KR20200011345A - 기판 가열 유닛 및 표면판 - Google Patents

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KR20200011345A
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게이지 기타바야시
아키라 미쿠모
시게노부 사키타
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 고온 상태에서 장기간 안정되게 사용할 수 있고, 열처리 대상이 되는 기판의 오염이 보다 적은 기판 가열 유닛을 얻는 것을 목적으로 한다.
피가열물인 기판을 배치하기 위한 표면판과 평면판과 평면형 히터를 포함하는 기판 가열 유닛으로서, 상기 표면판의 상기 기판을 배치하는 쪽의 면과는 반대쪽의 면인 이면이 상기 평면판의 한쪽면과 접촉하고, 상기 평면판의 다른쪽면이 상기 평면형 히터에 접촉하고 있으며, 상기 표면판은, 평탄 기부와, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 복수의 돌기를 구비하고, 상기 복수의 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 기판 가열 유닛으로 하였다.

Description

기판 가열 유닛 및 표면판{SUBSTRATE HEATING UNIT AND FACEPLATE}
본 발명은, 기판 가열 유닛 및 그 표면판에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 반도체 웨이퍼, LCD용 유리 기판 등의 기판에 가열 처리를 행하기 위한 가열 장치에 관한 것이다. 가열대의 중앙부 또는 단부에 복수의 돌기 부재를 구비함으로써, 기판이 실질적으로 균일하게 가열된다고 되어 있다.
특허문헌 2는, 반도체 기판, 액정 표시 장치용 유리 기판 등의 기판에 열처리를 행하는 기판 열처리 장치로서, 기판을 흡인한 상태에서 열처리하는 장치에 관한 것이다. 수지제의 지지 수단을 평탄한 열처리 플레이트의 상면에 설치함으로써, 기판면 내에서 지지 수단이 접촉되어 있는 접촉 부위와 지지 수단이 접촉되어 있지 않은 비접촉 부위 사이에서 열의 전달 속도의 차를 저감할 수 있고, 기판면 내에서 열이력의 편차를 억제할 수 있다고 되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제5-47652호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2007-158168호 공보
특허문헌 1에서는, 돌기 부재가 작은 부품이므로, 부착 공정수가 걸리는 것, 히터 플레이트와 돌기 부재의 열팽창차에 의한 균열 발생·탈락이 생기는 것, 혹은, 교환은 할 수 있지만 통상은 떨어지지 않는 구조로 하는 것이 번거롭다는 등의 과제가 있었다.
특허문헌 2에서는, 폴리이미드 등의 얇은 수지제이므로 고온 열부하에 의한 재료 열화나, 작업에 의한 주름·파손 등이 생기기 쉽다고 하는 과제나, 재료 열화에 따라 발생한 먼지가 기판에 부착되는 등의 과제가 있었다. 또한, 폴리이미드는 수지이며 유기물이기 때문에, 아무리 해도 탄화수소계의 미량 성분이 가열시에 휘발되고, 기판을 오염시키는 등의 과제도 있었다.
그래서, 또한 고온 상태에서 장기간 안정되게 사용할 수 있고, 또한 열처리 대상이 되는 기판의 오염이 보다 적은 열처리 장치가 요구되고 있었다.
본 실시형태의 일 양태는, 피가열물인 기판을 배치하기 위한 표면판과 평면판과 평면형 히터를 포함하는 기판 가열 유닛으로서, 상기 표면판의 상기 기판을 배치하는 쪽의 면과는 반대쪽의 면인 이면이 상기 평면판의 한쪽면과 접촉하고, 상기 평면판의 다른쪽면이 상기 평면형 히터에 접촉하고 있으며, 상기 표면판은, 평탄 기부와, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 복수의 돌기를 구비하고, 상기 복수의 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 기판 가열 유닛이다.
또한, 본 실시형태의 일 양태는, 평면판과 평면형 히터를 포함하는 기판 가열 유닛에 이용되고, 피가열물인 기판을 배치하며, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면과는 반대쪽의 면인 이면이 상기 평면판의 한쪽면과 접촉하도록 구성된 표면판으로서, 평탄 기부와, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 복수의 돌기를 구비하고, 상기 복수의 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 표면판이다.
본 개시에 따르면, 고온 상태에서 장기간 안정되게 사용할 수 있고, 열처리 대상이 되는 기판의 오염이 보다 적은 기판 가열 유닛을 얻을 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 가열 유닛을 구비한 기판 가열 장치의 구성을 설명한 모식도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 기판 가열 유닛을 구비한 기판 가열 장치의 일부의 구성을 설명한 모식도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 표면판의 정면도이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 표면판의 도 3에 있어서의 A-A 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 따른 표면판의 복수의 돌기의 일례를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 표면판의 주연 돌기의 일례를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 표면판의 오목부의 일례를 나타낸 정면도이다.
