JP5447123B2 - Heater unit and apparatus provided with the same - Google Patents
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Description
本発明は、主にフラットパネルディスプレイ用のガラス基板や半導体基板を加熱する際に用いるヒータユニット、及びそれを搭載した製造又は検査装置に関するものであり、特にフォトリソグラフィ工程やプローバ検査工程で用いる加熱処理装置、又は半導体基板の最終検査工程で用いる加熱処理装置に関するものである。 The present invention relates to a heater unit mainly used for heating a glass substrate or a semiconductor substrate for a flat panel display, and a manufacturing or inspection apparatus equipped with the heater unit, and particularly heating used in a photolithography process or a prober inspection process. The present invention relates to a heat treatment apparatus used in a processing apparatus or a final inspection process of a semiconductor substrate.
被加熱物を載置してこれを加熱処理できる装置が数多く開発されており、このうち特に被加熱物の載置面での温度分布の均一性(以下、均熱性とも称する)が要求されるものとして、半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造工程や検査工程において使用される、半導体基板やガラス基板などの基板の加熱用ヒータが挙げられる。このヒータは、例えばリソグラフィ工程において基板上に塗布したレジスト液を加熱乾燥するために用いられたり、あるいは検査工程において基板の検査を所望の温度で行うための昇温に用いられたりしている。 Many apparatuses have been developed that can place an object to be heated and heat-treat it, and among them, the uniformity of the temperature distribution on the surface of the object to be heated (hereinafter also referred to as heat uniformity) is required. As a thing, the heater for the heating of board | substrates, such as a semiconductor substrate and a glass substrate, used in the manufacturing process and test | inspection process of a semiconductor device or a flat panel display is mentioned. This heater is used, for example, for heating and drying a resist solution applied on a substrate in a lithography process, or used for raising a temperature for performing inspection of a substrate at a desired temperature in an inspection process.
これら半導体装置やフラットパネルディスプレイの生産では、連続操業による大量生産によって製品の低価格化が競われており、このため製造装置や検査装置ではタクトタイムの短縮化が要望されている。1台の装置で高いスループットを得るには、一定の温度に維持して所定の処理を行う被処理物の熱処理工程自体の処理時間を短くすることはもちろんのこと、処理条件の変更に伴うヒータの設定温度変更に要する時間(昇温時間、冷却時間)を短くしていく必要がある。 In the production of these semiconductor devices and flat panel displays, there is a competition for price reduction of products due to mass production by continuous operation. For this reason, shortening of tact time is demanded in manufacturing apparatuses and inspection apparatuses. In order to obtain a high throughput with one apparatus, not only shortening the processing time of the heat treatment process itself of a workpiece to be processed at a constant temperature while maintaining a predetermined temperature, a heater accompanying a change in processing conditions It is necessary to shorten the time required for changing the set temperature (heating time, cooling time).
このため、すでに本発明者らは、半導体装置製造用のヒータとして、所望の熱容量を有する冷却プレートとヒータプレートとを互いに分離又は当接可能に構成し、加熱時は冷却プレートをヒータプレートから分離することにより急速昇温し、冷却時は加熱されたヒータプレートに冷却プレートを当接することによって、ヒータプレートに設けられた載置台及びこの載置台に戴置した被加熱物を急速冷却することができる発明を行った(特許文献1)。これにより、生産工程全体としての所要時間を短縮することが可能となった。 For this reason, the present inventors have already configured a cooling plate having a desired heat capacity and a heater plate so that they can be separated from or brought into contact with each other as a heater for manufacturing a semiconductor device, and the cooling plate is separated from the heater plate during heating. The temperature is rapidly raised by cooling, and the cooling plate is brought into contact with the heated heater plate at the time of cooling, thereby quickly cooling the mounting table provided on the heater plate and the object to be heated placed on the mounting table. The invention which can be performed was performed (patent document 1). As a result, the time required for the entire production process can be shortened.
図8に、かかるヒータ1の模式的断面図が示されている。このヒータ1は、基板を載置して加熱するヒータプレート2と、ヒータプレート2を迅速に冷却するための冷却プレート3と、ヒータプレート2の熱が他の生産装置に容易に伝わるのを遮蔽するためのステンレス等などからなる容器4とから構成されている。尚、ヒータプレート2は、容器4に設けられたロッドなどの支持手段(図示せず)によって支持されている。また、ヒータプレート2にはヒータの温度を測定する側温温度計などの温度センサ5が設けられている。
FIG. 8 shows a schematic sectional view of the
ヒータプレート2は、例えば、半導体基板を載置する載置台50と、その下面に配設した例えば渦巻状の発熱体回路51とから構成することができる。発熱体回路51は、タングステンメタライズ法によって形成しても良い。発熱体回路51は、電気絶縁膜(図示せず)によってコーティングすることで絶縁されている。
The
ヒータプレート2は、図9に示すような構造であっても良い。即ち、ステンレスやニッケル−クロム箔で構成された発熱体回路53を必要に応じて絶縁シート54で挟み込んだうえで載置台52と押さえ板55との間に設置する。押さえ板55と載置台52とは、リベットやボルトナット等の結合手段56を用いて機械的に固定する。尚、上記発熱体回路51、53には配線(図示せず)が接続されており、これを介して給電することによりヒータプレート2の加熱が行われる。
The
冷却プレート3には冷媒流路3aが形成されており、ここに冷媒を流して冷却を行う。冷却プレート3とヒータプレート2との分離及び当接は、例えば冷却プレート3をエアシリンダなどの昇降機構(図示せず)によって上下に駆動することで可能となる。即ち、図10(a)に示すように、加熱時は冷却プレート3を下方に駆動してヒータプレート2から分離させる。一方、図10(b)に示すように、冷却時は冷却プレート3を上方に駆動してヒータプレート2に当接させる。
The
次に、このヒータ1を用いて被加熱物に対し熱処理を施す手順について図10(a)、(b)を参照しながら説明する。まず、図10(a)に示す状態にある低温のヒータプレート2の発熱体回路51に通電してヒータプレート2を昇温する。その後、載置台50上にウエハ(半導体基板)、ガラス基板等の被加熱物Sを載置して、被加熱物Sを加熱する。60〜180秒程度の加熱処理が終わると、載置台50上から被加熱物Sを取り出し、次の被加熱物Sを載置台50上に載置して同様に加熱処理を行う。
Next, a procedure for performing heat treatment on an object to be heated using the
上記加熱処理を繰り返して所定量の被加熱物Sの加熱処理が終了した後、上記加熱処理とは別プロセスの加熱処理のため、温度条件の変更を行う。この温度条件の変更が高温側への変更の場合、図10(a)に示す状態のまま通電条件を変更して温度変更するだけで良い。これに対して低温側への変更の場合、ヒータプレート2の発熱体回路51への通電を一旦停止し、しかるのち昇降機構(図示せず)を用いて図10(b)に示すように冷却プレート3をヒータプレート2に当接させ、ヒータプレート2の熱を冷却プレート3に逃がす。これにより、ヒータプレート2及び被加熱物Sの温度を急激に低下させることができる。
After the heat treatment is repeated and the heat treatment of a predetermined amount of the object to be heated S is completed, the temperature condition is changed for a heat treatment different from the heat treatment. When the change of the temperature condition is a change to the high temperature side, it is only necessary to change the temperature by changing the energization condition with the state shown in FIG. On the other hand, in the case of the change to the low temperature side, the energization to the
このとき、冷却プレート3の冷媒流路(図10には図示せず)に冷却水などの冷媒を流しても良い。冷却プレート3に伝わった熱をこの冷媒を介してヒータの系外に排出することにより、効果的に排熱することができる。ヒータ制御用の温度センサ5により概ね設定温度になったことが検知された後、冷却プレート3をヒータプレート2から分離して図10(a)に示す状態に戻し、設定温度維持のため再度発熱体回路51への通電を開始する。このようにして、冷却時の温度条件変更を短時間に行うことにより、スループット向上を図ることができる。
At this time, a coolant such as cooling water may flow through a coolant channel (not shown in FIG. 10) of the
しかしながら、近年更なる高精度化、スループット向上が求められており、ヒータプレートの載置面内の高均熱性を維持したまま、昇温速度、冷却速度を更に速めることが要望されている。これを実現するには、できるだけ載置台の熱容量を小さくすること、即ち載置台を軽く、薄くすることが望ましいが、載置台を金属板で形成する場合、金属は剛性が低いため、薄くすると撓んだり昇降温の際に反ったりして良好な均熱性を維持できなかった。一方、載置台をセラミックス板で形成する場合、セラミックスは比較的剛性が高いので薄くできるものの、薄くなると均熱性が確保されにくくなるうえ割れやすくなり、実用に耐えなかった。 However, in recent years, higher accuracy and higher throughput have been demanded, and there is a demand for further increasing the heating rate and cooling rate while maintaining high heat uniformity in the mounting surface of the heater plate. To achieve this, it is desirable to reduce the heat capacity of the mounting table as much as possible, that is, to make the mounting table lighter and thinner. However, when the mounting table is formed of a metal plate, the metal has low rigidity. It was difficult to maintain good heat uniformity due to warpage during heating and cooling. On the other hand, when the mounting table is formed of a ceramic plate, ceramics can be made thin because of its relatively high rigidity.
