DE3933423A1

DE3933423A1 - Tempervorrichtung, insbesondere fuer lcd-substratplatten

Info

Publication number: DE3933423A1
Application number: DE19893933423
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Brosig
Original assignee: Nokia Unterhaltungselektronik Deutschland GmbH
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2009-10-07
Also published as: DE3933423C2

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Tempervorrichtung in Form einer flachen beheizten Platte. Derartige Vorrichtungen dienen zum Tempern von z. B. Halbleiterwafern oder von Flüssigkristall (LCD)-Substratplatten.

Stand der Technik

Temperprozesse werden bisher in Öfen oder auf sogenannten "Hot plates" ausgeführt. Hotplates sind sehr gleichmäßig beheizte Heizplatten, auf deren Auflagefläche die plattenförmigen Bau teile aufgelegt werden. In der Regel ist die Hotplate noch durch eine Haube abdeckbar. Derartige Vorrichtungen werden insbeson dere zum Tempern von Halbleiterwafern verwendet.

Öfen, wie auch Hotplates, haben den Nachteil relativ großer Tem peraturänderungsträgheit. So dauert das Aufheizen und Abkühlen des zu tempernden plattenförmigen Bauteiles meist viel länger, als die Zeitspanne dauert, während der das Bauteil auf der Ziel temperatur zu halten ist. Dieser Nachteil wird dann besonders deutlich, wenn das Bauteil während des Tempervorgangs unter Schutzgas zu halten ist. Es kann dann nicht bereits bei relativ hoher Temperatur der Vorrichtung entnommen werden, da dann an Luft unerwünschte Oxidationsprozesse stattfinden würden. Proble matisch ist außerdem, daß vor dem Beginn des Temperns in Schutz gas zunächst das Ofenvolumen oder das Volumen zwischen Hotplate und Abdeckhaube zu evakuieren ist. Erst dann wird Schutzgas ein gefüllt. Wenn eine sehr reine Schutzgasatmosphäre erforderlich ist, ist der Evakuierprozeß und Schutzgas-Befüllprozeß unter Umständen mehrfach auszuführen.

Ein weiterer gemeinsamer Nachteil von Ofen und Hotplate ist, daß diese Vorrichtungen praktisch nicht an Änderungen in der Form zu tempernder Bauteile angepaßt werden können. Es werden daher in der Regel Vielzwecköfen bzw. Vielzweck-Hotplates ver wendet.

Zusätzlich von Nachteil ist bei Hotplates, daß deren Heizvor richtungen relativ schnell ortsabhängig ihre Heizeigenschaften ändern, wodurch es erforderlich ist, die Heizeinrichtungen re lativ häufig auszuwechseln, um ein einigermaßen gleichmäßiges Temperaturprofil zu erhalten.

Es bestand demgemäß das grundsätzliche Problem, eine Tempervor richtung anzugeben, die ein gleichmäßiges Beheizen eines plat tenförmigen Bauteiles und ein schnelles Erwärmen und Abkühlen desselben zuläßt.

Darstellung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Tempervorrichtung weist eine Heizeinrich tung zum Beheizen von Gas und zahlreiche Gasleitungen in einer flachen Platte auf, die in deren Auflageflächen münden und denen das Gas zugeführt wird.

Die Heizeinrichtung kann innerhalb der Platte angeordnet sein, so daß das Gas dann beheizt wird, wenn es durch die Gasleitungen strömt. Selbst wenn dann in unterschiedlichen Bereichen etwas unterschiedlich geheizt wird, wirkt sich dies am zu tempernden Bauteil nicht allzu stark aus, da sich die Gasströme aus ver schiedenen Gasleitungen durch Mischen und damit die gesamte zu beheizende Gasmenge im wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist.

