WO2004049762A1 - 金属ヒータ - Google Patents

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WO2004049762A1
WO2004049762A1 PCT/JP2003/014963 JP0314963W WO2004049762A1 WO 2004049762 A1 WO2004049762 A1 WO 2004049762A1 JP 0314963 W JP0314963 W JP 0314963W WO 2004049762 A1 WO2004049762 A1 WO 2004049762A1
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WO
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metal plate
heater
metal
temperature
heating surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/014963
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kazutaka Mashima
Original Assignee
Ibiden Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co., Ltd. filed Critical Ibiden Co., Ltd.
Priority to US10/535,986 priority Critical patent/US20060199135A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/72—Plates of sheet metal

Definitions

  • the present invention relates to a metal heater mainly used in the semiconductor industry and the optical industry. Background art
  • Metal heaters using a metal base material such as stainless steel as a substrate have been used in semiconductor manufacturing and inspection equipment including etching equipment and chemical vapor deposition equipment. .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a metal heater having a configuration conventionally used.
  • the metal heater 450 is provided with a heater 453 in which a nichrome wire 452 is sandwiched between silicon rubbers 461 on an aluminum plate 451 having a thickness of 15 mm.
  • metal heaters having these structures have the following problems.
  • the metal plate used for the metal heater had to have a certain thickness. The reason is that if the metal plate is thin, the rigidity will be low, and the thermal expansion caused by heating will cause the metal plate to be pressed from the surroundings, and the difference in the coefficient of thermal expansion between the supporting vessel and the metal plate. This is because the metal plate warps or bends.
  • the semiconductor wafer placed on the metal plate is not heated uniformly, causing variations in temperature or damage to the semiconductor wafer. Was sometimes added.
  • the heat capacity of the metal plate increases, and when heating or cooling the object to be heated, the metal plate is heated in response to changes in the voltage or current applied to the heating element.
  • the surface temperature did not quickly follow, making it difficult to control the temperature.
  • the time required for returning the temperature to the original temperature increases.
  • productivity decreased.
  • the present inventors have found that the rate of temperature rise is relatively fast, the recovery time is relatively short, the temperature variation of a semiconductor wafer or the like during heating is small, and the metal plate has warpage and bending.
  • a heating element was sandwiched between multiple metal plates, and the thickness of the metal plate on the heating surface side was compared with the thickness on the opposite side. It has been found that by increasing the thickness, the flatness of the heating surface can be ensured, and the temperature of the heating surface can be made uniform.
  • the first invention has been completed.
  • the metal heater according to the first aspect of the present invention is a metal heater including a metal plate and a heating element, wherein the plurality of metal plates are provided, and the heating element is provided between the metal plates. It is characterized in that the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface.
  • the metal heater according to the first aspect of the present invention has a plurality of metal plates, and the heater is sandwiched between these metal plates.
  • an object to be heated such as a semiconductor wafer can be rapidly heated as compared with a metal heater including only one metal plate and a heater provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate.
  • the recovery time can be shortened.
  • the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or thicker than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface, the heating surface during heating is flat. As a result, the semiconductor wafer can be uniformly heated.
  • the reason will be briefly described.
  • the thickness of the metal plate on the heating surface side is large, the mechanical strength is increased, and the metal plate is less likely to warp during heating. Therefore, the flatness of the heated surface during heating is improved.
  • the heat capacity of the metal plate on the opposite side of the heating surface is relatively smaller than the heat capacity of the metal plate on the heating surface side. Therefore, heat accumulation is less likely to occur on the metal plate on the opposite side of the heating surface than on the heating surface side. Therefore, even when silicon wafers at room temperature are sequentially placed on the heating surface and continuous processing is performed, heat conduction from the metal plate on the opposite side of the heating surface to the metal plate on the heating surface is unlikely to occur.
  • a temperature change of the metal plate on the heating surface side due to an overshoot phenomenon caused by heat conduction from the metal plate on the opposite side to the heating surface to the metal plate on the heating surface side hardly occurs. Therefore, it is easy to control the temperature of the metal plate on the hot surface side of the force H, and it is possible to keep the heating temperature constant.
  • the metal heater according to the first aspect of the present invention has a configuration in which another metal plate is attached to a heating element provided on a metal plate, that is, a configuration in which a heating element is sandwiched between two metal plates.
  • a configuration may be employed in which a heating element is sandwiched between three or more metal plates.
  • the thickness of the metal plate on the heating surface side refers to the thickness of the metal plate existing above the uppermost heater, and the heating surface The thickness of the metal plate on the opposite side is the sum of the thicknesses of the metal plates located below the uppermost heater.
  • FIG. 3 shows a configuration of a metal heater having three metal plates.
  • FIG. 3 shows only the metal plate and the heater.
  • the thickness of the metal plate on the heating surface side refers to the thickness a of the metal plate A existing above the uppermost heater A.
  • the thickness of the metal plate on the side opposite to the heating surface means the sum of the thicknesses of the metal plates B and C existing below the uppermost heater A, b + c.
  • the metal heater having a configuration in which a heater is sandwiched between two metal plates.
  • the metal heater is In the configuration with two metal plates, the metal plate on the heating surface side is called the upper metal plate, and the metal plate on the side opposite to the heating surface is called the lower metal plate.
  • the lower limit of the thickness of the upper metal plate is preferably 3 mm.
  • the thickness of the upper metal plate is less than 3 mm, the distance between the heating element and the heating surface is too short, and the pattern of the heating element will be reflected in the temperature distribution on the heating surface.As a result, the semiconductor wafer, etc. May not be heated uniformly.
  • the thickness of the upper metal plate is within the above range, the object to be heated can be uniformly heated without the heating element pattern being reflected in the temperature distribution on the heating surface.
  • the thickness of the upper substrate is within the above range, the mechanical strength is excellent, and the metal plate does not warp or bend, so that the flatness of the heating surface can be more reliably ensured.
  • the lower limit of the thickness of the upper metal plate is 5 mm.
  • the upper limit of the thickness of the upper metal plate is 5 Omm. If the thickness of the upper metal plate exceeds 5 O mm, it becomes difficult for the temperature of the heating surface of the metal plate to follow changes in the voltage or current applied to the heating element, and the object to be heated such as a semiconductor wafer can be quickly heated. In some cases, heating cannot be performed quickly, and the time it takes to restore the reduced temperature when the semiconductor wafer is placed on the heated surface (recovery time) becomes longer, which extends the working time, This can lead to a drop in productivity.
  • the upper limit of the thickness of the upper metal plate is 3 Omm.
  • a desirable upper limit of the thickness of the lower metal plate is 5 O mm
  • a desirable lower limit is l mm
  • a more desirable upper limit is 3 O mm
  • a more desirable lower limit is 3 O mm. mm.
  • the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate is desirably 1 to 10. If it exceeds 10, the heat capacity of the upper metal plate becomes too large, and it may not be possible to quickly heat the object to be heated. Also, if the heat capacity of the upper metal plate becomes too large, the temperature difference between the vicinity of the outermost periphery of the heating surface and the vicinity of the center increases, and as a result, the temperature uniformity of the heating surface may decrease.
  • the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate is optimally greater than 1 and 10 or less. When the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate is within the above range, the temperature uniformity of the heating surface in the steady state is excellent.
  • a heater is sandwiched between the upper metal plate and the lower metal plate, and a heating element is formed inside the heater. It is desirable that the circuit constituting the body is divided into two or more. If the circuit that composes the heating element is divided into two or more parts, the temperature is likely to decrease V, and it is possible to perform fine temperature control at the outermost periphery of the metal heater, and to reduce the temperature variation of the metal heater Can be.
  • the diameters of the plurality of metal plates and the heater are all the same. This is because the heat from the heater can be uniformly transmitted to the heating surface of the metal plate.
  • the diameters of the metal plates may be different from each other.
  • the diameter of the metal plate is desirably 2 O O mm or more. This is because the larger the diameter of the metal heater, the more likely the temperature of the semiconductor wafer becomes non-uniform during heating, so that the first configuration of the present invention functions effectively.
  • a substrate having such a large diameter is capable of mounting a large-diameter semiconductor wafer.
  • the diameter of the metal plate is preferably at least 12 inches (300 mm). This is because it will become the mainstream of next-generation semiconductor wafers.
  • the flatness of the surface of the metal plate constituting the metal heater of the first aspect of the present invention is desirably 50 / zm or less.
  • the distance between the semiconductor wafer and the metal plate can be made substantially constant, so that the entire semiconductor wafer becomes uniform. Can be heated as follows. It is more desirable that the metal plate has a flatness on its surface of 30 / m or less.
  • the metal plate In order to realize a metal heater with excellent flatness as described above, the metal plate must be thermally expanded. It is necessary to prevent the bending of the metal plate due to pressure from the side when the metal plate is pressed. For this reason, it is desirable to secure a space so that the side surface of the metal plate and the supporting container (bottom plate) do not adhere to each other.
  • the material of the metal plate has excellent thermal conductivity, high rigidity, and is not easily deformed even when thermally expanded, and has excellent flatness when the processing of the metal plate itself is completed. It is desirable that
  • the material of the metal plate constituting the metal heater of the first invention for example, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, stainless steel, Inconel, steel, etc. can be used. Of these, an aluminum alloy is desirable, and an aluminum-copper alloy is more desirable.
  • Aluminum-copper alloys have high mechanical strength, so they do not warp or distort when heated even if the thickness of the metal plate is reduced. Therefore, the metal plate can be made thin and light.
  • Aluminum-copper alloys also have excellent thermal conductivity, so that when used as a metal plate, the temperature of the heating surface can quickly follow the temperature change of the heating element. In other words, by changing the voltage and current values to change the temperature of the heating element, the heating surface temperature of the upper metal plate can be controlled.
  • the material of the upper metal plate and the material of the lower metal plate are the same. Due to the difference between the two coefficients of thermal expansion, it is possible to prevent the upper metal plate from being deformed such as warpage and bending, and to more surely secure the flatness of the heated surface.
  • magnesium, manganese, silicon, zinc and the like may be added to the aluminum-copper alloy. This is because various functions such as workability, corrosion resistance, and low expansion property can be improved.
  • the surface of the metal plate be subjected to alumite treatment.
  • the corrosion resistance of the metal plate is improved, and the surface is hardened, so that the metal plate is hardly damaged.
  • the metal plate is less likely to be corroded by the resist solution or corrosive gas.
  • a hard alumite treatment can be performed. In such a hard alumite treatment, a harder and thicker film can be obtained.
  • the thickness of the coating is desirably 1 ⁇ or more, but in the hard alumite treatment, the thickness of the coating can be 3 / im or more.
  • the outer edge of the region where the heating element is formed is located at a position within 25 ° / 0 of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate.
  • the outer peripheral portion of the metal plate radiates heat from the outer edge of the metal plate, and thus has a lower temperature than the central portion of the metal plate.
  • the temperature of the heating surface tends to be uneven.
  • the heating element is also provided on such an outer peripheral portion, the object to be heated, such as a semiconductor wafer, can be uniformly heated without temperature variations.
  • the heating element is divided into two or more.
  • a wafer guide ring may be provided on a side surface of the metal plate or on an outer edge or surface of a heating surface of the metal plate.
  • the present inventors have found that the rate of temperature rise is relatively fast, the recovery time is relatively short, the metal plate does not warp or bend, and the An object of the present invention is to obtain a metal heater capable of uniformly heating an object to be heated.
  • the heating element is sandwiched between a plurality of metal plates, and by using the same material for these metal plates, the flatness of the heating surface can be ensured.
  • a metal heater according to a second aspect of the present invention is a metal heater including a plurality of metal plates and a heating element, wherein the heating element is sandwiched between the metal plates. Characterized by the following:
  • the metal heater according to the second aspect of the present invention has a plurality of metal plates, and the heater is sandwiched between these metal plates.
  • a metal heater having such a configuration compared to a metal heater including only one metal plate and a heater provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate, a metal plate closer to the heating surface than the heater is provided. Since the thickness can be made thinner than the one metal plate, an object to be heated such as a semiconductor wafer can be quickly heated, and the recovery time is also shortened.
  • the plurality of metal plates are made of the same material, even if the temperature of the metal heater is increased or decreased, the plurality of metal plates have the same ratio. Will expand and contract. For this reason, even if these metal plates are fixed with fixing screws, the metal plate on the heating surface side from the heater does not warp and bend, and the flatness of the heating surface during heating is maintained, and the semiconductor wafer and the semiconductor wafer are maintained. Since the distance from the heating surface can be kept constant, the entire semiconductor wafer can be uniformly heated.
  • the thickness of the metal plate (upper metal plate) on the heating surface side of the heater is smaller than the thickness of the metal plate on the opposite side (lower metal plate). Thickness is desirable.
  • the heat capacity of the metal plate on the opposite side of the heating surface is relatively smaller than the heat capacity of the metal plate on the heating surface side. Therefore, heat accumulation is less likely to occur on the metal plate on the opposite side of the heating surface than on the heating surface side. Therefore, even when silicon wafers at room temperature are sequentially placed on the heating surface and continuous processing is performed, heat conduction from the metal plate on the opposite side of the heating surface to the metal plate on the heating surface is unlikely to occur. Owing to heat conduction from the metal plate on the opposite side of the heating surface to the metal plate on the heating surface side. The temperature change of the metal plate on the heating surface side due to the bar chute phenomenon hardly occurs. Therefore, it is easy to control the temperature of the metal plate on the heating surface side, and it is possible to keep the heat treatment temperature constant.
  • the metal heater according to the second aspect of the present invention may have a configuration in which another metal plate is attached to a heating element provided on a metal plate, that is, a configuration in which a heating element is sandwiched between two metal plates. Further, a configuration may be employed in which a heating element is sandwiched between three or more metal plates.
  • the metal heater of the second invention has three or more metal plates, the thickness of the metal plate (upper metal plate) on the heating surface side and the thickness of the metal plate (lower metal plate) on the opposite side to the heating surface are increased. The meaning of the thickness of the plate is the same as that of the first present invention.
  • the lower limit of the thickness of the upper metal plate is preferably 3 mm. The reason is the same as in the first invention. More preferably, the lower limit of the thickness of the upper metal plate is 5 mm.
  • the upper limit of the thickness of the upper metal plate is 5 Omm. The reason is the same as in the first invention. More preferably, the upper limit of the thickness of the upper metal plate is 3 Omm.
  • a desirable upper limit of the thickness of the lower metal plate is 5 O mm
  • a desirable lower limit is 1. mm
  • a more desirable upper limit is 3 O mm
  • a more desirable lower limit is 3 mm.
  • the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate is desirably 1 to 10. The reason is the same as in the first present invention. Especially when it exceeds 1, it is optimal. This is because the temperature uniformity of the heating surface in the steady state is excellent.
  • a heater is sandwiched between the upper metal plate and the lower metal plate, and a heating element is formed inside the heater.
  • the body circuit is preferably divided into two or more as in the first aspect of the present invention, and the diameters of the plurality of metal plates and the heater are desirably the same.
  • the metal plates may have different diameters.
  • the diameter of the metal plate is desirably 200 mm or more, particularly desirably 12 inches (300 mm) or more. The reason is the same as in the first invention.
  • the flatness of the surface of the metal plate constituting the metal heater of the second aspect of the present invention is preferably 50 or less, more preferably 30 / zm or less. The reason is the same as in the first invention.
  • the plurality of metal plates are made of the same material, but the materials of these metal plates have high thermal conductivity, high rigidity, and are not easily deformed even when thermally expanded. It is desirable that the flatness should be better when the processing of the metal plate itself is completed.
  • the material of the metal plate include the same materials as those used in the first invention.
  • the material is preferably an aluminum alloy for the same reason as in the first invention, and more preferably an aluminum-copper alloy.
  • magnesium, manganese, silicon, zinc, and the like may be added to the aluminum-copper alloy in addition to aluminum and copper.
  • the surface of the metal plate be subjected to alumite treatment, as in the first aspect of the present invention.
  • the thickness of the coating after the alumite treatment is preferably as described above, but the thickness of the coating can be 3 m or more in the above-described hard alumite treatment.
  • the outer edge of the region where the heating element is formed is located at a position within 25 ° / 0 of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate. It is preferable that the heating element is divided into two or more. Further, in the metal heater according to the second aspect of the present invention, the side surface of the metal plate or the heating surface of the metal plate may be used. A wafer guide ring may be provided on the outer edge or surface. These reasons are the same as in the first invention.
  • a convex portion for supporting the object to be heated is provided on the heating surface of the metal plate facing the object to be heated, corresponding to the region where the heating element is formed. Is desirable.
  • the semiconductor wafer or the like to be heated hardly bends, so that the distance between the semiconductor wafer or the like and the heating surface of the metal plate can be made constant, and the entire semiconductor wafer can be uniformly heated. Can be.
  • a convex portion for supporting an object to be heated is provided corresponding to a region where a heating element is formed” and “a region where a heating element is formed” This is the same as the third invention described later.
  • the number of the protrusions is desirably 6 or more when the diameter of the area where the heating element is formed is 25 Omm or more and less than 30 Omm, and the diameter of the area where the heating element is formed force 2 If the diameter is not less than 00 mm and less than 250 mm, it is desirably 5 or more. If the diameter of the region where the heating element is formed is 30 Omm or more, desirably 7 or more. The reason is the same as the third present invention described later.
  • the upper limit of the number of protrusions provided on the heating surface of the metal plate is not particularly limited, but the diameter of the region where the heating element is formed is not less than 250 mm and less than 300 mm. In this case, the diameter is desirably 20 or less. When the diameter of the region where the heating element is formed is 20 Omm or more and less than 250 mm, 15 or less is desirable. The reason is the same as in the third present invention described later.
  • the second metal heater of the present invention the one in which the above-mentioned heating element is formed, the area thereof is 250 mm or more in diameter, and six or more support pins are provided on the heating surface of the metal plate is optimal. is there. It is preferable that at least one support pin is provided at the center of the area where the heating element is formed.
  • the shape of the support pin is desirably, for example, a spire with a conical tip, a spire with a pyramid, or a hemisphere.
  • the diameter is preferably 1 to 1 Omm.
  • the height of the cylindrical portion of the support pin is desirably 1 to 1 Omm.
  • the support pin has a shape having a head like a nail
  • it is desirable that the head has a shape and a size that can be fitted into the concave portion. The reason is the same as in the third invention described later.
  • the support pins are desirably made of ceramic, and are oxide ceramics such as alumina and silica in consideration of relatively little thermal deformation and being hardly worn on a silicon wafer, productivity, cost, and the like. It is desirable.
  • the support pins protrude from the heating surface of the metal plate at the same height.
  • the reason is the same as the third present invention described later.
  • the height at which the support pins protrude from the heating surface of the metal plate is 5 to 500 ⁇ , that is, the object to be heated is separated from the heating surface of the metal plate by 5 to 500 m. It is desirable to hold in.
  • the reason is the same as in the third embodiment described below. More preferably, the object to be heated and the heating surface of the metal plate are separated by 5 to 500 m,
  • the distance is 20 to 200 m.
  • the diameter of the concave portion in which the support pin is provided and the through hole for the support pin be 1 to 10 mm. Further, the depth of the concave portion is desirably 1 to 1 Omm. The reason is the same as the third present invention described later. Furthermore, in view of the above-mentioned problems, the present inventors have found that the in-plane uniformity during transition is excellent, the recovery time is relatively short, and the object to be heated such as a semiconductor wafer does not bend during heating. As a result of intensive research aimed at obtaining a metal heater capable of uniformly heating an object to be heated, a heating element is sandwiched between a plurality of metal plates, and the metal plate faces the object to be heated.
  • a metal heater according to a third aspect of the present invention is a metal heater including a plurality of metal plates and a heating element, wherein the heating element is sandwiched between the metal plates. On the opposite heating surface, a convex portion for supporting the object to be heated is provided corresponding to the area where the heating element is formed.
  • the third metal heater of the present invention has a plurality of metal plates, and the heater is sandwiched between these metal plates.
  • a metal heater having such a configuration compared to a metal heater including only one metal plate and a heater provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate, a metal plate closer to the heating surface than the heater is provided. Since the thickness can be made thinner than the one metal plate, an object to be heated such as a semiconductor wafer can be quickly heated, and the recovery time is also shortened.
  • a convex portion for supporting the object to be heated is provided on the heating surface of the metal plate facing the object to be heated, corresponding to the region where the heating element is formed. Therefore, the semiconductor wafer or the like to be heated hardly bends. For this reason, the distance between the semiconductor wafer or the like and the heating surface of the metal plate can be made constant, and the entire semiconductor wafer can be uniformly heated.
  • a convex portion for supporting an object to be heated is provided corresponding to the region where the heating element is formed
  • the region of the metal plate where the heating element is formed means that an appropriate number of protrusions are provided at appropriate positions on the heating surface of the metal plate according to the size of the semiconductor wafer to be heated and the size of the semiconductor wafer to be heated.
  • the “area in which the heating element is formed” is defined as the area inside the smallest circle including the entire heating element pattern when the heating element pattern formed on the metal plate is transferred to the heating surface of the metal plate vertically. Refers to the area.
  • the number of the protrusions is desirably 6 or more when the diameter of the region where the heating element is formed is 25 mm or more and less than 300 mm. In such a case, if the number of convex portions is less than 6, the interval between the convex portions becomes too wide, and the semiconductor wafer bends. As a result, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate varies, It becomes difficult to uniformly heat the entire semiconductor wafer.
  • the number of the protrusions is desirably 5 or more, and the diameter of the region where the heating element is formed is In the case of 30 O mm or more, 7 or more is desirable.
  • the upper limit of the number of protrusions provided on the heating surface of the metal plate is not particularly limited, but the diameter of the region where the heating element is formed is not less than 250 mm and less than 300 mm. In this case, 20 or less is desirable. This is from the viewpoint of avoiding the complexity of the manufacturing process, reducing the manufacturing cost, and making the temperature of the heated surface more uniform.
  • the diameter of the region where the heating element is formed is not less than 20 Omm and less than 25 Omm, the number of the protrusions is desirably 15 or less.
  • a plurality of convex portions are provided at equal intervals on the circumference of a concentric circle with the metal plate in a region which is a relatively outer peripheral portion of the metal plate.
  • Arrangement of one support pin in the center, multiple areas on the circumference of the metal plate and on the circumference of the concentric circle, and on the circumference of the concentric circle on the inner circumference There is an arrangement in which two support pins are provided at equal intervals, and one support pin is provided at the center of the metal plate.
  • the positions where the above-mentioned convex portions are provided are widely dispersed on a metal plate and provided at positions that are to be rotated with respect to the center.
  • the convex portion has a concave portion formed on the heating surface of the metal plate
  • the metal plate can be installed on a heating surface of the metal plate by inserting or fixing a force, or by forming a through hole in the metal plate and inserting and fixing a support pin in the through hole.
  • the through hole for the support pin and the concave portion may be provided in combination.
  • the support pins can be relatively easily fixed to the metal plate.
  • a support pin having a head portion such as a nail may be formed by a circle formed on a heating surface of a metal plate such that the head is on the metal plate side.
  • a method of inserting the C-shaped spring into the recess formed by the columnar cavity, fitting the C-shaped spring around the support pin so as to abut the recess, and fixing the spring by the force of the spring By using such a method, the support pins are securely fixed without falling off from the metal plate.
  • the one in which the area where the heating element is formed has a diameter of 250 mm or more and at least six support pins are provided on the heating surface of the metal plate is optimal. It is. It is preferable that at least one support pin is provided at the center of the area where the heating element is formed.
  • the shape of the support pin is desirably, for example, a spire with a conical tip, a spire with a pyramid, or a hemisphere. This is because, when the semiconductor wafer is placed on the support pins, the semiconductor wafer comes into point contact with the semiconductor wafer and no hot spot or the like is formed on the semiconductor wafer. ⁇
  • the diameter is desirably 1 to 10 mm. If the thickness is less than 1 mm, the stable support performance of the support pins may be impaired when the semiconductor wafer is mounted.If the thickness exceeds 1 mm, hot spots may be formed on the semiconductor wafer. It is.
  • the height of the cylindrical portion of the support pin be 1 to 1 O mm. If it is less than 1 mm, the support pins may not be securely fixed to the heating surface of the metal plate, and if it exceeds 1 Omm, the semiconductor wafer may not be heated uniformly.
  • the support pin has a shape having a head like a nail
  • it is desirable that the head has a shape and a size that can be fitted into the concave portion. Recessed If the head is too small compared to the size, the support pins will not be stable.
  • the support pins are desirably made of ceramic, and are considered to have relatively little thermal deformation and to be hardly worn on a silicon wafer, and to be considered in terms of productivity, cost, etc. Mick is desirable.
  • the support pins protrude from the heating surface of the metal plate at the same height. If the heights of the support pins are all the same, the semiconductor wafer will be parallel to the heating surface of the metal plate when the semiconductor wafer is mounted, and all the support pins will support the semiconductor wafer. Therefore, no radius occurs. As a result, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate becomes uniform, and the semiconductor wafer can be heated uniformly. On the other hand, if the protruding heights of the support pins are different, the semiconductor wafer is tilted, and the support pins having a low height do not come into contact with the semiconductor wafer, causing bending. As a result, the distance between the semiconductor wafer and the metal plate varies, making it difficult to uniformly heat the semiconductor wafer.
  • the height at which the support pins protrude from the heating surface of the metal plate is 5 to 500, that is, when the object to be heated is separated from the heating surface of the metal plate by 5 to 500 ⁇ m. It is desirable to keep. If it is less than 5 ⁇ m, the temperature of the semiconductor wafer becomes uneven due to the influence of the temperature distribution of the metal plate, and the wafer may come into contact with the metal plate. If it exceeds 500 m, the temperature of the semiconductor wafer will not easily rise, and in particular, the temperature of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer will decrease.
  • the object to be heated and the heating surface of the metal plate are separated by 5 to 500 m,
  • the distance is 20 to 200 ⁇ m.
  • the diameter of the concave portion in which the support pin is provided and the through hole for the support pin be 1 to 10 mm. If it is less than 1 mm, the support pin cannot be fixed securely, and if it exceeds 10 mm, a cooling spot will be generated.
  • the depth of the recess is preferably 1 to 10 mm. If it is less than 1 mm, the support pins may come off, and if it is more than 10 mm, cooling spots are generated.
  • the thickness of the metal plate (upper metal plate) on the heating surface side of the heater is smaller than the thickness of the metal plate (lower metal plate) on the opposite side of the heater. Thick Is desirable. The reason is the same as the second metal heater of the present invention.
