JP2012204826A - 加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の自重での撓みや熱による反りを確実に防止でき、基板を格段に薄くして温度変更を短時間でできる加熱装置を提供すること。
【解決手段】加熱装置は、ベースプレート２の上方に位置してウェハＷが載置されるとともに、ウェハＷを加熱するフィルムヒータが設けられた基板としてのフェイスプレート３と、ベースプレート２およびフェイスプレート３間に立設されてフェイスプレート３を支持する支柱５と、フェイスプレート３をベースプレート側に引っ張る引張部材７とを備え、支柱５および引張部材７は、フェイスプレート３の少なくともウェハＷの載置領域に対応した部位を支持および引っ張る位置に設けられ、引張部材７は、上端がフェイスプレート３に係止されて下端がベースプレート２を貫通するシャフト７１と、ベースプレート２側に位置してシャフト７１の下端側を下方に付勢するコイルばね７３とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、加熱装置に係り、例えば半導体ウェハを所定温度に加熱する加熱装置に関する。
従来、半導体ウェハでのパターン焼付工程等に使用されるコータデベロッパ装置においては、ウェハを加熱装置により所定温度に加熱することが知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１の加熱装置では、セラミック基板を用いた発熱抵抗体を配設し、このセラミック基板を給電加熱している。このようなセラミック基板は、外周部分が下方の支持体で支持され、上方からの付勢力で支持体に押さえ付けられている。
セラミック基板の支持部分では、セラミック基板を貫通するようにして下方の支持体にボルトを立設し、セラミック基板上面から突出した前記ボルトにコイルばねを挿通し、このコイルばねをセラミック基板上面とボルト上部に螺入させたナットとの間に挟持させている。
この構造によれば、コイルばねによってセラミック基板が下方の支持体側に付勢されるため、支持体の変形をコイルばねによって吸収でき、セラミック基板の反りを防止できるとしている。
特開２００４−９５６８９号公報
ところで、特許文献１でのセラミック基板自身は熱影響を受け難く、発熱によって大きく反ることはないが、基板としてアルミを用いると、同サイズのセラミックより剛性が小さく、また、線膨張係数はセラミックよりも一般的には大きい材料のため、ウェハを加熱する際の基板自身の伸びに伴って、支持体に対する拘束部分を基準として大きく反ってしまい、基板上の適正位置にウェハを載置できないという問題がある。
特に、アルミを基板に用いるとき、アルミを加熱したり、高温とされたアルミを冷却したりして基板温度を昇降させる時間はダウンタイムである。そのようなダウンタイムの低減のために、基板の熱容量の低減が必要であるが、アルミの板厚をより薄くして熱容量を小さくすると、反りが一層顕著となる。このため、そのような基板に対しては、外周だけではなく、ウェハの載置面に相当する領域を含めて、広い領域で支持体側に付勢させる必要がある。
しかしながら、特許文献１では、基板の上面にボルトが突出する構造であるから、ウェハの載置領域では、ウェハとボルトが干渉してしまい、基板を広い範囲で下方に付勢できない。
また、基板の板厚を薄くすると、基板の剛性が小さくなり、自重での撓みも問題となってやはり、基板上の適正位置にウェハを載置できない可能性がある。
本発明の目的は、基板を格段に薄くして温度変更を高速化した場合でも、基板の自重での撓みや熱による反りを確実に防止できる加熱装置を提供することにある。
第１発明に係る加熱装置は、ベースプレートと、前記ベースプレートの上方に位置してウェハが載置されるとともに、前記ウェハを加熱する加熱手段が設けられたフェイスプレートと、前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に立設されて該フェイスプレートを支持する複数の支柱と、前記フェイスプレートを前記ベースプレート側に引っ張る複数の引張部材とを備え、前記支柱および前記引張部材は、前記フェイスプレートの少なくとも前記ウェハの載置領域に対応した部位を支持および引っ張る位置に設けられるとともに、前記引張部材は、上端が前記フェイスプレートに係止されて下端が前記ベースプレートを貫通するシャフトと、前記ベースプレート側に位置して前記シャフトの下端側を下方に付勢する付勢手段とを有していることを特徴とする。
第２発明に係る加熱装置では、前記支柱および前記引張部材は、互いに近接した位置に設けられていることを特徴とする。
第３発明に係る加熱装置では、前記フェイスプレートには、前記ウェハを該フェイスプレートの上面から所定の隙間寸法だけ浮かして支持する複数のウェハ支持手段が設けられ、前記ウェハ支持手段は、前記支柱および前記引張部材の両方に近接して設けられていることを特徴とする。
第４発明に係る加熱装置では、前記引張部材は、前記シャフトの下部側に螺入されるナットを有するとともに、前記引張部材の付勢手段は、前記シャフトに挿通されて前記ベースプレートおよび前記ナットの間に配置される圧縮ばねであることを特徴とする。