Von besonderem Vorteil ist es jedoch, die Heizeinrichtung ge sondert von der Platte anzuordnen, so daß die Platte nur die in ihre Auflagefläche mündenden Gasleitungen aufweist. Dies hat zum einen den Vorteil, daß allen Gasleitungen Gas aus einem gemeinsamen Volumen zugeführt wird, was gewährleistet, daß die Temperatur über die gesamte Temperfläche konstant ist. Weiter hin besteht der Vorteil, daß die Wärmekapazität der Platte sehr klein gehalten werden kann, wodurch besonders schnelle Aufheiz und Abkühlzeiten erreicht werden können. Es ist jedoch anzumer ken, daß selbst dann, wenn die Heizeinrichtung in die Platte integriert ist, schnellere Aufheiz- und Abkühlzeiten erreich bar sind, als unter Verwendung bisheriger Hotplates, da die Wärmeübertragung zwischen Temperplatte und plattenförmigem Bau teil nicht durch unmittelbare Wärmeleitung, sondern durch Kon vektion erfolgt. Sind die Heizeinrichtungen abgeschaltet, bleibt zwar noch das Hauptplattenvolumen noch relativ heiß, jedoch wird das Gas in den Leitungen nicht mehr allzu stark aufgeheizt, was dazu führt, daß das plattenförmige Bauteil stärker abkühlt als die Temperplatte.

Die Temperplatte kann aus beliebigem Material, insbesondere Kunststoff, Keramik oder, vorzugsweise, Metall, bestehen. Ist die Heizeinrichtung gesondert von der Platte angeordnet, ist letztere ein äußerst einfaches und billiges Bauteil, so daß es leicht möglich ist, die Tempervorrichtung durch Verwenden von Temperplatten mit unterschiedlicher Geometrie an plattenförmige Bauteile mit unterschiedlicher Umfangskontur anzupassen.

Ein weiterer sehr großer Vorteil der erfindungsgemäßen Temper vorrichtung besteht darin, daß für das Tempern in Schutzgas keine Evakuierprozesse mehr erforderlich sind, vorausgesetzt, es ist eine Schicht zu tempern, die sich nur auf einer Oberflä che des plattenförmigen Bauteiles befindet. In diesem Fall wird das plattenförmige Bauteil mit der luftempfindlichen, zu tem pernden Schicht nach unten auf die Temperplatte gelegt. Strömt nun Schutzgas durch die Gasleitungen in der Temperplatte, ist die zu tempernde Schicht vor Sauerstoffzutritt geschützt. Luft könnte nämlich nur durch den Spalt zwischen der Oberfläche der Temperplatte und dem Umfang des aufgelegten Bauteiles an die empfindliche Schicht gelangen, jedoch strömt durch diesen Spalt das Schutzgas aus, wodurch der Sauerstoffzutritt verwehrt ist.

Das Auflegen eines Bauteiles auf die Temperplatte kann mit Hilfe von Auflagestücken erfolgen. Jedoch kann das Bauteil auch direkt aufgelegt werden, wonach es im Betrieb auf einem Gas strom über der Temperplatte schwebt. Um es beim Schweben in einer festgelegten Position zu halten, können Seitenbewegungen entweder durch entsprechende Gestaltung des Gasflusses begrenzt werden, oder es können Begrenzungsstücke verwendet werden, die vorzugsweise so ausgebildet sind, daß sie die von ihnen nicht begrenzten Auflagebereiche abdecken, so daß dort kein Gas aus den in die Auflagefläche mündenden Gasleitungen austreten kann.

Beschreibung der Figuren

Fig. 1 schematischer Querschnitt durch eine Temperplatte mit gesonderter Heizeinrichtung;

Fig. 2 schematischer Querschnitt durch eine Temperplatte mit angesetzter Labyrinth-Heizeinrichtung;

Fig. 3 schematischer Querschnitt durch eine Temperplatte mit Begrenzungsstücken;

Fig. 4 schematischer Querschnitt durch eine Temperplatte mit Auflagestücken.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Tempervorrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus einer Temper platte 10 mit Abstandsstücken 11, einer Abdeckhaube 12, einer Gasverteilungskammer 13 und einer Heizeinrichtung 14. Die Tem perplatte 10 wird von zahlreichen Gasleitungen 15 durchsetzt, die in die Auflagefläche 16 der Platte münden. Die Gasvertei lungskammer 13 ist dicht an die Unterseite der Temperplatte 10 angesetzt. Sie wird von der Heizeinrichtung 14 mit beheiztem Gas, z. B. Stickstoff als Schutzgas, versorgt. Aus der Gasver teilungskammer 13 strömt das beheizte Gas in die Gasleitungen 15.

