JP2016174096A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの加熱斑を抑制できる加熱装置を提供すること。
【解決手段】加熱装置１は、ベースプレート２と、ベースプレート２の上方に設けられ、上面に載置されたウェーハＷを加熱するフィルムヒータ３２を有するフェイスプレート３と、ベースプレート２とフェイスプレート３との間に設けられ、上下方向に貫通孔４Ｈが形成された本体部４Ａを有するスリーブ４と、スリーブ４の貫通孔４Ｈを貫通し、フェイスプレート３をベースプレート２に支持させる支持ボルト５とを備え、スリーブ４の貫通孔４Ｈの軸中心から外方側に向いた平坦面４Ｃまでの距離は、貫通孔４Ｈの軸中心から内方側に向いた係止面４Ｄまでの距離よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱装置に係り、例えば半導体ウェーハを所定温度に加熱する加熱装置に関する。

半導体ウェー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、ウェーハを加熱装置により所定温度に加熱することが行われている。
従来の加熱装置では、ベースプレートの上方に円板状のフェイスプレートを設け、このフェイスプレートを当該フェイスプレートの下面に設けられた抵抗発熱体等の加熱手段によって加熱し、加熱されたフェイスプレートからの熱伝導によってウェーハを加熱している。このような加熱装置において、フェイスプレートは、ウェハーが載置される範囲の外側に複数個設けられた支持部材により支持されている。この支持部材は円筒状の樹脂スペーサであり、内部にフェイスプレートをベースプレートに支持させる支持ボルトが挿通されている。この加熱装置は、支持部材を樹脂とすることで、フェイスプレートからボトムプレートへの熱逃げを抑制している。

また、従来の加熱装置では、支持部材がウェーハの周縁部近傍に配置されている。このため、加熱手段からフェイスプレートを通してウェーハに伝えられる熱の一部が、フェイスプレートから支持部材を介して金属ケース側に逃げてしまう所謂熱逃げが生じる場合、ウェーハの周縁部で熱逃げが生じることとなり、ウェーハに対する熱逃げの影響が大きくなってウェーハに加熱斑が生じ易いという問題がある。加熱装置に対する要求が高くなった今日では、このような加熱斑を抑制する必要性が高まってきている。

加熱斑を抑制するために、ボルトの径を中間で細くすることによって、熱逃げを抑制することが知られている。しかし、ボルトの径を中間で細くするだけでは、十分に加熱斑を抑制できない。
支持部材をウェーハの周縁部から外側に遠ざけて設けることが可能であれば、ウェーハの加熱斑を抑制できるのだが、支持部材が設けられるフェイスプレートの外径には制限があるため、支持部材をウェーハの周縁部から外側に遠ざけて設けることは不可能である。

他の支持構造を有する特許文献１に記載の従来の加熱装置では、有底筒状の金属ケースの上方に円板状の板状セラミックス体（フェイスプレート）を設けており、板状セラミックス体は、周縁部下面に接触するリング状の接触部材（支持部材）を介して金属ケース（ベースプレート）にボルト固定されている。接触部材の断面は、ボルトが上下方向に挿通される貫通孔の軸中心に対して対称に形成されている。

特開２００３−３１８０９７号公報

しかしながら、特許文献１の加熱装置では、金属ケースと板状セラミックス体との間において、接触部材の接触部分がウェーハの周縁部近傍に配置されている。このため、加熱手段から板状セラミックス体を通してウェーハに伝えられる熱の一部が、板状セラミックス体から接触部材を介して金属ケース側に逃げてしまう所謂熱逃げが生じる場合、ウェーハの周縁部で熱逃げが生じることとなり、ウェーハに対する熱逃げの影響が大きくなってウェーハに加熱斑が生じ易いという問題がある。

本発明の目的は、ウェーハの加熱斑を抑制できる加熱装置を提供することにある。

本発明の加熱装置は、ベースプレートと、前記ベースプレートの上方に設けられ、上面に載置されたウェーハを加熱する加熱手段を有するフェイスプレートと、前記ベースプレートと前記フェイスプレートとの間に設けられ、上下方向に貫通孔が形成された本体部を有するスリーブと、前記スリーブの貫通孔を貫通し、前記フェイスプレートを前記ベースプレートに支持させる支持ボルトとを備え、前記スリーブの前記貫通孔の軸中心から外方側に向いた外周面までの距離は、前記貫通孔の軸中心から内方側に向いた外周面までの距離よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、スリーブは、貫通孔の軸中心から外方側に向いた外周面までの距離が貫通孔の軸中心から内方側に向いた外周面までの距離よりも小さいため、スリーブをベースプレートやフェイスプレートからはみ出させることなく、支持ボルトをより外方側に設けることができる。それにより、支持部材を介して熱逃げが生じた場合でも、そのような熱逃げが外方側、すなわちウェーハの周縁部から外方側により離間した箇所で生じることとなり、熱逃げがウェーハに及ぼす影響を小さくしてウェーハでの加熱斑を抑制できる。

