JP2014146597A - 基板加熱プレートヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム製の支持板を使用したものであっても、高温時の剛性を確保し、高温の下で反りや曲がりが無く、しかもアルミニウム製の支持板として耐食性の優れた絶縁皮膜いわゆるアルマイト処理を可能とする。
【解決手段】基板加熱プレートヒータは、５０００系又は６０００系アルミニウム合金製の板体からなる支持板１と、この支持板１の中に埋設されたヒータ線３とを有する。前記支持板１にヒータ線３に沿って同支持板１より剛性の高い補強部材４が埋め込まれ、支持板１と同じ材質の５０００系又は６０００系アルミニウム合金製の蓋体７が支持板１のヒータ線３と補強部材４が埋め込まれた個所を覆うと共に、この蓋体７と支持板１との接合部が一体化されていると共に、支持板１と蓋体７との全面にわたってアルマイト皮膜が施されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板上に薄膜パターンを形成したり、あるいはその基板をエッチングしたりする工程、さらには化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）等の手段でガラス基板等の基板上に薄膜を形成する工程において、基板を載せて加熱する基板加熱プレートヒータに関する。

例えば半導体製品は、半導体ウエハ等の基板上にフォトマスク等を適用して電極パターン等の薄膜パターンを形成したり、薄膜をエッチングしたりして所定のパターンに形成する工程等を経て製造される。またディスプレイ装置等に使用される透明基板上に形成される透明導電膜等からなる電極パターンは、いわゆるプラズマＣＶＤ法等の化学的気相堆積法等の手段で形成される。
これらの電子デバイス用の基板を製造する工程では、殆どの場合に基板を所定の温度に加熱した状態で行う。この基板の加熱のために基板を載置した状態で加熱するのに使用されるのが基板加熱プレートヒータである。

従来において、このような基板の加熱に使用される基板加熱プレートヒータは、熱伝導良好なステンレスやアルミニウム等の金属製の支持板の中にシーズヒータ等のヒータ線を埋め込み、このヒータ線の発熱により支持板を加熱し、その上に載せられた基板を加熱する方式のものが多い。特にアルミニウム製の支持板を使用した基板加熱プレートヒータは、支持板の熱容量が小さいので、温度応答性に優れ、加熱、冷却時間が短く、温度制御も容易である。また、表面をアルマイト処理することにより、基板面を絶縁したり、耐腐食性を増したりする事が出来る。

基板加熱プレートヒータによる基板の加熱温度は薄膜パターンやホトレジスト等の成膜温度により決定されるが、４００℃以上の高い加熱温度が要求されることも多い。従来のアルミニウム製の支持板を用いた基板加熱プレートヒータでは、４００℃の温度以下において支持体の十分な剛性が確保出来る。しかし加熱温度が４００℃を越えると、アルミニウム製の支持板は剛性の低下を来たし、曲がりやすくなるという欠点がある。

そのため加熱温度が高く、絶縁が必要な場合は、アルミニウムより高い剛性を有するセラミックやセラミック溶射したステンレス製等の支持板を用いた基板加熱プレートヒータを使用する必要がある。しかしながら、それらはコストが高く、ステンレス製の支持板は、アルミニウム製の支持板に比べて熱容量が大きいため、アルミニウム製の支持板を使用した基板加熱プレートヒータに比べて温度均一性が低く、温度応答性も悪く、コストも高い。また、所定の温度までの加熱や所定の温度から常温への冷却の時間が長くなり、温度制御も容易ではない。

特開２００７−１８４２８９号公報 特開２００７−１８４２８８号公報 特開２００７−１６５０６８号公報 特開２００６−１８３９８２号公報 特開２００５−１２３０００号公報 特開２００５−１２２９９９号公報 特開２００４−１９３１１４号公報 特開２００４−０７１１７２号公報 特開平１１−４０３３０号公報 特表２００５−５２４９６８号公報 国際公開第２００６/００４０４５号

本発明は、従来における基板加熱プレートヒータの前記の課題に鑑み、アルミニウム製の支持板を使用したものであっても、高温時の剛性を確保し、高温の下で反りや曲がりが無く、しかもアルマイト処理しやすいアルミニウム製の支持板としての諸特性を満足することが出来る基板加熱プレートヒータを提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、アルミニウム製の支持板１の内部に、ヒータ線３と共に同支持板１より剛性の高い補強部材４を埋め込み、この補強部材４を支持板１と同じ材質の蓋体７で覆うことにより、補強部材４が支持板１の表面に露出しないようにした。