第５発明に係る加熱装置は、ベースプレートと、前記ベースプレートの上方に位置してウェハが載置されるフェイスプレートと、前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に設けられて、前記フェイスプレートを冷却する冷媒ガスが流通する冷却パイプと、前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に設けられて、前記冷却パイプを通して噴出された前記冷媒ガスを案内するとともに、前記フェイスプレートから前記ベースプレートへの輻射熱を遮熱する遮熱整流プレートと、前記フェイスプレートの上面から突出して設けられたウェハ支持手段と、前記フェイスプレートに設けられて、前記ウェハを加熱する加熱手段と、前記ベースプレートに取り付けられて、前記加熱手段に設けられた給電用の端子と外部電源からの配線とが結線されるターミナルブロックと、前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に立設されて該フェイスプレートを支持する複数の支柱と、前記フェイスプレートを前記ベースプレート側に引っ張る複数の引張部材とを備え、前記支柱および前記引張部材は、前記フェイスプレートでの少なくとも前記ウェハの載置領域に対応した部位を支持および引っ張る位置に設けられるとともに、前記引張部材は、上端が前記フェイスプレートに係止されて下端が前記ベースプレートを貫通するシャフトと、前記ベースプレート側に位置して前記シャフトの下端側を下方に付勢する付勢手段とを有していることを特徴とする。
第１、第５発明によれば、フェイスプレートは、ウェハの載置領域内の複数箇所において支柱で支持され、また引張部材の付勢手段にてベースプレート側に引っ張られるので、基板であるフェイスプレートを薄くした場合でも、その自重で下方に撓んだり、熱膨張によって上方に反ったりせず、フェイスプレートの適正位置にウェハを確実に載置でき、また、フェイスプレートを薄くできることで、その熱容量を小さくできるから、加熱、冷却の温度変更を高速で行うことができる。
第２発明によれば、支柱および引張部材が互いに近接した位置に設けられているので、支柱部材に対してフェイスプレートを確実に押し付けることができ、フェイスプレートの平面度を高精度に維持できる。
第３発明によれば、フェイスプレートには、ウェハ支持手段を介してウェハの荷重が加わることになるが、そのような箇所の近傍を支柱で確実に支持することで、フェイスプレートをより確実に撓まないようにでき、また、引張部材で確実に引っ張ることにより、フェイスプレーをより確実に反らないようにできるので、ウェハの載置位置を良好に維持できる。
第４発明によれば、付勢手段である圧縮ばねをナットとベースプレートとの間に配置することで、ナットおよびシャフトを介して、フェイスプレートをベースプレート側に確実に引っ張ることができる。この際、圧縮ばねは、ベースプレートの下側に位置することになり、ベースプレートおよびフェイスプレートの間の空間を有効に利用でき、他の構成部品の配置スペースを容易に確保できる。また、加熱手段からの熱は、ベースプレートに遮られて圧縮ばねに達し難くでき、圧縮ばねの熱による劣化を抑制できる。
本発明の一実施形態に係る加熱装置の概略構成を示す分解斜視図。 加熱装置を構成するフェイスプレートを示す断面図。 ベースプレートの外周側でのフェイスプレートの支持構造を示す断面図。 フェイスプレートのウェハ載置領域のベースプレートへの支持構造を示す断面図。 ギャップボールの保持構造を示す断面図。 アース部材による接地構造を示す断面図。 アース部材を示す斜視図。 ターミナルブロックおよび端子を示す分解斜視図。 本発明の変形例を示す図。 本発明の別の変形例を示す図。
〔装置全体の説明〕
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、加熱装置１は、半導体製造工程に用いられるコータデベロッパ装置に搭載される装置であり、２点鎖線で示したシリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する）Ｗを、パターン焼付工程等の種々の工程に応じた所定温度に加熱するように構成されている。
具体的に加熱装置１は、円板状のベースプレート２と、ベースプレート２の上方に支持された円板状のフェイスプレート３と、各プレート２，３の間に収容される冷却パイプ１１および遮熱整流プレート１２とを備え、フェイスプレート３の上面側に所定の隙間Ｃ（図４）を空けて載置されたウェハＷが、フェイスプレート３を構成する後述のフィルムヒータ３２（図２）によって加熱されるようになっている。
フェイスプレート３には、ウェハＷを昇降させる昇降ピン（図示略）用の挿通孔３０が３箇所に設けられている。挿通孔３０から昇降ピンが上昇した状態で、ウェハＷが所定の温度に保持された加熱装置１にハンドロボットにより搬入され、該昇降ピンの上端に載せられる。さらに、ハンドロボットが退避した後に昇降ピンが下降し、これに伴って下降したウェハＷがフェイスプレート３にギャップボール６を介して載置される。
ウェハＷに加工が施されている間は、ウェハＷが加熱装置１によって加熱され、所定温度に維持される。ウェハＷに所定の処理が施された後では、再度昇降ピンが上昇し、これに伴って上昇したウェハＷがハンドロボットによって加熱装置１から搬出され、次のウェハＷと入れ換えられる。
また、ウェハＷへ施す加工条件（レシピ）が変更となり、フェイスプレート３の温度を例えば高温から低温へ変更する場合には、冷却パイプ１１に冷媒ガスが供給され、冷却パイプ１１の噴出小孔（図示略）から噴出する冷媒ガスによってフェイスプレート３が冷却される。冷媒ガスはその後、遮断整流プレート１２に案内されて、ベースプレート２の中央から排気される。フェイスプレート３が設定温度以下になると、冷媒ガスの供給が停止され、再びフェイスプレート３が加工条件に応じた設定温度に加熱保持される。
〔ベースプレートの説明〕
