サセプタ

【課題】伝熱プレートと押さえ板の接合面の気密性を向上し、かつ製造時に変形や特性変化することなく、製造コストを低減したサセプタを提供する。
【解決手段】押さえ板４の接合面に突起部８を設けると共に、伝熱プレート３の接合面の突起部８に対向する位置に断面が略Ｔ字状の溝部９を設けて、突起部８を溝部９に嵌入させかしめることにより伝熱プレート３と押さえ板４とを接合してサセプタ１を製造する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を加熱又は冷却処理するサセプタに関し、詳しくは半導体素子や液晶パネルの製造工程において、半導体ウェハや液晶用ガラスなどの基板を加熱又は冷却処理する基板熱処理装置に用いられるサセプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶パネルの製造工程においては、図２６に示すような基板熱処理装置３０を用いて、半導体ウェハや液晶用ガラスなどの基板３１の加熱処理や冷却処理が行われている。この基板熱処理装置３０において、基板３１を加熱又は冷却するサセプタ３２は、加熱源又は冷却源３３を上下から伝熱プレート３４と押え板３５により挟み込んで接合した構造を有しており、伝熱プレート３４及び押え板３５の材料には、熱伝導性に優れたアルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金などが用いられている。それら伝熱プレート３４と押さえ板３５は、外周部を溶接又はろう付けすることにより接合されるが、その際にピンホールやガスの巻き込みが発生するため、接合部の強度が低下するという問題があった。また、基板熱処理装置３０内部を真空状態にしたときに、ピンホールからガス等が漏れ出て真空度を低下させてしまい、基板３１の熱処理に悪影響を与えるという問題もあった。
【０００３】
これらの問題を解決するため、特許文献１は、伝熱プレートと押さえ板の接合面の対向位置に環状突出部と溝部を設け、それらを組み合わせて鍛圧圧縮して締結したサセプタを提案している。
【０００４】
しかし、このサセプタは、環状突出部と溝部の形状が単純であるため、サセプタの気密性を高真空度や液体中での熱処理に対応できる程度にまで向上するのは困難であるという問題があった。また、ヒータープレートとして使用される加熱領域の温度近傍（例えば、４００℃）まで昇温して鍛圧するので、伝熱プレートと押さえ板の材質によっては変形したり組織変化して特性が変化してしまう可能性があると共に、特別な設備と作業が必要となるため、製造コストが高くなってしまうという問題もあった。
【特許文献１】特開２００２−２７０３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、気密性を向上すると共に、製造時において変形したり特性が変化したりすることがなく、かつ製造コストを低減したサセプタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のサセプタは、金属製の第１プレートと第２プレートとの間に基板加熱手段又は基板冷却手段を挟んでなるサセプタであって、前記第１プレートの接合面に、上面に凹部を有する突起部を設けると共に、前記第２プレートの接合面に、断面が略Ｔ字状の溝部を前記突起部に対向するように設け、前記突起部を前記溝部に嵌入してかしめることにより前記第１プレートと前記第２プレートとを接合したことを特徴とするものである。
【０００７】
前記突起部の凹部の底面又は前記溝部の底面に細溝を形成し、該細溝にシール材を載置し、そのシール材は、Ｏリング又はメタルシールとすることが望ましい。
【０００８】
前記突起部を前記接合面に環状に設けると共に、前記基板加熱手段が前記突起部の内側に設置された金属箔ヒーター、マイカ巻付ヒーター又はシーズヒータからなることが望ましい。
【０００９】
前記突起部を前記接合面に環状に設けると共に、前記基板冷却手段が、前記突起部の内側であって前記第１プレート及び第２プレートの少なくとも一方の接合面に形成された断面が略矩形、略半円状若しくは略Ｕ字状の溝からなる冷却材流路、又は該溝内に設置された冷却パイプからなることが望ましい。
【００１０】
前記突起部の凹部の底面及び／又は前記溝部の底面に、断面略半円状又は断面略Ｕ字状の溝を形成し、該溝内に前記基板加熱手段又は基板冷却手段を設置し、その溝は、一端から他端までが連続する同心円状又は蛇行状に設けることが望ましい。
