加熱冷却ユニット
【課題】 冷却時の均熱性を維持しながら、温度変更速度を速めるとともに、冷却終了後にヒータの温度を安定させるまでに要する時間を短縮することによって、被処理物を速やかに載置することができるようにし、スループットの向上を図る。
【解決手段】 被処理物を載置して処理するための載置面を有した好適にはセラミックス製のヒータ基板１と、このヒータ基板１を冷却する冷却ブロック２とを備えたヒータユニット１０であって、ヒータ基板１と冷却ブロック２との間に一定高さの介在層６が存在している。この介在層６は、ヒータ基板１の加熱時に相対的に高温部となる領域が、相対的に低温部となる領域に比べて高密度となるような密度分布をもって配置されていることを特徴としている。
【解決手段】 被処理物を載置して処理するための載置面を有した好適にはセラミックス製のヒータ基板１と、このヒータ基板１を冷却する冷却ブロック２とを備えたヒータユニット１０であって、ヒータ基板１と冷却ブロック２との間に一定高さの介在層６が存在している。この介在層６は、ヒータ基板１の加熱時に相対的に高温部となる領域が、相対的に低温部となる領域に比べて高密度となるような密度分布をもって配置されていることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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およびそれを搭載した製造・検査装置に関するものであり、特にフォトリソグラフィ工程やプローバ検査工程で用いる加熱処理装置、または半導体基板の最終検査工程で用いる加熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加熱物を載置してこれを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（以下、均熱性とも称する）が要求されるものとして、半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産において半導体基板やガラス基板などの加熱に利用されるヒータユニットが挙げられる。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用いられたり、あるいは基板の検査工程を所望の温度で行うための昇温に用いられたりしている。
【０００３】
このように複数の処理工程を１台のヒータユニットを用いて処理する場合は、通常、以下のような手順で行われる。まず、低温状態にあるヒータユニットの発熱体回路に通電して昇温した後、被加熱物をヒータユニットの載置面に載置して被加熱物を昇温する。所定の温度に到達すると、この温度を維持しながら被加熱物の処理を行う。この処理が終わると、載置面から被加熱物を取り出し、次の被加熱物を載置面に載置する。所定枚数の処理が完了すると、別工程の処理を行うため、ヒータユニットの温度条件を変更する。変更後の温度条件が安定すると、別工程の被加熱物をヒータ基板上に搭載し、以降は同様に処理を行う。
【０００４】
ところで、半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産では、連続操業による大量生産によって製品を低価格化することが競われており、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。従って、１台のヒータユニットを用いて複数の工程を処理しながら高いスループットを得るには、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）を短くしていく必要がある。
【０００５】
このため、すでに本発明者らは、ヒータ基板と冷却ブロックとからなるヒータユニットにおいて、所定の熱容量を有する冷却ブロックをヒータ基板に対して相対的に移動可能とすることによって、加熱時は冷却ブロックをヒータ基板から分離させて急速昇温し、冷却時は加熱されたヒータ基板に冷却ブロックを当接させてヒータ基板およびこのヒータ基板に載置した被加熱物を急速冷却する発明を行なった（特許文献１）。これにより加熱処理に要する時間を低減することができた。
【０００６】
上記発明によって、被加熱物の温度を短時間で冷却することが可能になったものの、冷却後に次の被加熱物をヒータ基板に載置するには、冷却時に生じる載置面内の温度ばらつきが収束してヒータ基板の温度が載置面の全面に亘ってほぼ均一になるまで待つ必要があった。
【０００７】
そこで、本発明者らは冷却ブロックとヒータ基板の間に介在層を配置することにより、上記した温度変更時におけるヒータ基板の載置面内の温度ばらつきを少なくし、所定の温度に達した後に速やかに次の処理条件で被処理物を加熱処理することができる発明を行った（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開第２００４−０１４６５５号公報
【特許文献２】特開第２００７−０５９１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、介在層を冷却ブロックとヒータ基板の間に配置すると、この介在層が冷却の際に熱抵抗となり、冷却所要時間が長くかかることがあった。また、給電のための給電端子や被処理物を支持する支持ピンなどを実装または挿通するために冷却ブロック及びヒータ基板には穴などが設けられており、これらの部位はヒータ基板に物理的に当接しないため効果的に冷やすことができず、冷却時に生じる載置面内での温度ばらつきの低減には限界があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、冷却時の均熱性を従来と同様、あるいは従来よりも良好に維持しながら温度変更速度を速めるとともに、冷却終了後にヒータの温度を安定させるまでに要する時間を短縮することによって次の被処理物を速やかに載置することができるようにし、スループットの向上を図ることを目的としている。
【００１１】
その改善により、特に半導体装置やフラットディスプレイパネルの製造プロセスにおいて、温度条件変更後に速やかに次の条件で加熱処理を実施すること、また、高い面内均熱性を達成することで、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を目的としている。更には、この加熱処理工程を経て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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ヒータ基板と冷却ブロックとを備えたヒータユニットにおいてこれら冷却ブロックとヒータ基板の間に一定高さの介在層を配置するに際し、介在層を面内で密度分布をもって配置することによって、面内の均熱性を阻害することなく且つ冷却所要時間を犠牲にすることなく速やかに温度を変更し、温度変更後に被処理物を載置し得るまでに要する時間を短縮し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明が提供するヒータユニットは、被処理物を載置して処理するための載置面を有したヒータ基板と、前記ヒータ基板を冷却する冷却ブロックとを備えており、前記ヒータ基板と前記冷却ブロックとの間に介在層が存在しており、前記介在層は、前記ヒータ基板の加熱時に相対的に高温部となる領域が、相対的に低温部となる領域に比べて高密度となるような密度分布をもって配置されていることを特徴としている。
【００１４】
上記本発明のヒータユニットにおいては、前記冷却ブロックにおいて前記ヒータ基板に対向する面に形成されたざぐり穴または貫通孔近傍には、前記介在層が相対的に高密度に存在していることが好ましい。
【００１５】
また、上記本発明のヒータユニットにおいては、前記冷却ブロックは、前記ヒータ基板の冷却時には前記ヒータ基板に接触し、前記ヒータ基板の加熱時には前記ヒータ基板から離間することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷却所要時間を犠牲にすることなく冷却時に生じる載置面内の温度ばらつきを低減することが可能となる上、温度変更後に被処理物を載置するまでの時間を短縮することが可能となるので、スループットの向上を図ることができる。
【００１７】
その結果、特に半導体装置やフラットディスプレイパネルの製造プロセスにおいては、温度条件変更後に速やかに次の処理条件で加熱処理することができる。また高い面内均熱性を達成することで、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。このように、本発明のヒータユニットを用いて半導体装置やフラットディスプレイパネルなどの被処理物を製造した場合は、生産性、性能、歩留まり、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のヒータユニットの一具体例を示す概略の断面図である。
【図２】図１のヒータユニットの離間及び当接状態を模式的に示す概略の断面図である。
【図３】本発明のヒータユニットが有する介在層の一配置例を示す平面図である。
【図４】冷却ブロックの貫通孔周りに介在層を密に配置した例を示す部分断面図である。
【図５】本発明のヒータユニットが有する介在層の他の配置例を示す平面図である。
【図６】発熱体回路の発熱密度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明のヒータユニット１０の一具体例を示す概略の断面図であり、半導体ウエハなどの被処理物を載置して処理するための載置面１ａを有したヒータ基板１と、このヒータ基板１を冷却する冷却ブロック２とを備えている。
【００２０】
ヒータ基板１には、被処理物が載置される載置面１ａに対して反対側の面（以下、ヒータ基板１の裏面と称する）に発熱体回路３が設けられており、この発熱体回路３に給電するための給電配線（図示せず）や、ヒータ基板１の温度をモニタするための温度センサ（図示せず）が接続されている。発熱体回路３は、例えばステンレスやニッケル−クロム箔をエッチングすることによって渦巻状等のヒータパターンで配設される。
【００２１】
この発熱体回路３は、ヒータ基板１の面内で密度分布をもって配設することができる。例えば、被処理物の反りなどにより、ヒータ基板１の載置面１ａと被処理物との間に空隙が生じることが予想される場合は、当該空隙が生じる領域の単位面積当たりの発熱量（以降、発熱密度と称する）が他の領域に比べて高くなるように発熱体回路３を配設することで、面内の温度分布を均一化させることができる。
【００２２】
また、ヒータ基板１は、載置面１ａ上の被処理物が載置されない領域や側面からの放熱が比較的多いため、その放熱を補うために外周部の発熱密度が高くなるように配設することによっても、面内の温度分布を均一化させることができる。このように発熱密度を局所的に異なるように発熱体回路３を配置することは、単一の発熱体回路３だけでも実現可能であるが、裏面上に複数の発熱体回路３を、例えば内周部と外周部に分けて設けたり、内周部や外周部を更に周方向に分割して設けたりすることでも実現可能である。
【００２３】
ヒータ基板１の裏面側には、更に電気絶縁シート４および押さえ板としての背面板５が配設されている（以降、これらヒータ基板１、発熱体回路３、電気絶縁シート４および背面板５をまとめてヒータモジュールと称する）。比較的強度のある背面板５とヒータ基板１は、電気絶縁シート４をこれらの間に介在させて例えばねじ等を用いて機械的に連結されている。電気絶縁シート４は可能な限り高熱伝導率のものを使用することが望ましい。電気絶縁シート４の熱伝導率が高ければ、発熱体回路３の構造や環境などの要因により生じる面内の温度分布を小さくすることができ、均熱性の高いヒータユニット１０を提供することができるからである。
【００２４】
また、発熱体回路３の熱をヒータ基板１の裏面側で良好に拡散させるため、電気絶縁シート４には柔軟な材質を用いることが好ましい。電気絶縁シート４がヒータ基板１や背面板５に比較して柔軟であれば、それぞれの平面度などにより生じる僅かな空隙を埋めることができ、局所的な熱抵抗を排除することで背面板５の熱伝導、熱容量の効果を最大限に引き出し、均熱性が高く、環境などの外乱に対して安定性のあるヒータユニット１０を提供することができるからである。尚、面の平面度とは、当該面を間に挟む互いに平行な２つの平面の内、それらが離間する距離が最も短い２平面を想定したときの、その２平面間の距離のことをいう。
【００２５】
電気絶縁シート４は、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、セラミックス繊維シート、マイカなどから選択することができる。シリコーン樹脂は前述の通り柔軟性を活かしたヒータ特性の向上に寄与することができ、フッ素樹脂やポリイミド樹脂、セラミックス繊維シート、マイカなどは２００℃を超える温度域であっても用いることができる。特にマイカは５００℃を越える温度域であっても用いることができる上、電気絶縁性に優れることから高温域で用いるのに好適である。
【００２６】
この場合、マイカと発熱体回路３は熱圧着により一体化させることができる。一体化することにより、互いの密着性が増し、これらの界面での熱抵抗を下げることができる。すなわち、局所的な熱抵抗を排除することで背面板５の熱伝導、熱容量の効果を最大限に引き出すことが可能となる。更に、一体化することによって、発熱体回路３が熱的な環境負荷の影響を受けて膨張収縮を繰り返す状況にあっても、平面方向の位置ずれなどが生じにくくなり、信頼性の高いヒータユニット１０を提供することができる。尚、電気絶縁シート４は、ヒータ基板１の裏面に配設された例えば渦巻状の発熱体回路３の上にコーティングすることによって形成しても良い。
