JP4113396B2

JP4113396B2 - 板状ワークの加熱装置

Info

Publication number: JP4113396B2
Application number: JP2002254626A
Authority: JP
Inventors: 聡真弓
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004095834A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状ワークを加熱する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイのガラス基板（板状ワーク）の表面にプラズマを吹き付けて樹脂や油等の不純物を酸化，ガス化させて除去する処理（以下、このような洗浄処理をアッシング処理と称す）を例にとって、説明する。このアッシング処理時間を短縮するためには、ガラス基板を所定温度に昇温させ、反応を促進させる必要がある。ガラス基板を加熱するヒータは平坦な発熱面を有しており、ガラス基板はこの発熱面と平行をなし近接した位置にセットされた状態で加熱される。なお、広い面積のガラス基板での反応を均一に行うためには、均一な温度分布にする必要があり、そのためヒータは比較的熱容量の大きなものを使用している。
【０００３】
ところで、上記ガラス基板を所定温度まで昇温させる際、常温から一気に昇温させると内部熱応力が発生し、基板が変形したりひび割れが生じてしまう。そのため従来では、ガラス基板がヒータにセットされる前に、ヒータの発熱面の温度を一旦下げておき、ガラス基板がヒータにセットされてから、発熱面の温度を徐々に上昇させ、これによりガラス基板を所定温度まで昇温させている。その後で、上記アッシング処理を行ない、処理が終了してガラス基板が搬出された後に、ヒータを冷却して、次のガラス基板を待つようにしている。
【０００４】
また、特開平５−１８２９１２号公報に開示された発明では、前段ステージで予備加熱を行ない、この予備加熱でガラス基板を徐々に昇温して所定温度にし、処理ステージでは所定温度に維持しながらガラス基板にＣＶＤにより薄膜を形成する等の表面処理を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１８２９１２号公報（第３頁段落２３，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最初に述べた従来技術では、熱容量の大きなヒータをワーク毎に冷却し，昇温させる必要があり、エネルギーが浪費される。また、熱容量の大きなヒータを短時間で冷却，発熱させるために、大きな冷却能力の冷却機器を必要とするとともに，ヒータの発熱能力も大きくする必要があり、装置の価格が高くなる欠点があった。
また上記公報に述べた技術でも、予備加熱の際に熱容量の大きなヒータの冷却，昇温の繰り返しを必要とし、最初に述べた従来技術と同様の欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、特許請求しない本発明方法は、板状ワークを平坦な発熱面を有するヒータにより加熱する方法において、上記ヒータの発熱面の温度を一定に維持し、板状ワークを上記発熱面と平行に保持しながら発熱面に対して段階的ないしは徐々に近づけ、これにより板状ワークを時間をかけながら所定温度まで昇温させる。
この方法によれば、熱容量の大きなヒータをワーク毎に冷却，昇温させる必要が無く、エネルギー消費を最小限にすることができる。また、冷却機器を必要とせず、ヒータの発熱能力も過大にする必要がないので装置を安く提供することもできる。
【０００８】
好ましくは、上記ワークを最終的に発熱面に微小隙間で対峙させるようにして保持した状態で、このワークが所定温度に達した時に、ワークの表面処理を行う。これによれば予備加熱のためのスペースを省略でき、装置を小形にすることができる。
【０００９】
本発明の板状ワークの加熱装置は、
（ａ）上面が水平をなす平坦な発熱面となっており、少なくとも３つ以上の貫通穴を有するヒータと、
（ｂ）上記ヒータの下方に配置された昇降台と、
（ｃ）上記昇降台に固定され、この昇降台から上方に垂直に延びるとともに互いに離れた同一長さの３本以上の垂直ロッドと、
（ｄ）上記昇降台を昇降させる昇降手段とを備え、
