JP2010282881A - Heating device with cooling function - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、冷却機能を有する加熱装置に関するものであり、さらに詳しくは、例えば被処理物を所望温度に加熱しあるいは焼成するためなどに利用される冷却機能を有する加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a heating apparatus having a cooling function, and more particularly to a heating apparatus having a cooling function used for heating or firing a workpiece to a desired temperature, for example.
従来、半導体、液晶パネルのベーキング処理および成膜の工程において、被処理物の焼成に利用される冷却機能を有する加熱装置としては、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a heating device having a cooling function used for baking an object to be processed in semiconductor and liquid crystal panel baking processes and film forming processes, for example, the one described in
特許文献1に記載された加熱装置は、例えば金属板からなるベースプレートと、このベースプレートの一方面の上に設けられた例えば金属板からなるフェースプレートとを備えている。ベースプレートは、その一方面に形成された第1の溝と、その一方面とは反対側にある他方面に形成された第2の溝とを有している。そして、第1の溝にはベースプレートを冷却するための冷却パイプが埋め込まれ、第2の溝にはベースプレートを加熱するためのシーズヒータが埋め込まれている。また、冷却パイプは、ベースプレートの上記一方面と面一に設けられて上記一方面側へ露出する当接面を有している。さらに、この当接面は、ベースプレートの上記一方面に対向している上記フェースプレートの一方面に当接している。
The heating device described in
上記の加熱装置によれば、ベースプレートの表裏両面に形成された第1の溝および第2の溝に冷却パイプおよびシーズヒータをそれぞれ埋め込み、冷却パイプの一部をフェースプレートに当接する構成としたため、ベーキング処理および成膜の工程における半導体の熱処理効率や冷却工程における加熱速度および冷却速度を向上させることができる、とされている。 According to the above heating device, since the cooling pipe and the sheathed heater are respectively embedded in the first groove and the second groove formed on the front and back surfaces of the base plate, and a part of the cooling pipe is in contact with the face plate, It is said that the heat treatment efficiency of the semiconductor in the baking process and the film forming process and the heating rate and cooling rate in the cooling process can be improved.
しかしながら、上記の加熱装置を被処理物の表面にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に適用すると、次のような問題が生じる。 However, when the above heating apparatus is applied to a plasma processing apparatus for performing plasma processing on the surface of an object to be processed, the following problems occur.
すなわち、シーズヒータを、プラズマ処理装置のプラズマ処理室における被処理物を加熱するための加熱部としてプラズマ処理用電極に適用し、かつ、冷却パイプを、上記加熱部により加熱された同電極を冷却するための冷却部として同電極に適用すると、加熱部および冷却部が同電極の表裏両面におけるそれぞれの嵌め込み用の溝に設けられることになる。 That is, a sheathed heater is applied to a plasma processing electrode as a heating unit for heating an object to be processed in a plasma processing chamber of a plasma processing apparatus, and a cooling pipe is used to cool the electrode heated by the heating unit. If it applies to the same electrode as a cooling part for doing, a heating part and a cooling part will be provided in each slot for fitting in the front and back both sides of the electrode.
このため、上記の加熱装置に加熱部および冷却部を設けるのに先立って、プラズマ処理用電極の両面に加熱部嵌め込み用の溝および冷却部嵌め込み用の溝を形成する作業あるいは工程が必要になる。また、同電極の両面にこのような嵌め込み用の溝を形成するためには、同電極の厚さをある程度以上、厚く確保しておくことも必要になる。これらの理由により、結果的に、加熱装置の製造コスト、ひいてはプラズマ処理装置の製造コストが上昇する。 For this reason, prior to providing the heating unit and the cooling unit in the above-described heating device, an operation or a process of forming a heating unit fitting groove and a cooling unit fitting groove on both surfaces of the plasma processing electrode is required. . In addition, in order to form such fitting grooves on both surfaces of the electrode, it is necessary to ensure that the electrode has a certain thickness or more. For these reasons, as a result, the manufacturing cost of the heating device, and hence the manufacturing cost of the plasma processing device, increases.