ベースプレート２は金属製であり、本実施形態ではステンレスが採用されている。このようなベースプレート２には、軽量化のための複数の開口部２１や、フェイスプレート３を冷却するために用いた冷媒ガスを中央から排出する排気開口２２が設けられている。ベースプレート２が十分な板厚寸法を有することで、加熱装置１全体の剛性を保証している。また、ベースプレート２の外周側の下面には、８つのターミナルブロック９が等周間隔で設けられ、外部から給電されている（図１に破線にて４つを図示）。
そのようなターミナルブロック９には、フィルムヒータ３２からチャンネル（コ字）形状に延設された端子３３と、図示略の外部電源からの配線２４（図８）とが結線されており、ターミナルブロック９を介して互いを導通させることで、フィルムヒータ３２へ給電するようになっている。ターミナルブロック９および端子３３の具体的な構造については、後述する。
〔フェイスプレートの説明〕
フェイスプレート３は、図２（Ａ）に示すように、アルミ基板３１の上下両面にフィルムヒータ３２（３２Ａ，３２Ｂ）をホットプレスにより貼り付けた構造である。このようなフェイスプレート３は、図１に示すように、最も外周側に等周間隔で配置された８箇所のウェハガイド４、およびその内側の適宜な位置に複数配置された支柱５を介してベースプレート２に支持されている。ウェハガイド４および支柱５による具体的な支持構造についても、後述する。
アルミ基板３１は、薄板状であり、本実施形態では１．５mmの板厚寸法を有している。アルミ基板３１には、全体にわたってアルマイト処理によるアルマイト層３４が形成されている。このようなアルマイト処理は、アルミ基板３１の上下両面の他、外周端面、および種々設けられた貫通孔の内部にも施されている。
フィルムヒータ３２は、ベースフィルム３５の表面にステンレス箔３６による発熱用の回路パターンを形成し、この回路パターンをカバーフィルム３７で覆った構成である。フィルム３５，３７としては、ポリイミド樹脂が用いられている。なお、ベースプレート２と対向するようアルミ基板３１の下面に貼られたフィルムヒータ３２Ａには、端子３３（図１）が設けられることで給電されるが、ウェハＷと対向するようアルミ基板３１の上面に貼られたフィルムヒータ３２Ｂには、給電のための端子が設けられておらず、給電されない。
すなわち、上面のフィルムヒータ３２Ｂは、フィルムヒータ３２Ａと略同じ回路パターンを有したダミー部材である。アルミ基板３１の上下両面に略同構造のフィルムヒータ３２Ａ，３２Ｂを貼り付けることにより、アルミ基板３１の両側での線膨張係数を同じにでき、加熱時の熱膨張による撓みを抑制できる。この結果、フェイスプレート３には主に、中央から外方に向けての面内方向（径方向と同じ）の膨張が生じることになる。なお、フィルムヒータ３２Ｂの回路パターンは、フィルムヒータ３２Ａとの線膨張係数差がなくなれば任意であり、フィルムヒータ３２Ａと略同じ回路パターンに限定されない。
さらに、図２（Ｂ）に示すように、ダミーのフィルムヒータ３２Ｂを設ける代わりに、線膨張係数差をなくす程度の厚さを有したアルマイト層３４′をアルミ基板３１の上面に形成してもよい。また、この場合には、アルミ基板３１の下面には、アルマイト層を施さなくともよい。
また、図示を省略するが、加熱手段としてのフィルムヒータ３２の回路パターンとしては、フィルムヒータ３２の発熱面が中心部の円部とその外側の円環部とで、それぞれ任意に分割された小領域に区画されており、小領域毎に独立して給電されるように回路が形成されている。発熱面が複数の小領域に区画され、独立して発熱させることで、加熱されたウェハＷの温度分布をより均一にでき、加熱ムラを少なくできる。
各小領域に応じた複数の回路パターンが形成されている本実施形態では、ターミナルブロック９は８つ設けられ、給電用の端子３３も８対分として１６箇所に設けられている。１６箇所のうち複数領域に給電を行わない端子３３はダミーとされ、発熱用の回路パターンとは導通していない。
ウェハＷを均一に加熱するには、フィルムヒータ３２の発熱面を複数の小領域に区画することが望ましく、端子３３としても本来であれば、給電する領域に対応した数で足りる。一方、端子３３の反力（弾性力）による薄板状のアルミ基板３１への応力の影響を考慮すると、各対の端子３３は周方向に沿って等周間隔で配置されるのが好ましい。しかし、給電する領域に対応した数の端子３３を等周間隔に配置することが製造上の理由で一般的でないため、端子３３としてはダミーを含めて８対設けることとし、等周間隔に配置している。
以上のフェイスプレート３では、下側のフィルムヒータ３２Ａのステンレス箔３６への給電により該フィルムヒータ３２Ａが発熱し、アルミ基板３１が加熱される。アルミ基板３１が加熱されると、フェイスプレート３全体の直上に存在するガスを介してフェイスプレート３上に載置されたウェハＷが加熱される。この際の温度制御は、アルミ基板３１に埋め込まれた図示略の温度センサからの信号に基づき、フィルムヒータ３２Ａへの給電を調整することで行われる。
また、このようなフェイスプレート３は、導電性のアルミ基板３１を絶縁性のポリイミド樹脂で挟持した構造であるから、フェイスプレート３全体がコンデンサとして作用して帯電する。さらに、ベースフィルム３５にピンホールが存在する場合では、アルミ基板３１に帯電した電荷が容易に漏電する可能性がある。このため、本実施形態では、フェイスプレート３の下面中央において、アルミ基板３１の素地面を一部露出させ、この露出部分をベースプレート２に対してアース部材８（図６、図７）を介して短絡させ、接地している。アース部材８による接地構造の詳細についても、後述する。