도 8은 본 실시형태에 따른 표면판의 오목부의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 실시형태에 따른 표면판의 일례를 나타낸 단면도이다.
[본 개시의 실시형태의 설명]
처음에 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.
본 개시의 실시형태의 하나는, 피가열물인 기판을 배치하기 위한 표면판과 평면판과 평면형 히터를 포함하는 기판 가열 유닛으로서, 상기 표면판의 상기 기판을 배치하는 쪽의 면과는 반대쪽의 면인 이면이 상기 평면판의 한쪽면과 접촉하고, 상기 평면판의 다른쪽면이 상기 평면형 히터에 접촉하고 있으며, 상기 표면판은, 평탄 기부와, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 복수의 돌기를 구비하고, 상기 복수의 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 기판 가열 유닛 및 상기 기판 가열 유닛에 이용되는 표면판이다.
표면판은, 내열성, 내구성의 관점에서, 산화물 재료가 좋다. 또한, 결정 입계로부터의 입계 석출물 탈립에 의한 먼지 발생이나, 입계 석출물의 휘발에 의해 기판이 오염되는 것을 막는다는 관점에서, 결정성을 갖는 재료보다 비정질의 유리 재료가 적합하게 이용된다. 특히 규소(Si), 산소(O)를 성분으로서 함유하는 유리 재료, 예컨대 석영 유리가 바람직하다. 열은 표면판을 통해 기판에 전달되기 때문에, 열전도율이 5 W/m·K 이하가 바람직하고, 1 W/m·K 이하의 재료가 보다 바람직하다. 표면판의 열전도율이 낮음으로써, 기판과의 면내에서의 접촉 상태에 변화가 있었다고 해도, 그 변화에 의한 기판으로의 열전달의 면내 편차를 억제할 수 있다. 또한 유리 재료는, 저열팽창계수, 고내열성을 갖고 있기 때문에, 고온에서도 변형되지 않고 안정되게 기판을 지지할 수 있다.
표면판이 구비하는 복수의 돌기는 열팽창차에 따른 균열 발생이나, 접합 불량 등에 의한 탈락 방지의 관점에서, 평탄 기부와 동일한 재료로 이루어진 연속체인 것이 바람직하다. 여기서, 연속체라고 하는 것은, 평탄 기부와 복수의 돌기가 동일한 유리 재료에 의해 일체로 형성되어 있는 것을 말하며, 평탄 기부와 복수의 돌기가 접하고 있을 뿐이라든가, 접착제로 접합되어 있는 구조를 포함하지 않는 취지이다.
평면판의 재료는, 매우 높은 온도 균일성을 실현하기 위해 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하고, 예컨대 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 등의 금속이 보다 바람직하다. 평면판의 재질은, 탄화규소(SiC), 질화알루미늄, Si-SiC, Al-SiC 등의 강성(영률)이 높은 세라믹스나 세라믹스 복합체라도 좋고, 이것에 의해 평면판의 평면도를 항상 높게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 표면판을 변형시키지 않고 배치할 수 있으며, 또한 강성이 높아 얇게 마무리되기 때문에 열용량을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 승강온 속도를 빠르게 하는 것이 가능해진다.
평면형 히터는 기지의 각종 히터를 이용할 수 있다. 예컨대, 박판형의 히터 회로를 폴리이미드판 상에 형성한 히터 등이 이용된다. 특히, 2장의 폴리이미드판 사이에 박판형의 히터 회로를 끼운 히터는 두께가 얇고, 균등한 가열을 위해 알맞은 히터 회로를 설계할 수 있다는 점에서 바람직하게 이용된다.
표면판은, 기판을 배치하는 쪽의 면의 주연부에 원환형으로 연속한 주연 돌기를 구비하고 있으면 좋다. 주연 돌기가 기판과 환형으로 접함으로써, 기판의 이면과 표면판의 주연 돌기를 구비한 면이 폐공간을 형성한다. 주연 돌기의 원환의 내측에 표면판을 관통하는 구멍을 형성함으로써, 폐공간 내를 부압으로 할 수 있고, 기판을 흡착하여 표면판에 고정할 수 있다. 표면판에 설치되는 주연 돌기도 열팽창차에 의한 균열 발생이나, 접합 불량 등에 의한 탈락 방지의 관점에서, 평탄 기부와 동일한 유리 재료로 이루어진 연속체인 것이 바람직하다.
