JP5603055B2 - ホットプレートおよびそれを用いたホットプレートユニット - Google Patents

Description

本発明は、ホットプレートおよびそれを用いたホットプレートユニットに関し、より詳細には、被加熱基板を水平載置した状態で加熱するホットプレートおよびそれを用いたホットプレートユニットの改良技術に関する。

従来、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマ表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、及び光ディスク用基板等の製造工程においては、種々の熱処理が行われる。このような熱処理を行うための装置として、被加熱対象物としての被加熱基板を熱伝導又は熱輻射により加熱するホットプレートを備えた熱処理装置（ホットプレートユニット）が用いられる。かかるホットプレートユニットでは、装置内に設けられたホットプレートを構成する均熱板の載置面に被加熱基板が水平載置され、かかる状態で均熱板の内部に配設された発熱体により均熱板が加熱されることで、被加熱基板が所定の温度に加熱される。

上述したホットプレートでは、熱処理の際に、載置面に載置された被加熱基板が全面に渡って均一な温度で熱処理されることが要求されるが、従来のホットプレートの構成では、均熱板に形成された水平面状の載置面に被加熱基板を水平載置させた状態で加熱するものであったため、載置された被加熱基板において外周部と中心部とで熱輻射（放熱）の程度が異なり、被加熱基板を均熱に保ちながら加熱することが困難であった。そこで、かかる観点から、特許文献１に開示されるように、セラミック基板（均熱板）の表面に被加熱基板を収容できる大きさの載置面を有する凹部を形成した半導体製造装置用のセラミックヒータの構成などが提案されている。

確かに、上述した特許文献１に開示されるホットプレートの構成によれば、被加熱基板をセラミック基板（均熱板）の凹部に収容させることで、被加熱基板の外周部からの熱輻射を低減することができ、外周部の温度低下を防止して被加熱基板の均熱性を向上させることが期待できる。

しかしながら、ホットプレートにおいては、載置面を清浄に保持して被加熱基板の表面汚染を防止する必要があるが、特許文献１に開示されるホットプレートのように、セラミック基板（均熱板）に凹部が直接設けられる構成では、空気中の浮遊微粒子やホットプレートの構成部品からの発塵などの微細な塵（パーティクル）が凹部の底部や底部外周縁に堆積し易く、また、凹部の洗浄作業が容易ではないためメンテナンス性に劣るという問題があった。さらに、セラミック基板（均熱板）の表面に所定の凹部を形成するためには、高い加工精度を要し、セラミック基板（均熱板）の形状が複雑化してホットプレートの製造コストがかかるといった問題があった。

特許第３９７９２６４号公報

そこで、本発明では、ホットプレートおよびそれを用いたホットプレートユニットに関し、前記従来の課題を解決するもので、被加熱基板の均熱性を向上させるとともに、簡易な構成でメンテナンス性に優れたホットプレートおよびそれを用いたホットプレートユニットを提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、被加熱基板を水平載置した状態で加熱するホットプレートにおいて、被加熱基板が載置される水平面状の載置面を有する均熱板と、直線又は曲線が繰り返して形成される回路パターンよりなる発熱体と、被加熱基板の外周面に沿って延出される断面矩形状の部材より形成され、前記均熱板の載置面に着脱可能に取り付けられる仕切板と、を具備してなり、前記仕切板は、前記内周面が被加熱基板の外周面に対して並行位置に対向されるように形成され、かつ高さ方向長さが被加熱基板の厚みよりも長くなるように形成され、前記発熱体は、少なくとも前記均熱板の載置面に取り付けられた前記仕切板の垂直下方位置にて前記均熱板の中央部側に形成される回路パターンよりも周方向外側に形成される回路パターンの方が相互に近接して密に形成されるものである。

請求項２においては、前記仕切板は、内周面により囲繞された平面視矩形形状の空間部が形成され、該空間部に矩形形状の被加熱基板が収容されるものである。

請求項３においては、前記仕切板は、前記均熱板と同じ金属素材より形成されるものである。

請求項４においては、前記請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のホットプレートを用いてなるものである。