さらに、加熱部が同電極の表側の面に、冷却部が同電極の裏側の面にそれぞれ形成されているときに、同電極の表側の面に被処理物を載置してプラズマ処理を行うと、被処理物が載置された表側の面に形成された加熱部による被処理物の加熱は効率よく行われる。しかしながら、冷却部が同電極の裏側の面にあることから、厚さが比較的厚くされている同電極の表側の面を裏側の面から冷却することは効率が悪くなる。 Further, when the heating unit is formed on the front side surface of the electrode and the cooling unit is formed on the back side surface of the electrode, a workpiece is placed on the front side surface of the electrode to perform plasma processing. Then, the heating of the object to be processed by the heating unit formed on the front side surface on which the object to be processed is placed is performed efficiently. However, since the cooling portion is on the back side surface of the electrode, it is inefficient to cool the front side surface of the electrode, which is relatively thick, from the back side surface.
そこで、上記のような問題点を解消することを目的として、本発明者は、被処理物を載置するための基板の一方表面あるいは内部に加熱部嵌め込み用の溝と冷却部嵌め込み用の溝とを設け、それぞれの溝に基板を加熱するための管状加熱部と基板を冷却するための管状冷却部とを嵌め込むように構成した冷却機能を有する加熱装置を開発した。 Therefore, for the purpose of solving the above-mentioned problems, the present inventor has proposed that a groove for fitting a heating part and a groove for fitting a cooling part on one surface or inside of a substrate for placing an object to be processed. And a heating device having a cooling function constructed so that a tubular heating part for heating the substrate and a tubular cooling part for cooling the substrate are fitted in each groove.
具体的には、この加熱装置は、管状加熱部を互いに並列状に配設される複数の折り返し状加熱部材から構成し、管状冷却部をそれぞれの加熱部材の外側あるいは内側に沿って互いに並列状に配設される複数の折り返し状冷却部材から構成した。そして、複数の折り返し状加熱部材を基板におけるそれらの嵌め込み用の溝に、複数の折り返し状冷却部材を基板におけるそれらの嵌め込み用の溝にそれぞれ配置した。 Specifically, in this heating apparatus, the tubular heating part is composed of a plurality of folded heating members arranged in parallel with each other, and the tubular cooling part is arranged in parallel with each other along the outside or inside of each heating member. A plurality of folded cooling members disposed on the surface. Then, the plurality of folded heating members are arranged in the fitting grooves in the substrate, and the plurality of folded cooling members are arranged in the fitting grooves in the substrate, respectively.
しかしながら、このような加熱装置を、複数の加熱部材の折り返し部分が、上記のようなプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室の中における、隣接する被処理物搬入/搬出室を臨む区域に位置するようにして、その基板をプラズマ処理室の中に配置すると、次のような新たな問題点が生じることがある。 However, in such a heating apparatus, the folded portions of the plurality of heating members are positioned in a region facing the adjacent workpiece loading / unloading chamber in the plasma processing chamber of the plasma processing apparatus as described above. If the substrate is placed in the plasma processing chamber, the following new problem may occur.
すなわち、プラズマ処理室の中の被処理物搬入/搬出室を臨む区域では、基板は、加熱部材の折り返し部分に対応する箇所における放熱効率が他の箇所におけるそれに比べて悪くなる。その理由は、被処理物搬入/搬出室における輻射熱が同搬入/搬出室に隣接するプラズマ処理室に伝わるためや、プラズマ処理室における加熱部材の折り返し部分における放熱性が加熱部材の折り返し部分以外の部分における放熱性よりも低いためであろうと考えられる。 That is, in the area facing the workpiece loading / unloading chamber in the plasma processing chamber, the heat dissipation efficiency of the substrate at the portion corresponding to the folded portion of the heating member is worse than that at the other portion. The reason is that the radiant heat in the workpiece loading / unloading chamber is transmitted to the plasma processing chamber adjacent to the loading / unloading chamber, and the heat dissipation in the folded portion of the heating member in the plasma processing chamber is other than the folded portion of the heating member. This is probably because it is lower than the heat dissipation in the part.
また、同区域では、加熱部材の折り返し部分に対応して冷却部材の折り返し部分が配設されているが、冷却部材の折り返し部分による加熱部材の折り返し部分の冷却は、上記の理由から充分には行われない。このため、冷却部材による基板の冷却効果も不充分である。その結果、基板に載置されて処理された後の被処理物の諸特性に悪影響が及ぶおそれがある。 Further, in the same area, the folded portion of the cooling member is disposed corresponding to the folded portion of the heating member. However, the cooling of the folded portion of the heating member by the folded portion of the cooling member is sufficient for the above reason. Not done. For this reason, the cooling effect of the board | substrate by a cooling member is also inadequate. As a result, there is a possibility that various characteristics of the object to be processed after being placed on the substrate and processed will be adversely affected.
