米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> イビデン株式会社

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2001−203156(P2001−203156A)
公開日 平成13年7月27日(2001.7.27)
出願番号 特願2000−356424(P2000−356424)
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、前記ケーシングの開口部の上縁と前記ホットプレートの下面外周部との間には、シール構造が設けられていることを特徴とする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、前記ケーシングの開口部の上縁と前記ホットプレートの下面外周部との間には、シール構造が設けられてい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】以下、本発明の「作用」について説明する。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。しかも、ケーシングの開口部の上縁とホットプレートの下面外周部との間がシールされることで、当該部分の隙間を介した装置外部への流体の漏れ出しが防止され、前記空間により高い密閉性が確保される。
【0011】
【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。
【0012】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は有底状の金属製部材(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。このケーシング2の底部2a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。底部2a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。
【0013】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2の内面側とホットプレート3の下面側との間には、略密閉された空間S1が形成される。
【0014】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2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。
【0015】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。
【0016】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。
【0017】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。
【0018】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。
【0019】図2に示されるように、ケーシング2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。
【0020】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。
【0021】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。
【0022】図1に示されるように、ケーシング2の底部2aには、流体供給ポート17及び流体排出ポート18がそれぞれボルト等を用いて設置されている。本実施形態において前記両ポート17,18は、互いに離間した位置に配設されている。両ポート17,18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。
【0023】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。一方、流体排出ポート18の外端面側の開口部の内周面にも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排出用の配管の一端が着脱可能となっている。ケーシング2内のエアは、この配管を介して外部に排出される。なお、前記配管の他端は装置からいくぶん離れた箇所にて開放されている。
【0024】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2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。
【0025】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。
【0026】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を介してエアを密閉空間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、密閉空間S1内にてホットプレート3の下面側に接触しながら、流体排出ポート18のほうに向かって流れる。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、さらに流体排出ポート18を経て再び空間の外に流出し、汚染の心配のない別の空間にて放出される。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。
【0027】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)このホットプレートユニット1では、上記のごとく略密閉された空間S1がケーシング2とホットプレート3との間に形成されている。ホットプレート3の下面側には端子ピン12等の突起物が存在するものの、それらはケーシング2とホットプレート3と間に形成された空間S1内に配置されている。即ち、前記突起物は装置の外部に非露出となり、いわば保護された状態となる。従って、突起物の存在如何に関係なく、ケーシング2の底面を図示しない支持ステージに対して、困難なく取り付けることができる。
【0028】(2)また、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、略密閉されていることから、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。
【0029】なお、空間S1は開放状態ではなく略密閉状態であることから、装置の外部にエアが漏れ出しにくく、それによって周囲を汚染する心配もない。即ち、本実施形態によれば、クリーンなユニット1を実現することができる。
【0030】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。
(3)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と流体排出ポート18とがそれぞれ設けられている。従って、両ポート17,18を介して密閉空間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。
【0031】(4)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、当該部分における隙間のシールを図っている。よって、ケーシング2−ホットプレート3間の隙間を介した装置外部へのエア漏れが防止され、空間S1により高い密閉性を確保できる。このことはエア排出による周囲の汚染防止の確実化に貢献する。
【0032】即ち、シリコンウェハW1に近い部分からのエア漏れは、シリコンウェハW1への塵埃の付着、ひいては半導体の歩留まり低下を引き起こす最大の原因となる。しかし、本実施形態によればそれが確実に解消されるため、半導体の歩留まりを向上させることができる。
【0033】(5)また、このホットプレートユニット1では、さらに底部2aの配線引出用孔7にシールパッキング8を設け、その配線引出用孔7にリード線6を挿通させている。従って、配線引出用孔7を介した装置外部へのエア漏れが防止され、空間S1により高い密閉性を確保できる。このこともエア排出による周囲の汚染防止の確実化に貢献する。
【0034】(6)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。
【0035】・ 配線引き出し部である配線引出用孔7を、ケーシング2の底部2a以外の場所、例えばケーシング2の側壁部に配設してもよい。同様に、ポート17,18をケーシング2の側壁部に配設してもよい。なお、配線引出用孔7やポート17,18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。
【0036】・ ケーシング2に区画された密閉空間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。
【0037】・ 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。
【0038】・ 図3に示す別例のホットプレートユニット1のように、ケーシング2から流体排出ポート18を省略して、単なる排気用孔31にしてもよい。即ち、ユニット1の内部は、必ずしも実施形態のような略密閉状態の空間になっていなくても(言い換えると開放状態の空間であっても)よい。この構成によれば、部品点数が減り、ユニット1の構造が簡略化される。
【0039】・ 図4に示す別例のホットプレートユニット1のように構成してもよい。即ち、ここでは有底状でないケーシング2Aを用いている。このような底なしのケーシング2Aの内側には、開口としての排気用孔31を有する金属製の中底板41が設けられている。この別例の中底板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。そして、この別例の構造においても、空間が密閉状態ではなくなっている。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。前記中底板41には開口が形成されていてもよい。
【0040】ここで、前記図4の別例のホットプレート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。
【0041】(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。
【0042】(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。
【0043】(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、そ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。
【0044】(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)で作製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。
【0045】(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。
【0046】(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。
【0047】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。
【0048】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において、ケーシング−ホットプレート間に設けられるシール構造は、内周縁にプレート支持段部を有するシールリングであり、前記シールリングは前記ケーシングの開口部上面に対してねじ止めされていること。
【0049】(2) 請求項1または技術的思想1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2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】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、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。また、よりいっそうクリーンなホットプレートユニットを提供することができる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013