本発明の効果として、被加熱基板の均熱性を向上できるとともに、簡易な構成でメンテナンス性を向上できる。

本発明の一実施例に係るホットプレートユニットの全体的な構成を模式的に示した側面図。 本実施例のホットプレートの構成を模式的に示した側断面図。 ホットプレートの平面図。 図２のホットプレートの一部を拡大した側断面図。 別実施例のホットプレートの平面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例では、ホットプレートユニット１が、フォトマスク製造用のガラス基板を所定の昇温特性でベーキングするためのフォトマスク製造用ベーキング装置に組み込まれる熱処理装置として構成される場合について説明している。

まず、本実施例のホットプレートユニット１の全体構成について、以下に概説する。
図１乃至図３に示すように、本実施例のホットプレートユニット１は、被加熱基板Ｓとしてのフォトマスク製造用のガラス基板を水平載置した状態で加熱するホットプレート２を用いた熱処理装置として構成されており、具体的には、ホットプレートユニット１は、ホットプレート２の他に、被加熱基板Ｓを昇降させる昇降機構３と、ホットプレート２の下方空間を覆うリフレクタ４と、ホットプレート２の上方空間を覆うカバー５等とで構成されている。

被加熱基板Ｓは、通常のフォトマスク製造用に用いられるガラス基板であって、一般には、一辺が約１００ｍｍ〜１８０ｍｍの正方形状であって、厚みが約１．０ｍｍ〜７．０ｍｍのソーダライム基板や石英基板などが用いられる。このような被加熱基板Ｓを用いてフォトマスクを製造するには、スパッタ装置により基板表面に金属やその酸化物、窒化物の無機薄膜を形成させたブランクマスクが作成され、次いで、ブランクマスク上に塗布によりレジスト膜が作成され、これに電子ビームが露光されることで所定のパターンが作成されたフォトマスクが製造される。

ホットプレート２は、ホットプレートユニット１を構成する図示せぬケーシングに囲繞された空間内に配設され、複数（本実施例では３本）の支持部材１０・１０・・・に支持された状態で支持基台１１に取り付けられている。支持部材１０は、一端が支持基台１１に固設され、他端がリフレクタ４の底面に固設され、かかるリフレクタ４に複数の固定部材１２・１２・・・を介してホットプレート２が固定される。このように、本実施例のホットプレート２は、支持部材１０によってリフレクタ４を介して支持基台１１に取り付けられる。

本実施例のホットプレート２は、被加熱基板Ｓが載置される水平面状の載置面２０ａを有する均熱板２０と、均熱板２０の内部に配設される発熱体２１と、均熱板２０の載置面２０ａの表面温度を検出する温度センサ２２等とで構成されている。

均熱板２０は、後述するように、上均熱板２３と下均熱板２４とより構成されており、上均熱板２３及び下均熱板２４が発熱体２１を挟むようにして、上述した固定部材１２により一体的に組み付けられている。均熱板２０は、平面視円形状に形成されており、上面に水平面状の載置面２０ａが形成されている。載置面２０ａの表面には、上方に突出された複数（本実施例では４個）のプロキシミティピン２５・２５・・・が配設されている。被加熱基板Ｓは、載置面２０ａの中央部であって、このプロキシミティピン２５上に載置面２０ａに近接した状態で水平載置される。

均熱板２０には、４つの貫通孔２０ｂが穿設されており、これらの貫通孔２０ｂには被加熱基板Ｓを支持して昇降させる昇降ピン３０が昇降自在に貫通されている。本実施例の均熱板２０では、被加熱基板Ｓの大きさに応じて貫通孔２０ｂの穿設位置が設計されており、具体的には、被加熱基板Ｓが載置面２０ａに載置された状態で昇降ピン３０の先端部３０ａが被加熱基板Ｓの外周部に当接する位置に貫通孔２０ｂが穿設されている。

発熱体２１は、シーズヒータなどの抵抗発熱体として構成され、一端が図示せぬ電源装置に接続されており、かかる電源装置により通電されることで発熱される。ホットプレート２では、発熱体２１により均熱板２０が加熱されることで、被加熱基板Ｓが昇温される。なお、後述するように、本実施例の発熱体２１は、直線又は曲線が繰り返して形成される回路パターンより形成されており、載置面２０ａ及び被加熱基板Ｓの温度が均一になるように加熱される。

