挿通するための貫通孔35、発熱体32をスルーホール40を介して外部端子33と接続するため袋孔40a等を形成する(図5(c)参照)。
(5) Formation of a bottomed hole or the like A bottomed hole 34 for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple, a through hole 35 for inserting a lifter pin, heat generation, if necessary, in the obtained sintered body In order to connect the body 32 to the external terminal 33 through the through hole 40, a bag hole 40a and the like are formed (see FIG. 5C).

上述の有底孔34や貫通孔35を形成する工程は、上記グリーンシート積層体に対して行ってもよいが、上記焼結体に対して行うことが望ましい。焼結過程において、変形するおそれがあるからである。
なお、有底孔34や貫通孔35は、研磨処理後に、サンドブラスト等のブラスト処理を行うことにより形成することができる。
The step of forming the above-mentioned bottomed hole 34 and through-hole 35 may be performed on the green sheet laminate, but is desirably performed on the sintered body. This is because there is a risk of deformation during the sintering process.
The bottomed hole 34 and the through hole 35 can be formed by performing a blasting process such as sandblasting after the polishing process.

(6)外部端子の取り付け
セラミック基板31の内部に形成された発熱体32と接続するためのスルーホール40に外部端子33を接続し、加熱してリフローする。加熱温度は、200〜500℃が好適である。そして、有底孔34にリード線を有する測温素子(図示せず)を銀ろう、金ろうを用いて取り付け、ポリイミド等の耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータ30の製造を終了する(図5(d)参照)。なお、外部端子の取り付け方法は、上述した方法に限定されるわけではなく、例えば、弾性部材の弾性力を利用して圧着する方法や、スルーホールにネジ溝が切られており、ねじ部を有する外部端子をねじ込む方法等を用いることもできる。
(6) Attaching the external terminal The external terminal 33 is connected to the through hole 40 for connecting to the heating element 32 formed inside the ceramic substrate 31, and heated to reflow. 200-500 degreeC is suitable for heating temperature. Then, a temperature measuring element (not shown) having a lead wire is attached to the bottomed hole 34 using a silver solder or a gold solder, and sealed with a heat resistant resin such as polyimide, and the manufacture of the ceramic heater 30 is completed ( (Refer FIG.5 (d)). Note that the method of attaching the external terminal is not limited to the above-described method. For example, a method of crimping using the elastic force of an elastic member, a threaded groove in the through hole, For example, a method of screwing an external terminal can be used.

(実施例1−1)
A.セラミックヒータの作製
(1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径0.6μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.4μm)4重量部、アクリルバインダ12重量部およびアルコールからなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製した。
(Example 1-1)
A. Preparation of ceramic heater (1) Composition comprising 100 parts by weight of aluminum nitride powder (Tokuyama, average particle size 0.6 μm), 4 parts by weight of yttria (average particle size 0.4 μm), 12 parts by weight of acrylic binder and alcohol Was spray-dried to produce a granular powder.

(2)次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平板状に成形して生成形体(グリーン)を得た。 (2) Next, this granular powder was put in a mold and formed into a flat plate shape to obtain a green body (green).

(3)次に、この生成形体を1800℃、圧力20MPaでホットプレスし、厚さが3mmの窒化アルミニウム基板を得た。
次に、この板状体から直径340mmの円板体を切り出し、セラミック製の板状体とした。そして、このセラミック基板にドリル加工を施し、熱電対を埋め込むための有底孔14およびリフターピンを挿通するための貫通孔15を形成した。
(3) Next, this generated shape was hot pressed at 1800 ° C. and a pressure of 20 MPa to obtain an aluminum nitride substrate having a thickness of 3 mm.
Next, a disc body having a diameter of 340 mm was cut out from the plate body to obtain a ceramic plate body. The ceramic substrate was then drilled to form a bottomed hole 14 for embedding a thermocouple and a through hole 15 for inserting a lifter pin.

