JP7402430B2 - 基板保持台、及び基板加熱装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板保持台、及び基板加熱装置に関する。
特許文献１から特許文献３には、半導体基板、又は液晶ディスプレイ用のガラス基板などの基板を熱処理するための基板加熱装置が開示されている。基板加熱装置は、基板が載せられる載置面を上面に有し、基板を真空吸着する基板保持台を備える。また、基板加熱装置は、基板保持台を加熱するヒータを備える。
基板保持台は、載置面に開口する真空ポートと、載置面に配置される複数の突起を備える。複数の突起は、載置面と基板との間に微小な隙間を形成する。真空ポートは、この微小な隙間から空気を吸い込み、基板の反りを矯正する。
特開２００６－２６９９８９号公報 特開２００７－１５８１６８号公報 特開２００９－１１７５６７号公報
従来の基板保持台では、基板の均熱レンジに改善の余地がある。基板の均熱レンジとは、基板が加熱されたときに、基板の面内における温度のばらつき範囲のことである。均熱レンジが大きい、即ち基板の面内における温度のばらつきが大きいと、基板の熱処理にむらが生じる。
そこで、本開示は、熱処理される基板の均熱レンジを小さくできる基板保持台を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、基板の全面をほぼ均一に熱処理できる基板加熱装置を提供することを目的の一つとする。
本開示の基板保持台は、
基板の載置面と、前記基板を前記載置面に真空吸着させる真空ポートとを備える基板保持台であって、
前記載置面に分散して配置される複数の突起と、
前記複数の突起を取り囲むように配置される環状の外周凸部とを有し、
前記外周凸部を構成する材料の熱伝導率は、前記載置面を構成する材料の熱伝導率よりも低く、
前記外周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さの３０％超１００％未満である。
本開示の基板加熱装置は、
本開示の基板保持台と、
前記基板保持台を加熱するヒータとを備える。
本開示の基板保持台は、熱処理される基板の均熱レンジを小さくできる。
本開示の熱処理装置は、基板の全面をほぼ均一に熱処理できる。
図１は、実施形態に係る基板加熱装置の模式図である。 図２は、実施形態１に係る基板保持台の上面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、試験例１の試験結果を示すグラフである。
［本開示の実施形態の説明］
本発明者らは、従来の基板保持台の構成を再検討した結果、従来の基板保持台では、基板を載置面に真空吸着させるための構成が均熱レンジの悪化に関与しているとの知見を得た。例えば、特許文献１，３では、外周隔壁と呼ばれる環状のシール部によって、基板の外周側において基板と載置面との隙間が封止されている。特許文献２では、外周リブと呼ばれる環状のシール部によって、上記隙間が封止されている。載置面上に基板が真空吸着されるという観点から、いずれのシール部の突出高さも、基板を載置面から離隔させる突起の突出高さ以上となっている。しかし、このような構成では、シール部と基板とが接触し易く、基板保持台の熱がシール部を介して基板に伝わり易い。このシール部を介した基板への伝熱が、基板の均熱レンジを悪化させていると考えられる。本発明者らは、これらの知見を踏まえて本開示の基板保持台を完成させた。以下、本開示の実施態様を列記して説明する。
＜１＞実施形態に係る基板保持台は、
基板の載置面と、前記基板を前記載置面に真空吸着させる真空ポートとを備える基板保持台であって、
前記載置面に分散して配置される複数の突起と、
前記複数の突起を取り囲むように配置される環状の外周凸部とを有し、
前記外周凸部を構成する材料の熱伝導率は、前記載置面を構成する材料の熱伝導率よりも低く、
前記外周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さの３０％超１００％未満である。
実施形態に係る基板保持台では、外周凸部が、基板の真空吸着時の気流抑制部として機能する。気流抑制部は、載置面と基板との間の微小な隙間に外部から気体が侵入することを抑制する機能を持つ部材である。この基板保持台では、外周凸部の熱伝導率が載置面の熱伝導率よりも小さくなっているため、外周凸部を介した基板への伝熱が抑制される。また、気流抑制部として機能する外周凸部の突出高さが、突起の突出高さよりも低くなっているため、外周凸部が基板に接触し難い。そのため、外周凸部を介した基板への伝熱が効果的に抑制される。
