JP5080954B2 - Heater unit and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体基板等を処理する装置に用いられる被加熱体を加熱するヒータユニット、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a heater unit for heating an object to be heated used in an apparatus for processing a semiconductor substrate or the like, and a method for manufacturing the same.
半導体装置の製造プロセスにおいては、例えばアニール処理等、真空チャンバ内において半導体ウエハを加熱する処理が行われ、この際半導体ウエハ等をヒータユニットによって加熱する。従って、ヒータユニットは加熱機能を有するとともに、半導体ウエハ等を支持する機能をも有し、前記ヒータユニットの上部には半導体ウエハ等を加熱し支持するためのヒータプレートが設けられる。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a process for heating a semiconductor wafer in a vacuum chamber, such as an annealing process, is performed. At this time, the semiconductor wafer is heated by a heater unit. Accordingly, the heater unit has a heating function and also has a function of supporting a semiconductor wafer or the like, and a heater plate for heating and supporting the semiconductor wafer or the like is provided on the heater unit.
ここで、前記ヒータプレート上に汚染の原因物質である微粒子(以下、コンタミネーション因子という。)が存在して半導体ウエハの裏面に付着すると、半導体製品の品質を悪化させる原因となる。このため、半導体ウエハ等の被支持体(加熱処理される場合は、被加熱体。以下、総称してワークという。)とヒータプレート表面とができる限り接触しないように、ヒータプレートの上部に、例えば特許文献1に示されるように、ピン型や球状の各種の形状をしたスペーサを配設することが提案されている。以下、図9及び図10を基に説明する。図9は、一般的なスペーサを有するヒータユニットの断面図である。また、図10は、図9のヒータユニットのスペーサの変形例に係るヒータユニットの断面図である。 Here, if fine particles (hereinafter referred to as contamination factors) that cause contamination are present on the heater plate and adhere to the back surface of the semiconductor wafer, the quality of the semiconductor product is deteriorated. For this reason, in order to prevent as much as possible contact between a supported body such as a semiconductor wafer (a heated body when heat-treated, hereinafter collectively referred to as a workpiece) and the surface of the heater plate, For example, as disclosed in Patent Document 1, it has been proposed to arrange spacers having various shapes such as a pin shape and a spherical shape. Hereinafter, a description will be given based on FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a cross-sectional view of a heater unit having a general spacer. FIG. 10 is a cross-sectional view of a heater unit according to a modification of the spacer of the heater unit of FIG.
上述した特許文献1においては、図9に示すように、ヒータプレート110上部に設けた穴に、円形の基部144と、前記基部144より直径が小さく先端が半円球状の円筒形の上部142を有するピン型スペーサ140を、圧入等の手段により埋め込み加工(言い換えれば、嵌め込み加工。)することが提案されている。また、図10に示すように、ヒータプレート210上部に設けたスペーサ受け部252に球状スペーサ250を埋め込むことも提案されている。 In Patent Document 1 described above, as shown in FIG. 9, a circular base portion 144 and a cylindrical upper portion 142 having a diameter smaller than the base portion 144 and a semispherical tip are formed in a hole provided in the upper portion of the heater plate 110. It has been proposed that the pin-type spacer 140 is embedded (in other words, fitted) by means such as press fitting. In addition, as shown in FIG. 10, it has also been proposed to embed a spherical spacer 250 in a spacer receiving portion 252 provided on the heater plate 210.
しかし、いずれの方法においても、スペーサの形状や数、配置に制約があると共に、スペーサを配設するための加工が複雑となり、ヒータユニットの製造工程が増加する。 However, in either method, the shape, number, and arrangement of the spacers are limited, and the processing for arranging the spacers becomes complicated, increasing the manufacturing process of the heater unit.
また、上述したスペーサを埋め込む何れの手段においても、スペーサ部材にはセラミックのように脆性を有し、かつ、熱膨張率が金属よりも小さい材質が用いられる。一方、ヒータプレート部材には、アルミニウムまたはアルミニウム合金のように熱膨張率の大きい材質が用いられることが多い。このようにプレート部材とスペーサ部材の材質の熱膨張率が互いに大きく異なる場合、半導体ウエハの処理プロセスにおいてヒータプレートが高温に晒された場合に、プレート部材の熱膨張率が大きいことにより、埋め込まれたスペーサ部材が抜け落ちることがある。また、これを防止するために前記の穴に密着するようにかしめ加工等をすると、ヒータプレートが冷えたときにプレート部材がスペーサ部材より大きく熱収縮し、スペーサ部材に過剰な応力が生じ、脆弱なスペーサ部材が破損する場合もある。従って、加工が複雑になるだけでなく、さらに高度の加工精度が求められることになる。 In any means for embedding the spacer described above, the spacer member is made of a material having brittleness such as ceramic and having a thermal expansion coefficient smaller than that of the metal. On the other hand, a material having a high coefficient of thermal expansion such as aluminum or aluminum alloy is often used for the heater plate member. Thus, when the thermal expansion coefficients of the material of the plate member and the spacer member are greatly different from each other, when the heater plate is exposed to a high temperature in the semiconductor wafer processing process, the plate member and the spacer member are embedded due to the large thermal expansion coefficient of the plate member. The spacer member may fall off. In order to prevent this, if the caulking process is performed so as to be in close contact with the hole, when the heater plate cools, the plate member heat-shrinks more than the spacer member, resulting in excessive stress on the spacer member, resulting in brittleness. The spacer member may be damaged. Therefore, not only machining is complicated, but also higher machining accuracy is required.
また、何れのスペーサも上述したようにヒータプレートの上部に埋め込み加工するため、ヒータプレートに設けた複数のスペーサの頂点の高さを同一とするためには高度な加工精度が要求される。従って、加工精度によっては、ワークとヒータプレート表面との距離又は隙間(以下、クリアランスという。)の均一性が損なわれる結果、ワークに加熱ムラが生じる場合がある。 In addition, since all the spacers are embedded in the upper portion of the heater plate as described above, a high degree of processing accuracy is required to make the apexes of the plurality of spacers provided on the heater plate have the same height. Therefore, depending on the processing accuracy, the uniformity of the distance or gap (hereinafter referred to as clearance) between the workpiece and the heater plate surface may be impaired, and as a result, heating unevenness may occur in the workpiece.