(4)次に、上記(3)の工程で得られたセラミック基板の底面に、スクリーン印刷にて導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、略同心円形状の発熱体が複数形成されているパターンとした。
上記導体ペーストとしては、Ag48重量%、Pt21重量%、SiO1.0重量%、B2.2重量%、ZnO4.1重量%、PbO3.4重量%、酢酸エチル3.4重量%、ブチルカルビトール17.9重量%からなる組成のものを使用した。
この導体ペーストは、Ag−Ptペーストであり、銀粒子は、平均粒径が4.5μmで、リン片状のものであった。また、Pt粒子は、平均粒径0.5μmの球状であった。
(4) Next, a conductor paste layer was formed by screen printing on the bottom surface of the ceramic substrate obtained in the step (3). The printing pattern was a pattern in which a plurality of substantially concentric heating elements were formed.
As the above-mentioned conductor paste, Ag 48% by weight, Pt 21% by weight, SiO 2 1.0% by weight, B 2 O 3 2.2% by weight, ZnO 4.1% by weight, PbO 3.4% by weight, ethyl acetate 3.4% by weight. %, Butyl carbitol 17.9 wt% composition was used.
This conductor paste was an Ag-Pt paste, and the silver particles were in the form of flakes with an average particle diameter of 4.5 μm. The Pt particles were spherical with an average particle size of 0.5 μm.

(5)さらに、発熱体パターンの導体ペースト層を形成した後、セラミック基板11を780℃で加熱、焼成して、導体ペースト中のAg、Ptを焼結させるとともに、セラミック基板に焼き付け、発熱体を形成した。 (5) Further, after forming the conductor paste layer of the heating element pattern, the ceramic substrate 11 is heated and baked at 780 ° C. to sinter Ag and Pt in the conductor paste and baked on the ceramic substrate. Formed.

(6)硫酸ニッケル80g/l、次亜リン酸ナトリウム24g/l、酢酸ナトリウム12g/l、ほう酸8g/l、塩化アンモニウム6g/lの濃度の水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記(5)で作製したセラミック基板11を浸漬し、銀−鉛の発熱体12の表面に厚さ1μmの金属被覆層(ニッケル層)を析出させた。 (6) An electroless nickel plating bath comprising an aqueous solution of nickel sulfate 80 g / l, sodium hypophosphite 24 g / l, sodium acetate 12 g / l, boric acid 8 g / l, ammonium chloride 6 g / l (5) The ceramic substrate 11 produced in the above was immersed, and a 1 μm thick metal coating layer (nickel layer) was deposited on the surface of the silver-lead heating element 12.

(7)次に、電源との接続を確保するための外部端子13を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト(田中貴金属社製)を印刷して、半田層(図示せず)を形成した。次いで、半田層の上に,コバール製の外部端子13を載置して、420℃で加熱リフローし、外部端子13を発熱体12(金属被覆層12a)の表面に取り付けた(図4(d)参照)。
最後に、温度制御のための熱電対(図示せず)をポリイミドで封止し、セラミックヒータ(加熱プレート)を得た。
(7) Next, a silver-lead solder paste (manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) is printed by screen printing on the portion where the external terminal 13 for securing the connection with the power source is attached, and a solder layer (not shown) Formed. Next, the Kovar external terminal 13 was placed on the solder layer, heated and reflowed at 420 ° C., and the external terminal 13 was attached to the surface of the heating element 12 (metal coating layer 12a) (FIG. 4D). )reference).
Finally, a thermocouple (not shown) for temperature control was sealed with polyimide to obtain a ceramic heater (heating plate).

B.冷却プレートの作製
(1)銅板(圧延銅箔)切断して、長さ20mm、幅350mmに切断された厚さ10mmの銅板片を作製し、この銅板片に、その側面から貫通する貫通孔(開口径:5mm)を3箇所形成した。さらに、この貫通孔内に水(または空気)を循環させるための配管を取り付けた。
B. Preparation of cooling plate (1) A copper plate (rolled copper foil) is cut to produce a copper plate piece having a length of 20 mm and a thickness of 10 mm, which is cut to a width of 350 mm. Opening diameter: 5 mm) was formed at three locations. Further, a pipe for circulating water (or air) was attached to the through hole.

(2)上記(1)の工程で作製した銅板片12枚を、銅製の連結部材を介してつなぎ合わせ、さらに、設計に応じて、スリットを形成し、ロール形状に収納可能な冷却プレートを作製した。
なお、冷却プレートは、2枚作製した。また、この工程で作製した冷却プレートの表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
(2) Twelve pieces of copper plate produced in the above step (1) are joined together via a copper connecting member, and a cooling plate that can be stored in a roll shape is formed by forming slits according to the design. did.
Two cooling plates were produced. Moreover, the value based on JISZ8721 of the surface of the cooling plate produced at this process is N5.

