[go: up one dir, main page]

JP5056228B2 - Heater unit and semiconductor device manufacturing / inspection apparatus having the same - Google Patents

Heater unit and semiconductor device manufacturing / inspection apparatus having the same Download PDF

Info

Publication number
JP5056228B2
JP5056228B2 JP2007183889A JP2007183889A JP5056228B2 JP 5056228 B2 JP5056228 B2 JP 5056228B2 JP 2007183889 A JP2007183889 A JP 2007183889A JP 2007183889 A JP2007183889 A JP 2007183889A JP 5056228 B2 JP5056228 B2 JP 5056228B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plate
heater unit
semiconductor device
mounting table
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2007183889A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009021145A (en
Inventor
晃 三雲
桂児 北林
博彦 仲田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries 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 Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2007183889A priority Critical patent/JP5056228B2/en
Publication of JP2009021145A publication Critical patent/JP2009021145A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5056228B2 publication Critical patent/JP5056228B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

本発明は、主に半導体基板やフラットディスプレイパネル基板を加熱する際に用いるヒータユニット、特にフォトリソグラフィ工程やプローバ検査工程あるいは最終検査工程で用いるヒータユニット、及びそれを搭載した製造・検査装置に関するものである。   The present invention relates to a heater unit mainly used for heating a semiconductor substrate or a flat display panel substrate, particularly to a heater unit used in a photolithography process, a prober inspection process or a final inspection process, and a manufacturing / inspection apparatus equipped with the heater unit. It is.

被加熱物を搭載して加熱処理できる装置は数多く開発されており、このうち特に被加熱物の温度分布の均一性(均熱性とも称する)が要求されるものとして、半導体装置やフラットディスプレイパネルの製造又は検査において、半導体基板やガラス基板などの加熱処理に利用されるヒータユニットがある。このヒータユニットは、例えば、リソグラフィ工程において基板上に塗布したレジスト液を加熱乾燥するために使用されたり、あるいは基板の検査を所望の温度で行うための昇温に使用されたりしている。   Many devices have been developed that can be heated and loaded with an object to be heated. Of these, the uniformity of the temperature distribution of the object to be heated (also referred to as soaking) is particularly required. In manufacturing or inspection, there is a heater unit used for heat treatment of a semiconductor substrate or a glass substrate. This heater unit is used, for example, for heating and drying a resist solution applied on a substrate in a lithography process, or for raising a temperature for performing inspection of a substrate at a desired temperature.

上記半導体装置やフラットディスプレイパネルについては、連続操業による大量生産によって製品の低価格化が競われているため、これらの製造・検査装置ではタクトタイムの短縮化が要望されている。そのため、1台の製造・検査装置で高いスループットを得るためには、温度維持時間中の被処理物の処理時間はもちろんのこと、処理条件の変更に伴うヒータ温度の変更に要する時間(昇温時間、冷却時間)を短くする必要がある。   The semiconductor devices and flat display panels are competing to reduce the price of products through mass production through continuous operation, and thus these manufacturing / inspection apparatuses are required to shorten the tact time. Therefore, in order to obtain a high throughput with one manufacturing / inspection apparatus, not only the processing time of the object to be processed during the temperature maintenance time but also the time required for changing the heater temperature accompanying the change of the processing conditions (temperature increase) Time, cooling time) must be shortened.

このためのヒータユニットとして、特開2004−014655号公報には、所望の熱容量を有する冷却プレートをヒータプレートに対して移動可能に設置したヒータユニットが記載されている。このヒータユニットは、図1に示すように、抵抗発熱体を有するヒータプレート1と、ヒータプレート1を迅速に冷却するための可動式の冷却プレート2aと、熱が製造・検査装置に伝わりにくいよう遮蔽するためヒータプレート1と冷却プレート2aを収納する容器3とからなる。尚、ヒータ温度をモニタするため、測温温度計4又は温度センサが接続されている。   As a heater unit for this purpose, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-014655 describes a heater unit in which a cooling plate having a desired heat capacity is movably installed with respect to the heater plate. As shown in FIG. 1, the heater unit includes a heater plate 1 having a resistance heating element, a movable cooling plate 2a for quickly cooling the heater plate 1, and heat is not easily transmitted to the manufacturing / inspection apparatus. It consists of a container 3 for storing a heater plate 1 and a cooling plate 2a for shielding. Note that a thermometer 4 or a temperature sensor is connected to monitor the heater temperature.

上記図1のように、可動式の冷却プレート2aを備えたヒータユニットでは、冷却プレート2aをエアシリンダなどからなる昇降機構により上下に駆動可能に設置して、加熱時には冷却プレート2aをヒータプレート1から分離することにより急速昇温が可能になる。また、冷却時には加熱されたヒータプレート1に冷却プレート2aを当接することによって、載置面に載置した被加熱物の温度を短時間で下げることが可能である。   As shown in FIG. 1, in the heater unit having the movable cooling plate 2a, the cooling plate 2a is installed so as to be driven up and down by an elevating mechanism such as an air cylinder. By separating from, rapid temperature rise becomes possible. Further, the temperature of the object to be heated placed on the placement surface can be lowered in a short time by bringing the cooling plate 2a into contact with the heated heater plate 1 during cooling.

また、ヒータユニットの別の具体例を図2に示す。このヒータユニットでは、ヒータプレート1と冷却プレート2bとが、有底円筒状の支持部材5により支持されている。図2に示す冷却プレート2bは、ヒータプレート1の載置面の反対側に押さえ板(図示せず)などで固定されているが、ヒータプレート1と有底円筒状の支持部材5との空隙部内を上下に移動し、ヒータプレート1に当接あるいは分離する可動式とすることもできる。   Another specific example of the heater unit is shown in FIG. In this heater unit, the heater plate 1 and the cooling plate 2 b are supported by a bottomed cylindrical support member 5. The cooling plate 2b shown in FIG. 2 is fixed to the opposite side of the mounting surface of the heater plate 1 by a pressing plate (not shown) or the like, but the gap between the heater plate 1 and the bottomed cylindrical support member 5 is fixed. It is also possible to use a movable type that moves up and down in the unit and contacts or separates from the heater plate 1.

上記した従来のヒータユニットにおいて、ヒータプレートは、例えば図3に示すように、半導体基板などを搭載するセラミックスの載置台6を含み、載置台6の載置面の反対側(裏面)に抵抗発熱体7を配設し、柔軟な絶縁シート8を介在させ、更に比較的強度のある押さえ板9を配置して、押さえ板9と載置台6との間で連結ネジ10により、具体的にはリベットやボルトナット等を用いて、機械的に接合固定される。尚、載置台の裏面に抵抗発熱体を配設した後、その上に電気絶縁膜をコーティングして、ヒータプレートとする場合もある。   In the conventional heater unit described above, the heater plate includes a ceramic mounting table 6 on which a semiconductor substrate or the like is mounted, for example, as shown in FIG. 3, and resistance heat is generated on the opposite side (back surface) of the mounting surface of the mounting table 6. A body 7 is disposed, a flexible insulating sheet 8 is interposed, a presser plate 9 having a relatively high strength is further provided, and a connecting screw 10 between the presser plate 9 and the mounting table 6 is specifically used. It is mechanically joined and fixed using rivets, bolts and nuts. In some cases, a resistance heating element is disposed on the back surface of the mounting table, and then an electric insulating film is coated thereon to form a heater plate.

また、上記冷却プレートとしては、金属あるいはセラミックスのブロックが使用されている。冷却プレートに冷媒流路を形成し、この流路に冷媒を流通させることによって、更に冷却効率を高めることができる。冷却プレートは、図1の具体例のようにヒータプレート1に対して当接あるいは分離できる可動式の冷却プレート2aと、図3の具体例に示すようにヒータプレート1に押さえ板などで固定するものとがある。
特開2004−014655号公報
Further, a metal or ceramic block is used as the cooling plate. Cooling efficiency can be further improved by forming a coolant channel in the cooling plate and allowing the coolant to flow through the channel. The cooling plate is fixed to the heater plate 1 with a holding plate or the like as shown in the specific example of FIG. 3 and the movable cooling plate 2a that can contact or separate from the heater plate 1 as shown in the specific example of FIG. There is a thing.
JP 2004-014655 A

上記した従来のヒータユニットにおいては、ウエハの面内均熱性を維持するための手法として、載置台に銅などの高熱伝導材料を使用するか、載置台の厚さを厚くして発熱体の温度むらをなくすか、発熱体を多ゾーン制御して部分的発熱をバランスさせることで対応するしかなかった。一方、高速昇温が必要なヒータにおいては、載置台は低密度の材料を用いたり、厚さを薄くしたりする必要があるため、更に選択肢が狭まっていった。また、スループット向上のためには、ウエハ面内の温度分布を維持したまま、昇温速度と冷却速度を向上させる必要も生じており、面内の温度均一性との両立が非常に困難であった。   In the conventional heater unit described above, as a method for maintaining the in-plane thermal uniformity of the wafer, a high heat conductive material such as copper is used for the mounting table, or the temperature of the heating element is increased by increasing the thickness of the mounting table. The only way to cope with this was to eliminate unevenness or to control the heating element in multiple zones to balance partial heat generation. On the other hand, in the case of a heater that requires a high temperature rise, the mounting table needs to be made of a material with a low density or a reduced thickness. In addition, in order to improve the throughput, it is necessary to improve the heating rate and the cooling rate while maintaining the temperature distribution in the wafer surface, and it is very difficult to achieve both in-plane temperature uniformity. It was.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ウエハ面内の温度均一性を維持し又は更に向上させながら、昇温・降温速度の高速化が可能であって、熱応力による損傷がなく、信頼性に優れたヒータユニットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is possible to increase the temperature increase / decrease rate while maintaining or further improving the temperature uniformity within the wafer surface, An object is to provide a heater unit which is not damaged by thermal stress and has excellent reliability.

本発明者らは、上記目的を達成するために、載置台を含む2枚以上のプレート状部材をネジで機械的に連結したヒータユニットにおいて、載置台の厚さを薄くして熱容量を低減することで昇温速度と降温速度の高速化を図りながら、載置台の厚さが薄くなっても、温度均一性の低下を防ぎ且つプレート状部材の破損を防ぐことができる方法について鋭意研究を行った。   In order to achieve the above object, the present inventors reduce the heat capacity by reducing the thickness of the mounting table in a heater unit in which two or more plate-like members including the mounting table are mechanically connected by screws. In order to increase the rate of temperature increase and decrease in temperature, even if the thickness of the mounting table is reduced, we have conducted intensive research on a method that can prevent the temperature uniformity from being lowered and the plate-shaped member from being damaged. It was.

