TW201714487A - 具有增強溫度均勻特性的基板加熱裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明有關一種基板加熱裝置。更具體，本發明有關一種基板加熱裝置包括：一第一加熱元件，其位於該基板加熱裝置的內區；一第二加熱元件，其位於外區；及一第三加熱元件，其通過該內區以供應電流給該第二加熱元件，其中構成該第三加熱元件的導線直徑是較厚於構成該第二加熱元件的導線直徑，藉此抑制經由加熱該第三加熱元件產生一過熱區域。 本發明具有揭露一種用於加熱基板之基板加熱裝置的功效，該基板加熱裝置包括：一主體部，用以支撐基板；一第一加熱元件，其位於該主體部的內區；一第二加熱元件，其位於外區，該外區係環繞該內區；及一第三加熱元件，其通過該主體部的該內區以傳遞電流給該第二加熱元件，其中構成該第三加熱元件的導線直徑是較厚於構成該第二加熱元件的導線直徑。
Description
本發明有關一種基板加熱裝置。更具體，本發明有關一種基板加熱裝置包括：一第一加熱元件，其位於該基板加熱裝置的內區；一第二加熱元件，其位於外區；及一第三加熱元件，用於通過該內區傳遞電流給該第二加熱元件，其中構成該第三加熱元件的導線直徑是較厚於構成該第二加熱元件的導線直徑，藉此抑制加熱該第三加熱元件產生過熱區域。
通常，為了製造平板顯示器或半導體器件，一系列層(包括一介電層與一金屬層)是連續疊層並在基板(諸如，玻璃基板、軟性基板、或半導體基板)上形成圖案化。而且，該系列層(包括介電層與金屬層等)是經由諸如化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)或物理氣相沉積(PVD，Physical Vapor Deposition)的製程而沉積在基板上。
在此情況，為了均勻形成該等層，基板需在均勻溫度下加熱，且為了加熱及支撐基板，可使用基板加熱裝置。在蝕刻於基板形成介電層或金屬層的製程、塑化光敏電阻的製程等的製程中，基板加熱裝置可用來加熱基板。
此外，最近，持續要求可隨著半導體器件的精細佈線、與半導體器件的精確熱處理的需求以降低基板加熱裝置溫度偏差的方法。特別是，由於支撐主體部(利用陶瓷等製成)、並安裝有加熱元件的一支撐部件位於基板加熱裝置的中心區，使得存在熱容量增大的問題。由於此問題，即使相同熱量供應給基板加熱裝置的各區域，各區域間可能發生溫度偏差。
就這而言，從圖1可看出，藉由將基板加熱裝置分成一內區(圖1的區域B)與一外區(圖1的區域C)並控制各區域的基板加熱，已嘗試開發可降低內區(圖1的區域B)與外區(圖1的區域C)間溫度偏差的技術。然而，在此情況，因加熱電導體以供應電流給在外區(圖1的區域C)的加熱元件，可能導致對應電導體之一特定區域(圖1的區域A)過熱的問題。例如，圖2示意說明因加熱電導體以通過內區傳遞電流給外區的加熱元件，導致對應於電導體之一特定區域(圖2的區域A)過熱的問題。
因此，要求在將基板加熱裝置分成內區與外區以控制加熱時，可解決因供應電流給外區的加熱元件之電導體加熱導致一特定區域(圖2的區域A)過熱的問題。不過，尚未提供適當的解決方案。
先前技術參考 專利文獻 (專利文獻1)日本專利公開號2001-102157 (2001年4月13日公開)
技術性
本發明之目的是要解決前述問題。本發明之目的是要提供一種基板加熱裝置，以在將基板加熱裝置分成複數個區域(包括一內區與一外區)並控制各區域的加熱時，防止因供應電流給在外區的加熱元件之電導體加熱導致一特定區域的過熱。
另外，本發明之一目的是要提供一種基板加熱裝置，以在將基板加熱裝置分成複數個區域(包括一內區；一外區；及一中心區，其通過內區)並加熱各區域時，可降低因中心區的電導體加熱導致基板加熱的非均勻性。