C.半導体用加熱装置の組立て
予め、配線、シリンダー、リフターピン、冷媒用配管、熱交換器等が設計に応じて配設された上チャンバーおよび収納部を有する下チャンバーを、別途作製しておき、上記Aの工程で作製した加熱プレートを上チャンンバーの所定の位置に取り付け、上記Aの工程で作製した加熱プレートおよび上記Bの工程で形成した冷却プレートを下チャンンバーの所定の位置に取り付け、上チャンバーと下チャンバーを一体化することにより、図1−1、2に示した構成を有する半導体用加熱装置を組立てた。なお、冷却プレートの温度は、定常時には20℃前後である。
C. Assembling the semiconductor heating device beforehand, the upper chamber in which the wiring, cylinder, lifter pin, refrigerant pipe, heat exchanger, etc. are arranged according to the design and the lower chamber having the storage part are separately prepared, The heating plate produced in the process A is attached to a predetermined position of the upper chamber, the heating plate produced in the process A and the cooling plate formed in the process B are attached to a predetermined position of the lower chamber, By integrating the chamber and the lower chamber, a semiconductor heating apparatus having the configuration shown in FIGS. Note that the temperature of the cooling plate is around 20 ° C. in a steady state.

(実施例1−2、1−3)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例1−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Examples 1-2 and 1-3)
A semiconductor heating device was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were N3 and N1, respectively.

(実施例1−4)
実施例1−1のBの工程において、長さ250mm、幅350mm、厚さ10mmの圧延銅板1枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例1−1と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管(開口径5mmで36箇所)を作製し、また、スリットも形成した。
(Example 1-4)
In the step B of Example 1-1, a cooling plate composed of one rolled copper plate having a length of 250 mm, a width of 350 mm, and a thickness of 10 mm was prepared, and this cooling plate was used, and this was the same as Example 1-1. Thus, a semiconductor heating device was produced.
In addition, the value based on JISZ8721 of the surface of the cooling plate produced in the present Example is N5.
Also in this example, pipes for circulating the refrigerant (36 locations with an opening diameter of 5 mm) were formed on the cooling plate, and slits were also formed.

(実施例1−5、1−6)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例1−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Examples 1-5 and 1-6)
A semiconductor heating device was manufactured in the same manner as in Example 1-4 except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were set to N3 and N1, respectively.

(参考例1−1)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例1−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 1-1)
A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was N6.

(参考例1−2)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例1−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 1-2)
A semiconductor heating device was manufactured in the same manner as in Example 1-4 except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was N6.

(実施例2−1)
実施例1−1のBの(1)の工程において、銅板に代えて、アルミニウム板を用いて、さらに、(2)の工程において、アルミニウム製の連結部材を用いた以外は、実施例1と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
なお、冷却プレートの表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
(Example 2-1)
In the step (1) of Example 1-1 B, instead of the copper plate, an aluminum plate was used. Further, in the step (2), except that an aluminum connecting member was used, Example 1 and A semiconductor heating device was assembled in the same manner.
Note that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate is N5.

(実施例2−2、2−3)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例2−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Example 2-2, 2-3)
A semiconductor heating device was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were N3 and N1, respectively.

(実施例2−4)
実施例1−1のBの工程において、長さ250mm、幅350mm、厚さ10mmのアルミニウム板1枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例1−1と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管(開口径5mmで36箇所)を作製し、また、スリットも形成した。
(Example 2-4)
In the process B of Example 1-1, a cooling plate made of one aluminum plate having a length of 250 mm, a width of 350 mm, and a thickness of 10 mm was prepared, and this cooling plate was used. Thus, a semiconductor heating device was produced.
In addition, the value based on JISZ8721 of the surface of the cooling plate produced in the present Example is N5.
Also in this example, pipes for circulating the refrigerant (36 locations with an opening diameter of 5 mm) were formed on the cooling plate, and slits were also formed.

(実施例2−5、2−6)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例2−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Examples 2-5 and 2-6)
A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 2-4 except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were set to N3 and N1, respectively.

(参考例2−1)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例2−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 2-1)
A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 2-1, except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was N6.

(参考例2−2)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例2−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 2-2)
A semiconductor heating device was manufactured in the same manner as in Example 2-4 except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was N6.

(実施例3−1)
実施例1のBの(1)の工程において、銅板に代えて、クロム合金(SUS:ステンレス)板を用いて、さらに、(2)の工程において、同様のクロム合金製の連結部材を用いた以外は、実施例1と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
なお、冷却プレートの表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
(Example 3-1)
In the step (1) of Example 1 B, instead of the copper plate, a chromium alloy (SUS: stainless steel) plate was used, and in the step (2), a similar chromium alloy connecting member was used. A semiconductor heating apparatus was assembled in the same manner as in Example 1 except for the above.
Note that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate is N5.

