加热器和晶片加热装置以及该加热器的制造方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200510107141.4

申请日:

2005.09.28

公开号:

CN1767149A

公开日:

2006.05.03

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):H01L 21/00申请日:20050928授权公告日:20090408终止日期:20130928|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

H01L21/00(2006.01); H05B3/00(2006.01)

主分类号:

H01L21/00

申请人:

京瓷株式会社

发明人:

中村恒彦

地址:

日本京都府

优先权:

2004.10.28 JP 2004-313838; 2005.03.28 JP 2005-092184

专利代理机构:

中科专利商标代理有限责任公司

代理人:

朱丹

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内容摘要

本发明涉及一种能够减小被加热物表面的面内温度差,且能够短时间将被加热物加热到所期望的温度的加热器。该加热器具有板状体,该板状体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部或第2主面具有电阻发热体,电阻发热体为连续带状体,该连续带状体,具有位于互不相同半径的同心圆中的两个圆的一方圆周上的至少两个圆弧形带、位于另一方圆周上的至少1个圆弧形带、以及分别与一方圆周上的圆弧形带和位于另一方圆周上的圆弧形带相连接,且相互邻接的连接圆弧形带;相邻的连接圆弧形带间的连接间距,小于一方圆周上的圆弧形带与位于另一方圆周上的圆弧形带之间的圆弧间距。

权利要求书

1.  一种加热器,它包括板状体,该板状体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部或第2主面具有电阻发热体,其特征在于:
所述电阻发热体为连续带状体,该连续带状体,具有位于互不相同半径的同心圆中的两个圆的一方圆周上的至少两个圆弧形带、位于另一方圆周上的至少1个圆弧形带、以及分别与所述一方圆周上的圆弧形带和位于所述另一方圆周上的圆弧形带相连接,且相互邻接的连接圆弧形带;
所述相邻的连接圆弧形带间的连接间距,小于所述一方圆周上的圆弧形带与位于所述另一方圆周上的圆弧形带之间的圆弧间距。

2.
  一种加热器,它包括板状体和测温元件,所述板状体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部或第2主面具有电阻发热体,其特征在于:
所述端子发热体,由设置在不同半径的同心圆中的至少两个圆周上的圆弧形带所连接的连续带状体组成,其两端上具有馈电部;
所述测温元件,设置在圆环电阻发热体区域内,该圆环电阻发热体区域,限定于内接位于所述圆弧形带中最内侧的圆弧形带的内切圆与外接位于所述圆弧形带中最外侧的圆弧形带的外接圆之间的区域;
所述馈电部,设置在所述圆环电阻发热体区域外。

3.
  如权利要求2所述的加热器,其特征在于:
所述圆周中的相邻的圆周的一方中,至少设有两个所述圆弧形带,该圆弧形带通过与位于另一方圆周上的圆弧形带相邻的连接圆弧形带相连接,所述相邻的连接圆弧形带之间的连接间距,小于通过该连接圆弧形带所连接的圆弧形带之间的圆弧间距。

4.
  如权利要求1或3所述的加热器,其特征在于:
所述连接间距被设定在所述圆弧间距的30%~80%的范围内。

5.
  如权利要求1所述的加热器,其特征在于:
具有多个所述电阻发热体,所述各个电阻发热体分别设置在圆环电阻发热体区域中,该圆环电阻发热体区域,限定于内接位于各个电阻发热体的圆弧形带中最内侧的圆弧形带的内切圆,与外接位于最外侧的圆弧形带的外接圆之间的区域。

6.
  如权利要求2或5所述的加热器,其特征在于:
多个所述圆环电阻发热体区域同心设置,各个圆环电阻发热体区域中分别设有所述电阻发热体。

7.
  如权利要求6所述的加热器,其特征在于:
所述多个圆环电阻发热体区域,由从内侧顺次所设置的第1圆环电阻发热体区域、第2圆环电阻发热体区域以及第3圆环电阻发热体区域构成,所述第1圆环电阻发热体区域的内侧进一步具有圆形或圆环的中央电阻发热体区域,该中央电阻发热体区域中进一步设有电阻发热体。

8.
  如权利要求7所述的加热器,其特征在于:
所述中央电阻发热体区域的外径(D1)为所述第3圆环电阻发热体区域的外径(D)的20~40%,所述第1圆环电阻发热体区域的外径(D2)为所述外径(D)的40~55%,所述第2圆环电阻发热体区域的外径(D3)为所述外径(D)的55~85%。

9.
  如权利要求8所述的加热器,其特征在于:
所述第1圆环电阻发热体区域的内径(D22)为所述外径(D)的34~45%,所述第2圆环电阻发热体区域的内径(D33)为所述外径(D)的55~65%,所述第3圆环电阻发热体区域的内径(D0)为所述外径(D)的85~93%。

10.
  如权利要求7所述的加热器,其特征在于:
所述第2圆环电阻发热体区域与所述第3圆环电阻发热体区域,分别由设置在放射方向的多个分界区域进行等分割,分割所述第2圆环电阻发热体区域的所述边界区域与分割所述第3圆环电阻发热体区域的所述边界区域,以不沿着1个放射方向重叠的方式错开。

11.
  如权利要求10所述的加热器,其特征在于:
所述第2圆环电阻发热体区域的分割数,与所述第3圆环电阻发热体区域的分割数不同。

12.
  如权利要求7所述的加热器,其特征在于:
设置在所述中央电阻发热体区域中的电阻发热体,与第1圆环电阻发热体区域的电阻发热体串联或并联。

13.
  如权利要求7所述的加热器,其特征在于:
所述中央电阻发热体区域与所述第1圆环电阻发热体区域之间,设有贯通所述板状体的贯通孔。

14.
  如权利要求6所述的加热器,其特征在于:
在位于最外侧的圆环电阻发热体区域中所设置的电阻发热体带的宽度,小于其他在电阻发热体区域中所设置的电阻发热体带的宽度。

15.
  如权利要求1或2所述的加热器,其特征在于:
具备:在所述置载面的周边部具有的3个以上的周边凸部、以及位于该周边凸部的内侧且比该周边凸部高度低的内侧凸部,
其中,所述周边凸部,被保持为能够在板状体的放射方向或垂直方向中的至少1个方向中进行移动。

16.
  如权利要求15所述的加热器,其特征在于,还具有:
给所述电阻发热体供电的供电端子;
外壳,其具有用来冷却所述板状体的冷却喷嘴以及开口部,将所述供电端子与所述板状体的另一方主面覆盖起来;以及
将所述周边凸部固定在所述板状体中的固定螺栓,
此外,所述固定螺栓从所述一方主面到达另一方主面贯通所述板状体,固定所述外壳。

17.
  如权利要求16所述的加热器,其特征在于:
所述板状体经由止动零件固定在所述外壳上。

18.
  一种加热器,它包括板状陶瓷体,该板状陶瓷体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部埋设有电阻发热体,其特征在于:
所述电阻发热体,由连续导线构成,所述连续导线,具有以在与所述一方主面平行的1个面内的、且互不相同半径的同心圆中的两个圆的一方圆为中心的两个螺旋状线圈、以另一方圆为中心的至少1个螺旋状线圈、以及分别与以所述一方圆为中心的螺旋状线圈和以所述另一方圆为中心的螺旋状线圈相连接,且相互邻接的连接线圈;
所述相邻的连接线圈间的连接间距,小于以所述一方圆为中心的螺旋状线圈和以所述另一方圆为中心的螺旋状线圈之间的线圈间距。

19.
  如权利要求18所述的加热器,其特征在于:
所述连接间距被设定在所述线圈间距的30%~80%的范围内。

20.
  如权利要求18或19所述的加热器,其特征在于:
所述螺旋线圈中的位于最外侧的螺旋线圈的间距,小于其他螺旋线圈的间距。

21.
  如权利要求18或19所述的加热器,其特征在于:
所述板状陶瓷体的第2主面中接合有筒状支持部件,位于该支持部件的内侧的所述螺旋线圈的间距,小于位于所述支持部件的外侧的所述螺旋线圈的间距。

22.
  一种晶片加热装置,其特征在于:
具有权利要求1、2、18中任一个的加热器。

23.
  一种加热器制造方法,其特征在于,包括:
在陶瓷粉末所构成的板状成形体中形成槽的工序;
在所述槽中插入线圈形状的电阻发热体的工序;
在所述槽与所述电阻发热体的空隙中填充陶瓷粉末,对该陶瓷粉末进行预备加压的工序;以及
将所述预备加压过的成形体插入在耐热模具中,进行加压并烧制的工序。

24.
  一种晶片处理方法,其特征在于:
将晶片放置在权利要求22的晶片加热装置的置载面上,通过所述加热器对所述晶片进行加热的同时,至少进行在该晶片上成膜半导体薄膜、蚀刻处理以及抗蚀剂膜形成中的1个。

