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発明の名称 ホットプレートユニット
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−203068(P2001−203068A)
公開日 平成13年7月27日(2001.7.27)
出願番号 特願2000−356343(P2000−356343)
出願日 平成12年2月10日(2000.2.10)
代理人 【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣 (外1名)
発明者 古川 正和 / 伊藤 康隆 / 斉藤 譲
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】ケーシングの開口部に、抵抗体を有するホットプレートを設置してなるホットプレートユニットであって、流体を流通可能な空間が前記ケーシングと前記ホットプレートとにより構成されてなり、前記ケーシングの内部には、中底板が設けられてなることを特徴とするホットプレートユニット。
【請求項2】前記中底板には開口が設けられてなることを特徴とする請求項1に記載のホットプレートユニット。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホットプレートユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、例えば感光性樹脂塗布工程を経たシリコンウェハを加熱乾燥させる場合、通常、ホットプレートと呼ばれる加熱装置が用いられる。
【0003】この種の装置の従来例としては、例えば特公平4−13837号公報に開示されたもの等がある。同公報における装置は、電熱部材としての窒化アルミニウム焼結体製のホットプレートと、そのプレートに設けられる抵抗体とからなる。抵抗体はホットプレートを構成するセラミック基材間に挟持されている。プレートの側方に突出している抵抗体の両端部は、それぞれ配線を介して電源に接続される。
【0004】そして、ホットプレートの上面側に被加熱物であるシリコンウェハを載置し、この状態で抵抗体に通電することにより、シリコンウェハが数百℃に加熱されるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、抵抗体への通電により所定時間の加熱を行なって感光性樹脂を乾燥させた場合、まずホットプレートをある程度低い温度まで放冷し、その後でシリコンウェハを取り外す必要がある。しかしながら、放冷にはある程度の時間を要し、このことが生産性の向上を図るうえで障害となっている。
【0006】そこで、例えば前記プレートの下面側に冷却用配管を設けてその配管に冷却水を通じることにより、プレートを強制的に冷却して冷却時間を短縮せんとする対策が考えられる。しかし、このような対策では、ユニット全体の構造が複雑になるばかりでなく、嵩張って大型化してしまうおそれがある。
【0007】また、ホットプレートの下面側にエアを吹き付けることにより、プレートを強制的に冷却して冷却時間を短縮せんとする対策も考えられる。しかし、このような対策では、エアに含まれる水分や塵埃によって装置の周囲が汚染されてしまうおそれがあり、現時点では実現性に乏しい。
【0008】本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造の複雑化や大型化を伴うことなく、短時間で冷却しうるホットプレートユニットを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、ケーシングの開口部に、抵抗体を有するホットプレートを設置してなるホットプレートユニットであって、流体を流通可能な空間が前記ケーシングと前記ホットプレートとにより構成されてなり、前記ケーシングの内部には、中底板が設けられてなることを特徴とするホットプレートユニットをその要旨とする。
【0010】請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記中底板には開口が設けられてなるとしている。以下、本発明の「作用」について説明する。
【0011】本発明によると、ケーシングとホットプレートとにより構成された空間に流体を流通することによって、ホットプレートを強制的に冷却することが可能となり、放冷に比べて短時間で済むようになる。また、冷却用配管等の設置も不要なため、ユニット全体の構造が複雑化したり、嵩張って大型化してしまう心配もない。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施形態のホットプレートユニット1を図1,図2に基づき詳細に説明する。
【0013】図1,図2に示されるホットプレートユニット1は、ケーシング2及びホットプレート3を主要な構成要素として備えている。ケーシング2は有底状でない金属製部材(ここではアルミニウム製部材)であって、断面円形状の開口部4をその上部側に備えている。このような底なしのケーシング2Aの内側部分には、金属製の中底板41が設けられている。なお、金属以外の材料(例えばセラミック等)を用いて中底板41を形成してもよい。また、図1に示されるように、この中底板41には、開口としての排気用孔31が形成されていてもよい。前記中底板41は、略コ字状の支持金具42によって支持された状態で、ねじ43及びナット44を用いてケーシング2Aの被固定部45の上面に固定されている。よって、この実施形態ではケーシング2A内にできる空間S1が密閉状態ではなくなっている。従って、エアはケーシング2Aと中底板41との隙間からも外部に抜け出すことが可能となっている。