ここで、外周凸部がシール部として機能するには、外周凸部が基板に接触するよう作製される必要がある。本発明者らは敢えて、外周凸部の突出高さを突起の突出高さよりも低くし、外周凸部をシール部として機能させるのではなく気流抑制部として機能させている。この場合、基板が真空吸着されたとき、基板と外周凸部との間に隙間ができる。外周凸部は、シール部ではなく気流抑制部であるので、この隙間は許容される。本発明者らは、外周凸部の突出高さが突起の突出高さの３０％超であれば、外周凸部が気流抑制部として十分な機能を発揮することを試験によって見出した。その試験は、後述する試験例１に示される。
＜２＞実施形態の基板保持台の一形態として、
前記外周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さの４０％以上９５％以下である形態が挙げられる。
外周凸部の突出高さが突起の突出高さの４０％以上であれば、真空吸着力が十分に高められる。真空吸着力が高いと、基板が平坦に近い状態に矯正され易い。基板が平坦に近くなると、基板の各所と熱源である載置面との距離のばらつきが小さくなるので、基板の均熱レンジが小さくなる。また、外周凸部の突出高さが突起の突出高さの９５％以下であれば、真空吸着された基板と外周凸部との接触の可能性が低減される。従って、基板の均熱レンジが小さくなる。
＜３＞実施形態の基板保持台の一形態として、
前記外周凸部は、前記載置面に接着されている形態が挙げられる。
外周凸部が載置面に接着されることで、外周凸部が載置面から外れ難い。また、基板の熱処理ごとに外周凸部を取付ける手間がなく、熱処理の作業性が向上する。外周凸部を載置面に接着する手段として、例えばスクリーン印刷が挙げられる。
＜４＞実施形態の基板保持台の一形態として、
前記外周凸部は、樹脂材料によって構成されており、
前記樹脂材料は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド樹脂、又はエポキシ樹脂を主成分とする形態が挙げられる。
上記樹脂材料は、載置面を構成する材料に比べて低熱伝導性である。従って、上記樹脂材料によって構成される外周凸部であれば、外周凸部を介した基板への伝熱が抑制され易い。特に、ポリイミド樹脂は、耐熱性に優れ、脱ガスも少ないので好ましい。
＜５＞実施形態の基板保持台の一形態として、
前記載置面は、
前記外周凸部の内側に開口するリフトピン孔と、
前記リフトピン孔を取り囲む環状の内周凸部とを備え、
前記内周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さの３０％超１００％未満である。
リフトピン孔は、熱処理後の基板を持ち上げるリフトピンを挿入するための孔である。基板の真空吸着時、リフトピン孔を介して載置面上の微小な隙間に空気が流れ込み易い。リフトピン孔を取り囲む内周凸部は、その空気が載置面上の微小な隙間に流れ込むことを抑制する。この内周凸部も、載置面から基板への伝熱経路となり得る。従って、上記規定に示されるように、内周凸部の熱伝導率が低く、内周凸部の突出高さが突起の突出高さよりも低ければ、内周凸部を介した基板への伝熱が抑制され、基板の均熱レンジが小さくなる。
＜６＞上記＜５＞に記載の基板保持台の一形態として、
前記内周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記外周凸部の前記載置面からの突出高さと同じである形態が挙げられる。
外周凸部と同じ突出高さを有する内周凸部は生産性に優れる場合がある。例えば、スクリーン印刷によって外周凸部と内周凸部とが形成される場合、両リブの印刷高さの設定を変更する必要が無い。
＜７＞実施形態の基板保持台の一形態として、
前記外周凸部の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である形態が挙げられる。
外周凸部の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であれば、外周凸部を介した基板への伝熱が抑制され易い。
＜８＞実施形態の基板保持台の一形態として、
前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さは、５０μｍ以上２００μｍ以下である形態が挙げられる。
突起の突出高さが上記範囲であれば、載置面と基板との間に、基板の加熱に好適な微小な隙間が確保される。
＜９＞実施形態の基板保持台の一形態として、
前記外周凸部の先端側の幅は、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である形態が挙げられる。