上記昇降手段は、上記垂直ロッドが上記ヒータの貫通穴を貫通して発熱面の上方に突出し、その上端に板状ワークを載せた状態から、昇降台を段階的にないしは徐々に下降させて、板状ワークをヒータの発熱面に近づけることにより、板状ワークを時間をかけて昇温させ、上記発熱面には同一高さの多数の微小凸部が分散配置されており、上記昇降手段は、上記垂直ロッドの上端が発熱面より下方に位置するまで昇降台を下降することにより、上記板状ワークをこれら微小凸部に受け渡すようにし、頭部と脚部を有するピンの上記脚部が、上記発熱面に形成された凹部の底面から上記ヒータの内部に埋め込まれ、上記頭部が、上記凹部内に収容されるとともに上記発熱面より上へ僅かに突出され、この頭部の突出部分が上記微小凸部を構成していることを特徴とする。
この構成によれば、昇降台，垂直ピン，昇降手段による簡単な構造によって、板状ワークを時間をかけて昇温させることができる。また、ワーク毎にヒータの昇温，冷却を繰り返さなくても済むので、上記方法の利点を享受できる。
【００１０】
上記発熱面には同一高さの多数の微小凸部が分散配置されており、上記昇降手段は、上記垂直ロッドの上端が発熱面より下方に位置するまで昇降台を下降することにより、上記板状ワークをこれら凸部に受け渡すようにすることにより、ワークの最終加熱位置を安定させることができる。
【００１１】
好ましくは、さらに、基台とこの基台と上記ヒータとの間に配置された中間台とを備え、上記中間台は複数の支柱を介して基台に支持され、上記ヒータは他の複数の支柱を介して中間台に支持され、上記昇降手段は基台に設置され、上記昇降台は中間台と基台との間に配置され、上記垂直ロッドは中間台に形成された案内穴に挿通されている。これによれば、垂直ロッドの起立姿勢を安定して維持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態となるプラズマアッシング装置について図面を参照しながら説明する。図２，図３において、符号１ａは装置フレームを示し、このフレーム１ａには基台２が固定されている。基台２の上方には、第１調整台３が配置されている。第１調整台３は、後述するヒータ１０の高さを微調整するためのものであり、平面長方形の枠形状をなしている。
【００１３】
第１調整台３の隅部は、基台２から垂直に延びる４本の支柱４の上端部に支持されている。これら支柱４はねじロッドからなり、その上端部が第１調整台３に固定されたナット５に螺合されている。基台２には、図示しないサーボモータが設けられており、このサーボモータは４経路に分岐された動力伝達機構を介して上記支柱４に連結されている。図では、この動力伝達機構の最終段の構造を収容するボックス６のみを示す。サーボモータが駆動すると、動力伝達機構を介して全ての支柱４が回り、第１調整台３の高さが微調整されるようになっている。
【００１４】
上記第１調整台３の上方には、長方形の板形状をなす第２調整台７（中間台，支持台）が水平に配置されている。この第２調整台７は、水平Ｘ軸方向に対峙する２辺の中央と、水平Ｙ軸方向に対峙する２辺の中央で、第１調整台３に支持されている。対峙する支持部の一方ではＬ字ブラケット８により、調整台３，７が固定されている。対峙する支持部の他方は、第１調整台３の水平片部を貫通するボルト９ａと、この水平片部の下面に固定されたナット９ｂと、水平片部の上面に位置するロックナット９ｃと、第２調整台７の下面に固定された受板９ｄとを有している。ボルト９ａの上端は受板９ｄに当たっており、このボルト９ａを回して受板９ｄの高さを調整することにより、第２調整台７のＸ軸に対する傾きおよびＹ軸に対する傾きを是正でき、後述するヒータ１０の発熱面１０ａを高精度で水平にすることができる。
【００１５】
上記第２調整台７の上方には、長方形の板状をなすヒータ１０が配置されている。このヒータ１０はホットプレートと称されるもので、金属鋳物からなり、線状発熱体を均等に内蔵し、その上面が水平をなす発熱面１０ａとして提供される。なお、この発熱面１０ａは、板状ワークとなるガラス基板Ｗより広い面積を有している。
【００１６】
図１，図４に示すように、ヒータ１０の発熱面１０ａには多数の支持ピン１１が分散配置されている。支持ピン１１は断熱性（例えばテフロン（登録商標）製）であり、ヒータ１０にねじ込まれており、その頭部はヒータ１０の発熱面１０ａの浅い凹部１０ｂに収容され、その一部が僅かに発熱面１０ａから突出して微小凸部となっている。
【００１７】
ヒータ１０は、中央の支柱２１（第１支柱）と、その周辺の８つの垂直の支柱２２（第２支柱）を介して、その重量を第２調整台７に支持されている。以下、詳述する。