【００２７】
電気絶縁シート４と背面板５との間、または発熱体回路３とヒータ基板１との間にヒータ基板１や背面板５に比較して柔軟で平面方向の熱伝導率が高い高熱伝導シート（図示せず）を配置しても良い。この高熱伝導シートには、例えば、熱伝導率１００〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミシート、熱伝導率４００Ｗ／ｍ・Ｋの銅シート、熱伝導率２００〜１７００Ｗ／ｍ・Ｋのグラファイトシートを用いることができる。
【００２８】
尚、ヒータ基板１が導電性である場合、若しくは前述した高熱伝導シートが導電性材料で形成され且つ発熱体回路３とヒータ基板１との間に配置される場合は、発熱体回路３との絶縁を確保するための絶縁シートを、前者の場合は発熱体回路３とヒータ基板１の間、後者の場合は発熱体回路３と高熱伝導シートの間に装填することになる。
【００２９】
ヒータ基板１の厚さは、熱容量を低減して温度変更に掛かる所要時間を短縮化するため、薄く形成されている。このように、ヒータ基板１を薄く形成することによって温度変更の高速化を図ることができるものの、載置面１ａでの均熱性が損なわれることがある。そのため、ヒータ基板１と発熱体回路３の真下に設けられる背面板５は、特に熱伝導性の良いものが望ましい。また、前述したヒータ基板１と背面板５とを連結させるねじにはベアリングを備えることが好ましい。
【００３０】
これにより、当該ねじの軸方向では、ヒータ基板１と背面板５とが相対的に移動することのないように固定されるとともに、軸方向に交差する方向では、ベアリングによってヒータ基板１と背面板５とが互いに滑動自在となるため、ヒータ基板１と背面板５の熱膨張差を吸収することができ、ヒータ基板１と背面板５が互いの熱膨張差で平面度に反りなどの変化を発生させることがなくなり、良好な熱伝導が保たれる。
【００３１】
背面板５に使用する熱伝導性の良い材質には、例えば、熱伝導率１００〜２４０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム板、熱伝導率４００Ｗ／ｍ・Ｋの銅板、またはそれらの何れかを含む熱伝導率２００〜７００Ｗ／ｍ・Ｋの合金などの金属や、熱伝導率１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム、熱伝導率２００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋの炭化ケイ素などのセラミックス、またはこれらセラミックスと金属からなるセラミックス金属複合体などがある。
【００３２】
ヒータ基板１の主成分は窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコンからなる群から選択することが好ましい。この中では、できればセラミックスが好ましい。金属を用いた場合は、デバイス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おそれがあるからである。更に、セラミックスは加工精度が高いため、被処理物を載置する載置面１ａの平面度を精度良く仕上げることができるからである。
【００３３】
セラミックスの中では、均熱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ケイ素が好ましい。一方、信頼性を重視するならば、窒化アルミニウムや窒化ケイ素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。また、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。更に、ヒータ基板１が絶縁性であれば発熱体回路３との間に前述した絶縁シートを介在させる必要がなくなるため、コスト面や熱抵抗の観点からみると絶縁性である窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、または窒化ケイ素が好ましい。
【００３４】
本発明は、温度変更時の均熱性ならびに加熱／冷却時間の短縮を課題としているので、上記材料の中で、均熱性のための高熱伝導性と、温度変更に耐え得るための耐熱衝撃性、更には熱抵抗を少なくすることのできる絶縁性を有した材料である窒化アルミニウムが好適である。
【００３５】
ヒータユニット１０は、必要であれば、冷却ブロック２とヒータ基板１とを相対的に移動させて互いに当接／分離させる機構（図示せず）を取り入れても良い。例えば、冷却ブロック２のヒータ基板１に対向する面の反対側に、エアシリンダなどからなる昇降機構（図示せず）を設け、これを用いて冷却ブロック２を上下に移動させても良い。これにより、ヒータ基板１と冷却ブロック２とを、図２の（ａ）に示すように互いに分離させたり、図２の（ｂ）に示すように互いに当接させたりすることができる。
【００３６】
上記エアシリンダなどの昇降機構は、ヒータユニット１０の設置環境や許容される重量や寸法などの制約下で、なるべくヒータ基板１に接触する向きに働く推力が大きいことが好ましい。これにより、冷却ブロック２と背面板５の間の当接面に生じる熱抵抗を小さくすることができ、冷却所要時間が短縮されることはもちろん、局所的な熱抵抗を排除することで載置面１ａにおける均熱化が可能となる。具体的には、このエアシリンダなどの昇降機構の推力は、冷却ブロック２の重量以上であることが好ましい。
【００３７】
冷却ブロック２の主成分は熱伝導性の良い銅、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム、チタン、またはこれらを主成分とする合金（またはステンレス）からなる群から選択することが好ましい。特に銅は熱容量が大きいため、前述した当接／分離する構造を採用する場合に被冷却物から奪う熱量が大きく、高速に冷却するのに好適である。また、冷却ブロック２を構成する基体には、必要に応じて表面処理を行っても良い。かかる表面処理としては、耐食性、耐酸化性の高いニッケルめっきが望ましい。
【００３８】
冷却ブロック２には冷媒流路（図示せず）が形成されており、ここに冷媒を流通させることができる。この冷媒流路の形成方法には、金属製のパイプを用い、該パイプを冷却ブロック２を構成する基体と取付部品とを連結しているねじ等を用いて冷却ブロック２に機械的に連結させる方式（以下、パイプ方式と称する）がある。
【００３９】
その他、冷却ブロック２を構成する基体の片面に機械加工により流路となる溝を形成し、この流路を覆うように該基体と同成分の別の基体を重ね、これらの基体同士を例えばロウ付けなどの手段で一体化する方式もある。後者の方式では、流路となる溝を、互いに重ね合わせる２個の基体の内の片方にのみ加工しても良いし、向かい合う両方に加工しても良い。尚、パイプ方式に比べ流路となる溝を加工する方式の方が、冷媒が直接冷却ブロック２の基体に接するため、熱交換効率が高く高速に冷却するので好適である。
【００４０】
背面板５と冷却ブロック２の間には一定高さの介在層６が存在している。介在層６は、冷却ブロック２とヒータ基板１とが互いに当接する面（以降、当接面と称する）内で密度分布をもって配置されている。すなわち、介在層６は当接面の面方向に均一に配置されているのではなく、場所に応じて配置されていたり、配置されていなかったりしている（以降、このような面内の配置の度合いを配置密度とも称する）。例えば、ヒータ基板１の冷却においては、ヒータ基板１の内周部の表面積よりも外周部の表面積の方が広く熱放散し易いため、内周部に比較して外周部の方が早く冷える傾向にあるので、介在層６は特に外周部に比較して内周部が密になるように配置することが好ましい。
【００４１】
また、冷却ブロック２には、被処理物を支持するための支持ピンや、前述した温度センサを装着または挿通するざぐり穴や貫通孔（図示せず）が設けられているため、介在層６は、これらざぐり穴や貫通孔の周りが密になるように配置することが好ましい。なぜなら、冷却ブロック２にこれらざぐり穴や貫通孔が開いている場合、ヒータ基板１において当該ざぐり穴や貫通孔に対応する箇所は、冷却ブロック２に接触せずに局所的に冷えない部位となるため、それを相殺するためにざぐり穴や貫通孔周辺領域には他の領域よりも介在層６が密になるように配置することが好ましいからである。これにより、他の領域と同等の冷却速度が実現し、ウエハの載置面１ａ内の温度ばらつきが抑えられる。
【００４２】
更に冷却ブロック２には、前述した給電端子を挿通する貫通孔（図示せず）が設けられているため、介在層６は、これら貫通孔の周りも密になるように配置することが好ましい。なぜなら、ヒータ加熱時における給電端子からの熱逃げを相殺することを目的として給電部位の発熱密度は高く設計されているため、被処理物が載置された時や冷却終了後の温度安定化の際の過渡的な発熱時において、当該給電部位が他部位に比較して相対的に発熱量が増えるからである。すなわち、給電端子を挿通する貫通孔周辺に介在層６を密に配置することにより、上記過渡的な発熱量を相殺することが可能となる。
【００４３】
介在層６の形状は、適切な密度分布をもって一定高さで配置することができるのであれば特に限定されるものでなく、円形や四角形であっても良いし、リング状やその他の形状であっても良い。密度分布は、例えば複数の円形状の介在層６を面内でドット状に分散させたり、１枚のシート状の介在層６に１個または複数個の穴を開けたりすることで実現可能となる。あるいはこれらドット状の介在層６とシート状の介在層６を組み合わせても良い。上記ドットや穴の大きさは、その設置場所に応じて適宜変更することができる。
【００４４】
例えば、図３には、貫通孔周りを除く内周部に円形のシート状介在層６ａを一枚配置し、貫通孔周りを除く外周部に扇形や三角形のシート状介在層６ｂを複数枚配置し、温度センサを挿通する貫通孔周りに介在層６ｃを、支持ピンを挿通する貫通孔周りに介在層６ｄを、給電端子を挿通する貫通孔周りに介在層６ｅをそれぞれ密に配置した例が示されている。また、図４には、これら貫通孔周りに介在層が一定高さで密に配置されている様子を示す概略の部分断面図を、介在層６ｄを例にとって示している。
【００４５】
また、図５には、貫通孔周りを除く内周部に円形のシート状介在層６ａを一枚配置し、貫通孔周りを除く外周部にドット形のシート状介在層６ｆを複数枚配置した例が示されている。図５にも図３と同様に介在層６ｃおよび介在層６ｄが配置されているが、給電端子を挿通する貫通孔周りには扇形の介在層６ｇが配置されている。尚、介在層６の形状や密度分布の状態などは図３および図５に示すものに限定されず、発熱体回路３の発熱密度や外部環境などによって適宜変更することができる。
【００４６】
介在層６を配置する場所は、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面でも良いし、背面板５上の冷却ブロック２に対向する面でも良い。あるいは、その両面でも良い。好ましい配置場所は、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面である。なぜなら、背面板５上の冷却ブロック２に対向する面では、介在層６に常に発熱体回路３から熱負荷が加わるので、熱履歴によって介在層６が損耗し易いからである。また、発熱体回路３の使用温度によっては、連続的に使用される介在層６の耐熱性の観点から、介在層６の仕様やその取り付け方法が特定のものに限定されてしまうからである。
【００４７】
介在層６の材質は、発泡金属あるいは金属メッシュ、グラファイトシート、フッ素樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂等の耐熱性を有するものが好ましい。また、介在層６は熱伝導率が高いことが望ましい。特に、熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であれば、熱抵抗が大きくなり冷却速度が遅くなってしまうためである。尚、例えばカーボンなどの熱伝導フィラーを含有した樹脂を用いることが好ましく、これにより熱抵抗が小さくなり高速に冷却することができる。
【００４８】
更に、介在層６は柔軟性を有していることが好ましい。柔軟性がなければ、冷却ブロック２を背面板５に当接させた際、両当接面の平面度に起因して良好に密着できず、局所的に空隙が残ることになり、結果的に冷却時の温度ばらつきを抑えることができなくなるからである。これに対して、介在層６が柔軟性を有していれば、背面板５および冷却ブロック２の当接面の平面度や、機械加工によって発生する部分的な凹凸、突起、傷、ばり、かえり、異物などの表面状態を吸収することができる。このような材質としては、上述した中でも特にシリコーン樹脂が好ましい。
【００４９】
介在層６の厚みは、ヒータモジュール上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度の和よりも厚いことが好ましく、０.１ｍｍ〜３ｍｍ以内であれば更に好ましい。０.１ｍｍを下回ると、ヒータモジュール上の冷却ブロック２に対する面の平面度および冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度の総和を０.１ｍｍ未満にしなければ局所的な空隙を生じさせることになり好ましくない上、このように平面度に厳密な管理が必要であることは、機械加工精度やコストの観点から量産性に適さないからである。また、介在層６自体の厚みも薄くなりすぎてハンドリングが困難になるなど、安定して製造することに支障をきたすためである。一方、３ｍｍを越えると冷却時の熱抵抗が増え過ぎ、冷却速度が遅くなる上、ヒータユニット１０をコンパクトにする上で律速となり得るためである。