外周凸部の先端側の幅が０．５ｍｍ以上であれば、外周凸部の先端と基板の下面との隙間における気体の流れが阻害され易い。そのため、外周凸部の径方向の外方から内方への気体の流入が抑制され、載置面上の微小な空間の真空度を上げ易い。外周凸部の先端側の幅が１．０ｍｍ以下であれば、外周凸部と基板とが対向する面積が大きくなり過ぎないため、外周凸部から基板への輻射による伝熱量が小さくなり易い。
＜１０＞実施形態に係る基板加熱装置は、
実施形態に係る基板保持台と、
前記基板保持台を加熱するヒータとを備える。
実施形態に係る基板加熱装置は、基板の全面をほぼ均一に熱処理できる。実施形態に係る基板加熱装置は、基板の均熱レンジを小さくできる実施形態の基板保持台を備えるからである。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態に係る基板加熱装置、及び基板保持台の具体例を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１は、本実施形態に基板保持台２を備える基板加熱装置１の構成を示す模式図である。基板加熱装置１は、半導体ウエハなどの基板９を真空吸着しながら熱処理する装置である。本例の基板加熱装置１は、加熱ユニット１０と冷却ユニット１１と筐体７とを備える。加熱ユニット１０は、基板保持台２とヒータ３と下方プレート４とを備え、基板保持台２に載置される基板９を熱処理する。熱処理された基板９は、室温に調整されたアームによって速やかに回収される。冷却ユニット１１は、可動プレート５と冷却ステージ６とを備え、加熱ユニット１０の温度を調整する。以下、基板加熱装置１の各構成を詳細に説明する。
≪基板保持台≫
基板保持台２の説明には、図２から図４を参照する。図２に示されるように、基板保持台２は、板状部材であって、基板９（図１，４参照）が載せられる載置面２Ｓを備える。載置面２Ｓは平坦である。本例の基板保持台２は円板である。円板の直径は、載置面２Ｓ上に載せられる基板９よりも大きければ良く、例えば２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。基板保持台２の平面形状は円形に限定されるわけではなく、例えば四角形などの多角形等であっても良い。基板保持台２の平面形状は、基板９の平面形状に相似する形状であることが好ましい。
基板保持台２の材料は、熱伝導性に優れ、かつ熱によって変形し難い材料であることが好ましい。そのような材料としてセラミックスが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、窒化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム、又は窒化珪素などのセラミックス、あるいはこれらセラミックスとシリコン（Ｓｉ）との複合体などが挙げられる。特に、ＳｉＣの多孔質体に金属シリコンを含侵させたＳｉ－ＳｉＣが基板保持台２の材料として好ましい。基板保持台２は、アルカリ金属元素や鉛などの低融点金属をなるべく含まないことが好ましい。基板保持台２の加熱時に低融点金属が飛散する可能性があるからである。
基板保持台２は、一つの部材で構成されていても良いし、複数の部材で構成されていても良い。後者の例として、例えば、本体部と、その上面に設けられる載置台部とを備える基板保持台２が挙げられる。この場合、載置台部の上面が載置面２Ｓとなる。
基板保持台２は、複数の突起２０と、外周凸部２１と、真空ポート２２と、リフトピン孔２３と、内周凸部２４とを備える。以下、基板保持台２に備わる各構成を順次説明する。
・突起
基板保持台２は、載置面２Ｓに分散して配置される複数の突起２０を備える。突起２０は、図３に示されるように、載置面２Ｓよりも上方に突出する。これらの突起２０は、基板９を下側から支え、基板９と載置面２Ｓとの間に微小な隙間を形成する。複数の突起２０は、図２に示されるように、載置面２Ｓの面内において互いに均等な間隔で配置されていることが好ましい。隣接する突起２０の間隔が小さくなると、突起２０の数が多くなる。その結果、突起２０に支えられる基板９の安定性が増すが、突起２０を介した基板９への伝熱量が大きくなる。従って、隣接する突起２０の間隔は、基板９の安定性と基板９への伝熱量の低減とのバランスを考慮して決定されることが好ましい。例えば、上記間隔は２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。
図３に示される突起２０の載置面２Ｓからの突出高さＨ０は、５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。突起２０の突出高さＨ０が上記範囲であれば、基板９と載置面２Ｓとの間に、基板９の加熱に好適な隙間が確保される。ここでいう突出高さＨ０とは、載置面２Ｓに垂直な方向における載置面２Ｓから突起２０の先端までの長さである。突起２０の突出高さＨ０は１００μｍ以下であっても良い。