Die Abstandsstücke 11 sind am Rand der Auflagefläche 16 ange ordnet. Auf sie ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 als zu tem perndes plattenförmiges Bauteil eine LCD-Substratplatte 17 auf gelegt, die eine auszuhärtende Orientierungsschicht 18 trägt. Die Substratplatte 17 liegt so auf den Abstandsstücken 11, daß die Orientierungsschicht 18 nach unten zeigt. Der Abstand zur Auflagefläche 16 beträgt etwa 1 mm. Wenn die Orientierungs schicht 18 aus einem oxydationsempfindlichen Material besteht, z. B. Polyphenylen, muß zum Tempern Schutzgas verwendet werden.

Die LCD-Substratplatte 17 wird von unten durch das aus den Gas leitungen 15 strömende erhitzte Gas erwärmt, und von oben durch das heiße Gas, das sich zwischen Auflagefläche 16 und Abdeck haube 12 befindet. Die Abdeckhaube 12 besteht vorzugsweise aus reflektierendem und gut wärmeisolierendem Material. Ist die Temperzeitspanne bei der Zieltemperatur, z. B. 2 Minuten bei 410°C oder 5 Minuten bei 400°C zum Tempern von Polyphenylen, abgelaufen, wird die Abdeckhaube 12 abgenommen und die Heizein richtung 14 wird abgeschaltet, so daß kühleres Gas durch die Gasleitungen 15 strömt. Es muß jedoch noch für einige Zeit Schutzgas verwendet werden, nämlich solange, bis die LCD-Sub stratplatte 17 eine Temperatur erreicht hat, bei der die dünne Orientierungsschicht 18 nicht mehr oxydationsempfindlich ist. Dann kann zum Abkühlen bis auf die Entnahmetemperatur Luft als Kühlgas verwendet werden.

Die Abdeckhaube 12 muß nicht notwendigerweise verwendet werden. Insbesondere dann, wenn nur eine dünne Schicht auf einem Sub strat geringer Wärmeleitfähigkeit und/oder hoher Wärmekapazität nur kurzzeitig zu erhitzen ist, reicht es aus, das Erhitzen dieser Schicht durch den unmittel bar auf die Schicht treffenden Gasstrom vorzunehmen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist angenommen, daß die Temperplatte 10 nur geringe Wärmekapazität aufweist, so daß sie kaum zu einer Temperaturänderung des durch die Gasleitun gen 15 strömenden Gases beiträgt. Regelschwingungen in der Tem peraturregelung des Heizgases wirken sich dann fast unmittel bar auf die Temperungstemperatur aus.