【００５０】
背面板５上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面の平面度は、各々０.５ｍｍ以下にすることが好ましい。０.５ｍｍを超えると、介在層６との接触性の維持が困難なことと、接触性を維持するために介在層６を厚くすることがかえって熱抵抗を増大させ、冷却速度が遅くなる恐れがあるためである。尚、背面板５上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面の平面度の総和が０.１ｍｍ以下であれば好適である。このようにすることにより、介在層６の厚みは理論上０.１ｍｍまで薄くすることができ、そうすることで熱抵抗が小さく高速で冷却できるようになるためである。
【００５１】
更に、介在層６を配置する領域の面積は冷却ブロック２上のヒータ基板１に対向する面の面積の１０％以上９０％以下であることが好ましい。これは１０％未満であれば当接面積が小さくなりすぎて冷却速度が遅くなるためである。また、９０％を超える場合においては、面内で必要な配置分布を実現することが困難になるためである。
【００５２】
介在層６の取り付け方法としては、固定できるのであれば特に制約はないが、例えば、接着剤、両面テープ、粘着性樹脂などの接着手段を用いて取り付けることができる。これら接着手段の中でも、薄く、熱伝導率が高く、熱抵抗が小さいものが望ましい。また、シート等ある程度の大きさを有するものの場合は、ねじ止めなどの結合手段により機械的に固定しても構わない。
【００５３】
次に、本発明のヒータ基板１の製造方法を、窒化アルミニウムの場合を例にとり詳述する。ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２.０〜５.０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２.０ｍ２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５.０ｍ２／ｇを越えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取り扱いが困難になる。更に、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％を越えると、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００５４】
また、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。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ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ので、これらの含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、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、焼結中に窒化アルミニウム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ともに、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、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。
【００５６】
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い。その添加量は、０.０１〜５ｗｔ％が好ましい。０.０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、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るので、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、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％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。
【００５７】
また、希土類元素化合物には、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り好ましい。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、窒化アルミニウム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、混合性が高くなるので特に好適である。
【００５８】
次に、これら窒化アルミニウム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、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。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得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。
【００５９】
先ず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライヤー等の手法によって乾燥させて顆粒を作製する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、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、ハンドリングなどで破損し易くなる。
【００６０】
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／ｃｍ３以上であることが好ましい。１.５ｇ／ｃｍ３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、成形体の密度は、２.５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。２.５ｇ／ｃｍ３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困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００６１】
次に、前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、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。脱脂処理の加熱温度は、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ので、脱脂処理後の積層体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボン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、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００６２】
また、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、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００６３】
次いで焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、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るので、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。
【００６４】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に焼結体が収縮する際の治具と焼結体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪の少ない焼結体を得ることができる。得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。これにより、ヒータ基板１となるセラミックス焼結体が得られる。
【００６５】
尚、被処理物を載置する載置面の表面粗さはＲａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ヒータ基板１と被処理物との摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、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。この表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば更に好適である。
【００６６】
発熱体回路３を形成する場合は、上記セラミックス燒結体に、例えばスクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、脱脂後、焼成する。導体ペーストは、金属粉末と、必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと、溶剤とを混合することにより得ることができる。また、形成した発熱体回路３の絶縁性を確保するために電気絶縁シート４を形成する場合は、発熱体回路３の上に、例えばスクリーン印刷により結晶化ガラス等をペースト状にしたものを塗布し、必要に応じて脱脂後、焼成する。
【００６７】
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート形成する。シート形成に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。
【００６８】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導体ペーストは、ポストメタライズ法で使用するものと同じものを用いることができる。但し、コファイアー法では、導体ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。
【００６９】
次に、回路形成を行ったシートおよび回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変化する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化させる。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変化量が大きくなりすぎる。
【００７０】
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理および焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した導体ペーストをシートに印刷する際に、複数の電気回路を有する通電発熱ヒータを作製することも可能である。このようにして、ヒータ基板１および発熱体回路３からなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００７１】
尚、発熱体回路３などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合は、電気回路の保護および絶縁性、並びに酸化防止などを目的として、前述のポストメタライズ法と同様に、電気回路の上に電気絶縁シート４を形成することができる。
【００７２】
以上説明した本発明によるヒータユニットは、半導体製造・検査装置、また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。これにより、従来の装置よりも高速に昇降温させることができ、且つヒータの温度分布がより均一になり、半導体やフラットディスプレイパネルの性能、歩留まり、信頼性の向上が図れる。また、従来の装置よりも熱処理工程の所要時間が短縮化され、半導体やフラットディスプレイパネルの生産性向上が図れる。
【００７３】
以上、本発明のヒータユニットを実施形態に基づいて説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能であることを理解すべきである。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲およびその均等物に及ぶものである。
【実施例】
【００７４】
［実施例１］