  • the metal heater according to the third aspect of the present invention may have a configuration in which another metal plate is attached to a heating element installed on a metal plate, that is, a configuration in which a heating element is sandwiched between two metal plates. Further, a configuration may be employed in which a heating element is sandwiched between three or more metal plates.
  • the metal heater according to the third aspect of the present invention has three or more metal plates, the thickness of the metal plate (upper metal plate) on the heating surface side and the thickness of the metal plate (lower metal plate) on the side opposite to the heating surface are reduced.
  • the meaning of the thickness of the plate is the same as that of the first present invention.
  • the lower limit of the thickness of the upper metal plate is desirably l mm. If the thickness of the upper metal plate is less than 1 mm, the distance between the heating element and the heating surface is too short, and the pattern of the heating element is reflected in the temperature distribution on the heating surface. The object to be heated may not be heated uniformly. On the other hand, when the thickness of the upper metal plate is in the above range, the object to be heated can be uniformly heated without the heating element pattern being reflected in the temperature distribution on the heating surface.
  • the thickness of the upper substrate is within the above range, the mechanical strength is excellent, and the metal plate does not warp or bend, so that the flatness of the heating surface can be more reliably ensured. it can.
  • the lower limit of the thickness of the upper metal plate is 5 mm.
  • the upper limit of the thickness of the upper metal plate is 5 Omm. If the thickness of the upper metal plate exceeds 50 mm, it becomes difficult for the temperature of the heating surface of the metal plate to follow changes in the voltage or current applied to the heating element, and the object to be heated such as a semiconductor wafer is quickly moved. In some cases, heating cannot be performed quickly, and the time it takes to restore the reduced temperature when the semiconductor wafer is placed on the heated surface (recovery time) becomes longer, which extends the working time, This can lead to a drop in productivity.
  • a desirable upper limit of the thickness of the lower metal plate is 50 mm
  • a desirable lower limit is 1 mm
  • a more desirable upper limit is 3 O mm
  • a more desirable lower limit is 3 mm. mm.
  • the ratio of the thickness of the upper metal plate to the thickness of the lower metal plate is 1 to 10. The reason is the same as in the first present invention. Especially when it exceeds 1, it is optimal. This is because the temperature uniformity of the heating surface in the steady state is excellent.
  • a heater is sandwiched between the upper metal plate and the lower metal plate, and a heating element is formed inside the heater.
  • the body circuit is preferably divided into two or more as in the first aspect of the present invention, and the diameters of the plurality of metal plates and the heater are desirably the same.
  • the diameters of the metal plates may be different from each other.
  • the diameter of the metal plate is desirably 200 mm or more, and particularly desirably 12 inches (3 0 mm) or more. The reason is the same as in the first invention.
  • the flatness of the surface of the metal plate constituting the metal heater of the third aspect of the present invention is preferably 50 / zm or less, more preferably 30 ⁇ or less. The reason is the same as in the first invention.
  • the plurality of metal plates be made of the same material. Also, it is desirable that the material of these metal plates has high thermal conductivity, high rigidity, and is not easily deformed even when thermally expanded, and becomes flatter when the processing of the metal plate itself is completed. It is desirable that it be excellent. Examples of the material of the metal plate include the same materials as those used in the first invention.
  • the material is preferably an aluminum alloy for the same reason as in the first invention, and more preferably an aluminum-copper alloy. Further, magnesium, manganese, silicon, zinc, and the like may be added to the aluminum-copper alloy.
  • aluminum, an aluminum alloy, or the like is used as the material of the metal plate, it is desirable that the surface of the metal plate be subjected to alumite treatment, as in the first aspect of the present invention. It is preferable that the thickness of the coating after the alumite treatment is ⁇ or more. However, in the hard anodizing treatment, the thickness of the coating is preferably 3 / im or more.
  • the outer edge of the region where the heating element is formed is located at a position within 25% of the diameter of the metal plate from the outer periphery of the metal plate. Further, it is desirable that the heating element is divided into two or more. Further, in the third metal heater of the present invention, a wafer guide ring may be provided on a side surface of the metal plate or an outer edge or surface of a heating surface of the metal plate. These reasons are the same as in the first invention.
  • the metal heater according to the third aspect of the present invention can be used for a heater module or the like by fixing an optical waveguide such as quartz. At this time, the optical waveguide can be supported by the projection.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of the metal heater according to the first present invention.
  • FIG. 2 is a horizontal sectional view of a heater constituting a part of the metal heater shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a metal plate and a heater of the metal heater according to the first present invention.
  • FIG. 4 (a) is a cross-sectional view schematically showing another example of the conventional metal heater
  • FIG. 4 (b) is a plan view of FIG. 4 (a).
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing one example of the metal heater according to the second invention.
  • (B) is a diagram schematically showing a method of caulking the metal heater shown in (a) by caulking via a bonding foil between the heating element and the conductive wire.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing one example of the metal heater according to the third invention.
  • (B) is a view schematically showing a method of caulking the metal heater shown in (a) via a bonding foil between the heating element and the conductive wire.
  • FIG. 7 is a plan view of the metal heater shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to the first embodiment at normal temperature.
  • FIG. 9 is a diagram showing a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to the first embodiment at 140 ° C.
  • FIG. 10 is a diagram showing a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Test Example 1 at 140 ° C.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a three-dimensional shape of a part of a metal heater heating surface according to the eighth embodiment at room temperature.
  • FIG. 12 is a diagram showing a three-dimensional shape of a part of a metal heater heating surface according to Example 8 at 140 ° C.
  • FIG. 13 is a diagram showing a three-dimensional shape of a part of a metal heater heating surface according to Test Example 3 at 140 ° C.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between wafer temperature and time near 100 ° C. when the metal heater according to Example 12 is used.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between wafer temperature and time around 120 to 130 ° C. when the metal heater according to Example 12 is used.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the wafer temperature and time around 140 ° C. when the metal heater according to Example 12 is used.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between wafer temperature and time near 100 ° C. when the metal heater according to Example 16 is used.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the wafer temperature and time around 120 to 130 ° C. when the metal heater according to Example 16 is used.
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the wafer temperature and time around 140 ° C. when the metal heater according to Example 16 is used.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to the example 12 at room temperature.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to the example 12 at 140 ° C.
  • FIG. 22 shows a three-dimensional view of a part of the metal heater heating surface according to Comparative Example 2 at 140 ° C. It is a figure showing a shape.
  • a metal heater according to a first aspect of the present invention is a metal heater including a metal plate and a heating element, wherein the plurality of metal plates are provided, and the heating element is sandwiched between the metal plates.
  • the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing such a metal heater
  • FIG. 2 is a horizontal sectional view schematically showing a heater which is a part of the metal heater shown in FIG.
  • a heater 412 is sandwiched between a disc-shaped upper metal plate 411 and a lower metal plate 421, and the upper metal plate 411 and the heater 4 1 2 and the lower metal plate 4 2 1 are fixed and tightened by the metal plate fixing screw 4 17 so that the heat of the heater 4 1 2 is transmitted to the upper metal plate 4 1 1 well. It is composed of
  • the thickness of the upper metal plate 4 11 is larger than the thickness of the lower metal plate 4 21. Therefore, as described above, the flatness of the heating surface is ensured, and the temperature of the heating surface becomes uniform, so that the object to be heated can be uniformly heated.
  • the substantial thickness of the metal plate is increased, so that the flatness of the heating surface is further improved.
  • the metal heater 410 of the first invention it is possible to realize a flatness of 50 ⁇ or less on the heating surface 4111 a of the upper metal plate 411. By realizing such flatness, it is possible to make the distance between the semiconductor wafer and the metal plate almost constant when heating the semiconductor wafer, so that the entire semiconductor wafer is heated so as to be uniform. be able to.
  • the side surfaces of the upper metal plate 4 11, the heater 4 12, and the lower metal plate 4 2 1 are not in close contact with the supporting container 4 It is fixed in the state of. With such a configuration, it is possible to prevent the upper metal plate 4 11 from bending due to pressure from the side surface when the thermal expansion occurs, and to prevent the upper metal plate 4 11 from being heated.
  • heat is radiated from the metal plate, etc., as compared with the case where the side surfaces of the upper metal plate 4 11, the heater 4 12, and the lower metal plate 4 The object to be heated can be quickly heated.
  • the air layer functions as a heat insulating material.
  • the metal plate fixing screw 417 does not penetrate the support container 420, but only the upper metal plate 411, the heater 41, and the lower metal plate 421, and It is configured to fix them. With such a configuration, it is possible to prevent the deformation of the upper metal plate 411 caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the upper metal plate 411 and the support container 420, and to prevent the upper metal plate 411 from being deformed.
  • heat is hardly dissipated from the upper metal plate 411 or the like, and the object to be heated can be quickly heated.
  • a heat shield plate 43 is installed at the bottom of the support vessel 420 to prevent heat from the upper metal plate 411 and the lower metal plate 421 from being transferred to the equipment. It has a configuration that allows it.
  • a barrier ring 428 is provided on the outer peripheral edge of the support container 420. By providing the barrier ring 428, the inflow of gas from the outside can be prevented, and the temperature change of the heating surface 4111a can be prevented.
  • a bottomed hole 4 14 is formed in the metal heater 4 10, and a temperature measuring element 4 16 for measuring the temperature of the upper metal plate 4 11 is formed in the bottomed hole 4 14. And fixed by being sealed with an inorganic adhesive or the like (not shown).
  • a support pin 418 having a spire-shaped tip is provided on the heating surface, and the semiconductor wafer 419 is supported via the support pin 418 to thereby provide a semiconductor.
  • the wafer 4 19 can be supported and heated with a predetermined distance from the heating surface of the upper metal plate 4 11.
  • the number of support pins is not particularly limited.
  • the diameter of the metal plate is 12 inches (300 mm) or more
  • the number of pins is six or more. If the number of the support pins is six or more, the clearance between the heated surface and the semiconductor wafer is accurately maintained, so that the temperature of the heated surface is kept uniform during transient.
  • the metal heater 4 10 also has a through hole 4 15 penetrating the upper metal plate 4 11, the heater 4 12, the lower metal plate 4 21, and the support container 4 20.
  • the semiconductor wafer 4 19, which is the object to be heated is also separated from the heated surface 4 11 a of the upper metal plate 4 11 by a certain distance. In this state, the semiconductor wafer 419 can be transported while being supported.
  • the heater 4 1 2 is connected to the conductive wire 4 2 4, and the conductive wire 4 2 4 is drawn out from a through hole formed in the support container 4 2 0 and the heat shield plate 4 2 3, Connected to a power source (not shown).
  • a part of the heat generating member 425 made of metal foil such as stainless steel foil is exposed to the lower side of the through hole formed in the lower metal plate 421. Then, one end of the conductive wire 424 is wrapped by an exposed foil (hereinafter, also referred to as connection foil), and then a metal mounting member 427 having a caulked portion (not shown) is mounted. By caulking the caulking portion of the member 427, the heating element 425 and the conductive wire 424 are connected.
  • the conductive wire 424 may be connected to a heating element provided inside the heater 412 on the side surface of the heater 412.
  • the metal plate fixing screws 417 penetrate the heater 4 1 2 and the lower metal plate 4 2 1, and are attached so that the upper metal plate 4 1 1 does not penetrate.
  • the length of the portion of the metal plate fixing screw 4 17 inserted into the upper metal plate 4 11 is
  • it is desirable that the thickness of the upper metal plate is 3/4 or less.
  • the length of the metal plate fixing screw 4 17 inserted into the upper metal plate 4 1 1 is longer than the thickness 3 4 of the upper metal plate 4 1 1, of the heating surface of the metal plate, The temperature immediately above the metal plate fixing screw 4 17 becomes higher than the surrounding temperature, and the object to be heated may not be heated uniformly.
  • the metal heater 410 has a configuration in which the screw heads of the metal plate fixing screws 4 17 are embedded in the lower metal plate 4 21. Therefore, the upper metal plate 4 11, the heater 4 12, and the lower metal plate 4 2 1 can be more securely fixed inside the support container 4 20, and the upper metal plate 4 11 1 may be warped or bent. It is a structure that does not easily deform I'm wearing
  • the heater 4 1 2 has a circular shape in plan view like the upper metal plate 4 1 1 and the lower metal plate 4 2 1, and the temperature of the entire heating surface 4 1 1 a of the upper metal plate 4 1 1 is uniform.
  • a heating element 425 having a closed circuit is arranged inside the heater 412.
  • the heating element 4 25 includes, as shown in FIG. 2, a heating element composed of a pattern in which a closed circuit is formed by repeating a bent line in an annular shape on the outer periphery of the heater, and a concentric circle inside the heating element.
  • a heating element composed of a pattern in which a closed circuit that is repeated so as to draw a part is formed is arranged.
  • the heater 4 12 has a configuration in which the heating element 4 25 is sandwiched and fixed between two my force plates, and the heating element 4 25 is By heating the plate, the object to be heated can be heated by the secondary radiation of the My plate.
  • the outer edge of the heating element 4 25 formed inside the heater 4 1 2 is 25% of the diameter of the metal plate 4 1 1 from the outer periphery of the metal plate 4 1 1. It is desirable that it exists within the position.
  • the temperature tends to be non-uniform due to heat radiation from the surface of the outer peripheral portion of the metal plate 411, but in the first metal heater 410 of the present invention, This is because the heating element is also provided in such an outer peripheral portion, so that the object to be heated, such as a semiconductor wafer, can be uniformly heated without temperature variations.
  • the material, shape, and the like of the metal heater constituting the first embodiment of the present invention and the method for manufacturing the metal heater of the first embodiment of the present invention will be described later in detail.
  • a metal heater according to a second aspect of the present invention is a metal heater including a plurality of metal plates and a heating element, wherein the heating element is sandwiched between the metal plates, wherein the plurality of metal plates are made of the same material. It is characterized by comprising.
  • a metal heater having a configuration in which the heater is sandwiched between two metal plates will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 5 (a) is a cross-sectional view schematically showing such a metal heater
  • FIG. 5 (b) is a foil for joining the heating element and the conductive wire in the metal heater shown in FIG. 5 (a).
  • FIG. 5 (a) is a cross-sectional view schematically showing such a metal heater
  • FIG. 5 (b) is a foil for joining the heating element and the conductive wire in the metal heater shown in FIG. 5 (a).
  • a heater 512 is sandwiched between a disk-shaped upper metal plate 511 and a lower metal plate 521, and the upper metal plate 511 and the heater 511 are sandwiched. 2 and the lower metal plate 5 2 1 are fixed by the metal plate fixing screw 5 17 and tightened, so that the heat of the heater 5 1 2 is transmitted well to the upper metal plate 5 1 1 Have been.
  • the thickness of the upper metal plate 511 is larger than the thickness of the lower metal plate 521. Therefore, as described above, the flatness of the heating surface is ensured, and the temperature of the heating surface becomes uniform, so that the object to be heated can be uniformly heated.
  • the substantial thickness of the metal plate is increased, so that the flatness of the heating surface is further improved.
  • the upper metal plate 5 1 1, the heater 5 1 2 and the lower metal plate 5 2 1 fixed by the metal plate fixing screw 5 1 7 are connected to the support provided on the bottom of the bottomed cylindrical support container 5 20.
  • the structure is supported by the plate 525 and does not contact the supporting container 520 except for the portion in contact with the supporting plate 525.
  • a heat shield plate 523 for shielding heat is provided below the support container 520.
  • a chapter P wall ring 532 is provided on the outer edge of the support container 5200.
  • the second metal heater 5110 of the present invention by adopting the above structure, it is possible to realize a flatness of 50 m or less on the heating surface 5111a of the upper metal plate 511. By realizing such flatness, when heating a semiconductor wafer, it is possible to make the distance between the semiconductor wafer and the metal plate almost constant, so that the entire semiconductor wafer is heated to a uniform temperature. can do.
  • a wafer guide ring 5 26 may be provided on the peripheral portion of the heating surface 5 11 a in order to prevent a temperature change due to inflow of gas from the periphery. Good.
  • the side surfaces of the upper metal plate 5 1 1, the heater 5 1 2 and the lower metal plate 5 2 1 are not in close contact with the supporting container 5 In solid
  • the lower metal plate 52 1 is not directly in contact with the bottom surface of the supporting container 5 20, and is supported by the supporting plate 5 25.
  • the upper metal plate 5 11 Curving caused by compression from the side of the vehicle can be prevented.
  • the upper metal plate 5 11, the heater 5 12, and the lower metal plate 5 21 are supported only through the support plate 5 25, and are not in contact with other parts.
  • the air layer functions as a heat insulating layer.
  • the support plate 525 is not provided on the bottom surface of the support container 520, and the upper metal plate 511, the heater 511, the lower metal plate 521, etc. are directly placed on the bottom surface of the support container 520. May be placed. '
  • a cooling pipe may be placed on the bottom plate of the support vessel 5 20. By connecting the cooling air and the like to the supporting container 520, cooling can be performed quickly.
  • the metal plate fixing screw 5 17 does not penetrate the support container 5 20, but only the upper metal plate 5 11, the heater 5 12 and the lower metal plate 5 2 1 These are fixed. With this configuration, it is possible to prevent deformation of the upper metal plate 511 due to a difference in the coefficient of thermal expansion between the upper metal plate 511 and the support container 5200, and to prevent the upper metal plate 511 from being deformed.
  • heat is less escaping from the upper metal plate 511 and the like, and the object to be heated can be quickly heated.
  • a heat shield plate 523 is installed at the bottom of the support container 520 to prevent heat from the upper metal plate 511 and the lower metal plate 521 from being transferred to the device. It has a configuration that allows it.
  • a bottomed hole 514 is formed in the metal heater 510, and a temperature measuring element 516 for measuring the temperature of the upper metal plate 511 is embedded in the bottomed hole 514.
  • a support pin 518 having a spire-shaped tip is provided on the heating surface.
  • the number of support pins is not particularly limited. For example, if the diameter of the metal plate is 12 inches (30 O mm) or more, It is desirable that the number of pins is six or more. The reason is the same as that of the first metal heater of the present invention.
  • the metal heater 5 10 also has a through hole 5 15 penetrating the upper metal plate 5 11, the heater 5 12, the lower metal plate 5 21, and the support container 5 20.
  • the semiconductor wafer 5 19, which is the object to be heated is also separated from the heated surface 5 11 a of the upper metal plate 5 11 by a certain distance.
  • the semiconductor wafers 519 can be transported by being supported in a state where the semiconductor wafers are mounted.
  • the heater 5 1 2 is connected to the conductive wire 5 2 4, and the conductive wire 5 2 4 is drawn out from a through hole formed in the supporting container 5 2 0 and the heat shield 5 2 3, Connected to a power source (not shown).
  • the metal heater 5100 shown in FIG. 5 has a configuration in which a through hole is formed in the lower metal plate 521 and the conductive wire 524 passes through this through hole.
  • 5 2 4 may be connected to a heating element installed inside the heater on the side surface of the heater 5 12.
  • the upper metal plate 511, the heater 512, and the lower metal plate 521 are fixed by metal plate fixing screws 517. Note that the metal plate fixing screws 5 17 penetrate the heater 5 1 2 and the lower metal plate 5 2 1, and are attached so that the upper metal plate 5 1 1 does not penetrate.
  • the length of the portion of the metal plate fixing screw 5 17 inserted into the upper metal plate 5 11 is
  • it is desirable that the thickness of the upper metal plate is 3/4 or less.
  • the heater 5 12 has a circular shape in plan view like the upper metal plate 5 1 1 and the lower metal plate 5 2 1, and the temperature of the entire heating surface 5 1 1 a of the upper metal plate 5 1 1 is uniform.
  • a heating element 525 having a closed circuit is disposed inside the heater 512.
  • the heater 512 includes a heating element having a pattern in which a closed circuit is formed by repeating a bent line in an annular shape on the outer periphery of the heater 512 as shown in FIG. 2, and a concentric circle inside the heating element.
  • a heating element consisting of a pattern in which a closed circuit that is repeated so as to draw a part is formed is arranged.
  • the heater 5 1 and 2 have a configuration in which the heating element is sandwiched and fixed by two my force plates, and the heating element heats the my force plate when energized.
  • the object to be heated can be heated by the secondary radiation of the power plate.
  • the heat generating body may be made of stainless steel foil.
  • the outer edge of the heating element formed inside the heater 512 is located within 25% of the diameter of the metal plate 511 from the outer periphery of the metal plate 511. It is desirable that it exists in. Normally, the temperature of the outer peripheral portion of the metal plate 5 11 1 tends to be non-uniform due to heat radiation from the surface of the outer peripheral portion of the metal plate 5 11, but with the metal heater 5 10 of the second invention, This is because the heating element is also provided on such an outer peripheral portion, so that the object to be heated, such as a semiconductor wafer, can be uniformly heated without variation in temperature.
  • a metal heater according to a third aspect of the present invention is a metal heater including a plurality of metal plates and a heating element, wherein the heating element is sandwiched between the metal plates, and is opposed to an object to be heated of the metal plate.
  • the heating surface is provided with a convex portion for supporting an object to be heated, corresponding to a region where the heating element is formed.
  • FIG. 6 (a) is a cross-sectional view schematically showing such a metal heater
  • FIG. 6 (b) is a foil for joining a heating element and a conductive wire in the metal heater shown in FIG. 6 (a).
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a method of joining by caulking through a hole.
  • FIG. 7 is a plan view of the metal heater shown in FIG. In FIG. 7, the heating elements are shown by broken lines.
  • a support pin 6 18 having a head like a nail is inserted into a concave portion 6 28 formed of a columnar cavity formed on the upper metal plate 6 11, and a C-shape is formed.
  • the support pin 6 18 is fixed to the heating surface 6 1 1 a of the upper metal plate 6 1 1 by fitting the spring 6 2 7 of the shape so as to surround the support pin 6 18 and abut the recess 6 2 8. are doing.
  • the support pins are installed on the heating surface of the metal plate by using the means shown in FIG. 6, but the means for installing the support pins on the heating surface of the metal plate are as shown in FIG.
  • the present invention is not limited to the illustrated means. For example, a method of screwing a support pin having a screw portion into a concave portion having a thread groove may be used.
  • the heating surface 611a of the upper metal plate 611 has a relatively concentric circle with the upper metal plate 611 in a region which is a relatively outer peripheral portion of the upper metal plate 611.
  • a total of nine support pins 618 are provided, eight on the circumference of the circle and one at the center of the upper metal plate 611.
  • the support pins on the same circumference are provided at equal intervals.
  • the other configuration is substantially the same as that of the metal heater 5100 of the second embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the third metal heater 61 of the present invention by adopting the above structure, it is possible to realize a flatness of 50 m or less on the heating surface 61a of the upper metal plate 611. By realizing such flatness, when heating a semiconductor wafer, it is possible to make the distance between the semiconductor wafer and the metal plate almost constant, so that the entire semiconductor wafer is heated to a uniform temperature. can do.
  • a wafer guide ring 626 may be provided on the periphery of the heating surface 611a to prevent a change in temperature due to inflow of gas from the periphery.
  • a barrier ring 632 may be provided.
  • the third metal heater 610 of the present invention is a conventional metal heater shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Data 450 in the following points.
  • the heater 450 differs from the heater 450 in that the number of the support pins 458 provided on the heating surface 451a of the metal plate 451 is five in total. Therefore, in the metal heater 610, since the interval between the support pins 618 is small, the semiconductor wafer 610 is unlikely to be bent. For this reason, the distance between the semiconductor wafer 619 and the heating surface 6111a of the upper metal plate 6.1.1 can be made constant, and the entire semiconductor wafer 619 can be heated uniformly.
  • the side surfaces of the upper metal plate 6 11, the heater 6 12, and the lower metal plate 6 21 are not in close contact with the supporting container 6 20, and are fixed in a non-contact state.
  • the lower metal plate 6 21 is not in direct contact with the bottom surface of the support container 6 20, and is supported by the support plate 6 25.
  • the upper metal plate 6 11, the heater 6 12, and the side surface of the lower metal plate 6 2 1 are not in contact with the support container 6 20, so that the upper metal plate 6 11 It is possible to prevent bending due to compression from the side.
  • the upper metal plate 6 11, the heater 6 12 and the lower metal plate 6 2 1 are supported only through the support ⁇ 6 25, and are not in contact with other parts.
  • the air layer functions as a heat insulating layer.
  • the support plate 6 25 is not provided on the bottom surface of the support container 6 20, and the upper metal plate 6 1 1, the heater 6 12 and the lower metal plate 6 2 It may be placed.
  • a cooling pipe may be placed on the bottom plate of the support vessel 620. By connecting the cooling air and the like to the supporting container 62, cooling can be performed quickly.
  • the metal plate fixing screw 6 17 does not pass through the support container 6 20, but only passes through the upper metal plate 6 11, the heater 6 12 and the lower metal plate 6 2 1, These are fixed. With such a configuration, it is possible to prevent deformation of the upper metal plate 611 due to a difference in the coefficient of thermal expansion between the upper metal plate 611 and the support container 620, and to prevent the upper metal plate 611 from being deformed. When heating the object to be heated, there is little heat dissipation from the upper metal plate 611 and the like, and the object to be heated can be quickly heated.
  • the outer edge of the heating element 6 25 formed inside the heater 6 12 is 25 ° of the diameter of the metal plate 6 11 1 from the outer periphery of the metal plate 6 11. /. It is desirable that it exists within the position. The reason is the same as in the first invention.
  • the material and shape of the metal heater constituting the third embodiment of the present invention, and the method for manufacturing the metal heater of the third embodiment of the present invention will be described later in detail.
  • the metal plate is provided with a bottomed hole from the side opposite to the heating surface on which the object to be heated is placed toward the heating surface, and the bottom of the bottomed hole is heated. It is desirable to form the heating hole relatively closer to the heating surface than the body, and to provide a thermocouple or other temperature measuring element (not shown) in this bottomed hole.
  • the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is 0.1 mm to 1 12 of the thickness of the metal plate.
  • the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is less than 0.1 mm, heat will be radiated and a temperature distribution will be formed on the heating surface. If the thickness exceeds 1/2, the effect of the temperature of the heating element will be reduced. This makes it difficult to control the temperature, and a temperature distribution is formed on the heated surface.
  • the diameter of the bottomed hole is preferably 0.3 to 5 mm. This is because if it is too large, the heat dissipation will increase, and if it is too small, the workability will decrease and the distance to the heated surface will not be uniform.