この発明は、以上のような実情を考慮してなされたものである。そして、その課題は、加熱効率および冷却効率に優れ、また、処理後における被処理物の諸特性に悪影響が及ぶおそれがなく、さらに、製造コストも比較的少ない、冷却機能を有する加熱装置を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above situation. The problem is to provide a heating device having a cooling function that is excellent in heating efficiency and cooling efficiency, has no risk of adversely affecting the properties of the processed material after processing, and has a relatively low manufacturing cost. It is to be.
この発明によれば、被処理物が載置される熱伝導性基板と、この基板の内部あるいは表面に基板の一方端部から他方端部へかけて配設された基板を加熱するための加熱部と、基板の内部あるいは表面に基板の一方端部から他方端部へかけて接触状に配設された基板を冷却するための冷却部とを備えてなり、冷却部と基板とが接触する箇所の接触表面積は、基板の一方端部寄り箇所におけるそれよりも他方端部寄り箇所におけるそれの方が大きくされている冷却機能を有する加熱装置が提供される。 According to the present invention, the heat conductive substrate on which the workpiece is placed, and the heating for heating the substrate disposed from one end portion of the substrate to the other end portion inside or on the surface of the substrate. And a cooling unit for cooling the substrate disposed in contact with the inside or the surface of the substrate from one end to the other end of the substrate, and the cooling unit and the substrate are in contact with each other. A heating device having a cooling function is provided in which the contact surface area of the portion is larger in the portion closer to the other end than in the portion closer to the one end of the substrate.
熱伝導性基板を構成する材料としては例えば、ステンレス鋼、鉄鋼、アルミニウム合金などがある。基板を加熱するための加熱部および基板を冷却するための冷却部は、それぞれの全体あるいは一部が基板の内部に埋設されるように埋設状に設けられてもよく、それぞれの全体あるいは一部が基板の表面から露出するように露出状に設けられてもよい。 Examples of the material constituting the thermally conductive substrate include stainless steel, steel, and aluminum alloy. The heating unit for heating the substrate and the cooling unit for cooling the substrate may be provided in an embedded manner so that each or all of them are embedded inside the substrate. May be provided so as to be exposed from the surface of the substrate.
加熱部および冷却部は基板の一方端部から他方端部へかけて配設される。加熱部は、基板の内部あるいは表面に接触する状態に配設されてもよく、あるいは基板の内部あるいは表面に非接触の状態に配設されてもよい。これに対して冷却部は、基板の内部あるいは表面に接触する状態に配設される。その理由は、基板の冷却をより効率的に行う必要があるからである。 The heating unit and the cooling unit are disposed from one end of the substrate to the other end. The heating unit may be disposed in contact with the inside or the surface of the substrate, or may be disposed in a non-contact state with the inside or the surface of the substrate. On the other hand, the cooling unit is disposed in contact with the inside or the surface of the substrate. This is because the substrate needs to be cooled more efficiently.
そして、この発明による加熱装置にあっては、冷却部と基板とが接触する箇所の接触表面積は、基板の一方端部寄り箇所における接触表面積よりも他方端部寄り箇所における接触表面積の方が大きくされている。その理由は、冷却部によって、基板の他方端部寄り箇所における冷却効率を基板の一方端部寄り箇所における冷却効率よりも大きくするためである。 In the heating apparatus according to the present invention, the contact surface area of the portion where the cooling unit and the substrate are in contact is larger than the contact surface area of the substrate near the one end portion than the contact surface area at the other end portion. Has been. The reason is that the cooling efficiency at the location near the other end of the substrate is greater than the cooling efficiency at the location near the one end of the substrate.
ここで、ある箇所における「接触表面積」とは、基板に接触する状態に配設された冷却部と基板とが接触している平坦面および/または湾曲面からなる接触箇所の表面積の総計をいう。 Here, the “contact surface area” at a certain location refers to the total surface area of the contact portion composed of a flat surface and / or a curved surface where the cooling unit disposed in contact with the substrate and the substrate are in contact with each other. .