本発明に係る実施例として、図１に示したヒータユニット１０を以下の方法で作製した。セラミック製のヒータ基板１としては、１００重量部の窒化アルミニウム粉末と、０.５重量部のＹ２Ｏ３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライヤーにより顆粒を作製後、プレス成形し、７００℃窒素雰囲気下で脱脂し、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結し、窒化アルミニウム焼結体を作製した。尚、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０.６μｍ、比表面積３.４ｍ２／ｇのものを使用した。前記窒化アルミニウム焼結体を加工し、直径３３０ｍｍ、厚さ６ｍｍとした。
【００７５】
また、発熱体回路３にはステンレス箔をエッチングによりパターニングしたものを用い、電気絶縁シート４にはマイカを用いた。背面板５にはタフピッチ銅に加工を施し、直径３３０ｍｍ、厚さ３ｍｍとした上でＮｉめっきを施した。尚、発熱体回路３のパターンは、図６の（ａ）に示すような、発熱密度が外周に比較して内周が密なセンターホットパターンとした。これらを平面方向への２つのプレートの熱膨張吸収のためのベアリングを備えたねじを用いて機械的に連結し、ヒータモジュールとした。
【００７６】
次に、冷却ブロック２として、直径３３０ｍｍ、厚さ４ｍｍと８ｍｍの無酸素銅の金属板を用意した。この内、８ｍｍの銅板に流路となる溝加工を施し、更には給電端子やセンサ、ウエハ支持ピンを挿通させる貫通孔などを設けた。厚さ４ｍｍの銅板についても溝加工を除いて同様の加工を施した上で、これら２枚をロウ付けにより一体化した。その際、流路の出入り口となる部位に、系外の流路と連結させるためのコネクタとして、ステンレスに加工を施した部品をロウ付けにより設けた。
【００７７】
これらヒータモジュールと冷却ブロック２を所定形状の容器に取り付けた。冷却ブロック２上の背面板５に対向する面には、後述する介在層６を配置できるようにした。更に冷却ブロック２には、ヒータモジュールの背面板５に対して当接、分離可能とするため、エアシリンダを取り付けた。ここで、容器の枠部の真円度を機械加工により０.１ｍｍ以下まで仕上げた。
【００７８】
ヒータモジュールは容器の中心にセットし、ヒータモジュールと容器の枠部との同軸度を０.１ｍｍ以内になるようにした。このようにすることにより、ヒータモジュールの熱が局所的に容器に奪われて均熱性を阻害するようなことをなくした。また、容器は上記ヒータモジュール並びに冷却ブロック２を取り付けても歪まないように機械的強度のあるステンレス製とした。更に、ヒータに通電するための給電端子並びにケーブル、温度センサを取り付けた。
【００７９】
介在層６には厚み０.５ｍｍのシリコーン樹脂シートを使用した。これを加工して、下記表１に示すように、面方向の密度分布が互いに異なる５種類の介在層６を作製した。これら５種類の介在層６をそれぞれ冷却ブロック２に配置した５ケース（ケース１〜５）について、後述する方法でヒータユニットを評価した。更に、比較のため、介在層６を配置しないケース（ケース６）と、介在層６を内外周問わず全面に配置したケース（ケース７）についても同様の評価を行った。尚、表１において、内周部とは中心〜直径２４０ｍｍ（４５２４０ｍｍ２）の領域をいい、外周部とは直径２４０ｍｍ〜直径３２８ｍｍ（３９２６０ｍｍ２）の領域をいう。
【００８０】
先ず、冷却ブロック２をヒータモジュールから分離させた状態でヒータに通電し、１８０℃まで加熱した。その状態で、公知のウエハ温度計をヒータモジュールのウエハ載置面に載置しウエハ面内の温度分布を計測した。
【００８１】
温度が安定した状態になると、エアシリンダを利用して冷却ブロック２をヒータモジュールの背面板５に当接させて冷却し、ヒータモジュールに取り付けられた温度センサの指示値が１３０℃となった瞬間に冷却ブロック２をヒータモジュールから分離するようにした。そして、１３０℃に到達した後、ヒータを安定させるためにヒータモジュールに電力を印加し、３０秒後の均熱レンジ（載置面の最高温部と最低温部の温度差）を測定し、介在層６の面方向の配置密度分布（冷却ブロック２と背面板５の接触密度分布）と均熱性の相関についてデータを取得した。これらの結果を下記の表１に示す。尚、表１〜３の評価欄における○は均熱性が比較例に比べて優れていることを示し、◎は極めて優れていることを示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
この結果から分るように、比較例のケース６では１３０℃に到達後、ヒータ温度を安定させるための電力を印加してから３０秒後のウエハ面内均熱レンジは１６.２℃と大きかった。これは、その面内分布は、ヒータモジュール上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度に依存して、これらが互いに接触する箇所は過度に冷え、空隙が生じる領域は冷えずに温度が高いことによる。すなわち、製造ばらつきなどにより当接面の平面度が変われば、冷却終了中、また終了後の面内温度分布もばらつくことを意味する。
【００８４】
また、比較例のケース７のウエハ面内均熱レンジは６.１℃であり、本実施例の温度分布はセンターホットであったことから、冷却中に外周部が内周部に比較してよく冷えていることが分る。これは、冷却ブロック２の当接に伴うヒータ基板１の冷却には、ヒータ基板１から冷却ブロック２への熱移動のほかに、ヒータからの放熱があり、特に表面積が広い外周部が内周部に比較してより多く放熱することによるものと考えられる。
【００８５】
これらに対し、介在層６の配置密度が内外周で異なるケース１〜５においては、内周部に比較して外周部の配置密度を低くすることで、均熱レンジの減少が認められた。特に、外周部の配置密度が面積比率で７０〜８０％となるように配置したケース３および４については、均熱レンジが１.３〜１.７℃と非常に良好な値を示した。尚、この時の温度分布はセンターホットでもセンタークールでもなく、被処理物を支持する支持ピンや温度センサを挿通する貫通孔、また給電のための給電配線を挿通する貫通孔近傍が相対的に低い温度を示していた。
【００８６】
［実施例２］
発熱体回路３のパターンを、図６の（ｂ）に示すような、内周部の発熱密度に比較して外周部の発熱密度が密なセンタークールパターンとした以外は実施例１と同様にして、介在層６の面方向の密度分布が互いに異なる５ケース（ケース８〜１２）、並びに比較のため介在層６を配置しないケース（ケース１３）および介在層６を内外周問わず全面に配置したケース（ケース１４）について評価を行った。これらの結果を下記の表２に示す。
【００８７】
【表２】
【００８８】
この結果から分るように、比較例のケース１３ではセンターホットパターンのときと同様に、均熱レンジは極めて大きく、その温度分布はヒータモジュール上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度に依存していた。すなわち、これらが互いに接触する箇所は過度に冷え、空隙が生じる領域は冷えずに温度が高かった。比較例のケース１４においても、センターホットパターンのときと同様の結果であったが、センターホットパターンに比較して僅かに均熱レンジが減少しているのは、冷却中にヒータの特に表面積の大きい外周部からの熱放散を補うように外周の発熱密度が高く設計されていることによるものと思われる。
【００８９】
これらに対し、介在層６を配置密度を内外周で分布させたケース８〜１２においては、外周部に比較して内周部の配置密度を低くすることで、均熱レンジの減少が認められた。特に、内周部の配置密度が面積比率で７０〜８０％となるように配置したケース１０および１１については、均熱レンジが１.２〜１.５℃と非常に良い値を示した。尚、この時の温度分布はセンターホットパターンのときと同様に、センターホットでもセンタークールでもなく、被処理物を支持する支持ピンや温度センサを挿通する貫通孔、また給電のための給電配線線を挿通する貫通孔近傍が相対的に低い温度を示していた。
【００９０】
［実施例３］
発熱体回路３のパターンを、図６の（ｃ）に示すような、内周部と外周部とで発熱密度が同等な均等パターンとした以外は実施例１と同様にして、介在層６の面方向の密度分布が互いに異なる５ケース（ケース１５〜１９）、並びに比較のため介在層６を配置しないケース（ケース２０）および介在層６を内外周問わず全面に配置したケース（ケース２１）について評価を行った。これらの結果を下記の表３に示す。
【００９１】
【表３】
【００９２】
この結果から分るように、比較例のケース２０については、均熱レンジ、温度分布ともに実施例１および２のケース６および１３とほぼ同様の結果であった。比較例のケース２１においても実施例１および２のケース７および１４とほぼ同様の結果であった。
【００９３】
これに対し、介在層６の配置密度が内外周で異なるケース１５〜１９においては、内周部に比較して外周部の配置密度を低くすることで、均熱レンジの減少が認められた。これは、実施例１および２のケース７および１４と同様のメカニズムと想定されるが、冷却中にヒータの特に表面積の大きい外周部からの熱放散することから、冷却中は相対的に内周部よりも外周部がよく冷えることが分っている。そのため、介在層６の配置密度を相対的に外周部よりも内周部を密にする（内周部よりも外周部を疎にする）ことで、均衡を保つ結果になったと思われる。
【００９４】
［実施例４］
実施例１〜３では、発熱体回路３の発熱密度分布を相殺するように、すなわち発熱密度が面内において相対的に高い領域においては介在層６の配置密度を相対的に密に、発熱密度が面内において相対的に低い領域においては介在層６の配置密度を相対的に疎にすることにより、冷却終了後にヒータ温度を安定させるために電力を印加した後の均熱レンジが減少することが分った。
【００９５】
ここで、更なる均熱性の向上のため、実施例１〜３で発熱体回路３の密度分布と介在層６の配置密度分布を凡そ最適化した結果、支持ピンや温度センサを挿通する貫通孔、および給電配線を挿通する貫通孔近傍の温度が相対的に低くなった点に着目し、内外周の密度分布の他に、前述した貫通孔近傍の配置密度分布を変えることで温度変更直後の均熱特性の向上を図るための検証をした。
【００９６】
実施例１で発熱体回路３をセンターホットパターンとし、介在層６の配置密度分布を内周部を１００％、外周部を８０％としたケース４の構造を基準にして、介在層６の配置密度を局所的に変更したヒータモジュールを作製し（ケース２２〜２８）、実施例１と同じ評価を実施した。密度の局所的な変更箇所は、図３に示すように、温度センサを挿通する貫通孔近傍、被処理物を支持ピンを挿通する貫通孔近傍、給電端子および給電配線を挿通する貫通孔近傍の３箇所とした。
【００９７】
これら３箇所は何れも冷却ブロック２を背面板５に当接した際、物理的に接触することのない箇所である。そのため、当該箇所は貫通孔などが設けられていない他の接触領域に比較して相対的に冷却中の温度が高くなり、面内温度分布を阻害する要因となり得るのである。
【００９８】
そして、実施例１と同様の評価をし、各々の貫通孔近傍の配置密度の増減と、ヒータを安定させるためにヒータユニットに電力を印加してから３０秒後の均熱レンジを測定した結果を下記の表４に示す。尚、評価欄の評価はケース４の均熱レンジを基準にしており、○はケース４に比べて優れていることを、◎はケース４に比べて極めて優れていることを、△はケース４に比べて若干劣っていることを示す。
【００９９】
【表４】
【０１００】
この結果から分るように、何れも当接する冷却ブロック２に各部品を挿通するための貫通孔が設けられていて、当該箇所は物理的にヒータ基板１の冷却ブロック２との当接面には接触しないことから、冷却時に他の箇所と比較して冷え難い。そのため、何れの実験においても、貫通孔近傍の配置密度を増やすことで、ヒータユニットの温度を安定させるための電力印加後の均熱レンジは僅かに減少した。更に、これらを組み合わせたケース２８では、電力印加３０秒後の均熱レンジが０.３℃と大幅に減少させることができた。
【０１０１】
これは、各貫通孔近傍の配置密度を高めることで、物理的に接触せずに冷却時に冷え難かった領域、特にこの現象が顕著である上記３箇所の貫通孔近傍全てを積極的に冷却するようにできたことによるものと、電力印加後の局所的に過度に発熱する部位、例えば、給電端子近傍を予め過度に冷却しておくことで、これを相殺することができたものと考えられる。なぜなら、給電端子は一定の熱容量を持つ上、電力印加のための動力線などを介してヒータユニット系外の電源装置に接続されるため、この動力線などを介して間接的に外気に触れることでより多く熱放散する。このような熱逃げを考慮して、予め給電端子近傍の発熱パターンは発熱密度を上げて作製されているため、この部位周りの介在層６の配置密度を高めることが、均熱化の点において効果的であったと考えられる。
【符号の説明】
【０１０２】
１ ヒータ基板
２ 冷却ブロック
３ 発熱体回路
４ 電気絶縁シート
５ 背面板
６ 介在層
１０ ヒータユニット
【技術分野】
【０００１】
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およびそれを搭載した製造・検査装置に関するものであり、特にフォトリソグラフィ工程やプローバ検査工程で用いる加熱処理装置、または半導体基板の最終検査工程で用いる加熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加熱物を載置してこれを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（以下、均熱性とも称する）が要求されるものとして、半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産において半導体基板やガラス基板などの加熱に利用されるヒータユニットが挙げられる。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用いられたり、あるいは基板の検査工程を所望の温度で行うための昇温に用いられたりしている。