  • thermocouple examples include a thermocouple, a platinum resistance temperature detector, and a thermistor.
  • thermocouple for example, as described in JIS-C-162 (1980), K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type Thermocouple, etc.
  • the KK type thermo-thermocouple pair may be preferable. .
  • the large size of the connecting part of the thermo-thermocouple pair is the same as the diameter of the element wire, or Larger than this, and less than or equal to 00..55 mmmm, is desirable. . This is because if the joint area is large and good, the thermal capacity is becoming large and the response is low. It's because you're doing it. . In addition, it is difficult and difficult to make it smaller and smaller than the diameter of the strand. .
  • thermometer element is made of gold, gold, silver, silver, silver, etc., and is attached to the bottom of the bottomed bottom hole. After inserting into the bottomed bottom hole, it may be sealed and sealed with heat-resistant and heat-resistant resin. Well, you may use both people together. .
  • heat-resistant and heat-resistant resin resin include, for example, a thermosetting hardening resin resin, particularly, an epoxy resin resin resin, and a polypolyimide resin. ⁇ ⁇ Fats and fats, Vivissumarelayimididoto trilia azidine resin fats and the like are listed. .
  • These arboreal dates 1100 may be used singly or independently, or may be used in combination of 22 or more species. .
  • the following may be used, such as the one shown in FIG. 22, such as the Mamayi power force heater, the silicon heat exchanger, and the like. And can be completed. .
  • simply forming a heat-generating heating wire on a highly insulative insulating sieve, but using it as a heater is also used here. I can do it. .
  • the heat-generating heating element 2200 such as nichrome chloromum wire formed in an arbitrary patern pattern
  • the heat-generating heating element 2200 is an insulating body. Use the thighs that are clamped and held between the power plates to be used. .
  • the heat generation such as the garbage wire formed on the arbitrary patern return line is required.
  • the heating element is sandwiched and held between insulating insulators, which are insulating insulators, so that it can be used and used. .
  • the heating element When the heating element is heated and heated to heat the heating element, the heating element is heated and heated when an electric voltage is applied. As long as it is possible, it is not limited to the Ninikchloromum wire described above.
  • a metal foil can be used in addition to the metal wire.
  • a nickel foil or a stainless steel foil as a heat generating body by forming a pattern by etching or the like.
  • the patterned metal foils may be bonded together with a resin film or the like.
  • the insulator covering the heating element is not limited to the above-described my-force plate / silicon rubber as long as it can prevent short circuit and can withstand high temperatures.
  • Polyimide resin, polybenzoimidazole (PBI), or the like may be used, or a fiber made of ceramic or the like in a mat shape may be used.
  • the metal heater has a shape in which the heater is sandwiched between metal plates, a plurality of the heaters may be provided.
  • the pattern of each layer is preferably such that a heating element is formed in some layer so as to complement each other, and when viewed from above a heating surface, a pattern is formed in any region.
  • a structure for example, there is a structure in which staggered arrangement is made with respect to each other.
  • the pattern of the heating element in the metal heater of the first to third aspects of the present invention is not limited to the pattern shown in FIG. 2 and the like.
  • a concentric pattern, a spiral pattern, and an eccentric circle Shaped patterns and the like can also be used.
  • a pattern combining these may be used.
  • the heating element is divided into two or more as described above.
  • the area resistivity of the heating element is preferably 0.1 to 1 ⁇ / port. If the sheet resistivity exceeds 10 ⁇ / square, the diameter of the heating element must be made very thin in order to secure the desired heating value. Because it fluctuates. If the area resistivity is less than 0.1 ⁇ square, the heat generation amount cannot be secured unless the diameter of the heating element is increased, resulting in a lower degree of freedom in the design of the heating element pattern and the temperature of the heating surface. It is difficult to make the uniformity. As a means for connecting the heating element and the power source, as shown in FIG.
  • connection foil a part of the heating element made of metal foil is exposed to form a connection foil, and one end of the conductive wire is connected by the connection foil. It may be wrapped, and an attachment member having a caulking portion may be attached to the portion, and the connection may be made by caulking the caulking portion. It may be connected to a power supply or the like, or terminals may be attached to both ends of the heating element and connected to a power supply or the like via the terminals. Further, it is desirable that the terminals are attached to the heating element by soldering, brazing material, crimping, caulking, or the like. The reason why it is desirable to attach terminals via solder is This prevents heat diffusion of the solder. Examples of the connection terminal include an external terminal made of Kovar.
  • alloys such as silver-lead, tin-lead, and bismuth stainless can be used as the solder.
  • the thickness of the solder layer is preferably 0.1 to 50 m. This is because the range is sufficient to secure connection by soldering.
  • a middle plate may be provided between the metal plate and the heater. By providing such a middle plate, the heat generated by the heating element can be transmitted to the metal plate in a more uniform state.
  • a metal having excellent thermal conductivity is desirable. For example, copper, a copper alloy or the like can be used.
  • the side surface of the metal plate and the supporting container are not in contact with each other. It is desirable to provide a heat insulating ring between the two. In the outer peripheral portion of the metal plate, it is possible to prevent the temperature from being generated on the heating surface of the metal plate due to the dissipation of heat.
  • the support container and the heat shield plate may be integrated, and the heat shield plate may be connected and fixed to the support container.
  • the support container and the heat shield plate are integrally formed. Is desirable. This is because the strength of the entire metal heater can be secured.
  • the support container has a cylindrical shape
  • the heat shield plate has a disk shape.
  • the thickness of the support container and the heat shield plate is preferably 0.1 to 5 mm. If it is less than 0.1 mm, the strength will be poor, and if it exceeds 5 mm, the heat capacity will increase.
  • the supporting container and the heat shield plate are made of SUS, aluminum, inconel (16% chromium, 7% iron, etc.) so that they can be easily processed and have excellent mechanical properties, and the strength of the entire metal heater can be secured. It is desirable to be composed of a metal such as
  • the heat shield plate may be made of, for example, a heat-resistant resin, a ceramic plate, or a heat-resistant organic fiber so as to have excellent heat shield properties. Heat conductivity is too high, such as However, it is also possible to use a material having excellent heat resistance.
  • a refrigerant introduction pipe may be attached to the support container or the heat shield plate. This is because the temperature of the metal heater can be rapidly lowered by introducing a forced cooling refrigerant or the like for cooling the metal heater.
  • the support container or the heat shield plate may be formed with a through-hole for discharging the introduced forced cooling refrigerant or the like.
  • An outer diameter is formed on a plate made of an aluminum-copper alloy or the like by using an NC lathe to obtain a disc shape, and then the plate is subjected to end face processing, surface processing, and back processing in this order. At this time, the thickness of the plate-shaped body serving as the upper metal plate is made thicker than the thickness of the plate-shaped body serving as the lower metal plate.
  • a part to be a through hole for inserting a lifter pin for supporting a semiconductor wafer, a concave part for installing a support pin, and a temperature measuring element such as a thermocouple A portion having a bottomed hole for embedding is formed.
  • a screw groove is formed in the bottomed hole to form a screw hole for inserting a metal plate fixing screw.
  • the concave portions for installing the support pins are formed so that the support pins are widely dispersed on the metal plate and arranged at equal intervals.
  • a plurality of support pins 618 are provided at equal intervals on the circumference of a concentric circle with the metal plate, and the support pins 618 are provided at the center of the metal plate. Can be provided.
  • the upper metal plate and the lower metal plate are manufactured by subjecting the plate-shaped body serving as the upper metal plate to a surface grinding treatment using a rotary grinder.
  • a surface grinding treatment By performing this surface grinding treatment, the flatness of the surface of the metal plate can be reduced to about 20 to 30 ⁇ .
  • the upper metal plate may have a flow of atmospheric gas (for example, air).
  • a wafer guide ring may be formed to suppress this.
  • the wafer guide ring can be formed of, for example, aluminum-copper alloy, SUS, or the like.
  • a barrier ring may be provided at the top of the support container.
  • the flow of the atmospheric gas inside and outside the heating area is hindered, and as a result, the object to be heated can be uniformly heated.
  • an alumite treatment is applied to the upper metal plate and the lower metal plate to form an oxide film on the surfaces of the upper metal plate and the lower metal plate.
  • alumite treatment for example, a sulfuric acid method, an oxalic acid method, or the like can be used, but it is preferable to use an oxalic acid method. This is because the occurrence of surface pinholes after the processing can be prevented.
  • a heating element such as a nichrome wire or a metal foil such as a stainless steel foil
  • the heating element needs to have a uniform temperature throughout the heater, it is recommended that the bending line be repeated in an annular shape or to draw a part of a concentric circle to form a pattern based on repetition. preferable.
  • a middle plate made of a material having excellent thermal conductivity such as copper may be sandwiched between the metal plate and the heater. Thereby, the heat radiated from the heater can be transmitted to the upper metal plate in a more uniform state.
  • the support container has a heat shield made of the same material as the support container on the bottom surface.
  • a through hole is formed to allow the passage of temperature measuring elements, conductive wires, etc.
  • the side surfaces of the metal plate and the heater and the supporting container are supported and fixed in a non-contact state.
  • a heat insulating ring made of polyimide resin, fluororesin, etc. is interposed between the metal plate and the support container. It is desirable to set up.
  • Attaching terminals for connection to the power supply to both ends of the heating element provided on the heater with brazing material or solder, or mechanical attachment such as crimping or crimping (attachment means)
  • attaching terminals By connecting with an external power supply, the manufacturing of the metal heater is completed.
  • the support pins formed on the heating surface of the metal plate are inserted, they are fixed using a spring or the like, and the manufacture of the metal heater is completed.
  • a metal heater for heating a semiconductor wafer is shown as an example, but the first to third aspects of the present invention can also be used as a heater for adjusting the temperature of an optical waveguide.
  • a concave portion for installing a support pin 418 and a portion serving as a bottomed hole 414 for embedding a temperature measuring element 416 were formed.
  • the through holes 415 were formed at three places, and the turning parts for installing the support pins 418 were formed at nine places.
  • a screw groove is formed in the bottomed hole or the through hole, so that the metal plate fixing screw 4 17 is formed on the disc body.
  • a screw hole for communication was formed.
  • the upper metal plate and the plate-like body were formed with screw holes having a thickness of 3-4.
  • step (2) the surface of the disk for the upper metal plate manufactured in step (1) on the heated side is subjected to surface grinding using a rotary grinder (manufactured by Okamoto Machine Tool Works, Ltd.).
  • a rotary grinder manufactured by Okamoto Machine Tool Works, Ltd.
  • An upper metal plate 41 1 having a thickness of 15 mm and a diameter of 33 Omm and a lower metal plate 421 having a thickness of 5 mm and a diameter of 33 Omm were obtained.
  • a barrier ring 428 is provided on the side surface of the upper metal plate 411 for preventing an airflow flowing toward the semiconductor wafer to be heated by the following method.
  • the barrier ring was formed by making the outer peripheral edge of the support container higher than the upper surface (heating surface) of the upper metal plate.
  • the thickness of the upper metal plate 411 is larger than the thickness of the lower metal plate 421.
  • the heating element 425 made of a 200-m-thick stainless steel foil processed into a pattern in which the bent lines are repeated in an annular shape as shown in Fig. 2 and a pattern that is repeated so as to draw a part of a concentric circle is thickened. It was sandwiched between two my force plates 426 each having a thickness of 0.3 mm to obtain a heater 412 having a diameter of 33 Oram.
  • the outer edge of the heating element extends from the outer periphery of the upper metal plate 41
  • the heating element 425 was formed so as to be located within 25% of the diameter of the metal plate 411, and the total number of circuits of the heating element 425 was set to four.
  • the my force plate 4 26 has a portion that becomes a through hole 4 15, a portion that becomes a bottomed hole 4 14, and a portion that becomes a screw hole for passing the metal plate fixing screw 4 17. It was formed in advance.
  • the heater 12 was sandwiched between the upper metal plate 4 11 1 and the lower metal plate 4 2 1 manufactured in the processes (1) to (3), and the lower metal plate 4 2 1 and the heater 4 12 were provided. After passing the metal plate fixing screws 417 through the screw holes, they were tightened to integrate the upper metal plate 411, the lower metal plate 421, and the heater 412.
  • a cylindrical SUS support container 420 as shown in FIG. 1 is manufactured, and a portion to be a through hole 4 15 on the bottom surface of the support container 420 is formed with a bottomed hole 4.
  • a disc-shaped heat shield plate 423 made of SUS was placed at the bottom of the support container 420.
  • the upper metal plate 411 on which the heater 412 manufactured in (4) and the lower metal plate 421 are attached is placed inside the support container 420 on which the heat shield plate 423 is installed. They were arranged and fixed so that the side surfaces of the upper metal plate 4 11, the heater 4 12 and the lower metal plate 6 21 did not come into contact with the supporting container 420.
  • the bottom surface of the lower metal plate 4 21 is formed by a structure in which the screw head of the metal plate fixing screw 4 17 is embedded in the lower metal plate 4 21.
  • the support container 420 was configured to be in contact with the inner surface.
  • the conductive wire 424 is wrapped with the connecting foil taken out of the stainless steel foil, which is the heating element provided on the heater 412, and a metal mounting member is attached. Then, the connection foil and the conductive wire 424 were connected and fixed. In this way, the heating element provided in the heater 4 12 was connected to an external power supply or the like, and a metal heater 4 10 was obtained. (Example 2)
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper metal plate 411 was set to 20 mm, and the thickness of the lower metal plate 421 was set to 5 mm.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate 411 was 25 mm and the thickness of the lower metal plate 421 was 10 mm.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate 411 was 4 Omm, and the thickness of the lower metal plate 421 was 5 mm.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate 411 was set to 2 Omm, and the thickness of the lower metal plate 421 was set to 2 Omm.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper metal plate 411 was set to 36 mm, and the thickness of the lower metal plate 421 was set to 3 mm.
  • Example 7-A metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate 411 was 5 Omm and the thickness of the lower metal plate 421 was 5 mm.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1 except that the thickness of the upper metal plate was set to 5 mm and the thickness of the lower metal plate was set to 2 Omm in the steps (1) to (3) of Example 1, Was manufactured. In this test example, the thickness of the lower metal plate was larger than the thickness of the upper metal plate.
  • the support container 420 was manufactured with the inner diameter of the support container 420 being substantially the same as the diameter (33 Omm) of the upper metal plate 411, and the upper metal plate 411,
  • the metal heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the heater 412 and the lower metal plate 411 were installed and fixed inside the support container 420 so that their side surfaces and the support container 420 were in close contact with each other. .
  • a metal heater with a copper middle plate and a heater installed on the bottom surface of a metal plate was manufactured.
  • the thickness of the metal plate was 55 mm, and the pattern of the heating element was the same as in Example 1.
  • a wafer with a temperature sensor equipped with a thermocouple was placed on the heating surface of the metal heater, and the temperature distribution on the heating surface was measured.
  • the temperature distribution is indicated by the maximum value of the temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature during heating.
  • the temperature distribution on the surface of the wafer with the temperature sensor was measured when the wafer with the temperature sensor was heated from room temperature to 140 ° C with a metal heater. Temperature distribution is measured at 100 ° C, 120 ° C and 130 ° C, and is indicated by the maximum value of the temperature difference between the maximum and minimum temperatures.
  • the flatness of the heated surface of the metal plate at room temperature and 140 ° C was measured using a laser displacement meter (manufactured by Keyence Corporation).
  • FIG. 8 shows a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Example 1 at room temperature, and the evaluation at 140 ° C.
  • the three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Example 1 is shown in FIG. 9, and the three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Test Example 1 at 140 ° C. is shown in FIG. Show.
  • the temperature of the heating surface of the upper metal plate was uniform. This is considered to be because the thickness of the metal plate on the heating surface side is large and the heat transmitted through the metal plate is sufficiently diffused, so that the heating element pattern is not reflected on the heating surface.
  • the flatness of the metal heaters of Examples 1 to 4 was 50 zm or less as shown in Table 1, FIG. 8 and FIG. 9, so that the distance between the upper metal plate and the sensor wafer was uniform and uniform. It is considered that the heating was successful.
  • the lower metal plate having a constant thickness is provided on the bottom surface of the heater, which is considered to be because the heat rays emitted from the heater were uniformed. .
  • the temperature uniformity of the heating surface at a regular time is inferior to that of the metal heaters of Examples 1 to 4, but the temperature uniformity of the heating surface during transition is It is superior to Examples 1-4.
  • the temperature of the heating surface of the upper metal plate was non-uniform at regular and excessive times. This is considered to be because the thickness of the upper metal plate was thin and the metal plate was warped and bent due to thermal expansion during heating.
  • the metal heater according to Comparative Example 1 has a structure in which the heater is installed on the bottom surface of the metal plate and has no lower metal plate, so that the flatness of the heating surface is inferior. It is considered that the temperature became uneven.
  • the amount of overshoot was a large value compared to the measurement results obtained with other metal heaters due to the force measured by the metal heater according to Test Example 1. This is because the lower metal plate is thicker than the upper metal plate, and the heat capacity of the lower metal plate is relatively larger than the heat capacity of the upper metal plate. This is probably because heat conduction to the upper metal plate occurred, resulting in an overshoot phenomenon caused by the heat conduction.
  • the through holes 515 were formed at three places, and the recesses for installing the support pins 518 were formed at nine places.
  • a screw groove is formed in the bottomed hole or the through hole, so that the metal plate fixing screw 5 17 is formed on the disc body.
  • a threaded hole for communication was formed.
  • the upper metal plate and the plate-like body were formed with screw holes having a thickness of 3-4.
  • step (2) the surface of the disk for the upper metal plate manufactured in step (1) on the heated side is subjected to surface grinding using a rotary grinder (manufactured by Okamoto Machine Tool Works, Ltd.).
  • a rotary grinder manufactured by Okamoto Machine Tool Works, Ltd.
  • An upper metal plate 511 having a thickness of 15 mra and a diameter of 33 Omm and a lower metal plate 521 having a thickness of 5 mm and a diameter of 33 Omm were obtained.
  • a barrier ring for a wafer to be heated was provided on the side surface of the upper metal plate 511 using the following method.
  • the barrier ring 532 is provided by increasing the height of the outer peripheral edge of the support container from the upper surface of the heating surface of the upper metal plate.
  • the thickness of the upper metal plate 511 is larger than the thickness of the lower metal plate 521.
  • a heating element made of stainless steel foil was sandwiched between two 0.3 mm-thick my force plates to obtain a heater 5 3 2 3 having a diameter of 3 3 0 mm.
  • the heating element is formed such that the outer edge of the heating element is located within 25% of the diameter of the upper metal plate 5 11 1 from the outer periphery of the upper metal plate 5 11, The total number of circuits was set to 4.
  • a portion to be a through hole 5 15, a portion to be a bottomed hole 5 14, and a portion to be a screw hole for inserting a metal plate fixing screw 5 17 are previously formed in the my force plate 5 26. It was formed.
  • the heater 512 was sandwiched between the upper metal plate 511 and the lower metal plate 521 manufactured in the steps (1) to (3), and the lower metal plate 521 and the heater 512 were provided. After the metal plate fixing screws 5 17 were passed through the screw holes, they were tightened to integrate the upper metal plate 5 11, the lower metal plate 5 21, and the heater 5 12.
  • a SUS support container 520 having a cylindrical shape with a bottom was manufactured, and a support plate 525 was provided on the bottom surface of the support container 5 A part to be 5 15, a part to be a bottomed hole 5 14 and a through hole for passing the conductive wire 5 2 4 are formed, and then a disc-shaped SUS made at the bottom of the support container 5 20 A heat shield plate 5 2 3 was installed.
  • the upper metal plate 511 on which the heater 512 manufactured in (4) and the lower metal plate 521 are attached is placed inside the support container 520 in which the heat shield plate 523 is installed. It was placed via the support plate 5 2 5 and fixed firmly.
  • the conductive wire 524 is wrapped with the connecting stainless steel foil 530 taken out of the stainless steel foil 529 as a heating element provided in the heater 521, and further attached. By crimping these with the member 531 in place, the conductive wire 524 is attached to the stainless steel foil 5300 for connection, and connected to an external power supply, etc., and the metal heater 510 is obtained.
  • Example 9 Example 9
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the thickness of the upper metal plate 511 was set to 2 Omm and the thickness of the lower metal layer 521 was set to 5 mm.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the thickness of the upper metal plate 511 was 25 mm and the thickness of the lower metal plate 521 was 10 mm.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the thickness of the upper metal plate 511 was set to 4 Omm, and the thickness of the lower metal plate 521 was set to 5 mm.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the lower metal plate was made of copper.
  • the thickness of the upper metal plate is larger than the thickness of the lower metal plate.
  • FIG. 11 shows a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Example 8 at room temperature, and illustrates the metal heater heating according to Example 8 at 140 ° C.
  • Fig. 12 shows a three-dimensional shape of a part of the surface, and Fig.
  • Example 8 15 5 0.17 5.37 2.38 1.62 29 30 0.31
  • Example 9 20 5 0.24 5.38 2.80 1.51 29 30 0.34
  • Example 10 25 10 0.19 5.45 2.22 1.76 29 29 0.32
  • Example 11 40 5 0.25 4.80 2.24 1.64 28 29 0.35 Test ⁇ Row 3 20 5 0.52 4.48 3.33 1.86 28 40 0.30 Comparative example 1 55 0 0.42 5.58 3.66 2.36 44 56 0.32
  • the temperature of the heating surface of the upper metal plate was constant at the regular time and during the transition. This is because the material of the metal plate on the heating surface side and the metal plate on the opposite side are the same, so the thermal expansion coefficients are the same, and no warpage occurs even when the temperature rises, so the distance between the wafer and the heating surface varies. This is probably because the material was heated uniformly without performing any heat treatment.
  • metal heaters of Examples 8 to 11 were superior to the metal heater according to Comparative Example 1 described above in terms of the temperature uniformity of the heating surface in the steady state and in the transient state.
  • a portion serving as a concave portion 628 for installation and a portion serving as a bottomed hole 614 for embedding the temperature measuring element 616 were formed.
  • the portion to be the through hole 6 15 was formed in three places, and the portion to be the concave portion 6 28 for installing the support pin 6 18 was formed in 9 places.
  • Fig. 6 (a) eight support pins are arranged at equal intervals on the circumference of a circle concentric with the upper metal plate, and one support pin is placed at the center of the upper metal plate. The arrangement was such that the individual was installed.
  • a bottomed hole or a through hole is formed at a predetermined position, a screw groove is formed in the bottomed hole or the through hole, so that a screw for fixing a metal plate is formed on the disc body. Screw holes for penetrating 17 were formed.
  • the upper metal plate and plate were formed with screw holes having a depth of 3/4 of their thickness.
  • a barrier ring for a wafer to be heated was provided on the side surface of the upper metal plate 611 using the following method. That is, the barrier ring 632 was provided by increasing the height of the outer peripheral edge of the support container from the upper surface of the heating surface of the upper metal plate.
  • the thickness of the upper metal plate 611 is larger than the thickness of the lower metal plate 621.
  • a heating element made of a 200-m-thick stainless steel foil processed into a pattern in which the bending lines are repeated in an annular shape and a pattern that is repeated so as to draw a part of a concentric circle is used. It was sandwiched between two 0.3 mm thick force plates to obtain a heater 6 12 having a diameter of 33 Omm.
  • the heaters 6 1 and 2 were formed such that the diameter of the region where the heating element was formed was 32 Omm, and the total number of circuits of the heating element was 4.
  • the my power plate 6 26 has a portion that becomes a through hole 6 15 and a portion that becomes a bottomed hole 6 14 and a screw hole through which a metal plate fixing screw 6 17 passes. The part was preformed.
  • the heater 6 1 2 is sandwiched between 6 2 1 and the metal plate fixing screw 6 1 7 is passed through the screw holes provided in the lower metal plate 6 2 1 and the heater 6 12.
  • the upper metal plate 6 11, the lower metal plate 6 2 1 and the heater 6 12 were integrated.
  • a support container 620 made of SUS with a bottomed cylindrical shape is manufactured, and a support plate 625 is provided on the bottom surface of the support container 620.
  • a part to be the through hole 615, a part to be the bottomed hole 614, and a through hole for passing the conductive wire 624 are formed, and then the bottom part of the support container 620 is formed.
  • a disk-shaped heat shield plate made of SUS was installed.
  • the upper metal plate 611 on which the heater 612 and the lower metal plate 621 manufactured in (4) are attached is placed inside the support container 620 in which the heat shield plate 623 is installed. It was placed via the support plate 6 25 and fixed firmly.
  • a sealing material (Toa Gosei Co., Aron Ceramic)
  • the bottomed hole 6 14 was sealed with.
  • alumina support pins 618 in the shape shown in Fig. 6 (a) were inserted into nine recesses 628 formed on the heating surface of the upper metal plate 611, and a C-shaped A spring 627 having a shape was fitted around the support pin 618 so as to be in contact with the concave portion 628, thereby being fixed to the heating surface 611a of the upper metal ⁇ 611.
  • the conductive wire 624 is wrapped with the stainless steel foil for connection 630 taken out of the stainless steel foil 629 as a heating element provided on the heater 612, and further attached.
  • the conductive wire 62 4 is attached to the stainless steel foil 6 30 for connection, and connected to an external power source, etc. to obtain the metal heater 6 10 Was.
  • the thickness of the upper metal plate 6 11 is 20 mm
  • the thickness of the lower metal plate 6 2 1 is 5 ram
  • the number of pins is one at the center and five on the same circumference around the center.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 12 except that a total of six heaters were used.
  • the thickness of the upper metal plate 6 1 1 is 25 mm
  • the thickness of the lower metal plate 6 2 1 is 10 mm
  • the number of pins is 1 at the center
  • 6 on the same circumference around the center Further, except that a total of 19 pieces were provided on the outer circumference on the same circumference, a total of 19 pieces were formed in the same manner as in Example 12. Was manufactured.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 12 except that the thickness of the upper metal plate 611 was set to 40 mm, and the thickness of the lower metal plate 621 was set to 5 mm.
  • Example 12 In the step (2) of Example 12, two recesses for mounting the support pins were formed on the heating surface side surface of the disk for the upper metal plate, and in the step (6), the upper metal was removed.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 12 except that the support pins were provided in five concave portions formed on the heating surface of the plate.
  • Example 16 a total of five support pins were installed on the heating surface of the upper metal plate, and four support pins were arranged at equal intervals on the circumference of a circle concentric with the upper metal plate. The arrangement was such that one support pin was provided at the center of the metal plate.