剛性を確保しつつ均熱性と昇降温速度を向上させる試みもなされており、セラミック板と金属板との間に発熱体と絶縁シートを介在させる構造も開示されている。しかしながら、良好な伝熱性を確保すべくリベットやボルトナット等を多数用いてこれらの対向面をほぼ全面に亘って接合すると、セラミックと金属との熱膨張差に起因するバイメタルによって、高温時や低温時には室温での平面度を維持できず、均熱性が悪化するという問題があった。このように、載置面内での高均熱性の維持と昇降温速度の向上の両立は非常に困難であった。 Attempts have also been made to improve the temperature uniformity and the temperature raising / lowering speed while ensuring rigidity, and a structure in which a heating element and an insulating sheet are interposed between a ceramic plate and a metal plate is also disclosed. However, when these opposing surfaces are joined over almost the entire surface using a large number of rivets, bolts and nuts to ensure good heat transfer, the bimetal resulting from the difference in thermal expansion between the ceramic and the metal can cause high or low temperatures. In some cases, the flatness at room temperature cannot be maintained, and soaking properties deteriorate. Thus, it was very difficult to maintain both high temperature uniformity within the mounting surface and improve the heating / cooling speed.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、載置面内の均熱性を悪化させることなく、あるいは従来よりも高い均熱性を維持しながら、昇温、降温速度の高速化を図ることを課題とする。かかる課題を解決することにより、特に半導体装置あるいはフラットパネルディスプレイの製造プロセスにおいて、昇温、降温側への温度条件変更後、すみやかに次条件での加熱プロセスを実施することができる。また、載置面内での高い均熱性を達成することで、半導体製造プロセスにおいて、例えばフォトレジスト工程での膜厚や線幅のばらつきを低減することができる。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to increase and decrease the temperature increase / decrease rate without deteriorating the temperature uniformity in the mounting surface or while maintaining higher temperature uniformity than before. The task is to increase the speed. By solving such a problem, particularly in the manufacturing process of a semiconductor device or a flat panel display, it is possible to immediately carry out a heating process under the following conditions after changing the temperature condition to the temperature rising / falling side. In addition, by achieving high thermal uniformity in the mounting surface, it is possible to reduce variations in film thickness and line width in, for example, a photoresist process in a semiconductor manufacturing process.
即ち、加熱処理工程における載置面内での温度ばらつきを低減しつつ昇温及び冷却の温度変更に要する時間を短縮化することで、この加熱処理工程によって製造、検査される半導体装置やフラットディスプレイパネル装置の生産性、性能、歩留まり、信頼性を向上させることを目的としている。 That is, the semiconductor device or flat display manufactured and inspected by this heat treatment process is shortened by reducing the time required for temperature change of the temperature rise and cooling while reducing the temperature variation in the mounting surface in the heat treatment process. The purpose is to improve the productivity, performance, yield, and reliability of panel devices.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、均熱板厚さを薄くして熱容量を低減することによって昇降温速度の高速化を図りつつ、均熱板厚さが薄くなることによって面内の均熱性が阻害されることのないように、材料の異なる2枚の均熱板の間に絶縁された発熱体を挟みこみ、これら2枚の均熱板のうちの一方を金属にすると共に他方をセラミック又は金属セラミックス複合体とし、更に、金属の少なくとも片方の面に可撓性を持たせる加工を施すことによって、剛性が高く且つ熱変形の小さいセラミック又は金属セラミックス複合体に金属が倣いやすくなり、従来避けることができなかった昇降温時の2枚の均熱板の互いの熱膨張差に起因する平面度の変化を抑えて良好な熱伝達を保つことができることを見出した。 As a result of intensive research in order to solve the above problems, the present inventors have reduced the heat capacity by reducing the thickness of the soaking plate, while increasing the heating / cooling speed, Insulating heating elements are sandwiched between two soaking plates of different materials so that the in-plane soaking property is not hindered by the thinning of the surface, and one of these two soaking plates is A ceramic or metal-ceramic composite with high rigidity and low thermal deformation by forming a metal and a ceramic or metal-ceramic composite on the other and further applying flexibility to at least one surface of the metal It is possible to keep good heat transfer by suppressing the change in flatness caused by the difference in mutual thermal expansion of the two soaking plates at the time of temperature rise and fall, which could not be avoided in the past. Found
特に、2枚の均熱板の一方を金属とし、他方をセラミック又は金属セラミックス複合体とすることで、金属製の均熱板に高均熱性の機能を発揮させつつ、セラミック又は金属セラミックス複合体の均熱板に剛性の機能を発揮させることができた。このように、2枚の均熱板に別々の役割を担わせることにより、単独の材質では両立しえない高剛性且つ高均熱性且つ低熱容量化が実現でき、高速昇降温が可能になった。 In particular, one of the two soaking plates is made of metal and the other is made of a ceramic or metal-ceramic composite, so that the soaking plate made of metal exhibits a highly uniform function, and the ceramic or the ceramic-ceramic composite. The soaking plate was able to exert its rigidity function. In this way, by making the two heat equalizing plates play different roles, high rigidity, high heat equalization and low heat capacity that cannot be achieved with a single material can be realized, and high-speed heating and cooling are possible. .
また、金属製の均熱板を薄くすることで一層昇降温速度を速くすることができ、更に、この薄い金属製の均熱板に可撓性を付与する加工を施すことで、温度が著しく変化しても他方の高剛性の均熱板に常時密着させることが可能になった。これにより、金属薄板単独では避けられない昇降温時の平面度の変化を抑えることができ、昇降温時の高均熱化を実現できた。 In addition, the temperature raising and lowering speed can be further increased by thinning the metal heat equalizing plate, and the temperature can be remarkably increased by applying flexibility to the thin metal heat equalizing plate. Even if it changed, it became possible to always adhere to the other highly rigid soaking plate. As a result, it was possible to suppress changes in flatness at the time of raising and lowering the temperature, which is unavoidable with a thin metal plate alone, and to achieve high temperature uniformity during the raising and lowering of the temperature.
即ち、本発明が提供するヒータユニットは、基板を載置する載置面を有する第1均熱板と、前記第1均熱板を支持する第2均熱板と、前記第1均熱板と前記第2均熱板との間に設けられた少なくとも1層の絶縁された抵抗発熱体とを有しており、前記第1均熱板と前記第2均熱板とが互いの対向面に略平行な方向に対して相対移動自在に結合されており、前記第1均熱板と前記第2均熱板は、一方が金属からなり且つ少なくとも片面に可撓性を持たせるための加工が施されており、他方がセラミックス又は金属セラミックス複合材料からなり且つ前記絶縁された抵抗発熱体に当接する面は略中央部が窪んだすり鉢状であることを特徴としている。 That is, the heater unit provided by the present invention includes a first soaking plate having a placement surface on which a substrate is placed, a second soaking plate that supports the first soaking plate, and the first soaking plate. And at least one insulated resistance heating element provided between the second heat equalizing plate and the first heat equalizing plate and the second heat equalizing plate facing each other. The first soaking plate and the second soaking plate are made of metal, and processing for providing flexibility on at least one side is coupled to the first soaking plate and the second soaking plate. and it is applied, it is characterized in that the other surface contacting the and the insulated resistive heating element Ri Do from ceramic or metal-ceramic composite material is a mortar shape recessed is substantially central portion.
本発明によれば、載置台の平面度が経時的に変化することなく、載置面内の均熱性を従来と同様に、あるいは従来よりも高い均熱性を維持しながら、更にパーティクルの発生も抑えながら、昇降温時の平面度変化を抑えつつ昇降温速度の高速化を図ることができる。 According to the present invention, the flatness of the mounting table does not change over time, and the generation of particles can be further generated while maintaining the thermal uniformity in the mounting surface in the same manner as before or higher than that in the past. While suppressing, it is possible to increase the temperature increasing / decreasing speed while suppressing flatness change during temperature increasing / decreasing.
その結果、特に半導体装置又はフラットディスプレイパネル装置の製造工程において、昇温や降温側への温度条件変更後、条件の異なる加熱プロセスを速やかに実施することができる。また、載置台の載置面内で高い均熱性を達成することで、半導体製造プロセスの例えばフォトレジスト工程での膜厚や線幅のばらつきを低減することができる。更に、検査工程では、プローバ装置において、載置面の平面度を変化させることなく常に一定の均熱性とプロービング性を再現することができる。 As a result, particularly in the manufacturing process of a semiconductor device or a flat display panel device, a heating process with different conditions can be promptly performed after the temperature condition is changed to the temperature increase or decrease side. In addition, by achieving high thermal uniformity within the mounting surface of the mounting table, it is possible to reduce variations in film thickness and line width in, for example, a photoresist process in the semiconductor manufacturing process. Furthermore, in the inspection process, constant temperature uniformity and probing properties can always be reproduced in the prober device without changing the flatness of the mounting surface.