本願の請求項１に係る発明は、５０００系又は６０００系アルミニウム合金製の板体からなる支持板１と、この支持板１の中に埋設されたヒータ線３とを有する基板加熱プレートヒータであって、支持板１にヒータ線３に沿って同支持板１より剛性の高い補強部材４が埋め込まれ、支持板１と同じ材質の５０００系又は６０００系アルミニウム合金製の蓋体７が支持板１のヒータ線３と補強部材４が埋め込まれた個所を覆うと共に、この蓋体７と支持板１との接合部が一体化されていると共に、支持板１と蓋体７との全面にわたってアルマイト皮膜が施された基板加熱プレートヒータである。

請求項２に係る発明は、ヒータ線３がシーズヒータからなり、このシーズヒータのシースは、アルミニウム合金製であり、補強部材４は、アルミニウム合金製である前記請求項１に記載の基板加熱プレートヒータである。

請求項３に係る発明は、補強部材４がヒータ線３と共にヒータ用溝１１の中に埋め込まれることで、同補強部材４がヒータ線３に隣接してその直線部分に沿って支持板１の中に埋設されている前記請求項１に記載の基板加熱プレートヒータである。

請求項４に係る発明は、補強部材４がヒータ線３を埋設したヒータ用溝１１の上を塞ぐように設けられ、この補強部材４が蓋用溝１２に嵌め込まれた蓋体７の下面の溝の中に埋設されており、補強部材４はヒータ線３に隣接してそれより支持板１の裏面側に配置されている前記請求項１に記載の基板加熱プレートヒータである。

請求項５に係る発明は、ヒータ線３を埋設したヒータ用溝１１とは別にその両側に補強部材用溝１３、１３が設けられ、この補強部材用溝１３、１３の中に補強部材４、４が埋設されており、補強部材４、４はヒータ線３から若干離れているが、ヒータ線３に近い位置でそれに沿って配置されている前記請求項１に記載の基板加熱プレートヒータである。

請求項６に係る発明は、ヒータ線３を埋設したヒータ用溝１１とは別にその片側に補強部材用溝１３が設けられ、この補強部材用溝１３の中に補強部材４が埋設されており、補強部材４はヒータ線３から若干離れているが、ヒータ線３に近い位置でそれに沿って配置されている前記請求項１に記載の基板加熱プレートヒータである。

請求項７に係る発明は、 蓋体７が支持板１に摩擦撹拌接合により溶接されている前記請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板加熱プレートヒータである。

このような特徴を有する基板加熱プレートヒータでは、支持板１にヒータ線３に沿って同支持板１より剛性の高い補強部材４が埋め込まれているので、支持板１が高温になり、剛性が低下しても、補強部材４により補強され、高温時の剛性が確保出来る。しかも、補強部材４が支持板１と同じ材質の蓋体７により覆われ、補強部材４が支持板１の表面に露出しないため、補強部材４として任意のものを使用することが出来る。特に、支持板１の表面を耐食性化処理するとき等に、支持板１の表面全体を一様に表面処理することが出来るので、アルマイト処理等に向いた材質を選定でき、良好な耐食性を有する表面を容易な手段で得ることが出来る。

さらに、前記蓋体７は支持板１のヒータ線３と補強部材４が埋め込まれた個所を覆うと共に、この蓋体７と支持板１との接合部が、例えば蓋体７が支持板１に摩擦撹拌接合により一体化されているので、支持板１と蓋体７との不連続性が無く、耐食性化処理により高温下での接合部の部分的な腐蝕も無く、アルマイト処理等の耐食性に優れた基板加熱プレートヒータが得られる。

以上説明した通り、本発明によれば、高温下でも高い剛性を有する基板加熱プレートヒータを得ることが出来る。しかも補強部材４が支持板１の表面に表れず、同支持板１の表面を一様に表面処理することが出来るので、アルマイト処理等の良好な絶縁表面を形成することが出来、耐食性に優れた基板加熱プレートヒータが得られる。

本発明の一実施例による基板加熱プレートヒータを示す裏面図である。 本発明の一実施例による基板加熱プレートヒータを示す側面図である。 本発明の一実施例による基板加熱プレートヒータ支持板のヒータ線が埋設された部分の断面を示す要部断面図である。 本発明の他の実施例による基板加熱プレートヒータ支持板のヒータ線が埋設された部分の断面を示す要部断面図である。 本発明の他の実施例による基板加熱プレートヒータ支持板のヒータ線が埋設された部分の断面を示す要部断面図である。

本発明は、アルミニウム製の支持板１の内部に、ヒータ線３と共に同支持板１より剛性の高い補強部材４を埋め込み、この補強部材４を支持板１と同じ材質の蓋体７で覆うことにより、補強部材４が支持板１の表面に露出しないようにし、前記の目的を達成するものである。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による基板加熱プレートヒータの底面図であり、図２はその側面図である。
支持板１は金属製の板からなり、最も好ましくはアルミニウム系合金の板が使用される。例えば厚さ５０ｍｍのアルミニウム合金の板体からなる。