一般に、2枚以上のプレート状部材をネジで機械的に連結したヒータユニットにおいては、互いのプレート状部材の構成材料が異なり、従って熱膨張係数が異なる場合は勿論のこと、同一材料を使用しても各プレート状部材の温度差によって熱膨張量が異なる場合がある。そのため、2枚以上のプレート状部材をネジなどで機械的に固定したヒータユニットでは、熱膨張差によってネジ部で応力集中が発生し、載置台を含むプレート状部材が曲がることによって、平面度変化が発生して面内の温度均一性が低下したり、プレート状部材やネジの変形や破損が起こったりする可能性がある。   In general, in a heater unit in which two or more plate-like members are mechanically connected with screws, the constituent materials of the plate-like members are different from each other. However, the amount of thermal expansion may differ depending on the temperature difference between the plate-like members. Therefore, in a heater unit in which two or more plate-like members are mechanically fixed with screws or the like, stress concentration occurs in the screw portion due to a difference in thermal expansion, and the flatness changes due to bending of the plate-like member including the mounting table. May occur, resulting in a decrease in in-plane temperature uniformity, or deformation or breakage of the plate-like member or screw.

そこで、本発明においては、2枚以上のプレート状部材をネジで機械的に連結する際に、その連結ネジにベアリング機構を備えることによって、縦方向には軸力を加えることで良好な熱伝達を保ちながら、横方向には熱膨張差を吸収できるようベアリング機構で滑らせ、互いの熱膨張差による平面度変化の発生を防止して、ウエハ面内の温度均一性を確保することとした。   Therefore, in the present invention, when two or more plate-like members are mechanically connected with screws, a bearing mechanism is provided on the connecting screws, so that an excellent axial heat is applied in the vertical direction. In order to absorb the difference in thermal expansion in the lateral direction, the bearing mechanism is slid to prevent the occurrence of changes in flatness due to the mutual thermal expansion difference and to ensure temperature uniformity within the wafer surface. .

即ち、本発明が提供する半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットは、載置台にウエハを搭載して加熱処理するための半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットにおいて、載置台を含む2枚以上のプレート状部材が連結ネジで機械的に連結されると共に、該連結ネジがベアリング機構を備え、前記連結ネジのネジかかり部が前記プレート状部材に接着剤で固定されていることを特徴とする。 That is, manufacturing and inspection equipment for the heater unit of the semiconductor device provided by the present invention, in the manufacturing and inspection equipment for the heater unit of the semiconductor device for heat treatment equipped with a wafer on the mounting table, two containing table The plate-like member described above is mechanically connected by a connecting screw, the connecting screw has a bearing mechanism, and a threaded portion of the connecting screw is fixed to the plate-like member by an adhesive. To do.

また、本発明が提供する半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットの一具体例は、ウエハを搭載して加熱処理するための載置台と、載置台を加熱するための抵抗発熱体と、抵抗発熱体を載置台に機械的に押し付けるための押さえ板とを備え、これらのプレート状部材がベアリング機構を備える連結ネジで機械的に連結されていると共に、前記連結ネジのネジかかり部が前記プレート状部材に接着剤で固定されていることを特徴とする。このヒータユニットの場合、前記押さえ板に当接又は分離する可動式の冷却プレートを更に具備することができる。 Also, one specific example of the heater unit for semiconductor device manufacturing / inspection apparatus provided by the present invention includes a mounting table for mounting a wafer and performing heat treatment, a resistance heating element for heating the mounting table, and a resistance And a pressing plate for mechanically pressing the heating element against the mounting table, and these plate-like members are mechanically connected by a connecting screw having a bearing mechanism, and the threaded portion of the connecting screw is the plate It is fixed to the shaped member with an adhesive . In the case of this heater unit, a movable cooling plate that contacts or separates from the pressing plate can be further provided.

更に、本発明が提供する半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットの他の具体例は、ウエハを搭載して加熱処理するための載置台と、載置台を加熱するための抵抗発熱体と、載置台を冷却するための冷却プレートとを備え、これらのプレート状部材がベアリング機構を備える連結ネジで機械的に連結されていると共に、前記連結ネジのネジかかり部が前記プレート状部材に接着剤で固定されていることを特徴とする。このヒータユニットの場合、前記冷却プレートの外側に更に押さえ板を有し、前記載置台と該押さえ板を前記連結ネジで機械的に連結することができる。 Furthermore, another specific example of the heater unit for semiconductor device manufacturing / inspection apparatus provided by the present invention includes a mounting table for mounting a wafer and performing heat treatment, a resistance heating element for heating the mounting table, A cooling plate for cooling the mounting table, and these plate-like members are mechanically connected by a connecting screw having a bearing mechanism, and a threaded portion of the connecting screw is attached to the plate-like member. It is fixed by . In the case of this heater unit, a pressing plate is further provided outside the cooling plate, and the mounting table and the pressing plate can be mechanically connected by the connecting screw.

また、上記本発明による半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットにおいては、前記連結ネジを4ヶ所以上配置することが好ましい。 Further, in the manufacturing and inspection equipment for the heater unit of the semiconductor device according to the present invention, it is preferable to arrange the pre-Symbol connecting screw 4 or more places.

上記本発明による半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットにおいて、前記ベアリング機構は、前記連結ネジの雄ネジ頭部の座面か又は該座面に対向するプレート状部材の表面のいずれか片方に設けたベアリング溝と、該ベアリング溝内に保持されたベアリングボールとからなり、該ベアリング溝の深さがベアリングボールの直径以下であることを特徴とする。 In the heater unit for semiconductor device manufacturing / inspection apparatus according to the present invention, the bearing mechanism is provided on either the seating surface of the male screw head of the connection screw or the surface of the plate-like member facing the seating surface. The bearing groove is provided and a bearing ball held in the bearing groove, and the depth of the bearing groove is equal to or less than the diameter of the bearing ball.

この半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットにおいては、前記連結ネジ1個あたり前記ベアリングボールを3個以上使用することが好ましい。前記ベアリングボールの真球度は、30μm以下であることが好ましい。また、前記ベアリングボールの直径は、4mm以下であることが好ましい。更に、前記ベアリングボールの材質は、セラミックス、ステンレス、鉄、ニッケルから選ばれたいずれか1種であることが好ましい。 In this semiconductor device manufacturing / inspection device heater unit, it is preferable to use three or more bearing balls per one connecting screw. The sphericity of the bearing ball is preferably 30 μm or less. The diameter of the bearing ball is preferably 4 mm or less. Furthermore, it is preferable that the material of the bearing ball is any one selected from ceramics, stainless steel, iron, and nickel.

上記本発明による半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットにおいて、前記プレート状部材は、少なくとも2枚が異なる熱膨張率を有する材料からなることが望ましい。この場合、前記2枚のプレート状部材における熱膨張率の差が1.0×10−9/℃以上であることが好ましい。 In the heater unit for manufacturing / inspecting a semiconductor device according to the present invention, it is desirable that at least two of the plate-like members are made of materials having different coefficients of thermal expansion. In this case, it is preferable that the difference in coefficient of thermal expansion between the two plate-shaped members is 1.0 × 10 −9 / ° C. or more.

上記本発明による半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットにおいて、前記載置台は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコンから選ばれた少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。また、前記押さえ板は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコン、ステンレスから選ばれた少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。 In the heater unit for manufacturing / inspecting a semiconductor device according to the present invention, the mounting table is mainly composed of at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon nitride, copper, aluminum, nickel, and silicon. It is preferable that The pressing plate preferably contains at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon nitride, copper, aluminum, nickel, silicon, and stainless steel as a main component.

本発明は、また、上記した本発明の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットを搭載したことを特徴とする半導体装置の製造・検査装置を提供するものである。 The present invention also provides a manufacturing and inspection equipment for the semiconductor device, characterized in that mounting the manufacturing and inspection equipment for the heater unit of the semiconductor device of the present invention described above.

本発明によれば、複数のプレート状部材を機械的に連結する連結ネジにベアリング機構を備えることにより、縦方向には軸力を加えて良好な熱伝達を保ちながら、横方向には熱膨張差をベアリング機構で吸収することができるため、パーティクルの発生を抑えながら、載置台の平面度の変化をなくし、ウエハ面内の温度均一性を良好に保ち又は従来以上に向上させると共に、昇温・降温速度の高速化が可能なヒータユニットを提供することができる。   According to the present invention, by providing a bearing mechanism to a connecting screw that mechanically connects a plurality of plate-like members, an axial force is applied in the vertical direction to maintain good heat transfer, while thermal expansion is performed in the horizontal direction. Since the difference can be absorbed by the bearing mechanism, the change in the flatness of the mounting table is eliminated while suppressing the generation of particles, the temperature uniformity within the wafer surface is maintained better or improved than before, and the temperature rises. -A heater unit capable of increasing the temperature drop rate can be provided.

従って、本発明のヒータユニットを用いることにより、特に半導体装置あるいはフラットディスプレイパネルの製造プロセスにおいて、昇温側と降温側の温度条件の変更後すみやかに次条件での加熱プロセスを実施できるため、温度変更にかかる所要時間を一層短縮化することができる。また、高い面内温度の均一性を達成できるため、半導体プロセスにおいて、例えばフォトレジスト工程での膜厚や線幅のばらつきを低減することができる。また、検査工程においては、プローバ装置により常に一定の均熱性とプロービング性を確保することができる。その結果、製造される半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産性、性能、歩留まり、信頼性を向上させることができる。   Therefore, by using the heater unit of the present invention, particularly in the manufacturing process of a semiconductor device or a flat display panel, the heating process under the following conditions can be performed immediately after the temperature conditions on the temperature rising side and the temperature lowering side are changed. The time required for the change can be further shortened. In addition, since high in-plane temperature uniformity can be achieved, in the semiconductor process, for example, variations in film thickness and line width in the photoresist process can be reduced. Further, in the inspection process, constant heat uniformity and probing can always be ensured by the prober device. As a result, the productivity, performance, yield, and reliability of the manufactured semiconductor device and flat display panel can be improved.

本発明のヒータユニットは、載置台、抵抗発熱体、押さえ板など複数のプレート状部材を機械的に連結する連結ネジにベアリング機構を備えている。そのため、連結ネジで縦方向に軸力を加えることで良好な熱伝達を保ちながら、同時に各プレート状部材の熱膨張差による載置台の平面度の変化が生じないように、横方向にはベアリング機構で滑らせることで熱膨張差を吸収することができる。   The heater unit of the present invention includes a bearing mechanism on a connection screw that mechanically connects a plurality of plate-like members such as a mounting table, a resistance heating element, and a pressing plate. Therefore, in order to maintain good heat transfer by applying axial force in the vertical direction with the connecting screw, at the same time, the bearings in the horizontal direction are prevented from changing the flatness of the mounting table due to the difference in thermal expansion of each plate-like member. The thermal expansion difference can be absorbed by sliding the mechanism.

従って、このような良好な平面度の維持できることによって、面内温度の均一性を維持ないし向上させながら、同時に昇温速度及び降温速度の高速化を図るために、載置台の厚さを薄くして熱容量を低減させることが可能となる。また、ベアリング構造により2枚以上のプレート状部材の温度差による熱膨張差、あるいは異なる材料のプレート状部材を固定する部分での熱膨張差による摩擦を抑えることができるため、上記均熱性の向上だけでなく、半導体製造装置や検査装置で必須とされるパーティクルの発生防止を図ることができる。   Therefore, by maintaining such good flatness, the thickness of the mounting table is reduced in order to increase or decrease the temperature rising speed and temperature decreasing speed while maintaining or improving the uniformity of the in-plane temperature. Thus, the heat capacity can be reduced. Further, the bearing structure can suppress the thermal expansion difference due to the temperature difference between two or more plate-like members, or the friction due to the difference in thermal expansion at the portion where the plate-like members of different materials are fixed, so that the above-mentioned soaking performance is improved In addition, it is possible to prevent the generation of particles that are essential in semiconductor manufacturing apparatuses and inspection apparatuses.