これにより、半導体装置又はフラットディスプレイパネル装置の製造装置や検査装置に対して信頼性の高いヒータを提供することが可能となる。即ち、熱処理工程における載置面内の温度ばらつきを安定化させつつ昇温及び冷却の温度変更に要する時間を短縮化することにより、この熱処理工程によって製造、検査される半導体装置やフラットディスプレイパネル装置の生産性、性能、歩留まり、及び信頼性を向上させることができる。 This makes it possible to provide a highly reliable heater for a semiconductor device or flat display panel device manufacturing apparatus or inspection apparatus. That is, the semiconductor device and the flat display panel device manufactured and inspected by this heat treatment process are shortened by stabilizing the temperature variation in the mounting surface in the heat treatment process and shortening the time required for the temperature change of the heating and cooling. Productivity, performance, yield, and reliability can be improved.
以下、本発明に係るヒータユニットの一実施態様を説明する。図1(a)〜(d)には、本発明の一実施態様のヒータユニット10の断面図が模式的に示されている。このヒータユニット10は、半導体基板やガラス基板を載置する載置面11aを有する第1均熱板11と、第1均熱板11を下方から支持する第2均熱板12とを備えている。これら第1均熱板11と第2均熱板12との間には、少なくとも1層の絶縁された抵抗発熱体13が設けられている。図1(a)〜(d)には一例として2層の絶縁された抵抗発熱体13を設けた例が示されている。これら2層の絶縁された抵抗発熱体13は、それぞれ抵抗発熱体13aが絶縁シート13bによって絶縁されている。
Hereinafter, an embodiment of the heater unit according to the present invention will be described. 1A to 1D schematically show sectional views of a
第1均熱板11と第2均熱板12の材質は、一方が金属であり、他方がセラミックス又は金属セラミックス複合材料から形成されている。一般に、基板を載置する均熱板に用いる材料は、熱伝導率の高い材料が好ましい。なぜなら、熱伝導率が高ければ高いほど薄く加工しても高い均熱性を保つことができるので、均熱板の熱容量を小さく抑えて昇降温速度を速めることができるからである。そこで、均熱板は熱伝導率の高い金属のみから形成すればよいことになるが、金属はヤング率が小さいため、薄く加工すると反りやすくなり、昇降温など熱履歴により反りやすくなり、薄くすることができなかった。
As for the material of the
これに対して、本発明では均熱板に第1均熱板11と第2均熱板12とを使用し、これらのうちの一方を金属材料で形成し、他方をセラミック又は金属セラミックス複合材料で形成している。これにより、それぞれの材料が得意とする機能を発揮させることができるので、それらの材料の利点を両方とも兼ね備えた優れた均熱板を得ることができる。
On the other hand, in this invention, the
即ち、金属には特に高熱伝導性という特性があるため、これにより得られる均熱性の機能を一方の均熱板に発揮させることができる。また、セラミック又は金属セラミックス複合材料には高剛性及び低熱膨張という特性があるため、これにより得られる昇降温時の平面度維持という機能を他方の均熱板に発揮させることができる。そして、これら2種類の均熱板を抵抗発熱体を介して結合することによって、1種類の均熱板単独では実現できない様々な特徴、即ち、高均熱性と、昇降温時でも変化しにくい高平面度と、薄肉化による高速昇降温性能とを同時に実現することが可能になる。 That is, since the metal has a characteristic of particularly high thermal conductivity, one of the soaking plates can exhibit the soaking function obtained thereby. In addition, since the ceramic or metal ceramic composite material has characteristics of high rigidity and low thermal expansion, the other soaking plate can exhibit the function of maintaining the flatness at the time of raising and lowering the temperature. And, by combining these two types of soaking plates via a resistance heating element, various features that cannot be realized by one kind of soaking plate alone, that is, high soaking properties and high resistance to change even during heating and cooling. Flatness and high-speed heating / cooling performance due to thinning can be realized simultaneously.
例えば、図1(a)及び(b)に示すように、載置面11aを有する第1均熱板11を金属で形成し、第2均熱板12をセラミックス又は金属セラミックス複合材料で形成してもよいし、図1(c)及び(d)に示すように、第1均熱板11をセラミックス又は金属セラミックス複合材料で形成し、第2均熱板12を金属で形成してもよい。尚、図1(a)〜(d)では、後述する可撓性を持たせるための加工が、第1均熱板11と第2均熱板12との対向面側、又はその反対側のいずれかに設けられている。
For example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the first soaking
載置面11aを有する第1均熱板11を金属で形成する場合は、例えば載置面11aに通常形成されている基板吸着用の真空溝加工などの第1均熱板11自身に施される加工を容易に行うことができるという利点がある。一方、第1均熱板11をセラミック又は金属セラミックス複合材で形成する場合は、第1均熱板11自身の剛性が高くなるため、加工による変形が少なくなり、高精度加工がしやすくなるという利点がある。
When the first soaking
いずれの場合であっても、第1均熱板11及び第2均熱板12は、熱伝導率が高い材料で形成されることが好ましい。なぜなら、前述したように、熱伝導率が高ければ高いほど、均熱板を薄くできるからである。特に、均熱板の熱伝導率は150W/mK以上であることが好ましい。均熱板が金属製の場合は、更に200W/mK以上が好ましい。この条件を満たす金属として、例えば、Cu、Al、又はこれらを含む合金を挙げることができる。
In any case, the first soaking
均熱板がセラミック又は金属セラミックス複合材の場合は、更にヤング率が200GPa以上であることが好ましい。ヤング率が高ければ高いほど均熱板を薄くできるからである。例えば、セラミックではAlN、SiC、又はこれらを含む複合体、金属セラミック複合材ではSiと炭化ケイ素の複合体、Alと炭化ケイ素の複合体やSiとAlと炭化ケイ素の複合体、又はこれらを含む複合体を使用することが好ましい。これら材料は熱伝導率が大きく、且つヤング率が大きいからである。 When the soaking plate is a ceramic or a metal ceramic composite, it is preferable that the Young's modulus is 200 GPa or more. This is because the higher the Young's modulus, the thinner the soaking plate can be made. For example, AlN, SiC, or a composite containing these for ceramics, Si / silicon carbide composites, Al / silicon carbide composites, Si / Al / silicon carbide composites, or these include metal ceramic composites It is preferred to use a complex. This is because these materials have high thermal conductivity and high Young's modulus.
また、金属製や金属セラミックス複合体製の均熱板の場合には、Niなどの比較的硬い金属やアルマイトなどのセラミックス、テフロン系やポリイミド系樹脂など耐食性の高い材料で表面処理しても良い。このように表面処理することによって耐久性が向上する上、半導体装置などの製品に対して汚染源となるコンタミやパーティクルの発生を防ぐことができる。もちろん、セラミックの場合にも同様な表面処理をしてもかまわない。 In the case of a soaking plate made of metal or a metal ceramic composite, surface treatment may be performed with a relatively hard metal such as Ni, ceramics such as alumite, or a highly corrosion-resistant material such as Teflon or polyimide resin. . By performing the surface treatment in this manner, the durability is improved and the generation of contamination and particles that are contamination sources for products such as semiconductor devices can be prevented. Of course, the same surface treatment may be applied to ceramic.
金属製の均熱板は、その少なくとも片面に可撓性を持たせるための加工が施されている。これにより、金属製からなる一方の均熱板は、セラミック又は金属セラミックス複合体といった剛性の高い他方の均熱板に倣いやすくなる。即ち、金属製の均熱板に著しい温度変化が生じても、この金属製の均熱板は、対向する他方の均熱板の対向面に常に沿うように弾性変形することが可能となる。これにより、下記のような基板加熱用ヒータユニットにとって特に好ましい効果が得られることが分かった。 The metal heat equalizing plate is processed to give flexibility to at least one surface thereof. Accordingly, one of the soaking plates made of metal can easily follow the other soaking plate with high rigidity such as a ceramic or a metal ceramic composite. In other words, even if a significant temperature change occurs in the metal heat equalizing plate, the metal heat equalizing plate can be elastically deformed so as to always be along the facing surface of the other facing heat equalizing plate. Thereby, it turned out that the especially preferable effect is acquired with respect to the following heater units for substrate heating.