说明书

加热器和晶片加热装置以及该加热器的制造方法
技术领域
本发明主要涉及一种在加热晶片时所使用的加热器与晶片加热装置以及该加热器的制造方法。
背景技术
半导体装置的制造工序中的半导体薄膜的成膜处理、蚀刻处理、保护膜的烧烙处理等中,使用用来对半导体晶片(以下称作晶片)进行加热的加热器。
作为这样的加热器,例如专利文献1、专利文献2以及专利文献3中,提出了如图16所示的晶片加热装置。
该加热器771,以板状陶瓷体772、金属外壳779为主要构成要素,因此,在铝等金属所构成的有底金属外壳779的开口部中,将氮化物陶瓷或碳化物陶瓷所制成的板状陶瓷体772,经树脂制隔热性连接部件774,通过螺栓780进行固定而构成。该加热器771中,将板状陶瓷体772的上面作为搭载晶片W的加热面773,通过板状陶瓷体772的下面所形成的,例如图20所示的同心圆状的电阻发热体775,对晶片进行加热。
这里,陶瓷发热体775的供电部中,焊料安装由供电端子777,该供电端子777,与穿插在金属外壳779的底部779a中所设置的引线引出用孔776中的引线778电连接。
但是,这样的加热器771中,为了在晶片W的表面全体中形成均匀的膜,让保护膜的加热反应状态较为均匀,让晶片的℃分布均一这一点很重要。因此,以前为了缩小晶片面内的温度差,提出了以下各种对策。
该对策之一是,将电阻发热体775分割使其独立,并控制温度。
专利文献4中,公布了一种具有多个电阻发热体分区的加热器。该加热器中,如图17所示,从中心向外呈放射状分别形成了4等分的扇形分区。另外,还有一种公知的加热器如图18所示,将外周部的电阻发热体分成4个分区,中心部的电阻发热体为圆形分区。
另外,专利文献5中,如图19所示,公布了一种具有被分成相同的矩形区域711~718,能够互相独立或将多个分别组合起来进行控制的电阻发热体的加热器。该加热器如图19所示,在该8个区域711~718内,4个区域715~718,设置在分别对应于将晶片的周缘部在圆周方向上4等分的圆弧的位置上,另外4个区域711~714,在包围周边的4个区域715~718的内侧,平行排列。
另外,电阻发热体的形状,还公布有让多个电阻发热体中的最外周的电阻发热体为正弦曲线的加热器500(专利文献6),以及让最外周的电阻发热体750为矩形(专利文献7以及专利文献8)加热器500(参照图21、(图22、)图23)。这些加热器中,供电部760与电阻发热体相邻设置。
另外,专利文献8中公布了一种具有螺旋状电阻发热体的加热器。
另外,为了让晶片的温度分布均匀,专利文献9中记录了在置载面773中设置晶片W支持销(未图示),让晶片W从置载面773上浮起微小的距离的加热器。
专利文献10中,公布了一种在板状陶瓷体772的周缘设置包围晶片W的围壁,来防止晶片W横向偏移的加热器。
另外,专利文献11中,公布了一种在板状陶瓷体772的外缘部设置用来嵌合晶片W的突起部,在该突起部的内侧,形成抵住晶片W的多个凸状体,通过这样来实现均匀的温度分布的加热器。
另外,专利文献12中,公布了一种在板状陶瓷体的周边设置进行晶片W的定位的引导销,通过这样让晶片W的温度分布均匀的加热器。
另外,专利文献13中,公布了一种通过自由调整晶片W的支持销的高度,而能够调整晶片W的温度分布的加热器。另外,还公布了一种支持销与引导销相嵌合的加热器。
另外,专利文献14、专利文献15以及专利文献16中,提出了一种如图24所示的埋设有线圈状的电阻发热体853地陶瓷制加热器850。该加热器850,在氮化硅或氮化铝等氮化物陶瓷体所形成的板状陶瓷体851中,成螺旋状埋设线圈状的电阻发热体853,该电阻发热体853的两端与供电端子855相连接。这样,作为减少晶片的面内温度差的方法,公布了将置载面的外侧10%的区域的电阻发热体853的密度增大,或将线圈状的电阻发热体853的每单位长度的圈数的波动控制在10%以下等,来三维设置电阻发热体853。
另外,专利文献17以及专利文献18中,尝试连接埋设线圈直径变化的电阻发热体,在电阻发热体的折回部设置膨胀部,来减少晶片表面的温度差。
另外,例如在CVD成膜处理工序中,采用通过陶瓷制筒状支持部件来支持由板状陶瓷体所构成的陶瓷制加热器的这种构造的晶片保持部件,如图25所示,将埋设有电阻发热体853、854的板状陶瓷体851的一方主面作为搭载晶片的置载面851a,让另一方主面与筒状支持部件860相接合而成的陶瓷制加热器850,也是公知的。该加热器850中,电阻发热体853、854的端子部中,焊料安装有供电端子856、857,能够让该供电端子856、857通过筒状支持部件860的内侧,与外部相连接。
近年来,使用90nm布线图形或45nm布线图形规则的半导体元件逐渐增加,在制造这样的半导体元件时,存在要求能够让温度分布更加均匀,对晶片进行均匀的加热的加热器的倾向。
【专利文献1】特开2001-203156号公报
【专利文献2】特开2001-313249号公报
【专利文献3】特开2002-76102号公报
【专利文献4】特开平11-121385号公报
【专利文献5】特开平11-354528号公报
【专利文献6】特开2001-6852号公报
【专利文献7】特开2001-223257号公报
【专利文献8】特开2001-257200号公报
【专利文献9】特开平10-223642号公报
【专利文献10】特开平10-229114号公报
【专利文献11】特开2002-237375号公报
【专利文献12】特开2002-184683号公报
【专利文献13】特开2001-68407号公报
【专利文献14】特开平4-101381号公报
【专利文献15】特开平7-220862号公报
【专利文献16】特开平7-65935号公报
【专利文献17】特开2004-6242号公报
【专利文献18】特开2004-111107号公报
【专利文献19】特开平11-339939号公报
【专利文献20】特开2001-102157号公报
【专利文献21】特开2002-170655号公报
但是,以前的加热器存在很难实现均匀的温度分布,为了实现均匀的温度分布,需要非常复杂微妙的控制等问题,需要有一种能够通过相当简单的构造,让温度分布更加均匀进行加热的加热器。
另外,伴随着半导体元件的布线的细微化而开始使用的化学扩大型保护膜中,不用说晶片温度的均一性,从将晶片放置在热处理装置的一瞬间,到从其中脱离,结束热处理之间的过渡的温度经历也非常重要,最好能够让晶片放置之后的大约60秒内的晶片的温度均匀稳定,但以前的加热器,存在到温度稳定之前的应答时间较大这一问题。
另外,埋设有线圈状电阻发热体的加热器,存在在电阻发热体的弯曲部,外侧与内侧的发热体密度变化较大这一问题,而很难缩小曲率半径。因此,专利文献17以及专利文献18中所述的方法中,需要在板状陶瓷体内连接线圈直径不同的电阻发热体,或在电阻发热体的折回部形成膨胀部,在加热器的量产中需要极为复杂的工序,因此存在在制造品质稳定的制品的成品率较高的状态下,量产极为困难这一问题。
另外,安装有筒状支持部件的加热器,存在通过筒状的支持部件散热,使得晶片表面温度差增大而变得不均匀这一问题。
因此,专利文献19中,公布了一种将筒状的支持部件860的内侧的电阻密度增大,从而即使在急速的升温中也能够减小面内温度差,防止板状陶瓷体851的破损的加热器。
另外,专利文献20中,公布了为了减小与筒状的支持部件860相接合的陶瓷制加热器的面内温度差从而防止破损,而增加中央部分的电阻密度,并靠近支持部件860的接合面埋设独立的电阻发热体854。另外,专利文献21中,公布了埋设有用来加热筒状的支持部件860的电阻发热体。
另外,近年来,要求尽量缩短升温时间,但具有线圈状电阻发热体的陶瓷制加热器,如果急速升温便有可能会破损。特别是,安装有对应于大型化硅晶片的直径为300mm尺寸用筒状支持部件的陶瓷制加热器中,如果急速升温,热应力便会增大,常常导致加热器破损。
发明内容
因此,本发明的目的在于,提供一种例如能够减小晶片等被加热物表面的面内温度差,且能够通过短时间将加热物加热到给定温度的加热器,以及使用该加热器的晶片加热装置。
另外,本发明的目的还在于,提供一种能够减小被加热物表面的面内温度差,能够急速进行升温的可靠性较高的,包括埋设有线圈状发热体的板状陶瓷体的加热器及其制造方法。
为实现上述目的,本发明的相关第1加热器,包括板状体,该板状体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部或第2主面具有电阻发热体,其特征在于:所述电阻发热体为连续带状体,该连续带状体,具有位于互不相同半径的同心圆中的两个圆的一方圆周上的至少两个圆弧形带、位于另一方圆周上的至少1个圆弧形带、以及分别与所述一方圆周上的圆弧形带和位于所述另一方圆周上的圆弧形带相连接,且相互邻接的连接圆弧形带;
所述相邻的连接圆弧形带间的连接间距,小于所述一方圆周上的圆弧形带与位于所述另一方圆周上的圆弧形带之间的圆弧间距。
通过如上所构成的本发明的相关第1加热器,能够提供一种能够减小被加热物表面的面内温度差,且能够短时间将被加热物加热到所期望的温度的加热器。
另外,本发明的第2加热器,它包括板状体和测温元件,所述板状体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部或第2主面具有电阻发热体,其特征在于:
所述端子发热体,由设置在不同半径的同心圆中的至少两个圆周上的圆弧形带所连接的连续带状体组成,其两端上具有馈电部;
所述测温元件,设置在圆环电阻发热体区域内,该圆环电阻发热体区域,限定于内接位于所述圆弧形带中最内侧的圆弧形带的内切圆与外接位于所述圆弧形带中最外侧的圆弧形带的外接圆之间的区域;
所述馈电部,设置在所述圆环电阻发热体区域外。
通过如上所构成的本发明的相关第2加热器,能够提供一种能够减小被加热物表面的面内温度差,且能够短时间将被加热物加热到所期望的温度的加热器。
作为优选方式,本发明的相关第2加热器中,所述圆周中的相邻的圆周的一方中,至少设有两个所述圆弧形带,该圆弧形带,通过与位于另一方圆周上的圆弧形带相邻的连接圆弧形带相连接,所述相邻的连接圆弧形带之间的连接间距,小于通过该连接圆弧形带所连接的圆弧形带之间的圆弧间距。
作为优选方式,本发明的相关第1以及第2加热器中,所述连接间距被设定在所述圆弧间距的30%~80%的范围内。
作为优选方式,本发明的相关第1加热器,具有多个所述电阻发热体,所述各个电阻发热体,分别设置圆环电阻发热体区域中,该圆环电阻发热体区域,限定于内接位于各个电阻发热体的圆弧形带中最内侧的圆弧形带的内切圆,与外接位于最外侧的圆弧形带的外接圆之间的区域。
作为优选方式,本发明的相关第1以及第2加热器中,多个所述圆环电阻发热体区域同心设置,各个圆环电阻发热体区域中分别设有所述电阻发热体。
另外,作为优选方式,上述加热器中,所述多个圆环电阻发热体区域,由从内侧顺次所设置的第1圆环电阻发热体区域、第2圆环电阻发热体区域以及第3圆环电阻发热体区域构成,所述第1圆环电阻发热体区域的内侧进一步具有圆形或圆环的中央电阻发热体区域,该中央电阻发热体区域中进一步设有电阻发热体。
进而,作为优选方式,上述加热器中,所述中央电阻发热体区域的外径(D1)为所述第3圆环电阻发热体区域的外径(D)的20~40%,所述第1圆环电阻发热体区域的外径(D2)为所述外径(D)的40~55%,所述第2圆环电阻发热体区域的外径(D3)为所述外径(D)的55~85%,另外,所述第1圆环电阻发热体区域的内径(D22)为所述外径(D)的34~45%,所述第2圆环电阻发热体区域的内径(D33)为所述外径(D)的55~65%,所述第3圆环电阻发热体区域的内径(D0)为所述外径(D)的85~93%。
另外,作为优选方式,上述加热器中,所述第2圆环电阻发热体区域与所述第3圆环电阻发热体区域,分别通过设置在放射方向的多个分界区域进行等分割,分割所述第2圆环电阻发热体区域的所述边界区域,与分割所述第3圆环电阻发热体区域的所述边界区域,以不沿着1个放射方向的方式错开,如果所述第2圆环电阻发热体区域的分割数,与所述第3圆环电阻发热体区域的分割数不同,则更加理想。
上述加热器中,设置在所述中央电阻发热体区域中的电阻发热体,可以与第1圆环电阻发热体区域的电阻发热体串联或并联。
所述中央电阻发热体区域与所述第1圆环电阻发热体区域之间,可以设有贯通所述板状体的贯通孔。
另外,作为优选方式,本发明的相关第1以及第2加热器中,位于最外侧的圆环电阻发热体区域中所设置的电阻发热体带的宽度,小于其他电阻发热体区域中所设置的电阻发热体带的宽度。
另外,作为优选方式,本发明的相关第1以及第2加热器中,所述置载面的周边部具有3个以上的周边凸部,以及在该周边凸部的内侧且比该周边凸部高度低的内侧凸部,所述周边凸部,被保持为能够在板状体的放射方向或垂直方向中的至少1个方向中进行移动。
上述加热器中,还可以具有给所述电阻发热体供电的供电端子;外壳,其具有用来冷却所述板状体的冷却喷嘴以及开口部,将所述供电端子与所述板状体的另一方主面覆盖起来;以及将所述周边凸部固定在所述板状体中的固定螺栓;所述固定螺栓贯通所述板状体从所述一方主面到达另一方主面,固定所述外壳。
另外,所述板状体可以经止动零件固定在所述外壳上。
另外,本发明的相关第3加热器,它包括板状陶瓷体,该板状陶瓷体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部埋设有电阻发热体,其特征在于:
所述电阻发热体,由连续导线构成,所述连续导线,具有以在与所述一方主面平行的1个面内的、且互不相同半径的同心圆中的两个圆的一方圆为中心的两个螺旋状线圈、以另一方圆为中心的至少1个螺旋状线圈、以及分别与以所述一方圆为中心的螺旋状线圈和以所述另一方圆为中心的螺旋状线圈相连接,且相互邻接的连接线圈;
所述相邻的连接线圈间的连接间距,小于以所述一方圆为中心的螺旋状线圈和以所述另一方圆为中心的螺旋状线圈之间的线圈间距。
通过如上所构成的本发明的相关加热器,能够提供一种能够减小被加热物表面的面内温度差,能够迅速升温的可靠性较高的、具有埋设有线圈状发热体的板状陶瓷体的加热器。
作为优选方式,该第3加热器中,所述连接间距被设定在所述线圈间距的30%~80%的范围内。
另外,作为优选方式,该第3加热器中,所述螺旋线圈中的位于最外侧的螺旋线圈的间距,小于其他螺旋线圈的间距。
另外,作为优选方式,该第3加热器中,所述板状陶瓷体的第2主面中接合有筒状支持部件,位于该支持部件的内侧的所述螺旋线圈的间距,小于位于所述支持部件的外侧的所述螺旋线圈的间距。
本发明的相关晶片加热装置的特征在于:具有本发明的相关第1~第3加热器中的任一个加热器。
本发明的相关加热器制造方法的特征在于,包括:
在陶瓷粉末所构成的板状成形体中形成槽的工序;
在所述槽中插入线圈形状的电阻发热体的工序;
在所述槽与所述电阻发热体的空隙中填充陶瓷粉末,对该陶瓷粉末进行预备加压的工序;以及
将所述预备加压过的成形体插入在耐热模具中,进行加压并烧制的工序。
本发明的相关晶片处理方法的特征在于,将晶片放置在本发明的相关晶片加热装置的置载面中,通过所述加热器对所述晶片进行加热,同时至少进行在该晶片上成膜半导体薄膜、蚀刻处理以及抗蚀剂膜的形成中的1个。
附图说明
图1为说明本发明的相关实施方式1的加热器之构成的剖面图。
图2为说明实施方式1的电阻发热体的形状的俯视图。
图3A为说明本发明的理想圆环电阻发热体区域的例子的俯视图。
图3B为将图3A的圆环电阻发热体区域中的更外侧的电阻发热体区域分割成多个的例子的俯视图。
图4为说明本发明的理想电阻发热体的形状之一例的俯视图。
图5为说明本发明的相关实施方式2的加热器中的电阻发热体的构成之一例的俯视图。
图6为说明本发明的相关实施方式2的加热器中的电阻发热体的另一具体例的构成的概要图。
图7A为说明本发明的相关实施方式3的加热器之构成的剖面图。
图7B为实施方式3的加热器的俯视图。
图8A为实施方式3的周边凸部的相关第1例的放大剖面图。
图8B为实施方式3的周边凸部的相关第2例的放大剖面图。
图8C为实施方式3的周边凸部的相关第3例的放大剖面图。
图8D为实施方式3的周边凸部的相关第4例的放大剖面图。
图9为图7B的Y-Y线剖面图。
图10A为说明实施方式3的相关加热器中的电阻发热体区域的形状之一例的概要俯视图。
图10B为说明将图10A的电阻发热体区域进一步进行分割之后的电阻发热体区域之一例的概要俯视图。
图11A为说明本发明的相关实施方式4的陶瓷加热器之构成的概要立体图。
图11B为图11A的X-X线概要剖面图。
图12为说明实施方式4的加热器中的电阻发热体的形状的概要图。
图13A为说明本发明的相关变形例的陶瓷加热器的构成的概要立体图。
图13B为图13A的X-X线概要剖面图。
图14为模式说明实施方式4的电阻发热体的概要图。
图15A为说明图13A中所示变形例中的电阻发热体的理想实施方式的模式俯视图。
图15B为图15A的X-X线概要剖面图。
图16为说明以前的加热器之一例的剖面图。
图17为说明以前的电阻发热体的形状的概要图。
图18为说明另一以前的电阻发热体的形状的概要图。
图19为说明另一以前的电阻发热体的形状的概要图。
图20为说明另一以前的电阻发热体的形状的概要图。
图21为说明另一以前的电阻发热体的形状的概要图。
图22为说明另一以前的电阻发热体的形状的概要图。
图23为说明另一以前的电阻发热体的形状的概要图。
图24为说明以前的电阻发热体的形状的概要图。
图25为说明另一以前的陶瓷加热器概要剖面图。
具体实施方式
下面本发明的实施方式进行说明。
实施方式1
图1为本发明的相关实施方式1的加热器的构成的剖面图。该实施方式1的加热器1,具有板状陶瓷体2、供电部6、供电端子11以及金属外壳19。
该实施方式1中,板状陶瓷体2例如通过以氮化硅为主要成分的陶瓷构成,将一方的主面作为放置晶片W的置载面3,另一方主面中形成有如下所述的电阻发热体5。
供电部6,与形成在板状陶瓷体2的另一方主面中的电阻发热体5电连接,该供电部6进而与供电端子11相连接。
金属外壳19,保持与供电部6相连接的供电端子11,经包围供电部6的连接部件17,固定在板状陶瓷体2的另一方主面的周边部。
另外,板状陶瓷体2具有贯通在厚度方向上的贯通孔26,该贯通孔26中设有能够上下移动的晶片起模针25,从而能够上下移动晶片W,让晶片W在置载面3中放置/下降。通过以上的构成,能够经供电端子11从外部相供电部6供电,一边通过测温元件27来测定陶瓷体2的温度,一边加热晶片W。
另外,晶片W被晶片支持销8保持为从置载面3浮起的状态,来防止晶片W的单方接触等导致温度波动。
这里,本发明中,最好能够将电阻发热体5分割设置成多个区域,并分别设置供电部,并与供电端子11相连接,使得能够给每一个供电部6供给不同的功率。这样一来,能够调整加载给供电端子11的功率,让各个测温元件27的温度为给定的设定值,让置载面3中所放置的晶片W的表面温度均匀。这种情况下,测温元件27最好在每一个区域设置,但也可以例如在两个或3个以上的区域中设置1个。
供电部6例如由金、银、钯、白金等构成,通过例如与供电端子相接触来确保导通。供电端子11与供电部6的连接,如果具有能够确保导通的方法,也可以使用焊锡连接、焊料安装等方法。
本实施方式1的加热器中,板状陶瓷体2的内部或主面中所形成的带状电阻发热体5,如图2所示,由通过折回连接圆弧带5q~5v将几乎具有相同线宽的形成为略同心圆状的圆弧形带5i~5p被连接起来,而形成的1根连续的导体所构成。
具体的说,一端为供电部6的圆弧形带5i,形成为构成以板状陶瓷体2的中心为中心的最内侧的圆的圆周的一部分,另一端与折回连接圆弧带5q的一端相连接。折回连接圆弧带5q的另一端,与形成为构成内侧起第2个圆(中心为板状陶瓷体2的中心。)的圆周的一部分的圆弧形带5k的一端相连接,圆弧形带5k的另一端与折回连接圆弧带5t的一端相连接。折回连接圆弧带5t的另一端,与形成为构成内侧起第3个圆(中心为板状陶瓷体2的中心。)的圆周的一部分的圆弧形带5n的一端相连接,圆弧形带5n的另一端与折回连接圆弧带5u的一端相连接。折回连接圆弧带5u的另一端,与形成为构成内侧起第4个圆(中心为板状陶瓷体2的中心。)的圆周的一部分的圆弧形带5p的一端相连接,圆弧形带5p的另一端与折回连接圆弧带5v的一端相连接。折回连接圆弧带5v的另一端,与形成为构成内侧起第3个圆的圆周的一部分的圆弧形带5o的一端相连接,圆弧形带5o的另一端与折回连接圆弧带5s的一端相连接。折回连接圆弧带5s的另一端,与形成为构成内侧起第2个圆的圆周的一部分的圆弧形带5m的一端相连接,圆弧形带5m的另一端与折回连接圆弧带5r的一端相连接。折回连接圆弧带5r的另一端,与构成最内侧的圆的圆周的一部分的圆弧形带5j相连接,圆弧形带5j的另一端形成供电部6。
这样,电阻发热体5,是由设置为构成同心圆的多个圆弧形带5i~5p、将设置在半径不同的圆周上的相邻的圆弧形带5i~5p之间串联起来的折回连接圆弧带5q~5v所构成的1根长带状发热体,其两端(圆弧形带5i、5j的端部)形成供电部6。
实施方式1中,电阻发热体5,将圆弧形带5i与圆弧形带5j、圆弧形带5k与圆弧形带5m、圆弧形带5n与圆弧形带5o、以及圆弧形带5p设置为分别构成圆,将各个原设置为同心圆,通过这样,如果电阻发热体5发热,便能够让置载面3的温度分布从中心向周缘部呈同心圆状分布。
这里,特别是实施方式1中的特征在于,让相邻的一对折回连接圆弧带5q与折回连接圆弧带5r、折回连接圆弧带5s与折回连接圆弧带5t、折回连接圆弧带5u与折回连接圆弧带5v之间的间隔L1、L2、L3,与在放射方向上相邻的圆弧形带5i~5p之间的各个间隔L4、L5、L6相比较小。
通过这样,不但能够让圆弧形带5i~5p,还能够让折回连接圆弧带5q~5v中的每单位体积的发热量相当,从而能够提高置载面3的均热性(置载面3中的温度均一性)。也即,以前将相邻的一对折回连接圆弧带5q~5v之间的间隔L1、L2、L3设置为,与在放射方向上相邻的圆弧形带5i~5p之间的各个间隔L4、L5、L6距离相等,但是这样的图形中,由于圆弧形带5i~5p与折回连接圆弧带5q~5v之间的折回部的连接部分(以下称作折回部)P5的周边的发热密度变小,因此折回部P5的外侧的温度下降,使得晶片W的面内温度差增大,损害均热性。
与此相对,本发明中将位于同一个圆周上的1对折回连接圆弧带5q~5v之间的间隔L1、L2、L3设置为,比在放射方向上相邻的圆弧形带5i~5p之间的各个相应间隔L4、L5、L6小,通过这样,由来自相对的折回连接圆弧带5q~5v的发热,对折回部P5的发热量进行补偿,从而能够抑制折回部P5的温度下降。通过这样,能够减小置载面3中所放置的晶片W的面内温度差,提高均热性。
特别是,如果将位于同一个圆周上的1对折回连接圆弧带5q~5v之间的间隔L1、L2、L3设置为,在放射方向上相邻的圆弧形带5i~5p之间的各个相应间隔L4、L5、L6的30%~80%,便能够让置载面3中的均热性最高。更为理想的是,让L1、L2、L3分别为相对应的L4、L5、L6的40~60%。
另外,本发明的电阻发热体5由于由圆弧形带5i~5p与折回连接圆弧带5q~5v构成,因此能够提供一种与以前的矩形折回电阻发热体相比,减少了边缘部被作用过度的应力的可能性,即使加热器1急剧温度上升或下降,损坏板状陶瓷体2或电阻发热体5的可能性也较小的可靠性高的加热器1。
另外,实施方式1中,最好在图2中所示的电阻发热体的形态下,将设置有圆弧形带5i与圆弧形带5i的最内侧的圆,与设置有圆弧形带5m以及圆弧形带5k的内侧起第2个圆之间的间隔L4、该第2个圆与设置有圆弧形带5n以及圆弧形带5o的内侧起第3个圆之间的间隔L5、以及该第3个圆与设置有圆弧形带5p的最外侧的圆之间的间隔L6,设置为几乎相同。
这样,如果将在放射方向上相邻的圆弧形带几乎等间隔设置,由于能够让各个圆弧形带5i~5p的每单位体积的发热量几乎相等,因此能够抑制置载面3中的半径方向的发热不均。
另外,上述构成的电阻发热体5,即使在埋设在板状陶瓷体内的情况下也很有效,在设置在板状陶瓷体2的另一方主面中的情况下也具有相同的效果。特别是,在另一方主面中形成有带状电阻发热体5时,在该电阻发热体5上形成有覆盖层的情况下,防止板状陶瓷体2以及电阻发热体5破损的效果非常理想。
另外,上述电阻发热体,可以由能够同心圆状独立加热的多个发热体构成。这种情况下,最好同心圆状的最外周的电阻发热体带与其内侧带之间的间隔,设置为比其内侧的电阻发热体的间隔小。通过这样的电阻发热体5,能够容易地对从板状陶瓷体2的外周部所释放的较多的热进行补充,从而能够防止晶片W面的周边温度下降。
另外,本实施方式1的加热器1中,最好分割成中心位于置载面3中所设置的晶片W的中心轴上的同心圆的多个圆环状电阻发热体区域。这是由于在对圆环状晶片W的表面进行加热时,受到晶片W周边的环境气体以及与晶片W相面对的壁面以及气流的影响,为了不让圆板状晶片W的表面温度发生波动,而将晶片W的周围以及上面的相对面,以及环境气流相对晶片W中心对称。为了对晶片W均匀进行加热,需要与相对晶片W中心对称的上述环境相匹配的加热器1,因此最好将置载面3中心对称进行分割,形成电阻发热体区域4。
特别是,为了对300mm以上的晶片W的表面温度进行均匀加热,同心圆的圆环状电阻发热体区域最好为3个。
