JP3313698B2 - 半導体製造装置用ホットプレートユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置用
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４−１３８７３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
られるホットプレートとしての抵抗体とからなる。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
させた場合には、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す
るので、このことが生産性の向上を図るうえで障害とな
っていた。

【０００６】そこで、例えば特公平８−８２４６号公報
では、放熱フィン型の冷却体をホットプレートに取り付
ける技術が記載されている。しかし、この冷却体では、
ホットプレートを局所的に冷却させることはできるもの
の、全体を均一に冷却させることができなかった。

【０００７】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、簡単な構造かつ低コストでホット
プレート全体を短時間で均一に冷却することができるホ
ットプレートユニットを提供することにある。

【０００８】

【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、有底状をしたケーシ
ングの開口部に、窒化物セラミックまたは炭化物セラミ
ックの焼結体からなる円形状の板状基材に抵抗体を有す
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、前記ケーシングの底部は円板であり、その
円板に流体供給ポートと流体を流出させる開口が形成さ
れてなり、各開口は、各流体供給ポートを挟んで同流体
供給ポートから離間した位置に配設されてなることを要
旨とする。

【０００９】

【００１０】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、ケーシングの底部
に形成された流体供給ポート及び開口を通じてケーシン
グ内外の流体が流通する。このため、ホットプレートの
熱は、ケーシング内外を流通する流体によって効果的に
冷却される。したがって、ホットプレート全体を短時間
で均一に冷却することができる。しかも、ケーシングに
開口を設けるだけでよいため、簡単な構造かつ低コスト
でホットプレート全体を短時間で均一に冷却することが
できる。

【００１１】また、ケーシングには内外を連通させる流
体供給ポートが形成されている。このため、該ポートか
らケーシング内に流体を流通させることにより、該流体
をホットプレートの全体に均一に吹き付けることができ
る。そして、吹き付けた流体を開口から効率よく排出す
ることができる。よって、流体の流通を促進させること
ができ、ホットプレートを強制的に冷却することが可能
となる。したがって、ホットプレート全体をより短時間
で均一に冷却することができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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を挿通するためのリード線
引出用孔７が形成されている。

【００１４】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、抵抗体としての抵抗パターン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
内部空間Ｓ１が形成される。

【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。
抵抗パターン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】本実施形態の抵抗パターン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な抵抗値を有するから
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、抵抗パターン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と抵抗パターン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
して抵抗パターン１０に電流が供給される結果、抵抗パ
ターン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がボルト等を用いて設
置されている。この流体供給ポート１７は２個形成され
ている。また、ケーシング２の底部２ａには、ケーシン
グ２の内外を連通する開口部３１が透設されている。本
実施形態において流体供給ポート１７は、底部２ａの略
中央に並設されている。また、各開口部３１は、各流体
供給ポート１７を挟んで、同供給ポート１７から離間し
た位置に配設されている。すなわち、各開口部３１は、
各流体供給ポート１７よりも、底部２ａの両端方向にそ
れぞれ離間した位置に配設されている。流体供給ポート
１７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。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、上記のリード線引
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とリード線引出用孔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
の状態で抵抗パターン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、抵
抗パターン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
を介してエアを内部空間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、内部空間Ｓ１内にて
ホットプレート３の下面側に垂直に吹き付けられる。そ
して、該エアは、ホットプレート３の下面側全体に接触
しながら、開口部３１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の熱が全体的にほ
ぼ均一に奪われる。熱を奪って温度が上昇したエアは、
さらに開口部３１から再び空間の外に流出する。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、ケーシング
２の底部２ａに２個の開口部３１が形成されている。こ
のため、開口部３１を通じてケーシング２の内外の流体
が流通する。このため、ホットプレート３の熱は、ケー
シング２の内外を流通する流体によって効果的に冷却さ
れる。したがって、ホットプレート３全体を短時間で均
一に冷却することができる。しかも、ケーシング２に開
口部３１を設けるだけでよいため、例えばケーシング２
に流体排出ポートを設けた場合に比べて簡単な構造かつ
低コストとなる。よって、簡単な構造かつ低コストでホ
ットプレート３全体を短時間で均一に冷却することがで
きる。

【００２８】（２）ケーシング２の底部２ａには、２個
の流体供給ポート１７が形成されている。このため、同
ポート１７からケーシング２の内部空間Ｓ１内に冷却用
のエアを流通させることができる。そして、このエアを
ホットプレート３の下面側全体に接触させることによ
り、同プレート３を強制的に冷却することができる。こ
のため、ホットプレート３を強制的に冷却することが可
能となるとともに、ホットプレート３の熱を奪ったエア
を開口部３１から外部へ排出することができる。よっ
て、エアの流通をより促進させることができ、ホットプ
レート３全体をより短時間で均一に冷却することができ
る。

【００２９】（３）このホットプレートユニット１で
は、各流体供給ポート１７がケーシング２の底部２ａに
形成されている。このため、同ポート１７からケーシン
グ２内に流通されたエアを、ホットプレート３の下面に
対して垂直に吹き付けることができる。このため、比較
的短時間にホットプレート３を冷却させることができ
る。