突起２０は、載置面２Ｓに一体に設けられていても良いし、載置面２Ｓに後付けされていても良い。後者の例として、載置面２Ｓに設けられたザグリ孔に配置されるピンが挙げられる。ピンは例えば酸化アルミニウムなどのセラミックスで構成される。セラミックスは熱によって変形し難く、また物理的圧力によっても変形し難い。そのため、セラミックス製の突起２０は、基板９を安定して支持できる。その他、突起２０は、スクリーン印刷によって作製されていても良い。その場合、突起２０は、載置面２Ｓよりも熱伝導性が低い材料によって構成されていれば、突起２０を介した基板９への伝熱を抑制できる。熱伝導性が低い材料としては、後述する外周凸部の材料と同じものが挙げられる。
突起２０は例えば、円柱、円錐、円錐台、角柱、角錐、角錐台、半球、又は球台などである。その他、突起２０は、突起２０の先端が半球又は球台となった柱体などであっても良い。突起２０の先端は、先細り形状であることが好ましい。突起２０の先端が先細り形状であれば、突起２０と基板９との接触面積が小さくなり、突起２０を介した基板９への伝熱量が小さくなる。突起２０の底部、即ち先端と反対側の端部は、載置面２Ｓに対する取付強度を確保する必要上、ある程度の大きさが必要になる。突起２０の底部の形状及びサイズは、突起２０を構成する材料及び熱膨張係数などを考慮して決定される。
・外周凸部
基板保持台２は、複数の突起２０を取り囲むように配置される外周凸部２１を備える。外周凸部２１は、図３に示されるように、載置面２Ｓよりも上方に突出する。外周凸部２１は、基板９の真空吸着時の気流抑制部として機能する。本例の外周凸部２１は、載置面２Ｓの面積重心を中心とする円環状である。外周凸部２１の外径は、基板９の外径の９５％以上９９％以下であることが好ましい。
外周凸部２１を構成する材料の熱伝導率は、載置面２Ｓを構成する材料の熱伝導率よりも低い。従って、外周凸部２１を介した基板９への伝熱が抑制される。外周凸部２１の材料としては、樹脂材料が好ましい。樹脂材料としては、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド樹脂、又はエポキシ樹脂を主成分とする樹脂材料が挙げられる。樹脂材料は、低熱伝導性であるため、外周凸部２１を介した基板９への伝熱が抑制され易い。特に、ポリイミド樹脂は、耐熱性に優れ、脱ガスも少ないので好ましい。
外周凸部２１の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。外周凸部２１の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であれば、外周凸部２１を介した基板９への伝熱が抑制され易い。上記樹脂材料は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を達成し易い。外周凸部２１の好ましい熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋ以下、より好ましい熱伝導率は０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
外周凸部２１の載置面２Ｓからの突出高さＨ１は、突起２０の載置面２Ｓからの突出高さの３０％超１００％未満である。外周凸部２１の突出高さＨ１が、突起２０の突出高さＨ０よりも低いと、外周凸部２１が基板９に接触し難いため、外周凸部２１を介した基板９への伝熱が効果的に抑制される。その結果、基板９の均熱レンジが小さくなり、基板９全体がほぼ均一に熱処理される。ここで、外周凸部２１の突出高さＨ１が突起２０の突出高さＨ０の３０％超であれば、外周凸部２１は気流抑制部として十分に機能する。
外周凸部２１の突出高さＨ１が高くなるほど、外周凸部２１の気流抑制部としての機能が高くなり、真空吸着力が高くなる。従って、外周凸部２１の突出高さＨ１は、突起２０の突出高さＨ０の４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。ここでいう突出高さＨ１とは、載置面２Ｓに垂直な方向における載置面２Ｓから外周凸部２１の先端までの長さである。
外周凸部２１の突出高さＨ１が突起２０の突出高さＨ０よりも低くなるほど、外周凸部２１と基板９との接触の可能性が低くなる。従って、外周凸部２１の突出高さＨ１は、突起２０の突出高さＨ０の９５％以下であることが好ましく、８０％以下であることがより好ましい。