【0014】前記中底板41の中心部における3箇所には、図示しないリフトピンが挿通されるピン挿通スリーブ5が設けられている。これらのリフトピンは、シリコンウェハW1を3点で支持した状態で同シリコンウェハW1を昇降させる。アンカー底板41の外周部には、ホットプレート3に電流を供給するリード線6を挿通するための配線引出用孔7が形成されている。
【0015】本実施形態のホットプレート3は、感光性樹脂が塗布されたシリコンウェハW1を200〜300℃にて乾燥させるための低温用ホットプレート3である。このホットプレート3は、セラミック焼結体からなる板状基材9に、抵抗体としての配線抵抗10を設けることにより構成されている。この板状基材9は、後述するシールリング14を介して、ケーシング2の開口部4に設置される。これを設置することにより、ケーシング2Aの内面側とホットプレート3の下面側との間には、空間S1が形成される。
【0016】ここで、ユニット1の厚さは5mm〜100mmに設定されていることがよく、特には10mm〜50mmに設定されていることがよい。その理由は、ユニット1が厚くなりすぎると、全体が嵩張って大型化してしまうからである。逆に、ユニット1を薄くしようとすると、ホットプレート3やケーシング2Aを薄く形成しなければならず、製造が困難になるおそれがあるからである。そして、本実施形態では、以上のことに鑑みて厚さを20mmに設定している。
【0017】図1に示されるように、ホットプレート3を構成する板状基材9は円形状であって、ケーシング2の外形寸法より若干小径となるように設計されている。配線抵抗10は、板状基材9の下面側において同心円状ないし渦巻き状に形成されている。ホットプレート3の中心部には、各リフトピンに対応した3箇所にそれぞれピン挿通孔11が透設されている。
【0018】板状基材9を構成するセラミック焼結体としては、耐熱性に優れかつ熱伝導率が高いという性質を有する窒化物セラミック焼結体を選択することがよい。 窒化物セラミックとしては、例えば窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等のような金属窒化物セラミックの焼結体が好ましく、なかでも窒化アルミニウム焼結体が望ましい。その理由は、上記の焼結体中で熱伝導率が最も高いからである。なおこれらの他に、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等のような金属炭化物セラミックの焼結体を選択してもよい。
【0019】本実施形態の配線抵抗10は、焼結体である板状基材9に対して導電ペーストを焼き付けることにより形成されたものである。導電ペーストとしては、金属粒子、金属酸化物、樹脂、溶剤などを含むものが一般的に使用される。導電ペーストに使用される好適な金属粒子としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、鉛、タングステン、ニッケル、鉛等が挙げられる。これらの金属は高温に晒されても比較的酸化しにくく、通電により発熱させるにあたって充分大きな抵抗値を示すからである。導電ペーストに使用される好適な金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、アルミナ、イットリア、チタニア等が挙げられる。
【0020】図2に示されるように、配線抵抗10の端部には、外部接続端子としてのパッド10aが形成されている。これらのパッド10aには、導電性材料からなる端子ピン12の基端部がはんだ付けされている。その結果、各端子ピン12と配線抵抗10との電気的な導通が図られている。一方、各端子ピン12の先端部には、リード線6の先端部にあるソケット6aが嵌着されている。従って、リード線6及び端子ピン12を介して配線抵抗10に電流が供給される結果、配線抵抗10の温度が上昇し、ホットプレート3全体が加熱される。
【0021】図2に示されるように、ケーシング2Aの開口部4の上縁には、複数のねじ孔13が等間隔に透設されている。同じく前記開口部4の上縁には、シール構造としてのシールリング14が配設されている。同シールリング14は、環状をなしかつ開口部4の大きさとほぼ等しくなっている。シールリング14の形成用材料としては、例えば樹脂や、ゴム等のような弾性体などが好ましい。シールリング14において各ねじ孔13に対応する箇所には、複数のねじ孔15が透設されている。シールリング14の内周面には、ホットプレート3の下面側外周部を水平に支持するための支持段部16がその全周にわたって形成されている。なお、支持段部16にホットプレート3を支持させたとき、シールリング14の上端面の高さとホットプレート3の上面の高さとがほぼ同一になる。
【0022】そして、本実施形態におけるシールリング14は、ケーシング2Aの開口部4の上縁とホットプレート3の下面外周部とがなす隙間をシールすることで、当該隙間を介したエアの流通を防止する役割を担っている。
【0023】図1,図2に示されるように、シールリング14の上面には、係止リング21がねじ25により固定されている。この係止リング21は、環状の本体22と、複数のねじ孔23と、複数の係止片24とを有する。支持段部16にセットされたホットプレート3は、各係止片24によって板厚方向から押圧されることにより、シールリング14に挟持固定される。