(実施例3−2、3−3)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例3−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Examples 3-2 and 3-3)
A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were N3 and N1, respectively.

(実施例3−4)
実施例1−1のBの工程において、長さ250mm、幅350mm、厚さ10mmのクロム合金(SUS:ステンレス)板1枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例1−1と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管(開口径5mmで36箇所)を作製し、また、スリットも形成した。
(Example 3-4)
In the step B of Example 1-1, a cooling plate composed of one chromium alloy (SUS: stainless steel) plate having a length of 250 mm, a width of 350 mm, and a thickness of 10 mm was prepared, and this cooling plate was used. A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 1-1.
In addition, the value based on JISZ8721 of the surface of the cooling plate produced in the present Example is N5.
Also in this example, pipes for circulating the refrigerant (36 locations with an opening diameter of 5 mm) were formed on the cooling plate, and slits were also formed.

(実施例3−5、3−6)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例3−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Examples 3-5 and 3-6)
A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 3-4 except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were N3 and N1, respectively.

(参考例3−1)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例3−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 3-1)
A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was N6.

(参考例3−2)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例3−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 3-2)
A semiconductor heating device was manufactured in the same manner as in Example 3-4 except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was N6.

(実施例4−1)
実施例1のBの(1)の工程において、銅板に代えて、ニッケル合金板(ニッケル含有率、85重量%以上)用いて、さらに、(2)の工程において、同様のニッケル合金製の連結部材を用いた以外は、実施例1と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
冷却プレートの表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
(Example 4-1)
In the step (1) of Example 1 B, a nickel alloy plate (nickel content, 85 wt% or more) is used in place of the copper plate, and in the step (2), the same nickel alloy connection is used. A semiconductor heating device was assembled in the same manner as in Example 1 except that the members were used.
The value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate is N5.

(実施例4−2、4−3)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例4−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Examples 4-2 and 4-3)
A semiconductor heating device was fabricated in the same manner as in Example 4-1, except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were N3 and N1, respectively.

(実施例4−4)
実施例1−1のBの工程において、長さ250mm、幅350mm、厚さ10mmのニッケル合金板(ニッケル含有率、85重量%以上)1枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例1−1と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のJIS Z 8721に基づく値は、N5である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管(開口径5mmで36箇所)を作製し、また、スリットも形成した。
(Example 4-4)
In the step B of Example 1-1, a cooling plate composed of one nickel alloy plate (nickel content, 85% by weight or more) having a length of 250 mm, a width of 350 mm, and a thickness of 10 mm was prepared, and this cooling plate was used. A semiconductor heating device was produced in the same manner as in Example 1-1 except that.
In addition, the value based on JISZ8721 of the surface of the cooling plate produced in the present Example is N5.
Also in this example, pipes for circulating the refrigerant (36 locations with an opening diameter of 5 mm) were formed on the cooling plate, and slits were also formed.

(実施例4−5、4−6)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、それぞれN3、N1とした以外は、実施例4−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Examples 4-5 and 4-6)
A semiconductor heating device was manufactured in the same manner as in Example 4-4 except that the values based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate were set to N3 and N1, respectively.

(参考例4−1)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例4−1と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 4-1)
A semiconductor heating device was manufactured in the same manner as in Example 4-1, except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was set to N6.

(参考例4−2)
冷却プレート表面のJIS Z 8721に基づく値を、N6とした以外は、実施例4−4と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
(Reference Example 4-2)
A semiconductor heating device was manufactured in the same manner as in Example 4-4 except that the value based on JIS Z 8721 on the surface of the cooling plate was set to N6.

(比較例1)
半導体ウエハの下面側の加熱プレート(下チャンバー内に取り付けた加熱プレート)を加熱処理工程の状態(図1−1の状態)で固定し、さらに、冷却工程において、冷却プレートが加熱プレートの下側、すなわち、半導体ウエハと冷却プレートとの間に加熱プレートが位置するように冷却プレートを取り付けた以外は、実施例1と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
(Comparative Example 1)
A heating plate on the lower surface side of the semiconductor wafer (a heating plate attached in the lower chamber) is fixed in the state of the heat treatment process (the state shown in FIG. 1-1), and further, in the cooling process, the cooling plate That is, the semiconductor heating apparatus was assembled in the same manner as in Example 1 except that the cooling plate was attached so that the heating plate was positioned between the semiconductor wafer and the cooling plate.