図３に示される外周凸部２１の先端側の幅Ｗ１は、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、幅Ｗ１は、外周凸部２１の断面形状の上端部における載置面２Ｓと平行な直線部の長さである。このような直線部がある外周凸部２１の断面形状として、矩形及び台形などが挙げられる。上記直線部が無い場合、幅Ｗ１はゼロとみなす。上記直線部が無い外周凸部２１の断面形状として、半円形状及び半楕円形状などが挙げられる。外周凸部２１の先端側の幅Ｗ１が０．５ｍｍ以上であれば、外周凸部２１の先端と基板９の下面との隙間における気体の流れが阻害され易い。そのため、外周凸部２１の径方向の外方から内方への気体の流入が抑制され、載置面２Ｓ上の微小な空間の真空度が下がり難い。外周凸部２１の先端側の幅Ｗ１が１．０ｍｍ以下であれば、外周凸部２１と基板９とが対向する面積が大きくなり過ぎないため、外周凸部２１から基板９への輻射による伝熱量が小さくなり易い。
外周凸部２１は、載置面２Ｓに接着されていることが好ましい。外周凸部２１が載置面に接着されることで、外周凸部２１が載置面２Ｓから外れ難い。また、基板９の熱処理ごとに外周凸部２１を取付ける手間がなく、熱処理の作業性及び基板保持台２のメンテナンス性が向上する。外周凸部２１を載置面２Ｓに接着する手段として、例えばスクリーン印刷が挙げられる。接着剤によって外周凸部２１が載置面２Ｓに接着されても良い。本例とは異なり、外周凸部２１は、載置面２Ｓに設けられた環状溝に嵌め込まれていても良い。
外周凸部２１の径方向に沿った面を切断面とする外周凸部２１の断面形状は、矩形、先端側が狭い台形状、半円、又は半楕円形状などである。特に、外周凸部２１の先端が先細り形状であれば、基板９の反り具合などによって、外周凸部２１と基板９の一部とが仮に接触したとしても、その接触面積が小さくなる。そのため、外周凸部２１を介した基板９への伝熱量が小さくなる。
・真空ポート
基板保持台２は、少なくとも一つの真空ポート２２を備える。真空ポート２２には図示しない吸引機構が繋がっている。そのため、吸引機構が動作されれば、真空ポート２２を介して載置面２Ｓ上の微小な隙間から空気が吸引され、上記隙間の真空度が高まる。その結果、基板９が載置面２Ｓ側に真空吸引され、平坦に近い状態に矯正される。本例の基板保持台２には４つの真空ポート２２が設けられている。４つの真空ポートは、載置面２Ｓの面積重心を中心とする仮想円上に均等な間隔を空けて配置されている。
・リフトピン孔
基板保持台２は、少なくとも一つのリフトピン孔２３を備える。リフトピン孔２３は、基板９を上下動させるリフトピン２９が挿通される孔である。本例では３つのリフトピン孔２３が設けられている。本例では、３つのリフトピン孔２３は、載置面の面積重心を中心とする仮想円上に均等な間隔を空けて配置されている。つまり、各リフトピン孔２３は、正三角形の頂点に相当する位置に設けられている。リフトピン孔２３が配置される仮想円は、真空ポート２２が配置される仮想円よりも内側にある。
・内周凸部
載置面２Ｓ上には、リフトピン孔２３の開口を取り囲む内周凸部２４が設けられている。リフトピン孔２３を取り囲む内周凸部２４は、真空吸着時にリフトピン孔２３を介して載置面２Ｓ上の微小な隙間に空気が流れ込むことを抑制する気流抑制部として機能する。
内周凸部２４を構成する材料の熱伝導率は、載置面２Ｓを構成する材料の熱伝導率よりも低いことが好ましい。内周凸部２４の熱伝導率が低いと、内周凸部２４を介した基板９への伝熱が抑制される。内周凸部２４の熱伝導率及び材料には、外周凸部２１と同じものが利用できる。
内周凸部２４の載置面２Ｓからの突出高さＨ４は、突起２０の載置面２Ｓからの突出高さＨ０の３０％超１００％未満であることが好ましい。内周凸部２４の突出高さＨ４の好ましい範囲は、外周凸部２１の突出高さＨ１の好ましい範囲と同じである。内周凸部２４の突出高さＨ４が突起２０の突出高さＨ０よりも低いと、内周凸部２４と基板９との接触の可能性が低くなる。従って、内周凸部２４を介した基板９への伝熱が抑制される。
内周凸部２４の突出高さＨ４は、外周凸部２１の突出高さＨ１と同じであることが好ましい。外周凸部２１と同じ突出高さＨ４を有する内周凸部２４は生産性に優れる場合がある。例えば、スクリーン印刷によって外周凸部２１と内周凸部２４とが形成される場合、両凸部２１，２４の印刷高さの設定を変更する必要が無い。ここでいう突出高さＨ４とは、載置面２Ｓに垂直な方向における載置面２Ｓから内周凸部２４の先端までの長さである。