基板の他方端部寄り箇所と一方端部寄り箇所との間における、冷却部と基板との接触表面積に関する上記のような差は、基板の他方端部寄り箇所における冷却効率を一方端部寄り箇所における冷却効率よりも大きくすることで、この発明の上記課題の一部を解決するためのものである。基板の他方端部寄り箇所と一方端部寄り箇所との間における、冷却部と基板との接触表面積に関する上記のような差をもたらす構成の具体例については、後に説明される。 The difference in the contact surface area between the cooling part and the substrate between the part near the other end of the substrate and the part near the one end is that the cooling efficiency at the part near the other end of the substrate is reduced toward the one end. It is for solving a part of the above-mentioned subject of this invention by making it larger than the cooling efficiency in. A specific example of a configuration that causes the above-described difference regarding the contact surface area between the cooling unit and the substrate between the other end portion and the one end portion of the substrate will be described later.
この発明の加熱装置における加熱部は例えば、互いに並列状に配設された複数の折り返し状加熱部材から構成される。この加熱装置における冷却部は例えば、それぞれの折り返し状加熱部材の外側あるいは内側に沿って互いに並列状に配設された複数の折り返し状冷却部材から構成される。 The heating unit in the heating device of the present invention is composed of, for example, a plurality of folded heating members arranged in parallel with each other. The cooling unit in this heating device is constituted by, for example, a plurality of folded cooling members arranged in parallel with each other along the outer side or the inner side of each folded heating member.
このとき、基板は例えば、厚さ方向において互いに対向するように接合される一対の基板半体から形成することができる。そして、これらの基板半体の2つの対向面の少なくとも一方に加熱部材嵌合溝および冷却部材嵌合溝が形成される。これらの嵌合溝の断面形状は、加熱部材/冷却部材の断面形状に対応した円形、楕円形、半円形、半楕円形、長方形などが考えられる。 At this time, the substrate can be formed from, for example, a pair of substrate halves that are joined to face each other in the thickness direction. And a heating member fitting groove and a cooling member fitting groove are formed in at least one of two opposing surfaces of these board | substrate half bodies. As the cross-sectional shape of these fitting grooves, a circular shape, an elliptical shape, a semicircular shape, a semi-elliptical shape, a rectangular shape, and the like corresponding to the cross-sectional shape of the heating member / cooling member can be considered.
ここにおいて、複数の加熱部材および複数の冷却部材は例えば、それぞれの冷却部材がそれぞれの加熱部材の外側に沿うように配設される。すなわち、複数の加熱部材および複数の冷却部材は、それぞれの加熱部材が上記加熱部材嵌合溝に、それぞれの冷却部材が上記冷却部材嵌合溝に嵌合されることで、基板の定位置に配設される。そして、複数の加熱部材および複数の冷却部材は、このように配設された状態で、接合された上記一対の基板半体によって挟み込まれる。 Here, the plurality of heating members and the plurality of cooling members are disposed, for example, such that each cooling member is along the outside of each heating member. That is, the plurality of heating members and the plurality of cooling members are placed in a fixed position on the substrate by the respective heating members being fitted into the heating member fitting grooves and the respective cooling members being fitted into the cooling member fitting grooves. Arranged. Then, the plurality of heating members and the plurality of cooling members are sandwiched between the pair of substrate halves joined together in the state of being arranged as described above.
このとき、複数の加熱部材のそれぞれは例えば、基板の他方端部寄り箇所に平面形状がU字型の湾曲部分を有するU字部材として構成することができる。 At this time, each of the plurality of heating members can be configured as, for example, a U-shaped member having a U-shaped curved portion near the other end of the substrate.
複数の加熱部材がこのように構成されているとき、基板の他方端部寄り箇所と一方端部寄り箇所との間における、冷却部と基板との接触表面積に関する上記のような差をもたらす構成の具体例としては、複数の冷却部材のそれぞれが、対応する加熱部材の湾曲部分を臨む箇所に蛇行状部分を有している加熱装置が挙げられる。 When the plurality of heating members are configured in this way, the structure that brings about the above-described difference in the contact surface area between the cooling unit and the substrate between the portion near the other end of the substrate and the portion near the one end. As a specific example, there is a heating device in which each of the plurality of cooling members has a meandering portion at a location facing the curved portion of the corresponding heating member.