图3A中显示了分割之后的多个电阻发热体区域4的理想例子。该理想区域分割例子中,分割成最内侧的圆形或圆环状的电阻发热体区域4a,以及其外侧的同心圆的3个圆环状的圆环电阻发热体区域4b、4cd、4eh。这样,本例中,为了改善晶片W的均热性,将电阻发热体5分割设置成4个电阻发热体区域。
另外,如果将本发明的上述加热器1的中心部的电阻发热体区域4a的外径D1,设为为外周部的圆环电阻发热体区域4eh的外径D的20~40%,其外侧的电阻发热体区域4b的外径D2,为外周部的圆环电阻发热体区域4eh的外径D的40~55%,最外周的圆环电阻发热体4eh的内径D0为最外周的圆环电阻发热体区域4eh的外径D的55~85%,便能够减小晶片W的面内温度差,是很理想的。
这里,电阻发热体区域的外径是指,与该电阻发热体区域内所形成的电阻发热体的最外侧的圆弧形带外接的圆(外接圆)的直径。另外,电阻发热体区域的内径是指,与该电阻发热体区域内所形成的电阻发热体的最内侧的圆弧形带内接的圆(内接圆)的直径。另外,在定义外接圆以及内接圆的情况下,通过去除供电部等电阻发热体中的突出部而得到的圆弧形部分来进行定义。
这是由于,如果外径D1不满D的20%,由于中心部的电阻发热体区域4a的外径过小,因此即使电阻发热体区域4a的发热量较大,电阻发热体区域4a的中心部的温度也有可能不会上升,而有可能导致中心部温度下降。另外,如果外径D1超过了40%,由于中心部的电阻发热体区域4a的外径过大,因此在中心部的温度上升时,电阻发热体区域4a的周边部的温度也会上升,从而有可能导致电阻发热体区域4a的周边部的温度过高。另外,最好是外径D1为D的20~30%,更加理想的是外径D1为D的23~27%,通过这样,能够进一步减小晶片W的面内温度差。
另外,如果外径D2不满外径D的40%,由于加热器1的周边部容易冷却,因此如果要防止晶片W周边的温度下降而增加圆环电阻发热体区域4cd的发热量时,有可能会让晶片W的中心附近的圆环电阻发热体区域4cd的内侧的温度升高,导致晶片W的面内温度差加大。另外,如果外径D2超过了外径D的55%,即使要防止晶片W周边的温度下降而增加圆环电阻发热体区域4cd的发热量,由于圆环电阻发热体区域4cd的温度上升,有可能会让晶片W周边的温度下降的影响到达圆环电阻发热体区域4b,导致圆环电阻发热体区域4b的外侧温度下降。最好让外径D2为外径D的41%~53%,更为理想的是43~49%,这样能够进一步减小晶片W的面内温度差。
另外,如果外径D3不满外径D的55%,由于加热器1的周边部容易冷却,因此如果要防止晶片W周边的温度下降而增加圆环电阻发热体区域4eh的发热量时,有可能会让晶片W的中心附近的圆环电阻发热体区域4eh的内侧的温度升高,导致晶片W的面内温度差加大。另外,如果外径D3超过了外径D的85%,即使要防止晶片W周边的温度下降而增加圆环电阻发热体区域4eh的发热量,由于圆环电阻发热体区域4eh的温度上升,有可能会让晶片W周边的温度下降的影响到达圆环电阻发热体区域4cd,导致圆环电阻发热体区域4cd的外侧温度下降。最好让外径D3为外径D的65%~85%,更为理想的是67~70%,这样能够进一步减小晶片W的面内温度差。
另外,上述多个电阻发热体5所构成的加热器1,能够对周围环境所产生的前后左右的微妙的不对称性以及对称的发热体的厚度波动进行校准,同时能够减小晶片W的面内温度差。
以上对电阻发热体区域4的外形尺寸进行了说明,但本发明中,在分割成多个电阻发热体区域的情况下,最好在内侧的电阻发热体区域与其外侧的电阻发热体区域之间,呈圆环状设置不存在电阻发热体5的空白区域。通过像这样设置空白区域,能够将支持销8、贯通孔26以及供电部6形成在空白区域中,从而能够容易地防止这些支持销8、贯通孔26以及供电部6所引起的温度波动的产生,降低晶片面内的温度差的增加的可能性。
另外,可以让中心电阻发热体区域4a的中心侧的外径D1的电阻发热体区域4的内径D11,为直径D的5~10%。通过这样,能够在直径为D11的圆内,设置例如支持销8,从而能够防止支持销8所导致的晶片面内温度下降。
另外,最好让上述外径D2的电阻发热体区域的内径D22为上述外径D的34~45%,上述外径D3的电阻发热体区域的内径D33为上述外径D的55~65%,上述外径D的电阻发热体区域的内径D0为上述外径D的85~93%。
之所以最好让内侧起第2个圆环电阻发热体区域4b的内径D22为直径D的34~45%,是因为通过这样进行设定,能够在电阻发热体区域4a与圆环电阻发热体区域4b之间,设置直径为1~22%左右的圆环状电阻空白区域,即使在区域(电阻空白区域)中设置起模针25等,也能够最小限度防止晶片面内的温度下降等。更为理想的是,将内径D22设定为直径D的36~41%。通过像这样进行设定,能够在电阻发热体区域4a与圆环电阻发热体区域4b之间设置贯通板状体的贯通孔。
另外,最好将圆环电阻发热体区域4cd的内径D33设为直径D的55~65%。这样,能够在圆环电阻发热体区域4b与圆环电阻发热体区域4cd之间,将电阻发热体空白区域设为环状。由于能够在该环状空白区域中设置对各个电阻发热体进行供电的供电部6,因此能够防止因设置供电部6而导致晶片W编码产生冷点等。更为理想的是内径D33为直径D的58~63%。
另外,最好将圆环电阻发热体区域4eh的内径D0设为直径D的85~93%。这样,能够在圆环电阻发热体区域4eh与圆环电阻发热体区域4cd之间,将电阻发热体空白区域设为环状。通过在该圆环状空白区域中设置支持晶片W等被加热物的支持销8以及供电部6,能够容易地对晶片W进行加热,而不会增加晶片面内的温度波动。更为理想的是内径D0为直径D的90~92%。
另外,如上所述设置为多个圆环状的电阻发热体5所构成的加热器1中,由于周围环境所产生的前后左右的微妙的不对称性、带状电阻发热体的制法上的制约,例如在丝网印刷中印刷大型的电阻发热体,则左右的厚度波动有可能会增大。由于这样的使用环境或制法上的制约,如果分割上述环状的区域,便能够让晶片的面内温度差相当小,是非常理想的。
图3B中显示了在本发明的加热器1中,进一步分割了圆环状圆环电阻发热体区域4cd、4eh的区域分割的另一例。该图3B的例子中,4个圆环状电阻发热体区域4a、4b、4cd、4eh中,内侧的电阻发热体区域4a、4b由圆环构成,将其外侧的圆环电阻发热体区域4cd进一步2等分使其中心角相等(分别为180°),形成两个扇形电阻发热体区域4c、4d,进而其外侧的圆环电阻发热体区域4eh,由4等分且使其中心角相等(分别为90°),所形成4个扇形电阻发热体区域4e、4f、4g、4h构成。这样,能够让晶片W的表面温度更加均匀,是很理想的。
另外,图3B的例子中,各个电阻发热体区域4a~4h,最好分别如图4所示,具有能够独立控制发热的电阻发热体5a~5h。
另外,图3A以及图3B的示例中,如果加热器1的外部环境或设置场所不频繁变更,便能够通过1个控制电路来电阻发热体区域4a、4b。这是由于,如果采用这样的构成,由于能够在电阻发热体区域4a、4b之间设置给定的间隔,因此能够设置抬起晶片W的起模针所贯通的贯通孔26。
如果在上述中央部的电阻发热体区域4a,与其外侧的圆环电阻发热体区域4b之间,设置贯通上述板状体的贯通孔26,便能够防止贯通孔26所引起的晶片温度下降,减小晶片W面内温度差,是很理想的。
另外,以上的例子中,将圆环状的圆环电阻发热体区域4cd,分成中心角相等的两份,将圆环电阻发热体区域4eh分成中心角相等的4份,但本发明并不仅限于此。
另外,图3B中所示的电阻发热体区域4c、4d的分界线为直线,但不需要一定为直线,还可以是波状线。另外,电阻发热体区域4c、4d,最好相对同心圆的发热体电阻区域的中心而中心对称。
同样,电阻发热体区域4e与4f、4f与4g、4g与4h、4h与4e各自的分界线也不需要一定为直线,可以是波状线。另外,最好相对同心圆的电阻发热体区域的中心而中心对称。
另外,电阻发热体区域4c、4d的分界线与电阻发热体区域4e、4f、4g、4h的分界线,最好不位于直线上。这是由于,通过不位于直线上,能够防止产生分界线附近的低温点。
也即,本发明中分割电阻发热体区域4e、4f、4g、4h以及电阻发热体区域4c、4d,使得最外周的环状圆环电阻发热体区域4eh中的电阻发热体区域4e、4f、4g、4h的分界区域,与其内侧的圆环电阻发热体区域4cd中的电阻发热体区域4c、4d的分界区域错开。
以下参照图3B进行具体说明。
这里,首先定义从板状陶瓷体2的中心通过的基准线Ls,通过与基准线Ls成微小角度Δβ的直线,定义电阻发热体区域4e的一方边界。接下来,通过与基准线Ls成角β1的直线定义电阻发热体区域4e的另一方边界。另外,这里β1=90°-Δβ。进而,通过与基准线Ls成角β2的直线定义电阻发热体区域4f的一方边界。另外,这里β2=90°+Δβ。如上进行操作,便定义了电阻发热体区域4e与电阻发热体区域4f之间的分界区域Zef。以下同样来定义将圆环电阻发热体区域4eh分割成4份的电阻发热体区域4e、4f、4g、4h以及分界区域。
接下来,根据基准线Ls来定义位于圆环电阻发热体区域4eh的内侧的圆环电阻发热体区域4cd。通过与基准线Ls成角α1的直线定义电阻发热体区域4c的一方边界。另外,这里α1=α-Δα。进而,通过与基准线Ls成角α2的直线定义电阻发热体区域4d的一方边界。另外,这里α2=α+Δα。通过这样,便定义了电阻发热体区域4c与电阻发热体区域4d之间的分界区域Zcd。之后,通过与基准线Ls成角(α1+180°)的直线定义电阻发热体区域4d的另一方边界。进而,通过与基准线Ls成角(α2+180°)的直线定义电阻发热体区域4c的另一方边界。如上便设定了将圆环电阻发热体区域4cd分割成2份的电阻发热体区域4c、4d以及分界区域。
这里,微小角度Δβ与微小角度Δα,与后述的间隔L1唯一对应,通常微小角度Δβ与微小角度Δα相等。
以上的说明中,对将圆环电阻发热体区域4eh分割成4份,并设定电阻发热体区域4e、4f、4g、4h,以及将圆环电阻发热体区域4cd分割成2份,并设定电阻发热体区域4c、4d的情况进行了说明,但本发明并不仅限于上述分割数。
本发明中,最外周的电阻发热体区域及其内侧的电阻发热体区域之间,通过适当设定各个分割数(或基于分割数所分割的区域的中心角),以及用来设定边界的相对基准线的角度α、β,能够让最外周的电阻发热体区域及其内侧的电阻发热体区域中的分界区域错开,而不排列在一条直线上,从而能够防止产生冷点,减小晶片面内的温度差。
如上所述,本发明之一例的图3B中所示的电阻发热体区域设定例中,圆环电阻发热体区域4cd内的分界Zcd,位于从通过板状体的中心的基准线Ls的板状体的中心角α1~α2所夹的区域内。另外,圆环电阻发热体区域4eh内的分界Zeh,位于中心角β1~β2所夹的区域内。这样,错开设定分界区域,使得上述α1~α2与β1~β2不会重叠。
另外,本发明的加热器1中,在沿着同一个电阻发热体区域内的多个电阻发热体5间的圆周方向上的间隔,最好比同一个电阻发热体5内的放射方向带之间的间隔小。通过这样来构成,能够防止在分界附近所产生的冷点的发生。
也即,通过图4的例子进行说明,沿着电阻发热体5c与电阻发热体5d的圆锥方向的间隔Lcd,最好比同一个电阻发热体5c(或5d)内的圆弧带的放射方向的间隔L6、L7小。另外,电阻发热体5e与电阻发热体5f之间、电阻发热体5f与电阻发热体5h之间、电阻发热体5h与电阻发热体5g之间、电阻发热体5g与电阻发热体5e之间的沿着圆周方向的各个间隔L1、L2,最好比同一个电阻发热体5e、5f、5g、5h内的圆弧带的放射方向的间隔L4、L5小。通过像这样进行构成,能够防止在分界附近所产生的冷点的发生。
图3B中所示的本发明的相关区域分割例子中,电阻发热体区域,除了电阻发热体区域4a之外,3个圆环状的圆环电阻发热体区域4b、4cd、4eh中,最内侧的圆环电阻发热体区域4b,不进行分割而作为1个电阻发热体区域,在其中设置1个电阻发热体5b。圆环电阻发热体4b的外侧的圆环电阻发热体区域4cd,由将圆环2等分所得到的2个扇形电阻发热体区域4c、4d构成,分割之后的电阻发热体区域4c、4d中分别设置电阻发热体5c、5d。另外,圆环电阻发热体4cd的外侧的圆环电阻发热体区域4eh,由将圆环4等分所得到的4个扇形电阻发热体区域4e、4f、4g、4h构成,分别设置有电阻发热体5e、5f、5g、5h。像这样能够通过图3B中所示的电阻发热体区域与电阻发热体,均匀加热晶片W的表面温度。
图3B中所示的加热器1中,各个电阻发热体区域4a~4g中所设置的电阻发热体5a~5g,最好能够独立控制。
但是,区域4a与区域4b,可以通过因加热器1的使用环境而并联或串联的1个控制电路进行控制。另外,可以将电阻发热体区域4a与4b之间的间隔,设定为能够设置用来贯通抬起晶片W的起模针的贯通孔。
另外,以上将圆环状的圆环电阻发热体区域4cd、4eh分别2分割、4分割,但本发明并不仅限于此。
分割图3B的电阻发热体区域4c、4d的分界线通过直线来表示,但不需要一定是直线,也可以是波状线。电阻发热体区域4c、4d最好相对同心圆的发热体区域的中心而中心对称。
同样,电阻发热体区域4e与4f、4f与4g、4g与4h、4h与4e之间的各个分界线也不需要一定是直线,可以是波状线。分割之后的区域,最好相对同心圆的中心而中心对称。
各个电阻发热体5,通过印刷法等进行制作,电阻发热体5之带最好形成为宽1~5mm,厚5~50μm。如果一次所印刷的印刷面过大,则由于印刷面前后或左右,印刷器与丝网之间的压力差,导致印刷厚度有可能不一样。特别是,如果电阻发热体5的大小增大,则有可能会导致电阻发热体5的前后左右的厚度不同,使得所设计的发热量产生波动。如果发热量波动,晶片W的面内温度差便会增大,非常不理想。为了防止因该电阻发热体的厚度波动所引起的温度波动,而对外径较大的电阻发热体5进行分割是很有效的。
因此,通过将除了晶片W置载面3的中心部的同心圆环状的圆环电阻发热体区域4cd进行2分割,将更大的圆环状圆环电阻发热体区域4eh进行4分割,能够让电阻发热体区域4内的电阻发热体5的印刷大小较小,因此,能够让电阻发热体5的各部的厚度平均,进而能够校准晶片W的前后左右的微妙的温度差,让晶片W的表面温度平均。另外,为了微调各个电阻发热体5带的电阻值,可以沿着电阻发热体,通过激光等形成长槽,来调整电阻值。
另外,图4中所示的电阻发热体5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h的图形,分别由折回图形构成。
另外,本发明的加热器1中,电阻发热体5的外接圆C的直径D,最好为上述板状陶瓷体2的直径DP的90~97%。
如果电阻发热体5的外接圆C的直径D小于板状陶瓷体2的直径DP的90%,则升温或降温的时间便会增大,导致让晶片急速升温或急速降温的晶片W的温度应答特性恶化。另外,为了均匀加热晶片W的表面温度,而不让晶片W的周边部的温度下降,最好让直径D为晶片W的直径的1.02倍程度。因此,如果板状陶瓷体2的直径DP相对晶片W的大小,超出了上述范围而增大,则晶片W的大小与板状陶瓷体2的直径DP相比较小,相对加热晶片W所投入的电功率的晶片W的加热效率变差,因此很不理想。另外,如果板状陶瓷体2增大,则由于晶片制造装置的设置面积增大,因此相对半导体制造装置的设置面积的运转率降低,也很不理想。
如果电阻发热体5的外接圆C的直径D大于板状陶瓷体2的直径DP的97%,则接触部件17与电阻发热体5的外周之间的间隔变小,热量从电阻发热体5的外周部流向接触部件17,使得外周部分的温度不均匀。特别是,即使是没有与外周部的外接圆C相接触的圆弧形带51的部分,热量也经接触部件17流程,并且由于外周部的圆弧形带51向板状陶瓷体2的中心部弯曲,因此,有可能会使得沿着包围电阻发热体5的外接圆C而欠缺圆弧形带51的部分P的温度下降,导致晶片W的面内温度差增大。本发明中,更加理想的是,将电阻发热体5的外接圆C的直径设为板状陶瓷体2的直径DP的92~95%。
另外,在图1所示形式中,板状陶瓷体2与金属外壳19的外径大致相等,且金属外壳19从下面支持板状陶瓷体2的情况下,为了减小晶片W的面内温度差,最好让电阻发热体5的外接圆C的直径D为板状陶瓷体2的直径DP的91~95%,更为理想的是92~94%。
另外,本发明的加热器1中,例如图4中所示的电阻发热体图形中,外接圆C的一部分中,存在没有电阻发热体5的圆弧形图形的空白区域P。该空白区域P附近的对向连接圆弧形带52之间的间隔L1,最好小于板状陶瓷体的直径与上述外接圆C的直径D之间的差(以下简称作LL)。如果间隔L1大于差LL,则有可能会使得空白区域P的热流向板状陶瓷体的周边部,导致空白区域P的温度下降。但是,如果间隔L1小于LL,则空白区域P的温度很难下降,放置在板状陶瓷体2的置载面3中的晶片W的周边部的一部分的温度也不会下降,从而能够减小晶片W的面内温度差。
为了不让上述空白区域P的温度下降,如果让加热空白区域的连接圆弧带52的电阻相等或稍大,增大发热量,空白区域P的温度变不会下降,使得晶片W的面内温度均匀,是很理想的。在电阻发热体5通过印刷法等形成的情况下,通过让作为连接圆弧带的连接圆弧带52的线宽,比圆弧形带51的线宽Wp小1~5%,来提高连接圆弧带52的电阻,便能够增加连接圆弧带52的电阻,通过这样,让连接圆弧带52的温度比圆弧形带51的温度高,从而能够让晶片W的面内温度均匀。
另外,在将板厚为1~7mm的板状陶瓷体2的一方主面侧,作为放置晶片的置载面3,在该板状陶瓷体2的下面形成有电阻发热体5的晶片用加热器1中,最好让电阻发热体5的厚度为5~50μm,让外接圆C内电阻发热体5所占面积相对外接圆C的面积的比率,为5~30%。
也即,如果外接圆C内电阻发热体5所占面积相对外接圆C的面积的比率不足5%,则由于电阻发热体5中的间隔L1、L2、...过大,因此,置载面3中的位于没有电阻发热体5的部分的上方的部分的表面温度,与其他部分相比较小,很难让置载面3的温度均匀。反之,如果外接圆C内电阻发热体5所占面积,相对包围电阻发热体5的外接圆C的面积的比率超过了30%,则即使让板状陶瓷体2与电阻发热体5之间的热膨胀差,近似2.0×10-6/℃以下,热膨胀差所引起的热应力也会变大,使得板状陶瓷体2变形,因此是很不理想的。即使由让板状陶瓷体2很难变形的陶瓷烧结体所形成的,由于其板厚t为1mm~7mm的这种较薄的材料,因此,如果板状发热体5发热,便会让板状陶瓷体2产生弯曲,使得置载面3侧凹陷。其结果是,有可能会使得晶片W的中心部的温度比周边小,增大温度波动。
另外,最好将外接圆C内电阻发热体5所占面积相对外接圆C的面积的比率,设定为7%~20%,更为理想的是8%~15%。
更加具体的说,最好让间隔L1为0.5mm以上,且上述板状陶瓷体2的板厚为3倍以下。如果间隔L1为0.5mm以下,则在印刷形成电阻发热体5时,有可能会在电阻发热体5的对抗区域中形成须状的突起,让该部分短路。另外,如果间隔L1超过了板状陶瓷体2的厚度的3倍,则有可能会对应于间隔L1的晶片W的编码中产生冷点,增加晶片W的面内温度差。
另外,为了高效实现上述效果,最好让电阻发热体5的膜厚为5~50μm。
这是由于,如果电阻发热体5的膜厚为5μm以下,则很难通过丝网印刷法来膜厚均匀地印刷电阻发热体5。另外,如果电阻发热体5的厚度超过了5μm,则即使电阻发热体5所占面积相对外接圆C的比率为30%以下,由于电阻发热体5的厚度比较厚,因此电阻发热体5的刚性增加,有可能会因板状陶瓷体5的温度变化所引起的电阻发热体5的伸缩的影响,让板状陶瓷体2变形。另外,这是由于丝网印刷中很难印刷出均匀的厚度,有可能会让晶片W的表面温度差增加。另外,更为理想的电阻发热体的厚度为10~30μm。
以下对本发明的相关加热器1的各个部件的构成进行详细说明。
另外,本发明并不仅限于以下所示的具体例。
图1的加热器1中,板状陶瓷体2板,例如是厚度t为1~7mm,在100~200℃下的杨氏模量为200~450MPa的板状体。
在100~200℃下的杨氏模量为200~450MPa的板状陶瓷体2的材质,可以使用铝、氮化硅、??、氮化铝,其中,特别是氮化铝具有50W/(m·K)以上的,甚至100W/(m·K)以上的高热传导率,同时,对氟类以及氯类等腐蚀性气体的耐腐蚀性以及耐等离子性优越,因此非常适于用作板状陶瓷体2的材质。
板状陶瓷体2的厚度,如果为2~5mm则更加理想。如果板状陶瓷体2的厚度薄于2mm,则板状陶瓷体2的强度便会降低,在通过电阻发热体5的发热来进行加热时,在被吹到喷气口24的冷却气体时,有可能会无法承受冷却时的热应力,导致在板状陶瓷体2中产生裂缝。另外,如果板状陶瓷体2的厚度超过了5mm,板状陶瓷体2的热容量便会增大,因此到加热以及冷却时的温度稳定之前的时间有可能会较长。
板状陶瓷体2,在有底金属外壳19的开口部的外周,贯通有螺栓16,为了让板状陶瓷体2与有底金属外壳19不直接接触,而介有环状的接触部件17,通过从有底金属外壳19侧,介有弹性体18而螺上螺丝20,来进行弹性固定。通过这样,在板状陶瓷体2的温度变动的情况下,即使有底金属外壳19发生变形,也能够被上述弹性体18所吸收,通过这样能够抑制板状陶瓷体2的弯曲,从而能够抑制在晶片表面,产生因板状陶瓷体2的弯曲所引起的温度波动。
环状接触部件17的剖面可以是多边形或圆形,在板状陶瓷体2与接触部件17平面接触的情况下,如果板状陶瓷体2与接触部件17相接触的接触部的宽度为0.1mm~13mm,便能够减少板状陶瓷体2的热经接触部件17流到有底金属外壳19中的量。这样,能够减小晶片W的面内温度差,从而能够对晶片W均匀加热。更为理想的是0.1~8mm。如果接触部件17的接触部的宽度为1mm以下,在与板状陶瓷体2接触固定时,接触部有可能会变形,从而导致接触部件破损。另外,在接触部件17的接触部的宽度超过了13mm的情况下,板状陶瓷体2的热便会流到接触部件中,让板状陶瓷体2的周边部的温度下降,从而很难对晶片W均匀进行加热。更为理想的是让接触部件17与板状陶瓷体2的接触部的宽度为0.1mm~8mm,如果为0.1~2mm则更好。
另外,接触部件17的热传导率最好小于板状陶瓷体2的热传导率。如果接触部件17的热传导率小于板状陶瓷体2的热传导率,便能够对板状陶瓷体2中所放置的晶片W面内的温度分布进行均匀加热,同时,在板状陶瓷体2的温度上升或下降时,能够减小与接触部件17之间的热传导量,减少与有底金属外壳19之间的热干扰,从而能够容易地迅速变更温度。
连接部件17的热传导率,如果小于板状陶瓷体2的热传导率的10%,板状陶瓷体2的热量便很难流到有底金属外壳19中,因环境气体(这里为空气)的传热以及辐射传热,从板状陶瓷体2向有底金属外壳19流动较多的热,这是很不理想的。
在接触部件17的热传导率大于板状陶瓷体2的热传导率的情况下,板状陶瓷体2的周边部的热经接触部件17流到有底金属外壳19中,对有底金属外壳19进行加热,同时,板状陶瓷体2的周边部的温度下降,晶片W的面内温度差增加,非常不理想。另外,由于有底金属外壳19被加热,因而从喷气口24喷射气体来冷却板状陶瓷体2,但由于有底金属外壳19的温度较高,因此冷却时间较多,在加热时升温到一定的温度所需要的时间很可能会增加。
另外,构成上述接触部件17的材料,为了通过较小的接触部进行保持,最好让接触部件的杨氏模量为1GPa以上,更为理想的是10GPa以上。通过采用这样的杨氏模量,在通过宽度为0.1mm~8mm的这种小接触部,将板状陶瓷体2经接触部件17通过螺栓固定在有底金属外壳19中时,能够减小接触部件17的变形。通过这样,能够防止板状陶瓷体2发生错位或平行度发生变化,从而能够高精度进行保持。
另外,通过使用杨氏模量较高的接触部件17,如专利文献2中所述,能够实现通过添加有氟类树脂或玻璃纤维的树脂所构成的接触部件所得不到的精度。
作为上述接触部件17的材质,铁与碳所构成的碳钢以及添加有镍、锰、铬的特殊钢等金属,由于杨氏模量较大,因此较为理想。另外,作为热传导率较小的材料,不锈钢以及Fe-Ni-Co类合金的所谓科瓦铁镍钴合金较为理想,最好选择接触部件17的材料,让板状陶瓷体2的热传导率较小。
另外,为了通过较小的接触面积来保持接触部件17与板状陶瓷体2,且即使接触部的面积较小,接触部破损而产生质点的可能性较小,能够稳定的保持板状陶瓷体2,最好让通过垂直面截断板状陶瓷体2所得到的接触部件17的剖面为多边形或圆形。另外,如果将剖面直径为1mm以下的圆形线用作接触部件17,能够不变化板状陶瓷体2与有底金属外壳19的位置,而让晶片W的表面温度均匀且迅速升温降温。
接下来,有底金属外壳19具有侧壁部22与底面21,将板状陶瓷体2覆盖在该有底金属外壳19的开口部上。另外,有底金属外壳19中设有用来排出冷却气体的空23,且设有用来导通用于给板状陶瓷体2的电阻发热体5供电的供电部6的供电端子11、用来冷却板状陶瓷体2的喷气口24、以及用来测定板状陶瓷体2的温度的热电对27。
另外,最好让有底金属外壳19的深度为10~50mm,底面21设置在具有板状陶瓷体210~50mm处。更为理想的是20~30mm。这是由于,通过板状陶瓷体2与有底金属外壳19的相互热辐射,能够容易地让置载面3均匀受热,同时还具有与外部隔热的效果,因此能够缩短让置载面3的温度达到一定的温度所需要的时间。
之后,通过设置在有底金属外壳19内的能够自由升降的起模针25,进行将晶片W放置在置载面3上、从置载面3上提起的作业。这样,晶片W通过晶片支持销8保持为从置载面3上浮起的状态,从而能够防止单方接触等导致温度波动。
另外为了通过该加热器1对晶片W进行加热,通过起模针25来支持由传送臂(未图示)运到置载面3上的晶片W,之后,让起模针25下降,将晶片W放置在置载面3上。