  • Example 12 This example is the same as Example 12 except that a heater having a diameter of 22 O mm was used, and the number of pins was one at the center and four on the same circumference around the heater, for a total of five pins.
  • Manufactured metal heaters Manufactured metal heaters.
  • a heater having a diameter of 22 O mm was used, and the number of pins was one at the center, four around the center, and ten outside the center, and a total of 15 were arranged on the same circumference.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 12 except for the above.
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 12 except that the number of pins was one at the center, and three inclinations were arranged on the same circumference around the center to make a total of four pins. .
  • a metal heater was manufactured in the same manner as in Example 17 except that the number of pins was such that three support pins were arranged at equal intervals on the circumference of a concentric circle with the upper metal plate.
  • Example 3 The temperature was raised by energizing the metal heaters according to Examples 12 to 18, Test Examples 4 and 5, and Comparative Example 2.
  • FIG. 16 to 16 show the relationship between the temperature and time at each measurement point of the wafer with the temperature sensor when the measurement was performed using the metal heater according to Example 16 in FIGS.
  • Figures 14 and 17 show the relationship between temperature and time near 100 ° C
  • Figures 15 and 18 show the relationship between temperature and time near 120 to 130 ° C
  • Figures 16 and 19 show the temperature near 140 ° C. Shows the relationship between time and time.
  • FIG. 20 shows a three-dimensional shape of a part of the metal heater heating surface according to Example 12 at room temperature
  • FIG. 20 shows the metal heater heating surface according to Example 12 at 140 ° C.
  • FIG. 21 shows a partial three-dimensional shape of the metal heater
  • FIG. 22 shows a partial three-dimensional shape of the metal heater heating surface according to Comparative Example 2 at 140 ° C.
  • the metal heaters according to Examples 12 to 15 had a uniform temperature on the heating surface of the upper metal plate during the steady state and during the transition. This is considered to be because the thickness of the metal plate on the heating surface side is more than a certain value, and the heat transmitted through the metal plate is sufficiently diffused, so that the heating element pattern is not reflected on the heating surface. Also, the temperature was uniform, especially during the transition, because the distance between the support pins was so small that the sensor wafer did not bend and the distance between the heated surface of the upper metal plate and the sensor wafer varied. It is thought that it was not.
  • the metal heaters of Examples 12 to 15 had a flatness of 50 ⁇ ⁇ ⁇ or less, so that the distance between the upper metal plate and the sensor wafer was limited. It is considered that there was no fluctuation and the heating was uniform.
  • the lower metal plate having a constant thickness is provided on the bottom surface of the heater, so that the heat rays emitted from the heater are made uniform. it is conceivable that.
  • the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the transition was not uniform.
  • the reason why the temperature of the heating surface fluctuated during the transition was that the distance between the heating surface of the upper metal plate and the sensor wafer was slightly increased due to the large spacing between the support pins and the sensor wafer being slightly bent. It is considered that this was due to the variation of However, the temperature of the heating surface of the upper metal plate at regular time was almost uniform, and there was no practical problem.
  • the temperature of the heating surface of the upper metal plate was constant during transient operation. This is because a sufficient number of support pins are arranged on the heating surface, the semiconductor wafer does not bend, and the clearance between the heating surface and the semiconductor wafer is accurately maintained. This is considered to be due to the fact that it is easy to ensure the uniformity, particularly the uniformity of the temperature of the heated surface during the transition.
  • the temperature of the heating surface of the upper metal plate during the transition was not uniform.
  • the metal heater according to Test Example 5 Compared with the metal heater, the temperature of the heating surface of the upper metal plate during transition was uneven. During the transition, the temperature of the heating surface fluctuated because the distance between the support pins was so large that the sensor wafer was slightly bent, and the distance between the heating surface of the upper metal plate and the sensor wafer was slight. It is considered that this was due to variation.
  • the temperature of the heating surface of the upper metal plate was not uniform at regular and transient times. It is considered that the reason why the temperature of the heated surface fluctuated was that the distance between the metal plate and the sensor wafer varied due to the large undulation.
  • the metal heater according to the first aspect of the present invention includes only one metal plate, and has a semiconductor wafer compared to a metal heater in which a heater is provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate. And the like can be heated quickly.
  • the thickness of the metal plate on the heating surface side is equal to or greater than the thickness of the metal plate on the opposite side of the heating surface.
  • the metal heater according to the second aspect of the present invention includes only one metal plate, and has a semiconductor wafer or the like as compared with a metal heater in which a heater is provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate. Can be quickly heated.
  • the plurality of metal plates constituting the metal heater are made of the same material, so that the flatness of the heating surface during heating is improved, and the surface of the semiconductor wafer or the like is covered. Since the distance from the heated object can be kept constant, the semiconductor wafer and the like can be uniformly heated.
  • the metal heater according to the third aspect of the present invention includes only one metal plate, and has a semiconductor wafer or the like as compared with a metal heater in which a heater is provided on a surface opposite to a heating surface of the metal plate. Can be quickly heated. Further, in the metal heater according to the third aspect of the present invention, a convex portion for supporting the object to be heated is provided on the heating surface of the metal plate facing the object to be heated, corresponding to the region where the heating element is formed. Therefore, the semiconductor wafer or the like to be heated hardly bends. For this reason, the distance between the semiconductor wafer or the like and the heating surface of the metal plate can be made constant, and the entire semiconductor wafer can be uniformly heated.

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Abstract

　本発明は、加熱時における半導体ウエハ等の温度のばらつきが小さく、迅速に加熱することができ、かつ、金属板に反りや撓みが発生することのない金属ヒータを提供することを目的とする。　本発明の金属ヒータは、金属板と発熱体とから構成される金属ヒータであって、　前記金属板は複数であるとともに、　前記金属板の間には、前記発熱体が挟持されており、　加熱面側の金属板の厚さが、加熱面の反対側の金属板の厚さと等しいか、または、それよりも厚いことを特徴とする。

Description

明細書
金属ヒータ 技術分野
本発明は、 主に半導体産業、 光産業において使用される金属ヒータに関する。 背景技術
エッチング装置や、 化学的気相成長装置等を含む半導体製造、 検査装置等にお いては、 従来、 ステンレス鋼などの金属製基材を基板とした金属ヒータが用いら れてきた。 .
図 4は、 従来から使用されている構成の金属ヒータを模式的に示した断面図で める。
この金属ヒータ 4 5 0は、 厚さ 1 5 mmのアルミニウム板 4 5 1に、 ニクロム 線 4 5 2をシリコンゴム 4 6 1で挟持したヒータ 4 5 3が設けられている。 発明の要約
ところが、 これらの構造を有する金属ヒータでは、 以下のような問題があった。 金属ヒータに用いられる金属板は、 ある程度の厚みを有する必要があった。 な ぜなら、 金属板が薄い場合には、 剛性が小さくなるため、 加熱に起因する熱膨張 により、 金属板が周囲より圧迫を受けることや、 支持容器と金属板との熱膨張率 の違いに起因して、 金属板に反り、 撓み等が発生してしまうからである。
そして、 金属板に、 このような反りゃ撓み等が発生した場合には、 金属板上に 载置した半導体ウェハが均一に加熱されず、 温度にばらつきが発生したり、 半導 体ウェハに傷がついたりしてしまうことがあった。
し力 しながら、 金属板の厚みを厚くすると、 金属板の熱容量が大きくなり、 被 加熱物を加熱、 冷却する場合、 発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金 属板の加熱面の温度が迅速に追従せず、 温度制御しにくいという問題があった。 また、 金属板上に半導体ウェハを載置し、 金属板の加熱面の温度が急激に低下 した際に、 これを元の温度に戻すまでに要する時間 （リカバリー時間） が長くな り、 生産性が低下するという問題があった。
また、 このような金属ヒータでは、 昇温した場合に、 設定温度から一時的に上 方に外れるオーバーシユート現象があり、 このオーバーシュートが発生した場合 には、 金属ヒータの加熱面を設定した温度にするために、 さらに多くの時間を要 していた。
なお、 近年の半導体ウェハ等の大口径化等に伴って、 より直径の大きい金属ヒ ータが求められているが、 金属板の直径が大きくなるにつれて、 金属板自体の温 度分布にもばらつきが発生しゃすくなり、 上記した半導体ウェハの温度均一性が 益々低下することになる。
本発明者らは、 上述した問題点に鑑み、 昇温速度が比較的速く、 リカバリー時 間が比較的短く、 加熱時における半導体ウェハ等の温度ばらつきが小さく、 かつ、 金属板に反りゃ撓みが発生することのない金属ヒータを得ることを目的として鋭 意研究を行った結果、 複数の金属板の間に発熱体を挟持させるとともに、 加熱面 側の金属板の厚さを反対側の厚さに比べて厚くすることにより、 加熱面の平坦性 を確保するとともに、 加熱面を均一な温度とすることができることを見出し、 第 一の本発明を完成するに至った。
すなわち、 第一の本発明の金属ヒータは、 金属板と ¾熱体とから構成される金 属ヒータであって、 上記金属板は複数であるとともに、 上記金属板の間には、 上 記発熱体が挟持されており、 加熱面側の金属板の厚さが、 加熱面の反対側の金属 板の厚さと等しいか、 または、 それよりも厚いことを特徴とする。
第一の本発明の金属ヒータは、 複数の金属板を有しており、 これらの金属板の 間には、 ヒータが挟持されている。 このような構成の金属ヒータでは、 一の金属 板のみからなり、 該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属 ヒータに比べると、 半導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱することができ、 リ カバリー時間も短くなる。
第一の本発明の金属ヒータでは、 加熱面側の金属板の厚さが、 加熱面の反対側 の金属板の厚さと等しいか、 または、 厚くなつているため、 加熱時における加熱 面の平坦性が向上するとともに、 半導体ウェハ全体を均一に加熱することができ る。 以下、 この理由を簡単に説明する。
第一の本発明の金属ヒータでは、 加熱面側の金属板の厚さが厚いため、 機械的 強度が大きくなり、 加熱時に金属板の反り等が発生しにくい。 従って、 加熱時に 加熱面の平坦性が向上することとなる。
また、 加熱面側の金属板の厚さが厚い場合、 加熱面の反対側の金属板の熱容量 は、 加熱面側の金属板の熱容量に比べて相対的に小さい。 そのため、 加熱面の反 対側の金属板は、 加熱面側の金属板に比べて、 熱の蓄積が起こりにくくなる。 従 つて、 常温のシリコンウェハを加熱面に順次載置し、 連続処理を行う場合であつ ても、 加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導が起こりにくく、 当然、 加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導に起因したォー バーシュート現象による加熱面側の金属板の温度変化も生じにくい。 従って、 力 H 熱面側の金属板の温度制御が容易であり、 加熱処理温度を一定に保つことができ る。
第一の本発明の金属ヒータは、 金属板に設置された発熱体に、 さらに別の金属 板を取り付けるような構成、 すなわち、 2つの金属板の間に発熱体を挟持するよ うな構成であってもよく、 また、 3以上の金属板の間に発熱体を挟持するような 構成としてもよい。
第一の本発明の金属ヒータが、 3以上の金属板を有する場合、 加熱面側の金属 板の厚さとは、 最上層のヒータよりも上に存在する金属板の厚さをいい、 加熱面 と反対側の金属板の厚さとは、 最上層のヒータより下に存在する金属板の厚さの 合計のことをいう。
ここで、 3つの金属板を有する場合の金属ヒータの構成を図 3に示す。 なお、 図 3では、 金属板およびヒータのみを図示している。
図 3に示すような金属ヒータの場合、 加熱面側の金属板の厚さとは、 最上層の ヒータ Aよりも上に存在する金属板 Aの厚さ aのことをいう。 また、 加熱面と反 対側の金属板の厚さとは、 最上層のヒータ Aよりも下に存在する金属板 Bおよび 金属板 Cの厚さの合計 b + cのことをいう。
以下、 第一の本発明の説明では、 主に 2つの金属板にヒータが挟持されている 構成の金属ヒータについて説明することとする。 なお、 金属ヒータが上記のよう に 2つの金属板を有する構成である場合、 加熱面側の金属板のことを上部金属板 といい、 加熱面と反対側の金属板のことを下部金属板ということとする。
第一の本発明の金属ヒータにおいて、 上部金属板の厚さは、 その下限が 3 mm であることが望ましい。
上部金属板の厚さが 3 mm未満では、 発熱体は加熱面との距離が短すぎるため に、 加熱面の温度分布に発熱体のパターンが反映されてしまい、 その結果、 半導 体ウェハ等の被加熱物を均一に加熱することができない場合がある。 これに対し、 上部金属板の厚さが上記範囲にある場合には、 加熱面の温度分布に発熱体パター ンが反映されることがなく、 被加熱物を均一に加熱することができる。
さらに、 上部基板の厚さが上記範囲にある場合には、 機械的な強度に優れ、 該 金属板に反りゃ撓み等が発生しないため、 加熱面の平坦性をより確実に確保する ことができる。
また、 上部金属板の厚さの下限は、 5 mmであることがより望ましい。
上部金属板の厚さの上限は、 5 O mmであることが望ましい。 上部金属板の厚 さが 5 O mmを超えると、 発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金属板 の加熱面の温度が追従しにくくなり、 半導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱す ることができない場合があり、 さらに、 加熱面に半導体ウェハを載置した際に低 下した温度を元に戻すまでの時間 （リカバリー時間） が長くなり、 これが作業時 間の延長、 生産性の低下に繋がることがある。
上部金属板の厚さの上限は、 3 O mmであることがより望ましい。
また、 上記構成とした場合の下部金属板の厚さの望ましい上限は 5 O mmであ り、 望ましい下限は l mmであり、 より望ましい上限は 3 O mmであり、 より望 ましい下限は 3 mmである。
さらに、 上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比 （上部金属板の厚さ/下部 金属板の厚さ） は、 1〜1 0であることが望ましい。 1 0を超えると、 上部金属 板の熱容量が大きくなり過ぎ、 被加熱物を迅速に加熱することができなくなるこ とがある。 また、 上部金属板の熱容量が大きくなり過ぎると、 加熱面の最外周近 傍と中心部近傍との温度差が大きくなり、 その結果、 加熱面の温度均一性が低下 することがある。 上記上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比は、 1より大きく、 かつ、 1 0 以下であるのが最適である。 上記上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比が、 上記範囲にある場合は、 定常状態における加熱面の温度均一性に優れるからであ る。
第一の本発明の金属ヒータにおいて、 上部金属板と下部金属板との間には、 ヒ 一タが挟持されており、 このヒータの内部には発熱体が形成されているのである 力 この発熱体を構成する回路は、 2以上に分割されていることが望ましい。 発熱体を構成する回路が 2以上に分割されている場合には、 温度が低下しやす V、金属ヒータの最外周で細かい温度制御を行うことが可能となり、 金属ヒータの 温度のばらつきを抑えることができる。
また、 第一の本発明の金属ヒータでは、 複数の金属板およびヒータの直径が全 て同じであることが望ましい。 ヒータからの熱を金属板の加熱面に均一に伝達す ることができるからである。
なお、 金属板と支持容器との間に断熱リング等を介設する場合等においては、 金属板の直径をそれぞれ異なるものとしてもよい。
第一の本発明の金属ヒータにおける、 金属板の直径は、 2 O O mm以上が望ま しい。 大きな直径を持つ金属ヒータほど、 加熱時に半導体ウェハの温度が不均一 化しやすいため、 第一の本発明の構成が有効に機能するからである。 また、 この ような大きな直径を持つ基板は、 大口径の半導体ウェハを载置することができる からである。
金属板の直径は、 特に 1 2インチ （3 0 0 mm) 以上であることが望ましい。 次世代の半導体ウェハの主流となるからである。
第一の本発明の金属ヒータを構成する金属板は、 その表面における平坦度が 5 0 /z m以下であることが望ましい。 第一の本発明の金属ヒータを用いて半導体ゥ ェハを加熱する場合には、 半導体ウェハと金属板との距離をほぼ一定にすること が可能となるため、 半導体ウェハの全体が均一となるように加熱することができ る。 また、 上記金属板は、 その表面における平坦度が 3 0 / m以下であることが より望ましい。
このように平坦性に優れる金属ヒータを実現するためには、 金属板が熱膨張し た際の側面からの圧迫に伴う金属板の湾曲を防止する必要がある。 このため、 金 属板の側面と支持容器 （ボトムプレート） との間が密着しないように、 スペース を確保することが望ましい。
上記金属板の材料は、 熱伝導性に優れるとともに、 剛性が高く、 熱膨張した際 にも、 変形しにくいものが望ましく、 金属板自体の加工が終了した時点でより平 坦度に優れたものとなっていることが望ましい。
第一の本発明の金属ヒータを構成する金属板の材質としては、 例えば、 アルミ 二ゥム、 アルミニウム合金、 銅、 銅合金、 ステンレス、 インコネル、 鋼鉄等を使 用することができるが、 これらのなかでは、 アルミニウム合金が望ましく、 アル ミニゥム—銅の合金がより望ましい。 アルミニウム一銅の合金は、 機械的な強度 が高いため、 金属板の厚さを薄くしても、 加熱により反ったり、 歪んだりしない。 そのため、 金属板を薄くて軽いものとすることができる。 また、 アルミニウム一 銅の合金は、 熱伝導率にも優れているため、 金属板として使用した場合、 発熱体 の温度変化に合わせて、 加熱面の温度を迅速に追従させることができる。 すなわ ち、 電圧、 電流値を変えて発熱体の温度を変化させることにより、 上部金属板の 加熱面温度を制御することができるのである。