即ち、金属製の均熱板に可撓性を持たせるための加工を施して、剛性の高い他方の均熱板に倣いやすくすることにより、金属製の均熱板の厚みを薄くしても反りを抑えることができ、昇降温時にも平面度が悪化せず、よって均熱性が悪化することがない。また、金属は高い熱伝導性を備えているため、厚みを薄くしても均熱性が損なわれることがない。よって、厚みを薄くできるので熱容量が小さくなり、高速昇降温が可能となる。 In other words, the metal soaking plate can be made flexible so that it can easily follow the other rigid soaking plate, thereby reducing the thickness of the metal soaking plate. Warpage can be suppressed, and flatness does not deteriorate even when the temperature is raised or lowered, and so the soaking property does not deteriorate. Further, since the metal has high thermal conductivity, the thermal uniformity is not impaired even if the thickness is reduced. Therefore, since the thickness can be reduced, the heat capacity is reduced, and high-speed heating / cooling is possible.
金属製の均熱板に可撓性を持たせるための加工は、図2のように、ノッチ、切り欠き、くぼみ、キズ、切り込み部、有底穴部、貫通穴部などの形状を有する凹部Nを設けることで可能となる。これら凹部Nの深さや、凹部Nを均熱板の載置面に垂直な方向から見たときの凹部Nの幅、長さ、形状などは特に制約なく、可撓性を持たせることができる加工であれば任意のものでよい。 As shown in FIG. 2, the metal soaking plate is processed into a concave portion having a shape such as a notch, a notch, a dent, a scratch, a cut portion, a bottomed hole portion, and a through hole portion. This is possible by providing N. The depth of the concave portion N and the width, length, shape, etc. of the concave portion N when the concave portion N is viewed from the direction perpendicular to the mounting surface of the heat equalizing plate are not particularly limited, and can be made flexible. Any processing can be used.
また、載置面の単位面積当たりの凹部Nの個数(密度)や密度分布、隣接する凹部同士の間隔なども特に限定がなく、他方の均熱板に倣いやすくするために必要な可撓性が得られる程度に適宜最適化すればよい。これらの加工の中でも、切り欠きが特に好ましい。なぜなら、少ない個数の切り欠きを加工することで十分な可撓性を持たせることができる上、安価に加工できるからである。このような切り欠きの加工は、例えば、機械的な切削加工によって行うことができる。 In addition, the number (density) of the recesses N per unit area of the mounting surface, the density distribution, the interval between adjacent recesses, and the like are not particularly limited, and the flexibility necessary to easily follow the other heat equalizing plate. It may be optimized as appropriate to the extent that can be obtained. Of these processes, notches are particularly preferred. This is because by processing a small number of notches, sufficient flexibility can be obtained and processing can be performed at low cost. Such notch processing can be performed, for example, by mechanical cutting.
可撓性を持たせるための凹部Nは、第1均熱板11が金属製である図1(a)や(b)、又は第2均熱板12が金属製である図1(c)や(d)のように、金属製の均熱板の片面だけに設けてもよいし、第1均熱板11が金属製である図3のように金属製の均熱板の両面に設けてもよい。均熱板の両面に設ける場合は、他方の均熱板との対向面側に設けた可撓性を持たせるための凹部Nを、後述する真空吸着用の溝として用いることができる。更に、凹部Nを両面に設けた金属製の均熱板が第1均熱板11であれば、載置面11a側に設けた可撓性を持たせるための凹部Nを、前述した基板吸着用の溝と兼用することができる。
The concave portion N for providing flexibility is shown in FIGS. 1A and 1B in which the first soaking
更に、金属製の均熱板には、当該金属の焼きなましに必要な温度以上の温度で適宜熱処理を行うのが好ましい。例えば、金属製の均熱板にCuを使用する場合は、Cuの焼きなましに必要な温度が約380℃であるので、このCu製の均熱板を400〜450℃で15分〜8時間程度保持する熱処理を施すのが好ましい。これにより、金属製の均熱板は、セラミックス又は金属セラミックス複合材料からなる他方の均熱板により一層倣いやすくなる。 Furthermore, it is preferable that the metal soaking plate is appropriately heat-treated at a temperature higher than the temperature necessary for annealing the metal. For example, when Cu is used for a metal soaking plate, the temperature required for Cu annealing is about 380 ° C., so the Cu soaking plate is used at 400 to 450 ° C. for about 15 minutes to 8 hours. It is preferable to perform the heat processing to hold | maintain. This makes it easier for the metal soaking plate to follow the other soaking plate made of ceramics or a metal ceramic composite material.
金属製の均熱板の厚みは、セラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板の厚みに比べて同等以下であることが好ましい。金属製の均熱板をできるだけ薄くすることにより、剛性のあるセラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板の板面により倣いやすくなるからである。尚、セラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板は、剛性を確保するための厚みがあればよい。 The thickness of the metal soaking plate is preferably equal to or less than the thickness of the ceramic or metal ceramic composite material soaking plate. This is because by making the metal soaking plate as thin as possible, it becomes easier to follow the plate surface of the soaking plate made of rigid ceramics or metal ceramic composite material. The soaking plate made of ceramics or metal ceramic composite material only needs to have a thickness to ensure rigidity.
金属製の均熱板の厚みをセラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板の厚みに比べて同等以下とすることで、剛性のあるセラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板の板面に対して金属製の均熱板がより倣いやすくなる。よって、高い均熱性と優れた平面度が維持できる上、ヒータユニットとしての総厚を薄くすることができ、総熱容量を抑えることができるので、高速で昇降温させることができる。 By making the thickness of the metal soaking plate equal to or less than the thickness of the soaking plate made of ceramics or metal ceramic composite material, the surface of the soaking plate made of rigid ceramic or metal ceramic composite material On the other hand, the metal heat equalizing plate is more easily copied. Therefore, high heat uniformity and excellent flatness can be maintained, the total thickness of the heater unit can be reduced, and the total heat capacity can be suppressed, so that the temperature can be raised and lowered at high speed.
抵抗発熱体13aは、ステンレスやニッケルークロム箔を例えば渦巻状の発熱体回路パターンとなるようにエッチングして形成することができる。抵抗発熱体13aと第1均熱板11の間や抵抗発熱体13aと第2均熱板12の間、及び抵抗発熱体13a同士の間には電気絶縁性を有するシートを介在させて絶縁することができる。抵抗発熱体13aの層の数や複数層の場合はその積層順については特に制約はないが、1層の場合に比べ複数層を積層してこれらを別々に通電可能にすることで、昇温速度に変化をもたせることができる。また、異なるパターンの発熱体回路を組み合わせることによって例えば局所的な温度制御を行うことができるため、より均熱性を高める設計を施すことも可能となる。
The
例えば抵抗発熱体13aを2層設ける場合は、図4に示すように、絶縁シート13b/抵抗発熱体13a/絶縁シート13b/抵抗発熱体13a/絶縁シート13bとすればよい。抵抗発熱体13aは絶縁シート13bと分離可能に当接させてもよいし、抵抗発熱体13aの片面だけ絶縁シート13bに接着や融着しても良いし、抵抗発熱体13aの両面を絶縁シート13bに接着や融着しても良い。少なくとも片面が絶縁シート13bと接着や融着している場合は、第1、第2均熱板11、12の間にセッティングするのが容易となる。
For example, when two layers of the
複数層の抵抗発熱体13aを設ける場合は、抵抗発熱体13a同士を絶縁シート13bを介して互いに接着若しくは融着し、更に抵抗発熱体13aと第1、第2均熱板11、12との結合部分の絶縁シート13bも抵抗発熱体13aに接着若しくは融着して一体化構造にすることができる。このように複数層の抵抗発熱体13aが絶縁状態で一体化されている場合は、第1、第2均熱板11、12の間にセッティングするのが容易となる。また、絶縁された抵抗発熱体は、第1均熱板11及び/又は第2均熱板12に別々に接着若しくは融着されていても良い。この場合もセッティングが容易となる。絶縁シート13bは、抵抗発熱体13aの電気絶縁設計に要求される厚みを満たす限り、薄ければ薄いほど熱抵抗を小さくできるので好ましい。
In the case of providing a plurality of layers of