표면판은, 평면판과의 접촉하는 쪽의 면에 오목부를 구비하고, 평면판은 상기 오목부와 상기 평면판 사이에 형성된 공간을 배기시킬 수 있는 관통 구멍을 구비하고 있으면 좋다. 표면판과 평면판은 접착 등의 수단으로는 고정되어 있지 않다. 관통 구멍을 통해 배기함으로써, 오목부와 평면판 사이에 형성된 공간을 부압으로 할 수 있고, 표면판을 흡착으로써 상기 평면판에 고정할 수 있다.
유리 재료에 포함되는 알칼리 금속 원소의 총량이 3 wt% 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1 wt% 이하이다. 표면판은 가열 처리의 대상이 되는 기판과 직접 접촉하고 있다. 알칼리 금속을 포함하는 화합물은 저온에서 휘발되는 경향이 있기 때문에, 휘발된 알칼리 금속이 기판을 오염시킬 우려가 있어, 유리 재료에 포함되는 유리 금속 원소는 가능한 한 적은 편이 좋다.
상기 복수의 돌기의 정상부가 평면인 것이 바람직하다. 표면판의 복수의 돌기는, 기판에 직접 접하기 때문에, 기판에 흠집을 내기 어렵다고 하는 관점에서, 예각이 아닌 편이 바람직하다. 또한, 모서리부가 기판과 접촉함으로써, 모서리부가 깎여 분리되어, 기판을 오염시킬 가능성도 있기 때문에, 상기 복수의 돌기는, 상기 돌기의 정상부가 평면이고, 상기 정상부로부터 측면부로 이어지는 단부가 곡면인 것이 특히 바람직하다.
본 개시의 실시형태의 추가적인 하나는, 상기 표면판이, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면에 규소(Si)의 산화물을 주성분으로 한 피막을 더 구비한 기판 가열 유닛이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 피막은 적어도 상기 표면판의 상기 기판을 배치하는 쪽의 면에 설치된다. 상기 피막은 표면판의 관통 구멍 내벽, 외연 측벽, 또는 기판을 배치하는 반대쪽의 면에 있어도 좋다. 상기 피막의 재질은, 불가피 불순물을 제거하여 규소(Si)의 산화물인 것이 바람직하다. Si의 산화물은 예컨대 SiO2, SiO 등이다. 또한, 상기 피막 제작시에 이용하는 규소 함유 원료의 경우, 고순도재를 입수하기 쉽기 때문에, 표면판 본체의 유리 재료에 비해, 피막 중의 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속을 보다 적게 할 수 있다. 표면판은 가열 처리의 대상이 되는 기판과 직접 접촉하고 있다. 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속을 포함하는 화합물은 저온에서 휘발되는 경향이 있기 때문에, 휘발된 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속이 기판을 오염시킬 우려가 있어, 피막에 포함되는 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속은 가능한 한 적은 편이 바람직하다.
상기 피막에 대해서는 핀홀이 있어도, 그 대부분을 피복하고 있으면, 기판에 대한 오염을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 피막의 두께로서는, 0.01 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.1 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 0.01 ㎛ 미만에서는 두께가 얇아 제막 제어가 곤란하기 때문에, 비용 상승이 될 우려가 있고, 10 ㎛를 초과하면 면내의 막 두께 분포, 즉 돌기부의 높이 제어가 곤란해지기 때문이다.
상기 피막의 제막 방법에 대해서, 기상법으로는, 스퍼터링법, 전자빔 증착법, CVD(Chemical Vapour Deposition)법 등을 들 수 있다. 또한 습식법으로서 졸겔법 등을 들 수 있고, 이러한 수법으로, 규소의 산화물을 주성분으로 하는 피막을 설치하는 것이 가능하다.
[본 개시의 실시형태의 상세]
본 개시의 실시형태(이하 「본 실시형태」라고 기재함)에 따른 기판 가열 유닛 및 표면판의 구체예를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일 또는 대응하는 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 이들에 대해서 같은 설명은 반복하지 않는다. 또한, 본 개시는 이들의 예시에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 의해 나타내어지며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 가열 유닛 및 표면판을 구비한 기판 가열 장치의 구성을 설명한 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 가열 장치(1)는, 표면판(10), 평면판(21), 평면형 히터(22), 세라믹스판(23), 냉각용 가동 플레이트(24), 냉각 스테이지(25), 지지대(26), 고정 나사(27), 고정 나사(28)를 구비하고 있다. 평판형 히터(22)는 그 내부에 통전에 의해 발열하는 도전체로 형성된 히터 회로(40)를 갖는다. 통전을 위한 전력은 도시하지 않은 통전 단자 및 전극을 통해 외부로부터 공급된다. 기판 가열 유닛(20)은 표면판(10), 평면판(21), 평면형 히터(22)를 포함하고, 이 실시형태에서는 세라믹스판(23)을 더 구비하고 있다. 순차적으로 이하에 설명한다.