上記した平面度、パーティクル、均熱性等に関する本発明の効果は、載置台と押さえ板あるいは載置台と冷却プレートのような組み合わせにおいて、各プレート状部材が異なる材料からなり、従って異なる熱膨張率を有する場合に顕著に現れる。特に2枚のプレート状部材における熱膨張率の差が1.0×10−9/℃以上であるとき、連結ネジにベアリング機構を備えた本発明のヒータユニットが極めて有効である。 The effects of the present invention relating to the flatness, particles, thermal uniformity, etc. described above are that each plate-like member is made of a different material in a combination of a mounting table and a holding plate or a mounting table and a cooling plate, and therefore has a different coefficient of thermal expansion. When it has, it appears prominently. In particular, when the difference in coefficient of thermal expansion between the two plate-like members is 1.0 × 10 −9 / ° C. or more, the heater unit of the present invention provided with a bearing mechanism on the connecting screw is extremely effective.

2枚以上のプレート状部材の連結に使用する連結ネジは、そのネジかかり部を接着剤でプレート状部材に固定することが好ましい。通常のネジが固定されるのは、ネジの座面(つば部)がプレート状部材に接触した際の摩擦力を利用している。これに対してベアリング機構をネジの座面に設けた場合、そのネジに推奨されている必要ネジトルクで締め込んでも緩んでしまい、ネジを経時的に固定しておくための十分な摩擦力が得られ難い。そこで、本発明では、連結ネジのネジかかり部に適量の接着剤を塗布してプレート状部材に固定することで、連結ネジの経時的な緩みを防止する。使用する接着剤としては、使用温度に耐えられ且つ熱膨張差に追従できるものであればよく、セラミック系、樹脂系等の種類は問わない。   It is preferable that a connecting screw used for connecting two or more plate-like members is fixed to the plate-like member with an adhesive. The normal screw is fixed by utilizing a frictional force when the seat surface (collar portion) of the screw contacts the plate-like member. On the other hand, when the bearing mechanism is provided on the seat surface of the screw, it will loosen even if it is tightened with the recommended screw torque recommended for that screw, and sufficient frictional force to keep the screw fixed over time is obtained. It's hard to be done. Therefore, in the present invention, an appropriate amount of adhesive is applied to the threaded portion of the connection screw and fixed to the plate-like member, thereby preventing the connection screw from loosening with time. The adhesive to be used is not particularly limited as long as it can withstand the use temperature and can follow the difference in thermal expansion.

また、ヒータユニットには、ベアリング機構を備えた連結ネジを4ヶ所以上に配置することが好ましい。連結ネジが少ないとバランスが取れず、連結ネジの軸力が載置台及び押さえ板に対して垂直方向に掛からないため、ベアリング機構の効果を発揮することが難しい。ヒータユニットに連結ネジを4ヶ所以上配置することによって、ヒータ温度の上昇時にベアリング効果が十分に発揮され、載置台と押さえ板の平面度の低下を防ぐことができる。また、連結ネジの個数は7ヶ所以上あることが更に好ましい。   Moreover, it is preferable to arrange | position the connection screw provided with the bearing mechanism in four or more places in a heater unit. If the number of connecting screws is small, the balance cannot be achieved, and the axial force of the connecting screws is not applied in the vertical direction with respect to the mounting table and the holding plate, so that it is difficult to exert the effect of the bearing mechanism. By arranging four or more connecting screws in the heater unit, the bearing effect is sufficiently exerted when the heater temperature rises, and the flatness of the mounting table and the pressing plate can be prevented from being lowered. The number of connecting screws is more preferably 7 or more.

次に、本発明のヒータユニットの一具体例を、図4を参照して説明する。このヒータユニットは、プレート状部材として、被加熱物を搭載するための載置面を有する載置台6と、載置台6を加熱するための抵抗発熱体7と、抵抗発熱体7と押さえ板9の間に配置された絶縁シート8と、抵抗発熱体7を載置台6に機械的に押し付けるための押さえ板9とを有している。そして、絶縁シート8及び抵抗発熱体7を挟んで、載置台6と押さえ板9が連結ネジ10で機械的に連結されると共に、連結ネジ10にはベアリング機構が設けてある。   Next, a specific example of the heater unit of the present invention will be described with reference to FIG. This heater unit is a plate-like member having a mounting table 6 for mounting a heated object, a resistance heating element 7 for heating the mounting table 6, a resistance heating element 7 and a holding plate 9. And a pressing plate 9 for mechanically pressing the resistance heating element 7 against the mounting table 6. The mounting table 6 and the pressing plate 9 are mechanically connected by a connecting screw 10 with the insulating sheet 8 and the resistance heating element 7 interposed therebetween, and the connecting screw 10 is provided with a bearing mechanism.

尚、図4のヒータユニットは、冷却プレートを含まず、載置台6、抵抗発熱体7、絶縁シート8及び押さえ板9によってヒータプレートが構成されている。また、図示していないが、抵抗発熱体7に給電するための配線や、ヒータ温度をモニタするための温度センサなどが接続されている。更に、このヒータユニットの場合、ヒータプレートの下方に、可動式の冷却プレートを備えることができる。可動式の冷却プレートは、エアシリンダなどの昇降機構により上下に駆動して、押さえ板9に対して当接又は分離することができる   The heater unit shown in FIG. 4 does not include a cooling plate, and the heater plate is configured by the mounting table 6, the resistance heating element 7, the insulating sheet 8, and the pressing plate 9. Although not shown, wiring for supplying power to the resistance heating element 7 and a temperature sensor for monitoring the heater temperature are connected. Furthermore, in the case of this heater unit, a movable cooling plate can be provided below the heater plate. The movable cooling plate can be driven up and down by an elevating mechanism such as an air cylinder to abut or separate from the holding plate 9.

上記連結ネジに設けるベアリング機構は、図4(a)に示すように、連結ネジ10の雄ネジ頭部の座面にベアリング溝11aと、このベアリング溝11a内に保持されたベアリングボール12とで構成される。また、図4(b)に示すように、連結ネジ10の雄ネジ頭部の座面に対向する押さえ板9の表面にベアリング溝11bを設け、このベアリング溝11b内にベアリングボール12を保持することもできる。いずれの場合も、ベアリング溝11a、11bの深さは、ベアリングボール12の直径以下とする。   As shown in FIG. 4A, the bearing mechanism provided on the connection screw is composed of a bearing groove 11a on the seat surface of the male screw head of the connection screw 10 and a bearing ball 12 held in the bearing groove 11a. Composed. Further, as shown in FIG. 4B, a bearing groove 11b is provided on the surface of the holding plate 9 facing the seat surface of the male screw head of the connection screw 10, and the bearing ball 12 is held in the bearing groove 11b. You can also In any case, the depth of the bearing grooves 11 a and 11 b is set to be equal to or smaller than the diameter of the bearing ball 12.

このように、連結ネジの雄ネジ頭部の座面又はこの座面に対向する押さえ板の表面のいずれか片方にベアリング溝を設け、その溝内にベアリングボールを保持することで、ベアリングボールの脱落を防止でき、安価で簡便なベアリング機構を作ることができる。尚、押さえ板の表面にベアリング溝を形成する際には、押さえ板の残り板厚を0.5mm以上とすることが望ましい。残り板厚が0.5mm未満になると、長時間のヒートサイクルの履歴によって、次第に押さえ板の局所的な変形が生じる場合があるため好ましくない。   Thus, by providing a bearing groove on either the seat surface of the male screw head of the connecting screw or the surface of the holding plate facing the seat surface, and holding the bearing ball in the groove, Drop-out can be prevented, and an inexpensive and simple bearing mechanism can be made. When the bearing groove is formed on the surface of the pressing plate, it is desirable that the remaining plate thickness of the pressing plate is 0.5 mm or more. If the remaining plate thickness is less than 0.5 mm, it is not preferable because local deformation of the pressing plate may gradually occur due to a long heat cycle history.

本発明のヒータユニットにおいて、連結ネジで連結する複数のプレート状部材の構成は、図4に示したヒータプレートの場合に限定されず、載置台、抵抗発熱体、押さえ板、必要に応じて絶縁シート、及び押さえ板を、適宜組み合わせて構成することができる。例えば図5(a)に示すように、載置台6の載置面に対する裏面に、必要に応じて絶縁シート8を介在させて、ステンレスやニッケル−クロム箔をエッチングして例えば渦巻状に作製した抵抗発熱体7を配設し、その裏面側に柔軟な絶縁シート8を介在させ、その裏面に比較的強度のある押さえ板9を組み合わせて、ヒータプレートとすることができる。   In the heater unit of the present invention, the configuration of the plurality of plate-like members connected by the connecting screws is not limited to the case of the heater plate shown in FIG. 4, but a mounting table, a resistance heating element, a pressing plate, and insulation as necessary. A sheet | seat and a pressing board can be comprised combining suitably. For example, as shown in FIG. 5A, an insulating sheet 8 is interposed on the back surface of the mounting table 6 with respect to the mounting surface as necessary, and stainless steel or nickel-chromium foil is etched, for example, in a spiral shape. A resistance heating element 7 is disposed, a flexible insulating sheet 8 is interposed on the back side thereof, and a relatively strong presser plate 9 is combined on the back side to form a heater plate.

また、上記した載置台、抵抗発熱体、押さえ板、必要に応じて絶縁シート、及び押さえ板に、更に冷却プレートを組み合わせて構成することもできる。例えば図5(b)に示すように、載置台6の裏面に抵抗発熱体7を配設し、その裏面側に冷却プレート2bを重ね、その裏面に押さえ板9を配置した組み合わせがある。更に、図5(c)に示すように、図5(b)の組み合わせにおける抵抗発熱体7の両側に、柔軟な絶縁シート8、8を介在させることもできる。   Further, a cooling plate can be combined with the mounting table, the resistance heating element, the pressing plate, and if necessary, the insulating sheet and the pressing plate. For example, as shown in FIG. 5 (b), there is a combination in which a resistance heating element 7 is disposed on the back surface of the mounting table 6, the cooling plate 2b is stacked on the back surface side, and a pressing plate 9 is disposed on the back surface. Furthermore, as shown in FIG.5 (c), the flexible insulating sheets 8 and 8 can also be interposed on the both sides of the resistance heating element 7 in the combination of FIG.5 (b).