第一の本発明の金属ヒータでは、 上部金属板の材質と下部金属板の材質とが同 —であることが望ましい。 両者の熱膨張率の差により、 上部金属板に反りゃ撓み 等の変形の発生を防止することができ、 より確実に加熱面の平坦性を確保するこ とができるからである。
また、 上記アルミニウム一銅合金には、 アルミニウム、 銅のほかに、 マグネシ ゥム、 マンガン、 ケィ素、 亜鉛等を添カ卩してもよレ、。 加工性、 耐食性、 低膨張性 等の諸機能を向上させることができるからである。
上記金属板の材質として、 アルミニウム、 アルミニウム合金等を用いる場合は、 金属板の表面にアルマイト処理を施すことが望ましい。
このような処理を行うことにより、 金属板の耐食性が向上するとともに、 表面 が硬くなるため、 金属板に傷等が付きにくくなる。 また、 実際の半導体製造-検 査工程で使用する場合であっても、 金属板がレジスト液ゃ腐食性ガス等によって 腐食されにくくなる。 さらに、 通常のアルマイ ト処理よりも低温度、 高電圧、 高電流密度で陽極酸ィ匕 被膜処理を行うことにより、 硬質アルマイト処理とすることができる。 このよう な硬質アルマイト処理では、 より硬質で厚い被膜を得ることが可能となる。 なお、 上記被膜の厚さとしては、 1 μ πι以上が望ましいが、 上記硬質アルマイ ト処理では、 被膜の厚さを 3 /i m以上とすることができる。
第一の本発明の金属ヒータでは、 発熱体が彤成されている領域の外縁は、 金属 板の外周から金属板の直径の 2 5 °/0以内の位置に存在していることが望ましい。 通常、 金属板の外周部分では、 金属板の外縁部からの放熱が発生するため、 金属 板の中心部分よりも低温となり、 その結果、 加熱面の温度が不均一になりやすい ヽ 第一の本発明の金属ヒータでは、 このような外周部分にも発熱体が配設され ているため、 被加熱物である半導体ウェハ等を温度のばらつきなく、 均一に加熱 することができる。
また、 上記発熱体は、 2以上に分割されていることが望ましい。
発熱体が 2以上に分割されている場合には、 それぞれの発熱体について別々に 温度制御することにより、 加熱面の温度をより均一にすることができるからであ る。 具体的には、 例えば、 最外周に形成された発熱体パターンを、 複雑に分割さ れたパターンとすることで、 温度が低下しゃすい金属ヒータの最外周で細かい温 度制御を行うことが可能となり、 加熱面の温度のばらつきを抑えることができる。 第一の本発明の金属ヒータでは、 その金属板の側面、 または、 当該金属板の加 熱面の外縁もしくは表面にウェハガイドリングが設けられていてもよい。
上記金属ヒータを支持容器に取り付けて使用する場合などに、 金属板の側方か ら、 金属ヒータに載置した半導体ウェハに向かって流れる気流が発生し、 この気 流によって、 半導体ウェハの温度の均一性が確保できなくなることがあるが、 上 記ウェハガイドリングを設けることにより、 半導体ウェハに向かって流れる気流 を阻止することができるため、 半導体ウェハの温度の均一性をより一層確保する ことができる。
また、 本発明者らは、 上述した問題点に鑑み、 昇温速度が比較的速く、 リカバ リー時間が比較的短く、 金属板に反りゃ撓みが発生することがなく、 半導体ゥェ ハ等の被加熱物を均一に加熱することができる金属ヒータを得ることを目的とし て鋭意研究を行った結果、 複数の金属板の間に発熱体を挟持させるとともに、 こ れらの金属板の材質を同じとすることにより、 加熱面の平坦性を確保することが できるとともに、 加熱面を均一な温度とすることができることを見出し、 第二の 本発明を完成するに至った。
すなわち、 第二の本発明の金属ヒータは、 複数の金属板と発熱体とから構成さ れ、 上記金属板の間に上記発熱体が挟持された金属ヒータであって、 上記複数の 金属板は、 同質の材料からなることを特徴とする。
第二の本発明の金属ヒータは、 複数の金属板を有しており、 これらの金属板の 間には、 ヒータが挟持されている。 このような構成の金属ヒータでは、 一の金属 板のみからなり、 該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属 ヒータに比べると、 ヒータより加熱面側の金属板の厚さを上記一の金属板より薄 くすることができるため、 半導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱することがで き、 リカバリー時間も短くなる。
さらに、 第二の本発明の金属ヒータでは、 複数の金属板が同質の材料から構成 されているため、 金属ヒータの温度を上昇させたり、 下降させたりしても、 複数 の金属板が同じ割合で伸び縮みすることとなる。 このため、 これらの金属板が固 定ネジで固定されていても、 ヒータより加熱面側の金属板に反りゃ撓みは発生せ ず、 加熱時における加熱面の平坦性が維持され、 半導体ウェハと加熱面との距離 を一定にすることができるため、 半導体ウェハ全体を均一に加熱することができ る。
第二の本発明の金属ヒータでは、 複数の金属板のうち、 ヒータより加熱面側の 金属板 （上部金属板） の厚さが反対側の金属板の厚さ （下部金属板） に比べて厚 いことが望ましい。
また、 加熱面側の金属板の厚さが厚い場合、 加熱面の反対側の金属板の熱容量 は、 加熱面側の金属板の熱容量に比べて相対的に小さい。 そのため、 加熱面の反 対側の金属板は、 加熱面側の金属板に比べて、 熱の蓄積が起こりにくくなる。 従 つて、 常温のシリコンウェハを加熱面に順次載置し、 連続処理を行う場合であつ ても、 加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導が起こりにくく、 当然、 加熱面の反対側の金属板から加熱面側の金属板への熱伝導に起因したォー バーシュート現象による加熱面側の金属板の温度変化も生じにくい。 従って、 加 熱面側の金属板の温度制御が容易であり、 加熱処理温度を一定に保つことができ る。
第二の本発明の金属ヒータは、 金属板に設置された発熱体に、 さらに別の金属 板を取り付けるような構成、 すなわち、 2つの金属板の間に発熱体を挟持するよ うな構成としてもよく、 また、 3以上の金属板の間に発熱体を挟持するような構 成としてもよい。 なお、 第二の本発明の金属ヒータが 3以上の金属板を有する場 合において、 加熱面側の金属板 （上部金属板） の厚さ、 および、 加熱面と反対側 の金属板 （下部金属板） の厚さの意味は、 第一の本発明と同様である。
以下、 第二の本発明の説明では、 主に 2つの金属板にヒータが挟持されている 構成の金属ヒータについて説明することとする。
第二の本発明の金属ヒータにおいて、 上部金属板の厚さは、 その下限が 3 mm であることが望ましい。 その理由は、 第一の本発明と同様である。 また、 上部金 属板の厚さの下限は、 5 mmであることがより望ましい。
上部金属板の厚さの上限は、 5 O mmであることが望ましい。 その理由は、 第 一の本発明と同様である。 上部金属板の厚さの上限は、 3 O mmであることがよ り望ましい。
また、 上記構成とした場合の下部金属板の厚さの望ましい上限は 5 O mmであ り、 望ましい下限は 1. mmであり、 より望ましい上限は 3 O mmであり、 より望 ましい下限は 3 mmである。
さらに、 上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比 （上部金属板の厚さノ下部 金属板の厚さ） は、 1〜 1 0であることが望ましい。 その理由は、 第一の本発明 と同様である。 特に 1を超える場合が最適である。 定常状態の加熱面の温度均一 性に優れるからである。
第二の本発明の金属ヒータにおいて、 上部金属板と下部金属板との間には、 ヒ 一タが挟持されており、 このヒータの内部には発熱体が形成されているのである 力 この発熱体の回路は、 第一の本発明と同様、 2以上に分割されていることが 望ましく、 また、 複数の金属板およびヒータの直径が全て同じであることが望ま しい。 なお、 金属板と支持容器との間に断熱リング等を介設する場合等において は、 金属板の直径をそれぞれ異なるものとしてもよい。
第二の本発明の金属ヒータにおける、 金属板の直径は、 2 0 0 mm以上が望ま しく、 特に 1 2インチ （3 0 0 mm) 以上であることが望ましい。 その理由は、 第一の本発明と同様である。
第二の本発明の金属ヒータを構成する金属板は、 その表面における平坦度が 5 0 以下であることが望ましく、 3 0 /z m以下であることがより望ましい。 そ の理由は、 第一の本発明と同様である。
このように平坦性に優れる金属ヒータを実現するためには、 金属板が熱膨張し た際の側面からの圧迫に伴う金属板の湾曲を防止する必要がある。 このため、 金 属板の側面と支持容器 （ボトムプレート） との間が密着しないように、 スペース を確保することが望ましい。
第二の本発明では、 複数の金属板は、 同質の材料からなるが、 これらの金属板 の材料は、 熱伝導性に優れるとともに、 剛性が高く、 熱膨張した際にも、 変形し にくいものが望ましく、 金属板自体の加工が終了した時点でより平坦度に優れた ものとなっていることが望ましい。 上記金属板の材質としては、 例えば、 第一の 本発明で用いるものと同様のもの等が挙げられる。
また、 第二の本発明においても、 その材質は、 第一の本発明と同様の理由でァ ルミニゥム合金が望ましく、 アルミニウム一銅の合金がより望ましい。 また、 第 —の本発明と同様、 上記アルミニウム一銅合金には、 アルミニウム、 銅のほカに、 マグネシウム、 マンガン、 ケィ素、 亜鉛等が添加されていてもよい。
上記金属板の材質として、 アルミニウム、 アルミニウム合金等を用いる場合は、 第一の本発明と同様、 金属板の表面にアルマイト処理を施すことが望ましい。 なお、 アルマイト処理を行った場合の被膜の厚さとしては、 以上が望ま しいが、 上記硬質アルマイト処理では、 被膜の厚さを 3 m以上とすることがで きる。
第二の本発明の金属ヒータでは、 発熱体が形成されている領域の外縁は、 金属 板の外周から金属板の直径の 2 5 °/0以内の位置に存在していることが望ましい。 また、 上記発熱体は、 2以上に分割されていることが望ましい。 さらに、 第二 の本発明の金属ヒータでは、 その金属板の側面、 または、 当該金属板の加熱面の 外縁もしくは表面にウェハガイドリングが設けられていてもよい。 これらの理由 は、 第一の本発明と同様である。
さらに、 第二の本発明の金属ヒータでは、 金属板の被加熱物と対向する加熱面 に、 発熱体が形成された領域に対応して、 被加熱物を支持するための凸部が設け られていることが望ましい。 これにより、 被加熱物である半導体ウェハ等に撓み が発生しにくくなるので、 半導体ウェハ等と金属板の加熱面との距離を一定にす ることができ、 半導体ウェハ全体を均一に加熱することができる。
第二の本発明において、 「発熱体が形成された領域に対応して、 被加熱物を支 持するための凸部が設けられている」 および 「発熱体が形成された領域」 とは、 後述する第三の本発明と同様である。
上記凸部の数としては、 上記発熱体が形成された領域の直径が 2 5 O mm以上、 3 0 O mm未満の場合は 6以上が望ましく、 上記発熱体が形成された領域の直径 力 2 0 0 mm以上、 2 5 0 mm未満の場合は 5以上が望ましく、 上記発熱体が形 成された領域の直径が 3 0 O mm以上の場合は 7以上が望ましい。 その理由は、 後述する第三の本発明と同様である。
なお、 金属板の加熱面に設置する凸部の数の上限は、 特に限定されるものでは ないが、 上記発熱体が形成された領域の直径が 2 5 O mm以上、 3 0 0 mm未満 の場合は、 2 0以下が望ましく、 上記発熱体が形成された領域の直径が 2 0 O m m以上、 2 5 0 mm未満の場合は、 1 5以下が望ましい。 その理由は、 後述する 第三の本発明と同様である。
また、 上記凸部を設置する位置については、 例えば、 後述する第三の本発明の 配置と同様の配置等が挙げられる。
さらに、 上記凸部を設置する位置については、 金属板上に広く分散させ、 かつ、 中心に対して回転対象となる位置に設けられていることが望ましい。 その理由は、 後述する第三の本発明と同様である。
一方、 凸部が金属板上に偏在している場合および/または不規則な間隔で設け られている場合、 凸部同士の間隔が広い箇所ができ、 その箇所において、 半導体 ウェハに撓みが発生し、 その結果、 半導体ウェハと金属板との距離が不均一とな り、 半導体ウェハを均一に加熱することが困難となる。 また、 上記凸部を金属板の加熱面に設置する方法としては、 後述する第三の本 発明で用いる方法と同様の方法を用いることができる。
さらに、 上記支持ピンを凹部に固定する方法としても、 後述する第三の本発明 で用いる方法と同様の方法を用いることができる。
第二の本発明の金属ヒータとしては、 上記発熱体が形成され 領域が 2 5 0 m m以上の直径であり、 金属板の加熱面上に 6つ以上の支持ピンが設けられたもの が最適である。 また、 上記発熱体が形成された領域の中心には、 少なくとも 1つ の支持ピンが設けられていることが望ましい。
上記支持ピンの形状としては、 例えば、 先端が円錐の尖塔状、 角錘の尖塔状ま たは半球状のもの等が望ましい。 また、 上記支持ピンの先端部以外の形状が円柱 状である場合、 その直径は、 1〜1 O mmであることが望ましい。 また、 上記支 持ピンの円柱状部分の高さは、 1〜1 O mmであることが望ましい。 これらの理 由は、 後述する第三の本発明と同様である。
さらに、 上記支持ピンが釘のように頭部を有する形状である場合には、 上記頭 部は、 凹部に嵌合することができる形状や大きさであることが望ましい。 その理 由は、 後述する第三の本発明と同様である。
上記支持ピンは、 セラミック製であることが望ましく、 熱変形が比較的少なく シリコンウェハに対して磨耗しにくい点、 生産性、 コス ト等を考慮すると、 アル ミナ、 シリカ等の酸化物セラミックであることが望ましい。
上記金属ヒータにおいて、 支持ピンは、 金属板の加熱面から同じ高さで突出し ていることが望ましい。 その理由は、 後述する第三の本発明と同様である。 上記支持ピンが金属板の加熱面から突出する高さは、 5〜5 0 0 0 μ ιηである こと、 すなわち、 被加熱物を金属板の加熱面から 5〜 5 0 0 0 m離間した状態 で保持することが望ましい。 その理由は、 後述する第三の本宪明と同様である。 被加熱物と金属板の加熱面とは 5〜5 0 0 m離間することがより望ましく、
2 0〜 2 0 0 z m離間することが更に望ましい。
上記支持ピンを設置する凹部および支持ピン用貫通孔の直径は 1〜 1 O mmが 望ましい。 また、 凹部の深さは、 1〜 1 O mmであることが望ましい。 その理由 は、 後述する第三の本発明と同様である。 さらに、 本発明者らは、 上述した問題点に鑑み、 過渡時面内均一性に優れ、 リ カバリー時間が比較的短く、 加熱時に半導体ウェハ等の被加熱物に撓みが発生す ることがなく、 被加熱物を均一に加熱することができる金属ヒータを得ることを 目的として鋭意研究を行った結果、 複数の金属板の間に発熱体を挟持させるとと もに、 金属板の被加熱物と対向する加熱面に発熱体が形成された領域に対応して、 凸部を設けることにより、 半導体ウェハに撓みが発生することがなく、 被加熱物 を均一に加熱することができることを見出し、 第三の本発明を完成するに至った。 すなわち、 第三の本発明の金属ヒータは、 複数の金属板と発熱体とから構成さ れ、 上記金属板の間に上記発熱体が挟持された金属ヒータであって、 上記金属板 の被加熱物と対向する加熱面には、 上記発熱体が形成された領域に対応して、 被 加熱物を支持するための凸部が設けられていることを特徴とする。
第三の本発明の金属ヒータは、 複数の金属板を有しており、 これらの金属板の 間には、 ヒータが挟持されている。 このような構成の金属ヒータでは、 一の金属 板のみからなり、 該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属 ヒータに比べると、 ヒータより加熱面側の金属板の厚さを上記一の金属板より薄 くすることができるため、 半導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱することがで き、 リカバリー時間も短くなる。
さらに、 第三の本発明の金属ヒータでは、 金属板の被加熱物と対向する加熱面 に、 発熱体が形成された領域に対応して、 被加熱物を支持するための凸部が設け られているため、 被加熱物である半導体ウェハ等に撓みが発生しにくい。 このた め、 半導体ウェハ等と金属板の加熱面との距離を一定にすることができ、 半導体 ウェハ全体を均一に加熱することができる。
第三の本発明において、 「発熱体が形成された領域に対応して、 被加熱物を支 持するための凸部が設けられている」 とは、 金属板の発熱体が形成された領域の 大きさや、 加熱する半導体ウェハの大きさに合わせて、 適切な数の凸部が、 金属 板の加熱面の適切な位置に設けられていることをいう。
なお、 「発熱体が形成された領域」 とは、 金属板に形成された発熱体パターン を垂直に金属板の加熱面に移行した際に、 上記発熱体パターン部分を全て含む最 小円の内部領域のことをいう。 上記凸部の数としては、 上記発熱体が形成された領域の直径が 2 5 O mm以上、 3 0 0 mm未満の場合、 6以上が望ましい。 このような場合に、 凸部の数が 6未 満では凸部同士の間隔が広くなり過ぎ、 半導体ウェハに撓みが発生し、 その結果、 半導体ウェハと金属板との距離にばらつきが発生し、 半導体ウェハの全体を均一 に加熱することが困難になる。 また、 上記発熱体が形成された領域の直径が 2 0 O mm以上、 2 5 O mm未満の場合、 上記凸部の数は、 5以上が望ましく、 上記 発熱体が形成された領域の直径が 3 0 O mm以上の場合、 7以上が望ましい。 なお、 金属板の加熱面に設置する凸部の数の上限は、 特に限定されるものでは ないが、 上記発熱体が形成された領域の直径が 2 5 O mm以上、 3 0 0 mm未満 の場合、 2 0以下が望ましい。 製造工程の煩雑さを避け、 製造コストを抑え、 か つ、 加熱面の温度をより均一にするという観点からである。 また、 上記発熱体が 形成された領域の直径が 2 0 O mm以上、 2 5 O mm未満の場合、 上記凸部の数 は、 1 5以下が望ましい。
また、 上記凸部を設置する位置については、 例えば、 金属板の比較的外周部と なる領域で、 金属板と同心円の円周上に、 複数個の凸部を等間隔で設け、 金属板 の中心部に支持ピンを 1個設ける配置、 金属板の比較的外周部となる領域で、 金 属板と同心円の円周上、 および、 その内周になる同心円の円周上に、 それぞれ複 数個の支持ピンを等間隔で設け、 金属板の中心部に支持ピンを 1個設ける配置等 が挙げられる。
さらに、 上記凸部を設置する位置については、 金属板上に広く分散させ、 かつ、 中心に対して回転対象となる位置に設けられていることが望ましい。 このような 位置に凸部を設けることにより、 半導体ウェハを加熱する際、 半導体ウェハに撓 みが生じず、 半導体ウェハと金属板との距離が均一となり、 半導体ウェハを均一 に加熱することができるからである。
一方、 凸部が金属板上に偏在している場合および Zまたは不規則な間隔で設け られている場合、 凸部同士の間隔が広い箇所ができ、 その箇所において、 半導体 ウェハに撓みが発生し、 その結果、 半導体ウェハと金属板との距離が不均一とな り、 半導体ウェハを均一に加熱することが困難となる。
また、 上記凸部は、 例えば、 金属板の加熱面に凹部を形成し、 該凹部に支持ピ ンを揷入、 固定する力 または、 金属板に貫通孔を形成し、 該貫通孔に支持ピン を挿入、 固定すること等により、 金属板の加熱面に設置することができる。 なお、 支持ピン用貫通孔と凹部とを併用して設けてもよい。
このような方法を用いることにより、 比較的容易に支持ピンを金属板に固定す ることができるからである。
さらに、 上記支持ピンを凹部に固定する方法としては、 例えば、 釘のように頭 部を有する支持ピンを、 該頭部が金属板側となるように、 金属板の加熱面に形成 された円柱状の空洞部からなる凹部に挿入し、 C字形状のばねを支持ピンを囲み 凹部に当接するように嵌め込んで、 ばねの力により固定する方法等が挙げられる。 このような方法を用いることにより、 支持ピンが金属板から脱落することなく、 確実に固定される。
第三の本発明の金属ヒータとしては、 上記発熱体が形成された領域が 2 5 0 m m以上の直径であり、 金属板の加熱面上に 6つ以上の支持ピンが設けられたもの が最適である。 また、 上記発熱体が形成された領域の中心には、 少なくとも 1つ の支持ピンが設けられていることが望ましい。
上記支持ピンの形状としては、 例えば、 先端が円錐の尖塔状、 角錘の尖塔状ま たは半球状のもの等が望ましい。 支持ピン上に半導体ウェハを載置すると、 該半 導体ウェハと点接触となり、 半導体ウェハにホットスポット等が形成されないか らである。 》
上記支持ピンの先端部以外の形状が円柱状である場合、 その直径は、 1〜1 0 mmであることが望ましい。 1 mm未満では半導体ウェハを載置した際、 支持ピ ン自身の安定した支持性能が損なわれるおそれがあり、 1 O mmを超えると半導 体ウェハにホットスポット等が形成される場合があるからである。
また、 上記支持ピンの円柱状部分の高さは、 1〜1 O mmであることが望まし い。 1 mm未満では支持ピンを金属板の加熱面に確実に固定できないおそれがあ り、 1 O mmを超えると半導体ウェハを均一に加熱することができない場合があ るからである。
さらに、 上記支持ピンが釘のように頭部を有する形状である場合には、 上記頭 部は、 凹部に嵌合することができる形状や大きさであることが望ましい。 凹部の 大きさに比べて頭部が小さすぎると、 支持ピンが安定しないからである。
上記支持ピンは、 セラミック製であることが望ましく、 熱変形が比較的少なく シリコンウェハに対して磨耗しにくい点、 生産性、 コス ト等を考慮すると、 アル ミナ、 シリ力等の酸化物セラ.ミックであることが望ましい。
上記金属ヒータにおいて、 支持ピンは、 金属板の加熱面から同じ高さで突出し ていることが望ましい。 支持ピンの突出している高さが全て同じであると、 半導 体ウェハを載置した際、 半導体ウェハは金属板の加熱面と平行となり、 また、 全 ての支持ピンが半導体ウェハを支持するため、 橈みが発生しない。 その結果、 半 導体ウェハと金属板との距離が均一となり、 半導体ウェハを均一に加熱すること が可能となる。 一方、 支持ピンの突出している高さが異なる場合、 半導体ウェハ が傾いてしまい、 また、 高さの低い支持ピンが半導体ウェハと接触せず、 撓みが 生じる。 その結果、 半導体ウェハと金属板との距離にばらつきが発生し、 半導体 ウェハを均一に加熱することが困難となる。
上記支持ピンが金属板の加熱面から突出する高さは、 5〜5 0 0 0 である こと、 すなわち、 被加熱物を金属板の加熱面から 5〜5 0 0 0 μ m離間した状態 で保持することが望ましい。 5 μ m未満では、 金属板の温度分布の影響をうけて 半導体ゥェハの温度が不均一になると共にゥェハが金属板に接触する可能性があ る。 5 0 0 0 z mを超えると、 半導体ウェハの温度が上昇しにくくなり、 特に、 半導体ウェハの外周部分の温度が低くなってしまうからである。
被加熱物と金属板の加熱面とは 5〜5 0 0 m離間することがより望ましく、
2 0〜 2 0 0 μ m離間することが更に望ましい。
上記支持ピンを設置する凹部および支持ピン用貫通孔の直径は 1〜 1 O mmが 望ましい。 1 mm未満では、 支持ピンを確実に固定することができず、 1 0 mm を超えるとクーリングスポットが発生するからである。
また、 凹部の深さは、 1〜 1 0 mmであることが望ましい。 1 mm未満である と、 支持ピンが外れてしまうおそれがあり、 1 0 mmを超えるとクーリングスポ ットが発生するからである。
第三の本発明の金属ヒータでは、 複数の金属板のうち、 ヒータより加熱面側の 金属板 （上部金属板） の厚さが反対側の金属板 （下部金属板） の厚さに比べて厚 いことが望ましい。 その理由は、 第二の本発明の金属ヒータと同様である。 第三の本発明の金属ヒータは、 金属板に設置された発熱体に、 さらに別の金属 板を取り付けるような構成、 すなわち、 2つの金属板の間に発熱体を挟持するよ うな構成としてもよく、 また、 3以上の金属板の間に発熱体を挟持するような構 成としてもよい。 なお、 第三の本発明の金属ヒータが 3以上の金属板を有する場 合において、 加熱面側の金属板 （上部金属板） の厚さ、 および、 加熱面と反対側 の金属板 （下部金属板） の厚さの意味は、 第一の本発明と同様である。
以下、 第三の本発明の説明では、 主に 2つの金属板にヒータが挟持されている 構成の金属ヒータについて m明することとする。
第三の本発明の金属ヒータにおいて、 上部金属板の厚さは、 その下限が l mm であることが望ましい。 上部金属板の厚さが l mm未満では、 発熱体は加熱面と の距離が短すぎるために、 加熱面の温度分布に発熱体のパターンが反映されてし まい、 その結果、 半導体ウェハ等の被加熱物を均一に加熱することができない場 合がある。 これに対し、 上部金属板の厚さが上記範囲にある場合には、 加熱面の 温度分布に発熱体パターンが反映されることがなく、 被加熱物を均一に加熱する ことができる。
さらに、 上部基板の厚さが上記範囲にある場合には、 機械的な強度に優れ、 該 金属板に反りや橈み等が発生しないため、 加熱面の平坦性をより確実に確保する ことができる。
また、 上部金属板の厚さの下限は、 5 mmであることがより望ましい。
上部金属板の厚さの上限は、 5 O mmであることが望ましい。 上部金属板の厚 さが 5 0 mmを超えると、 発熱体に印加する電圧や電流量の変化に対して金属板 の加熱面の温度が追従しにくくなり、 半導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱す ることができない場合があり、 さらに、 加熱面に半導体ウェハを載置した際に低 下した温度を元に戻すまでの時間 （リカバリー時間） が長くなり、 これが作業時 間の延長、 生産性の低下に繋がることがある。
また、 上記構成とした場合の下部金属板の厚さの望ましい上限は 5 0 mmであ り、 望ましい下限は l mmであり、 より望ましい上限は 3 O mmであり、 より望 ましい下限は 3 mmである。 さらに、 上部金属板の厚さと下部金属板の厚さの比 （上部金属板の厚さ Z下部 金属板の厚さ） は、 1〜1 0であることが望ましい。 その理由は、 第一の本発明 と同様である。 特に 1を超える場合が最適である。 定常状態の加熱面の温度均一 性に優れるからである。
第三の本発明の金属ヒータにおいて、 上部金属板と下部金属板との間には、 ヒ 一タが挟持されており、 このヒータの内部には発熱体が形成されているのである 力 この発熱体の回路は、 第一の本発明と同様、 2以上に分割されていることが 望ましく、 また、 複数の金属板およびヒータの直径が全て同じであることが望ま しい。 なお、 金属板と支持容器との間に断熱リング等を介設する場合等において は、 金属板の直径をそれぞれ異なるものとしてもよい。
第三の本発明の金属ヒータにおける、 金属板の直径は、 2 0 0 mm以上が望ま しく、 特に 1 2インチ （3◦ 0 mm) .以上であることが望ましい。 その理由は、 第一の本発明と同様である。
第三の本発明の金属ヒータを構成する金属板は、 その表面における平坦度が 5 0 /z m以下であることが望ましく、 3 0 μ πι以下であることがより望ましい。 そ の理由は、 第一の本発明と同様である。
このように平坦性に優れる金属ヒータを実現するためには、 金属板が熱膨張し た際の側面からの圧迫に伴う金属板の湾曲を防止する必要がある。 このため、 金 属板の側面と支持容器 （ボトムプレート） との間が密着しないように、 スペース を確保することが望ましい。
第三の本発明では、 複数の金属板は、 同質の材料からなることが望ましい。 ま た、 これらの金属板の材料は、 熱伝導性に優れるとともに、 剛性が高く、 熱膨張 した際にも、 変形しにくいものが望ましく、 金属板自体の加工が終了した時点で より平坦度に優れたものとなっていることが望ましい。 上記金属板の材質として は、 例えば、 第一の本発明で用いるものと同様のもの等が挙げられる。
また、 第三の本発明においても、 その材質は、 第一の本発明と同様の理由でァ ルミニゥム合金が望ましく、 アルミニウム一銅の合金がより望ましい。 また、 上 記アルミニウム一銅合金には、 マグネシウム、 マンガン、 ケィ素、 亜鉛等が添加 されていてもよい。 上記金属板の材質として、 アルミニウム、 アルミニウム合金等を用いる場合は、 第一の本発明と同様、 金属板の表面にアルマイト処理を施すことが望ましい。 なお、 アルマイト処理を行った場合の被膜の厚さとしては、 Ι μ πι以上が望ま しいが、 上記硬質アルマイト処理では、 被膜の厚さを 3 /i m以上とすることがで さる。
