JP4807619B2

JP4807619B2 - 真空装置の加熱機構

Info

Publication number: JP4807619B2
Application number: JP2006059854A
Authority: JP
Inventors: 康雄小西
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007242709A

Description

本発明は、真空装置に関し、特に、真空装置内に搬入された基板を加熱する加熱機構に関する。

真空室内にステージ機構を備え、このステージ機構上に載置した対象物を真空状態で加工や検査を行う真空装置が知られている。このような真空装置として、液晶製造装置や検査装置があり、例えば、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを対象物に照射することによって、対象物の測定、分析、検査を行う他、対象物に加工が施される。

このような荷電粒子ビーム装置の一例として、例えば、ＴＦＴ基板に電子ビームを照射し、ＴＦＴ基板から放出される二次電子を検出することによってＴＦＴ基板の欠陥検査を行うＴＦＴ基板検査装置が知られている。

ＴＦＴ基板検査装置の他、荷電粒子ビームを用いた測定装置や検査装置、あるいは加工装置など、上記した真空状態での加工や検査は一般に常温で行っている。

このような真空装置において、対象物を高温状態として測定や加工を行うことが検討されている。例えば、ＴＦＴ基板の検査を高温状態で行うことによって、常温では検出が困難であったＴＦＴ基板の欠陥についても、容易に検出を行うことができ、欠陥検出の効率を高めることが期待される。

基板等の対象物は、通常、真空室内に設けたステージ上に載置することによって加工や検査が行われる。このような真空室内において基板等の対象物を高温状態とするには、例えば、加熱ランプやヒータによってステージ上に載置された対象物を加熱することが考えられる。

このように、加熱ランプやヒータによってステージ上の対象物を加熱した場合、加熱手段と対象物との距離や、加熱手段の配置によって、対象物の温度分布にばらつきが生じるおそれがある。

特に、真空中の加熱は、大気を介しての熱伝導による加熱は行われず、加熱手段と対象物との位置関係の影響を受ける他、真空中を伝わす輻射熱による加熱効率も低いという問題がある。

このような加熱方法に対して、ステージ内に設けたヒータによって対象物を加熱する方法が考えられる。ステージ内に設けたヒータはステージ自体を加熱し、この加熱されたステージはステージ上に載置した基板等の対象物を加熱する。

ステージは、加熱手段の配置やステージの形状等によって、ステージ自体に温度分布が生じる。そのため、この温度分布を有するステージによって基板等の対象物を加熱すると、ステージの温度分布によって対象物に温度のばらつきが生じることになる。

例えば、ステージによる対象物の加熱において、ステージと接触している対象物の部分とステージと非接触の対象物の部分では、その加熱状態の差異があり、対象物の温度にばらつきが生じるおそれがある。

真空室内に対して搬送部（ローダ）によって基板の搬出入を行う場合、搬送部はアーム上に基板を載せ、このアームをステージ側に設けたローダ溝内に挿入し、アームを引き出すことによって基板をステージ上に載置する。加工あるいは検査が終了した後は、再びアームをローダ溝内に挿入してアーム上に基板を載せ、ローダ溝からアームを引き出すことによって基板をステージから取り出す。

したがって、ステージは、基板と接触して支持する支持面とアームを挿入するためのローダ溝内の内面とを有する。そのため、基板をステージ上に載置した際には、支持面は基板と接触するが、ローダ溝内の内面は基板と非接触となり、間に隙間が生じることになる。

図６は、ステージによる基板の加熱状態を説明するための概略断面図である。図６において、ステージ１００は、基板１０を支持する上面側に、基板１０と接触して支持する支持面１０２と、基板１０の搬出入を行うアーム（図示していない）を挿入するローダ溝１０１とを有する。

ステージ１００の内部に設けた加熱ヒータ１０３で発生した熱は、支持面１０２を介して基板１０に伝わり、基板１０の支持面１０２と接触する部分１０ａを加熱する。一方、基板１０において、ローダ溝１０１側のステージは加熱されないため、基板側よりも低温となり、ローダ溝１０１と対向する部分１０ｂの熱は、ローダ溝１０１を介してステージ１００側あるいは真空室内の他の部分に向けて放出される。