さらに、ヒータプレートとワークとは、スペーサの頂点部のみで接触する。従って、ヒータユニットからワークへの熱伝導は、ほとんど輻射によって行われるため、熱伝導効率が劣る。 Furthermore, the heater plate and the workpiece are in contact with each other only at the apex of the spacer. Accordingly, the heat conduction from the heater unit to the work is almost performed by radiation, so that the heat conduction efficiency is inferior.
さらにまた、プレート部材の上面に単にスペーサ部材の上端部が突出しているだけの構造では、プレート部材の上面にコンタミネーション因子が存在していた場合、コンタミネーション因子がプレート部材の上面からスペーサ部材側に移動し、半導体ウエハの裏面に付着するおそれもある。
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、ヒータ機能面内での被加熱体とのクリアランスの均一化の確保及び金属コンタミネーションの減少が可能なヒータユニット及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a heater unit capable of ensuring uniform clearance with a heated object in the heater function plane and reducing metal contamination and a method for manufacturing the same. With the goal.
本発明の一実施形態によれば、下面に溝を有するプレート部材と、中央が開口し、前記プレート部材の下面の一部に接合された基盤と、前記溝と前記基盤の上面との間に配置された抵抗発熱体と、前記プレート部材の上面に形成され、それぞれの上面が同一の平面を構成する複数の凸部と、を具備することを特徴とするヒータユニットが提供される。 According to an embodiment of the present invention, a plate member having a groove on the lower surface, a base having an opening at the center and joined to a part of the lower surface of the plate member, and between the groove and the upper surface of the base There is provided a heater unit comprising: a resistance heating element arranged; and a plurality of protrusions formed on the upper surface of the plate member, each upper surface forming the same plane.
さらに、本発明の一実施形態によれば、被加熱体を載置するプレート部材と、前記プレート部材を支持する基盤と、抵抗発熱体と、を具備するヒータユニットの製造方法において、前記プレート部材の被加熱体を載置する面上に溶射膜を形成し、前記溶射膜を所定の厚さに平面研磨加工し、所定の位置に開口を有するマスクを配置して、前記開口に対向する前記溶射膜を前記プレート部材の表面が露出するまでブラスト加工することを特徴とするヒータユニットの製造方法が提供される。 Furthermore, according to one embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a heater unit comprising: a plate member on which a heated body is placed; a base that supports the plate member; and a resistance heating element. Forming a sprayed film on a surface on which the object to be heated is placed, surface-polishing the sprayed film to a predetermined thickness, disposing a mask having an opening at a predetermined position, and facing the opening A method for manufacturing a heater unit is provided, wherein the sprayed film is blasted until the surface of the plate member is exposed.
本発明によって、ヒータ機能面内での被加熱体とのクリアランスの均一化の確保及び金属コンタミネーションの減少が可能なヒータユニット及びその製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a heater unit capable of ensuring uniform clearance with a heated object in the heater function plane and reducing metal contamination, and a method for manufacturing the same.
(実施形態1)
[ヒータユニットの構成]
本発明の一実施形態に係るヒータユニットの構成を、図を基に詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの構成を示す断面図である。
(Embodiment 1)
[Configuration of heater unit]
A configuration of a heater unit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heater unit according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、概略、略円板状のヒータプレート10、シャフト20及びヒータプレート10のプレート部材表面11Aに設けられた凸部16から構成される。そして、図示はしていないが、プロセスチャンバ内に設けられた概略矩形の箱状のハウジング内に設置される。 As shown in FIG. 1, the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention is roughly composed of a substantially disc-shaped heater plate 10, a shaft 20, and a convex portion 16 provided on a plate member surface 11 </ b> A of the heater plate 10. Composed. Although not shown, it is installed in a substantially rectangular box-shaped housing provided in the process chamber.
ここで、プロセスチャンバは、例えば、プラズマCVD法を利用した半導体製造プロセスや熱CVD法を利用した半導体製造プロセスに用いられる処理装置であり、上述したハウジング内は大気と遮断され、真空状態が確保される気密性を有している。 Here, the process chamber is a processing apparatus used in, for example, a semiconductor manufacturing process using a plasma CVD method or a semiconductor manufacturing process using a thermal CVD method, and the inside of the housing described above is shielded from the atmosphere to ensure a vacuum state. It has airtightness.
ヒータプレート10は、それぞれ略円板状のプレート部材11と基盤12から構成される。 The heater plate 10 includes a substantially disc-shaped plate member 11 and a base 12.
プレート部材11は、上述したように略円板状で、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等から形成される。本実施形態においては、プレート部材11の材料としてアルミニウムを使用したが、これに限定されるわけではなく、使用目的等に合わせて適宜選択される。 As described above, the plate member 11 has a substantially disk shape and is formed of a metal having high thermal conductivity, such as aluminum or an aluminum alloy. In the present embodiment, aluminum is used as the material of the plate member 11, but the material is not limited to this, and is appropriately selected according to the purpose of use and the like.
図1に示すように、プレート部材表面11Aはプレート中心部が概略凹型に窪んだ形状をしている。この部分を凹部という。この凹部は、被加熱体(即ち、ワーク。)を載置する部分であり、以下説明上、ワーク載置部ということがある。図1においては、凹部は、外縁部から所定の傾斜をもって中心部が窪んでいるがこれに限定されるわけではなく、外縁部から垂直に中心部が窪んでいても良い。半導体製造工程において、この凹部にワークの一例である半導体ウエハ100が載置され、各種の処理が行われる。従って、本実施形態においては、ワークの載置等の利便性を考慮して上述した形状に形成される。また、凹部を有さず、平坦であってもよく、本発明は、プレート部材表面11Aの形状に左右されない。 As shown in FIG. 1, the plate member surface 11 </ b> A has a shape in which the center of the plate is recessed in a substantially concave shape. This portion is called a recess. The concave portion is a portion on which a heated body (that is, a workpiece) is placed, and may be referred to as a workpiece placing portion in the following description. In FIG. 1, the concave portion has a central portion that is recessed with a predetermined inclination from the outer edge portion, but the present invention is not limited to this, and the central portion may be recessed vertically from the outer edge portion. In the semiconductor manufacturing process, a semiconductor wafer 100, which is an example of a workpiece, is placed in the recess, and various processes are performed. Therefore, in the present embodiment, the above-described shape is formed in consideration of convenience such as placement of a workpiece. Moreover, it does not have a recessed part and may be flat, and this invention is not influenced by the shape of 11 A of plate member surfaces.