また、抵抗発熱体13aの熱を良好に拡散するため、第1、第2均熱板11、12と抵抗発熱体13aの間には柔軟な絶縁シートを用いても良い。この場合は、絶縁シートはできる限り高熱伝導率のものを使用することが望ましい。尚、本発明の一実施態様のヒータユニット10の下部に後述する移動可能な冷却プレート20を設ける場合は、急速冷却時において、ヒータユニット10の背面、即ち、第2均熱板12において第1均熱板11との対向面とは反対側の面に冷却プレート20が直接当接することになる。
Moreover, in order to diffuse the heat of the
本発明では、絶縁された抵抗発熱体13を介して対向するこれら第1均熱板11と第2均熱板12とが、互いの対向面に対して略平行な方向に相対移動自在に結合されており、これにより温度が変化しても金属製からなる一方の均熱板がセラミック又は金属セラミックス複合体からなる他方の均熱板に倣うことができる。これら均熱板を互いの対向面に対して略平行な方向に相対移動自在に結合する方法としては、例えば真空吸着手段を用いて結合する方法や、ネジとベアリングを組み合わせた結合手段による結合方法を挙げることができる。
In the present invention, the first and second
真空吸着手段を用いて結合する方法について具体的に説明すると、第1均熱板11において、抵抗発熱体13に対向する面に溝などの凹部を形成し、更に、この凹部によって形成される空間に流通する貫通孔を抵抗発熱体13と第2均熱板12に設ける。そして、真空ポンプなどの真空発生手段によってこの貫通孔を介して上記空間を真空引きすることにより抵抗発熱体13と第1均熱板11とを真空吸着させることができる。第2均熱板12と絶縁された抵抗発熱体13との真空吸着も、同様に第2均熱板12に形成した溝などの凹部及び貫通孔を介して真空引きすることによって可能となる。
A specific description will be given of a method of coupling using vacuum suction means. In the first soaking
ネジとベアリングを組み合わせた結合手段による結合方法について具体的に説明すると、例えば図5(a)に示すように、第1均熱板11において、抵抗発熱体13に対向する面側にネジ孔11bを設けると共に、第2均熱板12及び抵抗発熱体13の当該ネジ孔11bに対応する位置に貫通孔を設ける。そして、この第1均熱板11のネジ孔11bに螺合するネジ14を用いて第1均熱板11と第2均熱板12とを機械的に結合するものである。
A specific description will be given of a coupling method using a coupling means that combines a screw and a bearing. For example, as shown in FIG. 5A, a
ここで、ネジ14の頭部の座面にはベアリング溝14aが設けられており、このベアリング溝14a内にベアリングボール15が保持されている。これによりネジ14の頭部は、第2均熱板12に対して該座面に平行な面方向に移動自在となる。尚、ベアリング構造は上記構造に限定されるものではなく、例えば図5(b)に示すように、第2均熱板12においてネジ14の頭部の座面に対向する領域にベアリング溝12aが設けられていて、このベアリング溝12a内にベアリングボール15が保持されていてもよい。
Here, a bearing
上記のような真空吸着法やネジとベアリングを組み合わせた方法を用いて結合する方法では、第1均熱板11と絶縁された抵抗発熱体13とを、これらの界面において互いに摺動させることが可能となる。また、第2均熱板12と絶縁された抵抗発熱体13とを、これらの界面において互いに摺動させることも可能となる。更に抵抗発熱体13が2層以上の場合は、互いに絶縁されたこれら発熱体をこれらの界面において摺動させることも可能となる。その結果、第1均熱板11と第2均熱板12との熱膨張差を吸収することができる。このように昇降温時の各部材の熱膨張差による反りを抑えることにより、載置面内で良好な均熱性を確保することができる。
In the method using the vacuum suction method or the method using a combination of screws and bearings as described above, the first soaking
また、前述したように、金属製の均熱板には可撓性を持たせるための加工が施されているので、金属製の均熱板は、セラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板により一層倣いやすくなる。よって、より確実に第1均熱板11と第2均熱板12との熱膨張差による反りを抑えることができ、載置面内で良好な均熱性を確保することができる。
Further, as described above, since the metal soaking plate is processed to give flexibility, the metal soaking plate is made of ceramic or a metal ceramic composite material. This makes it easier to copy. Therefore, the warp due to the difference in thermal expansion between the first soaking
絶縁された抵抗発熱体13を介して第1均熱板11と第2均熱板12とを結合してヒータユニット10を組んだ後、このヒータユニット10全体を、実際に使用する温度範囲を包含する温度範囲(例えば、室温〜300℃)の熱履歴がかかるように熱処理してもよい。このヒータユニット10の熱処理は、ヒータユニット10自らが備えている抵抗発熱体13を発熱させることで簡易に行うことができる。
After assembling the
このように、予めヒータユニット10に熱履歴を加えることによって、金属製の均熱板をセラミック又は金属セラミックス製からなる他方の均熱板にほぼ完全に倣わせることができ、以降の実際の使用に際して第1均熱板11の載置面11aでの平面度がほとんど変化しなくなる。よって、極めて信頼性の高いヒータユニット10を作製することができる。
In this way, by applying a heat history to the
このように、上記した本発明の一実施態様のヒータユニット10は、2枚の均熱板のうちの一方を、可撓性を持たせる加工を施した金属板にし、更に必要に応じてこの金属板に焼きなましを施し、他方の均熱板にはセラミックス又は金属セラミックス複合材料にする。そして、これら2種類の均熱板を抵抗発熱体13を介して対向させた上で、2種類の均熱板を互いの対向面に対して略平行な方向に相対移動自在に結合することを特徴としている。
As described above, the
これにより、従来の金属板のみからなるヒータユニットや、セラミックス又は金属セラミックス複合材料のみからなるヒータユニットでは達成できなかった均熱性及び平面度の安定性、並びに高速昇降温を兼ね備えたヒータユニットを提供することが可能になった。また、これら2種類の均熱板を抵抗発熱体を介して結合した後、ヒータユニットとして一体化した状態で必要に応じて熱処理することによって、上記均熱性及び平面度の安定性をより一層高めることが可能になった。 This provides a heater unit that combines heat uniformity and flatness stability that could not be achieved with conventional heater units made of only metal plates, or heater units made only of ceramics or metal ceramic composite materials, and high-speed heating and cooling. It became possible to do. In addition, after these two types of soaking plates are joined via a resistance heating element, heat treatment is performed as necessary in an integrated state as a heater unit, thereby further improving the stability of the soaking property and flatness. It became possible.
即ち、従来は、例えば半導体ウエハなどの基板を載置する載置台とこれを冷却する冷却プレートとの間の熱抵抗を小さくする場合は、接着剤を用いたりネジなどの結合手段を多数用いたりして、両部材同士をそれらが対向する面のほぼ全面で密着固定する方法が用いられてきた。しかし、これらの方法では、載置台と冷却プレートの間の熱膨張差に起因して昇降温時にバイメタルによる反りが生じることがあった。その結果、常温時に維持されていた平面度が悪化し、載置面に載置する基板の均熱性が著しく悪化することがあった。 That is, conventionally, when the thermal resistance between a mounting table on which a substrate such as a semiconductor wafer is mounted and a cooling plate for cooling the substrate is reduced, an adhesive or a large number of coupling means such as screws are used. Thus, a method has been used in which both members are closely fixed over almost the entire surface where they face each other. However, in these methods, the warp due to the bimetal may occur during the temperature rise / fall due to the difference in thermal expansion between the mounting table and the cooling plate. As a result, the flatness maintained at room temperature deteriorates, and the thermal uniformity of the substrate placed on the placement surface may be significantly deteriorated.
これに対して、本発明のヒータユニットでは、前述したように、一方の均熱板が他方の均熱板に倣いやすくなる加工や処理を施すことによって、常温時のみならず昇降温時においても常に載置面の平面度をほぼ一定に保つことが可能となった。尚、抵抗発熱体を介した2種類の均熱板の結合は、上記の真空吸着法やネジとベアリングを組み合わせた方法、又は上記の可撓性絶縁シートを用いた接着若しくは融着法に限定されるものではなく、ヒータユニットの昇降温に際して一方の均熱板が他方の均熱板に倣うように変形可能に結合できるのであれば任意の結合手段を用いることができる。 On the other hand, in the heater unit of the present invention, as described above, by performing processing and processing that makes it easy for one of the soaking plates to follow the other of the soaking plates, not only at normal temperature but also at elevated temperature. The flatness of the mounting surface can always be kept almost constant. It should be noted that the two types of soaking plates through the resistance heating element are limited to the above-described vacuum adsorption method, the method of combining screws and bearings, or the bonding or fusion method using the flexible insulating sheet. However, any joining means can be used as long as one of the soaking plates can be deformably joined so as to follow the other soaking plate when the temperature of the heater unit is raised or lowered.