本発明の加熱装置において、前記スリーブの上端には、前記内方側に向けて切欠した段差部が設けられていることが好ましい。

本発明の加熱装置において、前記スリーブにおける前記内方側には、当該ベースプレートの対向面と係止する係止面が設けられていることが好ましい。

本発明の加熱装置において、前記スリーブにおける前記外方側には、上下方向に沿って設けられた平坦面が設けられ、前記スリーブの前記平坦面および前記係止面は、前記本体部の二面幅として形成されていることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る加熱装置を示す側断面図。 フェイスプレートの支持構造を示す側断面図。 スリーブの斜視図。

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は、本発明の一実施形態に係る加熱装置１を示す側断面図である。

〔加熱装置の構成および動作の概略説明〕
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、図中に２点鎖線で示したシリコンウェーハ等の半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」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。

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の上方にベースプレート２と同心に設けられた円板状のフェイスプレート３とを備える。フェイスプレート３は、８本の支持ボルト５（図１に２個、図２に１個のみ図示）と、支持ボルト５がそれぞれに挿通された８個のスリーブ４とを用いて、ベースプレート２に固定されている。ベースプレート２とフェイスプレート３との間には、円板状の遮熱整流プレート６と、環状の冷却パイプ７が収容されている。

このような加熱装置１では、フェイスプレート３の図示略の挿通孔から昇降ピンが上昇した状態で、所定の温度に保持された加熱装置１にハンドロボット等によってウェーハＷが搬入されて昇降ピンの上端に載せられ、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ーハＷがギャップボール等を介してフェイスプレート３上に所定の隙間を空けて載置される。ウェーハＷは、フェイスプレート３からの熱伝導で加熱され、所定温度に維持される。ウェーハＷの加熱処理が完了した後は、再度昇降ピンが上昇し、上昇したウェーハＷが、次のウェーハＷと入れ換えられる。ウェーハＷに施す加工の条件が変更となり、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７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。

〔ベースプレートの説明〕
ベースプレート２は、円板状のプレート本体２Ａと複数のエッジブロック２Ｂとから構成されている。エッジブロック２Ｂは、プレート本体２Ａの周縁部に重ねられて、スクリュ１３およびピン１４等によってプレート本体２Ａと接合されている。プレート本体２Ａおよびエッジブロック２Ｂは、いずれもステンレス鋼鈑によって形成されている。プレート本体２Ａには、軽量化のための複数の開口や、フェイスプレート３を冷却した冷媒ガスを中央から排出する排気開口が形成されている。

〔フェイスプレートの説明〕
図２に示すように、フェイスプレート３は、アルミ基板３１の下面に加熱手段としてのフィルムヒータ３２をホットプレスにより貼り付けた構造を備える。
アルミ基板３１は、例えば４．０mmの板厚を有し、アルミ基板３１の表面には、アルマイト処理によるアルマイト層が形成されている。アルマイト処理は、アルミ基板３１の上下面および外周面の他、各所に形成された貫通孔の壁面にも施されている。アルミ基板３１は、比較的厚手なので加熱時の熱膨張による撓みが小さい。

アルミ基板３１の下面に張り付けられたフィルムヒータ３２は、ベースフィルムの表面にステンレス箔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で覆った構成を有する。本実施形態では、ベースフィルムおよびカバーフィルムとして、ポリイミド樹脂が用いられている。

以上の構成のフェイスプレート３では、フィルムヒータ３２のステンレス箔への給電によりフィルムヒータ３２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ーハ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しない温度センサからの検出信号に基づき、フィルムヒータ３２への給電を調整することによって行われる。

〔支持ボルトの説明〕
支持ボルト５は、例えばステンレス製であり、図中の上から順に、頭部５Ａと、段付き円柱部５Ｂと、雄ねじ部５Ｃとを有する。実施形態では、頭部５Ａの直径は６ｍｍ、段付き円柱部５Ｂの直径は太径部分で３ｍｍ、小径部分で２ｍｍであり、雄ねじ部５Ｃの呼び径はＭ２である。