温度センサ２２は、均熱板２０の下方であって載置面２０ａの中央部と径方向外側部との２カ所に取り付けられている。温度センサ２２によって検出された載置面２０ａの表面温度に基づいて、図示せぬ制御装置を介して載置面２０ａの表面温度が所定温度となるように発熱体２１の加熱温度が制御される。

なお、ホットプレート２の構成については、詳細を後述する。

昇降機構３は、被加熱基板Ｓを昇降させるための複数（本実施例では４本）の昇降ピン３０・３０・・・と、昇降ピン３０を支持する支持板３１と、昇降ピン３０及び支持板３１を昇降自在に支持基台１１に取り付ける昇降装置３２等とで構成されている。昇降ピン３０は、一端が平面視矩形の支持板３１の所定位置に固定され、支持板３１が支持部材１０の側方であって支持基台１１に固定された昇降装置３２に連結されている。昇降装置３２は、昇降シリンダなどにより支持板３１を垂直方向に昇降移動させる。

図２を参照して、昇降機構３の動作について説明すると、均熱板２０の載置面２０ａに被加熱基板Ｓを載置させる際には、まず、昇降装置３２により支持板３１が移動されて、均熱板２０の貫通孔２０ｂに挿通されている昇降ピン３０が均熱板２０の載置面２０ａより上方に突出する位置まで上動される。次いで、図示せぬ移載装置により先端部３０ａ上に被加熱基板Ｓが載置される。昇降ピン３０によって被加熱基板Ｓが支持された状態で、昇降装置３２により支持板３１が下動され、やがて載置面２０ａに形成されたプロキシミティピン２５上に被加熱基板Ｓの下面が当接して、載置面２０ａに被加熱基板Ｓが載置される。そして、載置面２０ａに被加熱基板Ｓが載置された後も昇降装置３２により支持板３１が下動され、均熱板２０の貫通孔２０ｂ内に昇降ピン３０が収容される。

なお、均熱板２０の載置面２０ａより被加熱基板Ｓを移動させる際には、上述した動作とは逆に、すなわち、昇降装置３２により支持板３１が上動されて、昇降ピン３０により均熱板２０の上方空間まで被加熱基板Ｓが移動される。そして、図示せぬ移載装置により先端部３０ａ上の被加熱基板Ｓが取り出されると、再び支持板３１が下動されて、均熱板２０の貫通孔２０ｂ内へと昇降ピン３０が収容される。

リフレクタ４は、ホットプレート２の均熱板２０の下方空間及び側方空間を囲繞する形状に形成されており、具体的には、略桶状に形成された径方向長さの異なる複数の板状部材が相互の離間に所定の空間領域を有するようにして組み付けられている。このようにリフレクタ４を構成することで、均熱板２０の輻射による熱損失を低減させて、ホットプレート２の均熱性を向上するようにしている。

カバー５は、上述したリフレクタ４と同様に均熱板２０の輻射による熱損失を低減させるものであり、ホットプレート２の均熱板２０の上方空間を囲繞する形状に形成されている。本実施例のカバー５は、ホットプレート２に対して昇降自在に配設されており、均熱板２０の載置面２０ａに被加熱基板Ｓを載置させる際には、均熱板２０の載置面２０ａが開放される位置まで上動され、ホットプレート２にて被加熱基板Ｓが熱処理される際には、均熱板２０の載置面２０ａが覆われる位置まで下動される。

次に、ホットプレート２の構成について、以下に詳述する。
図２乃至図４に示すように、本実施例のホットプレート２は、上述した均熱板２０、発熱体２１、及び温度センサ２２等に加えて、被加熱基板Ｓの外周部からの熱輻射を低減し、外周部の温度低下を防止して被加熱基板Ｓの均熱性を向上させるための仕切板２６が着脱可能に設けられることを特徴としている。

本実施例の均熱板２０は、上面に載置面２０ａが形成される上均熱板２３と、上均熱板２３の下面に取り付けられる下均熱板２４とが、上述した固定部材１２によって一体的に組み付けられて形成されている。具体的には、上均熱板２３及び下均熱板２４の外周部には、下均熱板２４を貫通して上均熱板２３の下面に開口される取付孔２０ｃが穿設されており、かかる取付孔２０ｃに固定部材１２が挿通されることで、上均熱板２３及び下均熱板２４が組み付けられる。