〔冷却パイプの説明〕
その他、ベースプレート２とフェイスプレート３との間には、環状の冷却パイプ１１および遮熱整流プレート１２が配置されている。冷却パイプ１１には、中央の排気開口２２を通して供給パイプ１３が接続され、供給パイプ１３から冷却パイプ１１内に冷媒ガスが供給される。冷媒ガスは、冷却パイプ１１に設けられた複数の噴出小孔（図示略）から中央に向けて噴出し、フェイスプレート３を下側から冷却する。
フェイスプレート３では、板厚寸法の小さい薄板状のアルミ基板３１を用いることで、熱容量が小さく抑えられているため、フィルムヒータ３２Ａへの給電のオン、オフによって、加熱、冷却の高速な温度変更を実現可能であるが、さらに冷却パイプ１１から噴出する冷媒ガスによってフェイスプレート３を効果的に冷却することで、より迅速な温度変更を可能にしている。
〔遮熱整流プレートの説明〕
遮熱整流プレート１２は、冷却パイプ１１から噴出した冷媒ガスをベースプレート２に設けられた開口部２１より流出するのを防ぎ、中央の排気開口２２に案内し、排気を促進するとともに、発熱中のフェイスプレート３からベースプレート２への輻射熱を遮断する。これにより、ベースプレート２の熱膨張や、ベースプレート２に取り付けられた各種部品への熱影響を抑制できる。
〔ウェハガイドによるフェイスプレートの支持構造の説明〕
以下には、図１、図３を参照し、フェイスプレート３の外周側でのウェハガイド４による支持構造について説明する。
先ず、ベースプレート２の外周側の８箇所には、アルマイト処理が施された上下に貫通する第１貫通孔２Ａが設けられている。これに対してウェハガイド４は、第１貫通孔２Ａに上方から挿通される支持ボルト４１と、フェイスプレート３の上面に配置されてウェハＷの外周縁が当接される樹脂製のガイド部材４２とを備えている。
支持ボルト４１は、ベースプレート２の第１貫通孔２Ａを貫通する雄ねじ部４３と、雄ねじ部４３の上部に一体に設けられて、フェイスプレート３が載置される載置部４４とを有している。このような支持ボルト４１は、載置部４４がベースプレート２の上面に置かれた状態にて、第１貫通孔２Ａの下面から突出した雄ねじ部４３に平ワッシャ４５およびスプリングワッシャ４５′を通し、ナット４６との螺合により、ベースプレート２に固定される。
支持ボルト４１の載置部４４の上面は平坦とされ、上面の一部分には極小径のセラミック製の第１支持ボール４７が圧入されている。第１支持ボール４７の一部は、載置部４４の上面から所定寸法突出している。すなわち、載置部４４に載置されるフェイスプレート３は詳細には、第１支持ボール４７上に点接触した状態で載置される。このような点接触によりフェイスプレート３との接触面積を小さくできるため、フェイスプレート３からの熱伝達を抑制でき、また、フェイスプレート３の径方向での熱膨張、収縮を妨げないようにできる。そして、第１支持ボール４７がセラミック製であることから、フェイスプレート３に用いられるアルミよりも熱伝導が低く、この点でもフェイスプレート３からの熱伝達を抑制でき、さらに、クリーンな環境にも対応している。
載置部４４にフェイスプレート３が載置された状態において、フェイスプレート３のアルマイト処理が施された第１取付孔３Ａ内には、金属製のリング部材４８が落とし込まれており、載置部４４の上面に置かれている。このリング部材４８をも貫通して、載置部４４の雌ねじ部４４Ａに螺入される皿ビス４９により、ガイド部材４２が載置部４４に固定される。
このような構造では、ガイド部材４２の下面と第１支持ボール４７との間にフェイスプレート３が挟持され、固定される。そして、皿ビス４９の締付によってフェイスプレート３が挟持される過程では、ガイド部材４２の下面がリング部材４８に当接するため、皿ビス４９の過度の締付を防止できる。皿ビス４９を締め付け過ぎると、その箇所でフェイスプレート３が波打つように変形し、ウェハＷを適正な位置に載置できなくなる。なお、フェイスプレート３の第１取付孔３Ａは、フェイスプレート３の径方向に沿った所定長さの長孔として形成され、径方向でのフェイスプレート３の熱膨張、伸縮を許容している。また、ガイド部材４２は、フェイスプレート３上において、ベースプレート２側に付勢された状態で、任意の固定手段で固定されてよく、ねじ止めに限定されない。
〔支柱によるフェイスプレートの支持構造の説明〕
次に、図１、図４を参照し、フェイスプレート３の支柱５による支持構造について説明する。
フェイスプレート３は、複数の支柱５を介してベースプレート２に支持されている。支柱５としては、２点鎖線で示したウェハＷの外側にて等周間隔に配置された８本の支柱５Ａと、その内側であるウェハＷの載置領域にて等周間隔に配置された８本の支柱５Ｂと、さらにその内側にて等周間隔に配置された３本の支柱５Ｃとが設けられている。
ベースプレート２の支柱５に対応した位置には、上下に貫通した第２貫通孔２Ｂが設けられている。支柱５は、第２貫通孔２Ｂに上方から挿通されるボルトである。支柱５は、第２貫通孔２Ｂを貫通する雄ねじ部５１と、雄ねじ部５１の上部に一体に設けられて、フェイスプレート３が載置される載置部５２とを有しており、載置部５２がベースプレート２の上面に置かれた状態にて、第２貫通孔２Ｂの下面から突出した雄ねじ部５１に平ワッシャ５３およびスプリングワッシャ５３′を通し、ナット５４との螺合により、ベースプレート２に固定されている。
載置部５２の上面も平坦とされ、上面の中央には第１支持ボール４７よりも大きいセラミック製の第２支持ボール５５が圧入されている。第２支持ボール５５の一部は、載置部５２の上面から所定寸法突出している。すなわち、載置部４４に載置されるフェイスプレート３は、ウェハガイド４による支持構造と同様、第２支持ボール５５に点接触した状態で載置されることになる。このような点接触による効果も、ウェハガイド４による支持構造と同様である。