【００１８】
図５に示すように、中央の支柱２１は中空円筒形状をなし、その上下端にフランジ２１ａ，２１ｂを有している。ヒータ１０の中央部１０ｘは、ヒータ１の上面から凹み下面から突出しており、この中央部１０ｘの下面に、断熱材２３を介して支柱２１の上端フランジ２１ａが固定されている。支柱２１の下端フランジ２１ｂは第２調整台７の中央部上面に固定されている。固定のためのネジは図示を省略する。その結果、ヒータ１０は中央部１０ｘにおいてＸ軸，Ｙ軸方向（水平方向）に変位不能にして第２調整台７に支持されている。なお、この中央部１０ｘの凹んだ空間１０ｓには、吸引ポンプ１２が接続されている。
【００１９】
上記ヒータ１０は、その４隅部および辺の中央の合計８つ（３つ以上）の特定箇所において、下方に突出する凸部１０ｙを有している。これら凸部１０ｙの下面に上記支柱２２の上端が断熱材２４を介してネジにより固定されている。この支柱２２の下端と第２調整台７との間には、ＸＹステージ２５（二次元ステージ）が介在されている。
【００２０】
上記ＸＹステージ２５は、第２調整台７の上面に固定されたＸ軸方向に延びるレール２６と、このレール２６にＸ軸方向のスライドを可能にして取り付けられたスライダ２７と、このスライダ２７の上面に固定され、Ｙ軸方向に延びるレール２８と、このレール２８にＹ軸方向のスライドを可能にして取り付けられたスライダ２９とを備えており、このスライダ２９の上面に上記支柱２２の下端が固定されている。このようにして、ヒータ１０の周辺の８つの特定箇所１０ｙは、支柱２２およびＸＹステージ２５を介して、第２調整台７に対してＸ軸方向，Ｙ軸方向に水平変位可能，かつ垂直変位不能にして支持されている。
【００２１】
上記基台２の中央には、エアシリンダ３０（昇降手段）が、垂直に起立した状態で固定されている。このエアシリンダ３０のロッド３１の上端には、長方形の板状をなす昇降台３２が水平に固定されている。この昇降台３２は基台２と第２調整台７との間に配置されている。この昇降台３２は、エアシリンダ３０の駆動により、図１，図２に示す最下位位置から第１調整台３の上端近傍の最上位位置まで昇降するようになっている。
【００２２】
上記昇降台３２の４隅には、垂直ロッド３３の下端が固定されている。これら４本（３本以上）の垂直ロッド３３に対応して第２調整台７には垂直をなす支持筒３４が貫通固定されており、ヒータ１０には貫通穴１０ｃが形成されている。上記支持筒３４の内径は垂直ロッド３３とほぼ等しく、垂直ロッド３３は、この支持筒３４に遊びなく挿通された状態で昇降するようになっており、安定した起立状態を維持される。したがって、この支持筒３４の内部空間３４ａは垂直ロッド３３のための案内穴となる。
【００２３】
上記垂直ロッド３３は、昇降台３２の上昇時に、ヒータ１０の貫通穴１０ｃを挿通して発熱面１０ａから突出し（図１，図２の想像線参照）、昇降台３２の下降時に、貫通穴１０ｃから離れてヒータ１０の下方に位置するようになっている（図１，図２の実線参照）。貫通穴１０ｃは垂直ロッド３３より径が大きく、両者の間には遊びがある。
なお、垂直ロッド３３は金属製であるが、その上端には樹脂製の緩衝材３３ａが取り付けられている。
【００２４】
さらにプラズマアッシング装置は、図２に示すように、大気圧で発生させたプラズマを吹き出すための対向する電極４０を備えている。この対向する電極は、誘電体で被覆されているとともに、高周波の交流電圧やパルス電圧が印加される。この電極４０はＸ軸方向に延び、Ｙ軸方向に走行するようになっている。詳述すると、装置フレーム１ｂにはＹ軸方向に延びる一対のレール４１がヒータ１０を挟むようにして設置されている。これらレール４１にはそれぞれ走行体４２が走行可能に取り付けられている。この走行体４２はＹ軸方向に延びるスクリューロッド４３に螺合されている。これら一対の走行体４２に上記電極４０が掛け渡されている。上記スクリューロッド４３を図示しないモータで回転させると、走行体４２がレール４１に沿って走行し、これにより電極４０がヒータ１０の発熱面１０ａの僅かに上方をＹ軸方向に沿って走行し、発熱面１０ａの全域をスキャンするようになっている。また、対向する電極間の上部から酸素等のアッシング用ガスが供給され、電極間に上記電圧が印加されることでプラズマが発生し、電極間の下部からプラズマが吹き出す。
【００２５】