평면형 히터(22)에 의해 발생한 열은 평면판(21)에 전열되고, 표면판(10)을 통해 기판(30)에 더 전달된다. 평면형 히터(22)에 의해 발생한 열은 세라믹스판(23)보다도 열전도성이 우수한 평면판(21)에 우선적으로 전달되기 때문에, 기판 가열 유닛(20)을 효율적으로 가열할 수 있다.
가열 처리 후에는, 냉각 스테이지(25)를 통해 저온으로 되어 있는 냉각용 가동 플레이트(24)가 위쪽으로 이동하여 세라믹스판(23)에 접촉하여, 기판(30)을 단시간에 냉각시킬 수 있다.
세라믹스판(23)의 재료는 기판 가열 장치에 이용되고 있는 기지의 세라믹스재를 이용할 수 있다. 가열시의 성분 비산 방지의 관점에서, 알칼리 금속 원소나 납 등의 저융점 금속을 가능하면 포함하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 주성분이, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화알루미늄, 질화규소 등의 세라믹스나 이들 세라믹스와 규소와의 복합체가 적합하게 이용된다.
평면판(21)과 세라믹스판(23) 사이에 협지되는 면형 히터(22)는, 평면형 히터의 면이 평행하게 연장되는 히터 회로(40)를 갖고 있다. 이 히터 회로(40)는, 평면판(21)으로부터 전기적으로 절연 상태가 되도록 폴리이미드 시트 등의 절연체로 상하 양면이 덮여 있다. 히터 회로(40)는, 예컨대 스테인리스박 등의 도전성 금속박에 에칭이나 레이저 가공으로 패터닝 가공을 행함으로써 형성되어 있고, 회로에 급전함으로써 발열된다.
지지대(26)는 기판 가열 장치(1)의 주요 요소 전체를 지지하는 케이스이다. 고정 나사(27)는 평면판(21), 평면형 히터(22) 및 세라믹스판(23)을 고정하기 위한 나사이다. 또한, 고정 나사(28)는 냉각 스테이지(25)와 세라믹스판(23)을 고정하기 위한 나사이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 기판 가열 유닛(20)을 구비한 기판 가열 장치(1)의 일부 구성을 설명한 모식도이다. 표면판(10)에는, 기판(30)을 배치하기 위한 링형의 주연 돌기(11)와 복수의 돌기(12)가 설치되어 있다. 상세 구조는 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술한다.
주연 돌기(11)는, 기판(30)의 형상에 대응한 폐쇄된 원환형의 돌기이다. 주연 돌기(11)가 기판(30)과 환형으로 접함으로써, 기판(30)의 이면과 표면판(10)의 주연 돌기(11)를 설치한 쪽의 면이 폐공간을 형성한다. 기판 흡착용 관통 구멍(32)을 통해 상기 폐공간 내를 배기계(V2)로부터 배기하여 감압함으로써, 기판(30)을 표면판(10) 위에 흡착하여 고정할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 평면판(21)에는, 표면판(10)측의 접촉면에 소정의 평면판 오목부(29)를 형성하고 있다. 평면판(21)에 평면판 오목부(29)를 형성함으로써, 평면판(21)과 표면판(10) 사이에 폐공간이 형성된다. 평면판 오목부(29)는 표면판 흡착용 관통 구멍(31)에 연통하고 있다. 표면판 흡착용 관통 구멍(31)을 통해 상기 폐공간 내를 배기계(V1)로부터 배기하여 감압함으로써, 표면판(10)을 평면판(21)에 흡착하여 고정할 수 있다.
기판(30)이 표면판(10)에 흡착 고정되어 있고, 표면판(10)이 평면판(21)에 더 흡착 고정됨으로써, 기판, 표면판 또는 평면판의 휨에 의하지 않고, 일정한 접촉 상태가 실현되기 때문에, 매우 재현성이 높은 가열 프로세스가 가능해진다.
표면판(10)의 주연 돌기(11) 및 복수의 돌기(12)가 기판(30)과 접촉하고 있다. 기판(30)의 면내의 균열성 확보를 위해서는, 이 주연 돌기(11) 및 복수의 돌기(12)로부터의 열전도를 적절히 설정하면 좋다.