接下来,在加热器用于成膜时,如果板状陶瓷体2的主要成分为碳化硅,由于不会与大气中的水分等发生反应产生气体,因此将其用作在晶片W上粘贴保护膜,也不会给保护膜的组织带来不良影响,而能够高密度形成细微的布线。此时,需要让烧结助剂中不含有能够与水发生反应产生氨、胺的氮化物。
另外,形成板状陶瓷体2的碳化硅烧结体,可以通过在主要成分碳化硅中,添加硼(B)与碳(C)作为烧结助剂,或添加三氧化二铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)等金属氧化物,并充分混合,加工成平板状之后,通过1900~2100℃进行烧纸而成。碳化硅既可以以α型为主体,又可以以β型为主体。
另外,在将碳化硅烧结体用作板状陶瓷体2的情况下,可以使用玻璃或树脂,作为保持具有半导电性的板状陶瓷体2与电阻发热体5之间的绝缘的绝缘层。在使用玻璃的情况下,如果其厚度不满100μm,耐电压便会变为1.5kV以下,从而无法保持绝缘性,反之,如果厚度超过了400μm,形成板状陶瓷体2的碳化硅烧结体以及氮化铝烧结体之间的热膨胀差便会过大,因此会产生裂缝,从而尚失作为绝缘层的功能。因此,在使用玻璃作为绝缘层的情况下,绝缘层的厚度最好形成在100~400μm的范围内,更为理想的是在200μm~350μm的范围内。
另外,板状陶瓷体2的置载面3的相反侧的主面,从提高与玻璃或树脂所制成的绝缘层之间的密合性的观点出发,最好研磨成平面度为20μm以下,面粗糙度的中心线平均粗糙度(Ra)为0.1μm~0.5μm。
另外,板状陶瓷体2,在通过以氮化铝为主要成分的烧结体形成的情况下,可以在主要成分氮化铝中,添加Y2O3或Yb2O3等稀土类元素氧化物作为烧结助剂,还可以根据需要添加CaO等碱土类元素氧化物,并充分混合,加工成平板状之后,在氮气中通过1900~2100℃进行烧制而成。为了提高板状陶瓷体2与电阻发热体5之间的密合性,有时候还形成玻璃制成的绝缘层。但是,在电阻发热体5中添加了充分的玻璃,通过这样得到了足够的密合强度的情况下,也可以省略。
作为形成该绝缘层的玻璃的特性,可以是结晶质或非晶质,最好选用耐热温度为200℃以上,且在0℃~200℃的温度区域中的热膨胀系数,相对构成板状陶瓷体2的陶瓷的热膨胀系数为-5~+5×10-7/℃的范围内的材料。也即,如果使用热膨胀系数超出了上述范围的玻璃,由于与形成板状陶瓷体2的陶瓷之间的热膨胀差过大,因此在玻璃的烧制之后的冷却时,容易产生裂缝或玻璃等缺陷。
另外,作为在玻璃所支持的绝缘层上覆盖板状陶瓷体2的方法,可以将上述玻璃浆适量滴在板状陶瓷体2的中心部,通过旋涂法使其扩展,从而均匀涂布,或通过丝网印刷法、浸渍法等均匀涂布之后,通过600℃以上的温度对玻璃浆进行烧制。另外,在使用玻璃作为绝缘层的情况下,可以预先给碳化硅烧结体或氮化铝烧结体所制成的板状陶瓷体2加热到850~1300℃程度的温度,对覆盖有绝缘层的表面实施氧化处理,通过这样来提高其与玻璃所制成的绝缘层之间的密合性。
本发明的电阻发热体5的图形形状,最好如图3或图4所示,分割成多个区,各个区由圆弧形图形与直线形图形所构成的螺旋状,与曲折的折回形状构成。本发明的加热器1,对晶片W进行均匀加热这一点非常重要,因此,这些图形形状为带状的电阻发热体5的各部的密度最好是均匀的。但是,如图17所示,从板状陶瓷体22的中心向放射方向看,电阻发热体25的间隔较密的部分与较粗的部分交互出现的电阻发热体图形中,由于较粗的部分与较密的部分在晶片W的表面温度中产生不均,因此很不理想。
另外,在将电阻发热体5分割形成多个电阻发热体区域的情况下,最好通过对各个区域的温度进行独立控制,来均匀加热置载面3上的晶片W。
电阻发热体5,可以使用将导电性金属粒子中含有玻璃粉或金属氧化物的电极料浆,通过印刷法印刷到板状陶瓷体2上并进行烧制而形成者。金属粒子最好使用Au、Ag、Cu、Pd、Rh中的至少一种金属,另外,玻璃粉,最好使用由含有B、Si、Zn的氧化物所形成的,比板状陶瓷体2的热膨胀系数小的4.5×10-6/℃以下的低膨胀玻璃。另外,金属氧化物,最好使用从氧化硅、氧化硼、氧化铝、二氧化钛中所选择出的一种。
这里,形成电阻发热体5的金属粒子,之所以使用Au、Ag、Cu、Pd、Rh中的至少一种金属,是因为电阻较小。
形成电阻发热体5的玻璃粉,由含有B、Si、Zn的氧化物所形成,是因为构成电阻发热体5的金属粒子的热膨胀系数大于板状陶瓷体2的热膨胀系数,因此,为了让电阻发热体5的热膨胀系数接近板状陶瓷体2的热膨胀系数,而最好使用比板状陶瓷体2的热膨胀系数小的4.5×10-6/℃以下的低膨胀玻璃。
另外,形成电阻发热体5的金属氧化物,最好使用从氧化硅、氧化硼、氧化铝、二氧化钛中所选择出的一种,是因为与电阻发热体5中的金属粒子之间的密合性较好,且热膨胀系数接近板状陶瓷体2的热膨胀系数,与板状陶瓷体2之间的密合性较好。
但是,对于电阻发热体5来说,如果金属氧化物的含量超过了80%,虽然增加了与电阻陶瓷体2之间的密合力,但电阻发热体5的电阻值也增大,因此很不理想。所以金属氧化物的含量最好在60%以下。
这样,导电性金属粒子与玻璃粉以及金属氧化物所构成的电阻发热体5,最好使用与板状陶瓷体2之间的热膨胀差为3.0×10-6/℃以下的材料。
也即,如果电阻发热体5与板状陶瓷体2之间的热膨胀差为0.1×10-6/℃,则很难制造,反之,如果电阻发热体5与板状陶瓷体2之间的热膨胀差超过了3.0×10-6/℃,则在电阻发热体5发热时,有可能会由于与板状陶瓷体2之间所作用的热应力,让置载面3侧弯曲成凹形。
另外,覆盖在绝缘层上的电阻发热体5的材料,可以将金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、钯(Pd)等金属单体,通过蒸镀法或电镀法直接进行覆盖,或准备将上述金属单体与氧化铼(Re2O3)、??(LaMnO3)等导电性金属氧化物以及上述金属材料分散在树脂料浆或玻璃料浆中的料浆,通过丝网印刷法等印刷成给定的图形之后进行烧制,将上述导电材料通过树脂或玻璃所形成的矩阵进行结合。在使用玻璃作为矩阵的情况下,既可以是晶体玻璃,又可以是非晶体玻璃,但为了抑制热循环所导致的电阻值的变化,最好使用晶体玻璃。
但是,在电阻发热体5的材料使用银(Ag)或铜(Cu)的情况下,由于有可能会产生迁移,因此这种情况下,最好让通过与绝缘层相同的材质所形成的涂层,通过40~400μm程度的厚度将电阻发热体5覆盖起来。
另外,对电阻发热体5的供电方法,可以通过弹簧(未图示)将设置在有底金属外壳19中的供电端子,压到板状陶瓷体2的表面所形成的供电部6上,来确保连接并进行供电。这是由于,如果在2~5mm厚的板状陶瓷体2中埋设金属所形成的端子部,便会因该端子部的热容量导致均热性恶化。因此,如上所述,通过弹簧推压供电端子11来确保电连接,能够缓和板状陶瓷体2与该有底金属外壳19之间的温度差所引起的热应力,通过高可靠性来维持电气导通。进而,为了防止接点成为点接触,还可以将具有弹性的导体作为中间层插入。该中间层仅仅是插入箔状的薄片就能够起到作用。这样,供电端子11的供电部6侧的直径,最好为1.5~5mm。
另外,板状陶瓷体2的温度,可以通过前端埋设在板状陶瓷体2中的热电对27来测定。热电对27,从其应答性与保持的作业性的观点出发,最好使用外径为0.8mm以下的鞘形热电对27。在板状陶瓷体2中形成孔,该热电对27的前端部,通过其中所设置的固定部件,推压固定在孔的内壁面中,这对于提高测温的可靠性非常有利。同样,还可以埋设线材热电对或Pt等测温电阻体,进行测温。
另外,板状陶瓷体2一方的主面中,如图1所示,设有多个支持销8,可以通过板状陶瓷体2的一方的主面,在一定的距离中保持晶片W。
另外,图1中显示了在板状陶瓷体2的另一方主面3中,只具有电阻发热体5的加热器1,但本发明中,当然还可以在主面3与电阻发热体5之间埋设用于静电吸附以及等离子产生的电极。
实施方式2
本发明的相关实施方式2的加热器,在实施方式1的加热器1中,测温元件27的设置位置,在电阻发热体5与供电部6之间的关系中进行确定,除此之外与实施方式1的加热器1的构成相同。另外,实施方式2中,更为理想的具体形态,与实施方式1相同。另外,实施方式2的说明中所参照的附图中,给和实施方式1相同的部件标注相同的符号。
也即,本发明的相关实施方式2的加热器,将板状陶瓷体2的一方主面,作为加热被加热物的置载面(加热面)3,在其内部或另一方主面中,电阻发热体5折回形成由多个圆弧形带与连接圆弧带所构成的U字图形。板状陶瓷体2与测定被加热物的温度的测温元件27如下进行设置。这里,特别是,本实施方式2的加热器中,特征在于,与电阻发热体5的两端相连接的供电部6,设置圆环电阻发热体区域之外,测温元件27设在圆环电阻发热体区域之中,通过这样,能够减小作为被加热物的晶片W的面内日常温度差,另外,在过渡时能够减小晶片面内温度差。
图5中显示了实施方式2的加热器中的电阻发热体5与供电部6以及测温元件27的配设位置,与实施方式1的图2相比,供电部6的位置不同,并且明确显示出了测温元件27的位置。也即,实施方式2的加热器中,如图5所示,两个供电部6,设置在电阻发热体5的内接圆C1的内部,通过供电线6a与电阻发热体5的端部分别相连接。另外,测温元件27,设置在定义为电阻发热体5的内接圆C1与电阻发热体5的外接圆C2之间的区域的电阻发热体区域内。另外,电阻发热体5的具体构成,与实施方式1中参照图2所说明的电阻发热体的构成相同,因此省略其说明。
另外,对电阻发热体5进行供电的供电部6需要与供电端子11可靠的连接,且为了不会起到发热部的作用,最好使用电阻较小的材料,且使其比带部的宽度大,从而将电阻值控制得较小。之后,为了对板状陶瓷体2的加热面3进行中心对称加热,通过将供电部6与圆环电阻发热体区域之外相邻设置,能够减小晶片的面内温度差。另外,通过在圆环电阻发热体区域内设置测温元件27,能够保持电阻发热体5对置载面3的加热温度正确,从而能够减小晶片W的温度测定时间的延迟以及测温误差。另外,供电部6与电阻发热体5的端部之间的连接,最好通过电阻值比电阻发热体5小的较宽的引线进行连接。且供电部6最好焊料焊在供电部端子11上,或通过推压接触进行连接。
另外,供电部6,最好是比电阻发热体5的带部宽的圆形或多边形,这样有利于和供电端子11之间的连接。另外,专利文献8中所记载的加热器中,测温元件设置在独立的矩形电阻发热体之间,从而很难准确控制独立的电阻发热体的温度,无法减小晶片面内的温度差,在这一点,本发明的思想截然不同。
另外图5中,供电部6设置在内侧(内接圆C1中),但设置在外侧(外接圆C2的外侧),当然也能够获得同样的效果。
实施方式3
图7A为说明本发明的相关实施方式3的加热器300的构成的剖面图。
该实施方式3的加热器300,如图7A、B中其一例所示,特征在于,在置载面3的周边部设有3个以上的周边凸部304,在周边凸部304的内侧具有高度比该周边凸部304低的内侧凸部(晶片支持销)8,上述周边凸部4被保持为能够在板状陶瓷体的半径方向或垂直方向中的至少一个方向中移动。实施方式3中,除上述点以外,均与实施方式1等的构成相同。
也即,实施方式3如图8A~8B所示,在周边凸部304的固定孔12与固定周边凸部304的螺栓10之间设有空隙,让周边凸部304能够在板状陶瓷体的半径方向以及垂直方向这两方移动相当于该空隙的距离。
如专利文献10、11中所述的加热器所示,由于防止晶片W平移的圆弧形凸部,比板状陶瓷体的周边部的厚度大,因此存在板状陶瓷体的周边部的热容量增大,在升温过程中的过渡时的晶片W面内温度差增大这一问题。但是,像本实施方式3的加热器300那样,通过在板状陶瓷体2的周边部设置孤立的周边凸部304,能够防止过渡时的晶片W面内温度差增大,且能够正确防止晶片W的平移。
在置载面3中制造晶片W时,周边凸部304用来进行晶片W的定位是必需的,但还起到了增加面内温度差的作用。也即,周边凸部304本身就具有一定的热容量,并且在加热晶片W时,热从周边凸部304经螺栓10流动到外壳19中,因此有可能会增加晶片W的面内温度差。所以,最好具有用来减少从周边凸部304流到螺栓10中的热的机构。因此,本实施方式3中,在置载面3上固定周边凸部304的固定孔12与螺栓10之间设置空隙,从而使得从周边凸部304向螺栓10的传热较为困难。因此,本实施方式3的加热器中,经螺栓10流到外壳19与连接部件17中的热量减少,能够防止周边凸部304的周边温度下降。作为较大的空隙,如果让贯通孔的直径与螺栓的外径之间的差为0.3~2mm,便具有良好的隔热效果。更为理想的是0.5~1.5mm。
另外,本实施方式3中,为了进一步减小晶片W的面内温度差,最好在板状陶瓷体2中形成贯通孔309,让螺栓10从该贯通孔309中通过来进行固定,通过这样来防止周边凸部304与板状陶瓷体2的平移是很理想的。另外,如果通过螺栓10将周边凸部304牢固地固定在板状陶瓷体2上,板状陶瓷体2与周边凸部304的下面的热传导率便会增大,板状陶瓷体2的热经螺栓10流到外壳19中,有可能会让周边凸部304周围的板状陶瓷体2的温度下降,导致晶片W的温度也下降。因此,最好不要将周边凸部304与板状陶瓷体2之间牢固连接起来,而是通过能够由螺栓10来防止平移这种程度的强度固定起来。具体的说,最好让周边凸部304能够在前后左右移动0.3~2mm程度。如果像这样进行连接,还能够减小螺栓10与周边凸部304之间的接触面积,从而使得经周边凸部304的散热通道变得狭窄,是很理想的。本实施方式3中,通过像这样进行构成,能够保持置载面3的温度分布均匀,从而能够减小温度变更时的过渡时的晶片W面内的温度差。
该实施方式3的制造中,晶片W由未图示的传送臂进行移动,放置到从板状陶瓷体2的置载面3中突出的起模针25上之后,让起模针25下降,被周边凸部4所引导,同时将晶片W放置到置载面3上的内侧凹部8中。另外,为了减小晶片W的面内温度差,让晶片的中心与板状陶瓷体2的中心相一致,从而准确放置晶片W这一点非常重要。因此,最好周边凸部304作为晶片引导,一边让晶片W的周围与周边凸部304相接触一边进行引导,通过内侧凸部8进行支持。
图8A~图8D为局部放大显示周边凸部304的放大剖面图。图8A中显示了圆锥台形的周边凸部304。图8B显示了在圆柱上结合圆锥台所得到的形状的周边凸部4。图8C显示了周边由曲面所构成的周边凸部304。图8D显示了圆柱形状的周边凸部304。
本发明中,平行于周边凸部304的置载面3的剖面形状最好为圆形,通过采用这种形状,能够缩小周边凸部304,降低加热器部7的周边温度,另外让安装也变得更容易。
另外,周边凸部304最好为柱状,且顶部的直径较小,底面的直径较大。如果像这样顶部的直径较小,即使晶片W要发生错位并放置在置载面3上,也能够沿着周边凸部304的内面引导晶片W的位置,将晶片W放置在正确的位置上。
另外,本发明的加热器300中,为了向加热器部7以及被外壳19所包围的内面流通冷却气体,在外壳19中最好具有喷嘴24以及排出从喷嘴24喷出的冷却气体的开口23。通过具有这样的喷嘴24与开口23,能够加大加热器1的冷却速度,是非常理想的。
另外,周边凸部304的外周面的平均表面粗糙度Ra,最好小于3。如果表面粗糙度Ra超过3.0,则在与晶片W的周边端面相接触并矫正晶片W位置时,由于与晶片W之间的摩擦,有可能会让晶片W磨损,产生质点,从而有可能会降低晶片W的成品率。另外,如果平均表面粗糙度Ra为0.01以下,便很难进行周边凸部304的表面加工。
另外,为了通过周边凸部304来防止晶片W的横向移位,同一圆周上至少要具有3个周边凸部304,与周边凸部304内接的内接圆的直径最好为晶片W的直径的1.001~1.03被大小。更为理想的是1.001~1.02倍。通过像这样进行设置,能够将晶片W放置在置载面3上的正确位置上,均匀接收来自板状陶瓷体2的置载面3的热,从而能够减小晶片W的表面温度差。更为具体的是,如果是直径为200mm的硅晶片,周边凸部304的内接圆的直径最好为200.2~206mm,如果使用直径300mm的晶片W,上述内接圆的直径最好为300.3~309mm。更为理想的是200.2~204mm、300.3~306mm。
本发明的周边凸部304,由圆形的陶瓷部件构成,该陶瓷部件的热容量,最好小于对应于上述周边凸部304与上述板状陶瓷体2相接触的面的上述板状陶瓷体2的热容量的3倍。将周边凸部304放置在板状陶瓷体2的周边的上面。因此,为了对晶片W的表面均匀加热,板状陶瓷体2的置载面3的温度分布非常重要,如果置载面3的周边设有周边凸部304,便会对应于周边凸部304的热容量,从板状陶瓷体2向周边凸部304传热,或从周边凸部304向板状陶瓷体2传热。通过该热的移动,周边凸部304周围的板状陶瓷体2的温度会升高或降低。这样,主要通过周边凸部304与板状陶瓷体2的接触面304a、303a传热。为了让晶片W的常时面内温度差为0.5℃以下,减小过渡时的面内温度差,最好让该周边凸部304的热容量较小。如果小于将接触面303a作为上面的板状陶瓷体2的筒状部2a的热容量的3倍,便能够减少传热,降低晶片W的面内温度差增加的可能性。
另外,即使通过上述螺栓10来防止板状陶瓷体2的平移,板状陶瓷体2也有可能上下偏移,因此,如图9所示,最好通过止动件29来压住板状陶瓷体2的周边部。另外,为了防止从止动件29向外壳19传热,最好通过止动件29的凸部29a来进行点压。另外,止动件29最好有3~5处。
这样,置载面与晶片W的间隔,通过由内侧凹部8对晶片W进行支持来保持,但为了让晶片W面与置载面3之间的间隔尽可能均匀,最好让内侧凹部8均等设置在置载面3中。内侧凸部8,如果在从置载面3的中心到与周边凸部304内接的内接圆的直径的0.5倍范围内,至少设有1个,在上述内接圆的直径的0.5~1倍的范围内至少设有3个,便能够减少晶片W表面的变形,并均匀进行支持,由于还能够防止晶片W的自重所引起的变形或弯曲,因此能够减小晶片W的面内温度差,非常理想。
另外,晶片W经内侧凸部8以一定的间隔离开置载面3,通过这样,能够防止在与置载面3直接接触的情况下的单方接触所引起的晶片W的面内温度波动的产生。这样,通过经置载面3上的气体对晶片W进行加热,能够让晶片W的面内温度均匀升温,从而能够均匀保持晶片W的面内温度。
为了减小晶片W的表面温度差,从防止晶片W与置载面3之间的质点的齿合,防止置载面3的微妙变形所引起的晶片W的温度变化这一点出发,让决定晶片W与置载面3之间的间隔的内侧凸部8从置载面中突出的高度为0.05~0.5mm是很恰当的。如果为0.05mm以下,置载面3的温度便会急剧传递到晶片W中,导致晶片W的面内温度差增大。另外,如果超过了0.5mm,从置载面3向晶片W的热传递便会变慢,导致晶片W的面内温度差增加。更为理想的是0.07~0.02mm。
另外,与筒状部2a相接触的连接部17隔热效果较好,能够抑制热传递,因此,根据周边凸部304与板状陶瓷体2之间的关系进行讨论非常重要。另外,周边凸部304的直径最好为5~15mm,更为理想的是7~11mm。另外,高度最好为3~14mm。另外,图8A、图8B、图8C的形式中外周面中具有锥度是很理想的,但也可以如图8D所示,外周为圆柱形。另外,这些周边凸部304最好在其内侧形成空间4b。这是因为通过形成像这样的空间,能够降低周边凸部304的热容量。另外,如果周边凸部304的底面304a的平均表面粗糙度Ra为0.1~10,且板状陶瓷体2与接触面的平均表面粗糙度Ra同样也为0.1~10,便能够降低来自接触面的热传导,是非常理想的。
另外,板状陶瓷体2的周边凸部304的热传导率,最好具有板状陶瓷体2的热传导率的两倍以下的热传导率。如果周边凸部304的热传导率超过了板状陶瓷体2的热传导率的两倍,周边凸部304的温度便很容易上升,从而有可能让加热晶片W时的过渡时的晶片W的面内温度差加大。更为理想的是,如果进一步缩小板状陶瓷体2的热传导率,便能够降低周边凸部304周围的温度下降或上升。
另外,为了降低晶片W的表面温度差,最好让周边凸部304的一部分,位于包围板状陶瓷体2的电阻发热体5的外接圆的内部。通过采用这样的配置,能够由电阻发热体5,对比晶片W的表面积大的范围的置载面3进行加热,因此能够降低晶片W的面内温度差,是很理想的。
图10A中显示了本发明中的板状陶瓷体的电阻发热体区域4的配置例,是比图3A等中所显示的例子简化的例子。
该图10A的例子中,中心部具有圆形的电阻发热体区域4a、其外侧区域同心圆的圆环电阻发热体区域4bc以及圆环电阻发热体区域4dg。
图10B为在图10A的例子中,将外侧的圆环电阻发热体区域4bc2等分,得到半圆形的两个电阻发热体区域4b、4c,进而将其外侧的圆环电阻发热体区域4dg4等分,得到扇形的4个电阻发热体区域4d、4e、4f、4g,这样,能够让晶片W的表面温度更加均匀,是很理想的。
图10B的例子中,上述加热器1的各个电阻发热体区域4a~4g分别形成相对应而互相分离的电阻发热体5a~5g,各个电阻发热体区域4a~4g最好能够独立控制。
另外,图10B的例子中,将圆环电阻发热体区域4bc、4dg分别在放射方向上2分割、4分割,但分割数并不仅限于此。
图10B中所示的电阻发热体区域4b、4c的分界线为直线,但不需要一定为直线,还可以是波状线。电阻发热体区域4b、4c,最好相对板状陶瓷体2的中心而中心对称。
同样,电阻发热体区域4d与4e、4e与4f、4f与4g、4g与4d各自的分界线也不需要一定为直线,各个电阻发热体4d至4g,最好相对板状陶瓷体2的中心而中心对称。
实施方式4
下面对本发明的相关实施方式4的加热器进行说明。
图11A为说明实施方式4的加热器400的构成的立体图,图11B为图11A的X-X线的概要剖面图。本实施方式4的加热器400,与实施方式等相同,具有通过以碳化硅或氮化铝为主要成分的陶瓷所构成的板状陶瓷体2,其一方主面为放置晶片W的置载面3,但板状陶瓷体402的内部没有埋设线圈状的电阻发热体405这一点与实施方式1~3不同。另外,实施方式4的加热器400中,测定置载面3或晶片W的温度的测温元件427,插入在板状陶瓷体402的另一方主面中所设置的凹部中。
另外,板状陶瓷体402具有贯通孔415,通过该贯通孔中所设置的起模针(未图示),能够上下移动晶片W,让晶片W在置载面3中放置/下降。
电阻发热体405,由将钨、钼或钨与钼的合金等制成的线材,旋成线圈状而构成,将该线圈状线材弯曲埋设在板状陶瓷体402的内部。线圈状线材(电阻发热体405)的两端与供电部406相连接。该供电部406与过供电端子411相连接。供电端子411与供电部406之间,如果具有能够确保导通的方法,也可以使用焊锡安装、焊料安装、螺栓固定等方法。这样,能够从外部向供电端子411供电,通过测温元件427来测定板状陶瓷体2的温度,将晶片W加热到所期望的温度。
本实施方式4的陶瓷加热器400中,埋设有线圈状的电阻发热体405的板状陶瓷体402的一方主面,为放置板状的被加热物的置载面3。
实施方式4中,线圈状的电阻发热体405,如图12所示,构成以板状陶瓷体402的中心轴上的一点(以下称作对称中心)为中心的同心圆,且关于通过该中心且平行于置载面3的1直线(以下称作对称轴)而大致线对称,埋设在板状陶瓷体402的内部。
以下,详细对线圈状电阻发热体405的构成进行说明,但为了便于说明,将对应于配置有电阻发热体405的圆弧形部分的位置的7个圆,从内侧顺次定义为第1~第7圆,使用该所定义的圆进行说明。
另外,以下的说明中,在板状陶瓷体402中,设位于对称轴的单侧的半圆区域为第1区域,位于相反侧的半圆区域为第2区域。
实施方式4中,设置在线圈状电阻发热体405的两端的供电部406,配置在板状陶瓷体402的中心附近。这样,首先沿着第1区域的第1圆设置与一方供电部406相连接的线圈状电阻发热体405,形成第1圆弧部405i,通过折回部405q在第1区域内折回,将后继的部分沿着第1区域内的第2圆进行设置,形成第2圆弧部405j。以下,顺次通过折回部405r、405s、405t、405u、405v进行折回,将第3圆弧部405k、第4圆弧部405L、第5圆弧部405m、第6圆弧部405n、第7圆弧部405o,分别沿着第3圆~第7圆设置在第1区域中。另外,最外周的第7圆弧部405o不进行折回,而是与第2区域的第7圆弧部405o相连接。
第2区域中也和第1区域中一样,顺次通过折回部405q、405r、405s、405t、405u、405v进行折回,将第2圆弧部405j、第3圆弧部405k、第4圆弧部405L、第5圆弧部405m、第6圆弧部405n、第7圆弧部405o,分别沿着第2圆~第7圆设置在第2区域中。最内置的第1圆弧部405i沿着第2圆设置,其前端的供电部406设置在板状陶瓷体402的中心附近。这里,圆弧部是指,卷成线圈(螺旋)状的线材的中心线形成圆弧,换而言之,是指该圆弧形中心线的周围,线材卷成螺旋状的部分。
如上所述,本实施方式4中,在第1区域与第2区域中,分别设置通过折回部相连接的同心半圆弧形部分,且让第1区域与第2区域的半圆弧形部分相对对称轴而轴对称配置。
这样,本实施方式4中的特征在于,让相面对的一对折回形部405q~405v之间的距离d401~d406,分别小于相邻的圆弧部之间的距离(间隔)L401~L406。通过这样,将实质上为同心圆的多个圆环状部分,能够由连接成1根的电阻发热体405构成,从而能够让应当进行加热的晶片W的面内温度差为3℃以下。