另外，本發明之一目的是要提供：一結構，其可改善外區的加熱元件之連接結構的熱結構穩定性；及一電導體，用以供應其電流。
實現技術性的構件
為了實現前述技術性，根據本發明之一態樣的基板加熱裝置是一種用於加熱基板的基板加熱裝置，其包括：一主體部，用以支撐基板；一第一加熱元件，其位於主體部的內區；一第二加熱元件，其位於外區，該外區係環繞內區；及一第三加熱元件，用於通過主體部的內區以傳遞電流給第二加熱元件，其中構成第三加熱元件的導線直徑是較厚於構成第二加熱元件的導線直徑。
在此，第二加熱元件與第三加熱元件可利用一導線製成，且連接第二加熱元件與第三加熱元件的部件可具有一漸縮錐形。
另外，用於連接第二加熱元件與第三加熱元件的連接部是利用焊接接合。
另外，基板加熱裝置還可包括一連接構件，其電連接第二加熱元件與第三加熱元件，且第二加熱元件、第三加熱元件與連接構件可都利用相同材料製成。
在此情況，連接構件可包括一具有不同直徑的外開固定導線，其藉由壓裝(Press-fitting)構成第二加熱元件與第三加熱元件。
另外，第三加熱元件可位於通過內區的中間區，其為從包含主體部的中心點之中心區至外區，且第一加熱元件可不位於中間區。
在此，第一加熱元件、第二加熱元件與第三加熱元件可在通過主體部的中心點之中間區的中心軸形成一對稱形狀。
另外，關於在對稱於主體部的中心點之中間區的一對稱區，在通過主體部的中心點之中間區的中心軸處，加熱第一加熱元件與第三加熱元件的平均表面溫度可實質等於在通過主體部的中心點之對稱區的中心軸處，加熱第一加熱元件的平均表面溫度。
另外，關於對稱於主體部的中心點之中間區的一對稱區，在通過主體部的中心點之中間區的中心軸處，加熱第一加熱元件與第三加熱元件的最大與最小表面溫度間的差異可小於或等於在通過主體部的中心點之對稱區的中心軸處，加熱第一加熱元件的最大與最小表面溫度間的差異。
有利效果
本發明可在將一基板加熱裝置分成複數個區域(包括一內區與一外區)並控制各區域的加熱時，藉使供應電流給位於外區的第二加熱元件之第三加熱元件的導線直徑增加較厚於第二加熱元件的導線直徑，從而防止因加熱第三加熱元件導致一特定區域過熱。
另外，本發明可在一基板加熱裝置分成複數個區域(包括一內區；一外區；及一中間區，其通過內區)並加熱各區域時，藉由將在中間區的第三加熱元件所產生熱量與第二加熱元件所產生熱量之總和調整到一預定範圍，從而降低因中間區的電導體加熱導致基板加熱非均勻性。
另外，即使在根據基板加熱裝置製程、及利用一連接主體(使用相同於外加熱元件與中間加熱元件的材料製成)連接外加熱元件與中間加熱元件的製程期間的加熱導致溫度變化下，本發明仍可維持熱結構穩定性。
在本發明申請專利範圍內，本發明可進行各種修改，且本發明可有各種具體實施例。以下，特殊具體實施例將參考附圖詳細描述。
在實施方式中，如果確定已知的相關技術的詳細描述可能造成本發明要點的模糊，將省略其詳細描述。
序數詞「第一」、「第二」等可用來解釋各種組件，不過組件不應侷限於這些序數詞。這些序數詞僅用於區分不同的組件。
以下，將參考附圖以詳細說明根據本發明之基板加熱裝置的示例性具體實施例。
如前述，在將基板加熱裝置的區域分成複數個區域(包括一內區與一外區)，並加熱各區域以提高基板加熱裝置的熱均勻之情況，可能因加熱導電體以通過內區傳遞電流給外區的加熱元件導致一特定區域過熱的問題。
就這而言，本發明揭露一種基板加熱裝置包括：一第一加熱元件，其位於基板加熱裝置的內區；一第二加熱元件，其位於外區；及一第三加熱元件，用於通過內區傳遞電流給第二加熱元件，其中構成第三加熱元件的導線直徑是較厚於構成第二加熱元件的導線直徑，藉此抑制經由加熱第三加熱元件產生一過熱區域。