上均熱板２３及び下均熱板２４としては、高温耐熱性の金属素材であって熱伝導素材のインコネル、アルミニウム、ハステロイ、ステンレス鋼などにより形成される。好ましくは、上述した金属素材に炭化物セラミックス（炭化ケイ素や炭化チタン等）、窒化物セラミックス（窒化アルミニウム、窒化ケイ素等）、酸化物セラミックス（アルミナ、シリカ、ジルコニア等）のセラミックス層が溶射コーティングされたものが用いられる。このように、均熱板２０（上均熱板２３及び下均熱板２４）を金属素材より形成することで、セラミックス素材と比べて加工性能に優れるとともに、高温加熱による均熱板２０の割れや破損等を抑止することができる。

下均熱板２４の上面には、直線又は曲線が繰り返して形成される回路パターンよりなる発熱体２１が所定配列となるように設けられており、かかる下均熱板２４に上均熱板２０が配置されることにより、発熱体２１が上均熱板２０及び下均熱板２２に埋設された状態とされる。このように配置されることで、発熱体２１の発熱により上均熱板２４が加熱され、載置面２０ａを介して被加熱基板Ｓが所定温度まで均熱に加熱される。

発熱体２１は、載置面２０ａ表面にホットスポットやコールドスポット等の発生を防止して、被加熱基板Ｓが均熱に加熱されるような回路パターンにより形成される。本実施例の発熱体２１は、略同心円状に連続される回路パターンより形成され、均熱板２０の載置面２０ａの中央部に配設される回路パターンよりも、載置面２０ａの中央部に対して周方向外側に配設される回路パターンの方が密となるように形成されている。具体的には、載置面２０ａの中央部に配設される回路パターン２１ａと比べて、その周方向外側の中間部に配設される回路パターン２１ｂ、及び載置面２０ａの外周部に配設される回路パターン２１ｃの方が、相互に近接して密となるように形成されている。さらに、回路パターン２１ｂよりも回路パターン２１ｃの方が密となるように形成されている（図４参照）。

仕切板２６は、被加熱基板Ｓの外周面に沿って延出される断面矩形状の部材より形成され、平面視ロ字型に形成された一の部材より形成されている。仕切板２６は、載置面２０ａの所定位置に固定ボルト２７により着脱可能に取り付けられ、均熱板２０の載置面２０ａに対して鉛直方向に凸設される。具体的には、仕切板２６は、各辺部の中央位置の計４カ所にボルト孔２６ａが穿設され、均熱板２０の載置面２０ａに当接された状態で、かかるボルト孔２６ａを介して固定ボルト２７によって固定される。仕切板２６は、固定ボルト２７がボルト孔２６ａに挿脱されることで均熱板２０から容易に着脱される。

仕切板２６は、連続面としての内周面２６ｂが中央方向に向けて形成され、内周面２６ｂにより囲繞された平面視矩形形状（本実施例では正方形状）の空間部２６ｃが形成されている。この内周面２６ｂにより形成される空間部２６ｃは、被加熱基板Ｓの形状と同形状であって、被加熱基板Ｓよりも僅かに大きくなるように形成される。このような形状とすることで、均熱板２０に取り付けられた仕切板２６により、均熱板２０の載置面２０ａに被加熱基板Ｓの収容空間を形成することができ、被加熱基板Ｓは、この仕切板２６の空間部２６ｃに収容されて、仕切板２６により側方を囲繞された状態で載置面２０ａに載置される。

本実施例の仕切板２６は、内側面２６ｂが被加熱基板Ｓの外周面に対して並行位置に対向されるように形成され、換言すると、被加熱基板Ｓの外周面が載置面２０ａとのなす角が略直角となるように形成されることから、仕切板２６の内側面２６ｂにおいても載置面２０ａとのなす角が略直角となるように形成される。また、仕切板２６は、仕切板２６の内周面２６ｂと被加熱基板Ｓの外周面とが所定の離間Ｄを有するように形成される。空間部２６ｃに被加熱基板Ｓが収容され状態では、仕切板２６の内周面２６ｂと被加熱基板Ｓの外周面とが可能な限り近接されるのが好ましく、被加熱基板Ｓの載置精度やクリアランス等を考慮して所定の離間Ｄが設定される。