さらにプラズマアッシング装置は、ワーク搬送装置を備えている。このワーク搬送装置は、図３に示すようにフォーク状をなす水平なワーク支持部５０を有し、このワーク支持部５０は本実施形態のワークであるガラス基板Ｗを載せて、Ｘ軸方向に移動し、ヒータ１０の上方までガラス基板Ｗを搬送するようになっている。
【００２６】
上記構成をなすプラズマアッシング装置の作用を説明する。予めヒータ１０の電源をオンして、ヒータ１０を加熱する。ヒータ１０は発熱面１０ａの温度が所定温度Ｔ０（例えば３００℃）となるように制御される。この発熱面１０ａの温度は多数のガラス基板Ｗを次々と処理する間、所定温度Ｔ０に維持される。
【００２７】
上記のようにヒータ１０が加熱されると、熱膨張が生じる。本実施形態のように水平な板形状の場合には主に水平方向の熱膨張が生じる。ヒータ１０が複数箇所の全てで第２調整台７に固定されていると、この熱膨張によって発熱面１０ａの歪みが発生してしまうが、本実施形態ではヒータ１０は支柱２１によって中央のみ固定されており、８つの特定箇所１０ｙは支柱２２を介してＸＹステージ２５によりＸ軸方向，Ｙ軸方向に水平変位可能であるので、熱膨張による発熱面１０ａの歪み発生を回避できる。
【００２８】
ワーク搬入前に、電極５０はヒータ１０の上方から退避した位置にある。また、昇降台３２は最上位位置にあり、垂直ロッド３３はヒータ１０の発熱面１０ａから大きく上方に突出している。この状態で、ワーク搬送装置は、ワーク支持部５０にガラス基板Ｗを載せてヒータ１０の上方まで搬送し、さらにワーク支持部５０を所定距離下降させてガラス基板Ｗを垂直ロッド３３の上端に受け渡した後、ヒータ１０の上方位置から後退する。なお、垂直ロッド３３の上端は樹脂製の緩衝材３３ａで形成されているので、受け渡しに際してガラス基板Ｗを傷つけることはない。
【００２９】
垂直ロッド３３が最上位位置でガラス基板Ｗを受け取った直後に、エアシリンダ３０を作動させて昇降台３２を所定距離下降させる。これによりガラス基板Ｗは、水平を維持したまま下降し、最上位位置に比べてヒータ１０の発熱面１０ａとの間の距離が例えば１／３縮まる。この位置を例えば１分間維持する。これにより、ガラス基板Ｗは常温から比較的低い第１温度レベルＴ１（例えば５０℃）まで昇温される。
【００３０】
次に、再びエアシリンダ３０を作動させて、昇降台３２を所定距離下降させる。これにより、ガラス基板Ｗは、水平を維持したまま下降し、最上位位置に比べてヒータ１０の発熱面１０ａとの間の距離が例えば２／３縮まる。この位置を例えば１分間維持する。これにより、ガラス基板Ｗは上記第１温度レベルＴ１から第２温度レベルＴ２（例えば１００℃）まで昇温される。
【００３１】
次に、再びエアシリンダ３０を作動させて、昇降台３２を最下位位置まで下降させ、これにより、図１，図２に実線で示すように、垂直ロッド３３の上端を発熱面１０ａより下方に位置させる。これにより、図４に示すようにガラス基板Ｗはヒータ１０に設けられた支持ピン１１に受け渡され、僅かな隙間（例えば０．５〜１．０ｍｍ）をもって、水平をなして（発熱面１０ａと平行をなして）発熱面１０ａと対峙する。この位置を例えば１分間維持する。これにより、ガラス基板Ｗは上記第２温度レベルＴ２から第３温度レベルすなわち設定温度Ｔ３（例えば１５０℃）まで昇温される。
【００３２】
上述したように、ガラス基板Ｗは、段階的に発熱面１０ａに近づき、時間をかけて（緩やかな温度勾配をもって）昇温されるので、内部熱応力による変形を回避することができる。
【００３３】
次に、ガラス基板Ｗをスキャンするようにして電極５０をＹ軸方向に移動させ、この過程でガラス基板Ｗに電極５０からプラズマを吹き付け、ガラス基板Ｗに付着した微細な樹脂や油分を除去する。なお、ガラス基板Ｗが支持ピン１１に載せられた状態では、図５に示す吸引ポンプ１２によりヒータ１０の収容空間１０ｓを吸引し、ガラス基板Ｗを吸引することにより、その保持を確実なものとしている。
【００３４】
上述したようにヒータ１０自身の加熱の際に、ＸＹステージ２５により熱膨張分を吸収して、発熱面１０ａの歪みを防止し、その平坦度を維持できるので、上記プラズマアッシング処理において、ガラス基板Ｗを全域にわたって均等に昇温させることができる。
【００３５】
上記処理が終了した後、再びエアシリンダ３０を作動させて、昇降台３２を上昇させ、垂直ピン３３を上昇させる。これにより垂直ピン３３はガラス基板Ｗを持上げて、ヒータ１０から離す。次に、このガラス基板Ｗをワーク搬送装置により、当該アッシング処理ステージから搬出する。垂直ピン３３は、処理済みのガラス基板Ｗが搬出された後、そのまま次のガラス基板Ｗの搬入を待つ。