圖3為示例性說明根據本發明之實施方式之基板加熱裝置(300)的結構。從圖3(a)可看出，根據本發明之具體實施例之基板加熱裝置(300)可包括：一主體部(圖未顯示)，用以支撐基板；一第一加熱元件(310)，其位於主體部的內區；一第二加熱元件(320)，其位於外區，該外區係環繞內區；及一第三加熱元件(330)，用於通過主體部的內區傳遞電流給第二加熱元件(320)。在此情況，構成第三加熱元件(330)的導線直徑形成較厚於構成第二加熱元件(320)的導線直徑，其藉由降低第三加熱元件(330)的電阻並抑制在第三加熱元件(330)的加熱，從而防止經由加熱第三加熱元件(330)導致一特定區域過熱。
在此情況，基板加熱裝置(300)可藉由諸如化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)或物理氣相沉積(PVD，Physical Vapor Deposition)的製程，在諸如一玻璃基板、軟性基板、或半導體基板等等的基板經歷分層化與圖案化一系列層(包括一介電層與一金屬層)的製程。在此情況，基板加熱裝置(300)可在製程所需的預定溫度上均勻加熱基板。
基板加熱裝置(300)的主體部(圖未顯示)可根據其用途或使用的製程而利用陶瓷或金屬等等製成。一用於加熱基板的加熱元件可包括在主體部，其具有使用在電漿製程等等的一高頻電極(圖未顯示)。此外，複數個針孔(圖未顯示)可形成在基板加熱裝置(300)，以安裝基板在主體部的頂面、或允許起模針卸載基板向外移動。
為了在高溫製程的穩定性、等等，基板加熱裝置(300)的主體部可利用陶瓷材料製成。可在此情況使用的陶瓷可為氧化鋁(Al2
O3
)、氧化釔(Y2
O3
)、氧化鋁(Al2
O3
)和氧化釔(Y2
O3
)的複合物、氧化鋯(ZrO2
)、炭化鋁(AlC)、氮化鈦(TiN)、氮化鋁(AlN)、碳化鈦(TiC)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鈰(CeO2
)、氧化鈦(TiO2
)、碳化硼(Bx
Cy
)、氮化硼(BN)、氧化矽(SiO2
)、碳化矽(SiC)、釔鋁石榴石(YAG), 、莫來石(Mullite)、氟化鋁(AlF3
)等，陶瓷的和兩個或複數個可以一起使用。
加熱元件可利用鎢(W)、鉬(Mo)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈮(Nb)、鈦(Ti)或其合金形成。
從圖3(b)可看出，通常，基板加熱裝置具有分成複數個區域的一加熱結構，其藉由使用一相同直徑的導線構成第二加熱元件(320)與第三加熱元件(330)。然而，在此情況，當施加電力給在外區的第二加熱元件(320)供加熱時，相同於第二加熱元件(320)的熱量會發生在第三加熱元件(330)；因此，可能發生第三加熱元件(330)所在的中間區過熱的問題。
特別是，當相鄰中間區的第一加熱元件(310)的熱量添加到第三加熱元件(330)所產生熱量時，中間區可能進一步受熱。因此，如圖2所示，可能發生一特定區域過熱與熱均勻性明顯變差的問題。
就這而言，為了減少在第一加熱元件(310)的加熱影響，可考慮分開第一加熱元件(310)與第三加熱元件(330)。然而，在此情況，根據施加於各區域的電力狀態，第三加熱元件(330)所在的中間區所產生熱量可能明顯不同於在對稱區所產生熱量，其間該對稱區是對稱於主體部中心點的中間區；因此，在某些情況，可能使基板加熱裝置的熱均勻性惡化。
因此，如果可能，在中間區的第一加熱元件(310)的結構最好是對稱於在對稱區(對稱前者)的第一加熱元件(310)的結構。此外，即使其沒有第三加熱元件(330)的佈線等等的對稱結，最好是盡可能構成類似的結構。