そして、仕切板２６は、高さ方向長さＨが被加熱基板Ｓの厚みよりも長くなるように形成され、載置面２０ａに被加熱基板Ｓが載置された状態で、被加熱基板Ｓの上面よりも仕切板２６が上方に突出するように形成される。このようにして、被加熱基板Ｓは、仕切板２６により外周部において周面方向からだけでなく上方向から囲繞された状態で載置面２０ａに載置される。

仕切板２６の取付位置としては、載置面２０ａの中央部よりも周方向外側の中間部近傍に位置するように配設される。かかる仕切板２６の取付位置は、上述したように密に配設された回路パターンよりなる発熱体２１の上方位置であって、換言すると、仕切板２６は、発熱体２１における中央部の回路パターン２１ａよりも密に配設される回路パターン２１ｂや回路パターン２１ｃの上方位置に取り付けられる。

以上のように、本実施例のホットプレート２は、被加熱基板Ｓを水平載置した状態で加熱するホットプレート２において、被加熱基板Ｓが載置される水平面状の載置面２０ａを有する均熱板２０と、直線又は曲線が繰り返して形成される回路パターンよりなる発熱体２１と、被加熱基板Ｓの外周面に沿って延出される断面矩形状の部材より形成され、均熱板２０の載置面２０ａに着脱可能に取り付けられる仕切板２６と、を具備してなり、仕切板２６は、内周面２６ｂが被加熱基板Ｓの外周面に対して並行位置に対向されるように形成され、かつ高さ方向長さＨが被加熱基板Ｓの厚みよりも長くなるように形成されるため、被加熱基板Ｓの均熱性を向上できるとともに、簡易な構成でメンテナンス性を向上できるのである。

すなわち、本実施例のホットプレート２は、被加熱基板Ｓの外周面に沿って延出される断面矩形状の部材より形成される仕切板２６が設けられ、かかる仕切板２６の形状として、内周面２６ｂが被加熱基板Ｓの外周面に対して並行位置に対向されるように形成され、かつ高さ方向長さＨが被加熱基板Ｓの厚みよりも長くなるように形成されることで、仕切板２６によって、被加熱基板Ｓの外周部を周面方向からだけでなく上方向から囲繞することで、被加熱基板Ｓの外周部からの熱輻射を効果的に低減することができ、外周部の温度低下を防止して被加熱基板Ｓの均熱性を向上することができる。

特に、本実施例の仕切板２６は、均熱板２０の載置面２０ａに着脱可能に取り付けられるため、載置面２０ａの清浄作業の際には、均熱板２０より仕切板２６を取り外すことで、かかるメンテナンス作業を容易に行うことができる。そのため、メンテナンス作業頻度を増やすことで、空気中の浮遊微粒子やホットプレート２の構成部品からの発塵などの微細な塵を載置面２０ａに堆積させることなく、載置面２０ａを清浄に保持して被加熱基板Ｓの表面汚染を容易に防止することができる。

また、本実施例のホットプレート２は、発熱体２１が均熱板２０の載置面２０ａの中央部に配設される回路パターン２１ａよりも、載置面２０ａの中央部に対して周方向外側に配設される回路パターン２１ｂ・２１ｃの方が密に形成され、仕切板２６が密に配設された回路パターン２１ｂ・２１ｃよりなる発熱体２１の上方位置に取り付けられるように構成されるため、発熱体２１により加熱された均熱板２０の蓄熱を熱伝導により効果的に仕切板２６へと伝えることができ、被加熱基板Ｓの外周部からの熱輻射を低減して、かかる外周部の温度低下を効果的に防止することができる。

また、仕切板２６が内周面２６ｂにより囲繞された平面視矩形形状の空間部２６ｃが形成され、空間部２６ｃに矩形形状の被加熱基板Ｓ（フォトマスク用基板としてのガラス基板）が収容されるため、矩形形状の被加熱基板Ｓにおいて、特に熱輻射の大きい外周部の角隅部の温度低下を効果的に防止することができる。