도 3은 본 실시형태에 따른 표면판(10)의 정면도, 도 4는 본 실시형태에 따른 표면판(10)의 도 3에 있어서의 A-A 단면을 나타낸 도면으로서, 주연 돌기(11), 복수의 돌기(12)의 배치예가 도시되어 있다. 주연 돌기(11) 및 복수의 돌기(12)의 배치, 수, 형상 등은 열전도가 적절해지도록 미리 설계된다.
도 3을 참조하여, 표면판(10)은, 원판형의 평탄 기부와, 그 주연부에 원환형으로 설치된 주연 돌기(11) 및 주연 돌기(11)에 둘러싸인 영역으로 분산 배치된 복수의 돌기(12)를 갖는다. 주연 돌기(11)의 형상이나 복수의 돌기(12)의 배치는 이 예시에 한정되는 것은 아니다. 도 4를 참조하여, 주연 돌기(11) 및 복수의 돌기(12)는 대략 동일한 높이를 가짐으로써 평판형의 기판을 그 위에 배치 가능하다. 또한, 주연 돌기(11) 및 복수의 돌기(12)는 기판과의 접촉부에 모서리부를 갖지 않도록, 그 정상부가 평면이며, 정상부로부터 측면부로 이어지는 단부가 곡면인 것이 바람직하다.
도 5는 본 실시형태에 따른 표면판(10)의 복수의 돌기(12)의 일례를 확대하여 나타낸 단면도이다. 도 5와 같이, 복수의 돌기(12)의 폭(w1) 및 높이(h1)는 열전도 등을 고려하여 설계되어 있다. 도 6은 본 실시형태에 따른 표면판(10)의 주연 돌기(11)의 일례를 확대하여 나타낸 단면도이다. 주연 돌기(11)의 폭(w2) 및 높이(h2), 또한 복수의 돌기(12)와의 최근접 거리(w3)는 흡착의 용이성이나 열전도를 고려하여 설계되어 있다.
복수의 돌기(12)의 배치 형상이나 개수, 주연 돌기(11)의 위치에 따라, w1, h1, w2, h2, w3의 적정치가 설계된다. 도 3 내지 도 6에 도시된 실시형태의 배치예의 경우, w1은 0.2 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 보다 바람직하다. 동일하게, h1는 0.03 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.05 ㎜ 이상 0.1 ㎜ 이하가 보다 바람직하다. 동일하게, w2는 0.2 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.3 ㎜ 이상 0.5 ㎜ 이하가 보다 바람직하다. 동일하게, h2는 0.03 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.05 ㎜ 이상 0.1 ㎜ 이하가 보다 바람직하다.
도 7 및 도 8에는, 도 2 및 도 3과는 별도의 예의 실시형태를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 평면판의 표면판과 접촉하는 쪽의 면은 평탄하여도 좋고, 표면판의 평면판과 접촉하는 쪽의 면에 오목부를 형성함으로써, 표면판과 평면판 사이에 표면판을 흡착 고정하기 위한 폐공간을 형성한다.
도 7은 본 실시형태에 따른 표면판의 오목부의 일례를 나타낸 정면도로서, 표면판(10)의 평면판(21)과 접하는 쪽의 면인 이면에서 본 도면이다. 또한, 도 8은 본 실시형태에 따른 표면판의 오목부의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 7을 참조하여, 표면판(10)의 이면은, 복수의 원환형의 홈과 십자 형상의 홈으로 형성된 홈인 표면판 오목부(13)를 구비하고 있다. 표면판 오목부(13)는 원환형 및 십자형의 홈이 각각 연속하도록 형성되어 있다. 홈의 형상은 이러한 원환형 및 십자형으로 한정되는 것이 아니라, 연속하여 면내에 분포되는 형상이면 좋다. 예컨대, 사각형이나 다각형의 격자형 등이라도 좋다.
도 8을 참조하여, 표면판(10)의 기판을 배치하는 쪽의 면은 복수의 돌기(12)와 주연 돌기(11)를 구비하고 있다. 그 반대쪽의 면은, 도 7에 대응한 홈인 표면판 오목부(13)를 구비하고 있다. 홈의 배치나 단면 형상은 특별히 한정되지 않고, 표면판(10)의 가공성, 가공 후의 강도 등을 고려하여 설계하면 좋다.