また、フェイスプレート３は、外周側のウェハガイド４のみならず、ウェハＷ載置領域内の複数箇所においても、支柱５Ｂ，５Ｃによって下方から支持されるので、薄板状とされた剛性の小さいアルミ基板３１を用いたフェイスプレート３でありながら、下方へ凸型となる自重での撓みを防止でき、ウェハＷを適正位置に確実に載置できる。
ここで、フェイスプレート３の支柱５による支持箇所の近傍には、上下のフィルムヒータ３２Ａ，３２Ｂおよびアルミ基板３１を貫通した第２取付孔３Ｂが設けられている。本実施形態では、第２取付孔３Ｂは、下面側のフィルムヒータ３２Ａをも貫通しているが、フィルムヒータ３２Ａについては貫通していなくても問題ない。このような第２取付孔３Ｂ内には、上方からウェハ支持手段としてのセラミック製のギャップボール６が圧入され、保持されている。
ギャップボール６は、フェイスプレート３の上面から所定量突出している。この突出量は、図４での隙間Ｃに対応している。つまり、ウェハＷは、これらのギャップボール６上に点接触した状態で支持されており、フェイスプレート３の上面から所定寸法の隙間Ｃを均一に保った適正位置に載置されている。ただし、図４では、フェイスプレート３の板厚寸法に対し、ギャップボール６、第２取付孔３Ｂの孔径、および隙間Ｃの大きさは、見易さを考慮して大きく誇張して図示されている。
また、ギャップボール６は、支柱５による全ての支持箇所近傍に設けられている訳ではなく、支柱５Ｂで支持される支持箇所では、８本の支柱５Ｂのうち、１つおきの４本の支柱５Ｂに近接して設けられている。しかし、全ての支柱５に対応させてギャップボール６を設けてもよく、ギャップボール６をいずれの箇所に設けるかは、その実施にあたって適宜決められてよい。
〔引張部材の説明〕
支柱５による支持箇所近傍には、フェイスプレート３を下方に付勢する引張部材７が近接して設けられている。引張部材７は、支柱５による全ての支持箇所近傍に設けられる訳ではないが、支柱５としては、ギャップボール６および引張部材７が組み合わされて用いられている箇所では、必須である。支柱５は、単独での使用、または近傍にギャップボール６および引張部材７のいずれか一方が存在する箇所での使用が可能である。
図４において、ベースプレート２には、第３貫通孔２Ｃが設けられ、フェイスプレート３には、第３貫通孔２Ｃに対応した位置に第３取付孔３Ｃが設けられている。第３貫通孔２Ｃは、下方からの座ぐり部分を有した段付形状とされ、第３取付孔３Ｃは、上方からの座ぐり部分を有した段付形状とされている。
引張部材７は、ベースプレート２の第３貫通孔２Ｃおよびフェイスプレート３の第３取付孔３Ｃの両方に挿通されたシャフト７１と、第３貫通孔２Ｃから下方に突出したシャフト７１に挿通され、第３貫通孔２Ｃ内に位置するワッシャ７２と、同じくシャフト７１に挿通されてワッシャ７２の下方に位置する付勢手段としてのコイルばね７３と、シャフト７１に挿通されてベースプレート２の下面に当接されるワッシャ７４と、シャフト７１下部側の雄ねじ部７６に螺入されるナット７５とで構成される。
ワッシャ７２は、ナット７５の締付によりワッシャ７４およびコイルばね７３を介して第３貫通孔２Ｃ内の段差部分まで押し上げられ、当接される。コイルばね７３は圧縮ばねであり、ベースプレート２側に設けられてナット７５との間に配置されることにより、ナット７５のさらなる締付によって圧縮される。ワッシャ７４がベースプレート２の下面に当接されるまでナット７５を螺入した後、さらにナット７５を締め付けることにより、圧縮したコイルばね７３の反力でシャフト７１下部側のワッシャ７４およびナット７５が下方に付勢され、シャフト７１全体が下方に付勢される。
フェイスプレート３の第３取付孔３Ｃ内では、シャフト７１の上端に設けられたフランジ状の頭部７７が段差部分に係止され、頭部７７を介してフェイスプレート３が下方に付勢される。つまり、引張部材７によれば、フェイスプレート３をベースプレート２側から下方に向けて引っ張るのであり、フェイスプレート３の上面から突出する部分が一切存在しない。従って、フェイスプレート３でのウェハＷの載置領域を下方に付勢させているのにかかわらず、引張部材７がウェハＷと干渉することはない。
以上の構造により、フェイスプレート３では、引張部材７によって下方に引っ張られながら、その下面が支柱５の第２支持ボール５５に点接触して支持されるから、自重による下方への凸型の撓みが抑制される他、熱膨張による上方への凸型の変形も抑制される。その結果、フェイスプレート３の平面度を高精度に維持でき、ウェハＷを適正位置に確実に載置できる。また、引張部材７がフェイスプレート３の上面から突出しないうえ、フェイスプレート３を構成するアルミ基板３１の薄型化が図られていることから、加熱装置１全体の薄型化をも実現している。
〔ギャップボールの保持構造の説明〕
図５に基づき、ギャップボール６の保持構造を説明する。
ギャップボール６は、フェイスプレート３を貫通する第２取付孔３Ｂの内壁面に圧入され、保持されている。詳細には、ギャップボール６は、アルミ基板３１での第２取付孔３Ｂに対応した内壁面のみで保持されているのであり、その第２取付孔３Ｂでのギャップボール６の保持位置は、アルミ基板３１の板厚方向の中央よりも上方側であって、本実施形態では、アルミ基板３１の板厚寸法よりも大きい径寸法のギャップボール６を厚さ方向中央よりも僅かに高い位置に圧入し、ギャップボール６の所定の突出量を確保している。