【００３６】
上記のようにして、ガラス基板Ｗの加熱，表面処理が次々の行われるが、その間、ヒータ１０では発熱面１０ａの温度は一定に維持される。ワーク毎に冷却，昇温を繰り返さなくてもよいので、短時間でワークを加熱することができ、エネルギー消費を最小限に抑えることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、図示しないセンサによりガラス基板Ｗの厚さを検出し、この検出厚さに基づきサーボモータを駆動させて第１調整台３の高さを微調整しており、これにより、ガラス基板Ｗの厚さの誤差があっても、電極５０とガラス基板Ｗとの距離を一定にすることができ、大気圧下のプラズマで安定したアッシング処理を行うことができる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。例えば、昇降台を連続的に下降させて、ワークと発熱面との距離を徐々に縮めることにより、ワークを時間をかけて緩やかな温度勾配をもって昇温させるようにしてもよい。
本発明は、ディスカムやデアミス等のアッシング処理以外の表面処理、例えば薄膜形成処理、親水化や撥水化等の表面改質処理、およびエッチング処理の際の加熱に適用してもよいし、処理ステージの前段の予熱ステージに適用してもよい。さらに、板状ワークを加熱する方法，装置の全てに適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、板状ワークをヒータの発熱面に段階的にまたは徐々に近づけることによって時間をかけて昇温させるので、ワークが内部熱応力によって歪むのを防止することができる。また、ヒータの発熱面の温度を一定にした状態で、次々とワークの加熱を行うので、ヒータの冷却，昇温を必要とせず、エネルギーの損失を回避できるとともに、装置を安価に提供できる。
また、本発明装置によれば、簡単な構造によって上記利益を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなすプラズマアッシング装置の平面図である。
【図２】図１においてII―II線に沿う縦断面図である。
【図３】図１においてIII−III線に沿う縦断面図である。
【図４】ヒータの一部を拡大して示す縦断面図である。
【図５】ヒータの中央部を拡大して示す縦断面図である。
【符号の説明】
２基台
７第２調整台（中間台，支持台）
１０ヒータ
１０ａ発熱面
１０ｃ貫通穴
１０ｘヒータの中央部
１０ｙヒータの特定箇所
１１支持ピン（凸部）
２１第１支柱
２２第２支柱
２５ＸＹステージ（２次元ステージ）
３０昇降手段
３２昇降台
３３垂直ロッド
３４ａ案内穴
Ｗガラス基板（板状ワーク）

Claims

（ａ）上面が水平をなす平坦な発熱面となっており、少なくとも３つ以上の貫通穴を有するヒータと、
（ｂ）上記ヒータの下方に配置された昇降台と、
（ｃ）上記昇降台に固定され、この昇降台から上方に垂直に延びるとともに互いに離れた同一長さの３本以上の垂直ロッドと、
（ｄ）上記昇降台を昇降させる昇降手段とを備え、
上記昇降手段は、上記垂直ロッドが上記ヒータの貫通穴を貫通して発熱面の上方に突出し、その上端に板状ワークを載せた状態から、昇降台を段階的にないしは徐々に下降させて、板状ワークをヒータの発熱面に近づけることにより、板状ワークを時間をかけて昇温させ、
上記発熱面には同一高さの多数の微小凸部が分散配置されており、上記昇降手段は、上記垂直ロッドの上端が発熱面より下方に位置するまで昇降台を下降することにより、上記板状ワークをこれら微小凸部に受け渡すようにし、
頭部と脚部を有するピンの上記脚部が、上記発熱面に形成された凹部の底面から上記ヒータの内部に埋め込まれ、上記頭部が、上記凹部内に収容されるとともに上記発熱面より上へ僅かに突出され、この頭部の突出部分が上記微小凸部を構成していることを特徴とする板状ワークの加熱装置。
さらに、基台とこの基台と上記ヒータとの間に配置された中間台とを備え、上記中間台は複数の支柱を介して基台に支持され、上記ヒータは他の複数の支柱を介して中間台に支持され、上記昇降手段は基台に設置され、上記昇降台は中間台と基台との間に配置され、上記垂直ロッドは中間台に形成された案内穴に挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の板状ワークの加熱装置。