一方、プレート部材11の下面には、断面が凹型に窪んだ配策溝13が設けられ、前記配策溝13内に半導体ウエハを加熱するための抵抗発熱体14が収容される。 On the other hand, a routing groove 13 having a concave cross section is provided on the lower surface of the plate member 11, and a resistance heating element 14 for heating the semiconductor wafer is accommodated in the routing groove 13.
プレート部材11は、上述した配策溝13内部に抵抗発熱体14が収容された後、略円板状の基盤12の上に配設され、プレート部材11の下面の一部と基盤12の上面とがろう付け又は溶接されて接合される。 The plate member 11 is disposed on the substantially disk-shaped base 12 after the resistance heating element 14 is accommodated in the routing groove 13 described above, and a part of the lower surface of the plate member 11 and the upper surface of the base 12 are arranged. It is joined by brazing or welding.
配策溝13は、プレート部材11内部に抵抗発熱体14を配置するための溝であり、図1の断面図からは把握しにくいが、略円板状のプレート部材表面11Aが均一に発熱するように抵抗発熱体14を配置できるように形成される。 The routing groove 13 is a groove for disposing the resistance heating element 14 inside the plate member 11 and is difficult to grasp from the sectional view of FIG. 1, but the substantially disk-shaped plate member surface 11A generates heat uniformly. In this way, the resistance heating element 14 is formed.
抵抗発熱体14は、電流が流されることによって非発熱状態から発熱状態へと切替えられて、プレート部材表面11Aをほぼ均一に加熱する。従って、抵抗加熱体14には、図示していないが、外部電源からの電力供給線が接続されている。このため、基盤12の中心部には、図1において破線で示されるように、この電力供給線を通すための穴が設けられる。 The resistance heating element 14 is switched from a non-heat generation state to a heat generation state by passing an electric current, thereby heating the plate member surface 11A substantially uniformly. Therefore, although not shown, a power supply line from an external power source is connected to the resistance heating body 14. For this reason, a hole for passing the power supply line is provided at the center of the base 12 as shown by a broken line in FIG.
基盤12のプレート部材11との接合面に対向する面の中心部には、前記基盤12を支持するシャフト20を取り付けるための凹部が設けられている。そしてこの凹部に略円筒状のシャフト20が溶接又はろう付け等によって接合される。 A concave portion for attaching the shaft 20 that supports the base 12 is provided at the center of the surface of the base 12 that faces the joint surface with the plate member 11. The substantially cylindrical shaft 20 is joined to the recess by welding or brazing.
シャフト20は、上述したように略円筒状であり、本実施形態においては、径方向外側部分の第1熱伝導体21と、前記第1熱伝導体21の内部に配設される第2熱伝導体22から構成される。 As described above, the shaft 20 has a substantially cylindrical shape, and in the present embodiment, the first heat conductor 21 in the radially outer portion and the second heat disposed in the first heat conductor 21. It is composed of a conductor 22.
第1熱伝導体21は、上部にフランジ部23を有する中空の略円筒状であり、熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等で形成される。そして上部に位置するフランジ部23の外径は、第1熱伝導体21の本体の外径より大きく形成される。 The first heat conductor 21 has a hollow, substantially cylindrical shape having a flange portion 23 at the top, and is formed of a metal having high heat conductivity, such as aluminum or an aluminum alloy. And the outer diameter of the flange part 23 located in the upper part is formed larger than the outer diameter of the main body of the 1st heat conductor 21. FIG.
フランジ部23は、上述した基盤12の凹部に嵌合され溶接、拡散接合又はろう付け等によって接合される。これにより、シャフト20によってヒータプレート10が支持される。 The flange portion 23 is fitted into the concave portion of the base 12 described above and joined by welding, diffusion bonding, brazing, or the like. Thereby, the heater plate 10 is supported by the shaft 20.
第1熱伝導体21の径方向内側部分には、中空の略円筒状の第2熱伝導体22が配設される。第2熱伝導体22は、第1熱伝導体21よりも熱伝導率の小さい材質で形成され、本実施形態においては、例えば、チタン又はセラミック等で形成される。そして、第2熱伝導体22の径方向外側部分と第1熱伝導体21の径方向内側部分とが面接触するように嵌合されて一体化され、内部に空洞24を有するシャフト20が形成される。なお、この空洞24を通して、上述した抵抗発熱体14に電流を流すための電力供給線が抵抗発熱体14に接続される。 A hollow substantially cylindrical second heat conductor 22 is disposed on the radially inner portion of the first heat conductor 21. The second heat conductor 22 is formed of a material having a lower thermal conductivity than that of the first heat conductor 21, and is formed of, for example, titanium or ceramic in the present embodiment. Then, the radially outer portion of the second heat conductor 22 and the radially inner portion of the first heat conductor 21 are fitted and integrated so as to be in surface contact, and the shaft 20 having the cavity 24 is formed inside. Is done. Note that a power supply line for flowing a current to the resistance heating element 14 described above is connected to the resistance heating element 14 through the cavity 24.