内周凸部２４の先端側の幅Ｗ４は、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、幅Ｗ４は、内周凸部２４の断面形状の上端部における載置面２Ｓと平行な直線部の長さである。このような直線部がある内周凸部２４の断面形状として、矩形及び台形などが挙げられる。上記直線部が無い場合、幅Ｗ４はゼロとみなす。上記直線部が無い内周凸部２４の断面形状として、半円形状及び半楕円形状などが挙げられる。内周凸部２４の先端側の幅Ｗ４が０．５ｍｍ以上であれば、内周凸部２４の先端と基板９の下面との隙間における気体の流れが阻害され易い。そのため、リフトピン孔２３を介した気体の流入が抑制され、載置面２Ｓ上の微小な空間の真空度が下がり難い。内周凸部２４の先端側の幅Ｗ４が１．０ｍｍ以下であれば、内周凸部２４と基板９とが対向する面積が大きくなり過ぎないため、内周凸部２４から基板９への輻射による伝熱量が小さくなり易い。内周凸部２４の先端側の幅Ｗ４は、外周凸部２１の先端側の幅Ｗ１と同じであることが好ましい。
・その他
基板保持台２の下面、即ち載置面２Ｓと反対側の面には、温度制御用の測温素子が設けられることが好ましい。測温素子は、例えば下面に設けられたザグリ孔に配置される。測温素子としては、例えばセラミックス素子が挙げられる。測温素子は、例えばシリコーン接着剤などで固定される。
≪ヒータ≫
ヒータ３は、基板保持台２を加熱する部材である。ヒータ３によって加熱された基板保持台２の放射熱によって基板９が熱処理される。本例のヒータ３は、基板保持台２と同等の外径を有する円板状であって、その内部にヒータ回路３０を備える。ヒータ回路３０は、例えば通電によって発熱する電熱線によって構成されている。電熱線としては、ステンレス箔をエッチングすることによって形成された回路パターンなどが挙げられる。そのヒータ回路３０が２枚のポリイミドシートの間に挟み込まれることでヒータ３が作製される。通電のための電力は図示しない通電端子及び電極を通じて外部から供給される。
≪下方プレート≫
下方プレート４は、後述する冷却ユニット１１の可動プレート５が接触される部材である。本例の下方プレート４は、基板保持台２と同じ外径を有する円板状である。この下方プレート４と基板保持台２とヒータ３とが固定ネジ４０によって一体化されている。下方プレート４は、基板保持台２と同様、セラミックスによって構成されることが好ましい。
≪冷却ユニット≫
冷却ユニット１１は、冷却ステージ６と可動プレート５とを備える。冷却ステージ６は、加熱ユニット１０の温度を変化させるために用いられる。冷却ステージ６と下方プレート４とは固定ネジ６０によって連結されている。固定ネジ６０は可動プレート５を貫通しており、可動プレート５は固定ネジ６０によって固定されていない。可動プレート５は、例えばエアシリンダーのロッドの先端に取付けられており、上下動可能に構成されている。加熱ユニット１０の温度が変更される場合、冷却ステージ６を介して低温となっている可動プレート５が上方に移動して下方プレート４に接触する。その結果、加熱ユニット１０が速やかに冷却され、加熱ユニット１０の温度が所望の温度に調整される。加熱ユニット１０の冷却が完了した後、可動プレート５は、冷却ステージ６に接触する位置まで下降する。
下方プレート４を冷却する可動プレート５は、熱伝導性に優れる材料、例えば金属で構成されることが好ましい。本例では可動プレート５はアルミニウム合金製である。可動プレート５の上面には、下方プレート４と密着し易いように樹脂製シートが配置されることが好ましい。樹脂製シートの材料は、例えばシリコーン、又はフッ素を主成分とする柔軟性に富む材料などが好ましい。
≪筐体≫
筐体７は、加熱ユニット１０と冷却ユニット１１とを内部に収納する。冷却ユニット１１の冷却ステージ６は、筐体７の底部に支持されている。
≪効果≫
本例の基板加熱装置１は、基板９の全面をほぼ均等に熱処理できる。基板加熱装置１に備わる基板保持台２は、基板９の熱処理時に基板９の均熱レンジを小さくできるからである。
＜試験例１＞
試験例１では、外周凸部の突出高さが基板の均熱レンジに与える影響を調べた。
≪試料≫
試験にあたり、外周凸部２１の突出高さＨ１、及び内周凸部２４の突出高さＨ４が異なる１０個の基板保持台２を作製し、各基板保持台２を備える試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．１０の基板加熱装置１を作製した。試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．１０の構成のうち、外周凸部２１及び内周凸部２４以外の構成は同じである。
基板保持台２における外周凸部２１及び内周凸部２４以外の構成は以下の通りである。
・基板保持台２のサイズ…直径３２０ｍｍ、厚さ３ｍｍ
・基板保持台２の材料…熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・ＫのＳｉ－ＳｉＣ