前述したように、第1均熱板11と第2均熱板12とが抵抗発熱体13を介して互いに結合された状態で抵抗発熱体13や後述する可動式冷却プレート20によって加熱と冷却が交互に繰り返された場合、抵抗発熱体13が介在しているにもかかわらず、第1均熱板11において抵抗発熱体13に当接する面は、第2均熱板12において抵抗発熱体13に当接する面の形状に倣うようになる。換言すれば、後者の面の形状に沿って前者の面が変形するようになる。
As described above, heating and cooling are performed by the
その結果、第2均熱板12において抵抗発熱体13に当接する面の平面度が悪ければ、第1均熱板11において抵抗発熱体13に当接する面の平面度も悪化し、その影響を受けて第1均熱板11の載置面11aの平面度が悪化する。これにより、載置面11aでの均熱性が低下するおそれが生じる。このような問題を避けるため、第2均熱板12において抵抗発熱体13に当接する面の平面度は100μm以下であるのが好ましく、50μm以下がより好ましい。即ち、上記平面度が100μmを超えると、載置面11aの平面度が徐々に悪化し、これに伴って載置面11aでの均熱性が低下するおそれがある。
As a result, if the flatness of the surface in contact with the
第2均熱板12において抵抗発熱体13に当接する面の平面度が100μm以下であっても、当該面の形状は上に凸ではなく上に凹、即ち、面の略中央部が窪んだすり鉢状を有しているのが好ましい。なぜなら、第2均熱板12において抵抗発熱体13に当接する面が上に凹であれば、その形状に沿った第1均熱板11の変形がスムーズに進行するため、載置面11aでの均熱性の低下の影響を抑えることができるからである。尚、面の平面度とは、その面を間に挟む互いに平行な2つの平面の内、それらが離間する距離が最も短い2平面を想定したときの、その2平面間の距離のことをいう。
Even if the flatness of the surface in contact with the
本発明の一実施態様のヒータユニット10において、前述したように第1均熱板11と第2均熱板12を真空吸着で結合するときは、より強く真空吸着させるため、真空封止用部材を備えていることが好ましい。この真空封止用部材は、特に第1均熱板11と第2均熱板12の両外周部に備わっているとより一層密着性を高めることができるので好ましい。
In the
例えば、真空封止用部材を備えた構造の一具体例として、図6(a)に示すように、真空封止用部材を環状の弾性部材16aによって形成し、この弾性部材16aを、第1、第2均熱板11、12の外周にそれぞれ設けられたフランジ部の対向する部分に設けた構造を挙げることができる。これによって、第1均熱板11と第2均熱板12が対向してできる空間の気密性をより高めることができる。
For example, as a specific example of a structure provided with a vacuum sealing member, as shown in FIG. 6A, the vacuum sealing member is formed by an annular
あるいは、図6(b)に示すように、第1均熱板11と第2均熱板12の対向面側の外縁部を囲むように、第1均熱板11と第2均熱板12の外周側面周上に環状の弾性部材16bを設けてもよい。尚、弾性部材16a、16bのいずれの場合においても、これら環状の弾性部材16a、16bに応力が生じていないときは、その内径が第1均熱板11及び第2均熱板12の外径より小さいことが好ましい。これにより、真空引きされる前から弾性部材16a、16bと第1、第2均熱板11、12の外縁部との密着性を高めることができる。
Or as shown in FIG.6 (b), the
更に別の具体例として、図6(c)に示すように、第1均熱板11と第2均熱板12の対向面の両外周部に、全周に亘って互いに対向する溝加工をそれぞれ施し、ここにOリングなどのシール部材16cを嵌め込んで両均熱板が対向してできる空間の気密性を高めることもできる。この場合、第1、第2均熱板11、12の中心部付近をネジなどの結合手段で互いに締め付けておくことにより気密シールがしやすくなる。
As yet another specific example, as shown in FIG. 6 (c), grooves that face each other over the entire circumference are formed on both outer peripheral portions of the opposing surfaces of the first and
ヒータユニット10には、例えば第1均熱板11に温度センサが取り付けられていてもよい。また、ヒータユニット10には、温度センサのケーブルを通すための回避穴、基板を持ち上げるためのリフタピン用の貫通穴、抵抗発熱体13に通電するためのケーブルを通すための穴などが設けられる場合がある。この場合は、それらの穴を各々囲うようにOリングなどの真空封止部材を備えることで気密性を確保することができる。
In the
ヒータユニット10の下方には、必要に応じて冷却プレートを備えて、これらヒータユニット10と冷却プレートとを互いに分離、当接可能にしても良い。これにより、急速冷却時には、十分に冷却した冷却プレートをエアシリンダなどからなる昇降機構により第2均熱板12の背面(下面)に当接させることでヒータユニット10を急速冷却することができる。
A cooling plate may be provided below the
図7に、ヒータユニット10の下方(即ち第2均熱板12の下方)に可動式冷却プレート20を備えてなるヒータの一例が模式的断面図で示されている。この冷却プレート20には冷媒流路20aが形成されており、ここに冷却水などの冷媒を流通させることができる。冷却プレート20はエアシリンダなどからなる昇降機構(図示せず)によって上下に駆動することができ、ヒータユニット10に対して、当接/分離できるようになっている。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a heater including a
これらヒータユニット10と冷却プレート20は、ヒータユニット10の熱が他の生産装置に容易に伝わるのを遮蔽するためのステンレス等などからなる容器30に収納されていることが好ましい。この場合は、冷却プレート20及び容器30に、ヒータユニット10を支持する支持ロッドや給電配線、温度センサを挿通するための貫通孔が設けられる。
The
図7の冷却プレート20はその冷媒流路に流れる冷媒で直接冷却されるものであるが、冷却プレート20に冷媒流路を形成せずに、冷却モジュールを用いて間接的に冷却しても良い。この場合は、冷却プレート20は、ヒータユニット10から分離して下降した際に冷却プレート20の下部に備えた冷却モジュールに当接することによって冷やされる。即ち、冷却モジュールに冷媒流路が形成されており、ここに冷媒を流通することによって冷却プレート20を所定の温度まで間接的に冷却することができる。
The cooling
以上説明したように、金属製の均熱板とセラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板とが抵抗発熱体を介して互いの対向面に略平行な方向に相対移動自在に結合した構造を有する本発明のヒータユニットは、金属製の均熱板に可撓性を持たせる加工が施されており、更に結合前の金属製の均熱板や結合して一体化した状態のヒータユニットに対して必要に応じて熱処理が施されている。その結果、金属製の均熱板はセラミックス又は金属セラミックス複合材料製の均熱板に倣いやすくなり、よって、抵抗発熱体や冷却プレートによって昇温及び降温が繰り返されても、これら2枚の均熱板は、常にその対向面においてほぼ全面に亘って密着状態を保つことができる。 As described above, a structure in which a metal soaking plate and a soaking plate made of ceramics or a metal ceramic composite material are coupled to each other through a resistance heating element so as to be relatively movable in a direction substantially parallel to each other. The heater unit of the present invention has a metal soaking plate that has been processed to be flexible, and is further combined with a metal soaking plate before joining or a combined heater unit. On the other hand, heat treatment is performed as necessary. As a result, the metal soaking plate can easily follow the soaking plate made of ceramics or metal ceramic composite material, and therefore, even if the temperature rise and fall are repeated by the resistance heating element and the cooling plate, these two soaking plates can be used. The heat plate can always maintain a close contact state over almost the entire surface thereof.
これにより、熱抵抗を小さくすべく接着剤などを用いて材質の異なる2種類の部材同士を密着固定する方法が用いられてきた従来のものに比べて、熱抵抗を大きくすることなく高速で加熱冷却することができる上、急速加熱や急速冷却時における激しい温度変化の条件下においても上下の均熱板の熱膨張差によるバイメタルによる反りを小さくできる。その結果、載置面に載置されている基板の均熱性を常に高く維持することができる。 This makes it possible to heat at high speed without increasing the thermal resistance, compared to the conventional method in which a method of closely fixing two types of different materials using an adhesive or the like is used to reduce the thermal resistance. In addition to cooling, it is possible to reduce the warpage due to the bimetal due to the difference in thermal expansion between the upper and lower soaking plates even under conditions of rapid heating and rapid temperature changes during rapid cooling. As a result, the thermal uniformity of the substrate placed on the placement surface can always be maintained high.
以上、本発明のヒータユニット、及びこれを具備する検査装置や製造装置を実施形態に基づいて説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能であることを理解すべきである。即ち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲及びその均等物に及ぶものである。 As mentioned above, although the heater unit of this invention and the inspection apparatus and manufacturing apparatus which comprise this were demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this embodiment, The range which does not deviate from the main point of this invention It should be understood that the present invention can be implemented in various ways. That is, the technical scope of the present invention covers the claims and their equivalents.