ここで、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1のシャフト20は、上述したように熱伝導率の異なる材質で形成され、径方向外側部分に位置する第1熱伝導体21が熱伝導率の高い材質で形成される。このように2重構造に形成し、かつ内側部分を熱伝導率の小さい材質で形成することにより、抵抗発熱体14を、発熱状態と非発熱状態とに繰り返して切替えた場合に、第2熱伝導体22では、第1熱伝導体21に比してシャフト20のヒータプレート10側の一端部から他端部への熱の移動が抑制される。従って、ヒータプレート10のシャフト20内部の空洞24に対峙する部分、ひいてはワークについて、所望の加熱温度に達するまでの時間を短縮でき、ワークの温度均一性を向上できる。但し、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1のシャフト20は、2重構造に限定されるわけではなく、単一の材質で形成しても良い。 Here, the shaft 20 of the heater unit 1 according to the embodiment of the present invention is formed of a material having different thermal conductivity as described above, and the first thermal conductor 21 located in the radially outer portion is the thermal conductivity. It is made of a high material. When the resistance heating element 14 is repeatedly switched between the heat generation state and the non-heat generation state by forming the double structure and forming the inner portion with a material having low thermal conductivity, the second heat In the conductor 22, the movement of heat from one end portion of the shaft 20 on the heater plate 10 side to the other end portion is suppressed as compared with the first heat conductor 21. Therefore, it is possible to shorten the time required to reach a desired heating temperature for the portion of the heater plate 10 facing the cavity 24 inside the shaft 20, and thus the workpiece, and to improve the temperature uniformity of the workpiece. However, the shaft 20 of the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention is not limited to a double structure, and may be formed of a single material.
特徴的には、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1のプレート部材表面11Aの上には、複数の略円錐台形状の突起状の凸部16(言い換えれば、支持体。)が設けられる。かかる凸部16は、本実施形態においてはセラミックによって形成され、表面上エンボス加工が施されたように見えることから、以下、この凸部16をエンボスと言う場合がある。なお、凸部16の形状は、略円錐台形状に限られず、上部に平坦面を有する略多角錐台形状や略直方体状であっても良い。 Characteristically, a plurality of substantially frustoconical protrusions 16 (in other words, a support) are provided on the plate member surface 11A of the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention. . In the present embodiment, the convex portion 16 is made of ceramic and appears to have been embossed on the surface. Therefore, the convex portion 16 may be referred to as embossing hereinafter. In addition, the shape of the convex part 16 is not restricted to a substantially truncated cone shape, and may be a substantially polygonal frustum shape having a flat surface on the top or a substantially rectangular parallelepiped shape.
上述した凸部16の形成方法については、詳細に後述するが、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1においては、直径30μm〜10cm、好適には直径50μm〜100μmの凸部16を、プレート部材表面11A上に一面に形成する。凸部16の直径は、使用するセラミックの材質及びヒータユニット1の使用目的等に応じて適宜変更する。そしてまた、すべての凸部16の略円錐台形状の頂点上面について、プレート部材表面11Aからの高さが均一となるように形成する。本実施形態に係るヒータユニット1においては、凸部16は、高さが20μm〜350μmになるように形成する。 The method for forming the convex portion 16 described above will be described in detail later. In the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention, the convex portion 16 having a diameter of 30 μm to 10 cm, preferably 50 μm to 100 μm, is formed on the plate. The entire surface is formed on the member surface 11A. The diameter of the convex portion 16 is appropriately changed according to the ceramic material to be used and the purpose of use of the heater unit 1. Further, the top surfaces of the apexes of the substantially truncated cone shape of all the convex portions 16 are formed so that the height from the plate member surface 11A is uniform. In the heater unit 1 according to the present embodiment, the convex portion 16 is formed to have a height of 20 μm to 350 μm.
図1に示すように、凸部16の断面形状は台形状になり、台形の上底(即ち、凸部16の頂点上面。)は、プレート部材表面11Aからの高さが均一である。言い換えれば、すべての凸部16の頂点上面が同一の平面を構成するように形成されている。従って、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1のヒータプレート10上にワークを載置した場合、ヒータプレート10からワーク(図1においては、半導体ウエハ100。)までのクリアランスが均一となる。 As shown in FIG. 1, the convex section 16 has a trapezoidal cross-sectional shape, and the upper base of the trapezoid (that is, the top surface of the convex section 16) has a uniform height from the plate member surface 11A. In other words, the top surfaces of the apexes of all the protrusions 16 are formed to form the same plane. Therefore, when a work is placed on the heater plate 10 of the heater unit 1 according to the embodiment of the present invention, the clearance from the heater plate 10 to the work (the semiconductor wafer 100 in FIG. 1) becomes uniform.
また、ワークは直接的には凸部16の頂点上面と接触し、ヒータプレート10の表面(即ち、プレート部材表面11A。)と直接的に接しない。従って、コンタミネーション因子がプレート部材11上に存在しても、コンタミネーション因子がプレート部材の上面から凸部16側に移動し、半導体ウエハ100の裏面に付着することを防止することができる。 Further, the workpiece directly contacts the top surface of the top of the convex portion 16 and does not directly contact the surface of the heater plate 10 (that is, the plate member surface 11A). Therefore, even if the contamination factor exists on the plate member 11, it is possible to prevent the contamination factor from moving from the upper surface of the plate member to the convex portion 16 side and adhering to the back surface of the semiconductor wafer 100.
なお、図1においては、凸部16は形状等を明確にするために大きく模式的に図示しているが、実際には微細な形状であり、個数も非常に多数である。 In FIG. 1, the convex portions 16 are shown schematically and large for the sake of clarity of shape and the like, but are actually fine shapes and the number thereof is very large.
[ヒータユニットの製造方法]
次に、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの製造方法について、図1から図2に基づいて詳細に説明する。図2〜図5は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの製造工程を示す断面図である。
[Method for manufacturing heater unit]
Next, a method for manufacturing a heater unit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2-5 is sectional drawing which respectively shows the manufacturing process of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention.
図2を参照する。まず上述したように、熱伝導率の高い金属によって、略円形のプレート部材11を形成する。本実施形態においては、アルミニウム又はアルミニウム合金でプレート部材11を形成したが、プレート部材11の材質はこれに限定されず、鉄、チタン、銅、ニッケル又はこれらの合金等であってもよい。また、プレート部材11の材質に合わせて、適宜製造方法が選択される。 Please refer to FIG. First, as described above, the substantially circular plate member 11 is formed of a metal having high thermal conductivity. In the present embodiment, the plate member 11 is formed of aluminum or an aluminum alloy, but the material of the plate member 11 is not limited to this, and may be iron, titanium, copper, nickel, or an alloy thereof. A manufacturing method is appropriately selected according to the material of the plate member 11.