第三の本発明の金属ヒータでは、 発熱体が形成されている領域の外縁は、 金属 板の外周から金属板の直径の 2 5 %以内の位置に存在していることが望ましい。 また、 上記発熱体は、 2以上に分割されていることが望ましい。 さらに、 第三 の本発明の金属ヒータでは、 その金属板の側面または当該金属板の加熱面の外縁 もしくは表面にウェハガイドリングが設けられていてもよい。 これらの理由は、 第一の本発明と同様である。
また、 第三の本発明の金属ヒータには、 石英などの光導波路を固定して、 ヒー タモジュールなどに使用することも可能である。 この際、 光導波路を凸部で支持 することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 第一の本発明に係る金属ヒータの一例を模式的に示す断面図である。 図 2は、 図 1に示した金属ヒータの一部を構成するヒータの水平断面図である。 図 3は、 第一の本発明に係る金属ヒータの金属板およびヒータを模式的に示す 断面図である。
図 4 ( a ) は、 従来の金属ヒータの別の一例を模式的に示す断面図であり、 （ b ) は、 （a ) の平面図である。
図 5 ( a ) は、 第二の本発明に係る金属ヒータの一例を模式的に示す断面図で ある。 （b ) は、 （a ) に示した金属ヒータにおいて発熱体と導電線との接合用 の箔を介してかしめにより接合する方法を模式的に示す図である。
図 6 ( a ) は、 第三の本発明に係る金属ヒータの一例を模式的に示す断面図で ある。 （b ) は、 （a ) に示した金属ヒータにおいて発熱体と導電線との接合用 の箔を介してかしめにより接合する方法を模式的に示す図である。
図 7は、 図 6 ( a ) に示した金属ヒータの平面図である。 図 8は、 常温における実施例 1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を 示す図である。
図 9は、 1 4 0 °Cにおける実施例 1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形 状を示す図である。
図 1 0は、 1 4 0 °Cにおける試験例 1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元 形状を示す図である。
図 1 1は、 常温における実施例 8に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状 を示す図である。
図 1 2は、 1 4 0 °Cにおける実施例 8に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元 形状を示す図である。
図 1 3は、 1 4 0 °Cにおける試験例 3に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元 形状を示す図である。
図 1 4は、 実施例 1 2に係る金属ヒータを使用した場合の 1 0 0 °C付近におけ るウェハ温度と時間との関係を示すグラフである。
図 1 5は、 実施例 1 2に係る金属ヒータを使用した場合の 1 2 0〜1 3 0 °C付 近におけるウェハ温度と時間との関係を示すグラフである。
図 1 6は、 実施例 1 2に係る金属ヒータを使用した場合の 1 4 0 °C付近におけ るゥェハ温度と時間との関係を示すグラフである。
図 1 7は、 実施例 1 6に係る金属ヒータを使用した場合の 1 0 0 °C付近におけ るウェハ温度と時間との関係を示すグラフである。
図 1 8は、 実施例 1 6に係る金属ヒータを使用した場合の 1 2 0〜1 3 0 °C付 近におけるウェハ温度と時間との関係を示すグラフである。
図 1 9は、 実施例 1 6に係る金属ヒータを使用した場合の 1 4 0 °C付近におけ るウェハ温度と時間との関係を示すグラフである。
図 2 0は、 常温における実施例 1 2に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形 状を示す図である。
図 2 1は、 1 4 0 °Cにおける実施例 1 2に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次 元形状を示す図である。
図 2 2は、 1 4 0 °Cにおける比較例 2に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元 形状を示す図である。
符号の説明
4 1 0、 5 1 0、 6 1 0 金属ヒータ
4 1 1、 5 1 1、 6 1 1 上部金属板
4 1 1 aヽ 5 1 1 ヽ 6 1 1 a 加熱面
4 1 2、 5 1 2、 6 1 2 ヒータ
4 1 4、 5 1 4、 6 1 4 有底孔
4 1 5、 5 1 5、 6 1 5 '貫通孔
4 1 6、 5 1 6、 6 1 6 測温素子
4 1 7、 5 1 7、 6 1 7 金属板固定用ネジ
4 1 8、 5 1 8、 6 1 8 支持ピン
4 1 9、 5 1 9、 6 1 9 半導体ウェハ
4 2 0、 5 2 0、 6 2 0 支持容器
4 2 1、 5 2 I s 6 2 1 下部金属板
4 2 2、 5 2 2、 6 2 2 押え板
4 2 3、 5 2 3、 6 2 3 遮熱板
4 2 4、 5 2 4、 6 2 4 ¾ 線
4 2 5 発熱体
5 2 5、 6 2 5 支持板
4 2 6 マイ力板
6 2 7 バネ
6 2 8 凹部
5 2 9、 6 2 9 ス― 、ノレス箔
5 3 0、 6 3 0 接続用のステンレス箔
5 3 1、 6 3 1 取付部材
5 3 2、 6 3 2 障壁リング 発明の詳細な開示 以下、 第一〜第三の本発明の金属ヒータについて順に説明する。
まず、 第一の本発明の実施形態について説明する。
第一の本発明の金属ヒータは、 金属板と発熱体とから構成される金属ヒータで あって、 上記金属板は複数であるとともに、 上記金属板の間には、 上記発熱体が 挟持されており、 加熱面側の金属板の厚さが、 加熱面の反対側の金属板の厚さと 等しいか、 または、 それよりも厚いことを特徴とする。
第一の本発明の金属ヒータの一例として、 2つの金属板の間にヒータが挟持さ れている構成の金属ヒータについて、 図面を用いて説明する。
図 1は、 このような金属ヒータを模式的に示す断面図であり、 図 2は、 図 1に 示す金属ヒータの一部であるヒータを模式的に示す水平断面図である。
この金属ヒータ 4 1 0では、 円板开$状の上部金属板 4 1 1と下部金属板 4 2 1 との間に、 ヒータ 4 1 2が挟持されており、 上部金属板 4 1 1とヒータ 4 1 2と 下部金属板 4 2 1とは、 金属板固定ネジ 4 1 7により固定されるとともに、 締め 付けられ、 ヒータ 4 1 2の熱が上部金属板 4 1 1に良好に伝達されるように構成 されている。
また、 上部金属板 4 1 1の厚さは、 下部金属板 4 2 1の厚さよりも厚くなつて いる。 従って、 既に説明したように、 加熱面の平坦性が確保されるとともに、 加 熱面の温度が均一になり、 被加熱物を均一に加熱することできる。
また、 金属板固定ネジ 4 1 7で固定することにより、 実質的な金属板の厚さが 厚くなるため、 加熱面の平坦性が、 さらに向上する。
第一の本 明の金属ヒータ 4 1 0では、 上部金属板 4 1 1の加熱面 4 1 1 aに おける平坦度 5 0 μ πι以下を実現することが可能である。 このような平坦度を実 現することにより、 半導体ウェハを加熱する際、 半導体ウェハと金属板との距離 をほぼ一定にすることが可能となり、 半導体ウェハの全体が均一となるように加 熱することができる。
第一の本発明の金属ヒータ 4 1 0では、 上部金属板 4 1 1、 ヒータ 4 1 2およ ぴ下部金属板 4 2 1の側面が支持容器 4 2 0と密着しておらず、 非接触の状態で 固定されている。 このような構成とすることにより、 上部金属板 4 1 1が熱膨張 した際の側面からの圧迫に伴う湾曲を防止することができるとともに、 被加熱物 を加熱する際に、 上部金属板 4 1 1、 ヒータ 4 1 2および下部金属板 4 2 1の側 面が支持容器 4 2 0と密着する場合と比べて、 金属板等からの熱の逃散が少なく、 被加熱物を迅速に加熱することができる。 この場合、 空気層が断熱材として機能 する。
また、 金属ヒータ 4 1 0は、 金属板固定ネジ 4 1 7が支持容器 4 2 0を貫通せ ず、 上部金属板 4 1 1、 ヒータ 4 1 2および下部金属板 4 2 1のみを貫通し、 こ れらを固定するように構成されている。 このような構成とすることにより、 上部 金属板 4 1 1と支持容器 4 2 0との間の熱膨張率の差に起因する上部金属板 4 1 1の変形を防止することができるとともに、 被加熱物を加熱する際に、 上部金属 板 4 1 1等からの熱の逃散が少なく、 被加熱物を迅速に加熱することができる。 さらに、 支持容器 4 2 0の底部には、 遮熱板 4 2 3が設置されており、 上部金 属板 4 1 1および下部金属板 4 2 1からの熱が装置に伝熱することを防止できる ような構成となっている。 また、 支持容器 4 2 0の外周縁部には、 障壁リング 4 2 8が設けられている。 障壁リング 4 2 8を設けることにより、 外部からの気体 の流入を阻止し、 加熱面 4 1 1 aの温度変化を防止することができる。
また、 金属ヒータ 4 1 0には、 有底孔 4 1 4が形成され、 有底孔 4 1 4には、 上部金属板 4 1 1の温度を測定するための測温素子 4 1 6が揷入され、 無機接着 剤等 （図示せず） で封止されることにより固定されている。
さらに、 金属ヒータ 4 1 0では、 加熱面に先端が尖塔状の支持ピン 4 1 8が設 けられており、 この支持ピン 4 1 8を介して半導体ウェハ 4 1 9を支持すること により、 半導体ウェハ 4 1 9を、 上部金属板 4 1 1の加熱面より一定距離離間さ せた状態で支持し加熱することができる。
なお、 第一の本発明の金属ヒータにおいて、 支持ピンの数は特に限定されるも のではないが、 例えば、 金属板の直径が 1 2インチ （3 0 0 mm) 以上の場合に は、 支持ピンの数は 6本以上であることが望ましい。 支持ピンの本数が 6本以上 であると、 加熱面と半導体ウェハとのクリアランスが正確に保持されるため、 過 渡時に加熱面の温度の均一性を確保しゃすくなる。
また、 金属ヒータ 4 1 0には、 上部金属板 4 1 1、 ヒータ 4 1 2、 下部金属板 4 2 1および支持容器 4 2 0を貫通する貫通孔 4 1 5も設けられており、 貫通孔 4 1 5に柱状のリフターピン等を揷通することによつても、 被加熱物である半導 体ウェハ 4 1 9を上部金属板 4 1 1の加熱面 4 1 1 aより一定距離離間させた状 態で支持し半導体ウェハ 4 1 9を搬送することができるようになつている。 そして、 ヒータ 4 1 2は導電線 4 2 4と接続されており、 導電線 4 2 4は、 支 持容器 4 2 0および遮熱板 4 2 3に形成された貫通孔から外部に引き出され、 電 源等 （図示せず） と接続されている。
なお、 図 1に示す金属ヒータ 4 1 0では、 ステンレス箔等の金属箔からなる発 熱体 4 2 5の一部を、 下部金属板 4 2 1に形成された貫通孔の下側まで露出させ、 露出した箔 （以下、 接続用箔ともいう） により、 導電線 4 2 4の一端を包み、 そ の後、 かしめ部 （図示せず） を有する金属製の取付部材 4 2 7を取り付け、 取付 部材 4 2 7のかしめ部をかしめることにより、 発熱体 4 2 5と導電線 4 2 4とが 接続されている。
しかし、 導電線 4 2 4は、 ヒータ 4 1 2の側面において、 ヒータ 4 1 2の内部 に設置された発熱体と接続することとしてもよい。
また、 金属ヒータ 4 1 0では、 上部金属板 4 1 1とヒータ 4 1 2と下部金属板 4 2 1とが、 金属板固定ネジ 4 1 7により固定されている。 なお、 金属板固定ネ ジ 4 1 7は、 ヒータ 4 1 2と下部金属板 4 2 1とは貫通し、 上部金属板 4 1 1は 貫通しないように取り付けられている。
このように、 金属板固定ネジ 4 1 7によって上部金属板 4 1 1等が固定されて いる場合、 金属板固定ネジ 4 1 7の上部金属板 4 1 1に揷入された部分の長さは、 上部金属板の厚さの 3 / 4以下であることが望ましい。
金属板固定ネジ 4 1 7の上部金属板 4 1 1に挿入された部分の長さが、 上部金 属板 4 1 1の厚さの 3 4よりも長くなると、 金属板の加熱面のうち、 金属板固 定ネジ 4 1 7の直上部分の温度がその周囲の温度に比べて高くなり、 被加熱物を 均一に加熱することができないことがある。
さらに、 金属ヒータ 4 1 0では、 金属板固定用ネジ 4 1 7のネジ頭が下部金属 板 4 2 1に埋め込まれるような構成となっている。 従って、 上部金属板 4 1 1、 ヒータ 4 1 2および下部金属板 4 2 1をより確実に支持容器 4 2 0の内部に固定 することができ、 上部金属板 4 1 1に反りゃ撓み等の変形が生じにくい構造とな つている。
また、 ヒータ 4 1 2は、 上部金属板 4 1 1および下部金属板 4 2 1と同様に平 面視円形状であり、 上部金属板 4 1 1の加熱面 4 1 1 a全体の温度が均一になる ように加熱するため、 ヒータ 4 1 2の内部には、 閉回路からなる発熱体 4 2 5が 配置されている。 なお、 発熱体 4 2 5としては、 図 2に示したような、 ヒータの 外周部に屈曲線が円環状に繰り返して閉回路が形成されたパターンからなる発熱 体と、 その内部に同心円の一部を描くようにして繰り返した閉回路が形成された パターンからなる発熱体とが配置されている。
さらに、 図示はしていないが、 ヒータ 4 1 2は、 2枚のマイ力板で発熱体 4 2 5を挟持し、 固定した構成となっており、 通電時は発熱体 4 2 5がマイ力板を加 熱して、 マイ力板の 2次輻射によつて被加熱物を加熱することができるようにな つている。
第一の本発明の金属ヒータ 4 1 0では、 ヒータ 4 1 2の内部に形成された発熱 体 4 2 5の外縁が金属板 4 1 1の外周から金属板 4 1 1の直径の 2 5 %以内の位 置に存在していることが望ましい。 通常、 金属板 4 1 1の外周部分では、 金属板 4 1 1の外周部分の表面からの放熱により、 温度が不均一になりやすいが、 第一 の本発明の金属ヒータ 4 1 0では、 このような外周部分にも発熱体が配設されて いるため、 被加熱物である半導体ウェハ等を温度のばらつきなく、 均一に加熱す ることができるからである。
なお、 第一の本 明を構成する金属ヒータの材質や形状等について、 および、 第一の本発明の金属ヒータの製造方法については、 後に詳述する。
次に、 第二の本発明の実施形態について説明する。
第二の本発明の金属ヒータは、 複数の金属板と発熱体とから構成され、 上記金 属板の間に上記発熱体が挟持された金属ヒータであって、 上記複数の金属板は、 同質の材料からなることを特徴とする。 第二の本発明の金属ヒータの一例として、 2つの金属板の間にヒータが挟持されている構成の金属ヒータについて、 図面を 用いて説明する。
図 5 ( a ) は、 このような金属ヒータを模式的に示す断面図であり、 図 5 ( b ) は、 図 5 ( a ) に示す金属ヒータにおいて発熱体と導電線とを接合用の箔を介 してかしめにより接合する方法を模式的に示す図である。
この金属ヒータ 5 1 0では、 円板形状の上部金属板 5 1 1と下部金属板 5 2 1 との間に、 ヒータ 5 1 2が挟持されており、 上部金属板 5 1 1とヒータ 5 1 2と 下部金属板 5 2 1とは、 金属板固定ネジ 5 1 7により固定されるとともに、 締め 付けられ、 ヒータ 5 1 2の熱が上部金属板 5 1 1に良好に伝達されるように構成 されている。
また、 上部金属板 5 1 1の厚さは、 下部金属板 5 2 1の厚さよりも厚くなつて いる。 従って、 既に説明したように、 加熱面の平坦性が確保されるとともに、 加 熱面の温度が均一になり、 被加熱物を均一に加熱することできる。
また、 金属板固定ネジ 5 1 7で固定することにより、 実質的な金属板の厚さが 厚くなるため、 加熱面の平坦性が、 さらに向上する。
金属板固定ネジ 5 1 7により固定された上部金属板 5 1 1とヒータ 5 1 2と下 部金属板 5 2 1とは、 有底円筒形状の支持容器 5 2 0の底面に設けられた支持板 5 2 5により支持されており、 支持板 5 2 5と接触している部分以外は、 支持容 器 5 2 0と接触しない構造となっている。 また、 支持容器 5 2 0の下には、 熱を 遮蔽するための遮熱板 5 2 3が設けられている。 また、 支持容器 5 2 0の外縁上 部には、 P章壁リング 5 3 2が設けられている。 障壁リングを設けることにより、 外部からの気体の流入を阻止し、 加熱面 5 1 1 aの温度変化を防止することがで きる。
第二の本発明の金属ヒータ 5 1 0では、 上記構造をとることにより、 上部金属 板 5 1 1の加熱面 5 1 1 aにおける平坦度 5 0 m以下を実現することが可能で ある。 このような平坦度を実現することにより、 半導体ウェハを加熱する際、 半 導体ウェハと金属板との距離をほぼ一定にすることが可能となり、 半導体ウェハ の全体が均一な温度となるように加熱することができる。
第二の本発明の金属ヒータ 5 1 0においては、 加熱面 5 1 1 aの周縁部に周辺 からの気体の流入による温度の変化を防止するために、 ウェハガイドリング 5 2 6を設けてもよい。
第二の本発明の金属ヒータ 5 1 0は、 上部金属板 5 1 1、 ヒータ 5 1 2および 下部金属板 5 2 1の側面が支持容器 5 2 0と密着しておらず、 非接触の状態で固 定されており、 また、 下部金属板 5 2 1も支持容器 5 2 0の底面と直接接触して おらず、 支持板 5 2 5により支持されている。 このように、 上部金属板 5 1 1、 ヒータ 5 1 2および下部金属板 5 2 1の側面と支持容器 5 2 0とを非接触とする ことにより、 上部金属板 5 1 1が熱膨張した際の側面からの圧迫に伴う湾曲を防 止することができる。 また、 上部金属板 5 1 1、 ヒータ 5 1 2および下部金属板 5 2 1が支持板 5 2 5のみを介して支持され、 他の部分と接触していない構造と することにより、 被加熱物を加熱する際に、 上部金属板 5 1 1、 ヒータ 5 1 2お よび下部金属板 5 2 1の側面が支持容器 5 2 0と密着する場合と比べて、 金属板 等からの熱の逃散が少なく、 被加熱物を迅速に加熱することができる。 この場合、 空気層が断熱層として機能する。
なお、 支持容器 5 2 0の底面に支持板 5 2 5を設けず、 上部金属板 5 1 1、 ヒ ータ 5 1 2および下部金属板 5 2 1等を支持容器 5 2 0の底面にそのまま载置し てもよい。 '
なお、 加熱の後、 上部金属板 5 1 1、 ヒータ 5 1 2および下部金属板 5 2 1を 迅速に冷却する必要が生ずる場合があるが、 例えば、 支持容器 5 2 0の底板に冷 却管等を接続し、 冷却した空気等を支持容器 5 2 0内に導入することにより、 迅 速に冷却することができる。
また、 金属ヒータ 5 1 0は、 金属板固定ネジ 5 1 7が支持容器 5 2 0を貫通せ ず、 上部金属板 5 1 1、 ヒータ 5 1 2および下部金属板 5 2 1のみを貫通して、 これらを固定している。 このような構成とすることにより、 上部金属板 5 1 1と 支持容器 5 2 0との間の熱膨張率の差に起因する上部金属板 5 1 1の変形を防止 することができるとともに、 被加熱物を加熱する際に、 上部金属板 5 1 1等から の熱の逃散が少なく、 被加熱物を迅速に加熱することができる。
さらに、 支持容器 5 2 0の底部には、 遮熱板 5 2 3が設置されており、 上部金 属板 5 1 1および下部金属板 5 2 1からの熱が装置に伝熱することを防止できる ような構成となっている。
また、 金属ヒータ 5 1 0には、 有底孔 5 1 4が形成され、 有底孔 5 1 4には、 上部金属板 5 1 1の温度を測定するための測温素子 5 1 6が埋め込まれている。 さらに、 金属ヒータ 5 1 0では、 加熱面に先端が尖塔状の支持ピン 5 1 8が設 けられており、 この支持ピン 5 1 8を介して半導体ウェハ 5 1 9を支持すること により、 半導体ウェハ 5 1 9を、 上部金属板 1 1の加熱面より一定距離離間させ た状態で支持し加熱することができる。
なお、 第二の本発明の金属ヒータにおいて、 支持ピンの数は特に限定されるも のではないが、 例えば、 金属板の直径が 1 2インチ （3 0 O mm) 以上の場合に は、 支持ピンの数は 6本以上であることが望ましい。 その理由は、 第一の本発明 の金属ヒータと同様である。
また、 金属ヒータ 5 1 0には、 上部金属板 5 1 1、 ヒータ 5 1 2、 下部金属板 5 2 1および支持容器 5 2 0を貫通する貫通孔 5 1 5も設けられており、 貫通孔 5 1 5に柱状のリフターピン等を揷通することによつても、 被加熱物である半導 体ウェハ 5 1 9を上部金属板 5 1 1の加熱面 5 1 1 aより一定距離離間させた状 態で支持し半導体ウェハ 5 1 9を搬送することができるようになっている。 そして、 ヒータ 5 1 2は導電線 5 2 4と接続されており、 導電線 5 2 4は、 支 持容器 5 2 0および遮熱板 5 2 3に形成された貫通孔から外部に引き出され、 電 源等 （図示せず） と接続されている。
なお、 図 5に示す金属ヒータ 5 1 0では、 下部金属板 5 2 1に貫通孔を形成し、 この貫通孔に導電線 5 2 4を揷通するような構成となっているが、 導電線 5 2 4 はヒータ 5 1 2の側面においてヒータの内部に設置された発熱体と接続すること としてもよい。
また、 金属ヒータ 5 1 0では、 上部金属板 5 1 1とヒータ 5 1 2と下部金属板 5 2 1とが、 金属板固定ネジ 5 1 7により固定されている。 なお、 金属板固定ネ ジ 5 1 7は、 ヒータ 5 1 2と下部金属板 5 2 1とは貫通し、 上部金属板 5 1 1は 貫通しないように取り付けられている。
このように、 金属板固定ネジ 5 1 7によって、 上部金属板 5 1 1等が固定され ている場合、 金属板固定ネジ 5 1 7の上部金属板 5 1 1に挿入された部分の長さ は、 上部金属板の厚さの 3 / 4以下であることが望ましい。
金属板固定ネジ 5 1 7の上部金属板 5 1 1に揷入された部分の長さが、 上部金 属板 5 1 1の厚さの 3 / 4よりも長くなると、 金属板の加熱面のうち、 金属板固 定ネジ 5 1 7の直上部分の温度がその周囲の温度に比べて高くなり、 被加熱物を 均一に加熱することができないことがある。
また、 ヒータ 5 1 2は、 上部金属板 5 1 1および下部金属板 5 2 1と同様に平 面視円形状であり、 上部金属板 5 1 1の加熱面 5 1 1 a全体の温度が均一になる ように加熱するため、 ヒータ 5 1 2の内部には、 閉回路からなる発熱体 5 2 5が 配置されている。
ヒータ 5 1 2には、 図 2に示したようなヒータ 5 1 2の外周部に屈曲線が円環 状に繰り返して閉回路が形成されたパターンからなる発熱体と、 その内部に同心 円の一部を描くようにして繰り返した閉回路が形成されたパターンからなる発熱 体とが配置されている。
さらに、 図示はしていないが、 ヒータ 5 1 2は、 2枚のマイ力板で発熱体を挟 持し、 固定した構成となっており、 通電時は発熱体がマイ力板を加熱して、 マイ 力板の 2次輻射によつて被加熱物を加熱することができるようになつている。 発 熱体はステンレス箔により構成されていてもよい。
第二の本発明の金属ヒータ 5 1 0では、 ヒータ 5 1 2の内部に形成された発熱 体の外縁が金属板 5 1 1の外周から金属板 5 1 1の直径の 2 5 %以内の位置に存 在していることが望ましい。 通常、 金属板 5 1 1の外周部分では、 金属板 5 1 1 の外周部分の表面からの放熱により、 温度が不均一になりやすいが、 第二の本発 明の金属ヒータ 5 1 0では、 このような外周部分にも発熱体が配設されているた め、 被加熱物である半導体ウェハ等を温度のばらつきなく、 均一に加熱すること ができるからである。
なお、 第二の本発明を構成する金属ヒータの材質や形状等について、 および、 第二の本発明の金属ヒータを製造する方法については、 後に詳述する。
次に、 第三の本発明の実施形態について説明する。
第三の本発明の金属ヒータは、 複数の金属板と発熱体とから構成され、 上記金 属板の間に上記発熱体が挟持された金属ヒータであって、 上記金属板の被加熱物 と対向する加熱面には、 上記発熱体が形成された領域に対応して、 被加熱物を支 持するための凸部が設けられていることを特徴とする。
第三の本発明の金属ヒータの一例として、 2つの金属板の間にヒータが挟持さ れている構成の金属ヒータについて、 図面を用いて説明する。 図 6 ( a ) は、 このような金属ヒータを模式的に示す断面図であり、 図 6 ( b ) は、 図 6 ( a ) に示す金属ヒータにおいて発熱体と導電線とを接合用の箔を介 してかしめにより接合する方法を模式的に示す図である。 また、 図 7は、 図 6 ( a ) に示す金属ヒータの平面図である。 なお、 図 7では、 発熱体を破線で図示し ている。
金属ヒータ 6 1 0では、 釘のように頭部を有する支持ピン 6 1 8を上部金属板 6 1 1上に形成された円柱状の空洞部からなる凹部 6 2 8に揷入し、 C字形状の ばね 6 2 7を支持ピン 6 1 8を囲み凹部 6 2 8に当接するように嵌め込むことに より、 上部金属板 6 1 1の加熱面 6 1 1 aに支持ピン 6 1 8を固定している。 なお、 本実施形態では、 図 6に示す手段を用いて、 支持ピンを金属板の加熱面 に設置することとしているが、 支持ピンを金属板の加熱面に設置する手段として は、 図 6に示す手段に限られず、 例えば、 ねじ部を有する支持ピンを、 ねじ溝が 形成された凹部に螺合する方法等であってもよい。
さらに、 図 2に示すように、 上部金属板 6 1 1の加熱面 6 1 1 aには、 上部金 属板 6 1 1の比較的外周部となる領域で、 上部金属板 6 1 1と同心円の円周上に 8個と、 上部金属板 6 1 1の中心部に 1個との計 9個の支持ピン 6 1 8が設けら れている。 なお、 半導体ウェハ 6 1 9に撓みを発生させないため、 同じ円周上の 支持ピンは等間隔となるように設けられている。
なお、 その他の構成は、 図 5に示した第二の本発明の金属ヒータ 5 1 0と略同 様であるため、 その説明を省略する。
第三の本発明の金属ヒータ 6 1 0では、 上記構造をとることにより、 上部金属 板 6 1 1の加熱面 6 1 1 aにおける平坦度 5 0 m以下を実現することが可能で ある。 このような平坦度を実現することにより、 半導体ウェハを加熱する際、 半 導体ウェハと金属板との距離をほぼ一定にすることが可能となり、 半導体ウェハ の全体が均一な温度となるように加熱することができる。
第三の本発明の金属ヒータ 6 1 0においては、 加熱面 6 1 1 aの周縁部に周辺 からの気体の流入による温度の変化を防止するために、 ウェハガイドリング 6 2 6を設けてもよく、 障壁リング 6 3 2を設けてもよい。
第三の本発明の金属ヒータ 6 1 0は、 図 4 ( a ) 、 ( b ) に示す従来の金属ヒ ータ 4 5 0と、 以下の点で相違している。
まず、 上述のように、 金属ヒータ 6 1 0では、 上部金属板 6 1 1の加熱面 6 1 1 aには、 計 9個の支持ピン 6 1 8が設けられているのに対して、 金属ヒータ 4 5 0では、 金属板 4 5 1の加熱面 4 5 1 aに設けられている支持ピン 4 5 8の数 が計 5個である点で相違している。 従って、 金属ヒータ 6 1 0では、 支持ピン 6 1 8同士の間隔が狭いため、 半導体ウェハ 6 1 9に撓みが発生しにくい。 このた め、 半導体ウェハ 6 1 9と上部金属板 6. 1 1の加熱面 6 1 1 aとの距離を一定に することができ、 半導体ウェハ 6 1 9全体を均一に加熱することができる。 また、 金属ヒータ 6 1 0は、 上部金属板 6 1 1、 ヒータ 6 1 2および下部金属 板 6 2 1の側面が支持容器 6 2 0と密着しておらず、 非接触の状態で固定されて おり、 また、 下部金属板 6 2 1も支持容器 6 2 0の底面と直接接触しておらず、 支持板 6 2 5により支持されている。 上部金属板 6 1 1、 ヒータ 6 1 2およぴ下 部金属板 6 2 1の側面と支持容器 6 2 0とを非接触とすることにより、 上部金属 板 6 1 1が熱膨張した際の側面からの圧迫に伴う湾曲を防止することができる。 また、 上部金属板 6 1 1、 ヒータ 6 1 2および下部金属板 6 2 1が支持扳 6 2 5 のみを介して支持され、 他の部分と接触していない構造とすることにより、 被カロ 熱物を加熱する際に、 上部金属板 6 1 1、 ヒータ 6 1 2および下部金属板 6 2 1 の側面が支持容器 6 2 0と密着する場合と比べて、 金属板等からの熱の逃散が少 なく、 被加熱物を迅速に加熱することができる。 この場合、 空気層が断熱層とし て機能する。