ギャップボール６は、第２取付孔３Ｂに対して上方から圧入されるが、その際には、アルミ基板３１の内壁面に施されたアルマイト層３４の表面が圧入部分で薄く削り取られるが残存する。ギャップボール６を第２取付孔３Ｂに対してアルミ基板３１の板厚方向の中央以下にまで深く圧入してしまうと、上方からの外力によりアルマイト層３４は、圧入部位から下方側の全ての部分で内壁面から剥離してしまい、一気に欠落する可能性がある。こうなると、ギャップボール６の下方側での保持力が低下するため、ギャップボール６を安定して保持することができず、隙間Ｃを維持できなくなる。これに対して本実施形態では、ギャップボール６をアルミ基板３１の板厚方向の中央よりも上方位置で保持することとし、欠落を生じないようにして隙間Ｃをより確実に維持できるようにしている。
また、本実施形態によれば、アルミ基板３１を貫通するように第２取付孔３Ｂを設けることで、第２取付孔３Ｂには、アルミ基板３１の一部として形成される底部分が存在しないし、そのような底部分にギャップボール６が載置されることもない。従って、そのような薄手の底部分での変形がギャップボール６に与える熱影響をなくすことができる。なお、第２取付孔３Ｂがアルミ基板３１を貫通しておらず、アルミ基板３１に底部分が存在しても、底部分にギャップボール６が接触していなければよく、このような場合でも、底部分の熱膨張、収縮がギャップボール６に与える影響を少なくできる。
加えて、第２取付孔３Ｂにアルミ基板３１による底部分が存在しないことにより、ギャップボール６の下方には密閉空間が形成されないので、加熱時に密閉空間内の空気が膨張してギャップボール６を押し上げるといった現象も生じることがなく、やはり隙間Ｃを良好に維持できる。
〔アース部材による接地構造の説明〕
図１、図６、図７に基づき、アース部材８による接地構造を説明する。
図１、図６において、ベースプレート２の中央には、表裏を貫通する第４貫通孔２Ｄが設けられ、第４貫通孔２Ｄ内には雌ねじが形成されている。また、ベースプレート２の第４取付孔２Ｄから所定寸法だけ離間した位置には、ねじ穴２Ｅが設けられている。
一方、フェイスプレート３の前記第４貫通孔２Ｄに対応した位置には、表裏を貫通する第４取付孔３Ｄが設けられている。
ベースプレート２の第４貫通孔２Ｄには、上方から保持ボルト８１が螺入されている。保持ボルト８１は、第４貫通孔２Ｄに螺入される雄ねじ部８２と、雄ねじ部８２の上端に一体に設けられた円柱状の頭部８３とを有している。保持ボルト８１の内部中央には、軸方向に沿って貫通したガイド孔８１Ａが設けられている。ガイド孔８１Ａの頭部８３に対応した部分は、雄ねじ部８２に対応した部分よりも径方向に広がっており、平面視で六角形状とされた保持部８１Ｂになっている。
保持部８１Ｂには、六角形状のナット８９が上下にスライド自在に嵌合している。ナット８９には、フェイスプレート２の第４取付孔３Ｄに対して上方から挿通された長ビス８４が螺入している。長ビス８４は、下端側に設けられて保持ボルト８１のガイド孔８１Ａに挿通されるロッド部８４Ａと、ロッド部８４Ａの上端に一体に設けられてナット８９に螺入される雄ねじ部８４Ｂと、雄ねじ部８４Ｂの上端に一体に設けられてフェイスプレート３の第４取付孔３Ｄ内の座ぐり部分で係止される頭部８４Ｃとを有している。このような長ビス８４は、フェイスプレート３の下面とナット８９との間に介装されるアース部材８の一端側（上端側）を貫通している。
図６、図７に示すように、アース部材８は、ステンレスなどの導電性を有する金属製の帯体であり、山谷交互に折曲した第１〜第４折曲部８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄを有する階段状に形成されている。アース部材８の一端側には、長ビス８４が挿通される挿通孔８Ｅが設けられ、他端側（下端側）には、ビス８５が挿通される挿通孔８Ｆが設けられている。ビス８５は、アース部材８の他端側をベースプレート２の上面とワッシャ８６との間で挟持するようにしてねじ穴２Ｅに螺入される。
アース部材８の一端側において、フェイスプレート３の下面とアース部材８との間には、導電性を有した金属製のワッシャ８７が配置されており、長ビス８４に挿通されている。このワッシャ８７に対向したフィルムヒータ３２Ａ（図２）の部分は、ワッシャ８７の径よりもやや大きい開口とされ、また、アルミ基板３１（図２）では、やはりワッシャ８７の径よりもやや大きい部分でアルマイト処理が施されていない。そして、ワッシャ８７の厚さは、アルマイト層３４およびフィルムヒータ３２Ａからなる絶縁層の厚さ以上である。その結果、長ビス８４が所定の締付力で締め込まれた状態では、ワッシャ８７はアルミ基板４１の素地部分と接触して導通することになり、ワッシャ８７を介してアース部材８がアルミ基板３１と導通し、このアース部材８を介してアルミ基板３１がベースプレート２に接地される。
ここで、アース部材８とナット８９との間には、断熱性および絶縁性を有した樹脂ワッシャ８８が配置され、長ビス８４に挿通されている。従って、フェイスプレー３からの熱を、ナット８９や保持ボルト８１に伝えにくくでき、熱伝達を抑制できる。また、アース部材８を中央に設けることで、熱逃げがあっても、端部に設けるより均一性の観点で影響を受け難い。
このようなアース部材８では、長手方向の途中に第１〜第４折曲部８Ａ〜８Ｄが設けられているので、アース部材８に作用する外力は、これら第１〜第４折曲部８Ａ〜８Ｄでの屈曲により吸収され、アース部材８の両端では、外力に対する反力が生じ難い。従って、特にアース部材８の一端側を介してフェイスプレート３の下面が上方に押圧されるといったことがなく、フェイスプレート３の中央が上方に押し上げられるように変形するのを防止できる。 また、アース部材８によれば、第１〜第４折曲部８Ａ〜８Ｄでの屈曲により、アース部材８の熱膨張や収縮による長手方向に沿った変位に対応できる。