これら冷却プレートを組み込んだ本発明のヒータユニットの具体例を、図6に示す。図6(a)では、載置台6の載置面に対する裏面に、必要に応じて絶縁シート8を介して抵抗発熱体7を配設し、その裏面側に絶縁シート8を介して冷却プレート2bを重ね、その裏面に押さえ板9を組み合わせて、ベアリング機構を有する連結ネジ10で機械的に連結してある。また、図6(b)に示すように、押さえ板を使用せずに、載置台6と冷却プレート2bをベアリング機構が設けた連結ネジ10で機械的に連結することもできる。尚、図6(a)では連結ネジ10の雄ネジ頭部の座面にベアリング溝11aを設け、図6(a)では連結ネジ10の雄ネジ頭部の座面に対向する冷却プレート2bの表面にベアリング溝11bを設けてある。   A specific example of the heater unit of the present invention incorporating these cooling plates is shown in FIG. In FIG. 6A, a resistance heating element 7 is disposed on the back surface of the mounting table 6 with respect to the mounting surface through an insulating sheet 8 as necessary, and the cooling plate 2b is interposed on the back surface side through the insulating sheet 8. Are stacked and mechanically connected by a connecting screw 10 having a bearing mechanism in combination with a pressing plate 9 on the back surface. Moreover, as shown in FIG.6 (b), the mounting base 6 and the cooling plate 2b can also be mechanically connected with the connection screw 10 which the bearing mechanism provided, without using a pressing plate. In FIG. 6A, a bearing groove 11a is provided in the seat surface of the male screw head of the connection screw 10, and in FIG. 6A, the cooling plate 2b facing the seat surface of the male screw head of the connection screw 10 is provided. A bearing groove 11b is provided on the surface.

上記絶縁シートとしては、できる限り高熱伝導率のものを使用することが望ましい。また、載置台の熱膨張曲線に近似した熱膨張曲線を有する絶縁材料、例えば結晶化ガラスやグレーズガラス、あるいは耐熱性を有する有機物を用いることが好ましい。載置台と押さえ板の間又は載置台と冷却プレートの間では、抵抗発熱体と絶縁シートの積層順は特に制限されない。上記冷却プレートは、金属あるいはセラミックスのブロックで構成されている。また、冷却プレートには冷媒流路を形成し、この流路に冷媒を流通させることによって、更に冷却効率を高めることができる。   As the insulating sheet, it is desirable to use a sheet having a high thermal conductivity as much as possible. Further, it is preferable to use an insulating material having a thermal expansion curve approximate to the thermal expansion curve of the mounting table, for example, crystallized glass or glaze glass, or an organic material having heat resistance. The stacking order of the resistance heating element and the insulating sheet is not particularly limited between the mounting table and the pressing plate or between the mounting table and the cooling plate. The cooling plate is made of a metal or ceramic block. Further, the cooling efficiency can be further improved by forming a coolant channel in the cooling plate and allowing the coolant to flow through the channel.

本発明のヒータユニットでは、上記し且つ図4、6に図示したベアリング機構において、ベアリングボールは連結ネジ1個あたり3個以上使用することが好ましく、5個以上使用することが更に好ましい。連結ネジ1個あたり3個以上のベアリングボールを具備することにより、載置台や押さえ板などプレート状部材の膨張に伴いベアリングボールが膨張方向に転がりやすくなるため、各プレート状部材が連結ネジにより拘束されずに自由に膨張でき、各々の良好な平面度を維持することができる。また、複数個のベアリングボールが予め装着されているようなベアリング機構を使用しても構わない。   In the heater unit of the present invention, in the bearing mechanism described above and illustrated in FIGS. 4 and 6, it is preferable to use three or more bearing balls, more preferably five or more, for each connecting screw. By having three or more bearing balls per connecting screw, the bearing balls are likely to roll in the expansion direction as the plate-shaped member such as the mounting table and the holding plate expands, so each plate-shaped member is restrained by the connecting screw. It can expand freely and can maintain each good flatness. Further, a bearing mechanism in which a plurality of bearing balls are mounted in advance may be used.

ベアリングボールの真球度は、30μm以下であることが望ましい。ベアリングボールの真球度が30μmを超えると、載置台や押さえ板などプレート状部材の膨張時にベアリングボールが円滑に転がらず、摩擦により載置台や押さえ板などが拘束されてしまうため、各プレート状部材間の変位量差が増大して、載置台の平面度が悪化するためである。   The sphericity of the bearing ball is desirably 30 μm or less. When the sphericity of the bearing ball exceeds 30 μm, the bearing ball does not roll smoothly when the plate-shaped member such as the mounting table and the pressing plate expands, and the mounting table and the pressing plate are restrained by friction. This is because the difference in displacement between the members increases and the flatness of the mounting table deteriorates.

また、ベアリングボールの直径は、4mm以下であることが望ましい。ベアリングボールの直径が4mmより大きいと、連結ネジのベアリングボールを保持する座面(つば部)を大きくする必要があり、この大きな座面(つば部)を逃げるように、例えば、ヒータユニット下部に設置する可動式の冷却プレートに大きなザグリを設ける必要がある。その結果、冷却プレートを当接させて冷却する際に、このザグリ部分の影響によってウエハ載置面に温度むらが生じ、ウエハの面内温度分布を悪化させるからである。   The diameter of the bearing ball is desirably 4 mm or less. If the diameter of the bearing ball is larger than 4 mm, it is necessary to enlarge the bearing surface (collar part) that holds the bearing ball of the connecting screw. It is necessary to provide a large counterbore on the movable cooling plate to be installed. As a result, when the cooling plate is brought into contact and cooled, the unevenness of the temperature occurs on the wafer mounting surface due to the influence of the counterbore portion, and the in-plane temperature distribution of the wafer is deteriorated.

ベアリングボールの材質は、セラミックス、ステンレス、鉄、ニッケルのいずれか1種とすることが好ましい。ベアリングボールの材質がアルミニウム、銅、真鍮、樹脂等では、熱膨張時の強度が十分でなく、また真球度が保てないため、ベアリング機構の効果を十分に発揮できない。   The material of the bearing ball is preferably any one of ceramics, stainless steel, iron, and nickel. If the material of the bearing ball is aluminum, copper, brass, resin, etc., the strength at the time of thermal expansion is not sufficient, and the sphericity cannot be maintained, so that the effect of the bearing mechanism cannot be sufficiently exhibited.

ヒータユニットの載置台は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコンからなる群から選ばれた少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。その中でも、セラミックスの載置台が好ましい。金属の載置台を用いた場合には、半導体装置製造プロセスの微細加工プロセスで忌避されるパーティクルが発生し、ウエハ上に付着するという問題があるからである。   The mounting table of the heater unit is preferably composed mainly of at least one selected from the group consisting of aluminum nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon nitride, copper, aluminum, nickel, and silicon. Among these, a ceramic mounting table is preferable. This is because, when a metal mounting table is used, there is a problem that particles that are avoided in the microfabrication process of the semiconductor device manufacturing process are generated and adhere to the wafer.

上記載置台を構成するセラミックスとしては、温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。また、信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で且つ熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。これらのセラミックスの中でも、性能とバランスを考慮すれば、窒化アルミニウムが好適である。また、プローバ用途で平面度と高剛性を考慮するならば、窒化珪素又は窒化珪素を主成分とするセラミックスが好ましい。   As the ceramic constituting the mounting table, aluminum nitride or silicon carbide having high thermal conductivity is preferable if importance is attached to the uniformity of temperature distribution. Further, if reliability is important, silicon nitride is preferable because it has high strength and is resistant to thermal shock. If importance is attached to the cost, aluminum oxide is preferable. Among these ceramics, aluminum nitride is preferable in consideration of performance and balance. Further, considering flatness and high rigidity in prober applications, silicon nitride or ceramics mainly composed of silicon nitride is preferable.

また、押さえ板としては、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコン、ステンレスから選ばれた少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。尚、押さえ板及び冷却プレートの当接面の平面度は、それぞれ300μm以下であることが好ましい。また、連結ネジの材質としては、ステンレス、ニッケル、チタン、コバールなどを用いることができる。   The pressing plate preferably contains at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon nitride, copper, aluminum, nickel, silicon, and stainless steel as a main component. In addition, it is preferable that the flatness of the contact surface of the pressing plate and the cooling plate is 300 μm or less. Further, as the material of the connecting screw, stainless steel, nickel, titanium, Kovar, or the like can be used.

次に、ヒータユニットの載置台の製造方法について、窒化アルミニウム(AlN)の場合を例にして詳述する。AlNの原料粉末は、比表面積が2.0〜5.0m/gのものが好ましい。比表面積が2.0m/g未満では窒化アルミニウムの焼結性が低下し、5.0m/gを超えると粉末の凝集が非常に強くなるため取扱いが困難になる。また、原料粉末に含まれる酸素量は2wt%以下が好ましい。酸素量が2wt%を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、2000ppm以下が好ましい。金属不純物量が2000ppmを超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物としてのSiなどの4族元素やFeなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いため、いずれも含有量は500ppm以下であることが好ましい。 Next, a method for manufacturing the mounting table for the heater unit will be described in detail by taking the case of aluminum nitride (AlN) as an example. The AlN raw material powder preferably has a specific surface area of 2.0 to 5.0 m 2 / g. Specific and surface area decrease sinterability of aluminum nitride is less than 2.0 m 2 / g, handling since the powder agglomeration is very strong difficult exceeds 5.0 m 2 / g. Further, the amount of oxygen contained in the raw material powder is preferably 2 wt% or less. When the amount of oxygen exceeds 2 wt%, the thermal conductivity of the sintered body decreases. The amount of metal impurities other than aluminum contained in the raw material powder is preferably 2000 ppm or less. When the amount of metal impurities exceeds 2000 ppm, the thermal conductivity of the sintered body decreases. In particular, group 4 elements such as Si as metal impurities and iron group elements such as Fe have a high effect of lowering the thermal conductivity of the sintered body, and therefore the content is preferably 500 ppm or less.

窒化アルミニウムは難焼結性材料であるため、AlN原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤としては、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中にAlN粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進すると共に、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、得られる窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。   Since aluminum nitride is a hardly sinterable material, it is preferable to add a sintering aid to the AlN raw material powder. As the sintering aid to be added, a rare earth element compound is preferable. The rare earth element compound reacts with the aluminum oxide or aluminum oxynitride present on the surface of the AlN powder particles during sintering to promote the densification of the aluminum nitride and to increase the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body. Since it also has a function of removing oxygen that causes the decrease, the thermal conductivity of the obtained aluminum nitride sintered body can be improved.

また、焼結助剤の希土類元素化合物としては、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で酸化物は安価で入手が容易であるため好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、AlN原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるため特に好適である。   In addition, as the rare earth element compound of the sintering aid, oxides, nitrides, fluorides, stearic acid compounds, and the like can be used. Of these, oxides are preferable because they are inexpensive and easily available. In addition, since the stearic acid compound has high affinity with the organic solvent, mixing the AlN raw material powder and the sintering aid with the organic solvent is particularly preferable because the mixing property becomes high.