【０００３】
このように複数の処理工程を１台のヒータユニットを用いて処理する場合は、通常、以下のような手順で行われる。まず、低温状態にあるヒータユニットの発熱体回路に通電して昇温した後、被加熱物をヒータユニットの載置面に載置して被加熱物を昇温する。所定の温度に到達すると、この温度を維持しながら被加熱物の処理を行う。この処理が終わると、載置面から被加熱物を取り出し、次の被加熱物を載置面に載置する。所定枚数の処理が完了すると、別工程の処理を行うため、ヒータユニットの温度条件を変更する。変更後の温度条件が安定すると、別工程の被加熱物をヒータ基板上に搭載し、以降は同様に処理を行う。
【０００４】
ところで、半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産では、連続操業による大量生産によって製品を低価格化することが競われており、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。従って、１台のヒータユニットを用いて複数の工程を処理しながら高いスループットを得るには、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）を短くしていく必要がある。
【０００５】
このため、すでに本発明者らは、ヒータ基板と冷却ブロックとからなるヒータユニットにおいて、所定の熱容量を有する冷却ブロックをヒータ基板に対して相対的に移動可能とすることによって、加熱時は冷却ブロックをヒータ基板から分離させて急速昇温し、冷却時は加熱されたヒータ基板に冷却ブロックを当接させてヒータ基板およびこのヒータ基板に載置した被加熱物を急速冷却する発明を行なった（特許文献１）。これにより加熱処理に要する時間を低減することができた。
【０００６】
上記発明によって、被加熱物の温度を短時間で冷却することが可能になったものの、冷却後に次の被加熱物をヒータ基板に載置するには、冷却時に生じる載置面内の温度ばらつきが収束してヒータ基板の温度が載置面の全面に亘ってほぼ均一になるまで待つ必要があった。
【０００７】
そこで、本発明者らは冷却ブロックとヒータ基板の間に介在層を配置することにより、上記した温度変更時におけるヒータ基板の載置面内の温度ばらつきを少なくし、所定の温度に達した後に速やかに次の処理条件で被処理物を加熱処理することができる発明を行った（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開第２００４−０１４６５５号公報
【特許文献２】特開第２００７−０５９１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、介在層を冷却ブロックとヒータ基板の間に配置すると、この介在層が冷却の際に熱抵抗となり、冷却所要時間が長くかかることがあった。また、給電のための給電端子や被処理物を支持する支持ピンなどを実装または挿通するために冷却ブロック及びヒータ基板には穴などが設けられており、これらの部位はヒータ基板に物理的に当接しないため効果的に冷やすことができず、冷却時に生じる載置面内での温度ばらつきの低減には限界があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、冷却時の均熱性を従来と同様、あるいは従来よりも良好に維持しながら温度変更速度を速めるとともに、冷却終了後にヒータの温度を安定させるまでに要する時間を短縮することによって次の被処理物を速やかに載置することができるようにし、スループットの向上を図ることを目的としている。
【００１１】
その改善により、特に半導体装置やフラットディスプレイパネルの製造プロセスにおいて、温度条件変更後に速やかに次の条件で加熱処理を実施すること、また、高い面内均熱性を達成することで、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を目的としている。更には、この加熱処理工程を経て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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ヒータ基板と冷却ブロックとを備えたヒータユニットにおいてこれら冷却ブロックとヒータ基板の間に一定高さの介在層を配置するに際し、介在層を面内で密度分布をもって配置することによって、面内の均熱性を阻害することなく且つ冷却所要時間を犠牲にすることなく速やかに温度を変更し、温度変更後に被処理物を載置し得るまでに要する時間を短縮し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明が提供するヒータユニットは、被処理物を載置して処理するための載置面を有したヒータ基板と、前記ヒータ基板を冷却する冷却ブロックとを備えており、前記ヒータ基板と前記冷却ブロックとの間に介在層が存在しており、前記介在層は、前記ヒータ基板の加熱時に相対的に高温部となる領域が、相対的に低温部となる領域に比べて高密度となるような密度分布をもって配置されていることを特徴としている。
【００１４】
上記本発明のヒータユニットにおいては、前記冷却ブロックにおいて前記ヒータ基板に対向する面に形成されたざぐり穴または貫通孔近傍には、前記介在層が相対的に高密度に存在していることが好ましい。
【００１５】
また、上記本発明のヒータユニットにおいては、前記冷却ブロックは、前記ヒータ基板の冷却時には前記ヒータ基板に接触し、前記ヒータ基板の加熱時には前記ヒータ基板から離間することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷却所要時間を犠牲にすることなく冷却時に生じる載置面内の温度ばらつきを低減することが可能となる上、温度変更後に被処理物を載置するまでの時間を短縮することが可能となるので、スループットの向上を図ることができる。
【００１７】
その結果、特に半導体装置やフラットディスプレイパネルの製造プロセスにおいては、温度条件変更後に速やかに次の処理条件で加熱処理することができる。また高い面内均熱性を達成することで、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。このように、本発明のヒータユニットを用いて半導体装置やフラットディスプレイパネルなどの被処理物を製造した場合は、生産性、性能、歩留まり、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のヒータユニットの一具体例を示す概略の断面図である。
【図２】図１のヒータユニットの離間及び当接状態を模式的に示す概略の断面図である。
【図３】本発明のヒータユニットが有する介在層の一配置例を示す平面図である。
【図４】冷却ブロックの貫通孔周りに介在層を密に配置した例を示す部分断面図である。
【図５】本発明のヒータユニットが有する介在層の他の配置例を示す平面図である。
【図６】発熱体回路の発熱密度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明のヒータユニット１０の一具体例を示す概略の断面図であり、半導体ウエハなどの被処理物を載置して処理するための載置面１ａを有したヒータ基板１と、このヒータ基板１を冷却する冷却ブロック２とを備えている。
【００２０】
ヒータ基板１には、被処理物が載置される載置面１ａに対して反対側の面（以下、ヒータ基板１の裏面と称する）に発熱体回路３が設けられており、この発熱体回路３に給電するための給電配線（図示せず）や、ヒータ基板１の温度をモニタするための温度センサ（図示せず）が接続されている。発熱体回路３は、例えばステンレスやニッケル−クロム箔をエッチングすることによって渦巻状等のヒータパターンで配設される。
【００２１】
この発熱体回路３は、ヒータ基板１の面内で密度分布をもって配設することができる。例えば、被処理物の反りなどにより、ヒータ基板１の載置面１ａと被処理物との間に空隙が生じることが予想される場合は、当該空隙が生じる領域の単位面積当たりの発熱量（以降、発熱密度と称する）が他の領域に比べて高くなるように発熱体回路３を配設することで、面内の温度分布を均一化させることができる。
【００２２】
また、ヒータ基板１は、載置面１ａ上の被処理物が載置されない領域や側面からの放熱が比較的多いため、その放熱を補うために外周部の発熱密度が高くなるように配設することによっても、面内の温度分布を均一化させることができる。このように発熱密度を局所的に異なるように発熱体回路３を配置することは、単一の発熱体回路３だけでも実現可能であるが、裏面上に複数の発熱体回路３を、例えば内周部と外周部に分けて設けたり、内周部や外周部を更に周方向に分割して設けたりすることでも実現可能である。
【００２３】
ヒータ基板１の裏面側には、更に電気絶縁シート４および押さえ板としての背面板５が配設されている（以降、これらヒータ基板１、発熱体回路３、電気絶縁シート４および背面板５をまとめてヒータモジュールと称する）。比較的強度のある背面板５とヒータ基板１は、電気絶縁シート４をこれらの間に介在させて例えばねじ等を用いて機械的に連結されている。電気絶縁シート４は可能な限り高熱伝導率のものを使用することが望ましい。電気絶縁シート４の熱伝導率が高ければ、発熱体回路３の構造や環境などの要因により生じる面内の温度分布を小さくすることができ、均熱性の高いヒータユニット１０を提供することができるからである。
【００２４】
また、発熱体回路３の熱をヒータ基板１の裏面側で良好に拡散させるため、電気絶縁シート４には柔軟な材質を用いることが好ましい。電気絶縁シート４がヒータ基板１や背面板５に比較して柔軟であれば、それぞれの平面度などにより生じる僅かな空隙を埋めることができ、局所的な熱抵抗を排除することで背面板５の熱伝導、熱容量の効果を最大限に引き出し、均熱性が高く、環境などの外乱に対して安定性のあるヒータユニット１０を提供することができるからである。尚、面の平面度とは、当該面を間に挟む互いに平行な２つの平面の内、それらが離間する距離が最も短い２平面を想定したときの、その２平面間の距離のことをいう。
【００２５】
電気絶縁シート４は、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、セラミックス繊維シート、マイカなどから選択することができる。シリコーン樹脂は前述の通り柔軟性を活かしたヒータ特性の向上に寄与することができ、フッ素樹脂やポリイミド樹脂、セラミックス繊維シート、マイカなどは２００℃を超える温度域であっても用いることができる。特にマイカは５００℃を越える温度域であっても用いることができる上、電気絶縁性に優れることから高温域で用いるのに好適である。
【００２６】
この場合、マイカと発熱体回路３は熱圧着により一体化させることができる。一体化することにより、互いの密着性が増し、これらの界面での熱抵抗を下げることができる。すなわち、局所的な熱抵抗を排除することで背面板５の熱伝導、熱容量の効果を最大限に引き出すことが可能となる。更に、一体化することによって、発熱体回路３が熱的な環境負荷の影響を受けて膨張収縮を繰り返す状況にあっても、平面方向の位置ずれなどが生じにくくなり、信頼性の高いヒータユニット１０を提供することができる。尚、電気絶縁シート４は、ヒータ基板１の裏面に配設された例えば渦巻状の発熱体回路３の上にコーティングすることによって形成しても良い。
【００２７】
電気絶縁シート４と背面板５との間、または発熱体回路３とヒータ基板１との間にヒータ基板１や背面板５に比較して柔軟で平面方向の熱伝導率が高い高熱伝導シート（図示せず）を配置しても良い。この高熱伝導シートには、例えば、熱伝導率１００〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミシート、熱伝導率４００Ｗ／ｍ・Ｋの銅シート、熱伝導率２００〜１７００Ｗ／ｍ・Ｋのグラファイトシートを用いることができる。
【００２８】
尚、ヒータ基板１が導電性である場合、若しくは前述した高熱伝導シートが導電性材料で形成され且つ発熱体回路３とヒータ基板１との間に配置される場合は、発熱体回路３との絶縁を確保するための絶縁シートを、前者の場合は発熱体回路３とヒータ基板１の間、後者の場合は発熱体回路３と高熱伝導シートの間に装填することになる。
【００２９】
ヒータ基板１の厚さは、熱容量を低減して温度変更に掛かる所要時間を短縮化するため、薄く形成されている。このように、ヒータ基板１を薄く形成することによって温度変更の高速化を図ることができるものの、載置面１ａでの均熱性が損なわれることがある。そのため、ヒータ基板１と発熱体回路３の真下に設けられる背面板５は、特に熱伝導性の良いものが望ましい。また、前述したヒータ基板１と背面板５とを連結させるねじにはベアリングを備えることが好ましい。
【００３０】
これにより、当該ねじの軸方向では、ヒータ基板１と背面板５とが相対的に移動することのないように固定されるとともに、軸方向に交差する方向では、ベアリングによってヒータ基板１と背面板５とが互いに滑動自在となるため、ヒータ基板１と背面板５の熱膨張差を吸収することができ、ヒータ基板１と背面板５が互いの熱膨張差で平面度に反りなどの変化を発生させることがなくなり、良好な熱伝導が保たれる。