ここで、冷却部材における「蛇行状部分」とは、冷却部材の特定箇所(例えば、対応する加熱部材の湾曲部分を臨む箇所)に設けられた、1つのS字からなる曲がりくねった部分、あるいは一続き状の複数のS字からなる曲がりくねった部分をいう。 Here, the “meandering portion” in the cooling member refers to a tortuous portion consisting of one S-shape provided at a specific portion of the cooling member (for example, a portion facing the curved portion of the corresponding heating member), or one A winding portion consisting of a plurality of S-shaped parts.
それぞれの冷却部材の蛇行状部分は、対応する加熱部材の湾曲部分およびその近傍部分を付加的に冷却するための部分である。 The meandering portion of each cooling member is a portion for additionally cooling the curved portion of the corresponding heating member and the vicinity thereof.
また、複数の加熱部材および複数の冷却部材のそれぞれは例えば、基板の他方端部寄り箇所に平面形状がU字型の湾曲部分を有するU字部材として構成することができる。 Each of the plurality of heating members and the plurality of cooling members can be configured as, for example, a U-shaped member having a U-shaped curved portion near the other end of the substrate.
複数の加熱部材および複数の冷却部材がこのように構成されているとき、基板の他方端部寄り箇所と一方端部寄り箇所との間における、冷却部と基板との接触表面積に関する上記のような差をもたらす構成の具体例としては、基板の内部において複数の加熱部材および複数の冷却部材の外側に配設された冷却促進部材をさらに備え、冷却促進部材が、基板の他方端部寄り箇所における複数の加熱部材の湾曲部分を臨む箇所に蛇行状部分を有している加熱装置が挙げられる。 When the plurality of heating members and the plurality of cooling members are configured as described above, the contact surface area between the cooling unit and the substrate between the other end portion of the substrate and the one end portion of the substrate is as described above. As a specific example of the configuration that brings about the difference, the substrate further includes a cooling promotion member disposed outside the plurality of heating members and the plurality of cooling members inside the substrate, and the cooling promotion member is located near the other end of the substrate. The heating apparatus which has a meandering part in the location which faces the curved part of a some heating member is mentioned.
冷却促進部材は、基板を冷却する冷却部材に加えて設けられた、基板の冷却効率をいっそう高めるためのものである。ここで、冷却促進部材における「蛇行状部分」とは、冷却促進部材の特定箇所(例えば、対応する加熱部材の湾曲部分を臨む箇所)に設けられた、1つのS字からなる曲がりくねった部分あるいは一続き状の複数のS字からなる曲がりくねった部分をいう。 The cooling promotion member is provided in addition to the cooling member that cools the substrate, and further increases the cooling efficiency of the substrate. Here, the “meandering portion” in the cooling promotion member is a tortuous portion consisting of one S-shape provided at a specific location of the cooling promotion member (for example, a location facing the curved portion of the corresponding heating member) or A winding portion consisting of a series of S-shaped.
冷却促進部材の蛇行状部分は、複数の加熱部材の湾曲部分およびその近傍部分を付加的に冷却するための部分である。ここで、冷却促進部材の蛇行状部分以外の部分は、主として加熱部材の湾曲部分以外の部分を付加的に冷却するための部分である。 The meandering portion of the cooling promoting member is a portion for additionally cooling the curved portions of the plurality of heating members and the vicinity thereof. Here, the portion other than the meandering portion of the cooling promoting member is a portion for additionally cooling mainly the portion other than the curved portion of the heating member.
また、基板の他方端部寄り箇所と一方端部寄り箇所との間における、冷却部と基板との接触表面積に関する上記のような差をもたらす構成の他の具体例としては、複数の冷却部材のそれぞれが、対応する加熱部材の湾曲部分およびその近傍部分を臨む箇所に、冷却部材の径が他の箇所よりも大きい大径部分を有している加熱装置が挙げられる。ここで、それぞれの冷却部材の大径部分は、対応する加熱部材の湾曲部分およびその近傍部分を付加的に冷却するための部分である。 In addition, as another specific example of the configuration that brings about the above-described difference in the contact surface area between the cooling unit and the substrate between the other end portion of the substrate and the one end portion, A heating device having a large-diameter portion where the diameter of the cooling member is larger than the other portions at the portions facing the curved portion of the corresponding heating member and the vicinity thereof can be cited. Here, the large-diameter portion of each cooling member is a portion for additionally cooling the curved portion of the corresponding heating member and the vicinity thereof.