なお、 支持容器 6 2 0の底面に支持板 6 2 5を設けず、 上部金属板 6 1 1、 ヒ ータ 6 1 2および下部金属板 6 2 1等を支持容器 6 2 0の底面にそのまま載置し てもよい。
また、 加熱の後、 上部金属板 6 1 1、 ヒータ 6 1 2および下部金属板 6 2 1を 迅速に冷却する必要が生ずる場合があるが、 例えば、 支持容器 6 2 0の底板に冷 却管等を接続し、 冷却した空気等を支持容器 6 2 0内に導入することにより、 迅 速に冷却することができる。
また、 金属ヒータ 6 1 0では、 金属板固定ネジ 6 1 7が支持容器 6 2 0を貫通 せず、 上部金属板 6 1 1、 ヒータ 6 1 2および下部金属板 6 2 1のみを貫通し、 これらを固定している。 このような構成とすることにより、 上部金属板 6 1 1と 支持容器 6 2 0との間の熱膨張率の差に起因する上部金属板 6 1 1の変形を防止 することができるとともに、 被加熱物を加熱する際に、 上部金属板 6 1 1等から の熱の逃散が少なく、 被加熱物を迅速に加熱することができる。
第三の本発明の金属ヒータ 6 1 0では、 ヒータ 6 1 2の内部に形成された発熱 体 6 2 5の外縁が金属板 6 1 1の外周から金属板 6 1 1の直径の 2 5 ° /。以内の位 置に存在していることが望ましい。 その理由は、 第一の本発明と同様である。 なお、 第三の本発明を構成する金属ヒータの材質や形状等について、 および、 第三の本発明の金属ヒータを製造する方法については、 後に詳述する。
次に、 上述した第一〜第三の本発明の金属ヒータの材質や形状等について説明 する。 ここで、 第一〜第三の本発明の金属ヒータの材質や形状等は略同様である ため、 併せて説明することとする。
第一〜第三の本発明の金属ヒータにおいて、 金属板には、 被加熱物を載置する 加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、 有底孔の底を発熱 体よりも相対的に加熱面に近く形成し、 この有底孔に熱電対等の測温素子 （図示 せず） を設けることが望ましい。
また、 有底孔の底と加熱面との距離は、 0 . 1 mm〜金属板の厚さの 1ノ 2で あることが望ましい。 これにより、 測温場所が発熱体よりも加熱面に近くなり、 より正確な半導体ウェハの温度の測定が可能となるからである。
有底孔の底と加熱面との距離が 0 . 1 mm未満では、 放熱してしまい、 加熱面 に温度分布が形成され、 厚さの 1 / 2を超えると、 発熱体の温度の影響を受けや すくなり、 温度制御できなくなり、 やはり加熱面に温度分布が形成されてしまう からである。
有底孔の直径は、 0 . 3〜5 mmであることが望ましい。 これは、 大きすぎる と放熱性が大きくなり、 また小さすぎると加工性が低下して加熱面との距離を均 等にすることができなくなるからである。
上記測温素子としては、 例えば、 熱電対、 白金測温抵抗体、 サーミスタ等が挙 げられる。 また、 上記熱電対としては、 例えば、 J I S— C— 1 6 0 2 ( 1 9 8 0 ) に挙げられるように、 K型、 R型、 B型、 S型、 E型、 J型、 T型熱電対等 がが挙挙げげらられれるるがが、、 ここれれららののななかかでではは、、 KK型型熱熱電電対対がが好好ままししいい。。
上上記記熱熱電電対対のの接接合合部部のの大大ききささはは、、 素素線線のの径径とと同同じじかか、、 ままたたはは、、 そそれれよよりりもも大大きき くく、、 00 .. 55 mmmm以以下下ででああるるここととがが望望ままししいい。。 ここれれはは、、 接接合合部部がが大大ききいい場場合合はは、、 熱熱 容容量量がが大大ききくくななつつてて応応答答性性がが低低下下ししててししままううかかららででああるる。。 ななおお、、 素素線線のの径径よよりり小小 55 ささくくすするるここととはは困困難難ででああるる。。
上上記記測測温温素素子子はは、、 金金ろろうう、、 銀銀ろろううななどどをを使使用用ししてて、、 有有底底孔孔のの底底にに接接着着ししててももよよ くく、、 有有底底孔孔にに揷揷入入ししたた後後、、 耐耐熱熱性性樹樹脂脂でで封封止止ししててももよよくく、、 両両者者をを併併用用ししててももよよいい。。 上上記記耐耐熱熱性性樹樹脂脂ととししててはは、、 例例ええばば、、 熱熱硬硬化化性性樹樹脂脂、、 特特ににははエエポポキキシシ樹樹脂脂、、 ポポリリ ィィミミドド榭榭脂脂、、 ビビススママレレイイミミ ドドーートトリリアアジジンン樹樹脂脂ななどどがが挙挙げげらられれるる。。 ここれれららのの樹樹月月旨旨 1100 はは、、 単単独独でで用用いいててももよよくく、、 22種種以以上上をを併併用用ししててももよよいい。。
上上記記金金ろろううととししててはは、、 33 77〜〜88 00 .. 55重重量量00// ooAA uu—— 66 33〜〜：： LL 99 .. 55重重量量00 //oo CC uu 合合金金、、 88 11 .. 55〜〜 88 22 .. 55重重量量％％：： AA uu ~~ 11 88 .. 55 ~~ 11 77 .. 55重重量量。。//。。：： NN ii合合金金 かからら選選ばばれれるる少少ななくくとともも 11種種がが望望ままししいい。。 ここれれららはは、、 溶溶融融温温度度がが、、 99 00 00 °°CC以以上上 でであありり、、 高高温温領領域域ででもも溶溶融融ししににくくいいたためめででああるる。。
1155 銀銀ろろううととししててはは、、 例例ええばば、、 AA gg—— CC uu系系ののももののをを使使用用すするるここととががででききるる。。
上上記記ヒヒーータタととししててはは、、 図図 22にに示示すすよよううななママイイ力力ヒヒーータタ、、 シシリリココンンララババーーヒヒーータタ 等等をを用用いいるるここととががででききるる。。 ままたた、、 単単にに絶絶縁縁性性ののシシーールルにに発発熱熱線線をを形形成成ししたたももののヒヒ ーータタととししてて使使用用すするるここととももででききるる。。
上上記記ママイイ力力ヒヒーータタととししててはは、、 任任意意ののパパタターーンンにに形形成成ししたたニニククロロムム線線等等のの発発熱熱体体 2200 をを絶絶縁縁体体ででああるるママイイ力力板板でで挟挟持持ししたたももののをを使使用用すするるここととががででききるる。。 ままたた、、 上上記記シシ リリココンンララババーーヒヒーータタととししててはは、、 任任意意ののパパタターーンンにに形形成成ししたたニニククロロムム線線等等のの発発熱熱体体 をを絶絶縁縁体体ででああるるシシリリココンンララババーーでで挟挟持持ししたたももののをを使使用用すするるここととががででききるる。。
上上記記ヒヒーータタをを加加熱熱すするるたためめのの発発熱熱体体ににつついいててはは、、 電電圧圧をを印印加加ししたた場場合合にに発発熱熱すす るるももののででああれればば、、 上上述述ししたたニニククロロムム線線にに限限らられれずず
Figure imgf000034_0001
25 線等の他の金属線等であってもよい。
また、 発熱体としては、 金属線の他に金属箔を使用することもできる。 上記金 属箔としては、 ニッケル箔、 ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して発 熱体としたものが望ましい。 パターン化した金属箔は、 樹脂フィルム等ではり合 わせてもよい。 さらに、 発熱体を被覆する絶縁体についても、 短絡を防止することができ、 高 温にも耐え得る材質のものであれば、 上述したマイ力板ゃシリコンラバーに限ら れず、 例えば、 フッ素樹脂、 ポリイミド樹脂、 ポリべンゾイミダゾール （P B I ) 等であってもよく、 セラミック等からなる繊維をマット状にしたものを用いて よい。
上記金属ヒータがヒータを金属板で挟持した形状である場合には、 上記ヒータ を複数設けてもよい。 この場合は、 各層のパターンは、 相互に補完するようにど こかの層に発熱体が形成され、 加熱面の上方から見ると、 どの領域にもパターン が形成されている状態が望ましい。 このような構造としては、 例えば、 互いに千 鳥の配置になっている構造が挙げられる。
また、 第一^■第三の本発明の金属ヒータにおける発熱体のパターンとしては、 図 2等に示したようなパターンに限られず、 例えば、 同心円状のパターン、 渦巻 き状のパターン、 偏心円状のパターン等も用いることができる。 また、 これらを 組み合わせたパターンであってもよい。
また、 上記発熱体は、 上述したように 2以上に分割されていることが望ましレ、。 また、 上記発熱体の面積抵抗率は、 0. 1〜1 Ο Ω /口が好ましい。 面積抵抗 率が 1 0 ΩΖ口を超えると、 所望の発熱量を確保するために、 発熱体の直径を非 常に細くしなければならず、 このため、 わずかな欠け等で断線したり、 抵抗値が 変動したりするからである。 また、 面積抵抗率が 0 . 1 ΩΖ口未満の場合、 発熱 体の直径を大きくしなければ、 発熱量を確保できず、 その結果、 発熱体パターン 設計の自由度が低下し、 加熱面の温度を均一にすることが困難となるからである。 発熱体と電源とを接続するための手段としては、 図 1で示すように、 金属箔か らなる発熱体の一部を露出させて接続用箔とし、 該接続用箔により導電線の一端 を包み、 その部分にかしめ部を有する取付部材を取り付け、 上記かしめ部をかし めることにより接続してもよく、 導電線を半田等で発熱体の両端部に取り付け、 この導電線を介して電源等と接続することとしてもよく、 また、 発熱体の両端部 に端子を取り付け、 この端子を介して電源等と接続することとしてもよい。 また、 上記端子は、 半田、 ろう材、 圧着、 かしめ等により発熱体に取り付ける ことが望ましい。 半田を介して端子を取り付けることが望ましい理由は、 エッケ ルは、 半田の熱拡散を防止するからである。 接続端子としては、 例えば、 コバー ル製の外部端子が挙げられる。
接続端子を接続する場合、 半田としては、 銀一鉛、 鉛一スズ、 ビスマスースズ などの合金を使用することができる。 なお、 半田層の厚さは、 0 . l〜5 0 m が好ましい。 半田による接続を確保するのに充分な範囲だからである。
また、 第一〜第三の本発明の金属ヒータでは、 金属板とヒータとの間に中プレ ートを介設することとしてもよい。 このような中プレートを介設することにより、 発熱体で発生させた熱をより均一化した状態で金属板に伝達することができる。 上記中プレートの材質としては、 熱伝導性に優れる金属が望ましく、 例えば、 銅、 銅合金等を使用することができる。
また、 図 1に示す金属ヒータでは、 金属板の側面と支持容器とが非接触となつ ているが、 これらが接触しているような構成である場合には、 金属板の側面と支 持容器との間に断熱リングを介設することが望ましい。 金属板の外周部において、 熱が逃散することにより、 金属板の加熱面に温度のばらつきが発生することを防 止できる。
上記支持容器および上記遮熱板は、 一体化されていてもよく、 遮熱板が支持容 器に連結固定されていてもよいが、 支持容器と遮熱板とが、 一体的に形成されて いることが望ましい。 金属ヒータ全体の強度を確保することができるからである。 上記支持容器は、 円筒形状であることが望ましく、 上記遮熱板は、 円板形状で あることが望ましい。 また、 上記支持容器および上記遮熱板の厚さは、 0 . 1〜 5 mmであることが望ましい。 0 . 1 mm未満では、 強度に乏しく、 5 mmを超 えると熱容量が大きくなるからである。
上記支持容器および上記遮熱板は、 加工等が容易で機械的特性に優れるととも に、 金属ヒータ全体の強度を確保できるように、 S U S、 アルミニウム、 インコ ネル （クロム 1 6 %、 鉄 7 %を含むニッケル系の合金） 等の金属により構成され ることが望ましい。
なお、 上記支持容器と上記遮熱板とが、 一体化されていない場合、 上記遮熱板 としては、 遮熱性に優れるように、 例えば、 耐熱性樹脂、 セラミック板、 これら に耐熱性の有機繊維や無機繊維が配合された複合板等、 余り熱伝導率が大きくな く、 かつ、 耐熱性に優れたものを用いることも可能である。
また、 支持容器または遮熱板には、 冷媒導入管を取り付けることとしてもよい。 金属ヒータを冷却するための強制冷却用の冷媒等を導入することにより、 金属ヒ ータを迅速に降温させることができるからである。 さらに、 支持容器または遮熱 板には、 導入した強制冷却用の冷媒等を排出するための貫通孔が形成されている こととしてもよい。
次に、 第一〜第三の本発明に係る金属ヒータの製造方法について説明する。
( 1 ) 金属板の作製工程
アルミニウム一銅合金等からなる板状体に、 N C旋盤を用いて外径加工を行い、 円板形状とした後、 この板状体に端面加工、 表面加工および裏面加工を順に行う。 このとき、 上部金属板となる板状体の厚さを、 下部金属板となる板状体の厚さ よりち厚くする。
次に、 マシユングセンタ （MC) 等を用いて、 半導体ウェハを支持するための リフターピンを挿入する貫通孔となる部分、 支持ピンを設置するための凹部、 熱 電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分を形成する。 また、 同様 にして所定の位置に有底孔を形成した後、 この有底孔にネジ溝を形成することに より、 金属板固定用ネジを揷通するためのネジ穴を形成する。
特に、 第三の本発明の金属ヒータを製造する場合、 支持ピンを設置するための 凹部は、 支持ピンを金属板上に広く分散させ、 かつ、 等間隔に配置するように形 成する。 その配置としては、 例えば、 図 7に示したように、 金属板と同心円の円 周上に、 複数個の支持ピン 6 1 8を等間隔で設け、 金属板の中心部に支持ピン 6 1 8を 1個設ける配置を挙げることができる。 これにより、 半導体ウェハを加熱 する際、 半導体ウェハに撓みが生じず、 半導体ウェハと金属板との距離が均一と なるため、 半導体ウェハを均一に加熱することができる。
そして、 上部金属板となる板状体にロータリー研削盤を用いて表面研削処理を 施すことにより、 上部金属板および下部金属板を製造する。 この表面研削処理を 施すことにより、 金属板の表面の平坦度を 2 0〜3 0 μ ιη程度にすることができ る。
また、 上部金属板には、 必要に応じて、 雰囲気ガス （例えば、 空気等） の流動 を抑制するウェハガイ ドリングを形成してもよい。 上記ウェハガイドリングは、 例えば、 アルミニウム一銅合金、 S U S等により形成することができる。 また、 同様の目的で、 支持容器の最上部に障壁リングを設けてもよい。
上記ウェハガイドリングゃ上記障壁リングを設けることにより、 加熱領域の内 外の雰囲気ガスの流動が阻害され、 その結果、 被加熱物を均一に加熱することが •できる。
次に、 上部金属板および下部金属板にアルマイ ト処理を施し、 上部金属板およ び下部金属板の表面に酸化被膜を形成する。 このような処理を行うことにより、 金属板の耐食性が向上するとともに、 表面が硬くなるため、 金属板に傷等が付き にくくなる。 また、 実際の半導体製造 ·検査工程で使用する場合であっても、 金 属板がレジスト液ゃ腐食性ガス等によって腐食されるにくくなる。
なお、 上記アルマイ ト処理 （陽極酸化被膜処理） としては、 例えば、 硫酸法、 シユウ酸法等を用いることができるが、 シユウ酸法を用いることが望ましい。 処 理後の表面ピンホールの発生を防止することができるからである。
( 2 ) ヒータの設置
所定のパターンに加工したニクロム線や、 ステンレス箔等の金属箔等の発熱体 をマイ力板等のセラミック板で挟持したヒータを、 上部金属板と下部金属板の間 に設置し、 下部金属板およびヒータに設けられたネジ孔に金属板固定用ネジを揷 通した後、 締め付けて下部金属板とヒータとを一体化する。
なお、 発熱体は、 ヒータ全体を均一な温度にする必要があることから、 屈曲線 が円環状に繰り返しや同心円の一部を描くようにして繰り返しを基本にしたバタ ーン等とすることが好ましい。
また、 金属板とヒータとの間には、 銅等のように熱伝導性に優れる材料からな る中プレートを挟持させることとしてもよい。 これにより、 ヒータから放射され る熱をより均一化した状態で上部金属板に伝達することができる。'
( 3 ) 支持容器の取り付け
そして、 このように金属板とヒータとを一体化させた装置を図 1に示したよう な円筒形状の支持容器に支持、 固定する。
なお、 支持容器には、 その底面に支持容器と同様の材質により構成される遮熱 板を設置するとともに、 測温素子、 導電線等を揷通できるような貫通孔を形成し ておく。
第一〜第三の本発明の金属ヒータにおいては、 図 1に示すように金属板および ヒータの側面と支持容器とが非接触の状態で支持、 固定されていることが望まし い。
金属板およびヒータの側面から熱が逃散することにより、 金属板の加熱面の外 周部が低温となる場合があるからである。
なお、 金属板およびヒータの側面と支持容器とが接触した状態で支持、 固定さ れている場合には、 金属板と支持容器との間にポリイミド樹脂、 フッ素樹脂等か らなる断熱リングを介設することが望ましい。
( 4 ) 電源等への接続
ヒータに設けられた発熱体の両端部に電源との接続のための端子 （外部端子） をろう材ゃ半田で取り付ける力、 または、 圧着ねじ込みやかしめ等の機械的な取 付方法 （取付手段） を用いて取り付けることにより、 外部の電源等に接続し、 金 属ヒータの製造を終了する。 なお、 第三の本発明の金属ヒータを製造する場合に は、 金属板の加熱面に形成された支持ピンを挿入した後、 ばね等を用いて固定し、 金属ヒータの製造を終了する。 発明を実施するための最良の形態
以下、 第一〜第三の本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
以下の実施例では、 半導体ウェハを加熱する金属ヒータを例に示すが、 第一〜 第三の本発明は、 光導波路の温度調整用ヒータとしても使用することができる。
(実施例 1 )
金属ヒータ （図 1、 2参照） の製造
( 1 ) アルミニウム一銅合金 （A 2 2 1 9 ( J I S— H 4 0 0 0 ) ) からなる 板状体に N C旋盤 （ヮシノ機械社製） を用いて外径加工を行い、 円板形状とした 後、 この円板体に端面加工、 表面加工および裏面加工を施すことにより、 上部金 属板用の円板体および下部金属板用の円板体を製造した。
次に、 マシニングセンタ （日立精機社製） を用いて、 これらの円板体に半導体 ウェハ 419を支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔 41 5となる部分. 支持ピン 418を設置するための凹部、 測温素子 416を埋め込むための有底孔 414となる部分を形成した。
なお、 貫通孔 41 5は 3箇所に形成し、 支持ピン 41 8を設置するための回部 は 9箇所に形成した。
また、 同様にして所定の位置に有底孔または貫通孔を形成した後、 これらの有 底孔または貫通孔にネジ溝を形成することにより、 円板体に金属板固定用ネジ 4 1 7を揷通するためのネジ穴を形成した。
なお、 上部金属板と板状体には、 その厚さの 3ノ4の深さを有するネジ穴を形 成した。
(2) 次に、 （1) の工程で製造された上部金属板用の円板体の加熱面側表面 に、 ロータリー研削盤 （岡本工作機械製作所製） を用いて表面研削処理を施し、 厚さ 1 5mm、 直径 33 Ommの上部金属板 41 1および厚さ 5mm、 直径 33 Ommの下部金属扳 42 1を得た。
さらに、 上部金属板 41 1の側面に、 下記の方法を用いて被加熱物である半導 体ウェハに向かって流れる気流を阻止するための障壁リング 428を設けた。 すなわち、 上部金属板の上面 （加熱面） よりも、 支持容器の外周縁部を高くす ることにより障壁リングとした。
なお、 本実施例では、 上部金属板 41 1の厚さが下部金属板 421の厚さより も厚いものとなっている。
(3) 次に、 上部金属板 41 1および下部金属板 42 1を電解液 10%H2 S04、 電圧 10V、 電流密度 0. 8A/dm2、 液温 20°Cの条件でァ ルマイト処理を行い、 上部金属板 41 1および下部金属板 421の表面に厚さ 1 5 μ mの酸化被膜を形成した。
(4) そして、 図 2に示すような屈曲線が円環状に繰り返したパターンおよび 同心円の一部を描くようにして繰り返したパターンに加工した厚さ 200 mの ステンレス箔からなる発熱体 425を厚さ 0. 3mmの 2枚のマイ力板 426で 挟持し、 直径 3 3 Oramのヒータ 41 2を得た。
なお、 ヒータ 412では、 発熱体の外縁が、 上部金属板 41 1の外周から上部 金属板 4 1 1の直径の 2 5 %以内の位置となるように発熱体 4 2 5を形成し、 発 熱体 4 2 5の回路の総数は 4とした。
また、 マイ力板 4 2 6には、 貫通孔 4 1 5となる部分、 有底孔 4 1 4となる部 分および金属板固定ネジ 4 1 7を揷通するためのネジ孔となる部分を予め形成し ておいた。
その後、 ( 1 ) 〜 （3 ) の工程で製造した上部金属板 4 1 1および下部金属板 4 2 1でヒータ 1 2を挟み込み、 下部金属扳 4 2 1およびヒータ 4 1 2に設けら れたネジ孔に金属板固定用ネジ 4 1 7を揷通した後、 これを締め付けることによ り、 上部金属板 4 1 1、 下部金属板 4 2 1およびヒータ 4 1 2を一体化した。
( 5 ) 次に、 図 1に示したような円筒形状で S U S製の支持容器 4 2 0を製造 し、 この支持容器 4 2 0の底面に貫通孔 4 1 5となる部分、 有底孔 4 1 4となる 部分および導電線 4 2 4を揷通するための貫通孔を形成した後、 支持容器 4 2 0 の底部に円板形状で S U S製の遮熱板 4 2 3を設置した。
そして、 遮熱板 4 2 3が設置された支持容器 4 2 0の内部に、 （4 ) で製造し たヒータ 4 1 2および下部金属板 4 2 1が取り付けられた上部金属板 4 1 1を配 置し、 上部金属板 4 1 1、 ヒータ 4 1 2および下部金属板 6 2 1の側面と支持容 器 4 2 0とが非接触となるように固定した。
なお、 本実施例の金属ヒータでは、 金属板固定用ネジ 4 1 7のネジ頭が下部金 属板 4 2 1に埋め込まれるような構造とすることにより、 下部金属板 4 2 1の底 面が支持容器 4 2 0の内面に接触するような構成とした。
( 6 ) 温度制御のための白金測温抵抗体からなる測温素子 4 1 6を有底孔 4 1 4に挿入した後、 無機接着剤 （東亜合成製 ァロンセラミック） を用いて有底孔 4 1 4を封止した。 また、 上部金属板 4 1 1の加熱面に形成された凹部に支持ピ ン 4 1 8を設置した。
( 7 ) 次いで、 ヒータ 4 1 2に設けられた発熱体であるステンレス箔から取り 出された接続用の箔によって導電線 4 2 4を包み、 金属製の取付部材を取り付け、 その後、 これをかしめることにより上記接続用の箔と導電線 4 2 4とを接続固定 した。 このようにしてヒータ 4 1 2に設けられた発熱体を、 外部の電源等に接続 し、 金属ヒータ 4 1 0を得た。 (実施例 2 )
金属ヒータの製造
上部金属板 41 1の厚さを 20 mmとし、 下部金属板 421の厚さを 5 mmと した以外は、 実施例 1と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 3 )
金属ヒータの製造
上部金属板 41 1の厚さを 25 mmとし、 下部金属板 42 1の厚さを 10 mm とした以外は、 実施例 1と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 4)
金属ヒータの製造
上部金属板 41 1の厚さを 4 Ommとし、 下部金属板 42 1の厚さを 5mmと した以外は、 実施例 1と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 5 )
上部金属板 41 1の厚さを 2 Ommとし、 下部金属板 421の厚さを 2 Omm とした以外は、 実施例 1と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 6 )
上部金属板 41 1の厚さを 36mmとし、 下部金属板 421の厚さを 3mmと した以外は、 実施例 1と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 7 ) - 上部金属板 41 1の厚さを 5 Ommとし、 下部金属板 42 1の厚さを 5 mmと した以外は、 実施例 1と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(試験例 1 )
実施例 1の （1) ~ (3) の工程で、 上部金属板の厚さを 5 mmとし、 下部金 属板の厚さを 2 Ommとした以外は、 実施例 1と同様にして金属ヒータを製造し た。 なお、 本試験例では、 下部金属板の厚さが上部金属板の厚さよりも厚いもの となっている。
(試験例 2 )
実施例 1の （5) の工程で、 支持容器 420の内径を上部金属板 41 1の直径 (33 Omm) と略同じとして支持容器 420を製造し、 上部金属板 41 1、 ヒ ータ 412および下部金属板 411を、 それらの側面と支持容器 420とが密着 するように、 支持容器 420の内部に設置し、 固定した以外は、 実施例 1と同様 にして金属ヒータを製造した。
(比較例.1)
金属板の底面に銅製の中プレートおよびヒータが設置された金属ヒータを製造 した。 なお、 金属板の厚さは 55mmであり、 発熱体のパターンは実施例 1と同 様とした。
実施例 1〜 7、 試験例 1、 2および比較例 1に係る金属ヒータに通電すること により昇温し、 （1) 定常時における面内温度均一性、 （2) 過渡時における面 内温度均一性、 （3) 平坦度の測定、 （4) オーバーシュート量の評価を行った。 その結果を表 1に示す。'
なお、 それぞれの評価は、 下記の方法を用いて行った。
(1) 定常時における面内温度均一性
金属.ヒータを 140°Cまで昇温した後、 熱電対を備えた温度センサ付ウェハを 金属ヒータの加熱面に載置し、 加熱面の温度分布を測定した。 温度分布は、 昇温 中における最高温度と最低温度との温度差の最大値で示す。
(2) 過渡時における面内温度均一性
金属ヒータにより、 温度センサ付ウェハを常温〜 140°Cまでの加熱した時の 温度センサ付ウェハ面内の温度分布を測定した。 温度分布は、 100°C、 120 °Cおよび 130°Cにおいて測定し、 最高温度と最低温度との温度差の最大値で示 す。
(3) 平坦度の測定
常温および 140°Cにおける金属板の加熱面の平坦度をレーザ変位計 （キーェ ンス社製） を用いて測定した。
(4) オーバーシュート量
140°Cで 20枚のシリコンウェハを処理したときのオーバーシユート量 （処 理中における最高温度から設定温度 （140°C) を引いた値） を測定した。 なお、 （3) 平坦度の測定の評価について、 常温における実施例 1に係る金属 ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 8に示し、 さらに、 140°Cにおける実施 例 1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 9に示し、 1 4 0 °Cにおけ る試験例 1に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 1 0に示す。
表 1
¾5^i一¾i嫩 Ui 17：n〜-
金属板の厚さ (mm) 定常時面内温度分布ぐ C) 過渡時面内? 度分布 C) 平坦度 ( m) オーバーシュート量 (°c) 上部金属板 下部金属板 (140°C) 100°C 120°C 130°C 常ノ皿 1 0°C (140°C ウェハ 20枚処理時） 実施 ί列 1 15 5 0.17 5.37 2.38 2.01 29 30 0.30 実施 ί列 2 20 5 0.24 5.38 2.80 1.51 29 30 0.35 実施 ί列 3 25 10 0.19 5.45 2.22 1.76 29 29 0.33 実施 1 40 5 0.25 4.80 2.24 1.64 28 29 0.31 実施 ί列 5 20 20 0.31 4.16 2.53 1.96 28 35 0.35 実施 ί列 6 36 3 0.32 4.20 2.53 1.95 28 36 0.30 実施 ί列 7 50 5 0.27 4.98 2.62 1.97 28 29 0.30 試験 ί列 1 5 20 0.44 9.56 6.66 5.10 37 47 1.32 試験 ί列 2 15 5 0.36 4.78 2.67 2.13 40 53 0.35 比較例 1 55 0 0.42 5.58 3.66 2.36 44 56 0.32