因此，更好是減少在第三加熱元件(330)所產生熱量，同時盡可能維持第一加熱元件(310)的對稱結構。因此，在本發明，從圖3(c)可看出，藉由增加構成第三加熱元件(330)的導線直徑(ΦX+Y)較大於構成第二加熱元件(320)的導線直徑(ΦX)以降低電阻，可抑制第三加熱元件(330)的加熱。
此外，在根據本發明之一具體實施例的基板加熱裝置(300)，藉由使第一加熱元件(310)不是位於第三加熱元件(330)所在的中間區，最好避免第一加熱元件(310)與第三加熱元件(330)彼此重疊配置，並使其彼此分開配置，藉此減少重疊加熱第一加熱元件(310)與第三加熱元件(330)的作用。
此外，從圖3(a)可看出，根據本發明之一具體實施例的基板加熱裝置(300)不必然要將基板加熱裝置分成一內區與一外區的兩區域予以構成。其能以複數個區域構成，除了內區與外區以外，還可包括至少一區域。
另外，關於在通過主體部的中心點之中間區的中心軸，第一加熱元件(310)、第二加熱元件(320)、與第三加熱元件(330)形成一對稱形狀，使得根據本發明之一具體實施例的基板加熱裝置(300)在中心軸具有一對稱熱分佈，並可進一步改善基板加熱裝置(300)的熱均勻性。
圖4為示意說明當改變根據本發明之一具體實施例的導線直徑時，計算構成第三加熱元件的導線電阻與所產生熱量的表格。從圖4可看出，當構成第三加熱元件的導線直徑是0.50 mm(毫米)時，導線電阻是0.030 Ω(歐姆)，且當14.5 Å (安培)電流施加於導線時，導線會產生6.27 W(瓦特)熱量。
相較下，當構成第三加熱元件的導線直徑是1.00 mm(毫米)，導線電阻是0.007Ω(歐姆)，且當14.5Å (安培)電流施加於導線時，導線會產生1.57 W(瓦特)熱量。因此，可確認導線直徑是從0.50 mm(毫米)至1.00 mm(毫米)增加兩倍，電阻與所產生熱量會分別降到約1/4位準。
同樣地，可確認，當構成第三加熱元件的導線直徑是以從0.5 mm(毫米)至0.70 mm(毫米)增加約1.4倍時，電阻與所產生熱量會分別下降到約1/2位準。
因此，導線所產生熱量可藉由增加導線直徑而減小。此外，因導線直徑不能無限制增加，使得在考慮導線直徑、導線間距離、與第一加熱元件的加熱等下，最好是將在第三加熱元件(330)所處的中間區所產生熱量調整到接近在其他區域所產生熱量。
圖5為示意說明根據本發明之一具體實施例，藉由抑制在基板加熱裝置(300)的一特定區域過熱以改善熱均勻性的情況。從圖5(a)可看出，在沒有適當抑制在中間區的第三加熱元件(330)加熱的情況，所產生熱量可能集中在中間區且過熱(圖5(a)的區域(A))。然而，從圖5(b)可看出，在根據本發明之一具體實施例的基板加熱裝置(300)，其中構成第三加熱元件(330)的導線直徑是較厚於構成第二加熱元件(320)的導線直徑，藉由降低第三加熱元件(330)的電阻及抑制第三加熱元件(330)的加熱，可有效抑制在中間區的過熱(圖5(b)的區域(B))。
圖6a為示意說明根據本發明的一具體實施例之連接在基板加熱裝置的一第二加熱元件(320)與一第三加熱元件(330)之一連接構件的結構之圖式。從圖6a的(a)可看出，如本發明的一實施方案，第二加熱元件(320)與第三加熱元件(330)可構成具有不同直徑ΦX和ΦX+Y的分離導線。因此，從圖6a的(b)可看出，第二加熱元件(320)可使用連接第二加熱元件(320)與第三加熱元件(330)之一連接構件(340)以連接第三加熱元件(330)。
在此情況，連接構件(340)可包括一外開固定導線，其具有構成第二加熱元件(320)與第三加熱元件(330)的不同直徑。此外，第二加熱元件(320)、第三加熱元件(330)與連接構件(340)可都利用相同材料製成。
因此，第二加熱元件(320)、第三加熱元件(330)與連接構件(340)在根據本發明之一具體實施例之基板加熱裝置(300)的製程(諸如，陶瓷塑化等)、或在針對基板的基板處理製程(諸如，化學氣相沉積(CVD))等等中，即使在高溫環境等等下仍可維持其穩定組合結構。