【００３０】（４）流体供給ポート１７は２個形成され
ているため、該エアをホットプレート３全体に均一に接
触させることができ、同プレート３を均一に冷却するこ
とができる。また、開口部３１も２個設けられているた
め、ホットプレート３の熱を奪ったエアを効率よく外部
に排出することができる。

【００３１】（５）このホットプレートユニット１で
は、ケーシング２とホットプレート３との間に内部空間
Ｓ１が形成されている。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Ｓ
１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、困難なく取付るこ
とができる。

【００３２】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 密閉性がある程度確保されるのであれば、シールリ
ング１４を省略するとともに、ケーシング２の開口部４
の上面に直かに係止リング２１をねじ止めし、この状態
で開口部４にホットプレート３を取り付けてもよい。即
ち、ホットプレート３はケーシング２に対して直接取り
付けられることができる。

【００３３】・ 前記実施形態では、ケーシング２の底
部２ａに、２個の流体供給ポート１７を配設している。
しかし、これら各ポート１７を、３個またはそれ以上に
増設してもよい。このようにすれば、各ポート１７の数
を増やすほど、ホットプレート３をより短時間に冷却で
きるとともに、ホットプレート３をより均一に冷却する
ことができる。なお、開口部３１の数についても同様
に、３個以上配設してもよい。

【００３４】・ 例えば、図３（ａ）に示すように、前
記抵抗パターン１０として、三分割された各抵抗部３２
〜３４を用い、各抵抗部３２〜３４に対して、それぞれ
独立した電力供給を行うように変更する。すなわち、抵
抗パターン１０を三分割することにより、該抵抗パター
ン１０を発熱させるための回路を３個に分割する。この
場合、図３（ｂ）にそれぞれ斜線で示すように、ホット
プレート３には三つの発熱領域Ａ１〜Ａ３ができる。

【００３５】そして、図３（ｂ）に示すように、各発熱
領域Ａ１〜Ａ３毎に複数（本実施形態では３個）の流体
供給ポート１７及び開口部３１を設ける。なお、同図に
おいて、同一の領域Ａ１〜Ａ３に配設された各流体供給
ポート１７及び開口部３１は、それぞれ正三角形の頂点
となる位置に配置されている。

【００３６】このようにすれば、各回路のＯＮ・ＯＦＦ
動作によって温度制御を行うことができるようになる。
また、各発熱領域Ａ１〜Ａ３毎に冷却用のエアを吹き付
けて冷却させることができるため、ホットプレート３を
より均一に冷却することができる。

【００３７】なお、各流体供給ポート１７及び開口部３
１は、正三角形の頂点となる位置に限らず、任意の位置
に配設されてもよい。また、同一の領域における流体供
給ポート１７及び開口部３１の形成個数は、３個に限ら
ず、少なくとも１個あればよい。すなわち、流体供給ポ
ート１７及び開口部３１は、各発熱領域Ａ１〜Ａ３毎に
それぞれ１個以上形成されていればよい。

【００３８】さらに、回路の分割個数は、三つに限ら
ず、二つまたは四つ以上であってもよい。そしてこの場
合、各流体供給ポート１７の配設総数は、分割された回
路の総数の７０パーセント以上であればよく、必ずしも
一回路に対して１個以上の流体供給ポート１７を配設す
る必要はない。すなわち、流体供給ポート１７は、回路
数が４個のときには３個以上配設されていればよく、回
路数が１０個のときには７個以上配設されていればよ
い。

【００３９】・ 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。 ・ ケーシング２に区画された内部空間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。

【００４０】・ 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。

【００４１】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に記載のホットプレートユニットにお
いて、前記流体供給ポートは、複数個形成されているこ
と。

【００４２】（２） 請求項１、技術的思想（１）のい
ずれか１項に記載のホットプレートユニットにおいて、
前記開口部は、複数個形成されていること。これら技術
的思想（１），（２）に記載の発明によれば、より短時
間かつ均一にホットプレートを冷却させることができ
る。

【００４３】（３） 請求項１、技術的思想１，２のい
ずれか１つにおいて、前記流体はエア（空気）であるこ
と。従って、この技術的思想３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。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、簡単な構造かつ低コストで半導体製造装
置用ホットプレート全体を短時間で均一に冷却すること
ができる。

【００４５】

【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】（ａ），（ｂ）は、他の実施形態のホットプレ
ートユニットを示す概略平面図。

【符号の説明】

１…ホットプレートユニット、２…ケーシング、３…ホ
ットプレート、４…開口部、７…配線引出用孔、８…シ
ールパッキング、１０…抵抗パターン、１４…シールリ
ング、１７…流体供給ポート、３１…開口部、Ｓ１…内
部空間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−130830（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−284382（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−112116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−21332（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−45835（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−209722（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−234528（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 H01L 21/68 H05B 3/20 H05B 3/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有底状をしたケーシングの開口部に、窒化
   物セラミックまたは炭化物セラミックの焼結体からなる
   円形状の板状基材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、前記ケー
   シングの底部は円板であり、その円板に流体供給ポート
   と流体を流出させる開口が形成されてなり、各開口は、
   各流体供給ポートを挟んで同流体供給ポートから離間し
   た位置に配設されてなることを特徴とするホットプレー
   トユニット。