希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましく、その添加量は0.01〜5wt%が好ましい。添加量が0.01wt%未満では、緻密な焼結体を得ることが困難であると共に、焼結体の熱伝導率が低下する。また、添加量が5wt%を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになり、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされて脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましい焼結助剤の添加量は1wt%以下であり、この場合は粒界の3重点にも焼結助剤が存在しなくなるため耐食性が向上する。   The rare earth element compound is preferably an yttrium compound that is particularly effective in removing oxygen, and the amount added is preferably 0.01 to 5 wt%. When the addition amount is less than 0.01 wt%, it is difficult to obtain a dense sintered body, and the thermal conductivity of the sintered body is lowered. Moreover, when the addition amount exceeds 5 wt%, a sintering aid exists at the grain boundaries of the aluminum nitride sintered body. When used in a corrosive atmosphere, the sintering aid present at the grain boundaries is Etching causes degranulation and particles. Furthermore, the preferable amount of addition of the sintering aid is 1 wt% or less. In this case, since the sintering aid does not exist at the triple point of the grain boundary, the corrosion resistance is improved.

次に、これらAlN原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加して混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波などによる混合が可能である。このような混合によって、窒化アルミニウムの原料スラリーを得ることができる。   Next, a predetermined amount of a solvent, a binder and, if necessary, a dispersant and a glaze are added to and mixed with the AlN raw material powder and the sintering aid powder. As a mixing method, ball mill mixing, ultrasonic mixing, or the like is possible. By such mixing, a raw material slurry of aluminum nitride can be obtained.

得られたスラリーを成形し、焼結することによって、窒化アルミニウム焼結体を製造することができる。例えば、スラリーをスプレードライアー等の手法によって顆粒を作製し、この顆粒を所定の金型に挿入してプレス成形を施す。この時のプレス圧力は、9.8MPa以上であることが望ましい。9.8MPa未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリング時などに破損し易くなる。   An aluminum nitride sintered body can be manufactured by molding and sintering the obtained slurry. For example, granules are produced from the slurry by a technique such as a spray dryer, and the granules are inserted into a predetermined mold and subjected to press molding. The pressing pressure at this time is desirably 9.8 MPa or more. When the pressure is less than 9.8 MPa, the strength of the molded body is often not sufficiently obtained, and is easily damaged during handling.

また、成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、1.5g/cm以上であることが好ましい。成形体密度が1.5g/cm未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度が2.5g/cmを超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが難しく、このため緻密な焼結体を得ることが困難となるため、成形体密度は2.5g/cm以下であることが好ましい。 Moreover, although the density of a molded object changes with content of a binder, and the addition amount of a sintering auxiliary agent, it is preferable that it is 1.5 g / cm < 3 > or more. When the density of the compact is less than 1.5 g / cm 3 , the distance between the raw material powder particles becomes relatively large, so that the sintering is difficult to proceed. Further, if the density of the molded body exceeds 2.5 g / cm 3 , it is difficult to sufficiently remove the binder in the molded body by the degreasing process in the next step, and thus it becomes difficult to obtain a dense sintered body. The density of the molded body is preferably 2.5 g / cm 3 or less.

次に、上記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、AlN粉末の表面が酸化されるので、得られる焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、1.0wt%以下であることが好ましい。1.0wt%を超える炭素が残存していると、焼結が阻害されるため、緻密な焼結体を得ることができない。   Next, the molded body is heated in a non-oxidizing atmosphere to perform a degreasing treatment. When the degreasing treatment is performed in an oxidizing atmosphere such as the air, the surface of the AlN powder is oxidized, so that the thermal conductivity of the obtained sintered body is lowered. As the non-oxidizing atmosphere gas, nitrogen or argon is preferable. The amount of carbon remaining in the molded body after the degreasing treatment is preferably 1.0 wt% or less. If carbon exceeding 1.0 wt% remains, sintering is inhibited, and a dense sintered body cannot be obtained.

また、脱脂処理における加熱温度は、500℃以上1000℃以下が好ましい。500℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないため、脱脂処理後の成形体中にカーボンが過剰に残存してしまい、その後の焼結工程での焼結が阻害される。また、1000℃を超える温度では、残存する炭素の量が少なくなり過ぎるので、AlN粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、得られる焼結体の熱伝導率が低下する。   The heating temperature in the degreasing treatment is preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. When the temperature is less than 500 ° C., the binder cannot be sufficiently removed, and therefore, excessive carbon remains in the molded body after the degreasing treatment, and sintering in the subsequent sintering step is hindered. Further, at a temperature exceeding 1000 ° C., the amount of remaining carbon becomes too small, so that the ability to remove oxygen from the oxide film present on the surface of the AlN powder is lowered, and the thermal conductivity of the obtained sintered body is lowered. .

その後、脱脂処理した成形体を焼結する。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中にて、1700〜2000℃の温度で行う。使用する窒素などの雰囲気ガスに含有される水分は、露点で−30℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にAlNが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されて、焼結体の熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、0.001vol%以下であることが好ましい。酸素量が多いと、AlNの表面が酸化して熱伝導率が低下する可能性がある。   Thereafter, the degreased shaped body is sintered. Sintering is performed at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. The moisture contained in the atmosphere gas such as nitrogen used is preferably −30 ° C. or less in terms of dew point. When it contains more moisture, AlN reacts with moisture in the atmospheric gas during sintering to form oxynitrides, which may reduce the thermal conductivity of the sintered body. Moreover, it is preferable that the oxygen amount in atmospheric gas is 0.001 vol% or less. If the amount of oxygen is large, the surface of AlN may be oxidized and the thermal conductivity may be reduced.

更に、焼結時に使用する治具としては、窒化ホウ素(BN)成形体が好適である。このBN成形体は、上記した1700〜2000℃の焼結温度に対して充分な耐熱性を有すると共に、その表面に固体潤滑性があるため、焼結時に成形体が収縮する際の治具と成形体との間の摩擦を小さくすることができるため、歪みの少ない焼結体を得ることができる。   Furthermore, a boron nitride (BN) compact is suitable as a jig used during sintering. This BN compact has sufficient heat resistance to the above sintering temperature of 1700 to 2000 ° C., and its surface has solid lubricity, so that a jig for contracting the compact during sintering Since the friction with the molded body can be reduced, a sintered body with less distortion can be obtained.

得られたAlN焼結体は、必要に応じて加工を施し、載置台とする。被処理物を搭載する載置面の表面粗さは、Raで5μm以下が好ましい。表面粗さがRaで5μmを超えると、載置面と被処理物の摩擦によりAlNの脱粒が多くなることがある。脱粒した粒子はパーティクルとなり、被処理物上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。また、載置面の表面粗さは、Raで1μm以下であれば更に好適である。   The obtained AlN sintered body is processed as necessary to obtain a mounting table. The surface roughness of the mounting surface on which the workpiece is mounted is preferably 5 μm or less in terms of Ra. If the surface roughness is more than 5 μm in Ra, the AlN degranulation may increase due to the friction between the mounting surface and the workpiece. The degranulated particles become particles and adversely affect the processing such as film formation or etching on the object to be processed. Further, it is more preferable that the surface roughness of the mounting surface is 1 μm or less in terms of Ra.

上記載置台は、抵抗発熱体、押さえ板、必要に応じて絶縁シート及び押さえ板を組み合わせた後、ベアリング機構を備えた連結ネジで機械的に連結される。これを、容器に収容してロッドなどで支持するか、または有底円筒状の支持体で支持する。また、必要に応じて可動式の冷却プレートを設置して、エアシリンダなどで押さえ板に当接させ又は分離させることができる。   The mounting table is mechanically connected by a connecting screw having a bearing mechanism after combining a resistance heating element, a pressing plate, and an insulating sheet and a pressing plate as necessary. This is accommodated in a container and supported by a rod or the like, or is supported by a bottomed cylindrical support. Further, if necessary, a movable cooling plate can be installed and brought into contact with or separated from the holding plate with an air cylinder or the like.

次に、本発明のヒータユニットを用いて、被加熱物に対し熱処理を施す手順について述べる。まず、低温状態にあるヒータプレートの抵抗発熱体に通電してヒータプレートを昇温させる。その後、載置面上にウエハ等の被加熱物を搭載し、被加熱物を60〜180秒程度加熱処理する。処理が終わると被加熱物を取り出して、次の被加熱物が載置面上に搭載される。必要量の加熱処理が終了した後、別プロセスの加熱処理のため、温度条件の変更を行う。   Next, a procedure for heat-treating an object to be heated using the heater unit of the present invention will be described. First, the heater plate is heated by energizing the resistance heating element of the heater plate in a low temperature state. Thereafter, an object to be heated such as a wafer is mounted on the mounting surface, and the object to be heated is heated for about 60 to 180 seconds. When the processing is completed, the object to be heated is taken out and the next object to be heated is mounted on the placement surface. After the necessary amount of heat treatment is completed, the temperature condition is changed for another heat treatment.

温度条件の変更に際して、高い温度側への変更の場合、そのまま通電条件を変更することで、簡単に温度変更できる。一方、低い温度側への変更の場合は、ヒータユニットへの通電を一旦停止した後、冷却プレートを上昇させてヒータプレートの裏面に当接させるか、若しくは組み込んだ冷却プレートを用いて、ヒータプレートの熱を冷却プレートに逃がすことによって、ヒータプレートひいては被加熱物の温度を急速に低下せしめる。このとき、冷却プレートの冷媒流路に冷却水などの冷媒を流し、冷却プレートに伝わった熱を冷媒に吸収させて、ユニット外へ効果的に排熱することができる。   When changing the temperature condition, when changing to a higher temperature side, the temperature can be easily changed by changing the energization condition as it is. On the other hand, in the case of changing to a lower temperature side, after energizing the heater unit is temporarily stopped, the cooling plate is raised and brought into contact with the back surface of the heater plate, or the heater plate is used by using the built-in cooling plate. The heat of the heater plate is released to the cooling plate, so that the temperature of the heater plate and thus the heated object is rapidly lowered. At this time, a coolant such as cooling water flows through the coolant flow path of the cooling plate, and the heat transmitted to the cooling plate is absorbed by the coolant, so that the heat can be effectively exhausted outside the unit.

その後、ヒータ制御用の測温温度計や温度センサが概ね設定温度になったことを検知すると、設定温度維持のため再度抵抗発熱体に通電が開始される。このようにして、冷却時の温度条件変更を短時間に行うことにより、スループットの向上を図ることができる。   Thereafter, when it is detected that the temperature measuring thermometer or temperature sensor for controlling the heater has almost reached the set temperature, the resistance heating element is again energized to maintain the set temperature. Thus, throughput can be improved by changing the temperature condition during cooling in a short time.

上記した本発明によるヒータユニットは、半導体の製造・検査装置、あるいはフラットディスプレイパネルの製造・検査装置に搭載することが好ましい。本発明によるヒータユニットを搭載した製造・検査装置は、従来よりも高速に昇降温させることができ、安定したウエハの面内温度の均一性(均熱性)が得られる。そのため、半導体装置やフラットディスプレイパネルの性能、歩留まり、信頼性の向上を図ることができるだけでなく、従来の装置よりも熱処理工程の所要時間が短縮化され、半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産性向上を図ることができる。   The heater unit according to the present invention is preferably mounted on a semiconductor manufacturing / inspection apparatus or a flat display panel manufacturing / inspection apparatus. The manufacturing / inspection apparatus equipped with the heater unit according to the present invention can raise and lower the temperature at a higher speed than the conventional one, and a stable in-plane temperature uniformity (thermal uniformity) can be obtained. Therefore, not only can the performance, yield, and reliability of semiconductor devices and flat display panels be improved, but the time required for the heat treatment process is shortened compared to conventional devices, and the productivity of semiconductor devices and flat display panels is improved. Can be achieved.