【００１１】
前記基板加熱手段をシーズヒータとし、前記基板冷却手段を冷却パイプとすることが望ましい。
【００１２】
上記のいずれかに記載のサセプタから選ばれる複数のサセプタを積層することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属製の第１プレートと第２プレートとの間に基板加熱手段又は基板冷却手段を挟んでなるサセプタであって、第１プレートの接合面に、上面に凹部を有する突起部を設けると共に、第２プレートの接合面に、断面が略Ｔ字状の溝部を前記突起部に対向するように設け、突起部を溝部に嵌入してかしめることにより第１プレートと第２プレートとを接合するようにしたので、突起部が塑性変形して溝部内を埋めて互いに固定されると共に、その凹部の両壁部が拡開して溝部の底面の幅広部へ侵入してラビリンスを形成するので、サセプタの気密性を向上することができる。また、かしめは一般のプレス機を用いて室温で行うことができるため、製造時においてサセプタが変形したり特性が変化したりすることがなく、かつ製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態からなるサセプタの組立端面図を示す。なお、ここでは基板加熱源を備える場合を例に取る。
【００１６】
このサセプタ１は、基板加熱源である面状ヒーター２を上下からそれぞれ第２プレートである伝熱プレート３と第１プレートである押さえ板４とにより挟み、接合部Ａにおいて接合することにより構成される。面状ヒーター２には、金属箔ヒーター又はマイカ巻付ヒーターが用いられ、伝熱プレート３の接合面７に熱遮へい板５とともに図示しないネジ等により固定される。伝熱プレート３及び押さえ板４の材料には、熱伝導性に優れたアルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金などが用いられる。半導体ウェハや液晶用ガラスなどの基板は、伝熱プレート３上に直接に又は複数のプロキシミティピン（図示せず）を介して載置され、面状ヒーター２によって伝熱プレート３を通じて加熱処理される。従って、サセプタ１の平面形状は、基板が半導体ウェハの場合には円形となり、液晶用ガラスの場合には矩形となる。
【００１７】
このようなサセプタ１において、接合部Ａは、押さえ板４の接合面６に外周に沿って環状に設けられた突起部８と、その突起部８に対向するように伝熱プレート３の接合面７に環状に設けられた溝部９とから構成される。
【００１８】
図２に示すように、押さえ板４の突起部８の断面は、上面に形成された凹部８ａによる２つの壁部８ｂを有する先割れ状になっており、また伝熱プレート３の溝部９の断面は、底面９ａに幅広部９ｂを有する略Ｔ字状となっている。この突起部８を溝部９に嵌入させ、垂直方向に圧力を加えてかしめることにより伝熱プレート３と押さえ板４を接合して、図３に示すようにサセプタ１が製造される。
【００１９】
この接合工程を詳細に説明すると、図４（ａ）のように互いを突き合わせてから突起部８を溝部９に嵌入させて圧力を加えると、図４（ｂ）のように突起部８は溝部９の底面９ａにぶつかり圧縮されて塑性変形する共に、壁部８ｂが拡開して溝部９の幅広部９ｂ内へ侵入して、図４（ｃ）のように溝部９が突起部８により埋められ互いに固定されると共に、サセプタ径方向にラビリンス１０が形成される。
【００２０】
このように、上面に凹部８ａが形成された突起部８を、断面が略Ｔ字状の溝部９に嵌入してかしめることにより、伝熱プレート３と押さえ板４とを接合してサセプタ１を製造するようにしたので、突起部８が塑性変形して溝部９を埋めて互いに固定されると共に、径方向にラビリンス１０が形成されるため、サセプタ１の気密性を向上することができる。また、かしめは一般のプレス機を用いて室温で行うことができるため、サセプタ１が変形したりその特性が変化することがなく、かつ製造コストを低減することができる。更に、接合部Ａにラビリンスが形成されるので、突起部８の高さと溝部９の深さを小さくしても高い気密性を得ることができるため、突起部８と溝部９の加工が容易なものとなると共に、狭いスペースでもサセプタ１の製造を行うことができるので、製造コストをより低減することができる。
【００２１】