另外,相面对的1对折回形部405q~405v之间的距离d401~d406,如图12所示,为第1区域的折回形部405q与第2区域的折回形部405q之间的距离d401、第1区域的折回形部405r与第2区域的折回形部405r之间的距离d402、第1区域的折回形部405s与第2区域的折回形部405s之间的距离d403、第1区域的折回形部405t与第2区域的折回形部405t之间的距离d404、第1区域的折回形部405u与第2区域的折回形部405u之间的距离d405、第1区域的折回形部405v与第2区域的折回形部405v之间的距离d406。
另外,相邻的圆弧部之间的距离(间隔)L401~L406,如图12所示,是指螺旋的中心线之间的距离。
本实施方式4中,为了进一步缩小作为被加热物的晶片的面内温度差,最好让相邻的圆弧部之间的距离(间隔)L401~L406相等,且具有与线圈状的螺旋体大致相同的间距。
本实施方式4的加热器400中,电阻发热体5的主要部分具有实质上构成同心圆配置而成的多个圆弧部,因此,如果对电阻发热体405进行通电并使其发热,便能够让置载面3的温度分布从中心向周缘部呈同心圆状均匀分布。
另外,由于电阻发热体405i与405j的中心线之间的距离L401、电阻发热体405j与405k的中心线之间的距离L402、电阻发热体405k与405L的中心线之间的距离L403、电阻发热体405L与405m的中心线之间的距离L404、电阻发热体405m与405n的中心线之间的距离L405、电阻发热体405n与405o的中心线之间的距离L406,大致等间隔配置,因此能够让各个电阻发热体405i~405o的每单位体积的发热量相等,从而能够抑制置载面3中的半径方向(放射方向)的发热不均。
另外,本实施方式4中,如上所述,一对折回部之间的各个距离d401、d402、d403、d404、d405、d406,小于相邻的圆弧部之间的各个距离L401、L402、L403、L404、L405、L406这一点非常重要。
也即,为了提高置载面3的均热性,不但要让圆弧部405i~405o,还要让折回部405p~405v中的单位体积的发热量也相等,通常,一对折回部405q~405v之间的距离d401、d402、d403、d404、d405、d406,与相邻的圆弧部405i~405o之间的各个相应距离L401~L406相比,至少有1处以上较小。因此,折回部405q~405v的周边P401~P406的发热量,能够由来自相应的折回部405q~405v的发热进行补偿,从而能够抑制折回部405q~405v的周边P401~P406的发热量。因此能够减小置载面403中所放置的晶片W的面内温度差,提高均热性。另外,随着晶片W的面内温度差的减小,置载面403内的温度差也减小,因此,在较大的板状陶瓷体402的内部产生较大的热应力的可能性也较小,从而增大了对反复进行急剧的温度上升与冷却的这种热循环的耐久性。特别是,靠近板状陶瓷体402的外侧的周边P406、P405以及P404,容易从板状陶瓷体2的周边散热,导致温度降低,因此,最好至少让最外侧的折回部405v的间隔d406,小于电阻发热体405o与405n的中心线之间的间隔L406。另外,如果让其内侧的折回部405u的间隔d405,小于电阻发热体405n与405m的中心线之间的间隔L405,则更为理想。进而,最好再让其内侧的间隔d404小于L404。
另外,本实施方式4中,降低了晶片W的面内温度差,同时还降低了置载面内的温度差,因此能够降低在较大的板状陶瓷体2的内部产生大热应力的可能性,提高对反复进行急剧的温度上升与冷却的热循环的耐久性。
特别是,如果让一对折回部405q~405v之间的距离d401~d406,为相邻的圆弧部405i~405o之间的各个距离L401~L406的30%~80%,便能够进一步提高置载面3中的均热性。如果为30%以下,折回部405q~405v的周边温度便有可能降低。另外,如果超过了80%,折回部405q~405v的周边温度便有可能增高。如果为30~80%,便能够消除上述可能性,适度增加折回部405q~405v附近的发热量,从而能够进一步提高置载面3中的均热性。更为理想的是,让d401~d406分别为相对应的L1~L6的40~60%。
另外,本实施方式4的电阻发热体405,由于线材具有卷成螺旋(线圈)状的形态,且由圆弧部405i~405o与折回部405q~405v构成,因此与以前的通过印刷法矩形折回而形成电阻发热体相比,减少了边缘部被作用过度的应力的可能性。通过这样,能够能够提供一种即使加热器400急剧加热或冷却,损坏板状陶瓷体402或电阻发热体405的可能性也较小的可靠性高的加热器400。
另外,电阻发热体405中,最外周的圆弧部的螺旋线圈的间距,最好小于其内侧的圆弧部的螺旋线圈的间距。这样,能够提高最外周的电阻发热体405的发热量,防止从板状陶瓷体402的周边的辐射或对流等散热引起温度下降,进一步减小晶片W的面内温度差。也即,通过像这样形成电阻发热体405,能够对从板状陶瓷体2的外周面的散热或对流所流出的热进行补偿,防止晶片W面的周边的温度下降。另外,通过采用这样的构成,特别是能够减小在升温时的过渡时的置载面3的面内温度差,降低板状陶瓷体402中所产生的热应力,即使重复进行激烈的热循环,板状陶瓷体402破损的可能性也较小,是很理想的。
另外,板状陶瓷体402中所埋设的电阻发热体405的形状,例如为图15A所示的大致同心圆状,在设电阻发热体405所占面积为S时,让面积S为置载面403的面积的90%以上,尽可能接近置载面3的面积,在减小晶片的面内温度差这一点上非常理想。另外,面积S为包围电阻发热体405的外接圆、外接椭圆以及外接多边形等的面积。
另外,专利文献14中公布了一种超过置载面的直径的90%的区域的发热量较大的晶片加热装置,但该加热器加热器的卷绕体为旋涡状,且该旋涡的圈数高达8圈,即使在90%的区域中能够得到较大的发热量,由于该区域并不关于板状陶瓷体的中心而中心对称,因此有可能会增加晶片的左右温度差。与此相对,本实施方式4的构成中,外周的电阻发热体405相对板状陶瓷体402中心对称,能够一致增大发热量,因此消除了晶片W的面内温度差,是很理想的。
图13A为说明本实施方式4的加热器400之变形例的相关形式(加热器401)的概要立体图。另外,图13B为图13A的X-X线的概要剖面图。本变形例的加热器401的另一方主面的中央,接合有将供电端子411以及测温元件427包围起来的筒状支持部件418。通过像这样接合筒状的支持部件418,能够通过支持部件418下方的凸缘部418b来保持加热器401,因此,即使将陶瓷制加热器401放在例如卤素类等离子环境气体中,加热到500℃上,其耐热性与耐腐蚀性也非常优越,因此加热器401发生变形、被腐蚀产生质点的可能性较小,是很理想的。
另外,本变形例的加热器401中,上述板状陶瓷体402的另一方主面通过凸缘部418a与筒状支持部件418接合,该筒状支持部件418的内侧的电阻发热体的线圈间距,最好比该筒状支持部件418的外侧的电阻发热体的线圈间距小。其理由是,有可能从板状陶瓷体402向所接合的筒状支持部件418传热,让板状陶瓷体2的支持部件418的内侧的温度下降,因此,如果位于筒状支持部件418的内侧的电阻发热体的线圈间距较小,便能够增大筒状支持部件418内侧的电阻发热体的发热量,起到防止温度下降的作用。设有线圈状电阻发热体的陶瓷制加热器,线圈的外径越大,置载面3的面内温度差就能够越小,但折回部中,很难通过比线圈的外径小的曲率半径的中心线来弯曲线圈,最好通过线圈外径的1.5~3倍的曲率半径来形成弯曲形状的电阻发热体。将电阻发热体405埋设成同心圆状来作为这样的弯曲形状,但板状陶瓷体的中心部中,由于中心线的圆弧半径较小,因此折回部的曲率半径变小,电阻发热体405的圆弧部间的距离较小,增大发热量变得更加困难。因此,为了让折回部的中心线的曲率不太小,增大发热量,最好将构成电阻发热体405的线圈的间距缩小,增大线圈的单位长度的发热量,减小升温过渡时的置载面3内的温度差,同时减小晶片W的面内温度差。
另外,筒状支持部件418内侧的电阻发热体405a的线圈间距Na,可以作为将位于比筒状支持部件418的凸缘418a的外形靠近内侧的电阻发热体405a的中心线的长度,除以线圈的圈数所得到的值Na来求出。
另外,电阻发热体405的中心线,如图14所示,是从置载面3侧看从线圈状的电阻发热体405的中心通过的线L。
另外,筒状支持部件418外侧的电阻发热体405b的线圈的间距也一样,可以作为将电阻发热体405b的中心线的长度,除以线圈的圈数所得到的值Nb来求出。
另外,板状陶瓷体402的另一方主面中,与筒状支持部件418相接合,设该板状陶瓷体402的筒状支持部件418的内侧面积为S1,该筒状支持部件418内侧区域的电阻发热体405a的电阻值为R1,该筒状支持部件418的外侧的面积为S2,该筒状支持部件418的外侧的区域的电阻发热体405b的电阻值为R2,最好让筒状支持部件8内侧的电阻密度(R1/S1),大于筒状支持部件418外侧的电阻密度(R2/S2)。
另外,面积S为面积S1与面积S2相加所得到的值。
也即,如果上述加热器401发热,热量便经筒状支持部件418,被安装有该支持部件418的未图示的反应处理室侧吸走,产生吸热,损害置载面3的均热化,同时,特别在升温时,在接合有筒状支持部件418的板状陶瓷体402的中央,与没有接合筒状支持部件418的陶瓷制加热器401的周缘之间的分界中,产生较大的热应力,有可能会导致陶瓷制加热器401裂开。但是,本变形例中,让位于比电阻发热体405的筒状支持部件418靠近内侧的区域Q1中的电阻发热体405a的每单位面积的电阻密度(R1/S1),比位于比电阻发热体405的筒状支持部件418靠近外侧的区域Q2中的电阻发热体405b的每单位面积的电阻密度(R2/S2)大,从而让接合有筒状支持部件418的板状陶瓷体402中央的发热量比周边的大。通过这样,能够补偿伴随着吸热的温度损失,让置载面3的温度分布均匀,同时,在升温时能够让陶瓷加热器400的中央的发热量比周边的大,因此,能够缓和陶瓷加热器400中所产生的热应力,防止急速升温导致陶瓷加热器400的破损。
进而,上述电阻密度(R1/S1)比电阻密度(R2/S2)最好为1.05~1.5倍的范围内进行增大。
这是由于,如果电阻密度(R1/S1)比电阻密度(R2/S2)不满1.05,则有可能无法补偿来自筒状支持部件418的吸热所导致的温度损失,使得置载面3的中央的温度比周边低,从而很难得到均匀的温度分布,同时,升温时有可能会在陶瓷加热器401中产生较大的热应力,导致开裂。反之,如果电阻密度(R2/S2)比电阻密度(R1/S1)大于1.5,则与来自筒状支持部件418的温度损失相比,电阻发热体405a的发热量有可能会过高,使得置载面3的中央的温度比周边高,从而很难得到均匀的温度分布,同时,升温时所产生的热应力变得非常大,有可能会导致陶瓷加热器400开裂。
另外,通过接合有筒状支持部件418的陶瓷体加热器401,求出电阻密度(R1/S1)与电阻密度(R2/S2)的方法,例如在具有如图15A所示的发热图形Q的陶瓷体加热器401的情况下,如下所述。
首先,切除筒状支持体418,照射X线,解析陶瓷体402中所埋设的发热图形Q的形状,将位于比筒状支持部件418靠近内侧的区域Q1的面积作为S1,将位于比上述筒状支持部件418靠近外侧的区域Q2的面积作为S2,分别计算出来。
另外,电阻发热体405a的电阻值R1与电阻发热体405b的电阻值R2,通过将板状陶瓷体402,通过板状支持部件418的最外周的部分,2分割成圆板状陶瓷体与环状陶瓷体,设圆板状陶瓷体402中所埋设的电阻发热体405a的电阻值为R1、环状陶瓷体中所埋设的电阻发热体405b的电阻值为R2,分别测定出来。如上,可以通过所求出的面积S1与面积S2,以及电阻值R1与电阻值R2的值,计算出电阻密度(R1/S1)与电阻密度(R2/S2)。
另外,根据电阻发热体405的线径,与通过X射线拍照等从置载面403所看到的电阻发热体405的圈数,求出相对电阻值,通过这样,也能够求出电阻密度比(R1/S1)/(R2/S2)。
另外,本实施方式4及其变形例中,为了对直径200mm以上的晶片W的表面温度均匀进行加热,最好将电阻发热体同心圆的圆弧部,大致等间隔设置7~13重。特别是,在直径200mm用晶片加热用陶瓷加热器中,呈同心圆状沿着11~15重圆环设置线圈状的电阻发热体405,能够减小电阻发热体相对置载面3的密度不均,减小晶片W的面内温度差。
另外,线材卷成线圈(螺旋)状的电阻发热体405的螺旋直径,最好为板状陶瓷体402的厚度的0.05~0.2倍。另外,本发明中,在电阻发热体405具有在不同方向的直径不同的椭圆螺旋构造的情况下,最好让其短轴与板状陶瓷体402的厚度方向一致,且最好将该短轴的长度设为板状陶瓷体402厚度的0.05~0.2倍。
这里,本实施方式4中,电阻发热体405如果由短轴与长轴比为0.95~0.75的椭圆螺旋构造的线材构成,便能够进一步降低置载面中的面内温度差。
如果电阻发热体405的螺旋半径(椭圆螺旋的情况下为短轴),为板状陶瓷体402的厚度的0.05倍以下,则由于电阻发热体405的螺旋半径或短轴过短,因此存在很难对置载面3均匀加热的倾向。另外,如果电阻发热体405的螺旋半径(椭圆螺旋的情况下为短轴),为板状陶瓷体402的厚度的0.2倍以上,则进行埋设之前的线圈半径过大,使得折回形状不连续,很难将呈一对折回形状的电阻发热体之间的间距高精度地进行埋设,有可能会导致置载面3的面内温度差增大。为了进一步降低置载面3的面内温度差,最好将电阻发热体405的螺旋的直径(椭圆螺旋的情况下为短轴),设为板状陶瓷体402的厚度的0.08~0.14倍。
另外,电阻发热体405由线材的卷绕体构成,埋设在通过高温进行烧结的陶瓷体内,因此最好由耐高温的钨或钼,或他们的合金制成。另外,板状陶瓷体402,为了能够降低置载面3的面内温度,最好由板状陶瓷体402的热传导率为50W/(m·K)以上的碳化物或氮化物陶瓷制成。更为理想的是碳化硅或氮化铝的烧结体。
另外,本发明的加热器401,能够安装在成膜装置或蚀刻装置的容器内部。加热器401的置载面403与供电端子411之间,通过安装在支持部件418的凸缘418b中的O形环,而与容器外部封起来,能够从外部向容器内提供成膜气体与蚀刻气体,并调整特定的环境气体。通过将如上所述的本发明中的任一个加热器401设置在能够控制环境气体的容器中,能够得到被加热物为晶片的本发明的晶片加热装置。该晶片加热装置中,将成膜用气体与蚀刻用气体与载体气体一起供给到容器内,控制容器内的气压,同时在本发明的加热器401的置载面403中放置晶片W,加热电阻发热体405。本发明的加热器401,由于置载面3中所放置的晶片W的面内温度差较小,因此适于半导体制造装置,即使用于最新的90nm或45nm的电路图形所构成的半导体元件制造工艺,也不会降低半导体元件的成品率。
本发明的加热器401,例如能够通过如下所述的方法来进行制作。
首先,本方法包括:制作由陶瓷粉末所制成的板状成形体的工序、在该成形体的一方的主面中,形成弧形设置的圆弧部与折回形状配置的折回部连续而成的沟的工序、在该沟中插入线圈状电阻发热体的工序、以及在该沟与电阻发热体的空隙之间填充陶瓷粉末,对该陶瓷粉末进行预备加压,得到埋设有电阻发热体的成形体的工序。之后,将该成形体插入在耐热模具中,进行加压并烧制。该方法中,由于填充在沟与电阻发热体的空隙之间的陶瓷粉末的密度接近成形体的密度,因此即使进行烧制,也能够让烧制所引起的收缩一致。因此,通过本方法所制作的板状陶瓷体402中,能够减少变形与残留应力,从而能够得到一种即使反复进行热循环,破损的可能性也较小的耐久性优越的本发明的加热器401。
上述制造方法中,在将线圈状电阻发热体405埋设到板状陶瓷体402中的工序中,由于电阻发热体405的螺旋直径较大,因此需要在板状陶瓷成形体中形成能够容纳线圈状线材的沟,但在容纳之前,最好将线圈状的电阻发热体事先成形为与该沟的形状相匹配的形状并进行热处理,这样便能够在沟在存放由线材所制成的电阻发热体,而不会损坏图形。
之后,在该沟中插入了呈上述所期望形状的电阻发热体405之后,在该沟与上述电阻发热体的空隙间填充与构成成形体的陶瓷相同组成的陶瓷粉末,对该陶瓷粉末进行预备加压,得到埋设有电阻发热体的成形体,这一点非常重要。
也即,如果不让线圈状的电阻发热体事先匹配槽的形状而进行成形,而在槽中插入线圈状的电阻发热体,并在槽与上述电阻发热体的空隙间填充陶瓷粉末,则由于槽中所填充的陶瓷粉末的密度小于陶瓷成形体的密度,因此即使对该陶瓷成形体进行加压并烧制,也会在槽部中异常凹陷,在槽部中产生残留应力,如果对烧结体进行加热并作用应力,有可能很容易破损。
与此相对,通过将事先匹配槽的形状而成形了的电阻发热体插入到槽中之后,在槽与电阻发热体的空隙间填充陶瓷粉末之后,对该陶瓷粉末进行加压,便能够让陶瓷粉末的密度为陶瓷成形体密度的90~100%程度。通过这样,能够消除烧制时所产生的残留应力的发生以及板状陶瓷体的变形,将电阻发热体均匀埋设在板状陶瓷体中。
另外,在预备加压并凹陷的部分中,通过再次填充陶瓷粉末,从其上面再次进行预备加压,能够让所填充的陶瓷粉末与成形体之间的密度更加接近,另外,能够让所填充的陶瓷粉末的上面,与成形体的上面形成1个面,从而能够得到一种很难产生残留变形的成形体。
将以上形式的埋设有电阻发热体的成形体,插入在耐热模具,例如碳模具或BN(氮化硼)模具中,从上下方向进行加压并烧制。像这样通过加压烧制所得到的烧结体的内部变形较小,即使用作本发明的加热器401的板状陶瓷体402,反复进行急速的加热与冷却,残留变形或热应力导致破损的可能性也较小,是很理想的。
另外,如果电阻发热体405的外接圆C的直径D为晶片W的直径的1.02倍程度,即使周边部的温度下降,晶片W的面内温度差也会变得较小,是很理想的。另外,最好让板状陶瓷体2的直径DP为晶片W直径的1.05~1.15倍程度。
下面对更详细的构成进行说明。
图11B为说明实施方式4的陶瓷加热器的相关另一例的剖面图。该陶瓷加热器,将一方主面作为放置晶片W的置载面3,具有内部埋设有电阻发热体405的板状陶瓷体402,以及与该电阻发热体405电连接的供电部406与供电端子411。另外,板状陶瓷体402,例如由板厚t为7~20mm,100~500℃下的杨氏模量为200~450MPa的陶瓷构成。
100~500℃下的杨氏模量为200~450MPa的板状陶瓷体402的材质,可以使用铝、氮化硅、硅铝氧氮陶瓷、氮化铝,其中特别是氮化铝具有50W/(m·K)以上,甚至100W/(m·K)以上的高热传导率,同时,对氟类以及氯类等腐蚀性气体的耐腐蚀性以及耐等离子性优越,因此非常适于用作板状陶瓷体402的材质。
另外,在板状陶瓷体2,通过以氮化铝为主要成分的烧结体构成的情况下,例如如下进行制作。
首先,在主要成分氮化铝中,添加Y2O3或Yb2O3等稀土类元素氧化物作为烧结助剂,还可以根据需要添加CaO等碱土类元素氧化物,并充分混合,添加丙稀类粘合剂并进行喷雾干燥,制造出造粒粉末。
之后,在臼状模具中填充该粉末,从上下方向进行加压,得到平板状的成形体。
槽可以通过切削用钻孔机等,使用多工序自动数学控制机床等数学控制加工机,进行未加工的成形体的加工。
另外,准备与上述未加工成形体中所埋设的电阻发热体形状相同的发热体烧制模具,将另行制作的线圈状电阻发热体切断成给定的长度,通过给定的配置将电阻发热体嵌入到上述烧制模具中,使其形成给定的间距,之后进行热处理,让电阻发热体405烧制成给定的形状。之后,将所烧制的线圈状电阻发热体插入到上述未加工成形体中所形成的槽中。
之后,在线圈状电阻发热体的上面,填充与成形体相同的陶瓷粉末。如果槽中所填充的陶瓷粉末的密度小于1.0程度,且就这样通过热压机等烧结该成形体,则有可能会让槽部凹陷,让电阻发热体部分的密度比其他部分的小,使得成形体在槽部破损。
因此,最好从上面通过5~20MPa以下的压力,以不会损坏成形体的程度对槽部中所填充的陶瓷粉末进行加压,提高所填充的陶瓷粉末的密度。另外,最好在因加压而凹陷的槽部中,反复填充陶瓷粉末并加压。像这样在槽部中填充陶瓷粉末并加压,能够让成形体的密度与所填充的陶瓷粉末的密度接近,从而能够消除在后继的烧制工序中,因密度差异而产生破损的可能性,是很理想的。如果在500℃下对埋设有电阻发热体的成形体加热1小时进行脱脂处理,插入在通过碳等制成的耐热模具中,在1700~2100℃下进行加热,同时从上下面通过5MPa~6MPa的压强进行加压进行烧制,便不会损坏烧结体,而制作出所埋设的电阻发热体405的残留应力较小的烧结体。这样所制作的烧结体,即使对电阻发热体进行加热,使其迅速升温或冷却,板状陶瓷体也不会损坏。最后,对埋设有电阻发热体的烧结体的外形以及置载面进行研磨加工,得到实施方式4的板状陶瓷体。
一方的筒状支持部件,可以通过对混合有上述陶瓷粉末与热硬化树脂等的原料进行加热,通过注入法填充到模具中,成形为筒状体,通过浇铸法或橡胶压制法对所制作的筒状成形体进行切削加工,加工成所期望的形状之后,在400~600℃下加热进行脱粘合剂处理之后,在氮气环境中通过1800℃~2200℃进行烧结,对外周进行研磨加工,从而能够得到筒状的支持部件418。
另外,对与上述板状陶瓷体402的供电端子411相连接的部分机实施开孔加工,经陶瓷料浆与上述筒状支持部件418相接触,使得该孔被包围起来,通过比烧制温度低200~400℃的温度对接触面进行加热,同时进行加压,从而能够将板状陶瓷体402与筒状支持部件8接合起来。
以上对本发明的加热器400的构成及其制造方法进行了说明,但即使本发明的加热器400埋设有静电吸附用电极,板状陶瓷体中内置有与静电吸附用电极相接合的晶片保持部件,或等离子产生用高频电极的这种加热器400,只要没有脱离本发明的思想范围,就属于本发明的范围内,这一点是不言而喻的。
【实施例1】
首先,在氮化铝粉末中,添加重量换算为1.0质量%的氧化铟,之后使用异丙醇与聚氨酯球,通过球磨机进行48小时的混炼,通过这样来制作氮化铝的料浆。
接下来,让氮化铝料浆从200目筛孔中通过,去除聚氨酯球与球磨机壁的碎屑之后,在防爆干燥机中通过120℃干燥24小时。
接下来,在所得到的氮化铝粉末中混合丙稀类的粘合剂与溶媒,制作氮化铝浆,刮刀(doctor blade)法制作多张氮化铝印刷电路基板。
之后,将所得到的氮化铝印刷电路基板,多张层积起来进行热压接,形成层积体。
然后,将层积体在非氧化性气流中,通过500℃的温度实施5个小时的脱脂处理之后,在非氧化性气流中,通过1900℃的温度进行5个小时的烧制,制作出具有各种热传导率的板状陶瓷体。
之后,对氮化铝烧结体实施研磨加工,制作出多张板厚3mm,直径330mm的圆盘状板状陶瓷体。之后,在各个板状陶瓷体的3处形成贯通孔。贯通孔在距离板状陶瓷体的中心为60mm的同心圆上等间距形成,贯通口径为4mm。
接下来,将Au粉末与Pd粉末作为导电材料,与添加有与上述同样组成所构成的粘合剂的玻璃料浆进行混炼,制作出导电性料浆,将该导电性料浆在板状陶瓷体上,通过丝网印刷法印刷出给定的电阻发热体图形。
之后,在印刷之后加热到150℃,让有机溶剂干燥,进而在550℃下实施30分钟的脱脂处理后,通过700~900℃的温度进行烧制。通过这样,形成厚为50μm的电阻发热体。
电阻发热体区域的配置,在中心部形成1个直径为板状陶瓷体的直径D的25%的圆形电阻发热体区域,在其外侧形成圆环电阻发热体区域,在其外侧将直径为D的45%的圆环分割成两个电阻发热体区域,进而将最外围的电阻发热体区域的内径为D的70%的圆环,分割成4个电阻发热体区域,总计构成8个电阻发热体区域。之后,设最外围的4个电阻发热体区域的外接圆C的直径为310mm,制作出试料。然后在电阻发热体5中通过蜡安装固定供电部6,通过这样,制作出板状陶瓷体2。另外,本实施例中,中心部的电阻发热体与其外侧的圆环状电阻发热体并联,同时进行加热控制。
实施例1中,制作了连接圆弧带之间的间隔L1与圆弧形带之间的间隔L4的比率(L1/L4×100%)发生了变化的支持部件。
另外,有底金属外壳,由厚2.0mm的铝制底部,与厚1.0mm的铝制侧壁部构成,在底面中,将喷气口、热电对以及导通端子安装在给定的位置上。另外,从底面到板状陶瓷体之间的距离为20mm。
之后,在上述有底金属外壳的开口部中,重叠板状陶瓷体,在外周部贯通有螺栓,让板状陶瓷体与有底金属外壳不直接接触,而介有环状的接触部件,且从接触部件侧介有弹性体而螺上螺丝,通过这样进行弹性固定,得到晶片加热装置。
另外,接触部件17的剖面通过L形形成环状。L形段部的上面,与板状陶瓷体的下面与圆环状相接触,与板状陶瓷体之间的接触面的宽度为3mm。另外,接触部件的材质使用耐热性树脂。所制作的各种晶片加热装置为试料No.1~9。
所制作的晶片加热装置的评价,使用29处埋设有测温电阻体的直径为300mm的测温用晶片来进行。给各个晶片加热装置通电,通过5分钟将晶片W从25℃升温到200℃,将晶片W的温度设定为200℃之后,便取下晶片W,将室温的测温晶片W放置在置载面上,测定出晶片W的平均温度达到稳定在200℃±0.5℃的范围内所需要的时间,作为应答时间。另外,在5分钟从从30℃升温到200℃,并保持5分钟之后,进行30分钟的冷却温度循环,像这样反复进行1000个循环之后,测定从室温设定到200℃并过了10分钟之后的晶片温度的最大值与最小值的差,作为晶片W的温度差。
结果如表1所示。
【表1】