この発明の加熱装置における加熱部としての複数の加熱部材は、例えばいずれもシーズヒーターから構成することができる。冷却部としての複数の冷却部材は、例えばいずれも冷却用ガス流通管から構成することができる。 Any of the plurality of heating members as the heating section in the heating device of the present invention can be constituted by, for example, a sheathed heater. The plurality of cooling members as the cooling unit can be configured from, for example, a cooling gas flow pipe.
ここで、冷却用ガス流通管は、熱伝導率が上記基板を構成する材料(例えば、ステンレス鋼、鉄鋼、アルミニウム合金など)の熱伝導率よりも低い材料(例えば、アルミニウム合金に対してはステンレス鋼、鉄鋼など)から構成されているのがより好ましい。冷却用ガス流通管がこのような材料から構成されているときには、冷却用ガスの温度の急激な上昇を抑えることができるので、上記基板の加熱/冷却制御をより効果的に行うことが可能になる。 Here, the cooling gas flow pipe is made of a material whose thermal conductivity is lower than that of the material (for example, stainless steel, steel, aluminum alloy, etc.) constituting the substrate (for example, stainless steel for aluminum alloy). More preferably, it is made of steel, steel, etc. When the cooling gas flow pipe is made of such a material, it is possible to suppress a rapid increase in the temperature of the cooling gas, so that the heating / cooling control of the substrate can be performed more effectively. Become.
冷却用ガス流通管の内部へ導入される冷却用ガスとしては、熱伝導性の低いガス、例えば、空気、酸素、窒素、アルゴン、水素などが用いられるが、安全性を確保するためには、加熱装置周囲の雰囲気ガスと反応しにくいガス種を選択することが好ましい。雰囲気ガスが可燃性ガスである場合には、冷却用ガスとしては、窒素やアルゴンなどが好ましく用いられる。 As the cooling gas introduced into the cooling gas flow pipe, a gas having low thermal conductivity, for example, air, oxygen, nitrogen, argon, hydrogen, etc. is used. It is preferable to select a gas species that does not easily react with the atmospheric gas around the heating device. When the atmospheric gas is a combustible gas, nitrogen, argon, or the like is preferably used as the cooling gas.
さらに、複数の加熱部材は互いに独立して加熱温度制御することができるように構成され、複数の冷却部材は互いに独立して冷却温度制御することができるように構成されているのがより好ましい。複数の加熱部材および複数の冷却部材がこのように構成されているときには、基板の特定箇所を選択的に加熱/冷却制御することが可能になり、また、基板全体についての加熱/冷却制御の精度を向上させることが可能になる。 Furthermore, it is more preferable that the plurality of heating members are configured so that the heating temperature can be controlled independently of each other, and the plurality of cooling members are configured so that the cooling temperature can be controlled independently of each other. When the plurality of heating members and the plurality of cooling members are configured in this manner, it becomes possible to selectively heat / cool a specific portion of the substrate, and the accuracy of the heating / cooling control for the entire substrate. It becomes possible to improve.
この発明による冷却機能を有する加熱装置は、被処理物が載置される熱伝導性基板と、この基板の内部あるいは表面に基板の一方端部から他方端部へかけて配設された基板を加熱するための加熱部と、基板の内部あるいは表面に基板の一方端部から他方端部へかけて接触状に配設された基板を冷却するための冷却部とを備えてなり、冷却部と基板とが接触する箇所の接触表面積は、基板の一方端部寄り箇所におけるそれよりも他方端部寄り箇所におけるそれの方が大きくされている。 A heating apparatus having a cooling function according to the present invention includes a thermally conductive substrate on which an object to be processed is placed, and a substrate disposed from one end of the substrate to the other end inside or on the surface of the substrate. A heating unit for heating, and a cooling unit for cooling the substrate disposed in contact with the inside or the surface of the substrate from one end to the other end of the substrate. The contact surface area of the portion in contact with the substrate is larger at the portion near the other end than at the portion near the one end of the substrate.