【００３１】
背面板５に使用する熱伝導性の良い材質には、例えば、熱伝導率１００〜２４０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム板、熱伝導率４００Ｗ／ｍ・Ｋの銅板、またはそれらの何れかを含む熱伝導率２００〜７００Ｗ／ｍ・Ｋの合金などの金属や、熱伝導率１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム、熱伝導率２００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋの炭化ケイ素などのセラミックス、またはこれらセラミックスと金属からなるセラミックス金属複合体などがある。
【００３２】
ヒータ基板１の主成分は窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコンからなる群から選択することが好ましい。この中では、できればセラミックスが好ましい。金属を用いた場合は、デバイス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おそれがあるからである。更に、セラミックスは加工精度が高いため、被処理物を載置する載置面１ａの平面度を精度良く仕上げることができるからである。
【００３３】
セラミックスの中では、均熱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ケイ素が好ましい。一方、信頼性を重視するならば、窒化アルミニウムや窒化ケイ素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。また、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。更に、ヒータ基板１が絶縁性であれば発熱体回路３との間に前述した絶縁シートを介在させる必要がなくなるため、コスト面や熱抵抗の観点からみると絶縁性である窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、または窒化ケイ素が好ましい。
【００３４】
本発明は、温度変更時の均熱性ならびに加熱／冷却時間の短縮を課題としているので、上記材料の中で、均熱性のための高熱伝導性と、温度変更に耐え得るための耐熱衝撃性、更には熱抵抗を少なくすることのできる絶縁性を有した材料である窒化アルミニウムが好適である。
【００３５】
ヒータユニット１０は、必要であれば、冷却ブロック２とヒータ基板１とを相対的に移動させて互いに当接／分離させる機構（図示せず）を取り入れても良い。例えば、冷却ブロック２のヒータ基板１に対向する面の反対側に、エアシリンダなどからなる昇降機構（図示せず）を設け、これを用いて冷却ブロック２を上下に移動させても良い。これにより、ヒータ基板１と冷却ブロック２とを、図２の（ａ）に示すように互いに分離させたり、図２の（ｂ）に示すように互いに当接させたりすることができる。
【００３６】
上記エアシリンダなどの昇降機構は、ヒータユニット１０の設置環境や許容される重量や寸法などの制約下で、なるべくヒータ基板１に接触する向きに働く推力が大きいことが好ましい。これにより、冷却ブロック２と背面板５の間の当接面に生じる熱抵抗を小さくすることができ、冷却所要時間が短縮されることはもちろん、局所的な熱抵抗を排除することで載置面１ａにおける均熱化が可能となる。具体的には、このエアシリンダなどの昇降機構の推力は、冷却ブロック２の重量以上であることが好ましい。
【００３７】
冷却ブロック２の主成分は熱伝導性の良い銅、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム、チタン、またはこれらを主成分とする合金（またはステンレス）からなる群から選択することが好ましい。特に銅は熱容量が大きいため、前述した当接／分離する構造を採用する場合に被冷却物から奪う熱量が大きく、高速に冷却するのに好適である。また、冷却ブロック２を構成する基体には、必要に応じて表面処理を行っても良い。かかる表面処理としては、耐食性、耐酸化性の高いニッケルめっきが望ましい。
【００３８】
冷却ブロック２には冷媒流路（図示せず）が形成されており、ここに冷媒を流通させることができる。この冷媒流路の形成方法には、金属製のパイプを用い、該パイプを冷却ブロック２を構成する基体と取付部品とを連結しているねじ等を用いて冷却ブロック２に機械的に連結させる方式（以下、パイプ方式と称する）がある。
【００３９】
その他、冷却ブロック２を構成する基体の片面に機械加工により流路となる溝を形成し、この流路を覆うように該基体と同成分の別の基体を重ね、これらの基体同士を例えばロウ付けなどの手段で一体化する方式もある。後者の方式では、流路となる溝を、互いに重ね合わせる２個の基体の内の片方にのみ加工しても良いし、向かい合う両方に加工しても良い。尚、パイプ方式に比べ流路となる溝を加工する方式の方が、冷媒が直接冷却ブロック２の基体に接するため、熱交換効率が高く高速に冷却するので好適である。
【００４０】
背面板５と冷却ブロック２の間には一定高さの介在層６が存在している。介在層６は、冷却ブロック２とヒータ基板１とが互いに当接する面（以降、当接面と称する）内で密度分布をもって配置されている。すなわち、介在層６は当接面の面方向に均一に配置されているのではなく、場所に応じて配置されていたり、配置されていなかったりしている（以降、このような面内の配置の度合いを配置密度とも称する）。例えば、ヒータ基板１の冷却においては、ヒータ基板１の内周部の表面積よりも外周部の表面積の方が広く熱放散し易いため、内周部に比較して外周部の方が早く冷える傾向にあるので、介在層６は特に外周部に比較して内周部が密になるように配置することが好ましい。
【００４１】
また、冷却ブロック２には、被処理物を支持するための支持ピンや、前述した温度センサを装着または挿通するざぐり穴や貫通孔（図示せず）が設けられているため、介在層６は、これらざぐり穴や貫通孔の周りが密になるように配置することが好ましい。なぜなら、冷却ブロック２にこれらざぐり穴や貫通孔が開いている場合、ヒータ基板１において当該ざぐり穴や貫通孔に対応する箇所は、冷却ブロック２に接触せずに局所的に冷えない部位となるため、それを相殺するためにざぐり穴や貫通孔周辺領域には他の領域よりも介在層６が密になるように配置することが好ましいからである。これにより、他の領域と同等の冷却速度が実現し、ウエハの載置面１ａ内の温度ばらつきが抑えられる。
【００４２】
更に冷却ブロック２には、前述した給電端子を挿通する貫通孔（図示せず）が設けられているため、介在層６は、これら貫通孔の周りも密になるように配置することが好ましい。なぜなら、ヒータ加熱時における給電端子からの熱逃げを相殺することを目的として給電部位の発熱密度は高く設計されているため、被処理物が載置された時や冷却終了後の温度安定化の際の過渡的な発熱時において、当該給電部位が他部位に比較して相対的に発熱量が増えるからである。すなわち、給電端子を挿通する貫通孔周辺に介在層６を密に配置することにより、上記過渡的な発熱量を相殺することが可能となる。
【００４３】
介在層６の形状は、適切な密度分布をもって一定高さで配置することができるのであれば特に限定されるものでなく、円形や四角形であっても良いし、リング状やその他の形状であっても良い。密度分布は、例えば複数の円形状の介在層６を面内でドット状に分散させたり、１枚のシート状の介在層６に１個または複数個の穴を開けたりすることで実現可能となる。あるいはこれらドット状の介在層６とシート状の介在層６を組み合わせても良い。上記ドットや穴の大きさは、その設置場所に応じて適宜変更することができる。
【００４４】
例えば、図３には、貫通孔周りを除く内周部に円形のシート状介在層６ａを一枚配置し、貫通孔周りを除く外周部に扇形や三角形のシート状介在層６ｂを複数枚配置し、温度センサを挿通する貫通孔周りに介在層６ｃを、支持ピンを挿通する貫通孔周りに介在層６ｄを、給電端子を挿通する貫通孔周りに介在層６ｅをそれぞれ密に配置した例が示されている。また、図４には、これら貫通孔周りに介在層が一定高さで密に配置されている様子を示す概略の部分断面図を、介在層６ｄを例にとって示している。
【００４５】
また、図５には、貫通孔周りを除く内周部に円形のシート状介在層６ａを一枚配置し、貫通孔周りを除く外周部にドット形のシート状介在層６ｆを複数枚配置した例が示されている。図５にも図３と同様に介在層６ｃおよび介在層６ｄが配置されているが、給電端子を挿通する貫通孔周りには扇形の介在層６ｇが配置されている。尚、介在層６の形状や密度分布の状態などは図３および図５に示すものに限定されず、発熱体回路３の発熱密度や外部環境などによって適宜変更することができる。
【００４６】
介在層６を配置する場所は、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面でも良いし、背面板５上の冷却ブロック２に対向する面でも良い。あるいは、その両面でも良い。好ましい配置場所は、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面である。なぜなら、背面板５上の冷却ブロック２に対向する面では、介在層６に常に発熱体回路３から熱負荷が加わるので、熱履歴によって介在層６が損耗し易いからである。また、発熱体回路３の使用温度によっては、連続的に使用される介在層６の耐熱性の観点から、介在層６の仕様やその取り付け方法が特定のものに限定されてしまうからである。
【００４７】
介在層６の材質は、発泡金属あるいは金属メッシュ、グラファイトシート、フッ素樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂等の耐熱性を有するものが好ましい。また、介在層６は熱伝導率が高いことが望ましい。特に、熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であれば、熱抵抗が大きくなり冷却速度が遅くなってしまうためである。尚、例えばカーボンなどの熱伝導フィラーを含有した樹脂を用いることが好ましく、これにより熱抵抗が小さくなり高速に冷却することができる。
【００４８】
更に、介在層６は柔軟性を有していることが好ましい。柔軟性がなければ、冷却ブロック２を背面板５に当接させた際、両当接面の平面度に起因して良好に密着できず、局所的に空隙が残ることになり、結果的に冷却時の温度ばらつきを抑えることができなくなるからである。これに対して、介在層６が柔軟性を有していれば、背面板５および冷却ブロック２の当接面の平面度や、機械加工によって発生する部分的な凹凸、突起、傷、ばり、かえり、異物などの表面状態を吸収することができる。このような材質としては、上述した中でも特にシリコーン樹脂が好ましい。
【００４９】
介在層６の厚みは、ヒータモジュール上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度の和よりも厚いことが好ましく、０.１ｍｍ〜３ｍｍ以内であれば更に好ましい。０.１ｍｍを下回ると、ヒータモジュール上の冷却ブロック２に対する面の平面度および冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度の総和を０.１ｍｍ未満にしなければ局所的な空隙を生じさせることになり好ましくない上、このように平面度に厳密な管理が必要であることは、機械加工精度やコストの観点から量産性に適さないからである。また、介在層６自体の厚みも薄くなりすぎてハンドリングが困難になるなど、安定して製造することに支障をきたすためである。一方、３ｍｍを越えると冷却時の熱抵抗が増え過ぎ、冷却速度が遅くなる上、ヒータユニット１０をコンパクトにする上で律速となり得るためである。
【００５０】
背面板５上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面の平面度は、各々０.５ｍｍ以下にすることが好ましい。０.５ｍｍを超えると、介在層６との接触性の維持が困難なことと、接触性を維持するために介在層６を厚くすることがかえって熱抵抗を増大させ、冷却速度が遅くなる恐れがあるためである。尚、背面板５上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上の背面板５に対向する面の平面度の総和が０.１ｍｍ以下であれば好適である。このようにすることにより、介在層６の厚みは理論上０.１ｍｍまで薄くすることができ、そうすることで熱抵抗が小さく高速で冷却できるようになるためである。
【００５１】
更に、介在層６を配置する領域の面積は冷却ブロック２上のヒータ基板１に対向する面の面積の１０％以上９０％以下であることが好ましい。これは１０％未満であれば当接面積が小さくなりすぎて冷却速度が遅くなるためである。また、９０％を超える場合においては、面内で必要な配置分布を実現することが困難になるためである。
【００５２】
介在層６の取り付け方法としては、固定できるのであれば特に制約はないが、例えば、接着剤、両面テープ、粘着性樹脂などの接着手段を用いて取り付けることができる。これら接着手段の中でも、薄く、熱伝導率が高く、熱抵抗が小さいものが望ましい。また、シート等ある程度の大きさを有するものの場合は、ねじ止めなどの結合手段により機械的に固定しても構わない。