  试料No.  电阻发热体区域  的结构  电阻发热体  区域数  L1/L4×100  (%)  晶片的温度  差(℃) *1  多个圆、环与扇形  8  20  1.20  2  多个圆、环与扇形  8  30  0.49  3  多个圆、环与扇形  8  40  0.39  4  多个圆、环与扇形  8  50  0.28  5  多个圆、环与扇形  8  60  0.38  6  多个圆、环与扇形  8  80  0.43  7  多个圆、环与扇形  8  90  0.47  8  多个圆、环与扇形  8  95  0.49 *9  多个圆、环与扇形  8  120  2.60

*标记表示本发明以外的实施例。
试料No.1由于L1/L4的比率为20%,过于小,因此晶片的温度差高达1.2℃。
另外,试料No.9由于L1/L4的比率为120%,过于大,因此晶片的温度差高达2.6℃。
另外,可以得知,位于同一圆周上的一对折回圆弧形带之间的距离,比在半径方向上相邻的圆弧形带之间的距离小的试料No.2~8,晶片的温度差为0.5℃以下,显示出了优秀的特性。
另外,试料No.3~5的L1/L4的比率为40~60%,晶片的温度差为低至0.39℃以下,更为优秀。
【实施例2】
与实施例1一样,制作板状陶瓷体。
之后,与实施例1一样,在3处形成贯通孔。
接下来,与实施例1一样,形成厚50μm的电阻发热体5。
电阻发热体区域4的配置,在中心部形成1个直径D1mm的电阻发热体区域,在其外侧形成圆环电阻发热体区域,在其外侧将直径为D2(mm)的圆环分割成两个电阻发热体区域,进而将最外围的电阻发热体区域的内径为D3的圆环,分割成4个电阻发热体区域,总计构成8个电阻发热体区域。之后,设最外围的4个电阻发热体区域的外接圆C的直径为310mm,制作出变更了D1、D2、D3的比率的试料。然后在电阻发热体5中通过蜡安装固定供电部6,通过这样,制作出板状陶瓷体2。另外,本实施例中,中心部的电阻妇孺起与其外侧的圆环状电阻发热体并联,同时进行加热控制。
另外,为了进行比较,制作出采用图19的构成则电阻发热体区域,矩形发热体区域的大小为212×53mm,使用8个矩形发热体区域的试料No.36。同样,试料No.37采用图18所示结构的电阻发热体区域,D1r为150mm,D2r为310mm。试料No.38采用图17所示结构的电阻发热体区域形状。试料No.39的电阻发热体区域为圆形,且制作出由1个电阻发热体所构成的晶片加热装置。
之后,使用与实施例1相同的有底金属外壳以及接触部件17,与实施例1一样,将板状陶瓷体与金属外壳固定起来,制作出实施例2的晶片。
所制作出的各种晶片加热装置为No.11~39。
所制作的晶片加热装置的评价,与实施例1一样,使用29处埋设有测温电阻体的直径为300mm的测温用晶片,与实施例1同样进行。
结果如表2所示。
【表2】  试料  No.  电阻发热体区域的  结构  电阻发热  体区域数  D1/D×  100(%)  D2/D×  100(%)  D3/D×  100(%) 晶片W的温 度差(℃)  应答时  间(秒)
  11  多个圆环扇形  8  18  48  75  0.48  43  12  多个圆环扇形  8  20  48  75  0.39  35  13  多个圆环扇形  8  23  48  75  0.28  28  14  多个圆环扇形  8  27  48  75  0.27  27  15  多个圆环扇形  8  30  48  75  0.38  34  16  多个圆环扇形  8  35  48  75  0.42  38  17  多个圆环扇形  8  40  48  75  0.43  39  18  多个圆环扇形  8  25  48  75  0.49  45  19  多个圆环扇形  8  25  40  75  0.42  39  20  多个圆环扇形  8  25  41  75  0.38  33  21  多个圆环扇形  8  25  43  75  0.29  28  22  多个圆环扇形  8  25  45  75  0.28  27  23  多个圆环扇形  8  25  49  75  0.29  28  24  多个圆环扇形  8  25  53  75  0.39  34  25  多个圆环扇形  8  25  55  75  0.41  39  26  多个圆环扇形  8  25  60  75  0.46  44  27  多个圆环扇形  8  25  48  50  0.49  45  28  多个圆环扇形  8  25  48  55  0.42  39  29  多个圆环扇形  8  25  48  60  0.41  38  30  多个圆环扇形  8  25  48  65  0.37  33  31  多个圆环扇形  8  25  48  67  0.22  26  32  多个圆环扇形  8  25  48  70  0.23  28  33  多个圆环扇形  8  25  48  80  0.38  33  34  多个圆环扇形  8  25  48  85  0.38  34  35  多个圆环扇形  8  25  48  90  0.45  48 *36  矩形  8  -  -  -  2.40  63 *37  以往的单一圆环  5  -  -  -  1.80  55 *38  扇形  4  -  -  -  2.50  73 *39  单一圆环  1  -  -  -  3.60  75