[実施例1A]
本発明に係る実施例として、図1(a)に示すヒータユニット10を製作した。第1均熱板11の材料には金属であるCu及びAlのなかから選択し、第2均熱板12の材料にはセラミックス又は金属セラミックス複合体であるAlN、SiC、SiSiC、及びAlSiCのなかから選択して様々な材料の組み合わせとなるようにした。
[Example 1A]
As an example according to the present invention, a
第1均熱板11の載置面11aには基板吸着用の加工を施し、載置面11aの反対面には、可撓性のためのノッチ加工を切削加工によって行い、平面度50μmに仕上げ加工し、Niめっきを行った。第1均熱板11には温度をモニタするための温度センサ40を埋設した。第2均熱板12には温度センサ40や給電配線を避けるための加工を施し、平面度を50μmに仕上げた。第1均熱板11及び第2均熱板12は、各々直径330mm、厚み3mmとした。
The mounting
抵抗発熱体13aにはSUS箔を発熱体回路に形成したものを使用し、絶縁シート13bとしてポリイミドシートを複数枚準備し、これらを図4のように積層した。積層した2つの抵抗発熱体13aには別々に給電配線を接続して別々に通電可能にした。このようにして得られた絶縁された抵抗発熱体13を、第1均熱板11と第2均熱板12の間に挟みこみ、第1均熱板11と第2均熱板12を中央部のみネジ止めで仮止めした。第2均熱板12に予め設けておいた真空引き用貫通孔に真空ポンプに連結した管を取り付け、第1均熱板11と第2均熱板12との間を真空吸着する真空吸着手段により第1均熱板11と第2均熱板12とを結合した。
As the
このようにして下記表1Aに示す試料1A〜8Aのヒータユニット10を作製した。これら試料の各々に対して、2つの抵抗発熱体13aのうちの一方のみに給電して加熱する場合(1.25kW)と両方に給電して加熱する場合(2.5kW)において、それぞれ室温から200℃まで加熱した時の載置面11aの平面度変化と昇温速度を測定した。この測定結果及びその評価を下記の表1Aに示す。
Thus, the
[実施例1B]
真空吸着手段に代えて図5(a)に示すようなネジとベアリングを組み合わせた結合手段を用いて第1均熱板11と第2均熱板12とを6箇所で均等に結合した以外は実施例1Aと同様にして下記表1Bに示す試料1B〜8Bのヒータユニット10を作製した。これら試料に対して実施例1Aと同様に加熱して載置面11aの平面度変化と昇温速度を測定した。この測定結果及びその評価を下記の表1Bに示す。
[Example 1B]
Except that the first soaking
[実施例2A]
第1均熱板11の材料にはセラミックス又は金属セラミックス複合体であるAlN、SiC、SiSiC、及びAlSiCのなかから選択し、第2均熱板12の材料には金属であるCu及びAlのなかから選択して様々な材料の組み合わせとなるようにした。第1均熱板11の載置面11aには基板吸着用の加工を施し、平面度50μmに仕上げ加工を行った。第2均熱板12の基板側の面には可撓性のためのノッチ加工と温度センサ40や給電配線を避けるための加工を施し、平面度を50μmに仕上げ、Niめっきを施した。これら以外は、実施例1Aと同様にして試料9A〜16Aを作製し、同様の測定を行った。この測定結果及びその評価を下記の表2Aに示す。
[Example 2A]
The material of the first soaking
[実施例2B]
真空吸着手段に代えて図5(a)に示すようなネジとベアリングを組み合わせた結合手段を用いて第1均熱板11と第2均熱板12とを6箇所で均等に結合した以外は実施例2Aと同様にして下記表2Bに示す試料9B〜16Bのヒータユニット10を作製した。これら試料に対して実施例1Aと同様に加熱して載置面11aの平面度変化と昇温速度を測定した。この測定結果及びその評価を下記の表2Bに示す。
[Example 2B]
Except that the first soaking
[比較例1A]
第1均熱板11及び第2均熱板12を、両方ともCuにしたか、両方ともAlにしたか、又は両方ともAlNにした以外は実施例1Aと同様にして試料17A〜19Aを作製し、実施例1Aと同様の測定を行った。更に比較のため、従来通り第2均熱板12を用いずに、第1均熱板11のみで厚みを6mmとし、材料はCu、Al、又はAlNとし、第1均熱板11の載置面11aと反対側の面にポリイミドシートで絶縁した発熱体を耐熱接着剤で貼り付けて一体化して作製した以外は実施例1Aと同様にして試料20〜22を作製し、実施例1Aと同様の測定を行った。この測定結果及びその評価を下記の表3Aに示す。
[Comparative Example 1A]
Samples 17A to 19A were prepared in the same manner as in Example 1A except that both the first soaking
[比較例1B]
真空吸着手段に代えて図5(a)に示すようなネジとベアリングを組み合わせた結合手段を用いて第1均熱板11と第2均熱板12とを6箇所で均等に結合した以外は比較例1Aの試料17A〜19Aと同様にして下記表3Bに示す試料17B〜19Bのヒータユニットを作製した。これら試料に対して比較例1Aと同様に加熱して載置面11aの平面度変化と昇温速度を測定した。この測定結果及びその評価を下記の表3Bに示す。
[Comparative Example 1B]
Except that the first soaking
表3A及び3Bの結果から分るように、薄く加工した金属製の均熱板では剛性が弱いため、第2均熱板を用いない従来の1枚の金属板のみの場合はもちろんのこと、2枚重ねて真空吸着させた場合であっても昇温時の反りが大きく、十分な均熱性が得られなかった。更にCu製の場合には熱容量が大きいため昇温速度も遅かった。 As can be seen from the results of Tables 3A and 3B, since the rigidity of the metal soaking plate processed thinly is weak, of course, in the case of only one conventional metal plate not using the second soaking plate, Even when two sheets were stacked and vacuum-adsorbed, the warpage at the time of temperature increase was large, and sufficient temperature uniformity was not obtained. Further, in the case of Cu, the heating rate was slow due to the large heat capacity.
これに対して、表1A、1B、2A及び2Bの結果から、第1均熱板11と第2均熱板12のうち、一方に金属を用い、他方にセラミックス又は金属セラミックス複合体を用い、絶縁された積層状の抵抗発熱体13を介してこれら均熱版を真空吸着手段又はネジとベアリングを組み合わせた結合手段で結合させることで、平面度変化を小さく抑え、均熱性を確保しつつ、高速昇温できることが分った。また、抵抗発熱体13aを2枚積層することで、通常の1枚の抵抗発熱体13aに比べて2倍までパワーをかけることができ、2倍の速さで高速昇温できることが分った。
On the other hand, from the results of Tables 1A, 1B, 2A, and 2B, one of the first soaking
[比較例2]
第1均熱板11と第2均熱板12とを真空吸着手段やネジとベアリングを組み合わせた結合手段による結合を行わずに、一般的なネジ止めにより多数の箇所を固定した以外は実施例1Aと同様にして試料23〜38を作製した。これらを実施例1Aと同様に室温から200℃まで加熱し、載置面11aの平面度変化と昇温速度とを測定した。この測定結果及びその評価を下記の表4に示す。
[Comparative Example 2]
Example 1 except that the first soaking
上記表4から従来の一般的なネジ止めを多数用いることによって第1均熱板11と第2均熱板12とを固定したヒータユニットでは昇温時の平面度変化が大きく、200℃において良好な均熱が得られないことが分った。
From Table 4 above, in the heater unit in which the first soaking
[比較例3A]
第1均熱板11に可撓性の加工を施さなかった以外は実施例1Aと同様にして試料39A〜54Aのヒータユニットを作製し、これらを実施例1Aと同様に室温から200℃まで加熱し、載置面11aの平面度変化と昇温速度とを測定した。この測定結果及びその評価を下記の表5Aに示す。
[Comparative Example 3A]
Except that the first soaking
[比較例3B]
真空吸着手段に代えて図5(a)に示すようなネジとベアリングを組み合わせた結合手段を用いて第1均熱板11と第2均熱板12とを6箇所で均等に結合した以外は比較例3Aと同様にして下記表5Bに示す試料39B〜54Bのヒータユニットを作製した。これら試料に対して実施例1Aと同様に加熱して載置面11aの平面度変化と昇温速度を測定した。この測定結果及びその評価を下記の表5Bに示す。
[Comparative Example 3B]
Except that the first soaking
上記表5A及び5Bから、可撓性の加工を施さない場合は、加工を施した場合に比べ、昇温時の平面度変化が大きく、昇温時の均熱性も良くないことが分る。 From the above Tables 5A and 5B, it can be seen that when the flexible processing is not performed, the change in flatness at the time of temperature increase is large and the temperature uniformity at the time of temperature increase is not good as compared with the case of processing.