以上に説明した構造では、フェイスプレート３をベースプレート２に支持させる前工程において、アース部材８の他端側をビス８５によってベースプレート２に固定しておく。また、ナット８９なども、ベースプレート２に螺入された保持ボルト８１の保持部８１Ｂ内に収容しておき、ナット８９の上方にアース部材８の一端側を位置させ、各ワッシャ８７，８８を配置しておく。
そして、フェイスプレート３をベースプレート２に支持させる段階において、長ビス８４をフェイスプレート３の第４取付孔３Ｄに挿通すると同時に、アース部材８、各ワッシャ８７，８８、ナット８９、保持ボルト８１にも挿通する。この後、長ビス８４のロッド部８４Ａを保持ボルト８１のガイド孔８１Ａにガイドさせながら回転させると、ナット８９が長ビス８４に螺入しつつ、無回転状態で保持部８１内を上方にスライドし、最終的にフェイスプレート３の下面とナット８９との間で、アース部材８および各ワッシャ８７，８８を挟持することになる。
〔ターミナルブロックおよび端子の説明〕
図８において、ターミナルブロック９は、ベースプレート２の下面に固定される絶縁性を有した樹脂製の基台９１と、基台９１に取り付けられる導電性を有した一対の金属製の導通プレート９２と、導通プレート９２の外方側の端部に取り付けられる押さえ部材９３とを備えている。
基台９１の外方側の端縁は、ベースプレート２の端面と略面一とされている。基台９１には、内外方向（ベースプレート２の径方向と同じ）に沿った２条の取付溝９１Ａが設けられ、取付溝９１Ａに導通プレート９２が配置される。取付溝９１Ａおよび導通プレート９２の長手方向の中央には、表裏を貫通する貫通孔９１Ｂ、９２Ａが設けられている。これらの貫通孔９１Ｂ，９２Ａには、絶縁性を有する樹脂製の筒状部材９４が挿通される。
筒状部材９４には、平ワッシャ９５およびスプリングワッシャ９５′に通されたビス９６が挿通されており、ビス９６はベースプレート２に設けられたねじ穴２Ｆに螺入される。このビス９６により、基台９１はベースプレート２に固定され、導通プレート９２は基台９１に取り付けられる。この際、ベースプレート２に螺入されるビス９６は、筒状部材９４に挿通されることで導通プレート９２に対して絶縁されているため、導通プレート９２がベースプレート２と導通することはない。
導通プレート９２において、貫通孔９２Ａの両側には、ねじ孔９２Ｂが設けられ、ねじ孔９２Ｂのそれぞれには、ビス９７が螺入される。基台９２には、ねじ孔９２Ｂに対応した位置に丸孔９１Ｃが設けられるが、この丸孔９１Ｃは、ねじ孔９２Ｂから突出したビス９７の先端と基台９１との干渉を回避するための孔である。
導通プレート９２の内方側で螺入されるビス９７は、平ワッシャ９８およびスプリングワッシャ９８′を介して配線２４の圧着端子２４Ａに挿通される。ビス９７をねじ穴９２Ｂに螺入することで、配線２４が導通プレート９２上に結線される。
導通プレート９２の外方側で螺入されるビス９７は、平ワッシャ９８およびスプリングワッシャ９８′を介して押さえ部材９３に挿通され、また、フィルムヒータ３２Ａ（図２）の端子３３に挿通される。ビス９７をねじ穴９２Ｂに螺入することで、端子３３が押さえ部材９３で押さえ込まれるようにして導通プレート９２上に結線される。
なお、図８では、ベースプレート２やターミナルブロック９を下方から見た図として示されているが、ベースプレート２へのターミナルブロック９の取付作業や、配線２４、端子３３の結線作業は、ベースプレート２の下面を上方にして行われる。
このようなターミナルブロック９に結線される端子３３は、長手方向の途中に第１、第２折曲部３３Ａ、３３Ｂを有したチャンネル形状（コ字形状）である。従って、第１，第２折曲部３３Ａ，３３Ｂを有することで、端子３３に作用する外力は、前述したアース部材８と同様に、第１、第２折曲部３３Ａ，３３Ｂでの屈曲により吸収され、端子３３の両端では、外力に対する反力が生じ難い。従って、特に端子３３基端側を介してフェイスプレート３の下面が上方に押圧されたり、下方に引き下げられたりするといったことがなく、フェイスプレート３の外周が上方に押し上げられたり、下方に引き下げられたりするように変形するのを防止できる。また、何らかの理由により、フェイスプレート３が押し上げられる場合や、引き下げられる場合でも、端子３３が等周間隔で配置されているので、不規則な形状に変形することがなく、変形による影響を少なくできる。
また、ターミナルブロック９は、ベースプレート２の下面に取り付けられているので、ベースプレート２の下面を上方に向けることで、端子３３の結線作業等を容易にでき、作業性が良好である。
しかも、ターミナルブロック９は従来、ベースプレート２の上面に取り付けられ、フェイスプレート３との間の空間に収容されていたが、ベースプレート２の下面に取り付けられることにより、ベースプレーと２とフェイスプレート３との間隔を全体的に狭めることができ、加熱装置１の全体的な薄型化を促進できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、支柱５による全ての支持箇所近傍に対応して引張部材７が設けられていたが、全ての支持箇所近傍ではなく、適宜選択された幾つかの支持箇所近傍にのみ引張部材７を設けた場合でも本発明に含まれるし、支柱５での支持箇所近傍以外の箇所に引張部材７を設けた場合にも本発明に含まれる。要するに、フェイスプレート３のウェハＷ載置領域に対応した部分が、ベースプレート２側から引張部材７によって下方に付勢されていればよい。