(제작예 1)
[기판 가열 유닛의 제작]
표면판을 이하와 같이 제작하였다. 코닝사에서 제조한 0.5 ㎜ 두께의 무알칼리 유리[제품명 EAGLE XG(등록상표)]를 에칭에 의해 직경 320 ㎜로 마무리하고, 동시에 관통 구멍이나 복수의 돌기, 주연 돌기를 형성하였다. 에칭 공정에서 형성된 복수의 돌기 및 주연 돌기에 대해서, w1, h1, w2, h2의 길이를 측장 현미경으로 측정하였더니, w1=0.75 ㎜, h1=0.07 ㎜, w2=0.3 ㎜, h2=0.07 ㎜였다. 복수의 돌기 및 주연 돌기를 구비한 면과 반대쪽의 면에 구비된 표면판 오목부는 도 7에 도시된 바와 같이, 4종의 직경이 상이한 원환형의 오목부와 이들을 잇는 십자형의 오목부로 구성되어 있다. 에칭 공정에서 가공된 표면판 오목부에 대해서, 측장 검사를 실시하였더니, 4종류의 원환형 오목부의 직경은 각각 50 ㎜, 150 ㎜, 220 ㎜, 300 ㎜이며, 오목부의 깊이는 0.1 ㎜, 오목부의 폭은 0.3 ㎜였다.
평면판을 이하와 같이 제작하였다. 직경 320 ㎜ 및 두께 3 mm의 원판형의 강판을 준비하고, 이 강판의 PCD 300 ㎜ 상에, 표면판의 원환형 오목부와 연통하도록 관통 구멍을 형성하며, 커플링을 통해 표면판을 흡착 고정하기 위한 배기 호스를 부착하였다. 또한, 이 강판의 기판을 배치하는 면과는 반대쪽의 면에 15개의 스폿 페이싱 구멍을 형성하고, 이들 스폿 페이싱 구멍의 각각에, 온도 제어용의 세라믹스제 측온 소자(W2 ㎜×D2 ㎜×H1 ㎜)를 실리콘 접착제로 접착 고정하여, 평면판을 제작하였다.
세라믹스판을 이하와 같이 제작하였다. 직경 320 ㎜ 및 두께 3 ㎜의 원판형의 Si-SiC판을 준비하고, Si-SiC 판에는, 상기 측온 소자의 리드선 등의 삽입 관통용 관통 구멍을 형성하여, 세라믹스판을 제작하였다.
평면형 히터를 이하와 같이 제작하였다. 두께 20 ㎛의 스테인리스박에 상기 복수의 회로 패턴을 에칭으로 형성한 히터 회로를 준비하고, 이들 각각의 회로 패턴의 양 종단부에 급전 케이블을 부착한 후, 이 히터 회로를 상하 양면으로부터 두께 50 ㎛의 폴리이미드 시트로 덮어 열압착시켜, 직경 320 ㎜의 평면형 히터를 제작하였다.
기판 가열 유닛을 이하와 같이 제작하였다. 평면형 히터를 평면판과 세라믹판 사이에 끼워, 세라믹스판에 미리 형성해 둔 관통 구멍에 고정 나사를 삽입 관통하여 평면판에 나사 결합하였다. 또한, 상기 고정 나사에는, 열팽창량차에 의해 평면판이나 세라믹스판이 변형되지 않도록, 시트면에 베어링을 구비한 고정 나사를 이용하였다. 또한, 측온 소자의 리드선으로부터의 열 방출을 억제하기 위해, 세라믹스판의 관통 구멍으로부터 인출한 측온 소자의 리드선을 세라믹스판에 30 ㎜의 길이에 걸쳐 접촉시킨 상태에서 실리콘 수지를 이용하여 접착 고정하였다. 이와 같이 평면형 히터를 사이에 두고 평면판과 세라믹스판을 서로 기계적으로 결합하고, 평면판의 평면형 히터와 접촉하는 면과 반대쪽의 면에 표면판을 더 배치하여 기판 가열 유닛으로 하였다.
[기판 가열 장치의 제작]
냉각용 가동 플레이트용으로서, 직경 320 ㎜ 및 두께 12 ㎜의 원판형의 알루미늄 합금판을 준비하였다. 알루미늄 합금판에는, 기판 가열 유닛의 세라믹판에 접촉하는 상면측에, 세라믹스판과의 접촉이 양호해지도록, 유연성을 갖는 실리콘 시트를 배치하였다. 또한, 급전 케이블, 측온 소자의 리드선이 삽입 관통하는 관통 구멍을 형성하였다.
한편, 냉각 스테이지용으로서, 직경 320 ㎜ 및 두께 12 ㎜의 원판형의 알루미늄 합금판을 준비하였다. 냉각 스테이지용 알루미늄 합금판의 하면에는, 나사를 이용하여 냉매 유로로서 기능하는, 외경 6 ㎜×두께 1 ㎜의 인탈산동 파이프를 부착하고, 그 양단에는, 냉매를 공급·배출하기 위한 커플링을 부착하였다. 또한, 급전 케이블, 측온 소자의 리드선이 삽입 관통되는 관통 구멍을 형성하고, 냉각용 가동 플레이트를 승강시키기 위한 에어 실린더의 로드가 삽입 관통되기 위한 관통 구멍을 더 형성하였다.