実施例1〜4および比較例で組立てた半導体用加熱装置を用いて、下記の方法で半導体ウエハの加熱、冷却を行い、半導体用加熱装置の性能を評価した。
実施例および参考例に係る半導体用加熱装置では、半導体ウエハを装置内に搬入し、リフターピンで保持した後、下側の加熱プレートの加熱面を、半導体ウエハと下面側とのが距離0.1mmになる位置に配置し、上下の150℃に維持している加熱プレートにより、半導体ウエハの温度を、常温から150℃に加熱し、この温度で120秒間キープした。その後、下側の加熱プレートを可動プレートともに下降させ、続いて、冷却プレートを収納部から引き出し、半導体ウエハと加熱プレートとの間に介挿させ、さらに、半導体ウエハを冷却プレートと近接するように下降させ、半導体ウエハを50℃まで冷却させ、この冷却に要した時間を測定した。ここで、冷却プレートと半導体ウエハとの距離は0.1mmとしている。
また、上側の加熱プレートと半導体ウエハと冷却時の距離は、30mmである。
Using the semiconductor heating device assembled in Examples 1 to 4 and the comparative example, the semiconductor wafer was heated and cooled by the following method, and the performance of the semiconductor heating device was evaluated.
In the semiconductor heating apparatus according to the example and the reference example, after the semiconductor wafer is carried into the apparatus and held by the lifter pins, the heating surface of the lower heating plate is set at a distance of 0. The temperature of the semiconductor wafer was heated from room temperature to 150 ° C. with a heating plate placed at a position of 1 mm and maintained at 150 ° C. above and below, and kept at this temperature for 120 seconds. After that, the lower heating plate is moved down together with the movable plate, and then the cooling plate is pulled out from the storage portion, inserted between the semiconductor wafer and the heating plate, and further, the semiconductor wafer is brought close to the cooling plate. The semiconductor wafer was cooled to 50 ° C. and the time required for this cooling was measured. Here, the distance between the cooling plate and the semiconductor wafer is 0.1 mm.
The distance between the upper heating plate and the semiconductor wafer during cooling is 30 mm.

また、比較例に係る半導体用加熱装置では、上記と同様に半導体ウエハを150℃まで加熱した後、120秒間キープし、その後、加熱プレートの通電を止め、下側の加熱プレートが半導体ウエハに近接した状態で、冷却プレートを下側の加熱プレートに接近させ、半導体ウエハと冷却プレートとの間に下側の加熱プレートが介挿された状態で、半導体ウエハを50℃まで冷却させ、この冷却に要した時間を測定した。
上記評価において、測定された冷却時間は下記表1に示した通りである。
Further, in the semiconductor heating apparatus according to the comparative example, after heating the semiconductor wafer to 150 ° C. as described above, the semiconductor wafer is kept for 120 seconds, and then the heating plate is turned off, and the lower heating plate approaches the semiconductor wafer. In this state, the cooling plate is moved closer to the lower heating plate, and the semiconductor wafer is cooled to 50 ° C. with the lower heating plate interposed between the semiconductor wafer and the cooling plate. The time required was measured.
In the above evaluation, the measured cooling time is as shown in Table 1 below.

Figure 2006173495
Figure 2006173495

表1に示したように、実施例および参考例に係る半導体用加熱装置では、短時間で半導体ウエハを冷却することができたのに対し、比較例に係る半導体用加熱装置では、長時間を要していた。
また、参考例に係る半導体用加熱装置では、1分前後で半導体ウエハが冷却されているのに対し、実施例に係る半導体用加熱装置では、30秒以内で半導体ウエハを冷却することができており、実施例に係る半導体用加熱装置、すなわち、冷却プレートのJIS Z 8721に基づく値がN5以下である半導体用加熱装置が望ましいことが明らかとなった。
さらに、複数のプレートからなる冷却プレートを用いた場合には、20秒以内で半導体ウエハを冷却することができており、半導体用加熱装置としてより望ましいことが明らかとなった。
As shown in Table 1, in the semiconductor heating device according to the example and the reference example, the semiconductor wafer could be cooled in a short time, whereas in the semiconductor heating device according to the comparative example, a long time was required. It was necessary.
Further, in the semiconductor heating device according to the reference example, the semiconductor wafer is cooled in about 1 minute, whereas in the semiconductor heating device according to the example, the semiconductor wafer can be cooled within 30 seconds. Thus, it was found that the semiconductor heating device according to the example, that is, the semiconductor heating device having a cooling plate value based on JIS Z 8721 of N5 or less is desirable.
Further, when a cooling plate composed of a plurality of plates is used, the semiconductor wafer can be cooled within 20 seconds, and it has become clear that it is more desirable as a semiconductor heating device.

