JP2001203156A - ホットプレートユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 このホットプレートユニット１は、ケー
シング２の開口部４に、抵抗体１０を有するホットプレ
ート３を設置してなる。ケーシング２とホットプレート
３とにより、流体を流通可能な空間Ｓ１が構成されてい
る。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は、シール構造１４が設けられて
いる。

Description

【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〜１０
０ｍｍ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１
８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Ｗ
１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１
７，１８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Ｓ
１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３
１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（Ｙ
₂Ｏ₃：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７．７ｍ
Ω／□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。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のホットプレートユニットを示す概略
断面図。

【図２】同じくその部分拡大断面図。

【図３】別例のホットプレートユニットを示す概略断面
図。

【図４】別例のホットプレートユニットを示す概略断面
図。

【符号の説明】

１…ホットプレートユニット、２，２Ａ…ケーシング、
３…ホットプレート、４…開口部、１０…抵抗体として
の配線抵抗、１４…シール構造としてのシールリング、
Ｓ１…空間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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。