さらに、仕切板２６が均熱板２０と同じ金属素材より形成されるため、加工が容易であるとともに、高温加熱による割れや破損等を抑止できる。

以上、本実施例のホットプレートユニット１およびホットプレート２の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

すなわち、上述した実施例のホットプレートユニット１は、被加熱基板Ｓとしてフォトマスク用のガラス基板を熱処理する熱処理装置として構成されるが、かかる装置構成としては、これに限定されず、例えば、被加熱基板Ｓとして半導体基板（ウェハ）、液晶表示装置用ガラス基板、光ディスク用基板等を熱処理する熱処理装置に適用することができる。また、かかる装置構成においては、大気中だけでなく、真空中で熱処理を行うことができる構成とすることもできる。

また、上述した実施例のホットプレート２は、被加熱基板Ｓとして平面視矩形状のガラス基板を加熱するための構成とされるが、かかる構成においては、少なくとも矩形形状の被加熱基板Ｓの角隅部の外周面の対向地位を側方から覆うように形成された複数の仕切板１２６・１２６・・・より構成されてもよい。例えば、図５に示す仕切板１２６のように、被加熱基板Ｓの外周面の角隅部に沿って延出される断面矩形状の部材より形成され、平面視Ｌ字型に形成された複数（本実施例では４つ）の部材より形成されてもよい。各仕切板１２６・１２６・・・は、連続面としての内周面１２６ｂが中央方向に向くようにして、内周面１２６ｂにより囲繞される空間部１２６ｃが平面視矩形形状（本実施例では正方形状）となるように配設される。このように、仕切板１２６を構成することによっても、特に熱輻射の大きい外周部の角隅部の温度低下を効果的に防止することができる。

また、上述した実施例のホットプレート２では、仕切板２６の形状において、内周面２６ｂと被加熱基板Ｓの外周面との離間Ｄや高さ方向長さＨがそれぞれ均一に形成される構成について説明したが、かかる離間Ｄや高さ方向長さＨは、均熱板２０や被加熱基板Ｓの加熱条件に応じて、被加熱基板Ｓの外周部に対向する所定の箇所のみがそれぞれ変更されるように形成されてもよい。

さらに、仕切板２６の形状としては、被加熱基板Ｓを収容可能な空間部２６ｃが形成されればよく、例えば、被加熱基板Ｓを収容可能な空間部２６ｃを残して均熱板２０の載置面２０ａのその他の箇所を全て覆うような形状としてもよい。かかる場合には、仕切板２６の取付位置としては、載置面２０ａの中央部以外の周方向外側位置を覆うように配設されることになる。

１ ホットプレートユニット
２ ホットプレート
２０ 均熱板
２０ａ 載置面
２１ 発熱体
２３ 上均熱板
２４ 下均熱板
２６ 仕切板
２６ｂ 内周面
２６ｃ 空間部
Ｓ 被加熱基板

Claims (4)

1. 被加熱基板を水平載置した状態で加熱するホットプレートにおいて、
   被加熱基板が載置される水平面状の載置面を有する均熱板と、
   直線又は曲線が繰り返して形成される回路パターンよりなる発熱体と、
   被加熱基板の外周面に沿って延出される断面矩形状の部材より形成され、前記均熱板の載置面に着脱可能に取り付けられる仕切板と、
   を具備してなり、
   前記仕切板は、前記内周面が被加熱基板の外周面に対して並行位置に対向されるように形成され、かつ高さ方向長さが被加熱基板の厚みよりも長くなるように形成され、
   前記発熱体は、少なくとも前記均熱板の載置面に取り付けられた前記仕切板の垂直下方位置にて前記均熱板の中央部側に形成される回路パターンよりも周方向外側に形成される回路パターンの方が相互に近接して密に形成される、
   ることを特徴とするホットプレート。
2. 前記仕切板は、内周面により囲繞された平面視矩形形状の空間部が形成され、該空間部に矩形形状の被加熱基板が収容されることを特徴とする請求項１に記載のホットプレート。
3. 前記仕切板は、前記均熱板と同じ金属素材より形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホットプレート。
4. 前記請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のホットプレートを用いてなることを特徴とするホットプレートユニット。

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