두께 1.5 ㎜의 측벽을 가지며 또한 상부가 개방된 스테인리스제의 지지대 내에 냉각 스테이지를 설치하고, 그 위에 냉각용 가동 플레이트를 더 설치하였다. 냉각용 가동 플레이트는 에어 실린더의 로드 선단에 부착되어 있고, 지지대 내에서 승강 가능한 구조로 하였다. 또한, 지지대 내부의 냉각용 가동 플레이트의 위쪽에 기판 가열 유닛을 설치하고, 기판 가열 장치를 제작하였다. 또한, 표면판은 배기 호스로부터 배기함으로써 평면판 상에 흡착 고정하였다.
[가열 시험]
제작한 기판 가열 장치의 평면형 히터에 급전하여 상온에서 250℃까지 승온시킨 후, 설정 온도 250℃에서 온도 제어하면서 1시간 동안 유지하였다. 그 후, 실리콘 기판의 면내에 17개의 측온 센서가 매설된 시판되고 있는 실리콘 기판 온도계를 표면판 상에 흡착 고정한 후에, 실리콘 기판 온도계의 면내 최대 온도와 면내 최소 온도의 차인 균열 레인지(均熱 range)를 계측하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(제작예 2)
평면판을 강판 대신에 Si-SiC판으로 한 것 이외에는 제작예 1과 동일하게 기판 가열 장치를 제작하였다. 또한, 제작예 1과 동일하게 가열 시험을 실시하여, 균열 레인지를 계측한 결과를 표 1에 나타낸다.
(제작예 3)
평면형 히터를, 평면판의 표면판과 접촉하는 쪽의 면과는 반대쪽의 면에 접착제로 접착 첩부하여 고정한 것 이외에는 제작예 1과 동일하게 기판 가열 장치를 제작하였다. 또한, 제작예 1과 동일하게 가열 시험을 실시하여, 균열 레인지를 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.
(제작예 4)
제작예 1과 같이 표면판을 제작한 후, 표면판에 Si 산화물을 주성분으로 한 피막을 제막한 표면판을 이용한 것 이외에는 제작예 1과 동일하게 기판 가열 장치를 제작하였다. 또한, 피막의 제막 방법을 이하에 나타낸다.
[피막의 제막 방법]
제작예 1의 표면판 및 이산화규소(SiO2)의 타겟 원료를 고주파 마그네트론 스퍼터링 장치 내에 세트하고, 배기하였다. 그 후, 고주파 마그네트론 스퍼터링 장치 내의 2.5 Pa가 되도록, Ar 가스의 도입과 배기 밸브의 개도 조절을 행하였다. 그 중에서, 세트한 표면판을 200℃가 될 때까지 가열하였다. 표면판 온도가 200℃에 도달한 후, 고주파 전력 200 W를 장치에 입력하고, 표면판의 기판을 배치하는 쪽의 면에 15분간 규소산화물의 제막을 행하였다. 또한, 제막한 피막의 두께를 제막부와 비제막부의 단차 부분을 표면 단차계로 주사하여 조사하였더니, 0.4 ㎛였다.
또한, 제작한 기판 가열 장치를 이용하여, 제작예 1과 동일하게 가열 시험을 실시하여, 균열 레인지를 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.
(제작예 5)
표면판의 재질을, 유리 대신에 폴리이미드 수지로 한 것 이외에는 제작예 1과 동일하게 기판 가열 장치를 제작하였다. 또한 제작예 1과 동일하게 가열 시험을 실시하여, 균열 레인지를 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.
(제작예 6)
표면판을 평면판 상에 배치하지 않고, 대신에 평면판의 표면에 기계 가공에 의해, 복수의 돌기 및 주연 돌기를 제작예 1과 동일한 형상으로 가공을 행한 것 이외에는 제작예 1과 동일하게 기판 가열 장치를 제작하였다. 또한 제작예 1과 동일하게 가열 시험을 실시하여, 균열 레인지를 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.
제작예 균열 레인지(℃)
1 0.14
2 0.12
3 0.13
4 0.10
5 0.49
6 0.73
[표 1 : 제작예에 따른 균열 레인지의 차이의 고찰]
표 1의 결과로부터, 제작예 1, 제작예 2, 제작예 3, 및 제작예 4에서는, 균열 레인지는 모두 0.14℃ 이하로서, 양호한 결과였다. 이것은, 유리 재질의 표면판의 강성, 에칭에 의한 볼록부의 치수 정밀도, 내열성, 저열전도율, 저열팽창계수에 의해, 250℃의 고온에서도 재료로서의 변형을 초래하지 않고, 기판과 부분적으로 접촉하는 지점에 있어서의 열전도를 억제함으로써 실현된 것으로 생각된다.