此外，連接構件(340)不必然要使用在根據本發明之一具體實施例的基板加熱裝置(300)。如一更具體實例所示，從圖6b的(c)可看出，當使用一導線構成第二加熱元件(320)與第三加熱元件(300)時，第二加熱元件(320)與第三加熱元件(330)的連接部可形成具有一漸縮錐形。在此情況，可進一步改善第二加熱元件(320)與第三加熱元件(330)的連接部的熱結構穩定性。因此，即使在非常高溫度或重複熱環境變化下，都可更穩定維持連接結構。或者，從圖6b的(d)可看出，第二加熱元件(320)與第三加熱元件(330)的連接部可利用焊接等等進行接合。
圖7為說明如本發明的具體實施例所示之減少在中間區(圖7的區域C)所產生熱量與在基板加熱裝置(300)的對稱區(圖7的區域D)所產生熱量間的差異之結構。即是，關於對稱於基板加熱裝置(300)的主體部的中心點的中間區之一對稱區，在通過主體部的中心點之中間區的中心軸(圖7的C1-C2)處，經由加熱第一加熱元件(310)與第三加熱元件(330)的平均表面溫度可實質等於在通過主體部的中心點之對稱區的中心軸(圖7的C2-C3)處，經由加熱第一加熱元件(310)的平均表面溫度。為了這個目的，可調整環繞在中間區的中心軸之第三加熱元件(330)的直徑、第三加熱元件(330)之鄰近導線的間隔距離、第三加熱元件(330)與第一加熱元件(310)的間隔距離、等等。
因此，可改善根據本發明的一具體實施例之基板加熱裝置(300)的熱均勻性，其方法是使在中間區的中心軸處的溫度等於在對稱區的中心軸處的平均表面溫度。
此外，如本發明的另一具體實施例，可改善根據本發明的具體實施例之基板加熱裝置(300)的熱均勻性，其方法是使在通過主體部的中心點之中間區(圖7的區域C)的中心軸(圖7的C1-C2)處，經由加熱第一加熱元件(310)與第三加熱元件(330)的最大與最小表面溫度間的差異小於或等於在通過主體部的中心點之對稱區(圖7區域D)的中心軸(圖7的C2-C3)處，經由加熱第一加熱元件(310)的最大與最小表面溫度間的差異。
圖8為說明如本發明的具體實施例之減少在中間區(圖8的區域C)所產生熱量與在垂直於基板加熱裝置(300)的中間區之區域(圖8的區域E)所產生熱量間的偏差之結構。首先，關於在中間區與垂直於基板加熱裝置(300)的中間區之區域，在通過主體部的中心點之中間區的中心軸(圖8的C1-C2)處，經由加熱第一加熱元件(310)與第三加熱元件(330)的平均表面溫度可實質等於在垂直於中間區之區域的中心軸(圖8的C2-C4)處，經由加熱第一加熱元件(310)的平均表面溫度。為了這個目的，可調整環繞中間區的中心軸的第三加熱元件(330)的直徑、第三加熱元件(330)之鄰近導線的間隔距離、第三加熱元件(330)與第一加熱元件(310)的間隔距離、等等。
因此，可改善根據本發明的一具體實施例之基板加熱裝置(300)的熱均勻性，其方法是藉由使在中間區的中心軸處的溫度等於在垂直於中間區之區域的中心軸處的平均表面溫度。
此外，如本發明的另一具體實施例，可改善根據本發明的一具體實施例之基板加熱裝置(300)的熱均勻性，其中在通過主體部的中心點之中間區(圖8的區域C)的中心軸(圖8的C1-C2)處，經由加熱第一加熱元件(310)與第三加熱元件(330)的最大與最小表面溫度間的差異是小於或等於在垂直於中間區之區域(圖8的區域E)的中心軸(圖8的C2-C4)處，經由加熱第一加熱元件(310)的最大與最小表面溫度間的差異。