[実施例1]
AlN粉末と焼結助剤を混合し、バインダー及び溶剤を混合して、スプレードライにより顆粒を作製した後、プレス成形した。その成形体を窒素雰囲気中で脱脂し、窒素雰囲気中において1850℃で焼結して焼結体を得た。尚、使用したAlN粉末は、平均粒径0.6μm、比表面積3.4m/gである。得られたAlN焼結体を加工し、直径330mm、厚さ6mmのAlN製の載置台とした。また、材質をAlとした以外は上記と同様にして、Al製の載置台も作製した。
[Example 1]
AlN powder and a sintering aid were mixed, a binder and a solvent were mixed, granules were produced by spray drying, and then press molded. The compact was degreased in a nitrogen atmosphere and sintered at 1850 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a sintered body. The AlN powder used has an average particle size of 0.6 μm and a specific surface area of 3.4 m 2 / g. The obtained AlN sintered body was processed into an AlN mounting table having a diameter of 330 mm and a thickness of 6 mm. Further, a mounting table made of Al 2 O 3 was also produced in the same manner as described above except that the material was Al 2 O 3 .

上記AlN製とAl製の各載置台について、ウエハ載置面と反対側の裏面に、SUS箔やNi−Cr箔から作製した渦巻状回路パターンの抵抗発熱体と、必要に応じて絶縁シートと、押さえ板(Al、Cu)とを、この順番に重ね合わせ、従来から使用されている通常の連結ネジ(ベアリング機構なし)により結合して、比較例である試料1〜2のヒータプレートを作製した。尚、抵抗発熱体の給電部には熱膨張係数のほぼ等しいコバール端子を取り付け、給電配線を接続して通電可能とした。また、温度をモニタするため、温度センサを埋設した。 For each of the AlN and Al 2 O 3 mounting tables, a resistance heating element of a spiral circuit pattern made of SUS foil or Ni-Cr foil on the back surface opposite to the wafer mounting surface, and if necessary The insulating sheet and the pressing plate (Al, Cu) are superposed in this order, and are joined by a conventional connecting screw (without a bearing mechanism) that has been used in the past. A plate was made. In addition, a Kovar terminal having substantially the same thermal expansion coefficient was attached to the power supply portion of the resistance heating element, and the power supply wiring was connected to enable energization. A temperature sensor was embedded to monitor the temperature.

また、上記AlN製の載置台を用い、そのウエハ載置面と反対側の裏面に、SUS箔やNi−Cr箔から作製した渦巻状回路パターンの抵抗発熱体と、必要に応じて絶縁シートと、押さえ板(Al、Cu、SUS)とを、この順番に重ね合わせ、ベアリング機構を備えた4個(中心1個、外周3個)の連結ネジにより結合して、本発明例である試料3〜5のヒータプレートを作製した。尚、上記連結ネジのベアリング機構は、雄ネジ頭部の座面に設けた深さ1.5mmのベアリング溝内に、直径2mmで真球度10μmのベアリングボールを10個保持したものである。また、連結ネジは、ネジかかり部を接着剤で載置台などに固定した。給電配線や温度センサの設置は上記と同様とした。   Further, using the AlN mounting table, a resistance heating element of a spiral circuit pattern made of SUS foil or Ni-Cr foil on the back surface opposite to the wafer mounting surface, and an insulating sheet as required Sample plate 3 is an example of the present invention. The pressing plates (Al, Cu, SUS) are superposed in this order, and are joined by four (one at the center, three at the outer periphery) connecting screws provided with a bearing mechanism. ~ 5 heater plates were prepared. The bearing mechanism of the connecting screw is one in which ten bearing balls having a diameter of 2 mm and a sphericity of 10 μm are held in a bearing groove having a depth of 1.5 mm provided on the seating surface of the male screw head. Moreover, the connecting screw fixed the screwing part to the mounting base etc. with the adhesive agent. The installation of the power supply wiring and temperature sensor was the same as described above.

可能式の冷却プレートとして、直径330mm、厚さ10mmのアルミニウム合金板を2枚用意し、そのうち1枚のヒータプレートと当接する面を平面度が200μmとなるように機械加工により製作した。また、この当接面には、部分接触を防止して全面に均一に接触するように、厚さ1.5mmのNiセルメット(金属発泡体)を設けた。更に、これら2枚のアルミニウム合金板には、給電配線、温度センサ、及びヒータプレートを支持するロッドを挿通するための各貫通孔を形成した。   As a possible cooling plate, two aluminum alloy plates having a diameter of 330 mm and a thickness of 10 mm were prepared, and a surface that contacted one of the heater plates was manufactured by machining so that the flatness was 200 μm. The contact surface was provided with Ni cermet (metal foam) having a thickness of 1.5 mm so as to prevent partial contact and uniformly contact the entire surface. Further, each of the two aluminum alloy plates was provided with through holes for inserting a power supply wiring, a temperature sensor, and a rod supporting the heater plate.

また、直径6mm、内径4mmのリン脱酸銅パイプを曲げ加工して、冷却水を流すことができる流路を形成した。流路の両端には、冷却水を供給・排出するための入口及び出口を形成した。このパイプを上記2枚のアルミニウム合金板の間に配置し、ネジ止めにより固定して、内部に流路を有する冷却プレートを作製した。この冷却プレートは、エアシリンダなどからなる昇降機構によって上下可動となっており、ヒータプレートに当接又は分離することができる。   Further, a phosphorus deoxidized copper pipe having a diameter of 6 mm and an inner diameter of 4 mm was bent to form a flow path through which cooling water can flow. At both ends of the flow path, an inlet and an outlet for supplying and discharging cooling water were formed. This pipe was placed between the two aluminum alloy plates and fixed by screwing to produce a cooling plate having a flow path inside. The cooling plate is movable up and down by an elevating mechanism such as an air cylinder, and can contact or separate from the heater plate.

容器はステンレス(SUS)からなり、側壁は内面高さ30mm、内径337mm、厚さ1.5mmであり、底壁は厚さ3mmとした。この容器には、給電配線、温度センサ、及び容器に対してヒータプレートと冷却プレートを支持するためのロッドを締結する開口が設けてある。このSUS容器内に、上記試料1〜5の各ヒータプレートと可動式の冷却プレートをロッドや昇降機構などを用いて組み付けて、それぞれヒータユニットを完成させた。   The container was made of stainless steel (SUS), the side wall was 30 mm high, the inner diameter was 337 mm, the thickness was 1.5 mm, and the bottom wall was 3 mm thick. This container is provided with an opening for fastening a power supply wiring, a temperature sensor, and a rod for supporting the heater plate and the cooling plate to the container. In this SUS container, each heater plate of Samples 1 to 5 and a movable cooling plate were assembled by using a rod, an elevating mechanism or the like to complete a heater unit.

上記した試料1〜5の各ヒータユニットについて、載置台と押さえ板の種類及び熱膨張係数、並びに連結ネジのベアリング機構の有無を下記表1に示す。また、各ヒータユニットについて、公知の電気マイクロメータを用い、常温における載置台上の中央部と外周部の2点の高さと、ヒータを200℃まで昇温させたときの2点の高さをそれぞれ測定し、これら2点の変位量の差を求めた。得られた結果を下記表2に示した。   Table 1 below shows the types of the mounting table and the pressing plate, the thermal expansion coefficient, and the presence or absence of the bearing mechanism of the connecting screw for each of the heater units of Samples 1 to 5. Moreover, about each heater unit, using a well-known electric micrometer, the height of 2 points | pieces of the center part and outer periphery part on a mounting base in normal temperature, and 2 point heights when a heater is heated up to 200 degreeC. Each was measured, and the difference in displacement between these two points was determined. The obtained results are shown in Table 2 below.

Figure 0005056228
Figure 0005056228

Figure 0005056228
Figure 0005056228

比較例の試料1は、AlN製の載置台とAl製の押さえ板を用い、従来のベアリング機構のない連結ネジを使用しているが、200℃加熱時に載置台の中央部と外周部の変位量の差は22.1μmと大きかった。また、連結ネジは従来のベアリング機構のないままで、載置台と押さえ板の熱膨張係数差を少なくすることを目的に載置台をAl製及び押さえ板をCu製とした試料2でも、200℃加熱時の載置台の中央部と外周部の変位量の差は18.3μmであった。 Sample 1 of the comparative example uses an AlN mounting table and an Al holding plate and uses a conventional connecting screw without a bearing mechanism, but the displacement of the central portion and outer peripheral portion of the mounting table when heated at 200 ° C. The difference in quantity was as large as 22.1 μm. Further, in the sample 2 in which the mounting table is made of Al 2 O 3 and the pressing plate is made of Cu for the purpose of reducing the difference in thermal expansion coefficient between the mounting table and the pressing plate without the conventional bearing mechanism. The difference in displacement between the central part and the outer peripheral part of the mounting table during heating at 200 ° C. was 18.3 μm.

これに対して、連結ネジにベアリング機構を具備した本発明例の試料3〜5の場合、載置台と押さえ板の熱膨張係数差にかかわらず、また押さえ板の材質にかかわらず、載置台の中央部と外周部の変位量の差は10μm以下の小さい値を保持し、載置面の平面度の悪化を抑えることができた。   On the other hand, in the case of Samples 3 to 5 of the example of the present invention having the bearing mechanism on the connecting screw, regardless of the difference in thermal expansion coefficient between the mounting table and the pressing plate, and regardless of the material of the pressing plate, The difference in displacement between the central part and the outer peripheral part kept a small value of 10 μm or less, and the deterioration of the flatness of the mounting surface could be suppressed.

[実施例2]
上記実施例1と同様にして、AlN製の載置台とCu製の押さえ板、及びベアリング機構を備えた連結ネジを使用して、ヒータプレートを作製した。その際、連結ネジ1本あたりのベアリングボールの個数を、下記表3に示すように変化させた。得られた試料6〜9の各ヒータユニットについて、上記実施例1と同様にして200℃加熱時における載置台の中央部と外周部の変位量と、その変位量の差を求め、得られた結果を下記表3に併せて示した。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, a heater plate was fabricated using a connecting screw having an AlN mounting table, a Cu pressing plate, and a bearing mechanism. At that time, the number of bearing balls per connecting screw was changed as shown in Table 3 below. About each heater unit of the obtained samples 6-9, it calculated | required similarly to the said Example 1, and calculated | required the displacement amount of the center part and outer peripheral part of a mounting base at the time of 200 degreeC heating, and the difference of the displacement amount The results are shown in Table 3 below.