プレート部材11の上面には、上述したようにワークを載置する凹部(ワーク載置部)が形成される。このワーク載置部は、ワークを加熱するヒータプレート10の表面となるため、ワークを均一に加熱できるように、超精密平面研磨加工が施されて平坦化される。 On the upper surface of the plate member 11, as described above, a concave portion (work placement portion) for placing the workpiece is formed. Since the workpiece mounting portion serves as the surface of the heater plate 10 that heats the workpiece, the workpiece is flattened by performing an ultra-precise surface polishing process so that the workpiece can be uniformly heated.
一方、前記上面の反対側の面には、抵抗発熱体14を収容するための配策溝13が形成される。配策溝13は、抵抗発熱体14によってプレート部材11を均一に発熱させることができるように、その配置が計算されて形成される。 On the other hand, a routing groove 13 for accommodating the resistance heating element 14 is formed on the surface opposite to the upper surface. The arrangement groove 13 is formed by calculating the arrangement thereof so that the plate member 11 can be uniformly heated by the resistance heating element 14.
次に、プレート部材11に形成された配策溝13に、抵抗発熱体14を収容する。抵抗発熱体14としては、ニクロム線、カンタル線(最高温度1200℃)または白金線(最高温度1500℃)が好適に用いられ、用途に合わせて適宜選択される。なお、抵抗発熱体14には、前記抵抗発熱体14に電流を流して発熱させるための電力供給線(図示せず)が接続される。 Next, the resistance heating element 14 is accommodated in the routing groove 13 formed in the plate member 11. As the resistance heating element 14, a nichrome wire, a Kanthal wire (maximum temperature 1200 ° C.) or a platinum wire (maximum temperature 1500 ° C.) is preferably used, and is appropriately selected according to the application. The resistance heating element 14 is connected to a power supply line (not shown) for causing a current to flow through the resistance heating element 14 to generate heat.
次に、別途形成された略円形の基盤12を用意する。基盤12は、中心部に上述した電力供給線を通すための穴が形成され、また、裏面の中央部にはシャフトを接合するための凹部が形成されている。そして、基盤12の上面と抵抗発熱体14を収容したプレート部材11の下面の一部とを、ろう付け、拡散接合又は溶接によって接合する。このとき、電力供給線は、基盤12の中心に形成された前記穴を通して、基盤12の裏側外部に導き出される。以上の工程により、電力供給線を有するヒータプレート10が形成される。 Next, a substantially circular base 12 formed separately is prepared. The base 12 is formed with a hole for passing the above-described power supply line at the center, and a recess for joining the shaft at the center of the back surface. And the upper surface of the base | substrate 12 and a part of lower surface of the plate member 11 which accommodated the resistance heating element 14 are joined by brazing, diffusion bonding, or welding. At this time, the power supply line is led out to the outside of the back side of the base 12 through the hole formed in the center of the base 12. Through the above steps, the heater plate 10 having the power supply line is formed.
次に、別途形成された中心に空洞24を有するシャフト20を用意する。シャフト20は、上述したように外側が熱伝導率の大きい第1熱伝導体21、内側が熱伝導率の小さい第2熱伝導体22の二重構造で形成され、第1熱伝導体21の上部には、該第1熱伝導体21の本体外径より径の大きなフランジ部23が形成されている。フランジ部23は、シャフト20とヒータプレート10とを接合する際の接合強度を確保する部分である。なお、本実施形態においてはシャフト20として上述の二重構造シャフト20を使用したが、シャフト20はこれに限定されず、単一構造のシャフトであっても良い。但し、単一構造シャフトであってもフランジ部23を形成し、ヒータプレート10とシャフトとの接合強度を確保することが望ましい。 Next, a shaft 20 having a cavity 24 in the center formed separately is prepared. As described above, the shaft 20 is formed with a double structure of the first heat conductor 21 having a large thermal conductivity on the outside and the second heat conductor 22 having a small heat conductivity on the inside. A flange portion 23 having a diameter larger than the outer diameter of the main body of the first heat conductor 21 is formed on the upper portion. The flange portion 23 is a portion that ensures the bonding strength when the shaft 20 and the heater plate 10 are bonded. In the present embodiment, the above-described double structure shaft 20 is used as the shaft 20, but the shaft 20 is not limited to this and may be a single structure shaft. However, it is desirable that the flange portion 23 is formed even in the case of a single structure shaft to ensure the bonding strength between the heater plate 10 and the shaft.
ヒータプレート10の電力供給線をシャフト20の空洞24に通したうえで、シャフト20のフランジ部23とヒータプレート10裏側(即ち、基盤12の裏側。)に形成された凹部とを嵌合して、溶接又はろう付けによって接合する。 After passing the power supply line of the heater plate 10 through the cavity 24 of the shaft 20, the flange portion 23 of the shaft 20 and the recess formed on the back side of the heater plate 10 (that is, the back side of the base 12) are fitted. , Joining by welding or brazing.
次に、シャフト20が接合されたヒータプレート10のワーク載置部(即ち、プレート部材表面11A。)上に、セラミックを溶射して堆積し、セラミックの溶射膜15を形成する(図3参照)。セラミックの材質としては、半導体ウエハ加熱の温度に対して耐性を有し、また対磨耗性、耐薬品性に優れるアルミナやチタニア、マグネシウアなどを主成分とするセラミックを好適に使用するが、ジルコン(ZrO2・SiO2)やムライト(3Al2O3・2SiO2)等のシリカ系セラミックであってもよく、適宜選択される。また、材質はセラミックに限定されず、耐熱性、耐磨耗性、耐薬品性に優れる他の材質であっても良い。 Next, ceramic is sprayed and deposited on the work placement portion (that is, the plate member surface 11A) of the heater plate 10 to which the shaft 20 is joined, thereby forming a ceramic sprayed film 15 (see FIG. 3). . As a ceramic material, a ceramic mainly composed of alumina, titania, magnesium, etc., which has resistance to the temperature of semiconductor wafer heating and is excellent in wear resistance and chemical resistance, is preferably used. ZrO 2 · SiO 2) and mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) may be a silica-based ceramic such are appropriately selected. Further, the material is not limited to ceramic, and may be another material excellent in heat resistance, wear resistance, and chemical resistance.