そのため、基板１０は、支持面１０２と対向する部分１０ａは加熱されるのに対して、ローダ溝１０１と対向する部分１０ｂは放熱されるため、部分１０ａと部分１０ｂとの間に温度差が生じ、基板温度の均一性が保たれないという問題がある。

また、上記したローダ溝によって温度にばらつきが生じる他、加熱手段の配置状態や、ステージの外周部分と中央部分などステージの形状によっても温度にばらつきが生じることがある。

そこで、本発明は上記課題を解決して、真空室内において基板温度を高温に均一に加熱し保持することを目的とする。

本発明は、加熱時における基板温度とステージ温度との違いに応じて、ステージの表面特性を異ならせることによって、高温時における基板温度の均一性を保持する。この表面特性は、加熱時において、ステージ温度が基板温度よりも高くなるステージ部分は輻射率を高くし、ステージ温度が基板温度よりも低くなるステージ部分は反射率を高くする。

ステージ温度が基板温度よりも高くなるステージ部分は、加熱手段で発生した熱を基板に伝える部分であり、この部分の輻射率を高めることによって、加熱手段の発熱を基板側に効率よく伝える。

一方、ステージ温度が基板温度よりも低くなるステージ部分は、基板側からの熱を受ける部分であり、この部分の反射率を高めることによって、基板からの放熱を反射して再び基板側に戻すことによって、基板から熱が逃げにくくする。

これによって、基板への加熱効率を高めると共に基板からの放熱を抑制することによって、真空室内において基板温度を高温に均一に加熱し保持する。

また、真空装置内において基板を加熱する加熱機構であって、真空室内に基板を支持するステージの支持面が、基板と接触する接触面と、この接触面と異なるレベルに設けた非接触面とを備えた構成では、接触面の下方のステージ内に加熱部を備えると共に、接触面上に高輻射材を備え、非接触面上に高反射材を備える構成とする。

また、搬送部によって真空室内への基板の搬出入を行う構成の場合には、真空装置内において基板を加熱する加熱機構は、真空室内において基板を支持するステージの支持面は、基板と接触する接触面と、基板を搬出入する搬送部を出し入れする搬送部用溝とを備え、接触面の下方のステージ内に加熱部を備えると共に、接触面上には高輻射材を備え、搬送部用溝の内面には高反射材を備える。

この搬送部用溝の内面は、底面又は側面、あるいはその両面とすることができ、これらの面に高反射材を設ける。

ここで、高輻射材は、例えば黒色耐熱塗装とすることができる。また、高反射材は、例えばアルミ鏡面仕上げを用いることができる。

本発明によれば、真空室内において基板温度を高温に均一に加熱し保持することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の真空装置の加熱機構の概略図である。

真空装置１は、例えば、真空室２内に基板等の対象物（以下、基板１０とする）を加熱す加熱機構３を備える。図１では、この加熱機構３はステージ上に構成される例を示している。

加熱機構３は、基板１０を真空室２内で支持するステージ３Ａを備える。ステージ３Ａは、傾き（θ）を調整するθステージと、Ｘ方向及びＹ方向の移動を行うＸ−Ｙステージを備え、これらの移動を組み合わせることで基板の位置調整を行う。θステージは内部に加熱ヒータ３Ｆを備え、θステージのテーブル上に載置した基板１０を加熱する。

ここで、真空室２に対する基板１０の搬出入を行う搬送装置としてローダ４を備える。ローダ４は、アーム４Ａ上に基板１０を支持した状態で、真空室２に対する基板１０の搬出入を行う。ステージ３Ａは、ローダ４のアームを出し入れするローダ溝３Ｂを備える。