突起部８については、図５に示す全体幅Ｗ１に対して凹部８ａの底面幅Ｗ２は０．４〜０．８倍の大きさとすることが好ましい。０．４未満であると壁部８ｂの幅が太くなって拡開しにくくなり、０．８を超えると壁部８ｂの幅が細くなって折損するおそれがある。また、壁部８ｂが折損するおそれを減らすと共に、溝部９の幅広部９ｂ内へ侵入しやすくするために、壁部８ｂの内側にテーパー８ｃを形成して先細の形状となるようにし、テーパー８ｃの垂直方向に対する角度αを５〜４５°、より好ましくは５〜３０°とする。なお、全体幅Ｗ１に対する底面幅Ｗ２が０．８を超えるような場合には、図６に示すように、テーパー８ｃを壁部８ｂの先端にのみ形成するのがよく、テーパー８ｃの垂直方向からの角度βは１０〜８０°、より好ましくは１５〜６０°とするのがよい。
【００２２】
また、溝部９については、突起部８が嵌入できるように、図７に示す入口幅Ｗ３を突起部８の全体幅Ｗ１よりもわずかに大きくすることが好ましい。更に、かしめ後に溝部９の内容積の少なくとも９０％が突起部８によって埋められるように、突起部８の全体高さＨ１と凹部８ａの深さＨ２、及び溝部９の開口幅Ｗ３と全体深さＨ３を設定することが好ましい。特に、溝部９における幅広部９ｂが、突起部８の壁部８ｂにより埋められるように、幅広部９ｂの高さＨ４及び奥行きＷ４を設定することが好ましい。
【００２３】
図８は、本発明の第２の実施形態からなるサセプタの接合部を示す。
【００２４】
この実施形態は、突起部８の凹部８ａの底面の一部に角溝８ｄを形成し、その中にシール材１１を載置したものである。シール材１１としては、天然ゴム、フッ素ゴム又はシリコンゴム製のＯリングや、インコネル又はステンレス製のメタルシールが例示される。また、メタルシールの一種として、中空の薄肉パイプを用いてもよい。このようにシール材１１を載置することにより、かしめ後に突起部８と溝部９との間にシール材１１が介在して間隙が埋められるため、サセプタ１の気密性を更に向上することができると共に、突起部８や溝部９の寸法精度に余裕を持たせられるので製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、この実施形態の別の例として、図９に示すように、溝部９の底面９ａに角溝９ｃを形成して、シール材１１を載置するようにしてもよい。
【００２６】
上記の第１及び第２の実施形態における基板加熱源は、面状ヒータ２に限られるものではなく、図１０に示すように、接合面に形成した溝部内に設置したシーズヒータ１４でもよい。このシーズヒータ１４は伝熱プレート３又は押さえ板４を貫通して、図示しない外部の電源等に接続される。
【００２７】
また、基板加熱源の代わりに基板冷却源を伝熱プレート３と押さえ板４の間に挟むようにすることができる。基板冷却源としては、図１１に示すような、伝熱プレート３と押さえ板４の少なくとも一方の接合面に形成された断面が略矩形の溝１２ａ、略半円状の溝１２ｂ又は略Ｕ字状の溝１２ｃからなる冷却材流路や、図１２に示すようなそれらの溝内に設置された内部を冷却材が流れる冷却パイプ１５を用いることができる。なお、図１２は、両接合面の対向する位置に形成された断面が略半円状の溝１２ｂ、及び伝熱プレート３の接合面のみに形成した断面が略Ｕ字状の溝１２ｃ内に、それぞれ冷却パイプ１５を設置した場合を例示するものである。これらの冷却流路及び冷却パイプ１５は、伝熱プレート３又は押さえ板４を貫通して、図示しない外部の冷却材供給装置等に接続される。
【００２８】
突起部８及び溝部９は一対に限られるものではなく、例えば直径が１２インチ以上となる大型の半導体ウェハ用サセプタの場合には、図１３に示すように中心部付近にも突起部８と溝部９を環状に設けることが好ましい。また、基板をサセプタ１と搬送治具との間で移し替えるリフタピンを設置するような場合には、サセプタ１に設けられるリフタピンの挿通孔の周囲に突起部８と溝部９を設けることが好ましい。
【００２９】
図１４及び図１５は、本発明の第３の実施形態からなるサセプタを示す。
【００３０】