前記実施形態では、本発明に係る加熱手段としてフィルムヒータ３２Ａが用いられていたが、基板自身に発熱用の回路パターンを形成できる場合であれば、フィルムヒータを用いる必要はない。
前記実施形態では、本発明に係る付勢手段としてコイルばね７３が用いられていたが、弾性力を有した円柱状のゴム部材等であってもよい。
前記実施形態では、ウェハ支持手段としてギャップボール６が用いられていたが、これに限定されず、例えば、上端に向かって先細りとなった略円錐状の突起などであってもよい。
前記実施形態では、アース部材８の形状は、平面視において、加熱装置１の中心から径方向の外側に向けて延びた直線状であるが、このような形状に限定されない。例えば図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２折曲部８Ｂにて延出方向を９０度変更することで、平面視でＬ字形状に形成してもよく、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２折曲部８Ｂに加えて、第４折曲部８Ｄにて再度延出方向を９０°変更して戻すことで、平面視でクランク形状に形成してもよい。
これらの形状を有したアース部材８では、第１、第２折曲部８Ａ，８Ｂが屈曲することと、第３、第４折曲部８Ｃ，８Ｄが屈曲することとにより、互いに直交する２方向の変位に対応できる。
本発明は、半導体ウェハの加熱に利用できる。
１…加熱装置、２…ベースプレート、３…フェイスプレート、５…支柱、６…ウェハ支持手段であるギャップボール、７…引張部材、９…ターミナルブロック、１１…冷却パイプ、１２…遮熱整流プレート、２４…配線、３２，３２Ａ…加熱手段であるフィルムヒータ、３３…端子、７１…シャフト、７３…付勢手段である圧縮ばねとしてのコイルばね、７５…ナット、Ｗ…ウェハ。

Claims (5)

  1. ベースプレートと、
    前記ベースプレートの上方に位置してウェハが載置されるとともに、前記ウェハを加熱する加熱手段が設けられたフェイスプレートと、
    前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に立設されて該フェイスプレートを支持する複数の支柱と、
    前記フェイスプレートを前記ベースプレート側に引っ張る複数の引張部材とを備え、
    前記支柱および前記引張部材は、前記フェイスプレートの少なくとも前記ウェハの載置領域に対応した部位を支持および引っ張る位置に設けられるとともに、
    前記引張部材は、上端が前記フェイスプレートに係止されて下端が前記ベースプレートを貫通するシャフトと、前記ベースプレート側に位置して前記シャフトの下端側を下方に付勢する付勢手段とを有している
    ことを特徴とする加熱装置。
  2. 請求項１に記載の加熱装置において、
    前記支柱および前記引張部材は、互いに近接した位置に設けられている
    ことを特徴とする加熱装置。
  3. 請求項２に記載の加熱装置において、
    前記フェイスプレートには、前記ウェハを該フェイスプレートの上面から所定の隙間寸法だけ浮かして支持する複数のウェハ支持手段が設けられ、
    前記ウェハ支持手段は、前記支柱および前記引張部材の両方に近接して設けられている ことを特徴とする加熱装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の加熱装置において、
    前記引張部材は、前記シャフトの下部側に螺入されるナットを有するとともに、
    前記引張部材の付勢手段は、前記シャフトに挿通されて前記ベースプレートおよび前記ナットの間に配置される圧縮ばねである
    ことを特徴とする加熱装置。
  5. ベースプレートと、
    前記ベースプレートの上方に位置してウェハが載置されるフェイスプレートと、
    前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に設けられて、前記フェイスプレートを冷却する冷媒ガスが流通する冷却パイプと、
    前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に設けられて、前記冷却パイプを通して噴出された前記冷媒ガスを案内するとともに、前記フェイスプレートから前記ベースプレートへの輻射熱を遮熱する遮熱整流プレートと、
    前記フェイスプレートの上面から突出して設けられたウェハ支持手段と、
    前記フェイスプレートに設けられて、前記ウェハを加熱する加熱手段と、
    前記ベースプレートに取り付けられて、前記加熱手段に設けられた給電用の端子と外部電源からの配線とが結線されるターミナルブロックと、
    前記ベースプレートおよび前記フェイスプレートの間に立設されて該フェイスプレートを支持する複数の支柱と、
    前記フェイスプレートを前記ベースプレート側に引っ張る複数の引張部材とを備え、
    前記支柱および前記引張部材は、前記フェイスプレートでの少なくとも前記ウェハの載置領域に対応した部位を支持および引っ張る位置に設けられるとともに、
    前記引張部材は、上端が前記フェイスプレートに係止されて下端が前記ベースプレートを貫通するシャフトと、前記ベースプレート側に位置して前記シャフトの下端側を下方に付勢する付勢手段とを有している
    ことを特徴とする加熱装置。
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