おける上部金属板の加熱面の温度が均一であった。 これは、 加熱面側の金属板の 厚さが厚く、 金属板を伝達する熱が充分に拡散するため、 発熱体パターンが加熱 面に反映されることがないからであると考えられる。
また、 実施例 1〜 4の金属ヒータは、 表 1、 図 8および図 9に示すように平坦 度が 5 0 z m以下であるため、 上部金属板とセンサウェハとの距離にばらつきが なく、 均一に加熱できたものと考えられる。
さらに、 実施例 1〜4に係る金属ヒータでは、 一定の厚さを有する下部金属板 がヒータの底面に設置されているため、 ヒータから発せられた熱線が均一化され たことによるものと考えられる。
また、 実施例 5、 6の金属ヒータでは、 定常時における加熱面の温度均一性は、 実施例 1〜4の金属ヒータに比べて劣っているが、 過渡時の加熱面の温度均一性 は、 実施例 1〜4に比べで優れている。
これに対して、 試験例 1、 2に係る金属ヒータでは、 定常時および過度時にお いて、 上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。 これは、 上部金属板の厚さ が薄く、 加熱時に熱膨張により金属板に反りゃ撓みが発生したためであると考え られる。
さらに、 比較例 1に係る金属ヒータは、 金属板の底面にヒータが設置されてお り、 下部金属板がない構造となっているため、 加熱面の平坦性に劣り、 その結果、 加熱面での温度が不均一になったものと考えられる。
オーバーシュート量については、 試験例 1に係る金属ヒータによる測定結果力 他の金属ヒータによる測定結果と比較して大きな値となった。 これは、 上部金属 板より下部金属板の厚さが厚く、 下部金属板の熱容量が上部金属板の熱容量に比 ベて相対的に大きいため、 下部金属板に熱が蓄積され、 下部金属板から上部金属 板への熱伝導が起こってしまい、 この熱伝導に起因したオーバーシユート現象が 生じたからであると考えられる。
(実施例 8 )
金属ヒータ (図 5参照） の製造
( 1 ) アルミニウム一銅合金 （A 2 2 1 9 ( J I S - H 4 0 0 0 ) ) からなる 板状体に N C旋盤 （ヮシノ機械社製） を用いて外径加工を行い、 円板形状とした 後、 この円板体に端面加工、 表面加工および裏面加工を施すことにより、 上部金 属板用の円板体および下部金属板用の円板体を製造した。
次に、 マシユングセンタ （日立精機社製） を用いて、 これらの円板体に半導体 ウェハ.51 9を支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔 51 5となる部分、 支持ピン 5 1 8を設置するための凹部、 測温素子 516を埋め込むための有底孔 5 14となる部分を形成した。
なお、 貫通孔 51 5は 3箇所に形成し、 支持ピン 5 1 8を設置するための凹部 は 9箇所に形成した。
また、 同様にして所定の位置に有底孔または貫通孔を形成した後、 これらの有 底孔または貫通孔にネジ溝を形成することにより、 円板体に金属板固定用ネジ 5 1 7を揷通するためのネジ穴を形成した。
なお、 上部金属板と板状体には、 その厚さの 3ノ4の深さを有するネジ穴を形 成した。
(2) 次に、 （1) の工程で製造された上部金属板用の円板体の加熱面側表面 に、 ロータリー研削盤 （岡本工作機械製作所製） を用いて表面研削処理を施し、 厚さ 15mra、 直径 33 Ommの上部金属板 51 1および厚さ 5mm、 直径 33 Ommの下部金属板 5 21を得た。
さらに、 上部金属板 5 1 1の側面に、 下記の方法を用いて被加熱物であるゥェ ハの障壁リングを設けた。
すなわち、 上部金属板の加熱面上面より、 支持容器の外周縁部の高さを高くす ることにより障壁リング 53 2を設けた。
なお、 本実施例では、 上部金属板 51 1の厚さが下部金属板 521の厚さより も厚いものとなっている。
(3) 次に、 上部金属板 5 1 1および下部金属板 521を電解液 10 % H 2 S04、 電圧 10V、 電流密度 0. SA/dm2、 液温 20°Cの条件でァ ルマイト処理を行い、 上部金属板 51 1および下部金属板 521の表面に厚さ 1 5 μ mの酸化被膜を形成した。
(4) そして、 図 2に示すような屈曲線が円環状に繰り返したパターンおよび 同心円の一部を描くようにして繰り返したパターンに加工した厚さ 200 μιηの ステンレス箔からなる発熱体を厚さ 0 . 3 mmの 2枚のマイ力板で挟持し、 直径 3 3 O mmのヒ^ "タ 5 1 2を得た。
なお、 ヒータ 5 1 2では、 発熱体の外縁が、 上部金属板 5 1 1の外周から上部 金属板 5 1 1の直径の 2 5 %以内の位置となるように発熱体を形成し、 発熱体の 回路の総数は 4とした。
また、 マイ力板 5 2 6には、 貫通孔 5 1 5となる部分、 有底孔 5 1 4となる部 分および金属板固定ネジ 5 1 7を挿通するためのネジ孔となる部分を予め形成し ておいた。
その後、 （1 ) 〜 （3 ) の工程で製造した上部金属板 5 1 1および下部金属板 5 2 1でヒータ 5 1 2を挟み込み、 下部金属板 5 2 1およびヒータ 5 1 2に設け られたネジ孔に金属板固定用ネジ 5 1 7を揷通した後、 これを締め付けることに より、 上部金属板 5 1 1、 下部金属板 5 2 1およびヒータ 5 1 2を一体化した。
( 5 ) 次に、 図 5に示したような有底円筒形状で S U S製の支持容器 5 2 0を 製造し、 この支持容器 5 2 0の底面に支持板 5 2 5を設けるとともに、 貫通孔 5 1 5となる部分、 有底孔 5 1 4となる部分および導電線 5 2 4を揷通するための 貫通孔を形成し、 その後、 支持容器 5 2 0の底部に円板形状で S U S製の遮熱板 5 2 3を設置した。
そして、 遮熱板 5 2 3が設置された支持容器 5 2 0の内部に、 （4 ) で製造し たヒータ 5 1 2および下部金属板 5 2 1が取り付けられた上部金属板 5 1 1を支 持板 5 2 5を介して載置し、 しっかりと固定した。
( 6 ) 温度制御のための白金測温抵抗体からなる測温素子 5 1 6を有底孔 5 1 4に挿入した後、 封止材として無機接着剤 （東亞合成社製、 ァロンセラミック） を用いて有底孔 5 1 4を封止した。 また、 上部金属板 5 1 1の加熱面に形成され た凹部に支持ピン 5 1 8を設置した。
( 7 ) 次いで、 ヒータ 5 1 2に設けられた発熱体であるステンレス箔 5 2 9か ら取り出された接続用のステンレス箔 5 3 0によって導電線 5 2 4を包んで、 さ らに、 取付部材 5 3 1をはめた状態でこれらをかしめることにより、 接続用のス テンレス箔 5 3 0に導電線 5 2 4を取り付け、 外部の電源等と接続し、 金属ヒー タ 5 1 0を得た。 (実施例 9)
金属ヒータの製造
上部金属板 5 1 1の厚さを 2 Ommとし、 下部金属扳 521の厚さを 5 mmと した以外は、 実施例 8と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 10)
金属ヒータの製造
上部金属板 5 1 1の厚さを 25 mmとし、 下部金属板 521の厚さを 10 mm とした以外は、 実施例 8と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 1 1 )
金属ヒータの製造
上部金属板 5 1 1の厚さを 4 Ommとし、 下部金属板 52 1の厚さを 5 mmと した以外は、 実施例 8と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(試験例 3 )
下部金属板を銅製とした以外は、 実施例 8と同様にして金属ヒータを製造した。 なお、 本試験例では、 上部金属板の厚さが下部金属板の厚さよりも厚いものとな つている。
実施例 8〜 1 1およぴ試験例 3に係る金属ヒータに通電することにより昇温し、 (1) 定常時における面内温度均一性、 （2) 過渡時における面内温度均一性、 (3) 平坦度の測定、 （4) .オーバーシュート量の評価を行った。 その結果を表 2に示す。 なお、 評価方法は、 実施例 1で行った方法と同様の方法で行った。 また、 （5) 平坦度の測定の評価において、 常温における実施例 8に係る金属 ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 1 1に示し、 140°Cにおける実施例 8に 係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 1 2に示し、 140°Cにおける試 験例 3に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 1 3に示す。 金属板の厚さ (mm) 定常時面内温度分布 ) 過渡時面内 ¾度分布 0 平坦度 ( m) オーバ一ンユート量ぐ C〉 上部金属板 下部金属板 (140CC) 100。C 120°C 130°C 常/皿 uォ 140°C (140°C ウェハ 20枚処理時） 実施例 8 15 5 0.17 5.37 2.38 1.62 29 30 0.31 実施例 9 20 5 0.24 5.38 2.80 1.51 29 30 0.34 実施例 10 25 10 0.19 5.45 2.22 1.76 29 29 0.32 実施例 11 40 5 0.25 4.80 2.24 1.64 28 29 0.35 試験 ί列 3 20 5 0.52 4.48 3.33 1.86 28 40 0.30 比較例 1 55 0 0.42 5.58 3.66 2.36 44 56 0.32
表 2に示すように、 実施例 8〜 1 1に係る金属ヒータは、 定常時および過渡時 における上部金属板の加熱面の温度が均一であった。 これは、 加熱面側とその反 対側の金属板の材質が同じであるため、 熱膨張係数が等しく、 温度上昇してもそ りが発生しないので、 ウェハと加熱面との距離にばらつきが発生せず、 均一に加 熱できたためと考えられる。
これに対して、 試験例 3に係る金属ヒータでは、 上部金属板と下部金属板の材 質が異なるため、 熱膨張係数が異なっていたので、 加熱時に変形が生じ、 加熱面 の温度が不均一であつた。
また、 実施例 8〜 1 1の金属ヒータは、 上述した比較例 1に係る金属ヒータと 比べても、 定常時および過渡時における加熱面の温度均一性に優れるものであつ た。
オーバーシュート量については、 実施例 8〜 1 1、 試験例 3および比較例 1に 係る金属ヒータによる測定結果がいずれも略同一であった。
(実施例 1 2 )
金属ヒータ （図 6 ( a ) 、 図 6 ( b ) 、 図 7参照） の製造
( 1 ) アルミニウム一銅合金 （A 2 2 1 9 ( J I S - H 4 0 0 0 ) ) からなる 板状体に N C旋盤 （ヮシノ機械社製） を用いて外径加工を行い、 円板形状とした 後、 この円板体に端面加工、 表面加工および裏面加工を施すことにより、 上部金 属板用の円板体および下部金属板用の円板体を製造した。
次に、 マシニングセンタ （日立精機社製） を用いて、 これらの円板体に半導体 ウェハ 6 1 9を支持するためのリフターピンを挿入する貫通孔 6 1 5となる部分、 支持ピン 6 1 8を設置するための凹部 6 2 8となる部分、 測温素子 6 1 6を埋め 込むための有底孔 6 1 4となる部分を形成した。
なお、 貫通孔 6 1 5となる部分は 3箇所に形成し、 支持ピン 6 1 8を設置する ための凹部 6 2 8となる部分は 9箇所に形成した。 また、 その配置は、 図 6 ( a ) に示すように、 上部金属板と同心円の円周上に、 8個の支持ピンを等間隔で設 け、 上部金属板の中心部に支持ピンを 1個が設置されるような配置とした。 また、 同様にして所定の位置に有底孔または貫通孔を形成した後、 これらの有 底孔または貫通孔にネジ溝を形成することにより、 円板体に金属板固定用ネジ 6 1 7を揷通するためのネジ穴を形成した。
なお、 上部金属板と板状体には、 その厚さの 3/4の深さを有するネジ穴を形 成した。
(2) 次に、 （1) の工程で製造された上部金属板用の円板体の加熱面側表面 に、 ロータリー研削盤 （岡本工作機械製作所製） を用いて表面研削処理を施し、 厚さ 1 5mm、 直径 3 3 Ommの上部金属板 6 1 1および厚さ 5 mm、 直径 3 3 Ommの下部金属板 6 2 1を得た。
さらに、 上部金属板 6 1 1の側面に、 下記の方法を用いて被加熱物であるゥェ ハの障壁リングを設けた。 すなわち、 上部金属板の加熱面上面より、 支持容器の 外周縁部の高さを高くすることにより障壁リング 6 3 2を設けた。
なお、 本実施例では、 上部金属板 6 1 1の厚さが下部金属板 6 2 1の厚さより も厚いものとなっている。
(3) 次に、 上部金属板 6 1 1および下部金属板 6 2 1を電解液 1 0%H2 S〇4、 電圧 1 0V、 電流密度 0. 8AZdm2、 液温 20°Cの条件でァ ルマイト処理を行い、 上部金属板 6 1 1および下部金属板 6 2 1の表面に厚さ 1
5 μ mの酸化被膜を形成した。
(4) そして、 図 7に示すような屈曲線が円環状に繰り返したパターンおよび 同心円の一部を描くようにして繰り返したパターンに加工した厚さ 200 mの ステンレス箔からなる発熱体を厚さ 0. 3 mmの 2枚のマイ力板で挟持し、 直径 3 3 Ommのヒータ 6 1 2を得た。
なお、 ヒータ 6 1 2は、 発熱体が形成されている領域の直径が 3 2 Ommとな るように発熱体を形成し、 発熱体の回路の総数は 4とした。
また、 マイ力板 6 2 6には、 貫通孔 6 1 5となる部分、 有底孔 6 1 4となる部 分おょぴ金属板固定ネジ 6 1 7を揷通するためのネジ孔となる部分を予め形成し ておいた。
その後、 （1) 〜 （3) の工程で製造した上部金属板 6 1 1および下部金属板
6 2 1でヒータ 6 1 2を挟み込み、 下部金属板 6 2 1およびヒータ 6 1 2に設け られたネジ孔に金属板固定用ネジ 6 1 7を揷通した後、 これを締め付けることに より、 上部金属板 6 1 1、 下部金属板 6 2 1およびヒータ 6 1 2を一体化した。 ( 5 ) 次に、 図 6 ( a ) に示したような有底円筒形状で S U S製の支持容器 6 2 0を製造し、 この支持容器 6 2 0の底面に支持板 6 2 5を設けるとともに、 貫 通孔 6 1 5となる部分、 有底孔 6 1 4となる部分おょぴ導電線 6 2 4を揷通する ための貫通孔を形成し、 その後、 支持容器 6 2 0の底部に円板形状で S U S製の 遮熱板 6 2 3を設置した。
そして、 遮熱板 6 2 3が設置された支持容器 6 2 0の内部に、 （4 ) で製造し たヒータ 6 1 2および下部金属板 6 2 1が取り付けられた上部金属板 6 1 1を支 持板 6 2 5を介して載置し、 しっかりと固定した。
( 6 ) 温度制御のための P t測温抵抗体からなる P t測温素子 6 1 6を有底孔 6 1 4に揷入した後、 封止材 （東亞合成社製、 ァロンセラミック） で有底孔 6 1 4を封止した。 また、 上部金属板 6 1 1の加熱面に形成された 9個の凹部 6 2 8 に、 図 6 ( a ) に示すような形状でアルミナ製の支持ピン 6 1 8を揷入し、 C字 形状のばね 6 2 7を、 支持ピン 6 1 8を囲み凹部 6 2 8に当接するように嵌め込 むことにより、 上部金属扳 6 1 1の加熱面 6 1 1 aに固定した。
( 7 ) 次いで、 ヒータ 6 1 2に設けられた発熱体であるステンレス箔 6 2 9か ら取り出された接続用のステンレス箔 6 3 0によって導電線 6 2 4を包んで、 さ らに、 取付部材 6 3 1をはめた状態でこれらをかしめることにより、 接続用のス テンレス箔 6 3 0に導電線 6 2 4を取り付け、 外部の電源等と接続し、 金属ヒー タ 6 1 0を得た。
(実施例 1 3 )
金属ヒータの製造
上部金属板 6 1 1の厚さを 2 0 mmとし、 下部金属板 6 2 1の厚さを 5 ramと し、 ピンの数を、 中心 1個、 その周囲の同一円周上に 5個の計 6個とした以外は、 実施例 1 2と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 1 4 )
金属ヒータの製造
上部金属板 6 1 1の厚さを 2 5 mmとし、 下部金属板 6 2 1の厚さを 1 0 mm とし、 ピンの数を、 中心 1個、 その周囲の同一円周上に 6個、 さらにその外側の 同一円周上に 1 2個の計 1 9個とした以外は、 実施例 1 2と同様にして、 金属ヒ ータを製造した。
(実施例 1 5 )
金属ヒータの製造
上部金属板 6 1 1の厚さを 4 0 mmとし、 下部金属板 6 2 1の厚さを 5 mmと した以外は、 実施例 1 2と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(実施例 1 6 )
実施例 1 2の （2 ) の工程において、 上部金属板用の円板体の加熱面側表面に 支持ピンを設置するための凹部を 5箇所に形成し、 （6 ) の工程において、 上部 金属板の加熱面に形成された 5個の凹部に支持ピンを設置した以外は、 実施例 1 2と同様にして金属ヒータを製造した。 なお、 本実施例 1 6では、 上部金属板の 加熱面に計 5個の支持ピンが設置され、 その配置は上部金属板と同心円の円周上 に支持ピンを 4個等間隔で設け、 上部金属板の中心部に支持ピンを 1個設ける配 置であった。
(実施例 1 7 )
本実施例は、 直径 2 2 O mmのヒータとし、 ピンの数を、 中心 1個、 その周囲 の同一円周上に 4個の計 5個とした以外は、 実施例 1 2と同様にして、 金属ヒー タを製造した。
(実施例 1 8 )
本実施例は、 直径 2 2 O mmのヒータとし、 ピンの数を、 中心 1個、. その周囲 に 4個、 さらにその外側に 1 0個それぞれ同一円周上に配置して計 1 5個とした 以外は、 実施例 1 2と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(試験例 4 )
本試験例は、 ピンの数を、 中心 1個、 その周囲に 3傾を同一円周上に配置して 計 4個とした以外は、 実施例 1 2と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(試験例 5 )
本試験例は、 ピンの数を、 上部金属板と同心円の円周上に支持ピンを 3個等間 隔で配置した以外は、 実施例 1 7と同様にして、 金属ヒータを製造した。
(比較例 2 )
金属板の底面に銅製の中プレートおよびヒータが設置された金属ヒータを製造 した。 なお、 金属板の厚さは 55mmであり、 発熱体のパターンは実施例 12と 同様とし、 支持ピンは形成しなかった。
実施例 12〜 18、 試験例 4、 5およぴ比較例 2に係る金属ヒータに通電する ことにより昇温し、 （1) 定常時における面内温度均一性、 （2) 過渡時におけ る面内温度均一性、 （3) 平坦度の測定、 （4) オーバーシュート量の評価を行 つた。 その結果を表 3に示す。 なお、 評価方法としては、 実施例 1で用いた方法 と同様の方法を用いた。
なお、 （2) 過渡時における面内温度均一性について、 実施例 12に係る金属 ヒータを用いて測定を行った場合の温度センサ付ウェハの各測定箇所における温 度と時間との関係を図 14〜16に、 実施例 1 6に係る金属ヒータを用いて測定 を行った場合の温度センサ付ウェハの各測定箇所における温度と時間との関係を 図 17〜 19に示す。
なお、 図 14、 17は 100°C付近における温度と時間との関係、 図 15、 1 8は 120~130°C付近における温度と時間との関係、 図 16、 19は 140 °C付近における温度と時間との関係を示す。
また、 （3) 平坦度の測定について、 常温における実施例 12に係る金属ヒー タ加熱面の一部の三次元形状を図 20に示し、 140°Cにおける実施例 12に係 る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 21に示し、 140°Cにおける比較 例 2に係る金属ヒータ加熱面の一部の三次元形状を図 22に示す。
金属板の厚さ (mm) 定常時面内温度分布 ( ) 過渡時面内温度分布 C) 平坦度 ( m) オーバ一シュート量 (°C) 上部金属板 下部金属板 (140°C) 100°G 120°C 130°C 常/皿。 ί 140°C (140°G ウェハ 20枚処理時） 実施例 12 15 5 0.17 5.37 2.38 2.01 29 30 0.30
実施例 13 20 5 0.24 5.38 2.80 1.51 29 30 0.33
実施 ί列 14 25 10 0.19 5.45 2.22 1.76 29 29 0.32
実施例 15 40 5 0.25 A.80 2.24 1.64 28 29 0.35
実施例 16 15 5 0.38 17.30 12.19 7.53 29 30 0.31
実施例"! 7 15 15 0.18 5.31 2.30 2.00 29 30 0.34
実施例 18 15 15 0.19 5.20 2.75 1.86 29 30 0.33
試験冽 4 15 5 0.25 11.90 B.20 5.20 30 33 0.30
試験 ί列 5 15 15 0.29 12.67 10.00 5.75 29 30 0.35
比較 ί列 2 55 0 1.31 20.00 15.30 9.38 44 56 0.34
»3 表 3、 図 1 4〜1 6に示すように、 実施例 1 2 ~ 1 5に係る金属ヒータは、 定 常時およぴ過渡時における上部金属板の加熱面の温度が均一であつた。 これは、 加熱面側の金属板の厚さが一定値以上あり、 金属板を伝達する熱が充分に拡散す るため、 発熱体パターンが加熱面に反映されないからであると考えられる。 また、 特に過渡時において、 温度が均一であったのは、 支持ピン同士の間隔が 狭いことにより、 センサウェハに撓みが発生せず、 上部金属板の加熱面とセンサ ウェハとの距離にばらつきが生じなかったためであると考えられる。
また、 実施例 1 2〜1 5の金属ヒータは、 表 3、 図 2 0および図 2 1に示すよ うに平坦度が 5 0 μ ΐη以下であるため、 上部金属板とセンサウェハとの距離にば らつきがなく、 均一に加熱できたものと考えられる。
さらに、 実施例 1 2〜1 5に係る金属ヒータでは、 一定の厚さを有する下部金 属板がヒータの底面に設置されているため、 ヒータから発せられた熱線が均一化 されたことによるものと考えられる。
これに対して、 実施例 1 6に係る金属ヒータでは、 表 3、 図 1 7〜1 9に示す ように、 過渡時における上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。 過渡時に おいて、 加熱面の温度にばらつきが生じたのは、 支持ピン同士の間隔が広いこと により、 センサウェハに若干の撓みが発生し、 上部金属板の加熱面とセンサゥェ ハとの距離に若干のばらつきが生じたためであると考えられる。 ただし、 定常時 において上部金属板の加熱面の温度は、 ほぼ均一となり、 実用上大きな問題はな いものであった。
また、 実施例 1 7、 1 8に係る金属ヒータでは、 表 3に示すように、 定常時お ょぴ過渡時における上部金属板の加熱面の温度が均一であった。 これは、 加熱面 上に充分な数の支持ピンが配置されており、 半導体ウェハに撓みが生じることな く、 加熱面と半導体ウェハとのクリアランスが正確に保持されるため、 加熱面の 温度の均一性、 特に過渡時における加熱面の温度の均一性を確保し易いことによ るものと考えられる。
試験例 4に係る金属ヒータでは、 表 3に示すように、 実施例 1 2に係る金属ヒ ータと比べると、 過渡時における上部金属板の加熱面の温度が不均一であった。 また、 試験例 5に係る金属ヒータでは、 表 3に示すように、 実施例 1 7に示す金 属ヒータと比べると、 過渡時における上部金属板の加熱面の温度が不均一であつ た。 過渡時において、 加熱面の温度にばらつきが生じたのは、 支持ピン同士の間 隔が広いことにより、 センサウェハに若干の撓みが発生し、 上部金属板の加熱面 とセンサウェハとの距離に若干のばらつきが生じたためであると考えられる。 比較例 2に係る金属ヒータでは、 表 3に示すように、 定常時および過渡時にお ける上部金属板の加熱面の温度が不均一であつた。 加熱面の温度にばらつきが生 じたのは、 うねりが大きいことにより、 金属板とセンサウェハとの距離にばらつ きが生じたためであると考えられる。
オーバーシュート量については、 実施例 8〜1 1、 試験例 3および比較例 1に 係る金属ヒータによる測定結果がいずれも略同一であつた。 産業上利用の可能性
以上説明したように、 第一の本発明の金属ヒータは、 一の金属板のみからなり、 該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属ヒータに比べ、 半 導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱することができる。
さらに、 第一の本発明の金属ヒータでは、 加熱面側の金属板の厚さが、 加熱面 の反対側の金属板の厚さと等しいか、 または、 それよりも厚くなつているため、 加熱時における加熱面の平坦性が向上することとなるともに、 温度均一性も向上 し、 その結果、 半導体ウェハ全体を均一に加熱することができる。
以上説明したように第二の本発明の金属ヒータは、 一の金属板のみからなり、 該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属ヒータに比べ、 半 導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱することができる。
さらに、 第二の本発明の金属ヒータでは、 金属ヒータを構成する複数の金属板 は、 同質の材料からなるため、 加熱時における加熱面の平坦性が向上することと なり、 半導体ウェハ等の被加熱物との距離を一定に保つことができるため、 半導 体ウェハ等を均一に加熱することができる。
以上説明したように第三の本発明の金属ヒータは、 一の金属板のみからなり、 該金属板の加熱面と反対側の面にヒータが設けられている金属ヒータに比べ、 半 導体ウェハ等の被加熱物を迅速に加熱することができる。 さらに、 第三の本発明の金属ヒータでは、 金属板の被加熱物と対向する加熱 面に、 発熱体が形成された領域に対応して、 被加熱物を支持するための凸部が設 けられているため、 被加熱物である半導体ウェハ等に撓みが発生しにくい。 この ため、 半導体ウェハ等と金属板の加熱面との距離を一定にすることができ、 半導 体ウェハ全体を均一に加熱することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 金属板と発熱体とから構成される金属ヒータであって、
前記金属板は複数であるとともに、
前記金属板の間には、 前記発熱体が挟持されており、
加熱面側の金属板の厚さが、 加熱面の反対側の金属板の厚さと等しいか、 また は、 それよりも厚いことを特徴とする金属ヒータ。
2 . 前記発熱体が 2以上に分割されている請求の範囲 1に記載の金属ヒータ。
3 . 複数の金属板と発熱体とから構成され、 前記金属板の間に前記発熱体が挟 持された金属ヒータであって、
前記複数の金属板は、 同質の材料からなることを特徴とする金属ヒータ。
4 . 前記複数の金属板は、 銅一アルミニウム合金からなる請求の範囲 3に記載 の金属ヒータ。
5 . 複数の金属板と発熱体とから構^され、 前記金属板の間に前記発熱体が挟 持された金属ヒータであって、
前記金属板の被加熱物と対向する加熱面には、 前記発熱体が形成された領域に 対応して、 被加熱物を支持するための凸部が設けられていることを特徴とする金 属ヒータ。
6 . 前記発熱体が形成された領域の直径は 2 5 O mm以上であり、 前記凸部の 数は、 6以上である請求の範囲 5に記載の金属ヒータ。
7 . 前記発熱体が形成されだ領域の直径は 2 0 0〜 2 5 0 mmであり、 前記凸 部の数は、 5以上である請求の範囲 5に記載の金属ヒータ。
8 . 前記発熱体が 2以上に分割されている請求の範囲 5〜 7のいずれか 1に記 載の金属ヒータ。
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