図２、図３は、加熱機構３の概略構成を説明するための正面図、断面図、及び斜視図である。

図２，３において、加熱機構３を構成するステージ３Ａは、基板１０と接触して支持する支持面３Ｃと、ローダ４のアーム４Ａを挿入するローダ溝３Ｂを備える。ローダ溝３Ｂの内面は溝底面３Ｄと溝側面３Ｅを備える。支持面３Ｃと溝側面３Ｅとは異なるレベルであるため、基板１０を支持面３Ｃ上に載置した際には、溝底面３Ｄは基板１０と接触しない。また、ローダ溝３Ｂの溝側面３Ｅについても、基板１０を支持面３Ｃ上に載置した際には、基板１０と接触しない。

ステージ３Ａ（例えば、θステージ）の内部において、支持面３Ｃの下方位置には加熱ヒータ３Ｆが設けられる。加熱ヒータ３Ｆで発生した熱は、支持面３Ｃを介して載置される基板１０に伝えられる。

ここで、支持面３Ｃは高輻射部３Ｇを備え、この高輻射部３Ｇを介して載置される基板１０と接触する。高輻射部３Ｇは輻射率が高い素材により構成され、例えば、アルミ材とすることができ、アルミの薄膜を貼り付ける構成とする他に、アルミ材を含む塗布材を塗る構成としてもよい。また、黒色耐熱塗装を施しても良い。ステージ３Ａの支持面３Ｃは、高輻射部３Ｇを介して基板１０と接触することによって、ステージ３Ａから基板１０への熱伝達の効率を高めることができる。

また、ローダ溝３Ｂの内面は高反射部３Ｈを備え、この高反射部３Ｈを介して載置される基板１０と非接触で対向する。高反射部３Ｈは反射率が高い素材により構成され、例えば、アルミ鏡面仕上げを用いることができる。また、高反射率の素材からなる薄膜を貼り付ける構成や、塗布材を塗る構成としてもよい。

ローダ溝３Ｂでは、ステージ３Ａは基板１０との間に隙間があり、また、加熱ヒータが設けられていないため、この部分の温度は、対応する基板１０側の温度よりも低温である。そのため、基板１０側からローダ溝３Ｂの内面に向かって熱が放出される。ここで、ローダ溝３Ｂの内面に高反射部３Ｈを設けることによって、基板１０から放出された熱はこの高反射部３Ｈによって反射され基板１０側に戻される。これにより、基板１０の熱放出を抑制することができる。

図２（ｂ）、図３（ｂ）は、支持面３Ｃの高輻射部３Ｇを設け、ローダ溝３Ｂの溝底面３Ｄに高反射部３Ｈを設けた構成例を示し、図２（ｃ）、図３（ｃ）は、支持面３Ｃの高輻射部３Ｇを設け、ローダ溝３Ｂの溝底面３Ｄと溝側面３Ｅに高反射部３Ｈを設けた構成例を示している。

図４（ａ）は、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示す構成における熱伝導を模式的に示している。図４（ａ）において、加熱ヒータ３Ｆで発生した熱は、高輻射部３Ｇを介して基板１０の部分１０Ａに効率的に伝えられる（図中の矢印Ａで示す）。また、基板１０の部分１０Ｂは、ステージ３Ａの対向するローダ溝３Ｂの内面よりも高温となるため、ローダ溝３Ｂの内面に向けて放熱する（図中の矢印Ｂで示す）が、ローダ溝３Ｂの溝底面３Ｄに設けた高反射部３Ｈによって反射され、基板１０に戻される（図中の矢印Ｃで示す）。

図４（ｂ）は、図２（ｃ）、図３（ｃ）に示す構成における熱伝導を模式的に示している。図４（ｂ）において、加熱ヒータ３Ｆで発生した熱は、図４（ａ）と同様に、高輻射部３Ｇを介して基板１０の部分１０Ａに効率的に伝えられる（図中の矢印Ａで示す）。また、基板１０の部分１０Ｂは、図４（ａ）と同様に、ステージ３Ａの対向するローダ溝３Ｂの内面よりも高温となるため、ローダ溝３Ｂの内面に向けて放熱する（図中の矢印Ｂ，Ｄで示す）。