次に、溶射されたセラミックの溶射膜15に対して、膜厚が所定の厚さになるように平面研磨加工を施す(図4参照)。ここで、前記所定の厚さは、最終的に形成される凸部16の高さに該当し、コンタミネーション因子がプレート部材11からワーク裏面に移動することを防止できる高さであり、且つワークを均一に加熱できる高さである必要がある。本実施形態においては、前記セラミックの溶射膜15は、厚さ20μm〜350μmになるように平面研磨加工される。前記所定の厚さは、使用するセラミックの材質やヒータユニット1の使用目的等に合わせて適宜選択される。 Next, surface spraying is performed on the thermally sprayed ceramic sprayed film 15 so that the film thickness becomes a predetermined thickness (see FIG. 4). Here, the predetermined thickness corresponds to the height of the convex portion 16 to be finally formed, is a height that can prevent the contamination factor from moving from the plate member 11 to the back surface of the workpiece, and the workpiece. It is necessary to have a height that can uniformly heat. In the present embodiment, the ceramic sprayed film 15 is subjected to planar polishing so as to have a thickness of 20 μm to 350 μm. The predetermined thickness is appropriately selected according to the ceramic material to be used, the purpose of use of the heater unit 1 and the like.
次に、平面研磨加工が施されたセラミックの溶射膜15の上に、所定の位置に微細な開口を有するブラスト用の樹脂製のマスク30を配置し、セラミックの溶射膜15に対してブラスト処理を行う(図5参照)。ブラスト処理は、金属微粒子等の研削材を圧縮空気やモーターの力等で飛ばして被研削物体表面を研削する処理である。圧縮空気を使用して噴射するエアーブラスト法、モーターにより高速回転させた羽根(ブレード)に研削材を供給して噴射するショットブラスト法、主に水に研削材を混合して噴射するウェットブラスト法等があるが、本実施形態においては、エアーブラスト法を好適に用いる。但し、これに限定されるわけではなく、ブラスト処理方法は適宜選択される。 Next, a blasting resin mask 30 having a fine opening is disposed at a predetermined position on the ceramic sprayed film 15 that has been subjected to surface polishing, and a blasting process is performed on the ceramic sprayed film 15. (See FIG. 5). The blasting process is a process for grinding the surface of an object to be ground by blowing a grinding material such as metal fine particles with compressed air or the force of a motor. Air blasting method that uses compressed air for injection, shot blasting method that supplies and injects abrasives to blades rotated at high speed by a motor, and wet blasting method that mainly mixes and injects abrasives into water In this embodiment, the air blast method is preferably used. However, the method is not limited to this, and the blasting method is appropriately selected.
ブラスト処理は、ヒータプレート10のプレート部材表面11Aが露出するまで行う。但し、加工によっては、部分的にプレート部材表面11Aが露出しない部分があってもよい。この処理によって、プレート部材表面11Aは、該プレート部材表面11Aの全てがセラミックの溶射膜15で被覆された状態から、前記プレート部材表面11Aの全面に渡って微細な露出部分が形成された状態となる。言い換えれば、プレート部材表面11Aの全面に渡って、略円錐台形状のセラミックの突起(これが、凸部16になる。)が複数突出した状態となる(図1参照)。そして、全てのセラミックの凸部16は、プレート部材11からの高さが全て同一となる。なお、本実施形態に係るヒータユニット1において好適な前記セラミックの凸部16は、上述したように直径が50μm〜100μmの微細な凸部16であり、一面に形成されているため、あたかもプレート部材表面11Aにエンボス加工が施されたような状態となる。 The blasting process is performed until the plate member surface 11A of the heater plate 10 is exposed. However, depending on the processing, there may be a portion where the plate member surface 11A is not partially exposed. By this treatment, the plate member surface 11A has a state in which fine exposed portions are formed over the entire surface of the plate member surface 11A from a state in which the plate member surface 11A is entirely covered with the ceramic sprayed film 15. Become. In other words, a plurality of substantially frustoconical ceramic protrusions (which are the protrusions 16) protrude over the entire surface of the plate member surface 11A (see FIG. 1). All the ceramic protrusions 16 have the same height from the plate member 11. In addition, since the said convex part 16 of a ceramic suitable in the heater unit 1 which concerns on this embodiment is the fine convex part 16 whose diameter is 50 micrometers-100 micrometers as mentioned above, and it is formed in one surface, it is as if it is a plate member The surface 11A is embossed.
ここで、金属ヒータで問題になる金属コンタミネーションは、特にワークが金属ヒータの表面に接触することによって発生する。従って、金属コンタミネーションを防止するために、金属ヒータの表面を、例えばセラミック等で被覆することが考えられる。しかし、金属ヒータは、上述のように高温に晒されることになるため、金属ヒータ表面の金属と被覆したセラミック等との熱膨張率が異なると、ヒータの発熱、非発熱を繰り返すことにより、熱膨張及び熱収縮の影響で、被覆したセラミックがひび割れを起こし破損する。従って、かかるセラミック等による被覆は現実的でない。一方本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、上述したようにプレート部材表面11Aの全面に渡って微細な露出部分が形成されるため、熱膨張及び熱収縮を繰り返してもひび割れ等を生じない。従って、確実に金属コンタミネーションを防止することができる。 Here, the metal contamination which becomes a problem in the metal heater occurs particularly when the work comes into contact with the surface of the metal heater. Therefore, in order to prevent metal contamination, it is conceivable to coat the surface of the metal heater with, for example, ceramic. However, since the metal heater is exposed to a high temperature as described above, if the coefficient of thermal expansion differs between the metal on the surface of the metal heater and the coated ceramic or the like, heat generation and non-heat generation of the heater are repeated. The coated ceramic cracks and breaks due to expansion and thermal shrinkage. Therefore, coating with such ceramics is not practical. On the other hand, since the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention has fine exposed portions formed over the entire surface of the plate member surface 11A as described above, cracks and the like are generated even if thermal expansion and contraction are repeated. Absent. Therefore, metal contamination can be reliably prevented.