*标记表示本发明以外的实施例。
本发明的相关试料No.11~35的加热器1,晶片W的温度差不满0.5℃,且应答时间为48秒以下,非常优秀。试料No.11~35,是中心部具有圆形的电阻发热体区域,及其外侧的同心圆的3个圆环内的电阻发热体区域的加热器1。另外,表1中所示的试料No.12~17、19~25、28~34,晶片W的温度差低至0.43℃以下,且应答时间为39秒以下,显示出了更加优秀的特性。试料No.12~17、19~25、28~34的加热器1,中心部的电阻发热体区域的外径D1为其最外围的电阻发热体区域的外径D的20~40%,外径D2为外径D的40~55%,外径D3为外径D的55~85%。
另外,中心部的电阻发热体区域的外径D1为电阻发热体的外接圆D的20~30%的试料No.12~15的晶片加热装置,晶片的温度差为0.39℃以下,且应答时间为35秒以下,是很理想的。另外,外径D1为D的23~27%的试料No.13、14的晶片加热装置,晶片的温度差为0.28℃以下,且应答时间为28秒以下,更加理想。
另外,外径D2为D的41~53%的试料No.20~24的晶片加热装置,晶片的温度差为0.39℃以下,且应答时间为34秒以下,是很理想的。另外,外径D2为D的43~49%的试料No.21~23的晶片加热装置,晶片的温度差为0.29℃以下,且应答时间为28秒以下,更加理想。
另外,外径D3为D的55~85%的试料No.28~34的晶片加热装置,晶片的温度差为0.42℃以下,且应答时间为39秒以下,是很理想的。另外,外径D3为D的65~85%的试料No.30~34的晶片加热装置,晶片的温度差为0.38℃以下,且应答时间为34秒以下,更加理想。另外,外径D3为D的67~70%的试料No.31、32的晶片加热装置,晶片的温度差为0.23℃以下,且应答时间为28秒以下,更加理想。
与此相对,本发明以外的试料No.36~39,晶片的温度差高达1.8℃以上,应答时间也高达55秒,非常不理想。
【实施例3】
接下来,对通过实施例1的试料No.5的电阻值所制作的加热器1,变化电阻发热体5的配置位置,对电阻发热体5的配置形态与晶片W面内温度差之间的关系进行验证。
具体的说,为了对分别设有电阻发热体5a~5h的圆环电阻发热体区域4b、4cd、4eh的内径D22、D33、D0的大小关系,与晶片W面内的温度差之间的关联进行验证,而以形成在板状体2的最外侧的圆环电阻发热体区域4eh的外径D为基准,变化各个电阻发热体区域4的内径D22、D33、D0之间的长度比率,通过与实施例1相同的测定方法,测定晶片W的面内温度差以及恢复时间。结果如表3所示。
【表3】  试料  No.  D1/D  ×100  (%)  D22/D  ×100  (%)  D2/D  ×100  (%)  D33/D  ×100  (%)  D3/D  ×100  (%)  D0/D  ×100  (%)  过渡时的  晶片W面  内最大温  度差(℃)  恢复时  间(秒)  晶片的  温度差  (℃)  过渡时的  晶片W面  内最大温  度差(℃)  升温时  间(秒)  41  23  25  50  61  73  91  4.2  39  0.39  4.2  38  42  23  34  50  61  73  91  3.8  36  0.37  3.3  33  43  25  36  50  61  73  91  2.9  32  0.31  3.1  30  44  27  38  50  61  73  91  2.3  30  0.30  2.8  25  45  30  41  53  61  73  91  2.8  32  0.32  3  31  46  33  45  55  61  73  91  3.8  37  0.40  3.3  32  47  40  50  50  61  73  91  4.7  41  0.48  4.1  37  48  27  38  50  45  73  91  4.2  39  0.43  4.2  38  49  27  38  50  55  73  91  3.9  36  0.40  3.2  32  50  27  38  50  58  73  91  2.8  32  0.34  2.9  29  51  27  38  50  61  73  91  2.2  30  0.29  2.7  23  52  27  38  50  63  73  91  2.7  33  0.33  2.9  28  53  27  38  50  65  78  91  3.8  37  0.39  3.3  32  54  27  38  50  70  73  91  4.3  45  0.47  4.7  39  55  27  38  50  61  73  80  4.3  39  0.43  4.2  38  56  27  38  50  61  73  85  3.8  38  0.40  3.3  32  57  27  38  50  61  73  88  2.9  33  0.34  2.8  28  58  27  38  50  61  73  91  2.3  30  0.30  2.5  24  59  27  38  50  61  73  93  2.8  34  0.33  2.8  27
  60  27  38  50  61  73  95  3.8  38  0.40  3.2  33  61  27  38  50  61  73  96  4.3  39  0.43  4.3  38

如表3所示,试料No.42~46、49~53、56~60,过渡时的最大温度差均为3.9℃以下,且恢复时间低至39秒以下,晶片W的温度差也低至0.4℃以下,是很理想的。
其理由是,试料No.42~46、49~53、56~60,其圆环电阻发热体区域4b的内径D22为板状体2的最外侧所形成的圆环电阻发热体区域4eh的外径D的长度的34~45%,圆环电阻发热体区域4cd的内径D33为外径D的55~56%,圆环电阻发热体区域4eh的内径D0为外径D的85~93%。
另外,试料No.42~46、49~53、56~60,升温过渡时的晶片W面内最大温度差为3.3℃以下,且升温时间低至33秒以下,显示出了优秀的特性。
另外,内径D22为外径D的36~41%的试料No.43~45、内径D33为外径D的58~63%的试料No.50~52、以及圆环电阻发热体区域4eh的内径D0为外径D的88~93%的试料No.57~59,过渡时的最大温度差均为2.9℃以下,恢复时间低至34秒以下,晶片W的温度差也低至0.34℃以下,且升温过渡时的晶片W面内最大温度差为3.1℃以下,升温时间低至31秒以下,是很理想的。
另外,内径D22为外径D的37~40%的试料No.44、内径D33为外径D的59~62%的试料No.51、以及圆环电阻发热体区域4eh的内径D0为外径D的89~92%的试料No.58,过渡时的最大温度差均为2.3℃以下,恢复时间低至30秒以下,晶片W的温度差也低至0.30℃以下,且升温过渡时的晶片W面内最大温度差为2.8℃以下,升温时间低至28秒以下,是最为理想的。
【实施例4】
与实施例2同样制作多张直径不同的板状陶瓷体。
之后,与实施例2一样,在3处形成贯通孔。
接下来,与实施例2一样,形成厚50μm的电阻发热体5。电阻发热体5的图形设置,与实施例2相同,最外围的4个电阻发热体区域的外接圆C的直径为310mm。之后在电阻发热体5中通过蜡安装固定供电部6,通过这样,制作出直径不同的板状陶瓷体2。
另外,有底金属外壳以及接触部件的构成,与实施例1以及2相同,在该有底金属外壳的开口部中,重叠板状陶瓷体,在外周部贯通螺栓,让板状陶瓷体与有底金属外壳不直接接触,而介有环状的接触部件,且从接触部件侧介有弹性体而螺上螺丝,通过这样进行弹性固定,得到实施例4的晶片加热装置。
所制作的晶片加热装置与实施例1一样进行评价。
结果如表4所示。
【表4】  试料No. 相对电阻发热体5的外接 圆的,板状陶瓷体2的直 径的比率(%)  晶片的温度  差(℃)  应答时间  (秒)  145 85  0.48  35  ○146 90  0.28  29  ○147 92  0.16  25  ○148 93  0.16  24  ○149 95  0.16  25  ○150 96  0.24  27  ○151 97  0.26  28  152 99  0.42  32

○标记表示特别优秀
表4的试料No.145,电阻发热体的外接圆之间与板状陶瓷体的直径的比率低至85%,晶片的面内温度差高达0.48℃,特别是应答时间为35秒,稍有些大。
试料No.152,电阻发热体的外接圆之间与板状陶瓷体的直径的比率高达99%,晶片的面内温度差高达0.42℃,应答时间为32秒,稍有些大。
与此相对,试料No.146~151,晶片的面内温度差低至0.28℃以下,且应答时间也低至29秒以下,非常优秀,因此可以得知,电阻发热体的外接圆之间与板状陶瓷体的直径的比率为90~97%,便是优秀的晶片加热装置。
【实施例5】
与实施例1同样制作板状陶瓷体。
但是,料浆的印刷厚度为20μm,另外,准备一些变更了电阻发热体在包围电阻发热体的外接圆中所占面积的比率的试料。
之后,与实施例1一样进行评价。结果如表5所示。
【表5】  试料No. 带状电阻发热体5相对包围上述 带状电阻发热体5的外接圆C中 所占面积的比率(%)  晶片的温度  差(℃)  160 3  0.35  ○161 5  0.24  ◎162 10  0.19  ☆163 15  0.13  ☆164 20  0.12  ◎165 25  0.18  ○166 30  0.23  167 40  0.34

结果是,如试料No.160所示,电阻发热体在包围电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为5%以下的试料,晶片的面内温度差为0.35℃,多少有些大。另外,如试料No.167所示,如果电阻发热体在包围电阻发热体的外接圆中所占面积的比率超过了30%,晶片的一部分中便出现了℃较高的热点,晶片的面内温度差为0.34℃,多少有些大。
与此相对,如试料No.161~166所示,电阻发热体在电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为5~30%的试料,晶片的面内温度差能够低至0.24℃以下,非常优秀。
另外,如试料No.162~165所示,通过让电阻发热体在电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为10~25%,能够让晶片的面内温度差为0.19℃以内,另外,如试料No.163、164所示,通过让电阻发热体在电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为15~20%,能够让晶片的面内温度差降低至0.13℃以内,尤其优秀。
【实施例6】
实施例6中,除了将供电部与测温元件设置在图4中所示的位置上之外,与实施例1一样制作试料,并与实施例1一样进行评价。
这里,制作出8种变更了圆弧形带之间的间隔L1与连接圆弧带之间的间隔L4的比率(L1/L4×100%)的晶片支持部件,分别作为试料201~208。
另外,作为比较例,制作出如图23所示的设有电阻发热体供电部以及测温元件的试料,作为比较例(试料No.209),进行评价。
结果如表6所示。
【表6】  试料  No.  电阻发热体区域的结  构  电阻发热体的形  态以及供电部与  测温元件的位置  L1/L4×  100(%)  晶片的  温度差  (℃) *201  多个圆、环与扇形  图4  20  0.49  202  多个圆、环与扇形  图4  30  0.41  203  多个圆、环与扇形  图4  40  0.37  204  多个圆、环与扇形  图4  50  0.35  205  多个圆、环与扇形  图4  60  0.36  206  多个圆、环与扇形  图4  80  0.41  207  多个圆、环与扇形  图4  90  0.47  208  多个圆、环与扇形  图4  95  0.49 *209  多个漩涡状环与扇形  图12  120  1.73

*标记表示本发明以外的实施例。
另外,试料No.209的L1/L4的比率超过的120%,过于大,因此晶片的温度差高达1.73℃。
另外,位于同一圆周上的一对折回圆弧形带之间的距离,比在半径方向上相邻的圆弧形图形之间的距离小的试料No.201~208,晶片的温度差为0.5℃以下,显示出了优秀的特性。
另外,试料No.202~206的L1/L4的比率为30~80%,晶片的温度差为低至0.41℃以下,更为优秀。
【实施例7】
实施例7中,除了将实施例2中的D1/D×100%、D2/D×100%、以及D3/D×100%的比率进行了部分变更之外,与实施例2相同,制作出本发明的相关试料211~235。
另外,实施例7中,在圆环状的电阻发热体区域4a、4b之间,设有宽为直径D的5%的环形空白区域,形成供电部6与起模针贯通孔,在圆环状区域4b、4cd之间,设置宽为直径D的5%的环形空白区域,在其中形成供电部。另外,在圆环状区域4cd、4eh之间,设置宽为直径D的10%的环形空白区域,在其中形成晶片支持销与供电部。
对如上在制作的试料No.211~235与实施例2一样进行评价。
结果如表7所示。
另外,表7中的试料No.236~239,是为了与实施例7的试料相比较的,为实施例2的比较例的数据。
【表7】  试料  No.  电阻发热体区域的  结构  电阻发热  体区域数  D1/D×  100(%)  D2/D×  100(%)  D3/D×  100(%)  晶片的温  度差(℃)  应答时  间(秒)  211  多个圆环状与扇形  8  18  50  75  0.49  45  212  多个圆环状与扇形  8  23  50  75  0.39  37  213  多个圆环状与扇形  8  25  50  75  0.32  34  214  多个圆环状与扇形  8  27  50  75  0.31  33  215  多个圆环状与扇形  8  30  50  75  0.33  34  216  多个圆环状与扇形  8  33  50  75  0.42  38  217  多个圆环状与扇形  8  40  50  75  0.48  39  218  多个圆环状与扇形  8  27  40  75  0.49  45  219  多个圆环状与扇形  8  27  45  75  0.43  39  220  多个圆环状与扇形  8  27  47  75  0.38  34  221  多个圆环状与扇形  8  27  48  75  0.32  31  222  多个圆环状与扇形  8  27  50  75  0.31  30  223  多个圆环状与扇形  8  27  51  75  0.32  31  224  多个圆环状与扇形  8  27  53  75  0.39  34  225  多个圆环状与扇形  8  27  55  75  0.42  39  226  多个圆环状与扇形  8  27  60  75  0.48  44  227  多个圆环状与扇形  8  27  50  50  0.49  45
  228  多个圆环状与扇形  8  27  50  63  0.43  39  229  多个圆环状与扇形  8  27  50  68  0.38  34  230  多个圆环状与扇形  8  27  50  71  0.32  31  231  多个圆环状与扇形  8  27  50  73  0.31  27  232  多个圆环状与扇形  8  27  50  75  0.32  31  233  多个圆环状与扇形  8  27  50  78  0.37  34  234  多个圆环状与扇形  8  27  50  83  0.42  34  235  多个圆环状与扇形  8  27  50  90  0.49  48 *236  矩形  8  -  -  -  2.40  63 *237  以往的单一圆环  5  -  -  -  1.80  55 *238  扇形  4  -  -  -  2.50  73 *239  单一圆环  1  -  -  -  3.60  75

*标记表示本发明以外的实施例。
本发明的加热器1中,中心部具有圆形区域,其外侧具有同心圆的3个圆环内区域的试料No.211~235的加热器1,晶片W的温度差不满0.5℃,且应答时间为48秒以下,非常优秀。另外,中心部区域的外径D1为其最外围区域的外径D的23~33%,外径D2为外径D的40~55%,外径D3为外径D的63~83%的加热器1,为表7中的试料No.212~216、219~225、228~234。晶片W的温度差低至0.43℃以下,且应答时间为39秒以下,显示出了优秀的特性。
另外,中心部区域的外径D1为电阻发热体的外接圆D的25~30%的试料No.213~215的加热器,晶片的温度差低至0.33℃以下,且应答时间低至34秒以下,非常理想。另外,外径D1为D的26~29%的试料No.214的加热器,晶片的温度差低至0.31℃以下,且应答时间低至33秒以下,更为理想。
另外,外径D2为D的47~53%的试料No.220~224的晶片加热装置,晶片的温度差为0.39℃以下,且应答时间为34秒以下,是很理想的。另外,外径D2为D的48~51%的试料No.221~223的晶片加热装置,晶片的温度差为0.32℃以下,且应答时间为31秒以下,更加理想。
另外,外径D3为D的68~78%的试料No.229~233的加热器,晶片的温度差为0.38℃以下,且应答时间为39秒以下,是很理想的。另外,外径D3为D的71~75%的试料No.230~232的晶片加热装置,晶片的温度差为0.32℃以下,且应答时间为34秒以下,更加理想。另外,外径D3为D的67~70%的试料No.231、232的晶片加热装置,晶片的温度差为0.23℃以下,且应答时间为28秒以下,更加理想。
与此相对,本发明以外的试料No.236~239,晶片面内的温度差高达1.8℃以上,应答时间也高达55秒,非常不理想。
【实施例8】
这里,与实施例7一样,制作多张由氮化铝烧结体所构成的板厚3mm,直径315mm~345mm的圆盘状板状陶瓷体2。板状陶瓷体2中,在距离中心60mm的圆上等间距形成3处贯通孔,贯通口径为4mm。
之后,与实施例7一样,形成电阻发热体5,所制作的加热器与实施例7一样进行评价,通过这样,来确认电阻发热体5的外接圆的直径与板状陶瓷体2的直径的比率对特性的影响。
结果如表8所示。
【表8】  试料No. 电阻发热体5的外接圆的 直径相对于板状陶瓷体2 的直径的比率(%)  晶片的温度  差(℃)  应答时间  (秒)  245 85  0.47  34  ○246 90  0.31  31  ○247 92  0.24  26  ○248 93  0.23  25  ○249 95  0.25  26  ○250 96  0.29  31  ○251 97  0.31  31  252 99  0.44  35

○标记表示特别优秀
表8的试料No.245,电阻发热体的外接圆之间与板状陶瓷体的直径的比率低至85%,晶片的面内温度差高达0.47℃,特别是应答时间为34秒,稍有些大。
试料No.252,电阻发热体的外接圆之间与板状陶瓷体的直径的比率高达99%,晶片的面内温度差高达0.44℃,应答时间为35秒,稍有些大。
与此相对,试料No.246~251,晶片的面内温度差低至0.31℃以下,且应答时间也低至31秒以下,非常优秀,因此可以得知,电阻发热体的外接圆之间与板状陶瓷体的直径的比率为90~97%,便是优秀的晶片加热装置。
另外,电阻发热体的外接圆之间与板状陶瓷体的直径的比率为92~95%的试料No.247~249,晶片的面内温度差低至0.25℃以下,且应答时间也低至26秒以下,更为理想。
【实施例9】
实施例9中,料浆的印刷厚度为20μm,且与实施例6一样制作变更了电阻发热体在包围电阻发热体的外接圆中所占面积的比率的试料。
之后,与实施例6一样进行评价。结果如表9所示。
【表9】  试料No. 带状电阻发热体5相对包围上述 带状电阻发热体5的外接圆C中 所占面积的比率(%)  晶片的温度  差(℃)  260 3  0.45  261 5  0.32  262 10  0.24  263 15  0.16  264 20  0.17  265 25  0.24  266 30  0.32  267 40  0.46