[実施例3A]
第1均熱板11の厚みを2mm、第2均熱板12の厚みを4mmとした以外は実施例1Aと同様にして試料55A〜62Aのヒータユニットを作製し、実施例1Aと同様の測定を行った。この測定結果及びその評価を下記の表6Aに示す。
[Example 3A]
Except that the thickness of the first soaking
[実施例3B]
真空吸着手段に代えて図5(a)に示すようなネジとベアリングを組み合わせた結合手段を用いて第1均熱板11と第2均熱板12とを6箇所で均等に結合した以外は実施例3Aと同様にして下記表6Bに示す試料55B〜62Bのヒータユニット10を作製した。これら試料に対して実施例1Aと同様に加熱して載置面11aの平面度変化と昇温速度を測定した。この測定結果及びその評価を下記の表6Bに示す。
[Example 3B]
Except that the first soaking
[実施例4A]
第1均熱板11の厚みを4mm、第2均熱板12の厚みを2mmとした以外は実施例2Aと同様にして試料63A〜70Aのヒータユニットを作製し、実施例1Aと同様の測定を行った。この測定結果及びその評価を下記の表7Aに示す。
[Example 4A]
Except that the thickness of the first soaking
[実施例4B]
真空吸着手段に代えて図5(a)に示すようなネジとベアリングを組み合わせた結合手段を用いて第1均熱板11と第2均熱板12とを6箇所で均等に結合した以外は実施例4Aと同様にして下記表7Bに示す試料63B〜70Bのヒータユニット10を作製した。これら試料に対して実施例1Aと同様に加熱して載置面11aの平面度変化と昇温速度を測定した。この測定結果及びその評価を下記の表7Bに示す。
[Example 4B]
Except that the first soaking
[参考例]
参考のため、実施例3Aの試料55Aの第1均熱板11と第2均熱板12の厚みを逆にして試料71のヒータユニットを作製し、同様の測定を行った。この測定結果及びその評価を下記の表8に示す。
[Reference example]
For reference, the heater unit of the sample 71 was manufactured by reversing the thicknesses of the first and
表6A、6B、7A及び7Bの結果を表1A、1B、2A及び2Bと比べると、金属の厚みをセラミックス又は金属セラミックス複合体の厚みより薄くするほうが昇温速度を早くできることが分る。一方、表8に示す参考例のように、金属がセラミックスより厚いと昇温速度が大きくなった上、セラミックスを薄くしすぎることで、平面度を維持できなかった。即ち、セラミックスを厚くして金属を薄くする方が反り等の問題が起こりにくく、信頼性が高くなることが分る。 Comparing the results of Tables 6A, 6B, 7A, and 7B with Tables 1A, 1B, 2A, and 2B, it can be seen that the rate of temperature increase can be increased by making the metal thickness thinner than the thickness of the ceramic or metal ceramic composite. On the other hand, as in the reference example shown in Table 8, when the metal was thicker than the ceramic, the rate of temperature increase was increased, and the flatness could not be maintained by making the ceramic too thin. That is, it can be seen that the problem of warping and the like is less likely to occur when the ceramic is made thicker and the metal is made thinner, and the reliability becomes higher.
[実施例5]
図6(a)のように第1均熱板11と第2均熱板12の外周にフランジ加工を施した以外は実施例1Aと同様にしてヒータユニットを作製し、内径300mmの耐熱ゴム製の環状バンドを第1均熱板11及び第2均熱板12の両フランジ部の対向する部分に、第1均熱板11と第2均熱板12の外周部の側面を覆うようにかぶせて気密シールした。またリフタピンや温度センサ40、給電配線引き出し部の周囲を耐熱樹脂からなるOリングで気密シールした。このようにして得られた試料72〜87に実施例1Aと同様の測定を行った。この測定結果及びその評価を下記の表9に示す。
[Example 5]
A heater unit was prepared in the same manner as in Example 1A except that the outer periphery of the first soaking
上記表9から、第1均熱板11と第2均熱板12の外周部に気密シールを施した方が気密性が高まり、両均熱板11、12と絶縁された抵抗発熱体13との密着性がより向上して昇温速度を速くできることが分かった。
From Table 9 above, the hermeticity is enhanced when the outer periphery of the first soaking
[実施例6A]
図7に示すヒータを作製するため、先ずアルミニウム合金板を用いて冷却プレーと20を作製した。この冷却プレート20には、給電配線、温度センサ、及びヒータユニット10を支持するロッドを挿通するための貫通孔を機械加工により形成した。更に、ヒータユニットと接触する側の面の平面度が200μmとなるように機械加工を施した。また、ヒータユニットとの当接面には、部分接触することなく全面に亘って均一に接触するように厚さ0.5mmの軟性シリコンシートを設けた。
[Example 6A]
In order to produce the heater shown in FIG. 7, first, a cooling
更に、冷媒を流すことが出来る流路として外径6mm、内径4mmのリン脱酸銅パイプを曲げ加工して形成した。一方、冷却プレーと20においてヒータユニット10と接触する面とは反対の面にザグリ部を設け、ここに上記銅パイプをはめ込み、できた隙間には熱伝導性樹脂を埋めて効率よく熱伝達できるようにした。流路の両端には冷却水を供給・排出するための入口及び出口を形成した。流路を支える止め板をネジ止めにより固定し、内部に流路を有する冷却プレート20を完成させた。この冷却プレート20は、エアシリンダからなる昇降機構によって、上下可動となっており、ヒータユニット10に当接・分離することができる。
Further, a phosphorous deoxidized copper pipe having an outer diameter of 6 mm and an inner diameter of 4 mm was formed by bending a flow path through which the refrigerant can flow. On the other hand, a counterbore portion is provided on the surface opposite to the surface in contact with the
次に、容器30をステンレスから作製した。容器30の側壁は内面高さ30mm、内径337mm、厚さ1.5mmとし、底面は厚さ3mmとした。尚、底面には給電配線、温度センサ、及び容器に対してヒータユニット10を支持する支持ロッドの締結のための開口を設けた。この容器30の支持ロッドに、前述した実施例5、実施例3A、及び実施例4Aで作製した各試料を取り付け、更に冷却プレート20を昇降機構に組み付けてヒータとした。得られた各ヒータにおいて、200℃の昇温安定状態にあるヒータユニット10に冷却プレート20を押し当てて急速冷却させ、150℃での平面度変化と冷却速度を測定した。この測定結果及びその評価を、それぞれ下記の表10、11A及び12Aに示す。
Next, the
[実施例6B]
実施例3A、及び実施例4Aで作製した各試料に代えて、それぞれ前述した実施例3B、及び実施例4Bで作製した各試料を取り付けた以外は実施例6Aと同様にして図7に示すヒータを作製した。これらヒータに対して実施例6Aと同様にして150℃での平面度変化と冷却速度を測定した。この測定結果及びその評価を、それぞれ下記の表11B及び12Bに示す。
[Example 6B]
The heater shown in FIG. 7 is the same as that of Example 6A except that the samples prepared in Example 3B and Example 4B described above are attached in place of the samples prepared in Example 3A and Example 4A. Was made. For these heaters, the change in flatness at 150 ° C. and the cooling rate were measured in the same manner as in Example 6A. The measurement results and the evaluation thereof are shown in Tables 11B and 12B below, respectively.
[比較例4]
比較のため、比較例2で作製した各試料を用いて実施例6Aと同様にしてヒータを完成させ、実施例6Aと同様に評価した。この測定結果及びその評価を下記の表13に示す。
[Comparative Example 4]
For comparison, a heater was completed using each sample prepared in Comparative Example 2 in the same manner as in Example 6A, and evaluated in the same manner as in Example 6A. The measurement results and their evaluation are shown in Table 13 below.
これら表10、11A、11B、12A、12B及び13から、従来の一般的な多点ネジ止め方式に比べ、本発明では冷却時の平面度変化を小さく抑えることができ、均熱性を高めることができることが分る。また真空吸着手段又はネジとベアリングを組み合わせた結合手段による密着力により熱抵抗も低減されていることが分る。 From these Tables 10, 11A, 11B, 12A, 12B and 13, compared to the conventional general multi-point screwing method, in the present invention, the change in flatness during cooling can be kept small, and the heat uniformity can be improved. I know what I can do. It can also be seen that the thermal resistance is also reduced by the adhesion by the vacuum suction means or the coupling means combining the screw and the bearing.
10 ヒータユニット
11 第1均熱板
12 第2均熱板
13 絶縁された抵抗発熱体
14 ネジ
15 ベアリングボール
16a、b、c 弾性部材
20 冷却プレート
30 容器
40 温度センサ
N 凹部
S 被加熱物
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1均熱板を支持する第2均熱板と、
前記第1均熱板と前記第2均熱板との間に設けられた少なくとも1層の絶縁された抵抗発熱体とを有するヒータユニットであって、
前記第1均熱板と前記第2均熱板とが互いの対向面に対して略平行な方向に相対移動自在に結合されており、前記第1均熱板と前記第2均熱板は、一方が金属からなり且つ少なくとも片面に可撓性を持たせるための加工が施されており、他方がセラミックス又は金属セラミックス複合材料からなり且つ前記絶縁された抵抗発熱体に当接する面は略中央部が窪んだすり鉢状であることを特徴とするヒータユニット。 A first soaking plate having a mounting surface on which the substrate is mounted;
A second soaking plate for supporting the first soaking plate;
A heater unit having at least one insulated resistance heating element provided between the first soaking plate and the second soaking plate,
The first heat equalizing plate and the second heat equalizing plate are coupled so as to be relatively movable in a direction substantially parallel to the opposing surfaces, and the first heat equalizing plate and the second heat equalizing plate are , One side is made of metal and at least one side is processed to be flexible, and the other side is made of ceramics or a metal ceramic composite material, and the surface that contacts the insulated resistance heating element is substantially central A heater unit characterized in that it has a mortar shape with a recessed portion.
Priority Applications (2)
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