以上説明した工程によって、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1が形成される。なお、上述した工程は一例であり、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1の製造方法はこれに限定されない。例えば、上述した工程においては、ヒータプレート10とシャフト20を接合した後、プレート部材表面11A上に凸部16を形成したが、プレート部材表面11A上に上述した方法によって凸部16を形成した後、配策溝13に抵抗発熱体14を収容して基盤12を接合し、さらにシャフト20を接合することでヒータユニット1を形成しても良い。製造工程は、適宜変更することができる。 The heater unit 1 according to one embodiment of the present invention is formed by the steps described above. In addition, the process mentioned above is an example and the manufacturing method of the heater unit 1 which concerns on one Embodiment of this invention is not limited to this. For example, in the process described above, after the heater plate 10 and the shaft 20 are joined, the convex part 16 is formed on the plate member surface 11A, but after the convex part 16 is formed on the plate member surface 11A by the method described above. The heater unit 1 may be formed by housing the resistance heating element 14 in the routing groove 13 and joining the base 12 and further joining the shaft 20. The manufacturing process can be changed as appropriate.
本発明の一実施形態に係るヒータユニット1の効果について説明する。第1に、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、被加熱体(ワーク)とのクリアランスが均一となる。本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、上述したように、プレート部材表面11A上にセラミックの溶射膜15を形成して平面研磨加工し、その後前記セラミックの溶射膜15をブラスト加工して複数の凸部16を形成する。従って、完成したそれぞれの凸部16の上面は、同一の平面を構成する。また、前記平面は、プレート部材表面11Aと平行な平面となる。従って、かかる平面上に載置されることになるワーク(被加熱体)とヒータユニット10上面とのクリアランスは、均一となる。 The effect of the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention will be described. First, the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention has a uniform clearance with a heated body (work). As described above, the heater unit 1 according to the embodiment of the present invention forms the ceramic sprayed film 15 on the plate member surface 11A and performs planar polishing, and then blasts the ceramic sprayed film 15. A plurality of convex portions 16 are formed. Therefore, the upper surface of each completed convex part 16 comprises the same plane. The plane is a plane parallel to the plate member surface 11A. Therefore, the clearance between the workpiece (heated body) to be placed on the plane and the upper surface of the heater unit 10 is uniform.
第2に、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、コンタミネーションを防止することができる。上述したように、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、略円錐台形状の凸部16を有するため、コンタミネーション因子は円錐の斜面を伝わってプレート部材11上に落ちる。特に、コンタミネーションで一番問題となる金属コンタミネーションについては、上述したように凸部がセラミックで形成されているため、金属製のスペーサに比して付着しにくい。従って、凸部16側から金属コンタミネーションが移動して半導体ウエハ100の裏面に付着することを防止することができる。また、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、かかる凸部16が複数ヒータプレート10上に形成されているため、ヒータプレート10の金属製のプレート部材表面11Aの露出部分が非常に少なく、金属コンタミネーション自体が発生しにくい構造である。なお、上述したように、凸部16は、複数形成された凸部であるため、セラミックでヒータプレートを被覆する場合と異なり、ひび割れ等を生じて破損することがない。従って、セラミックの微細な破損片等のコンタミネーションの発生をも防止できる。 Secondly, the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention can prevent contamination. As described above, since the heater unit 1 according to the embodiment of the present invention has the convex portion 16 having a substantially truncated cone shape, the contamination factor falls on the plate member 11 along the conical slope. In particular, metal contamination, which is the most serious problem in contamination, is less likely to adhere as compared to a metal spacer because the convex portion is formed of ceramic as described above. Accordingly, it is possible to prevent metal contamination from moving from the convex portion 16 side and adhering to the back surface of the semiconductor wafer 100. Further, in the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention, since the convex portions 16 are formed on the plurality of heater plates 10, the exposed portion of the metal plate member surface 11A of the heater plate 10 is very small. The metal contamination itself is less likely to occur. Note that, as described above, since the convex portion 16 is a plurality of convex portions, unlike the case where the heater plate is covered with ceramic, the convex portion 16 is not cracked and damaged. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of contamination such as fine broken pieces of ceramic.
第3に本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、製造工程が簡易である。上述したように、従来のスペーサに相当する凸部16を、セラミックの溶射膜15を形成しブラスト加工することにより形成するため、スペーサの埋め込み加工等複雑な加工を伴うことがない。従って容易に製造することができる。 Thirdly, the heater unit 1 according to one embodiment of the present invention has a simple manufacturing process. As described above, the convex portion 16 corresponding to the conventional spacer is formed by forming the ceramic sprayed film 15 and blasting it, so that complicated processing such as spacer embedding is not involved. Therefore, it can be manufactured easily.