後述するように、支持板１は表面を耐食性化するため陽極酸化等の手段で表面酸化処理し、表面にアルマイト（Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化膜被膜）を形成する。そのため、支持板１としては陽極酸化等による表面処理に適したアルミニウム合金が使用される。例えば国際アルミニウム合金名として５０００番台のＡｌ−Ｍｇ系合金や６０００番台のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等を使用することになる。

この支持板１の所要の剛性を維持しながら肉薄化と軽量化を図る目的で、図１に示すように、その裏面にはリブ２が形成され、その間の部分は凹部９となっている。さらに、この支持板１の裏面中央には円筒形のリード線引出筒部６が立設されている。

支持板１の中には、ヒータ線３が配線され、このヒータ線３のリード線は前記リード線引出筒部６から電源側に引き出される。このヒータ線３の配線パターンは、例えば図１に示すようなものであるが、これは支持板１の加熱温度が全面にわたって出来るだけ均一になるようなパターンに設計して埋設する。支持板１の放熱量はその中心部より周辺部の大きいが、例えば中心部に前述のようなリード線引出筒部６が立設されているとそこからの放熱もある。これらのバランスが均衡するようにヒータ線３を配線することで、放熱板１の温度分布の均一性が得られるようなヒータ線３の配線パターンを採用する。

このヒータ線３は例えばシーズヒータからなり、金属筒状のシースの中にタングステン、ニクロム、タンタル等の高融点金属からなる電熱線が収納され、これがシースの中に充填したマグネシア粉末等からなる無機絶縁材で絶縁されている。シーズヒータのシースは一般にステンレスが使用されるが、支持板１が前述のようなアルミニウム合金の場合、シースには同じようなアルミニウム合金のものを使用するのがよい。これにより、支持板１とヒータ線３との熱膨張率の違いによる熱応力を低減し、熱歪みによる支持板１の反りや曲がりを低減することが出来る。

図３は支持板１のヒータ線３が埋設された部分の断面を示す。この図３に示したように、支持板１の裏面に蓋用溝１２を設け、この蓋用溝１２の底にヒータ用溝１１を設け、このヒータ用溝１１の中に前記のヒータ線３を埋め込んで装着する。

このヒータ線３は支持板１の裏面側、すなわち図１に示した面側、図２において下面側に寄せて支持板１の中に埋設する。支持板１のヒータ線３が埋設された部分の断面を示した図３において表面である加熱面からヒータ線３までの深さ寸法ｄ１と裏面からヒータ線３までの深さ寸法ｄ２をｄ１＞ｄ２し、例えばｄ１：ｄ２＝３：２程度にとる。これにより支持板１の加熱面である表面側の温度分布を均一にすることが出来る。またプラズマＣＶＤ法により成膜工程を行う場合等において、支持板１の加熱面である表面側における成膜時の電位分布を均一にすることも出来る。

支持板１には前記のヒータ線３に沿って同支持板１の剛性を補強するための補強部材４を埋め込む。補強部材４としては、支持板１に比べてより剛性が高いアルミニウム合金、例えば国際アルミニウム合金名として３０００番台のＡｌ−Ｍｎ系合金、或いはＳｉ、Ｎｉ等の成分が比較的多いアルミニウム合金等を使用する。これを断面矩形等の長尺部材とし、前記ヒータ線３の直線部分に沿って溝に埋め込む。図３に示した実施例では補強部材４がヒータ線３と共にヒータ用溝１１の中に埋め込まれることで、同補強部材４がヒータ線３に隣接してその直線部分に沿って支持板１の中に埋設されている。

蓋用溝１２に蓋体７を嵌め込み、固定する。蓋体７は支持板１と同じ材質のアルミニウム合金からなり、その長さ、幅及び厚さは支持板１の裏面の蓋用溝１２の長さ、幅及び深さに対応している。従って、蓋体７は支持板１の裏面の蓋用溝１２の中に密に嵌め込まれる。この蓋体７はその縁が蓋用溝１２の縁に溶接等の手段で接合される。例えば蓋体７と蓋用溝１２の縁が摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）により溶接される。摩擦攪拌接合は先端に突起のある円筒状の工具を回転させながら強い力で押し付けることで突起部を接合させる母材である支持板１と蓋体１２の接合部に圧接し、これによって摩擦熱を発生させて母材を軟化させるとともに、工具の回転力によって接合部周辺を塑性流動させて練り混ぜることで支持板１と蓋体１２の接合部を一体化させる。摩擦攪拌溶接とも呼ばれる。これにより支持板１と蓋体１２の接合部は不連続性が無いよう接合される。こうして溶接された支持板１と蓋体１２の接合部は必要に応じて研磨されて溶接部の凹凸が平坦化され、支持板１と蓋体１２とが面一とされる。