そして、基板の他方端部寄り箇所と一方端部寄り箇所との間における、冷却部と基板との接触表面積に関する上記のような差により、基板の他方端部寄り箇所における冷却効率が一方端部寄り箇所における冷却効率よりも大きくなる。従って、この加熱装置によれば、基板の他方端部をプラズマ処理室の中の被処理物搬入/搬出室を臨む区域に配置した場合に、その区域における基板の冷却効率を向上させることができる。その結果、基板に載置されて処理された被処理物の諸特性に悪影響が及ぶおそれを回避することができる。 Then, due to the above-described difference in the contact surface area between the cooling part and the substrate between the position near the other end of the substrate and the position near the one end, the cooling efficiency at the position near the other end of the substrate becomes one end. It becomes larger than the cooling efficiency at the side portion. Therefore, according to this heating apparatus, when the other end portion of the substrate is disposed in an area facing the workpiece loading / unloading chamber in the plasma processing chamber, the cooling efficiency of the substrate in the area can be improved. . As a result, it is possible to avoid the possibility that the various characteristics of the object to be processed placed on the substrate and processed will be adversely affected.
また、この加熱装置によれば、特許文献1に記載された加熱装置のようにプラズマ処理用電極の両面に溝を形成する構成ではなく、上記のような構成であるので、製造コストも比較的少ない。
Further, according to this heating device, since the configuration is as described above rather than the configuration in which grooves are formed on both surfaces of the plasma processing electrode as in the heating device described in
以下、添付図面である図1〜図6に基づいて、この発明の好ましい3つの実施の形態を説明する。なお、これらによってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, three preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the present invention is not limited by these.
実施の形態1
図1に示されたように、実施の形態1における加熱装置E1が組み込まれたプラズマ処理装置Dは、互いに隣接状に設けられた第1真空室1および第2真空室2を備えてなる。これら2つの真空室1,2は、長手方向である左右へ直線状に延びる1つのケーシングを、開閉可能な1つの隔離用ゲートバルブ4によって左右2つに区画することで、構成されている。
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus D in which the heating apparatus E1 according to
2つの真空室1,2はいずれもステンレス鋼製で、内面には鏡面加工が施されている。ゲートバルブ4は、昇降可能に構成されており、上昇した位置で2つの真空室1,2を連通状態にし、最も下まで下降した位置で2つの真空室1,2を隔離する。
The two
第1真空室1は、板状の被処理物(ここでは、トレー5とこのトレー5に搭載されるプラズマ処理用基板6とからなる)を搬入/搬出するための被処理物搬入・搬出室にされている。第2真空室2は、被処理物搬入・搬出室1に隣接状に接続された、被処理物にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室にされている。
The
また、被処理物搬入・搬出室1は、開閉バルブ16aを介して外部の真空ポンプ14に接続されている。プラズマ処理室2は、開閉バルブ16aおよび圧力調整バルブ16bを介して外部の真空ポンプ14に接続されている。被処理物搬入・搬出室1には、その出入口側に被処理物搬入・搬出用扉17が設けられている。プラズマ処理室2は、プラズマ処理用反応ガスを導入するための反応ガス導入管19に接続されている。被処理物搬入・搬出室1はリークガス導入管20に接続されている。
Further, the workpiece loading /
被処理物搬入・搬出室1およびプラズマ処理室2にはそれぞれ、プラズマ処理用基板6が搭載されたトレー5をその前後両長辺部分において挟持した状態で左右へ搬送する複数のローラー202・202・……・202(図1には前方側ローラーのみ図示)が設けられている。
A plurality of
プラズマ処理室2には、プラズマ処理用アノード電極7が設けられている。アノード電極7とトレー5とは、電気的に接続されているとともに接地されている。また、プラズマ処理室2のアノード電極7の上方には、対向状にプラズマ処理用カソード電極18が設けられている。カソード電極18は、プラズマ処理室2の外部におけるコンデンサ21および整合回路22を介して、高周波電源23へ電気的に接続されている。
A plasma