第4に、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、スペーサの埋め込み加工等を伴わないため、スペーサ部材の抜け落ち等の心配がなく、高度な加工精度を要求されない。また、平面研磨加工したセラミックの溶射膜15をブラスト加工して凸部16を形成するため、簡易に同一の高さを有する微細な凸部16を形成することができる。従って、この点においても高度な加工精度を要求されない。さらに、加工が容易であるため、ヒータプレート10の必要な箇所にだけ、凸部16を形成することもできる。図6、図7及び図8は、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1の凸部16形成の一例を示す平面図である。図6及び図7は、一例を模式して示したものである。本発明の一実施形態に係るヒータユニット1のプレート部材11凹部上に、図6に示されるように、例えば同心円状に凸部16が配置される。また、図7に示すように、ヒータユニット1の必要な部分だけに凸部16を形成することができる。またさらに、半導体の製造においては、半導体ウエハ100の上に複数の半導体を一度に形成し、その後ダイシングによって1つ1つの半導体を形成する。そこで、例えば、図7に示すように、プレート部材11の半導体ウエハ100のダイシングエリアが載置される部分はプレート部材表面11Aが露出し、それ以外の半導体が形成される部分についてのみ凸部16を形成することも可能である。但し、これらは一例であり、これらに限定されるものではなく、必要に応じて必要な部分にだけ凸部16を形成することができる。 Fourthly, since the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention does not involve spacer embedding processing or the like, there is no fear of the spacer member falling off and high processing accuracy is not required. Further, since the projections 16 are formed by blasting the ceramic sprayed film 15 that has been subjected to planar polishing, the fine projections 16 having the same height can be easily formed. Therefore, even in this respect, high machining accuracy is not required. Furthermore, since processing is easy, the convex part 16 can also be formed only in the required location of the heater plate 10. 6, 7 and 8 are plan views showing an example of the formation of the convex portion 16 of the heater unit 1 according to one embodiment of the present invention. 6 and 7 schematically show an example. On the plate member 11 recess of the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. Moreover, as shown in FIG. 7, the convex part 16 can be formed only in the required part of the heater unit 1. FIG. Furthermore, in the manufacture of semiconductors, a plurality of semiconductors are formed on the semiconductor wafer 100 at a time, and then each semiconductor is formed by dicing. Therefore, for example, as shown in FIG. 7, the plate member surface 11 </ b> A is exposed at the portion of the plate member 11 where the dicing area of the semiconductor wafer 100 is placed, and only the portion where the other semiconductor is formed is the convex portion 16. It is also possible to form However, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and the convex portions 16 can be formed only in necessary portions as necessary.
第5に、本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、熱伝導効率に優れる。本発明の一実施形態に係るヒータユニット1は、同一の高さを有するセラミックの凸部によってワークを支持し加熱する。前記凸部16はヒータプレート10の上面に均一に複数形成されるため、抵抗発熱体14の発する熱は、複数の凸部16を伝導して直接ワークに伝わる。従って、熱伝導効率に優れる。また、前記凸部16の高さは均一であり且つヒータプレート10の上面からの距離がほとんどないに等しい。従って、ヒータプレート10上面からの輻射で伝わる熱も、凸部16から伝導する熱とほとんど同じ温度となり、ワークは均一に加熱される。 Fifth, the heater unit 1 according to an embodiment of the present invention is excellent in heat conduction efficiency. The heater unit 1 according to an embodiment of the present invention supports and heats a workpiece by ceramic convex portions having the same height. Since a plurality of the convex portions 16 are uniformly formed on the upper surface of the heater plate 10, the heat generated by the resistance heating element 14 is transmitted to the workpiece directly through the plurality of convex portions 16. Therefore, it is excellent in heat conduction efficiency. Further, the height of the convex portion 16 is uniform and equal to almost no distance from the upper surface of the heater plate 10. Therefore, the heat transmitted by the radiation from the upper surface of the heater plate 10 is almost the same temperature as the heat conducted from the convex portion 16, and the workpiece is heated uniformly.
1、101、201:ヒータユニット
10、110、210:ヒータプレート
11、111、211:プレート部材
11A、111A、211A:プレート部材表面
12、112、212:基盤
13、113、213:配策溝
14、114、214:抵抗発熱体
15:溶射膜
16:凸部
20、120、220:シャフト
21、121、221:第1熱伝導体
22、122、222:第2熱伝導体
23、123、223:フランジ部
24、124、224:空洞
30:ブラスト用マスク
100:半導体ウエハ
140:ピン型スペーサ
142:ピン型スペーサ上部
144:ピン型スペーサ基部
250:球状スペーサ
252:球状スペーサ受け部
1, 101, 201: Heater units 10, 110, 210: Heater plates 11, 111, 211: Plate members 11A, 111A, 211A: Plate member surfaces 12, 112, 212: Bases 13, 113, 213: Arrangement grooves 14 114, 214: Resistance heating element 15: Thermal spray film 16: Protrusions 20, 120, 220: Shafts 21, 121, 221: First thermal conductors 22, 122, 222: Second thermal conductors 23, 123, 223 : Flange portions 24, 124, and 224: Cavity 30: Blast mask 100: Semiconductor wafer 140: Pin type spacer 142: Pin type spacer upper portion 144: Pin type spacer base portion 250: Spherical spacer 252: Spherical spacer receiving portion
Claims (10)
中央が開口し、前記プレート部材の下面の一部に接合された基盤と、
前記溝と前記基盤の上面との間に配置された抵抗発熱体と、
前記プレート部材の上面にセラミックで形成され、それぞれの上面が同一の平面を構成する複数の凸部と、
を具備することを特徴とするヒータユニット。 A plate member made of aluminum, iron, titanium, copper, nickel or an alloy thereof, and having a groove on the lower surface;
A base that is open at the center and joined to a part of the lower surface of the plate member;
A resistance heating element disposed between the groove and the upper surface of the substrate;
A plurality of convex portions formed of ceramic on the upper surface of the plate member, each upper surface constituting the same plane;
A heater unit comprising:
前記プレート部材を支持する基盤と、
抵抗発熱体と、を具備するヒータユニットの製造方法において、
前記プレート部材の被加熱体を載置する面上にセラミック溶射膜を形成し、
前記セラミック溶射膜を所定の厚さに平面研磨加工し、
所定の位置に開口を有するマスクを配置して、前記開口に対向する前記セラミック溶射膜を前記プレート部材の表面が露出するまでブラスト加工することを特徴とするヒータユニットの製造方法。 A plate member made of aluminum, iron, titanium, copper, nickel or an alloy thereof, on which a heated object is placed,
A base for supporting the plate member;
In a method of manufacturing a heater unit comprising a resistance heating element,
Forming a ceramic sprayed film on the surface of the plate member on which the heated body is placed;
Surface polishing the ceramic sprayed film to a predetermined thickness,
A method of manufacturing a heater unit, comprising: arranging a mask having an opening at a predetermined position; and blasting the ceramic sprayed film facing the opening until the surface of the plate member is exposed.
9. The method of manufacturing a heater unit according to claim 8 , wherein a thickness of the sprayed film after flat polishing is 20 μm to 350 μm.
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