摩擦攪拌接合では支持板１と蓋体１２とが一旦溶融して混合し、一体化するため、接合部における不連続性は無くなる。また、この摩擦攪拌接合では入熱を非常に小さくすることが出来、溶け込み深さを深く出来るので、支持板１と蓋体１２との接合に最適である。大気中で溶接出来る利点もある。

その後、支持板１と蓋体７との全面にわたって表面処理し、耐蝕性化をする。例えば、支持板１と蓋体７とを形成するアルミニウム合金の表面を陽極として強酸中で水の電気分解により酸化させ、酸化被膜でコーティングするいわゆるアルマイト処理を行う。希硫酸やシュウ酸などを用いて支持板１と蓋体７とを形成するアルミニウム合金を陽極として電気分解することにより、支持板１と蓋体７の表面を電気化学的に酸化させて酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３の酸化皮膜を生成させる。既に述べた通り、この表面処理のため、前記の支持板１と蓋体７とは、陽極酸化による表面処理に適した国際アルミニウム合金名が５０００番台のＡｌ−Ｍｇ系合金や６０００番台のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等を使用する。

図４は、本発明の他の実施例について前述した図３と同様に支持板１のヒータ線３が埋設された部分の断面を示している。この図４に示した実施例では、補強部材４がヒータ線３を埋設したヒータ用溝１１の上を塞ぐように設けられ、この補強部材４が蓋用溝１２に嵌め込まれた蓋体７の下面の溝の中に埋設されている。従って補強部材４はヒータ線３に隣接してそれより支持板１の裏面側に配置されている。

図５は、本発明の他の実施例について前述した図３と同様に支持板１のヒータ線３が埋設された部分の断面を示している。この図５に示した実施例では、ヒータ線３を埋設したヒータ用溝１１とは別にその両側に補強部材用溝１３、１３が設けられ、この補強部材用溝１３、１３の中に補強部材４、４が埋設されている。補強部材４、４はヒータ線３から若干離れているが、ヒータ線３に近い位置でそれに沿って配置されている。補強部材４はヒータ線３の片側のみに設けられていてもよい。

本発明によれば、半導体ウエハ等の基板上に薄膜パターンを形成したり、あるいはその基板をエッチングする工程、さらには化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）等の手段でガラス基板等の基板上に薄膜を形成したりする工程において、基板を載せて加熱するのに好適な基板加熱プレートヒータを提供することが出来る。

１ 支持板
３ ヒータ線
４ 補強部材
７ 蓋体

Claims (7)

1. ５０００系又は６０００系アルミニウム合金製の板体からなる支持板（１）と、この支持板（１）の中に埋設されたヒータ線（３）とを有する基板加熱プレートヒータにおいて、
   支持板（１）にヒータ線（３）に沿って同支持板（１）より剛性の高い補強部材（４）が埋め込まれ、支持板（１）と同じ材質の５０００系又は６０００系アルミニウム合金製の蓋体（７）が支持板（１）のヒータ線（３）と補強部材（４）が埋め込まれた個所を覆うと共に、この蓋体（７）と支持板（１）との接合部が一体化されていると共に、
   支持板（１）と蓋体（７）との全面にわたってアルマイト皮膜が施された
   ことを特徴とする基板加熱プレートヒータ。
2. ヒータ線（３）はシーズヒータからなり、このシーズヒータのシースは、アルミニウム合金製であり、補強部材（４）は、アルミニウム合金製である
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板加熱プレートヒータ。
3. 補強部材（４）がヒータ線（３）と共にヒータ用溝（１１）の中に埋め込まれることで、同補強部材（４）がヒータ線（３）に隣接してその直線部分に沿って支持板（１）の中に埋設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板加熱プレートヒータ。
4. 補強部材（４）がヒータ線（３）を埋設したヒータ用溝（１１）の上を塞ぐように設けられ、この補強部材（４）が蓋用溝（１２）に嵌め込まれた蓋体（７）の下面の溝の中に埋設されており、補強部材（４）はヒータ線（３）に隣接してそれより支持板（１）の裏面側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板加熱プレートヒータ。
5. ヒータ線（３）を埋設したヒータ用溝（１１）とは別にその両側に補強部材用溝（１３、１３）が設けられ、この補強部材用溝（１３、１３）の中に補強部材（４、４）が埋設されており、補強部材（４、４）はヒータ線（３）から若干離れているが、ヒータ線（３）に近い位置でそれに沿って配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板加熱プレートヒータ。
6. ヒータ線（３）を埋設したヒータ用溝（１１）とは別にその片側に補強部材用溝（１３）が設けられ、この補強部材用溝（１３）の中に補強部材（４）が埋設されており、補強部材（４）はヒータ線（３）から若干離れているが、ヒータ線（３）に近い位置でそれに沿って配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板加熱プレートヒータ。
7. 蓋体（７）が支持板（１）に摩擦撹拌接合により溶接されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板加熱プレートヒータ。

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