〔スリーブの説明〕
スリーブ４は、上下方向に沿った軸中心Ｘを有する貫通孔４Ｈが形成された本体部４Ａを備え、円筒状の樹脂材料を切削加工して形成されている。この際、樹脂材料としては、耐熱性に優れ熱伝導率が低く、熱変形が小さいものが用いられる。なお、スリーブ４を射出成型やプレス加工によって形成してもよい。
図１〜図３に示すように、スリーブ４の上端には内方側に向けて切欠した段差部４Ｂが設けられ、段差部４Ｂとフェイスプレート３の下面との間には隙間が形成されている。スリーブ４の上面は、段差部４Ｂ以外の部分でフェイスプレート３の下面に当接しており、スリーブ４の下面は、エッジブロック２Ｂの上面に当接している。

スリーブ４は、上下方向に沿って切欠された平坦面４Ｃを有しており、この平坦面４Ｃが貫通孔４Ｈの軸中心Ｘに対して外方側に位置する外周面として形成されている。図１および図２に示すように、スリーブ４は、平坦面４Ｃがエッジブロック２Ｂの外周面２Ｃおよびフェイスプレート３の外周面３Ａと略面一となる向きで取り付けられている。

また、フェイスプレート３との間に隙間が形成される段差部４Ｂがフィルムヒータ３２に近い側に配置されているので、スリーブ４への熱逃げおよびスリーブ４との干渉を回避しながら、より外方側に向けてフィルムヒータ３２を延設することも可能である。

スリーブ４は、平坦面４Ｃと平行で軸中心Ｘに対して内方側に位置した係止面４Ｄを有する。平坦面４Ｃと係止面４Ｄとは、本体部４Ａの二面幅として形成されている。軸中心Ｘから平坦面４Ｃまでの距離Ｄ１は、軸中心Ｘから係止面４Ｄまでの距離Ｄ２よりも小さい。従って、貫通孔４Ｈの軸中心Ｘに対して外方側の平坦面４Ｃ部分は薄肉とされ、内方側の係止面４Ｄ部分はそれよりも厚い厚肉に形成される。その結果、スリーブ４は、外方側が薄肉とされている分だけ、本体部４Ａが完全な円筒状の場合よりも外方側に寄せて配置されるうえ、貫通孔４Ｈおよびこれを貫通する支持ボルト５の位置をより外方側に位置させることができる。

図１および図２に示すように、係止面４Ｄは、エッジブロック２Ｂの段差面２Ｄと係止している。この係止により、スリーブ４は軸中心Ｘを通る支持ボルト５を中心とする回動が不能になっており、その結果、平坦面４Ｃがエッジブロック２Ｂの外周面２Ｃおよびフェイスプレート３の外周面３Ａと略面一に維持される。

〔フェイスプレートの支持構造の説明〕
次に、図１および図２を参照し、フェイスプレート３の支持構造について説明する。
前述したように、フェイスプレート３は、スリーブ４および支持ボルト５を介してベースプレート２に支持されている。

フェイスプレート３の周縁部には、上下方向に貫通した８個の貫通孔３Ｂ（図１に２個、図２に１個のみ図示）が形成されている。貫通孔３Ｂは、等間隔に配置され、図中の上方からのザグリ加工が施された段付形状に形成されている。実施形態では、フェイスプレート３の外周面３Ａから貫通孔３Ｂまでの距離Ｄ３は、支持ボルト５の頭部５Ａの半径Ｒと等しくなっている。このため、図１および図２において、フェイスプレート３の外周面３Ａと支持ボルト５の頭部５Ａの外周面とが同面一に配置されている。

ベースプレート２のエッジブロック２Ｂの周縁部には、上下方向に貫通した８個の貫通孔２Ｅ（図１に２個、図２に１個のみ図示）が形成されている。貫通孔２Ｅは、下方からのザグリ加工が施された段付形状に形成されている。貫通孔２Ｅは、上述のフェイスプレート３の貫通孔３Ｂに対応した位置に形成されている。

支持ボルト５は、図中の上方から挿入され、フェイスプレート３の貫通孔３Ｂと、スリーブ４の貫通孔４Ｈと、ベースプレート２の貫通孔２Ｅとに挿通されている。
図２に示すように、支持ボルト５が挿通されると、頭部５Ａはフェイスプレート３の貫通孔３Ｂ内に埋没し、段付き円柱部５Ｂは断熱平ワッシャ９とスリーブ４とコイルバネ１０とに挿通される。また、雄ねじ部５Ｃは、ベースプレート２の下方に位置する平ワッシャ１１に挿通されるとともに、締結用ナット１２Ａと緩み止め用ナット１２Ｂとに螺合する。