この実施形態は、接合部Ｂにおける突起部８の凹部８ａの底面と溝部９の底面９ａに、断面略半円状又は断面略Ｕ字状の取付溝１３を形成し、基板加熱源であるシーズヒータ１４又は基板冷却源である冷却パイプ１５を取付溝１３内に載置したものである。取付溝１３は、図１６に示すように、突起部８の凹部８ａの底面にのみ形成してもよく、あるいは図１７に示すように、溝部９の底面９ａにのみ形成してもよい。これら突起部８と溝部９とは、シーズヒータ１４又は冷却パイプ１５の配置に沿って、図１８に示すように、一端から他端まで連続する円心状、又は図１９に示すような連続する蛇行状に設けられる。なお、シーズヒータ１４又は冷却パイプ１５の外部接続部１６は、図２０に示すように、接合面６を平行な方向へ延びるようにしてもよい。
【００３１】
このように、シーズヒータ１４又は冷却パイプ１５を、突起部８と溝部９との間に挟むようにすることで、かしめによる伝熱プレート３と押さえ板４の接合と、シーズヒータ１４又は冷却パイプ１５の気密性向上及び取付けとを同時に行うことができるため、サセプタ１の製造工程を簡略化して製造コストを更に低減することができる。
【００３２】
なお、本実施形態においても、大型の半導体ウェハ用サセプタに適用する場合には、気密性を向上するために、図２１に示すように、中心部付近に第１の実施形態における突起部８と溝部９を設けることが好ましい。
【００３３】
本実施形態においては、基板加熱源と基板冷却源を同時に備えたサセプタ１を構成することができる。図２２は、突起部８と溝部９との間にシーズヒータ１４を挟むと共に、その径方向内側の接合面に溝を形成して冷却パイプ１５を設置して構成したサセプタ１を示す。このように、基板加熱源と基板冷却源を組み合わせるに際しては、熱効率を向上するために、熱エネルギーロスが大きい基板加熱源を伝熱プレート３の径方向外側に配置し、基板冷却源を径方向内側に配置することが好ましい。
【００３４】
以上に説明した全ての実施形態においては、突起部８を伝熱プレート３に、溝部９を押さえ板４に、それぞれ設けるようにしてもよいことはもちろんである。
【００３５】
また、それぞれの実施形態を組み合わせて１台のサセプタを構成することができる。例えば図２３に示すように、伝熱プレート３の径方向外側に面状ヒータ２を備えた第１の実施形態を配置し、径方向内側に冷却パイプ１５を備えた第３の実施形態を配置することによりサセプタ１を構成することができる。
【００３６】
更に、複数の実施形態を積層してサセプタを構成することができる。例えば図２４は、押さえ板４を共有して上方から順に面状ヒータ２を備えた第１の実施形態と、冷却パイプ１５を備えた第３の実施形態とを積層したサセプタ１の例を示す。また、図２５は、同様にして、シーズヒータ１４を備えた第３の実施形態と、冷却パイプ１５を備えた第３の実施形態とを積層したサセプタ１の例を示す。なお、加工性を向上するために、共有される押さえ板４には溝部９（又は突起部８）のみを形成すると共に、サセプタ１全体の厚みを薄くするために、押さえ板４の両面に形成される溝部９（又は突起部８）は径方向に互いに重ならないようにすることが好ましい。
【００３７】
このような積層構造のサセプタとすることにより、広い温度範囲の熱処理を行うことができたり、加熱処理と冷却処理を１台のサセプタで行うことができるため、サセプタの性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態の第１の例からなるサセプタの組立端面図である。
【図２】図１におけるＡ部の拡大端面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態からなるサセプタの断面図である。
【図４】接合部の作用を説明する説明図である。
【図５】突起部の形状寸法を説明する説明図である。
【図６】突起部の別の例の形状寸法を説明する説明図である。
【図７】溝部の形状寸法を説明する説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態からなるサセプタの接合部の拡大断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の別の例からなるサセプタの接合部の拡大断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第２の例からなるサセプタの端面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第３の例からなるサセプタの端面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の第４の例からなるサセプタの端面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態からなる大型のサセプタの組立端面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態からなるサセプタの組立端面図である。