本発明の半導体用加熱装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one Embodiment of the heating apparatus for semiconductors of this invention. 本発明の半導体用加熱装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one Embodiment of the heating apparatus for semiconductors of this invention. (a)は、冷媒管が形成された冷却プレートの一部を模式的に示す側面図であり、(b)は、(a)に示す冷却プレートの一部の平面図である。(A) is a side view which shows typically a part of cooling plate in which the refrigerant pipe was formed, (b) is a top view of a part of cooling plate shown to (a). (a)は、冷媒管が形成された冷却プレートの一部を模式的に示す側面図であり、(b)は、(a)に示す冷却プレートの一部の平面図である。(A) is a side view which shows typically a part of cooling plate in which the refrigerant pipe was formed, (b) is a top view of a part of cooling plate shown to (a). 加熱プレートの製造方法の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the manufacturing method of a heating plate. 加熱プレートの製造方法の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the manufacturing method of a heating plate.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体用加熱装置
102 上チャンバー
103 下チャンバー
110、130 加熱プレート
112 発熱体
116 リフターピン
119 半導体ウエハ
150 収納部
151 冷却プレート
151 スリット
100 Semiconductor Heating Device 102 Upper Chamber 103 Lower Chamber 110, 130 Heating Plate 112 Heating Element 116 Lifter Pin 119 Semiconductor Wafer 150 Storage Unit 151 Cooling Plate 151 Slit

Claims (8)

半導体ウエハを保持する保持部と、前記半導体ウエハを加熱する加熱プレートと、加熱した半導体ウエハを冷却する冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
前記半導体ウエハの少なくとも片面に対向するように、前記加熱プレートが配置され、
前記冷却プレートは、前記半導体ウエハと前記加熱プレートとの間に介挿可能に構成されていることを特徴とする半導体用加熱装置。
A heating apparatus for a semiconductor comprising a holding unit for holding a semiconductor wafer, a heating plate for heating the semiconductor wafer, and a cooling plate for cooling the heated semiconductor wafer,
The heating plate is disposed so as to face at least one surface of the semiconductor wafer,
The semiconductor heating apparatus, wherein the cooling plate is configured to be inserted between the semiconductor wafer and the heating plate.
前記冷却プレートは、Cu、Al、CrおよびNiから選択される少なくとも1種の金属が含有されたものである請求項1に記載の半導体用加熱装置。 2. The semiconductor heating device according to claim 1, wherein the cooling plate contains at least one metal selected from Cu, Al, Cr, and Ni. 前記冷却プレートは、JIS Z 8721に基づく値がN5以下である請求項1または2に記載の半導体用加熱装置。 The said cooling plate is a heating apparatus for semiconductors of Claim 1 or 2 whose value based on JISZ8721 is N5 or less. 前記冷却プレートは、前記半導体ウエハの主面と略平行な方向に移動可能である請求項1〜3のいずれかに記載の半導体用加熱装置。 The semiconductor heating device according to claim 1, wherein the cooling plate is movable in a direction substantially parallel to a main surface of the semiconductor wafer. 前記冷却プレートは、その端部にスリットが形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の半導体用加熱装置。 The said heating plate is a heating apparatus for semiconductors in any one of Claims 1-4 in which the slit is formed in the edge part. 前記冷却プレートは、複数のプレートが連結されてなるものである請求項1〜5のいずれかに記載の半導体用加熱装置。 The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the cooling plate is formed by connecting a plurality of plates. 前記冷却プレートを収納するための収納部を備えている請求項1〜6のいずれかに記載の半導体用の加熱装置。 The semiconductor heating device according to claim 1, further comprising a storage portion for storing the cooling plate. 前記冷却プレートは、前記収納部内では、ロール状態となっている請求項7に記載の半導体用加熱装置。 The semiconductor heating device according to claim 7, wherein the cooling plate is in a roll state in the storage unit.
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