雖然本發明的示例性具體實施例是示意目說明，不過熟諳此技者應瞭解，可進行各種修改、添加、與替換，而不致悖離本發明的實質特徵。因此，本發明的示例性具體實施例說明沒有限制本發明的技術構思。因此，本發明的範疇沒有受限於前述具體實施例，而是界定於文後申請專利範圍及其任何等同形式。
300‧‧‧基板加熱裝置
310‧‧‧第一加熱元件
320‧‧‧第二加熱元件
330‧‧‧第三加熱元件
340‧‧‧連接構件
A、B、C、E‧‧‧區域
C1、C2、C3、C4‧‧‧中心軸
D‧‧‧對稱區
合併於及構成實施方式之一部分以幫助瞭解本發明的附圖係示意說明本發明的具體實施例，並連同實施方式以解釋本發明的技術觀念。 圖1為根據習知技術的基板加熱裝置的上視圖； 圖2為示意說明根據習知技術之非均勻加熱基板加熱裝置導致一特定區域過熱的情況之圖式。 圖3為根據本發明之一具體實施例之基板加熱裝置的結構之示例性圖式； 圖4為示意說明根據本發明之一具體實施例之第三加熱元件的導線直徑所產生熱量變化之表格； 圖5為示意說明在根據本發明之一具體實施例之基板加熱裝置克服一特定區域過熱的情況之圖式。 圖 6a 和6b為示例性說明在根據本發明之一實施方式之基板加熱裝置中，用以連接一第二加熱元件與一第三加熱元件之一連接構件的結構之圖式； 圖7為說明減少在根據本發明之一具體實施例之基板加熱裝置的中間區所產生熱量與對稱區所產生熱量間偏差的情況之圖式；及 圖8為說明減少在根據本發明之一具體實施例之基板加熱裝置的中間區所產生熱量與垂直於中間區之一區域所產生熱量間偏差的情況之圖式。
300‧‧‧基板加熱裝置
310‧‧‧第一加熱元件
320‧‧‧第二加熱元件
330‧‧‧第三加熱元件
B‧‧‧區域
Claims (9)
- 一種用於加熱基板之基板加熱裝置，其包括： 一主體部，用以支撐該基板； 一第一加熱元件，其位於該主體部的內區； 一第二加熱元件，其位於外區，該外區係環繞該內區；及 一第三加熱元件，其通過該主體部的該內區以傳遞電流給該第二加熱元件， 其中，構成該第三加熱元件的導線直徑是較厚於構成該第二加熱元件的導線直徑。
- 如請求項1所述之基板加熱裝置，其中該第二加熱元件與該第三加熱元件是利用一導線製成，且連接該第二加熱元件與該第三加熱元件之部件具有一漸縮錐形。
- 如請求項1所述之基板加熱裝置，其中該用於連接該第二加熱元件與該第三加熱元件的連接部是利用焊接接合。
- 如請求項1所述之基板加熱裝置，其還包括一連接構件，其電連接該第二加熱元件與該第三加熱元件，其中該第二加熱元件、該第三加熱元件與該連接構件都是利用相同材料製成。
- 如請求項4所述之基板加熱裝置，其中該連接構件包括一具有不同直徑的外開固定導線，其藉由壓裝以構成該第二加熱元件與該第三加熱元件。
- 如請求項1所述之基板加熱裝置，其中該第三加熱元件位於通過該內區的中間區，其為從包含該主體部的中心點之中心區至該外區，且該第一加熱元件不是位於該中間區。
- 如請求項6所述之基板加熱裝置，其中該第一加熱元件、該第二加熱元件與該第三加熱元件是隨著通過該主體部的該中心點之該中間區的中心軸而形成一對稱形狀。
- 如請求項6所述之基板加熱裝置，其中有關對稱於該主體部的該中心點的該中間區之一對稱區，在通過該主體部的該中心點之該中間區的中心軸處，經由加熱該第一加熱元件與該第三加熱元件的平均表面溫度，實質等於在通過該主體部的該中心點之該對稱區的中心軸處，經由加熱該第一加熱元件的表面平均溫度。
- 如請求項6所述之基板加熱裝置，其中有關對稱於該主體部的該中心點的該中間區之一對稱區，在通過該主體部的該中心點之該中間區的中心軸處，經由加熱該第一加熱元件與該第三加熱元件的最大與最小表面溫度間的差異，小於或等於在通過該主體部的該中心點的該對稱區的中心軸處，經由加熱該第一加熱元件的最大與最小表面溫度間的差異。
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