한편, 제작예 5에서는 균열 레인지가 0.49℃로 큰 값이었다. 평가 후의 기판 가열 유닛을 확인하였더니, 폴리이미드 수지제의 표면판에는 부분적으로 주름이 생겼거나, 부분적으로 평면판으로부터 들떠 있거나 하였다. 이 때문에, 250℃와 같은 고온에서 폴리이미드 수지가 열화하고, 기판과의 접촉 상황이 면내에서 변화되어, 온도 분포가 흐트러졌다고 생각된다.
제작예 6에서는 균열 레인지가 0.73℃로 큰 값이었다. 온도 분포를 확인하면, 평면판에 설치한 복수의 돌기 및 주연 돌기 부분의 온도가 높게 되어 있고, 그 이외가 낮게 되어 있었다. 이것은, 열전도율이 높은 평면판에 직접 기판이 접촉됨으로써, 기판과 평면판의 접촉 부분에서 온도가 높아지고, 결과적으로, 기판의 면내 온도 분포의 지표인 균열 레인지가 크게 악화된 것으로 생각된다.
1 : 기판 가열 장치 10 : 표면판
11 : 주연 돌기 12 : 복수의 돌기
13 : 표면판 오목부 14 : 피막
20 : 기판 가열 유닛 21 : 평면판
22 : 평면형 히터 23 : 세라믹스판
24 : 냉각용 가동 플레이트 25 : 냉각 스테이지
26 : 지지대 27, 28 : 고정 나사
29 : 평면판 오목부 30 : 기판
31 : 표면판 흡착용 관통 구멍 32 : 기판 흡착용 관통 구멍
40 : 히터 회로

Claims (12)

  1. 피가열물인 기판을 배치하기 위한 표면판과, 평면판과, 평면형 히터를 포함하는 기판 가열 유닛으로서,
    상기 표면판의 상기 기판을 배치하는 쪽의 면과는 반대쪽의 면인 이면이 상기 평면판의 한쪽면과 접촉하고,
    상기 평면판의 다른쪽면이 상기 평면형 히터에 접촉하고 있으며,
    상기 표면판은,
    평탄 기부와,
    상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 복수의 돌기
    를 구비하고, 상기 복수의 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 것인 기판 가열 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면판은,
    상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 주연부에 원환형으로 연속한 주연 돌기
    를 더 구비하고,
    상기 주연 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 것인 기판 가열 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면판은, 상기 평면판과 접촉하는 쪽의 면에 오목부를 구비하고,
    상기 평면판은, 상기 오목부와 상기 평면판 사이에 형성된 공간을 배기시킬 수 있는 관통 구멍을 구비하고 있는 것인 기판 가열 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유리 재료에 포함되는 알칼리 금속 원소의 총량이 3 wt% 이하인 것인 기판 가열 유닛.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 돌기는, 상기 돌기의 정상부가 평면이고, 상기 정상부로부터 측면부로 이어지는 단부가 곡면인 것인 기판 가열 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면판은, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면에, 규소의 산화물을 주성분으로 한 피막을 더 구비한 것인 기판 가열 유닛.
  7. 평면판과 평면형 히터를 포함하는 기판 가열 유닛에 이용되고, 피가열물인 기판을 배치하며, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면과는 반대쪽의 면인 이면이 상기 평면판의 한쪽면과 접촉하도록 구성된 표면판으로서,
    평탄 기부와,
    상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 복수의 돌기
    를 구비하고, 상기 복수의 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 것인 표면판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면의 주연부에 원환형으로 연속한 주연 돌기를 더 구비하고,
    상기 주연 돌기와 상기 평탄 기부가 동일한 유리 재료의 연속체인 것인 표면판.
  9. 제7항에 있어서, 상기 평면판과 접촉하는 쪽의 면에 오목부를 구비한 것인 표면판.
  10. 제7항에 있어서, 상기 유리 재료에 포함되는 알칼리 금속 원소의 총량이 3 wt% 이하인 것인 표면판.
  11. 제7항에 있어서, 상기 복수의 돌기는, 상기 돌기의 정상부가 평면이고, 상기 정상부로부터 측면부로 이어지는 단부가 곡면인 것인 표면판.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 배치하는 쪽의 면에 규소의 산화물을 주성분으로 한 피막을 더 구비한 표면판.
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