【0024】図1に示されるように、中底板41には、流体供給ポート17がボルト等を用いて設置されている。ポート17は、内端面及び外端面の両方において開口する流路を備えている。このため、その流路を介してケーシング2の内外が連通されている。
【0025】流体供給ポート17の外端面側の開口部の内周面には雌ねじ溝が形成されていて、当該開口部には図示しない流体供給用の配管の一端が着脱可能となっている。この配管の他端は気体圧送ポンプに接続されているため、同配管を介して冷却用流体としてのエアが供給されるようになっている。
【0026】図2に示されるように、上記の配線引出用孔7には、シール構造としてのシールパッキング8が装着されている。このシールパッキング8は環状をなしており、ゴム等のような好適な弾性体によって形成されている。各リード線6は、このシールパッキング8の貫通孔に挿通されたうえでケーシング2Aの外部に引き出されている。即ち、本実施形態におけるシールパッキング8は、各リード線6と配線引出用孔7とがなす隙間をシールすることで、当該隙間を介したエアの流通を防止する役割を担っている。
【0027】さて、次にこのホットプレートユニット1の使用方法について説明する。感光性樹脂が塗布されたシリコンウェハW1をホットプレート3上に載置し、この状態で配線抵抗10に通電する。すると、加熱されたホットプレート3との接触によって、シリコンウェハW1の温度が次第に上昇する。所定時間のあいだ加熱を行なうことにより感光性樹脂が充分に乾燥したら、配線抵抗10への通電を止める。
【0028】ここで、気体圧送ポンプを駆動して流体供給ポート17側に冷却用のエアを供給し、同ポート17を介してエアを空間S1内に導入する。流体供給ポート17を経て吐出されたエアは、空間S1内にてホットプレート3の下面側に接触しながら、排気用孔31またはケーシング2Aと中底板41との隙間に向かって流れる。その際、同エアによってホットプレート3の熱が奪われる。熱を奪って温度が上昇したエアは、排気用孔31や前記隙間を介して再び空間S1の外に流出する。なお、一連のエアの流れは、図1における太線矢印により概略的に示されている。そして、ホットプレート3がある程度低い温度まで冷やされたら、シリコンウェハW1をホットプレート3から取り外す。
【0029】ここで、本実施形態のホットプレート3の製造工程の一例を説明する。
(1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1μm)100重量部、酸化イットリウム(Y23:イットリア、平均粒径0.4μm)4重量部、アクリル系樹脂バインダ(三井化学製SA−545 酸価0.5)12重量部を混合し、成形型に入れて成形体とした。
【0030】(2)成形体を窒素雰囲気中で350℃、4時間加熱して、アクリル系樹脂バインダを熱分解させた。
(3)成形体を1890℃、圧力150kg/cm2の条件で3時間ホットプレスして、窒化アルミニウム焼結体を得た。
【0031】(4)上記(3)で得た焼結体の底面に、スクリーン印刷にて導電ペーストを印刷した。印刷パターンは、同心円状のパターンとした。導電ペーストとしては、プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製の「ソルベストPS603D」を使用した。この導電ペーストは、銀・鉛ペーストであり、銀100重量部に対して、酸化鉛(5重量%)、酸化亜鉛(55重量%)、シリカ(10重量%)、酸化ホウ素(25重量%)及びアルミナ(5重量%)からなる金属酸化物を7.5重量部含むものであった。
【0032】(5)次に、導電ペーストを印刷した焼結体を780℃で加熱、焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともに、これを焼結体に焼き付け、抵抗体の一部(発熱体)を形成した。銀・鉛の発熱体は、厚さが5μm、幅が2.4mm、面積抵抗率が7.7mΩ/□であった。
【0033】(6)硫酸ニッケル80g/l、次亜リン酸ナトリウム24g/l、酢酸ナトリウム12g/l、ほう酸8g/l、塩化アンモニウム6g/lを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に、上記(4)で作成した焼結体を浸漬した。そして、錫・鉛の発熱体の表面に厚さ1μmの金属被覆層(ニッケル層)を析出させて、抵抗体としての配線抵抗10とした。
【0034】(7)電源との接続を確保するための端子を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、銀・鉛はんだペースト(田中貴金属社製)を印刷してはんだ層を形成した。次いで、はんだ層の上にコバール製の端子ピン12を載置して、300℃で加熱リフローし、端子ピン12を接続パッド10aの表面に取り付けた。
【0035】(8)温度制御のための熱電対を有底穴に挿入し、かつポリイミド樹脂を充填した後、190℃で2時間硬化させ、ホットプレート3を得た。そして、このホットプレート3を図3のユニット1に組み込んだ。シールリング14の材料としてはフッ素樹脂を使用した。このユニット1について140℃まで温度を上昇させた後、流体供給ポート17から空気を流し込んで90℃に降温するまでの冷却時間を測定したところ、3分であった。
【0036】さらに、前記(1)〜(8)の手順でホットプレート3を製造するとともに、そのホットプレート3を内部に空気の流路を設けたアルミニウム板に接触させ、これを比較例とした。この比較例について140℃まで温度を上昇させた後、空気を流し込んで90℃に降温するまでの冷却時間を測定したところ、8分であった。即ち、実施形態のときに比べて、冷却に2倍以上長い時間を要した。