・突起２０の構成…載置面２Ｓに設けたザグリ孔に配置される酸化アルミニウム製のピン。ピンは先端が半球状の柱体。
・突起２０の個数…３０個
・突起２０の突出高さＨ０…１００μｍ
・突起２０の突出高さＨ０の測定方法…段差計
外周凸部２１の構成は以下の通りである。
・材料…ポリイミド樹脂
・形成方法…ポリイミド樹脂のインクを用いたスクリーン印刷
・全体形状…外径が２９７ｍｍ、内径が２９６ｍｍ、幅が０．５ｍｍの円環形状
・断面形状…先端側の角が丸められた矩形
・突出高さＨ１…０μｍ、１０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、８０μｍ、９５μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、又は１３０μｍ
・突出高さＨ１の測定方法…レーザ変位計
・先端側の幅Ｗ１…０．５ｍｍ
・熱伝導率…０．３Ｗ／ｍ・Ｋ
内周凸部２４の構成は以下の通りである。
・材料…ポリイミド樹脂
・形成方法…ポリイミド樹脂のインクを用いたスクリーン印刷
・全体形状…外径が７．０ｍｍ、内径が６．０ｍｍ、幅が０．５ｍｍの円環形状
・断面形状…先端側の角が丸められた矩形
・突出高さＨ４…突出高さＨ１と同じ。
・突出高さＨ４の測定方法…レーザ変位計
・先端側の幅Ｗ４…０．５ｍｍ
・熱伝導率…０．３Ｗ／ｍ・Ｋ
≪加熱試験≫
作製した基板加熱装置１のヒータ３に給電して常温から１５０℃まで昇温させた後、設定温度１５０℃で温度制御しながら１時間保持した。その後、基板９の面内に１７個の測温センサーが埋設された市販のシリコン基板温度計を基板保持台２の上に吸着固定した。そして、シリコン基板温度計の面内最大温度と面内最小温度の差である均熱レンジを計測した。その結果を表１に示す。また、表１の結果をグラフ化したものを図４に示す。
ここで、突起２０の突出高さＨ０が１００μｍであるため、表１における突出高さの単位は、突起２０の突出高さＨ０に対する突出高さＨ１又はＨ４の比率として『％』に読み替えることもできる。例えば、外周凸部２１の突出高さＨ１が１０μｍであれば、外周凸部２１の突出高さＨ１は、突起２０の突出高さＨ０の１０％である。
Figure 0007402430000001
表１及び図４に示されるように、外周凸部２１の突出高さＨ１及び内周凸部２４の突出高さＨ４が３０μｍ超１００μｍ未満である試料Ｎｏ．４からＮｏ．７の均熱レンジは、その他の試料の均熱レンジよりも有意に低かった。突出高さＨ１が３０μｍ以下の試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．３の均熱レンジが高かった理由は、基板９を十分に真空吸着できず、基板９の反りが十分に矯正され難かったためと推察される。基板９の反りが十分に矯正されていないと、基板９の各所と熱源である載置面２Ｓとの距離にばらつきができ、基板９の各所の温度にばらつきが生じると考えられる。一方、突出高さＨ１が１００μｍ以上の試料Ｎｏ．８から試料Ｎｏ．１０の均熱レンジが高かった理由は、基板９が、外周凸部２１及び内周凸部２４に接触又は近接するからであると推察される。その結果、外周凸部２１及び内周凸部２４を介した基板９への伝熱によって基板９の均熱レンジが悪化したものと考えられる。
＜試験例２＞
試験例２では、外周凸部２１と内周凸部２４の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）が均熱レンジに及ぼす影響を調べた。
試験にあたり、試料Ｎｏ．１１から試料Ｎｏ．１７を作製した。各試料における外周凸部２１の突出高さＨ１、及び内周凸部２４の突出高さＨ４は、５０μｍ、９５μｍ、又は１００μｍであった。また、各試料の熱伝導率は、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、１０Ｗ／ｍ・Ｋ、又は１７０Ｗ／ｍ・Ｋであった。そして、各試料を用いて試験例１と同じ加熱試験を行って、各試料の均熱レンジを測定した。その結果を表２に示す。表２には、試験例１の試料Ｎｏ．５及び試料Ｎｏ．８の試験結果も併せて示す。
Figure 0007402430000002
表２に示されるように、外周凸部２１の突出高さＨ１及び内周凸部２４の突出高さＨ４が５０μｍである試料Ｎｏ．１１，１２では、外周凸部２１の熱伝導率にかかわらず、均熱レンジが小さかった。この結果から、外周凸部２１の突出高さＨ１が十分に低ければ、外周凸部２１の熱伝導率が均熱レンジを悪化させ難いことが明らかになった。
一方、外周凸部２１及び内周凸部２４が基板９に接触又は近接する試料Ｎｏ．８、及び試料Ｎｏ．１３から試料Ｎｏ．１７では、外周凸部２１の熱伝導率が高くなるほど、均熱レンジの悪化が顕著となった。均熱レンジの悪化の理由は、外周凸部２１及び内周凸部２４と、基板９との距離が近いため、輻射による影響が大きくなるためと考えられる。