断熱平ワッシャ９は、耐熱性を有し熱伝導率が低い合成樹脂製である。断熱平ワッシャ９は、フェイスプレート３の貫通孔３Ｂ内に収容されており、支持ボルト５の頭部５Ａと貫通孔３Ｂの座面との間に挟まれている。断熱平ワッシャ９が設けられていることで、支持ボルト５を介した熱逃げが抑制されている。
コイルバネ１０は、上端部がベースプレート２の貫通孔２Ｅ内に下方から差し込まれ、貫通孔２Ｅの座面と平ワッシャ１１との間に挟まれて、締結用ナット１２Ａの締付量に応じて圧縮されている。

このコイルバネ１０の付勢力により、フェイスプレート３が下方に引っ張られ、スリーブ４に押し付けられている。コイルバネ１０が設けられていることにより、加熱装置１は、フェイスプレート３の反りを抑制しながら、フェイスプレート３をベースプレート２に適切に支持させることができる。

以上の本実施形態に係る加熱装置１よれば、スリーブ４は、軸中心Ｘから外方側の平坦面４Ｃまでの距離Ｄ１が内方側の係止面４Ｄまでの距離Ｄ２よりも小さく、当該外方側が薄肉になっているため、この薄肉の分だけスリーブ４をフェイスプレート３のより外方側に寄せて配置でき、スリーブ４に設けられた貫通孔４Ｈおよびこれに挿通された支持ボルト５をウェーハＷの周縁部から外方側に遠ざけることができる。従って、スリーブ４を介して熱逃げが生じた場合でも、そのような熱逃げがより外方側、すなわち、ウェーハＷの周縁部から外方側により離間した箇所で生じることとなり、熱逃げがウェーハＷに及ぼす影響を小さくしてウェーハＷでの加熱斑を抑制できる。

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、スリーブ４の形状が略円柱状であるが、断面矩形の角柱を含む多角柱状であってもよい。
スリーブ４の本体部４Ａを平坦面４Ｃが設けられることなく円柱状あるいは多角柱状として形成した場合には、貫通孔４Ｈの軸中心Ｘを本体部４Ａの軸中心に対して外方側に偏心させ、よって当該外方側の外周までの距離を短くして支持ボルト５をより外側に配置すればよい。

前記実施形態では、スリーブ４の係止面４Ｄは、平坦面４Ｃと平行に形成されているが、エッジブロック２Ｂの段差面２Ｄと係止してスリーブ４の回動を規制すればよく、平坦面４Ｃと平行でなくてもよい。また、係止面４Ｄは段差部４Ｂの下端から本体部４Ａの下端まで形成されている必要はなく、エッジブロック２Ｂの段差面２Ｄに当接できる分だけ形成されていればよい。

また、スリーブ４および支持ボルト５の数量は８つに限定されない。ただし、スリーブ４および支持ボルト５の径は、その数量に応じて定まり、数量が少ないと、支持強度を確保する観点から径を大きくする必要があり、フィルムヒータ３２との距離を十分に確保できなくなる。このため、スリーブ４および支持ボルト５の数量は所定数（例えば５つ）以上であることが好ましい。

本発明は、半導体ウェー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、４…スリーブ、４Ａ…スリーブの本体部、４Ｂ…段差部、４Ｃ…平坦面、４Ｄ…係止面、４Ｈ…スリーブの貫通孔、５…支持ボルト、３２…フィルムヒータ（加熱手段）、Ｄ１…スリーブの貫通孔の軸中心から外方側に向いた外周面までの距離、Ｄ２…スリーブの貫通孔の軸中心から内方側に向いた外周面までの距離、Ｗ…ウェーハ、Ｘ…貫通孔の軸中心。

Claims (4)

1. ベースプレートと、
   前記ベースプレートの上方に設けられ、上面に載置されたウェーハを加熱する加熱手段を有するフェイスプレートと、
   前記ベースプレートと前記フェイスプレートとの間に設けられ、上下方向に貫通孔が形成された本体部を有するスリーブと、
   前記スリーブの貫通孔を貫通し、前記フェイスプレートを前記ベースプレートに支持させる支持ボルトとを備え、
   前記スリーブの前記貫通孔の軸中心から外方側に向いた外周面までの距離は、前記貫通孔の軸中心から内方側に向いた外周面までの距離よりも小さい
   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、
   前記スリーブの上端には、前記内方側に向けて切欠した段差部が設けられている
   ことを特徴とする加熱装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の加熱装置において、
   前記スリーブにおける前記内方側には、当該ベースプレートの対向面と係止する係止面が設けられている
   ことを特徴とする加熱装置。
4. 請求項３に記載の加熱装置において、
   前記スリーブにおける前記外方側には、上下方向に沿って設けられた平坦面が設けられ、
   前記スリーブの前記平坦面および前記係止面は、前記本体部の二面幅として形成されている
   ことを特徴とする加熱装置。

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