【図１５】図１４におけるＢ部の拡大断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態の第２の例からなるサセプタの接合部の拡大断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態の第３の例からなるサセプタの接合部の拡大断面図である。
【図１８】図１４におけるＣ−Ｃ矢視であるシーズヒータ又は冷却パイプの配置を示す平面図である。
【図１９】図１４におけるＣ−Ｃ矢視であるシーズヒータ又は冷却パイプの配置の別の例を示す平面図である。
【図２０】図１４におけるＣ−Ｃ矢視であるシーズヒータ又は冷却パイプの配置の更に別の例を示す平面図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態からなる大型のサセプタの組立端面図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態の第４の例からなるサセプタの組立端面図である。
【図２３】本発明の第１及び第３の実施形態からなるサセプタを組合せて構成したサセプタの組立端面図である。
【図２４】本発明の第１及び第３の実施形態からなるサセプタを積層して構成したサセプタの組立端面図である。
【図２５】本発明の第３の実施形態からなるサセプタを積層して構成したサセプタの組立端面図である。
【図２６】サセプタを内蔵した基板熱処理装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１サセプタ
２面状ヒーター
３伝熱プレート
４押さえ板
５熱遮へい板
６押さえ板の接合面
７伝熱プレートの接合面
８突起部
８ａ凹部
８ｂ壁部
８ｃテーパ
８ｄ角溝
９溝部
９ａ底面
９ｂ幅広部
９ｃ角溝
１０ラビリンス
１１シール材
１２冷却剤流路用溝
１３取付溝
１４シーズヒーター
１５冷却パイプ
１６外部接続部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の第１プレートと第２プレートとの間に基板加熱手段又は基板冷却手段を挟んでなるサセプタであって、
前記第１プレートの接合面に、上面に凹部を有する突起部を設けると共に、前記第２プレートの接合面に、断面が略Ｔ字状の溝部を前記突起部に対向するように設け、前記突起部を前記溝部に嵌入してかしめることにより前記第１プレートと前記第２プレートとを接合したサセプタ。
【請求項２】
前記突起部の凹部の底面又は前記溝部の底面に細溝を形成し、該細溝にシール材を載置した請求項１に記載のサセプタ。
【請求項３】
前記シール材が、Ｏリング又はメタルシールである請求項２に記載のサセプタ。
【請求項４】
前記突起部を前記接合面に環状に設けると共に、前記基板加熱手段が前記突起部の内側に設置された金属箔ヒーター、マイカ巻付ヒーター又はシーズヒータからなる請求項１〜３のいずれかに記載のサセプタ。
【請求項５】
前記突起部を前記接合面に環状に設けると共に、前記基板冷却手段が、前記突起部の内側であって前記第１プレート及び第２プレートの少なくとも一方の接合面に形成された断面が略矩形、略半円状若しくは略Ｕ字状の溝からなる冷却材流路、又は該溝内に設置された冷却パイプからなる請求項１〜３のいずれかに記載のサセプタ。
【請求項６】
前記突起部の凹部の底面及び／又は前記溝部の底面に、断面略半円状又は断面略Ｕ字状の溝を形成し、該溝内に前記基板加熱手段又は基板冷却手段を設置した請求項１に記載のサセプタ。
【請求項７】
前記溝を、一端から他端までが連続する同心円状又は蛇行状に設けた請求項６に記載のサセプタ。
【請求項８】
前記基板加熱手段がシーズヒータである請求項６又は７に記載のサセプタ。
【請求項９】
前記基板冷却手段が冷却パイプである請求項６又は７に記載のサセプタ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のサセプタから選ばれる複数のサセプタを積層してなるサセプタ。

【図１】