结果如试料No.260所示,电阻发热体在包围电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为5%以下的试料,晶片的面内温度差为0.45℃,多少有些大。另外,如试料No.267所示,如果电阻发热体在包围电阻发热体的外接圆中所占面积的比率超过了30%,晶片的一部分中便出现了℃较高的热点,晶片的面内温度差为0.46℃,多少有些大。
与此相对,如试料No.261~266所示,电阻发热体在电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为5~30%的试料,晶片的面内温度差能够低至0.32℃以下,非常优秀。
另外,如试料No.262~265所示,通过让电阻发热体在包围电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为10~25%,能够让晶片的面内温度差为0.24℃以内,另外,如试料No.263、264所示,通过让电阻发热体在电阻发热体的外接圆中所占面积的比率为15~20%,能够让晶片的面内温度差降低至0.17℃以内,尤其优秀。
【实施例10】
实施例10中,首先,与实施例1一样,制作如下所述的板状陶瓷体。
这里,对氮化铝烧结体进行研磨加工,制作出板厚3mm,直径330mm的圆盘状板状陶瓷体2,以及板厚4mm,且周边部具有圆环状凸部,直径301mm的中心部的板厚为3mm状板状陶瓷体。
之后,在距离中心60mm的同心圆上等间距形成3处贯通孔,贯通口径为4mm。
接下来,通过与实施例1相同的方法,形成厚50μm的电阻发热体5。
实施例10中,电阻发热体区域4的配置,如图10B所示,在中心部形成1个圆形电阻发热体区域,将其外侧的圆环分割成两个扇形的电阻发热体区域,进一步再将其外侧的圆环分割成4个扇形的电阻发热体区域,总计构成7个电阻发热体区域。
另外,使用与实施例1相同的有底金属外壳,在该有底金属外壳的开口部中,重叠板状陶瓷体,在其外周部贯通螺栓,让板状陶瓷体与有底金属外壳不直接接触,而介有环状的接触部件固定起来,通过这样得到加热器。
另外,接触部件17的剖面通过L形形成环状。L形段部的宽度为5mm,且与板状陶瓷体的接触宽度为4mm。另外,接触部件的材质使用聚苯并咪唑树脂。
之后,在置载面的中心,在距离中心85mm处安装3个内侧凸部,则在距离中心为130mm处安装5个内侧凸部,作为试料No.301~304。
试料No.301中,板状陶瓷体2的周边部的固定孔的内径为3.5mm,且螺栓的直径为3mm,等间距安装有5处圆锥形周边凸部。
试料No.302中,板状陶瓷体2的周边部的固定孔的内径为4.5mm,且螺栓的直径为3mm,宽松地等间距安装有5处圆筒状周边凸部。
试料No.303中,板状陶瓷体2的周边部的固定孔的内径为3mm,且螺栓的直径为3mm,牢固地等间距设有5处圆筒状周边凸部,为以前的加热器。
另外,试料No.304为在板状陶瓷体的周边部,形成有比置载面凸出1mm的环状的以前的加热器。
试料No.305为在板状陶瓷体的周边部,宽松地等间距安装有5处圆筒状周边凸部,而没有内侧凸部的以前的加热器。
所制作的晶片加热装置的评价,使用29处埋设有测温电阻体的直径为300mm的测温用晶片来进行。给各个晶片加热装置通电,通过5分钟将晶片W从25℃升温到200℃,将晶片W的温度设定为200℃之后,保持一定的时间,使得晶片W的平均温度稳定在200℃±0.5℃的范围内。之后,上升起模针将晶片W取出,将晶片W冷却的室温之后,再次放置在加热器中,测定出晶片W的平均温度达到稳定在200℃±0.5℃的范围内所需要的时间,作为应答时间。在之后的30分钟内晶片W的平均温度保持200℃的时刻,测定晶片W的面内温度差
结果如表10所示。
【表10】  试料  No.  孤立周  边凸部  的有无  圆环状周  边凸部的  有无  内侧凸  部额有  无  固定孔与螺栓的间  隙(固定孔的内径  与螺栓直径的差)  晶片W的  面内温度  差(℃)  应答时  间(秒)  301  有  无  有  0.5  0.31  32  302  有  无  有  1.5  0.35  35  303  有  无  有  0  0.42  52  304  无  有  有  无  0.41  63  305  有  无  无  0.5  0.63  47

试料No.301、302,为在置载面的周边设有孤立的周边凸部304,具有内侧凸部8,上述周边凸部304的固定孔的内径比螺栓的直径大,螺栓与固定孔之间有间隙的本发明的加热器。试料No.301、302,晶片W的面内温度差低至0.31℃、0.35℃,且应答时间低至32秒、35秒,显示出了优秀的特性。
另外,如果周边凸部的置载面中,显示出平行的外形的剖面为圆形,则显示出如试料No.301、302所示的优秀特性。
与此相对,置载面的周边部中强固安装有圆筒状凸部的试料No.303,向周边凸部流出的热量较多,晶片W的面内温度差为0.42℃,稍有些小,但应答时间高达52秒,从而无法制造出均匀的抗蚀膜。
另外,置载面的周边部具有圆环状凸部的试料No.304,晶片W的面内温度差为0.41℃,但应答时间高达63秒,从而无法制造出均匀的抗蚀膜。
另外,没有内侧凸部的试料No.305,晶片W的面内温度差高达0.63℃,且应答时间也为47秒,稍有些大。
另外,周边凸部为圆锥形的试料No.301,与周边凸部为圆筒状的试料No.302相比,晶片的面内温度差以及应答时间较小,显示出了更加优秀的特性。
【实施例11】
与实施例10一样,制作多张板厚3mm,直径330mm的圆盘状板状陶瓷体2。另外,与实施例10一样,在距离中心60mm的圆上等间距形成3处贯通孔,贯通口径为4mm。
之后,与实施例10一样,形成厚50μm的如上所述电阻发热体5。实施例11中,电阻发热体5的图形配置,从中心部放射状分割成圆与圆环,在中心部形成1个图形,在其外侧的圆环状部分中形成两个图形,进一步在最外周形成4个图形,总计构成7个图形。
之后,让最外周的4个图形的外接圆C的直径为310mm,变换板状陶瓷体的直径进行制作。然后在电阻发热体中焊料安装固定供电部,通过这样制造出加热器部。
接下来,使用与实施例10相同的有底金属外壳,在该有底金属外壳的开口部中,重叠板状陶瓷体,在其外周部贯通螺栓,让板状陶瓷体与有底金属外壳不直接接触,而介有L形的接触部件,且从接触部件侧介有弹性体螺上螺钉而固定起来,通过这样得到加热器。
另外,在周边部兼用上述螺丝固定直径为10mm的周边凸部304。周边凸部4的内接圆的大小为直径300.0~315mm。
另外,通过添加有0.1~5质量%的纯度96%的氧化铝、莫来石、氧化钇的氮化铝来制作周边凸部。另外,各个周边凸部的外周通过万能研磨盘进行加工,根据需要使用游离砥粒对外周进行研磨,制造出Ra被调整为0.005~10的周边凸部304。
这样,将周边凸部304的热传导率不同的各种加热器,作为试料No.321~329。
所制作的加热器的评价,使用29处埋设有测温电阻体的直径为300mm的测温用晶片来进行。给各个晶片加热装置通电,通过5分钟将晶片W从25℃升温到200℃,测定从晶片W的温度设定为200℃之后,到晶片W的平均温度稳定在200℃±0.5℃的范围内的时间,作为应答时间。之后,让晶片起模针从置载面的上面突出,将晶片W从置载面取出,通过未图示的操作臂将晶片取出。之后再次通过操作臂将晶片W放置到晶片起模针上,让晶片起模针下降,通过周边凸部进行引导,将晶片W放置在内侧凸部的上端。之后,3分钟后再次上升起模针,取出晶片W。重复1000次该晶片W的放置取出,之后,通过TENKOR公司所出品的质点计数器,来评价晶片W的底面的周边部的20mm的宽度以及侧面中所附着的质点。
结果如表11所示。
【表11】  试料  No.  周边凸  部的热  容量A  (J/K)  周边凸部的材质  对应于周边  凸部的板状  陶瓷体的热  容量B(J/K)  A/B  周边凸部  的侧面的  编码粗糙  度Ra  周边凸部的内  接圆的最小直  径(mm)  周边凸部的  内接圆的最  大直径(mm)  晶片W的  面内温度差  (℃)  应答时间  (秒)  质点数  321  1.6  纯度99%的氧化铝  0.63  2.54  4.5  300.3  309.0  0.35  35  3542  322  1.4  含有5质量%的  Y2O3的氮化铝  0.63  2.22  0.3  300.2  310.0  0.32  34  1874  323  0.65  含有5质量%的  Y2O3的氮化铝  0.63  1.03  0.1  300.5  302.5  0.14  21  957  324  0.83  纯度99%的氧化铝  0.63  1.32  0.1  300.5  302.5  0.20  22  983  325  0.83  纯度99%的氧化铝  0.63  1.32  0.3  300.5  302.5  0.20  23  988  326  0.94  纯度99%的氧化铝  0.63  1.49  0.4  300.5  302.5  0.23  25  1352  327  1.2  纯度99%的氧化铝  0.56  2.14  0.2  300.5  302.5  0.31  31  1756  328  1.4  纯度99%的氧化铝  0.56  2.50  0.2  300.5  302.5  0.34  34  1895  329  1.7  纯度99%的氧化铝  0.56  3.04  0.3  300.3  302.5  0.40  35  1985

如表11所示,固定上述周边凸部的固定螺栓从上述板状陶瓷体中贯通,并与外壳连接固定的试料No.321~329,晶片的面内温度差均低至0.5℃以下,应答时间也低至35秒以下,显示出了优秀的特性。
另外,如试料No.322~329所示,如果周边凸部的外周面的表面粗糙度Ra小于3.0,便能够将质点的产生个数降至2000个以下,非常理想。
另外,表11的试料No.329,由于周边凸部的热容量高达1.7(J/K),因此晶片W的面内温度差为0.40℃,稍有些大,应答时间也为35秒,稍有些大。
与此相对,试料No.322~328的周边凸部的热容量小于对应于周边凸部的板状陶瓷体的热容量的3倍,晶片W的面内温度差低至0.34℃以下,应答时间也低至34秒以下,非常理想。
另外,像试料No.323~326那样,如果周边凸部的热容量小于对应于周边凸部的板状陶瓷体的热容量的1.5倍,便能够让晶片W的面内温度差低至0.23℃以下,应答时间也低至25秒以下,更为理想。
另外,上述内侧凸部从置载面突出的高度为0.05~0.5mm,上述内侧凸部,上述内侧凸部,在与上述周边凸部内接的内接圆的内径的0.5倍范围内至少有1个,在上述内接圆的直径的0.5~1倍的范围内至少有3个以上,分别设置成同心圆状,通过这样,能够让晶片的面内温度差降至0.4℃以下,是很理想的。
【实施例12】
实施例12中,首先如下制造出试料。
在氮化铝粉末中,添加质量换算2.0质量%的氧化钇,进一步使用异丙醇与聚氨酯球,通过球磨机进行48小时的混炼,通过这样来制作氮化铝的料浆。之后,让该料浆中混合有丙稀类粘合剂的氮化铝料浆,从200目筛孔中通过,去除聚氨酯球与球磨机壁的碎屑之后,在防爆干燥机进行干燥,制造出氮化铝的造粒粉末。
将上述造粒粉末填充在直径240mm的模具中,制作出厚30mm的成形体。在该成形体中埋设线圈状电阻发热体的位置中形成槽。
电阻发热体的形状为类似图12的形式,在设置在板状陶瓷体的中心的电阻发热体405O的外侧,还设有电阻发热体。这样,大致对应于图12,准备对应于L401~L407为12mm,且变换了d401~d407的电阻发热体的位置,形成有各种槽的成形体。之后,将另外连接供电部,整形为槽形状并进行退火的钼线圈,插入到上述槽中,在线圈的上部填充氮化铝造粒粉末。通过预先制作的槽形状的夹具,对所填充的造粒粉末的上部进行加压。在所加压的槽凹部中再次填充造粒粉末并进行再加压,让成形体的表面与槽中所填充的造粒粉末的上面大致形成同一个面。
之后,对埋设有上述电阻发热体的成形体,在500℃下加热1小时,进行脱粘合剂处理。将实施了脱粘合剂处理的成形体插入到碳模具中,加热到1800℃,通过34MPa从上下方向进行加压,得到埋设有电阻发热体的陶瓷烧结体。
对所得到的烧结体的外周与上下面进行研磨加工,制作板状的陶瓷体。另外,在供电部中穿孔,焊料安装上供电端子,制造出加热器。
之后将该陶瓷制加热器设置在真空容器中,在置载面中放置半导体晶片,通过20℃/分的速度升温到设定温度,将作为设定温度的500℃保持10分钟之后,从外部经透过窗口通过红外热摄像仪测定晶片表面的面内温度差。结果如表12所示。
【表12】  试料  No.  (d1/L1)×  100=(d2/L1)  ×100(%)  (d3/L3)×  100=(d4/L3)  ×100(%)  (d5/L5)×  100=(d6/L5)  ×100(%)  (d7/L7)  ×100  (%)  晶片表面的  面内温度差  (℃)  401  28  28  20  20  2.1  402  40  40  30  30  1.4  403  50  50  40  40  1.3  404  80  80  60  60  1.5  405  100  100  80  80  1.9  406  120  110  90  90  2.5 *407  130  130  130  130  5 *408  160  150  150  150  15

*标记表示为本发明的范围外。
本发明的位于同一个圆周上的一对形成折回形状的电阻发热体之间的间距,比在半径方向上相邻的形成圆弧形的中心线之间的距离小的试料No.401~406,晶片W表面的面内温度差低至2.5℃以下,是很理想的。
另外,位于同一个圆周上的一对形成折回形状的电阻发热体之间的间距,为在半径方向上相邻的形成圆弧形的中心线之间的距离的30%~80%的试料No.402~405,晶片表面的面内温度差低至1.9℃以下,更为理想。
但是,位于同一个圆周上的一对形成折回形状的电阻发热体之间的间距,为在半径方向上相邻的形成圆弧形的中心线之间的距离的1.3倍或1.5倍之大的试料No.407、408,相邻的圆弧形之间产生冷点,晶片表面的面内温度差高达5℃、15℃,无法用作最新的半导体制造装置用陶瓷制加热器。
【实施例13】
实施例13中,与实施例12一样,制作与实施例12的数据No.405相同的电阻发热体的槽,并调整了所埋设的线圈的最外周的间距的陶瓷制加热器。
之后,设置在真空容器中,以20℃/分的速度从20℃升温到600℃。通过红外热摄像仪测定此时的升温过程中的500℃的过渡时的置载面的面内温度差。结果如表13所示。
【表13】  试料  No.  除最外周之外的电  阻发热体的间距  (mm)  最外周电阻发热体  的间距(mm) 500℃的过渡时的置载 面的面内温度差(℃)  411  4.8  3.4  13  412  4.8  3.7  14  413  4.8  4.1  16  414  4.8  4.4  18  415  4.8  4.7  21  416  4.8  4.8  34

呈同心圆状设置的最外周的线圈状电阻发热体的间距,比其内侧的电阻发热体的间距小的试料No.411~415,置载面的面内温度差为21℃以下,显示出了优秀的特性。
【实施例14】
实施例14中,通过与实施例12相同的方法,制作变化了电阻发热体的线圈间距的板状陶瓷体。如图13所示,制作出在置载面的相反侧扩散结合有筒状支持部件的陶瓷制加热器。之后,设置在真空容器中,在置载面中制作晶片,与实施例13一样,测定过置载面的渡时的温度差。结果如表14所示。
【表14】  试料  No.  位于支持部件的  内侧的螺旋线圈  的间距(mm)  位于支持部件  的外侧的螺旋  线圈的间距  (mm)  最外周电阻发  热体的间距  (mm) 500℃的过渡时 的置载面的面 内温度差(℃)  431  1.9  4.8  3.8 15  432  2.2  4.8  3.8 14  433  2.9  4.8  3.8 15  434  3.3  4.8  3.8 16  435  4.1  4.8  3.8 17  436  4.8  4.8  3.8 23

板状陶瓷体402的另一方主面中接合有筒状的支持部件,该筒状支持部件418内侧的电阻发热体的线圈间距,比该筒状支持部件8外侧的电阻发热体的线圈间距小的试料No.431~435,在500℃的过渡时的置载面的面内温度差为17℃以下,非常优秀。
另外,筒状支持部件418内侧的电阻发热体的线圈间距,与该筒状支持部件418外侧的电阻发热体的线圈间距相同的试料No.436,在500℃的过渡时的置载面的面内温度差为23℃,稍有些大。从该结果可以得知,板状陶瓷体中接合有筒状支持部件的陶瓷制加热器,置载面的面内温度差稍有些大。
【实施例15】
实施例15中,与实施例13一样,制作出变更了电阻发热体405的埋设形状,并接合有筒状支持部件8的陶瓷制加热器400。
另外,分别测定出板状陶瓷体402中所埋设的电阻发热体405的形状Q中,位于比筒状支持部件418靠内侧的区域Q1中的电阻发热体405a的每单位面积的电阻值密度(R1/S1),以及位于比上述筒状支持部件418靠外侧的区域Q2中的电阻发热体405b的每单位面积的电阻值密度(R2/S2),分别为0.019Ω/cm2与0.015Ω/cm2,电阻值密度(R1/S1)为电阻值密度(R2/S2)的1.27倍。
接下来,对所得到的板状陶瓷体402的一方主面进行掩膜,使得中心线平均粗糙度(Ra)为0.1μm,形成置载面3,同时,在上述板状陶瓷体402的另一方主面中穿设与电阻发热体405连通的两个凹部之后,在该凹部中通过银铜焊料将Fe-Co-Ni合金所制成的供电端子焊料安装固定起来,得到加热器400。
之后,在该陶瓷制加热器400的下面,扩散接合具有外径为70mm,宽为8mm的凸缘8a的、通过与上述板状陶瓷体402相同的氮化铝陶瓷所制成的筒状支持部件418。将该加热器400作为试料No.441。
另外,作为比较例,与上述一样,制作出电阻值密度R1/S1与R2/S2均为0.015Ω/cm2的板状陶瓷体中接合有筒状支持部件418的陶瓷制加热器(试料No.442)。
之后,给所制作的加热器加载200V的交流电压,以20℃/分的速度让置载面3升温到设定温度700℃之后保持10分钟,之后通过放射温度计(商品名:红外热摄像仪)测定置载面3的温度。结果如表15所示。
【表15】  试料  No.  筒状支持部件内  侧的电阻密度  (R1/S1)  筒状支持部件外  侧的电阻密度  (R2/S2)  (R1/S1)/  (R2/S2) 700℃的晶片表 面的面内温度 差(℃)  441  0.019  0.015  1.27 3  442  0.015  0.015  1.00 6

设与板状陶瓷体相接合的筒状支持部件418的内侧的面积为S1,该筒状支持部件8的内侧的区域的电阻值为R1,该筒状支持部件8外侧的面积为S2,该筒状支持部件418外侧的区域的电阻值为R2,上述筒状支持部件内侧的电阻密度(R1/S1)比该筒状支持部件外侧的电阻密度(R2/S2)大的试料No.441的置载面3中所放置的晶片的平均温度为700℃,最高温度为702℃,最低处为699℃,能够让晶片的面内温度差为3℃以内,从而能够将温度波动控制为相对测定温度700℃为0.5%以内,得到优秀的均热性。
另外,比较用的试料No.442,发热图形的形状与图12相同,除了将未进行电阻调整的电阻发热体埋设在陶瓷体中之外,均通过与实施例相同的方法所试制作的陶瓷制加热器,加载200V的交流电压,让置载面发热,但置载面3的最高温度为703℃,最低处低至697℃,相对设定温度700℃的温度波动为1%,温度分布稍有些大。
【实施例16】
实施例16中,制作出在实施例15中的陶瓷制加热器400中,位于比筒状支持部件8靠内侧的区域Q1中的电阻发热体405a的每单位面积的电阻值密度(R1/S1),与位于比筒状支持部件418靠外侧的区域Q2中的电阻发热体405b的每单位面积的电阻值密度(R2/S2)各不相同的各个陶瓷加热器。之后,与实施例14一样,测定加热到600℃时的500℃过渡时的晶片表面的面内温度差。
之后,以20℃/分的速度从室温加热到700℃,保持10分钟之后进行冷却,反复该温度循环,确认此时的加热器400的板状陶瓷体402与筒状支持部件8之间的接合面中是否产生漏气,评价加热器400的耐久性。
另外,漏气的有无,每隔10个温度循环确认一次。另外,接合面的漏气的有无在室温下使用氦泄漏测试仪来进行。结果如表16所示。
【表16】  试料  No.  筒状支持部件  内侧的电阻密  度(R1/S1)  筒状支持部件  外侧的电阻密  度(R2/S2)  (R1/S1)  /(R2/S2)  到接合部中  产生漏气的  热循环次数  500℃的过渡  时晶片表面的  温度差(℃)  451  0.015  0.015  1.00  1160次  31  452  0.0157  0.015  1.05  2010次  19  453  0.017  0.015  1.13  2500次以上  12  454  0.019  0.015  1.27  2500次以上  11  455  0.021  0.015  1.40  2500次以上  12  456  0.0225  0.015  1.50  2160次  17

结果是,可以认为通过让电阻值密度(R1/S1)比电阻值密度(R2/S2)为1.05~1.5倍,能够减小产生对温度循环的漏气的可能性,提高耐久性。特别是,如果让电阻值密度(R1/S1)比电阻值密度(R2/S2)为1.13倍以上、1.4倍以下,便能够将对温度循环的耐久性提高到2500次以上,显示出优秀的特性。
另外,500℃的过渡时的置载面的面内温度差为20℃以下的试料No.552~556,对温度循环的耐久性高达2000次以上,且升温过渡时的置载面的面内温度差较小,可以得知其热应力较小,对热循环的耐久性优秀。

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本发明涉及一种能够减小被加热物表面的面内温度差,且能够短时间将被加热物加热到所期望的温度的加热器。该加热器具有板状体,该板状体具有第1主面与第2主面,其第1主面为放置被加热物的置载面,其内部或第2主面具有电阻发热体,电阻发热体为连续带状体,该连续带状体,具有位于互不相同半径的同心圆中的两个圆的一方圆周上的至少两个圆弧形带、位于另一方圆周上的至少1个圆弧形带、以及分别与一方圆周上的圆弧形带和位于另一。

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