【００５３】
次に、本発明のヒータ基板１の製造方法を、窒化アルミニウムの場合を例にとり詳述する。ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２.０〜５.０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２.０ｍ２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５.０ｍ２／ｇを越えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取り扱いが困難になる。更に、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％を越えると、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００５４】
また、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。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ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ので、これらの含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、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、焼結中に窒化アルミニウム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ともに、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、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。
【００５６】
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い。その添加量は、０.０１〜５ｗｔ％が好ましい。０.０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、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るので、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、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％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。
【００５７】
また、希土類元素化合物には、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り好ましい。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、窒化アルミニウム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、混合性が高くなるので特に好適である。
【００５８】
次に、これら窒化アルミニウム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、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。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得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。
【００５９】
先ず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライヤー等の手法によって乾燥させて顆粒を作製する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、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、ハンドリングなどで破損し易くなる。
【００６０】
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／ｃｍ３以上であることが好ましい。１.５ｇ／ｃｍ３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、成形体の密度は、２.５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。２.５ｇ／ｃｍ３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困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００６１】
次に、前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、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。脱脂処理の加熱温度は、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ので、脱脂処理後の積層体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボン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、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００６２】
また、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、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００６３】
次いで焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、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るので、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。
【００６４】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に焼結体が収縮する際の治具と焼結体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪の少ない焼結体を得ることができる。得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。これにより、ヒータ基板１となるセラミックス焼結体が得られる。
【００６５】
尚、被処理物を載置する載置面の表面粗さはＲａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ヒータ基板１と被処理物との摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、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。この表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば更に好適である。
【００６６】
発熱体回路３を形成する場合は、上記セラミックス燒結体に、例えばスクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、脱脂後、焼成する。導体ペーストは、金属粉末と、必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと、溶剤とを混合することにより得ることができる。また、形成した発熱体回路３の絶縁性を確保するために電気絶縁シート４を形成する場合は、発熱体回路３の上に、例えばスクリーン印刷により結晶化ガラス等をペースト状にしたものを塗布し、必要に応じて脱脂後、焼成する。
【００６７】
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート形成する。シート形成に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。
【００６８】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導体ペーストは、ポストメタライズ法で使用するものと同じものを用いることができる。但し、コファイアー法では、導体ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。
【００６９】
次に、回路形成を行ったシートおよび回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変化する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化させる。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変化量が大きくなりすぎる。
【００７０】
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理および焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した導体ペーストをシートに印刷する際に、複数の電気回路を有する通電発熱ヒータを作製することも可能である。このようにして、ヒータ基板１および発熱体回路３からなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００７１】
尚、発熱体回路３などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合は、電気回路の保護および絶縁性、並びに酸化防止などを目的として、前述のポストメタライズ法と同様に、電気回路の上に電気絶縁シート４を形成することができる。
【００７２】
以上説明した本発明によるヒータユニットは、半導体製造・検査装置、また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。これにより、従来の装置よりも高速に昇降温させることができ、且つヒータの温度分布がより均一になり、半導体やフラットディスプレイパネルの性能、歩留まり、信頼性の向上が図れる。また、従来の装置よりも熱処理工程の所要時間が短縮化され、半導体やフラットディスプレイパネルの生産性向上が図れる。
【００７３】
以上、本発明のヒータユニットを実施形態に基づいて説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能であることを理解すべきである。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲およびその均等物に及ぶものである。
【実施例】
【００７４】
［実施例１］
本発明に係る実施例として、図１に示したヒータユニット１０を以下の方法で作製した。セラミック製のヒータ基板１としては、１００重量部の窒化アルミニウム粉末と、０.５重量部のＹ２Ｏ３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライヤーにより顆粒を作製後、プレス成形し、７００℃窒素雰囲気下で脱脂し、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結し、窒化アルミニウム焼結体を作製した。尚、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０.６μｍ、比表面積３.４ｍ２／ｇのものを使用した。前記窒化アルミニウム焼結体を加工し、直径３３０ｍｍ、厚さ６ｍｍとした。
【００７５】
また、発熱体回路３にはステンレス箔をエッチングによりパターニングしたものを用い、電気絶縁シート４にはマイカを用いた。背面板５にはタフピッチ銅に加工を施し、直径３３０ｍｍ、厚さ３ｍｍとした上でＮｉめっきを施した。尚、発熱体回路３のパターンは、図６の（ａ）に示すような、発熱密度が外周に比較して内周が密なセンターホットパターンとした。これらを平面方向への２つのプレートの熱膨張吸収のためのベアリングを備えたねじを用いて機械的に連結し、ヒータモジュールとした。
【００７６】
次に、冷却ブロック２として、直径３３０ｍｍ、厚さ４ｍｍと８ｍｍの無酸素銅の金属板を用意した。この内、８ｍｍの銅板に流路となる溝加工を施し、更には給電端子やセンサ、ウエハ支持ピンを挿通させる貫通孔などを設けた。厚さ４ｍｍの銅板についても溝加工を除いて同様の加工を施した上で、これら２枚をロウ付けにより一体化した。その際、流路の出入り口となる部位に、系外の流路と連結させるためのコネクタとして、ステンレスに加工を施した部品をロウ付けにより設けた。
【００７７】
これらヒータモジュールと冷却ブロック２を所定形状の容器に取り付けた。冷却ブロック２上の背面板５に対向する面には、後述する介在層６を配置できるようにした。更に冷却ブロック２には、ヒータモジュールの背面板５に対して当接、分離可能とするため、エアシリンダを取り付けた。ここで、容器の枠部の真円度を機械加工により０.１ｍｍ以下まで仕上げた。