Figure 0005056228
Figure 0005056228

連結ネジ1本当たりのベアリングボールの数が1個の試料6では、連結ネジがバランスを取れず、連結ネジの軸力が載置台及び押さえ板に対して垂直方向に掛からないため、ベアリングボールの効果が発揮されないことが判った。これに対して、連結ネジ1本当たり3個以上のベアリングボールを具備した試料7〜9では、載置台及び押さえ板の熱膨張に伴ってベアリングボールが膨張方向に転がり、載置台と押さえ板が連結ネジによって拘束されずに自由に膨張するため、上記変位量の差を10μm以下に抑えることができた。   In the sample 6 having one bearing ball per connection screw, the connection screws are not balanced, and the axial force of the connection screws is not applied to the mounting table and the holding plate in the vertical direction. It turned out that an effect is not demonstrated. On the other hand, in the samples 7 to 9 having three or more bearing balls per connecting screw, the bearing balls roll in the expansion direction along with the thermal expansion of the mounting table and the pressing plate, and the mounting table and the pressing plate are Since it expands freely without being constrained by the connecting screw, the difference in the displacement amount could be suppressed to 10 μm or less.

[実施例3]
上記実施例1と同様にして、AlN製の載置台とCu製の押さえ板、及びベアリング機構を備えた連結ネジを使用して、ヒータプレートを作製した。その際、使用するベアリングボールの真球度を下記表4に示すように変化させた。得られた試料10〜15の各ヒータユニットについて、上記実施例1と同様にして200℃加熱時における載置台の中央部と外周部の変位量と、その変位量の差を求め、得られた結果を下記表4に併せて示した。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, a heater plate was fabricated using a connecting screw having an AlN mounting table, a Cu pressing plate, and a bearing mechanism. At that time, the sphericity of the bearing ball used was changed as shown in Table 4 below. About each heater unit of the obtained samples 10-15, it obtained by calculating | requiring the difference of the displacement amount of the center part and outer periphery part of the mounting base at the time of 200 degreeC heating similarly to the said Example 1, and the displacement amount. The results are shown in Table 4 below.

Figure 0005056228
Figure 0005056228

ベアリングボールの真球度が30μmを超えると、載置台や押さえ板の膨張時にベアリングボールが円滑に転がらず、摩擦により載置台と押さえ板を拘束してしまうため、200℃加熱時における載置台の中央部と外周部の変位量の差が増大し、載置台の平面度が悪化することが分った。   If the sphericity of the bearing ball exceeds 30 μm, the bearing ball does not roll smoothly when the mounting table or the pressing plate expands, and the mounting table and the pressing plate are restrained by friction. It has been found that the difference in displacement between the central portion and the outer peripheral portion increases, and the flatness of the mounting table deteriorates.

[実施例4]
上記実施例1と同様にして、AlN製の載置台とCu製の押さえ板、及びベアリング機構を備えた連結ネジを使用して、ヒータプレートを作製した。その際、載置台などの結合に用いた連結ネジの個数を、下記表5に示すように変化させて均等に配置した。得られた試料16〜20の各ヒータユニットについて、上記実施例1と同様にして200℃加熱時における載置台の中央部と外周部の変位量と、その変位量の差を求め、得られた結果を下記表5に併せて示した。
[Example 4]
In the same manner as in Example 1, a heater plate was fabricated using a connecting screw having an AlN mounting table, a Cu pressing plate, and a bearing mechanism. At that time, the number of connecting screws used for coupling the mounting table and the like was changed as shown in Table 5 below so as to be evenly arranged. About each heater unit of the obtained samples 16-20, it calculated | required similarly to the said Example 1, and calculated | required the displacement amount of the center part and outer periphery part of the mounting base at the time of 200 degreeC heating, and the difference of the displacement amount The results are shown in Table 5 below.

Figure 0005056228
Figure 0005056228

試料16は連結ネジ個数がヒータ中心にのみ1個、試料17は連結ネジが外周部に等間隔に3個配置してあるが、いずれも200℃加熱時における載置台の中央部と外周部の変位量の差は極めて大きかった。一方、連結ネジを中心1個と外周部3個とした試料18、中心1個と外周部6個とした試料19、中心1個、中間部3個及び外周部6個とした試料20では、いずれも200℃加熱時における載置台の中央部と外周部の変位量の差を10μm以下に抑えることができた。   Sample 16 has one connecting screw only at the center of the heater, and sample 17 has three connecting screws arranged at equal intervals on the outer periphery, both of which are located at the center and outer periphery of the mounting table when heated at 200 ° C. The difference in displacement was extremely large. On the other hand, in the sample 18 with one connecting screw and three outer peripheral parts, the sample 19 with one central part and six outer peripheral parts, the sample 20 with one central part, three intermediate parts and six outer peripheral parts, In either case, the difference in displacement between the central portion and the outer peripheral portion of the mounting table during heating at 200 ° C. could be suppressed to 10 μm or less.

[実施例5]
上記実施例1と同様にして、AlN製の載置台とCu製の押さえ板、及びベアリング機構を備えた連結ネジを使用して、ヒータプレートを作製した。その際、使用したベアリングボールの直径を下記表6に示すように変化させた。尚、各ベアリングボールの直径に合わせて、これを保持できるようベアリング溝の深さも適宜変化させた。
[Example 5]
In the same manner as in Example 1, a heater plate was fabricated using a connecting screw having an AlN mounting table, a Cu pressing plate, and a bearing mechanism. At that time, the diameter of the used bearing ball was changed as shown in Table 6 below. In addition, the depth of the bearing groove was appropriately changed in accordance with the diameter of each bearing ball so that it could be held.

得られた試料21〜26の各ヒータユニットについて、180℃で温度保持させているヒータプレートに冷却プレートを当接させて、180℃から130℃まで冷却させた直後の面内温度分布を17点測温Siウエハで測定し、得られた結果を下記表6に併せて示した。また、上記実施例1と同様にして、200℃加熱時における載置台の中央部と外周部の変位量と、その変位量の差を求めた。   About each heater unit of the obtained samples 21 to 26, the in-plane temperature distribution immediately after the cooling plate was brought into contact with the heater plate kept at 180 ° C. and cooled from 180 ° C. to 130 ° C. was 17 points. Measurements were taken with a temperature measuring Si wafer, and the results obtained are also shown in Table 6 below. Further, in the same manner as in Example 1, the amount of displacement between the central portion and the outer periphery of the mounting table during heating at 200 ° C. and the difference between the amounts of displacement were determined.

Figure 0005056228
Figure 0005056228

その結果、ベアリングボールの直径によらず、上記載置台の中央部と外周部の変位量の差は10μm以下であった。しかし、表6から分るように、ベアリングボールの直径が4mmを超える場合は冷却時の面内均熱性が著しく低下した。これは、ベアリングボールの直径が4mmを超えると、ベアリング溝を設ける連結ネジの座面が大きくなるため、この大きな座面を逃げるように可動式の冷却プレートに設けるザグリ深さ及びザグリ径が大きくなり、冷却プレートの冷却度合いにムラが発生して冷却時の均熱性が著しく悪化したものである。   As a result, regardless of the diameter of the bearing ball, the difference in displacement between the central portion and the outer peripheral portion of the mounting table was 10 μm or less. However, as can be seen from Table 6, when the diameter of the bearing ball exceeds 4 mm, the in-plane thermal uniformity during cooling is significantly reduced. This is because if the bearing ball diameter exceeds 4 mm, the seating surface of the connecting screw for providing the bearing groove becomes large. Therefore, the counterbore depth and the counterbore diameter provided on the movable cooling plate so as to escape the large seating surface are large. Therefore, unevenness occurs in the cooling degree of the cooling plate, and the heat uniformity during cooling is significantly deteriorated.

[実施例6]
上記実施例1と同様にして、AlN製の載置台とCu製の押さえ板、及びベアリング機構を備えた連結ネジを使用して、ヒータプレートを作製した。その際、試料27〜28では連結ネジのネジかかり部に接着剤を塗らず、試料29〜31では下記表7に示す接着剤を塗布して、連結ネジを接着固定した。尚、試料27はベアリング機構のない通常の連結ネジを使用したが、試料28では上記実施例1の試料3と同じベアリング機構を有する連結ネジを使用した。
[Example 6]
In the same manner as in Example 1, a heater plate was fabricated using a connecting screw having an AlN mounting table, a Cu pressing plate, and a bearing mechanism. At that time, in Samples 27 to 28, no adhesive was applied to the threaded portion of the connection screw, and in Samples 29 to 31, the adhesive shown in Table 7 below was applied to bond and fix the connection screw. Sample 27 used a normal connection screw without a bearing mechanism, but sample 28 used a connection screw having the same bearing mechanism as sample 3 of Example 1 above.

試料27〜31の各ヒータユニットについて、20cN・mのトルク管理を行って連結ネジを締め付けた。その後、常温と200℃までのヒートサイクルを10回繰り返した後、連結ネジの戻しトルクを測定し、得られた結果を下記表7に併せて示した。   About each heater unit of samples 27-31, the torque management of 20 cN * m was performed and the connecting screw was tightened. Then, after repeating the heat cycle to normal temperature and 200 degreeC 10 times, the return torque of the connection screw was measured, and the obtained result was combined with following Table 7, and was shown.

Figure 0005056228
Figure 0005056228

ベアリング機構を有する連結ネジを接着剤で固定した試料29〜31は、10cN・m以上の高い戻しトルクを有していた。しかし、ベアリング機構を有する連結ネジを接着剤で固定していない試料27では、戻しトルクが非常に小さくなり、使用時に連結ネジの緩み等が発生する危険性が高いことが分った。尚、ベアリング機構を有しない通常の連結ネジを使用した試料28は、接着剤で固定しなくても十分な戻しトルクを有し、ネジ緩みの危険性は少ないことが分る。   Samples 29 to 31 in which the connecting screws having the bearing mechanism were fixed with an adhesive had a high return torque of 10 cN · m or more. However, it was found that in the sample 27 in which the connecting screw having the bearing mechanism is not fixed with an adhesive, the return torque becomes very small, and there is a high risk that the connecting screw is loosened during use. In addition, it can be seen that the sample 28 using a normal connection screw having no bearing mechanism has a sufficient return torque even if it is not fixed with an adhesive, and the risk of screw loosening is small.