ここで、ローダ溝３Ｂの溝底面３Ｄ及び溝側面３Ｅに設けた高反射部３Ｈは、放熱を反射して基板１０に戻す（図中の矢印Ｃ、Ｅで示す）。

なお、上記構成において、基板１０からの放熱の全てが高反射部３Ｈによって反射されて基板１０に戻る訳ではないが、戻される熱によって、部分１０Ｂの温度低下を抑制することができる。

上記した構成は、ステージがローダ溝を備える構成例であるが、ローダ溝を有していない構成にも適用することができる。図５は、本発明の加熱機構の別の構成例である。この構成例では、ステージ３Ａにおいて、支持面３Ｃにおいて、ステージ側の温度が基板側の温度よりも高い部分に高輻射部３Ｇを設け、ステージ側の温度が基板側の温度よりも低い分に高反射部３Ｈを設ける。例えば、加熱ヒータ３Ｆが設置された部分の上方の支持面には高輻射部３Ｇを設け、加熱ヒータ３Ｆが設置されない部分の上方の支持面には高反射部３Ｈを設ける。なお、この構成では、高輻射部３Ｇと高反射部３Ｈとは同レベルとなる。

また、ステージの形状によって、加熱ヒータの設置に係わらず、温度分布が発生する場合には、ステージ温度が基板温度よりも高い部分に高輻射部３Ｇを設け、ステージ温度が基板温度よりも低い部分に高反射部３Ｈを設ける構成としても、同様の効果を奏することができる。

本発明は、ＴＦＴ基板検査装置の他、荷電粒子ビームを用いた測定装置や検査装置、あるいは加工装置など、真空状態での基板の加工や検査を高温で行う場合に適用することができる。

本発明の真空装置の加熱機構の概略図である。本発明の加熱機構の概略構成を説明するための正面図、断面図である。本発明の加熱機構の概略構成を説明するための斜視図である。本発明の加熱機構による熱伝導を模式的に示す図である。本発明の加熱機構の別の構成例である。ステージによる基板の加熱状態を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１…真空装置、２…真空室、３…加熱機構、３Ａ…ステージ、３Ｂ…ローダ溝、３Ｃ…支持面、３Ｄ…溝底部、３Ｅ…溝側面、３Ｆ…加熱ヒータ、３Ｇ…高輻射部、３Ｈ…高反射部、４…ローダ、４Ａ…アーム、１００…ステージ、１０１…ローダ溝、１０２…支持面。

Claims

真空装置内において基板を加熱する加熱機構であって、
真空室内に基板を支持するステージを備え、
前記ステージは、ステージ内に加熱部を備えると共に、
加熱時における基板温度とステージ温度との違いに応じた表面特性を備え、
ステージ温度が基板温度よりも高くなる部分は輻射率が高い表面特性とし、
ステージ温度が基板温度よりも低くなる部分は反射率が高い表面特性とすることを特徴とする、真空装置の加熱機構。
真空装置内において基板を加熱する加熱機構であって、
真空室内に基板を支持するステージを備え、
前記ステージは、
基板を支持する支持面は、基板と接触する接触面と、当該接触面と異なるレベルに設けた非接触面とを備え、
前記接触面の下方のステージ内に加熱部を備えると共に、当該接触面上に高輻射材を備え、
前記非接触面上に高反射材を備えることを特徴とする、真空装置の加熱機構。
真空装置内において基板を加熱する加熱機構であって、
真空室内に基板を支持するステージを備え、
前記ステージは、
基板を支持する支持面は、基板と接触する接触面と、前記基板を搬出入する搬送部を出し入れする搬送部用溝とを備え、
前記接触面の下方のステージ内に加熱部を備えると共に、当該接触面上に高輻射材を備え、
前記搬送部用溝の内面に高反射材を備えることを特徴とする、真空装置の加熱機構。
前記搬送部用溝の内面において、底面又は側面、あるいはその両面に高反射材を備えることを特徴とする、請求項３に記載の真空装置の加熱機構。