【００７８】
ヒータモジュールは容器の中心にセットし、ヒータモジュールと容器の枠部との同軸度を０.１ｍｍ以内になるようにした。このようにすることにより、ヒータモジュールの熱が局所的に容器に奪われて均熱性を阻害するようなことをなくした。また、容器は上記ヒータモジュール並びに冷却ブロック２を取り付けても歪まないように機械的強度のあるステンレス製とした。更に、ヒータに通電するための給電端子並びにケーブル、温度センサを取り付けた。
【００７９】
介在層６には厚み０.５ｍｍのシリコーン樹脂シートを使用した。これを加工して、下記表１に示すように、面方向の密度分布が互いに異なる５種類の介在層６を作製した。これら５種類の介在層６をそれぞれ冷却ブロック２に配置した５ケース（ケース１〜５）について、後述する方法でヒータユニットを評価した。更に、比較のため、介在層６を配置しないケース（ケース６）と、介在層６を内外周問わず全面に配置したケース（ケース７）についても同様の評価を行った。尚、表１において、内周部とは中心〜直径２４０ｍｍ（４５２４０ｍｍ２）の領域をいい、外周部とは直径２４０ｍｍ〜直径３２８ｍｍ（３９２６０ｍｍ２）の領域をいう。
【００８０】
先ず、冷却ブロック２をヒータモジュールから分離させた状態でヒータに通電し、１８０℃まで加熱した。その状態で、公知のウエハ温度計をヒータモジュールのウエハ載置面に載置しウエハ面内の温度分布を計測した。
【００８１】
温度が安定した状態になると、エアシリンダを利用して冷却ブロック２をヒータモジュールの背面板５に当接させて冷却し、ヒータモジュールに取り付けられた温度センサの指示値が１３０℃となった瞬間に冷却ブロック２をヒータモジュールから分離するようにした。そして、１３０℃に到達した後、ヒータを安定させるためにヒータモジュールに電力を印加し、３０秒後の均熱レンジ（載置面の最高温部と最低温部の温度差）を測定し、介在層６の面方向の配置密度分布（冷却ブロック２と背面板５の接触密度分布）と均熱性の相関についてデータを取得した。これらの結果を下記の表１に示す。尚、表１〜３の評価欄における○は均熱性が比較例に比べて優れていることを示し、◎は極めて優れていることを示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
この結果から分るように、比較例のケース６では１３０℃に到達後、ヒータ温度を安定させるための電力を印加してから３０秒後のウエハ面内均熱レンジは１６.２℃と大きかった。これは、その面内分布は、ヒータモジュール上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度に依存して、これらが互いに接触する箇所は過度に冷え、空隙が生じる領域は冷えずに温度が高いことによる。すなわち、製造ばらつきなどにより当接面の平面度が変われば、冷却終了中、また終了後の面内温度分布もばらつくことを意味する。
【００８４】
また、比較例のケース７のウエハ面内均熱レンジは６.１℃であり、本実施例の温度分布はセンターホットであったことから、冷却中に外周部が内周部に比較してよく冷えていることが分る。これは、冷却ブロック２の当接に伴うヒータ基板１の冷却には、ヒータ基板１から冷却ブロック２への熱移動のほかに、ヒータからの放熱があり、特に表面積が広い外周部が内周部に比較してより多く放熱することによるものと考えられる。
【００８５】
これらに対し、介在層６の配置密度が内外周で異なるケース１〜５においては、内周部に比較して外周部の配置密度を低くすることで、均熱レンジの減少が認められた。特に、外周部の配置密度が面積比率で７０〜８０％となるように配置したケース３および４については、均熱レンジが１.３〜１.７℃と非常に良好な値を示した。尚、この時の温度分布はセンターホットでもセンタークールでもなく、被処理物を支持する支持ピンや温度センサを挿通する貫通孔、また給電のための給電配線を挿通する貫通孔近傍が相対的に低い温度を示していた。
【００８６】
［実施例２］
発熱体回路３のパターンを、図６の（ｂ）に示すような、内周部の発熱密度に比較して外周部の発熱密度が密なセンタークールパターンとした以外は実施例１と同様にして、介在層６の面方向の密度分布が互いに異なる５ケース（ケース８〜１２）、並びに比較のため介在層６を配置しないケース（ケース１３）および介在層６を内外周問わず全面に配置したケース（ケース１４）について評価を行った。これらの結果を下記の表２に示す。
【００８７】
【表２】
【００８８】
この結果から分るように、比較例のケース１３ではセンターホットパターンのときと同様に、均熱レンジは極めて大きく、その温度分布はヒータモジュール上の冷却ブロック２に対向する面の平面度と、冷却ブロック２上のヒータモジュールに対向する面の平面度に依存していた。すなわち、これらが互いに接触する箇所は過度に冷え、空隙が生じる領域は冷えずに温度が高かった。比較例のケース１４においても、センターホットパターンのときと同様の結果であったが、センターホットパターンに比較して僅かに均熱レンジが減少しているのは、冷却中にヒータの特に表面積の大きい外周部からの熱放散を補うように外周の発熱密度が高く設計されていることによるものと思われる。
【００８９】
これらに対し、介在層６を配置密度を内外周で分布させたケース８〜１２においては、外周部に比較して内周部の配置密度を低くすることで、均熱レンジの減少が認められた。特に、内周部の配置密度が面積比率で７０〜８０％となるように配置したケース１０および１１については、均熱レンジが１.２〜１.５℃と非常に良い値を示した。尚、この時の温度分布はセンターホットパターンのときと同様に、センターホットでもセンタークールでもなく、被処理物を支持する支持ピンや温度センサを挿通する貫通孔、また給電のための給電配線線を挿通する貫通孔近傍が相対的に低い温度を示していた。
【００９０】
［実施例３］
発熱体回路３のパターンを、図６の（ｃ）に示すような、内周部と外周部とで発熱密度が同等な均等パターンとした以外は実施例１と同様にして、介在層６の面方向の密度分布が互いに異なる５ケース（ケース１５〜１９）、並びに比較のため介在層６を配置しないケース（ケース２０）および介在層６を内外周問わず全面に配置したケース（ケース２１）について評価を行った。これらの結果を下記の表３に示す。
【００９１】
【表３】
【００９２】
この結果から分るように、比較例のケース２０については、均熱レンジ、温度分布ともに実施例１および２のケース６および１３とほぼ同様の結果であった。比較例のケース２１においても実施例１および２のケース７および１４とほぼ同様の結果であった。
【００９３】
これに対し、介在層６の配置密度が内外周で異なるケース１５〜１９においては、内周部に比較して外周部の配置密度を低くすることで、均熱レンジの減少が認められた。これは、実施例１および２のケース７および１４と同様のメカニズムと想定されるが、冷却中にヒータの特に表面積の大きい外周部からの熱放散することから、冷却中は相対的に内周部よりも外周部がよく冷えることが分っている。そのため、介在層６の配置密度を相対的に外周部よりも内周部を密にする（内周部よりも外周部を疎にする）ことで、均衡を保つ結果になったと思われる。
【００９４】
［実施例４］
実施例１〜３では、発熱体回路３の発熱密度分布を相殺するように、すなわち発熱密度が面内において相対的に高い領域においては介在層６の配置密度を相対的に密に、発熱密度が面内において相対的に低い領域においては介在層６の配置密度を相対的に疎にすることにより、冷却終了後にヒータ温度を安定させるために電力を印加した後の均熱レンジが減少することが分った。
【００９５】
ここで、更なる均熱性の向上のため、実施例１〜３で発熱体回路３の密度分布と介在層６の配置密度分布を凡そ最適化した結果、支持ピンや温度センサを挿通する貫通孔、および給電配線を挿通する貫通孔近傍の温度が相対的に低くなった点に着目し、内外周の密度分布の他に、前述した貫通孔近傍の配置密度分布を変えることで温度変更直後の均熱特性の向上を図るための検証をした。
【００９６】
実施例１で発熱体回路３をセンターホットパターンとし、介在層６の配置密度分布を内周部を１００％、外周部を８０％としたケース４の構造を基準にして、介在層６の配置密度を局所的に変更したヒータモジュールを作製し（ケース２２〜２８）、実施例１と同じ評価を実施した。密度の局所的な変更箇所は、図３に示すように、温度センサを挿通する貫通孔近傍、被処理物を支持ピンを挿通する貫通孔近傍、給電端子および給電配線を挿通する貫通孔近傍の３箇所とした。
【００９７】
これら３箇所は何れも冷却ブロック２を背面板５に当接した際、物理的に接触することのない箇所である。そのため、当該箇所は貫通孔などが設けられていない他の接触領域に比較して相対的に冷却中の温度が高くなり、面内温度分布を阻害する要因となり得るのである。
【００９８】
そして、実施例１と同様の評価をし、各々の貫通孔近傍の配置密度の増減と、ヒータを安定させるためにヒータユニットに電力を印加してから３０秒後の均熱レンジを測定した結果を下記の表４に示す。尚、評価欄の評価はケース４の均熱レンジを基準にしており、○はケース４に比べて優れていることを、◎はケース４に比べて極めて優れていることを、△はケース４に比べて若干劣っていることを示す。
【００９９】
【表４】
【０１００】
この結果から分るように、何れも当接する冷却ブロック２に各部品を挿通するための貫通孔が設けられていて、当該箇所は物理的にヒータ基板１の冷却ブロック２との当接面には接触しないことから、冷却時に他の箇所と比較して冷え難い。そのため、何れの実験においても、貫通孔近傍の配置密度を増やすことで、ヒータユニットの温度を安定させるための電力印加後の均熱レンジは僅かに減少した。更に、これらを組み合わせたケース２８では、電力印加３０秒後の均熱レンジが０.３℃と大幅に減少させることができた。
【０１０１】
これは、各貫通孔近傍の配置密度を高めることで、物理的に接触せずに冷却時に冷え難かった領域、特にこの現象が顕著である上記３箇所の貫通孔近傍全てを積極的に冷却するようにできたことによるものと、電力印加後の局所的に過度に発熱する部位、例えば、給電端子近傍を予め過度に冷却しておくことで、これを相殺することができたものと考えられる。なぜなら、給電端子は一定の熱容量を持つ上、電力印加のための動力線などを介してヒータユニット系外の電源装置に接続されるため、この動力線などを介して間接的に外気に触れることでより多く熱放散する。このような熱逃げを考慮して、予め給電端子近傍の発熱パターンは発熱密度を上げて作製されているため、この部位周りの介在層６の配置密度を高めることが、均熱化の点において効果的であったと考えられる。
【符号の説明】
【０１０２】
１ ヒータ基板
２ 冷却ブロック
３ 発熱体回路
４ 電気絶縁シート
５ 背面板
６ 介在層
１０ ヒータユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を載置して処理するための載置面を有したヒータ基板と、前記ヒータ基板を冷却する冷却ブロックとを備えたヒータユニットにおいて、前記ヒータ基板と前記冷却ブロックとの間に一定高さの介在層が存在しており、前記介在層は、前記ヒータ基板の加熱時に相対的に高温部となる領域が、相対的に低温部となる領域に比べて高密度となるような密度分布をもって配置されていることを特徴とするヒータユニット。
【請求項２】
前記冷却ブロックにおいて前記ヒータ基板に対向する面に形成されたざぐり穴または貫通孔近傍に、前記介在層が相対的に高密度に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のヒータユニット。
【請求項３】
前記冷却ブロックは、前記ヒータ基板の冷却時には前記ヒータ基板に接触し、前記ヒータ基板の加熱時には前記ヒータ基板から離間することを特徴とする、請求項１または２に記載のヒータユニット。
【請求項１】
被処理物を載置して処理するための載置面を有したヒータ基板と、前記ヒータ基板を冷却する冷却ブロックとを備えたヒータユニットにおいて、前記ヒータ基板と前記冷却ブロックとの間に一定高さの介在層が存在しており、前記介在層は、前記ヒータ基板の加熱時に相対的に高温部となる領域が、相対的に低温部となる領域に比べて高密度となるような密度分布をもって配置されていることを特徴とするヒータユニット。
【請求項２】
前記冷却ブロックにおいて前記ヒータ基板に対向する面に形成されたざぐり穴または貫通孔近傍に、前記介在層が相対的に高密度に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のヒータユニット。
【請求項３】
前記冷却ブロックは、前記ヒータ基板の冷却時には前記ヒータ基板に接触し、前記ヒータ基板の加熱時には前記ヒータ基板から離間することを特徴とする、請求項１または２に記載のヒータユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１７０８１５（Ｐ２０１０−１７０８１５Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１６２６（Ｐ２００９−１１６２６）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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