ヒータユニットの一具体例を示す概略の断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one specific example of a heater unit. ヒータユニットの他の具体例を示す概略の断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other specific example of a heater unit. 従来の連結ネジを用いたヒータプレートの一具体例を示す概略の断面図である。It is general | schematic sectional drawing which shows one specific example of the heater plate using the conventional connection screw. 本発明のベアリング機構を備えた連結ネジを用いて複数のプレート状部材を連結したヒータプレートの具体例を示す概略の断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the specific example of the heater plate which connected the some plate-shaped member using the connection screw provided with the bearing mechanism of this invention. 複数のプレート状部材の組み合わせを示す概略の断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the combination of a some plate-shaped member. 本発明のベアリング機構を備えた連結ネジを用いて冷却プレートを含む複数のプレート状部材を連結した具体例を示す概略の断面図である。It is general | schematic sectional drawing which shows the specific example which connected the some plate-shaped member containing a cooling plate using the connection screw provided with the bearing mechanism of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ヒータプレート
2a 可動式の冷却プレート
2b 冷却プレート
3 容器
5 支持体
6 載置台
7 抵抗発熱体
8 絶縁シート
9 押さえ板
10 連結ネジ
11a、11b ベアリング溝
12 ベアリングボール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heater plate 2a Movable cooling plate 2b Cooling plate 3 Container 5 Support body 6 Mounting base 7 Resistance heating element 8 Insulation sheet 9 Holding plate 10 Connecting screw 11a, 11b Bearing groove 12 Bearing ball

Claims (16)

載置台にウエハを搭載して加熱処理するための半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットにおいて、載置台を含む2枚以上のプレート状部材が連結ネジで機械的に連結されると共に、該連結ネジがベアリング機構を備え、前記連結ネジのネジかかり部が前記プレート状部材に接着剤で固定されていることを特徴とする半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 In a heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection apparatus for mounting and heating a wafer on a mounting table, two or more plate-like members including the mounting table are mechanically connected by a connecting screw, and the connection A heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection apparatus , wherein a screw includes a bearing mechanism, and a threaded portion of the connection screw is fixed to the plate-like member with an adhesive . ウエハを搭載して加熱処理するための載置台と、載置台を加熱するための抵抗発熱体と、抵抗発熱体を載置台に機械的に押し付けるための押さえ板とを備え、これらのプレート状部材がベアリング機構を備える連結ネジで機械的に連結されていると共に、前記連結ネジのネジかかり部が前記プレート状部材に接着剤で固定されていることを特徴とする半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 These plate-like members are provided with a mounting table for mounting and heating the wafer , a resistance heating element for heating the mounting table, and a pressing plate for mechanically pressing the resistance heating element against the mounting table. For a semiconductor device manufacturing / inspection device , wherein the connecting screw is mechanically connected with a connecting screw having a bearing mechanism, and a threaded portion of the connecting screw is fixed to the plate-like member with an adhesive . Heater unit. 前記押さえ板に当接又は分離する可動式の冷却プレートを更に具備することを特徴とする、請求項2に記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 The heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection device according to claim 2, further comprising a movable cooling plate that contacts or separates from the pressing plate. ウエハを搭載して加熱処理するための載置台と、載置台を加熱するための抵抗発熱体と、載置台を冷却するための冷却プレートとを備え、これらのプレート状部材がベアリング機構を備える連結ネジで機械的に連結されていると共に、前記連結ネジのネジかかり部が前記プレート状部材に接着剤で固定されていることを特徴とする半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 A mounting table for mounting and heating a wafer , a resistance heating element for heating the mounting table, and a cooling plate for cooling the mounting table, these plate-like members having a bearing mechanism A heater unit for manufacturing / inspecting a semiconductor device, wherein the heater unit is mechanically connected with a screw, and a threaded portion of the connecting screw is fixed to the plate-like member with an adhesive . 前記冷却プレートの外側に更に押さえ板を有し、前記載置台と該押さえ板が前記連結ネジで機械的に連結されていることを特徴とする、請求項4に記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 The semiconductor device manufacturing / inspection according to claim 4, further comprising a pressing plate outside the cooling plate, wherein the mounting table and the pressing plate are mechanically connected by the connecting screw. Heater unit for equipment . 前記連結ネジを4ヶ所以上配置することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 The heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection apparatus according to claim 1 , wherein four or more connecting screws are arranged. 前記ベアリング機構は、前記連結ネジの雄ネジ頭部の座面か又は該座面に対向するプレート状部材の表面のいずれか片方に設けたベアリング溝と、該ベアリング溝内に保持されたベアリングボールとからなり、該ベアリング溝の深さがベアリングボールの直径以下であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 The bearing mechanism includes a bearing groove provided on either the seat surface of the male screw head of the connection screw or the surface of the plate-like member facing the seat surface, and a bearing ball held in the bearing groove. The heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection device according to claim 1 , wherein the depth of the bearing groove is equal to or less than the diameter of the bearing ball. 前記連結ネジ1個あたり前記ベアリングボールを3個以上使用することを特徴とする、請求項7に記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 8. The heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspecting device according to claim 7 , wherein three or more bearing balls are used per one connecting screw. 前記ベアリングボールの真球度が30μm以下であることを特徴とする、請求項7又は8に記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 9. The heater unit for manufacturing / inspecting a semiconductor device according to claim 7 , wherein the sphericity of the bearing ball is 30 [mu] m or less. 前記ベアリングボールの直径が4mm以下であることを特徴とする、請求項7〜9のいずれかに記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 The heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection device according to any one of claims 7 to 9 , wherein a diameter of the bearing ball is 4 mm or less. 前記ベアリングボールの材質がセラミックス、ステンレス、鉄、ニッケルから選ばれたいずれか1種であることを特徴とする、請求項7〜10のいずれかに記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 The heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection device according to any one of claims 7 to 10 , wherein a material of the bearing ball is any one selected from ceramics, stainless steel, iron, and nickel. . 前記プレート状部材は、少なくとも2枚が異なる熱膨張率を有する材料からなることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 12. The heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection device according to claim 1 , wherein at least two of the plate-like members are made of materials having different coefficients of thermal expansion. 前記2枚のプレート状部材における熱膨張率の差が1.0×10−9/℃以上であることを特徴とする、請求項12に記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 13. The heater unit for manufacturing / inspecting a semiconductor device according to claim 12 , wherein a difference in coefficient of thermal expansion between the two plate-like members is 1.0 × 10 −9 / ° C. or more. 前記載置台は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコンから選ばれた少なくとも1種を主成分とすることを特徴とする、請求項1〜13のいずれかに記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 The mounting table according to any one of claims 1 to 13 , wherein the mounting table is mainly composed of at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon nitride, copper, aluminum, nickel, and silicon. A heater unit for a semiconductor device manufacturing / inspection device according to 1 . 前記押さえ板は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコン、ステンレスから選ばれた少なくとも1種を主成分とすることを特徴とする、請求項2又は5に記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニット。 6. The pressing plate according to claim 2 or 5 , wherein the pressing plate is mainly composed of at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon nitride, copper, aluminum, nickel, silicon, and stainless steel. A heater unit for manufacturing / inspecting apparatus of the semiconductor device described. 請求項1〜15のいずれかに記載の半導体装置の製造・検査装置用ヒータユニットを搭載したことを特徴とする半導体装置の製造・検査装置。 16. A semiconductor device manufacturing / inspection apparatus comprising the semiconductor device manufacturing / inspection apparatus heater unit according to claim 1 .
JP2007183889A 2007-07-13 2007-07-13 Heater unit and semiconductor device manufacturing / inspection apparatus having the same Active JP5056228B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007183889A JP5056228B2 (en) 2007-07-13 2007-07-13 Heater unit and semiconductor device manufacturing / inspection apparatus having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007183889A JP5056228B2 (en) 2007-07-13 2007-07-13 Heater unit and semiconductor device manufacturing / inspection apparatus having the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009021145A JP2009021145A (en) 2009-01-29
JP5056228B2 true JP5056228B2 (en) 2012-10-24

Family

ID=40360616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007183889A Active JP5056228B2 (en) 2007-07-13 2007-07-13 Heater unit and semiconductor device manufacturing / inspection apparatus having the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5056228B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5447123B2 (en) * 2009-05-28 2014-03-19 住友電気工業株式会社 Heater unit and apparatus provided with the same
ITMI20120276A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-25 St Microelectronics Srl REACTOR FOR ENERGY GENERATION USING LENR REACTIONS (LOW ENERGY NUCLEAR REACTIONS) BETWEEN HYDROGEN AND TRANSITION METALS AND ITS ENERGY GENERATION METHOD

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001007189A (en) * 1999-06-24 2001-01-12 Shin Etsu Chem Co Ltd Electrostatic chuck and its manufacture
JP3949409B2 (en) * 2000-08-31 2007-07-25 日本特殊陶業株式会社 Conductive ceramic bearing ball, ball bearing, motor with bearing, hard disk drive and polygon scanner
JP2002083909A (en) * 2000-09-06 2002-03-22 Toshiba Corp Semiconductor module device and support structure of metal base
JP2003217800A (en) * 2002-01-25 2003-07-31 Nippon Dennetsu Co Ltd Heating element and manufacturing method of the same
JP4311914B2 (en) * 2002-06-05 2009-08-12 住友電気工業株式会社 Heater module for semiconductor manufacturing equipment
JP4399396B2 (en) * 2005-06-21 2010-01-13 株式会社フューチャービジョン Mounting table
JP3933174B2 (en) * 2005-08-24 2007-06-20 住友電気工業株式会社 Heater unit and device equipped with the same
JP3972944B2 (en) * 2005-09-12 2007-09-05 住友電気工業株式会社 Ceramic heater and semiconductor manufacturing apparatus having the same
JP2007115736A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Sumitomo Electric Ind Ltd Wafer heating hot plate

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009021145A (en) 2009-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007250313A (en) Semiconductor, flat display panel manufacturing inspection heater unit and apparatus including the same
JP4497103B2 (en) Wafer holder, heater unit on which it is mounted, and wafer prober
US7554059B2 (en) Heater unit and semiconductor manufacturing apparatus including the same
EP1801961A2 (en) Electrostatic chuck
US20100044364A1 (en) Heating unit and the apparatus having the same
CN102741998A (en) Electrostatic chuck apparatus
JP2005235672A (en) Heater unit and apparatus equipped with the same
EP2857786B1 (en) Flow path member, and heat exchanger and semiconductor manufacturing apparatus using same
KR20110128722A (en) Wafer holder with improved connection method of high-frequency electrodes and semiconductor manufacturing apparatus mounted therewith
JP2005150506A (en) Semiconductor manufacturing equipment
JP5381878B2 (en) Wafer heating heater unit and semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same
JP5056228B2 (en) Heater unit and semiconductor device manufacturing / inspection apparatus having the same
US20080083732A1 (en) Wafer holder and exposure apparatus equipped with wafer holder
JP2009043589A (en) Heater unit for semiconductor or flat panel display manufacturing-inspecting device, and device equipped with the same
JP2009021460A (en) Heater unit and apparatus for manufacturing/inspecting semiconductor device or flat panel display provided with the same
US20070215602A1 (en) Heating and cooling module
US20070205787A1 (en) Wafer holder, and heater unit and wafer prober provided therewith
JP2009031117A (en) Heating/cooling module
JP2006310374A (en) Wafer holder and exposure apparatus provided with wafer holder
JP2013004810A (en) Heater for heating wafer
JP2005340043A (en) Heating device
JP2010170815A (en) Heating and cooling unit
JP2005209981A (en) Cooling block, heater unit and device equipped with the same
JP4525571B2 (en) Wafer holder, heater unit on which it is mounted, and wafer prober
JP5381879B2 (en) Wafer heating heater unit and semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20090612

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20090612

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100712

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120321

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120518

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120703

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120716

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5056228

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250