Dies ist bei der Anordnung gemäß Fig. 2 vermieden, die sich durch eine Labyrinth-Gasverteilungskammer 13.2 mit Gasleitwän den 19 möglichst hoher Wärmekapazität auszeichnet. Wenn das von der (in Fig. 2 nicht dargestellten) Heizeinrichtung zugeführte Gas in die Labyrinth-Gasverteilungskammer 13.2 einströmt, wer den aufgrund des langen Strömungsweges in der Kammer und auf grund der hohen Wärmekapazität der Kammer Temperatur-Regel schwingungen ausgeglättet.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 wurde davon ausgegangen, daß das zu tempernde Bauteil auf Abstandsstücke 11 aufgelegt wird. Man kann jedoch den bekannten Gaskisseneffekt nutzen, um das Bau teil in Abstand über der Auflagefläche 16 der Temperplatte 10 zu halten. Es muß dann allerdings dafür gesorgt werden, daß das Bauteil seitlich nicht verrutschen kann. Die Fig. 3 und 4 ver anschaulichen zwei Ausführungsformen von Tempervorrichtungen mit Einrichtungen zum Verhindern des seitlichen Verschiebens aufgelegter schwebender plattenförmiger Bauteile.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist ein Begrenzungsstück 20 mit einer Innenaussparung vorhanden, deren Umfang geringfügig größer ist als der Außenumfang einer in die Aussparung gelegten LCD-Substratplatte 17. Dadurch kann die Substratplatte 17 zwar über die Oberfläche 16 der Temperplatte 10 gehoben werden, je doch kann sie seitlich nicht verrutschen. Das Begrenzungsstück 20 begrenzt aber nicht nur die Bewegung des aufgelegten platten förmigen Bauteils, sondern es sorgt zugleich dafür, daß Gaslei tungen 15, durch die kein Gas strömen soll, da sie sich außer halb des Bereichs des aufgelegten plattenförmigen Bauteils be finden, abgedeckt werden. Hierzu verfügt das Begrenzungsstück 20 über einen entsprechenden ebenen Bereich, der auf der Auflage fläche in demjenigen Bereich aufliegt, der nicht von der Ausspa rung umschlossen wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Gasleitungen 15 in der Temperplatte 10 mit nach außen hin abnehmendem gegensei tigem Abstand angeordnet. Dadurch strömt am Rand der Temper platte 10 mehr Gas als in ihrer Mitte, was dafür sorgt, daß ein aufgelegtes plattenförmiges Bauteil 17.4 - z. B. wieder eine LCD-Substratplatte oder ein Halbleiterwafer - in einer mittleren Lage über der Temperplatte 10 zentriert gehalten wird. Der Zen triereffekt kann auch durch Schrägstellen der Gasströmung am Rand und/oder durch größere Strömungsquerschnitte am Rand als in der Mitte unterstützt werden.

Die Ausführungsformen können in vielfacher Art und Weise abge wandelt werden. So muß die Gasverteilung nicht notwendigerweise mit Hilfe einer Gasverteilungskammer 13 erfolgen, sondern es ist z. B. auch möglich, jeweils eine Reihe von Gasleitungen 15 über eine gesonderte Versorgungsleitung mit Gas zu versorgen. Die Gasleitungen 15 gehen dann nicht ganz durch die Temperplat te 10 durch, sondern sie münden jeweils in eine zugehörige Ver sorgungsleitung. Wie schon eingangs beschrieben, muß die Heiz einrichtung 14 nicht als gesondertes Bauteil angeordnet sein, sondern sie kann in die Temperplatte 10 integriert sein oder auch in der Gasverteilungskammer angeordnet sein, vorausgesetzt daß eine solche vorhanden ist.

Soll ein seitliches Verschieben eines aufgelegten plattenförmi gen Bauteils durch eine Begrenzungsanordnung begrenzt werden, muß diese nicht aus einem einzelnen Begrenzungsstück 20 mit einer Mittenaussparung bestehen, sondern es können auch mehrere getrennte Begrenzungsstücke, z. B. Stifte verwendet werden, die in die Öffnungen nicht benötigter Gasleitungen eingesetzt wer den.

Claims

1. Tempervorrichtung in Form einer flachen beheizten Platte zum Tempern plattenförmiger Bauteile, gekennzeichnet durch

- zahlreiche Gasleitungen (15) in der Platte (10), die in deren Auflagefläche (16) münden,
- eine Gasverteileinrichtung (13) zum Zuführen von Gas zu den Gasleitungen, und
- eine Heizeinrichtung (14) zum Beheizen von Gas.

2. Tempervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Heizeinrichtung (14) getrennt von der Temperplatte (10) ausgebildet ist, zum Beheizen des durch die Gasleitungen (15) zuzuführenden Gases.

3. Tempervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Abstandsstücke (11) zum Auflegen des plat tenförmigen Bauteils (17) unter Einhalten eines geringen Ab standes zur Auflagefläche (16).

4. Tempervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein Begrenzungsstück (20) auf der Auf lagefläche (16).

5. Tempervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Begrenzungsstückanordnung (20) so ausgebildet ist, daß sie die von ihr nicht begrenzten Auf lageflächenbereiche abdeckt.

6. Tempervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gasleitungen (15) so angeordnet und ausgebildet sind, daß der Fluß austretenden Gases von der Mitte zum Rand der Auflagefläche (16) hin zunimmt.