＜試験例３＞
試験例３では、外周凸部２１の幅Ｗ１と内周凸部２４の幅Ｗ４が均熱レンジに及ぼす影響を調べた。
試験にあたり、試料Ｎｏ．１８から試料Ｎｏ．２０を作製した。各試料における外周凸部２１の突出高さＨ１、及び内周凸部２４の突出高さＨ４はいずれも５０μｍであった。一方、各試料における外周凸部２１の先端側の幅Ｗ１と内周凸部２４の先端側の幅Ｗ４が０．３μｍ、１．０μｍ、又は１．５μｍであった。外周凸部２１と内周凸部２４の断面形状は、試験例１と同じように、先端側の角が丸められた矩形であった。そして、各試料を用いた試験例１と同じ加熱試験を行って、各試料の均熱レンジを測定した。その結果を表３に示す。表３には、試験例１の試料Ｎｏ．５の試験結果も併せて示す。
Figure 0007402430000003
表３に示されるように、外周凸部２１の幅Ｗ１及び内周凸部２４の幅Ｗ４が１．０ｍｍ以下である試料Ｎｏ．５、試料Ｎｏ．１８、及び試料Ｎｏ．１９の均熱レンジは十分に小さかった。但し、外周凸部２１の幅Ｗ１及び内周凸部２４の幅Ｗ４が０．３ｍｍである試料Ｎｏ．１８の均熱レンジは、試料Ｎｏ．５、及び試料Ｎｏ．１９の均熱レンジよりも若干高かった。一方、外周凸部２１の幅Ｗ１及び内周凸部２４の幅Ｗ４が１．０ｍｍ超である試料Ｎｏ．２０の均熱レンジは、その他の試料の均熱レンジよりも有意に大きかった。これらのことから、外周凸部２１の幅Ｗ１及び内周凸部２４の幅Ｗ４は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましいことが分かった。
１ 基板加熱装置
１０ 加熱ユニット、１１ 冷却ユニット
２ 基板保持台、２Ｓ 載置面
２０ 突起、２１ 外周凸部、２２ 真空ポート
２３ リフトピン孔、２４ 内周凸部、２９ リフトピン
３ ヒータ、３０ ヒータ回路
４ 下方プレート、４０ 固定ネジ
５ 可動プレート
６ 冷却ステージ、６０ 固定ネジ
７ 筐体
９ 基板

Claims (8)

  1. 基板の載置面と、前記基板を前記載置面に真空吸着させる真空ポートとを備える基板保持台であって、
    前記載置面に分散して配置される複数の突起と、
    前記複数の突起を取り囲むように配置される環状の外周凸部とを有し、
    前記外周凸部を構成する材料は、前記載置面を構成する材料とは異なる材料によって構成されており、
    前記外周凸部を構成する材料の熱伝導率は、前記載置面を構成する材料の熱伝導率よりも低く、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、
    前記外周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さの４０％以上９５％以下である、
    基板保持台。
  2. 前記外周凸部は、前記載置面に接着されている請求項１に記載の基板保持台。
  3. 前記外周凸部は、樹脂材料で構成されており、
    前記樹脂材料は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド樹脂、又はエポキシ樹脂を主成分とする請求項１または請求項２に記載の基板保持台。
  4. 前記載置面は、
    前記外周凸部の内側に開口するリフトピン孔と、
    前記リフトピン孔を取り囲む環状の内周凸部とを備え、
    前記内周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さの３０％超１００％未満である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板保持台。
  5. 前記内周凸部の前記載置面からの突出高さは、前記外周凸部の前記載置面からの突出高さと同じである請求項４に記載の基板保持台。
  6. 前記複数の突起のそれぞれの前記載置面からの突出高さは、５０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板保持台。
  7. 前記外周凸部の先端側の幅は、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板保持台。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板保持台と、
    前記基板保持台を加熱するヒータとを備える、
    基板加熱装置。
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