【0037】従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
(1)ケーシング2とホットプレート3との間に形成された空間S1は、エアを流通可能なものとなっている。このため、空間S1内へのエアの流通によってホットプレート3を強制的に冷却することが可能となり、放冷に比べて冷却に要する時間が短くて済むようになる。ゆえに、このホットプレートユニット1を用いれば、1回の乾燥処理に要する時間が確実に短縮され、もって生産性の向上を図ることができる。また、この構成によれば、冷却用配管等の設置も不要なため、ユニット1全体の構造が複雑化したり、嵩張って大型化してしまう心配もない。
【0038】(2)本実施形態では、ケーシング2にその内外を連通させる流体供給ポート17が設けられている。従って、ポート17を介して空間S1内にエアを効率よく循環することにより、ホットプレート3を強制冷却し、比較的短時間のうちに低い温度に戻すことができる。
【0039】(3)このホットプレートユニット1では、ケーシング2の開口部4の上縁とホットプレート3の下面外周部との間にシールリング14を設けている。従って、当該部分における隙間のシールを図っていることができる。
【0040】(4)このホットプレートユニット1では、ケーシング2Aの内部に中底板41が設けられている。従って、底部が大きく空いているケーシング2Aを用いた場合であっても、中底板41にピン挿入スリーブ5や流体供給ポート17を支持させることができる。
【0041】また、本実施形態において中底板41は、支持金具42、ねじ43及びナット44を用いて、ケーシング2Aの被固定部45の上面に固定されている。つまり、前記中底板41は、ケーシング2Aの底面よりも若干高い位置に固定されている。このため、中底板41の底面と支持ステージとの間には、ある程度のスペースが確保される。従って、中底板41にピン挿入スリーブ5や流体供給ポート17が取り付けられているにも関わらず、ケーシング2Aの下面側には突起物が存在しない状態となる。よって、支持ステージ上への取り付けが困難になることもなく、ケーシング2Aを支持ステージに対して容易に取り付けることが可能となる。
【0042】さらに、この中底板41はケーシング2Aに対して着脱可能な構造になっている。このため、必要に応じて中底板41を取り替えることにより、簡単に仕様変更を行うこと等ができる。
【0043】また、この中底板41には開口としての排気用孔31が設けられているため、これが設けられていない場合に比べ、構造的にケーシング2A内のエアが外部に排出されやすくなる。ゆえに、この構成は冷却時間の短縮化につながる。
【0044】(5)本実施形態では、ユニット1の厚さを上記好適範囲内に設定しているため、製造の困難化及び大型化を回避することができる。なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【0045】・ 例えば、シールリング14を省略するとともに、ケーシング2Aの開口部4の上面に直かに係止リング21をねじ止めし、この状態で開口部4にホットプレート3を取り付けてもよい。即ち、ホットプレート3はケーシング2Aに対して直接取り付けられることができる。
【0046】・ 配線引き出し部である配線引出用孔7を、中底板41以外の場所、例えばケーシング2Aの被固定部45や側壁部等に配設してもよい。同様に、ポート17をケーシング2の被固定部45や側壁部等に配設してもよい。なお、配線引出用孔7やポート17の設置数は、必要に応じて増減することが勿論可能である。
【0047】・ ケーシング2Aに区画された空間S1内には、エア(空気)以外の気体、例えば炭酸ガスや窒素等の不活性ガスを冷却用流体として流通することも可能である。また、電気的構成に悪影響を与えないものであれば、液体を冷却用流体として流通させることも許容されうる。
【0048】・ 上記のホットプレート3を構成する板状基材9に、必要に応じて熱電対を埋め込んでおいてもよい。熱電対によりホットプレート3の温度を測定し、そのデータをもとに電圧値や電流値を変えることで、温度制御をすることができるからである。この場合、熱電対のリード線も同じくシールパッキング8を介して外部に引き出しておくことがよい。
【0049】次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1) 請求項1または2において、前記流体はエア(空気)であること。従って、この技術的思想1に記載の発明によれば、低反応性であり抵抗体間ショートの心配がなく、かつ低コスト化にも有利である。
【0050】(2) 請求項1または2、技術的思想1において、前記中底板は、前記ケーシングの底部よりも高い位置に支持固定されていること。(3) 請求項1または2、技術的思想1において、前記中底板は、前記ケーシングに対して着脱可能に固定されていること。
【0051】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1,2に記載の発明によれば、構造の複雑化や大型化を伴うことなく、短時間で冷却しうるホットプレートユニットを提供することができる。




 

 


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