アノード電極7は、トレー5および基板6の温度制御(加熱・冷却)を行うためのこの発明の実施の形態1〜3における加熱装置E1〜E3のそれぞれの構成要素の一部を構成している。
The
すなわち、図1および図2に示されたように、この発明の実施の形態1における加熱装置E1は、被処理物であるトレー5および基板6が載置される熱伝導性基板としてのアルミニウム合金製アノード電極7と、このアノード電極7の内部にその一方端部から他方端部へかけて接触状に埋設された、アノード電極7を加熱するための加熱部としての複数の折り返し状加熱部材31,……,31と、アノード電極7の内部にその一方端部から他方端部へかけて接触状に埋設された、アノード電極7を冷却するための冷却部としての複数の折り返し状冷却部材32,……,32とを備えてなる。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, heating apparatus E1 according to
これらの加熱部材31,……,31は、アノード電極7の他方端部寄り箇所に平面形状がU字型の湾曲部分31a,……,31aを有し、それ以外の箇所に直線状部分31b,……,31bを有し、互いに並列状に隣り合って設けられた7本のU字部材としての管状ヒータ(ここではシーズヒータ)31,……,31からなる。
These
また、これらの冷却部材32,……,32はいずれもステンレス鋼から構成されている。そして、これらの冷却部材32,……,32は、対応する加熱部材31,……,31である管状ヒータ31,……,31の湾曲部分31a,……,31aを臨む箇所に蛇行状部分32c,……,32cを有し、それ以外の箇所に直線状部分32b,……,32bを有し、それぞれの管状ヒータ31,……,31の外側に沿って互いに並列状に隣り合って設けられた7本の略U字部材としての冷却管(ここでは冷却用窒素ガス流通管)32,……,32からなる。それぞれの冷却管32は、内部へ導入された冷却用ガスを流通させた後に外部へ排出することができるものである。
These cooling
これらの管状ヒータ31,……,31と冷却管32,……,32とは、アノード電極7の内部で同一高さに設けられている(図3を参照)。また、それぞれの管状ヒータ31は、アノード電極7の一方端部において外部のヒータ用配線33に接続されている。さらに、これらの管状ヒータ31,……,31は互いに独立して加熱温度制御することができるものであり、これらの冷却管32,……,32は互いに独立して冷却温度制御することができるものである。
These
図3および図4に示されたように、アノード電極7は、厚さ方向において互いに対向するように接合される一対の基板半体としてのアノード電極半体7a、7bから形成されている。そして、管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32は、一対のアノード電極半体7a、7bによって挟み込まれている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
すなわち、これらのアノード電極半体7a、7bの2つの対向面10a、10bのそれぞれには、冷却管32,……,32を嵌合するための溝8a,……,8a、8b,……8bと、管状ヒータ31,……,31を嵌合するための溝9a,……,9a、9b……,9bとが形成されている。そして、管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32は、それぞれの管状ヒータ31が溝9a,9bに、それぞれの冷却管32が溝8a,8bに嵌合された状態で、接合された一対のアノード電極半体7a、7bによって挟み込まれている。
That is,
次に、図3および図4を参照して、加熱装置E1の構成およびその製造方法について説明する。 Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the structure of the heating apparatus E1 and its manufacturing method are demonstrated.
アノード電極半体7a、7bにおける冷却管32,……,32を嵌合するための溝8a,……,8a、8b,……8bと、管状ヒータ31,……,31を嵌合するための溝9a,……,9a、9b,……,9bとは、例えばアノード電極半体7a、7bの平坦な対向面10a、10bにあらかじめ溝形成用切削加工を施すことによって、形成することができる。
To fit the
これらの溝8a,……,8a、8b,……8b、9a,……,9a、9b,……,9bは、アノード電極半体7a,7bの対向面10a,10bの側から見た平面形状が略U字形状あるいはU字形状となっている。溝8a,8bの断面形状は、冷却管32,……,32が溝8a,8bの内面に接する形状であればよく、溝9a,9bの断面形状は、管状ヒータ31,……,31が溝9a,9bの内面に接する形状であればよい。
These
この実施形態1では、図4に示されたように、管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32の断面形状はいずれも円とされている。また、溝8a,……,8a、8b,……,8b、9a,……,9a、9b,……,9bの断面形状は、これらがそれぞれの内面のほぼ全体で冷却管32,……,32および管状ヒータ31,……,31と接触するように、いずれも円弧とされている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the
これらのアノード電極半体7a,7bは、冷間圧延によるカシメや、ねじ止めにより一体化することができる。この実施形態1では、これらのアノード電極半体7a,7bをねじ501,501,501によりねじ止めして一体化することで、アノード電極7の内部に管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32が配設されてなる加熱装置E1を製造した。
These
このようにして製造された加熱装置E1にあっては、管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32が、上記のようにアノード電極7の内部に7本ずつ、かつ、アノード電極7と接触状に、埋設されている。従って、この加熱装置E1によれば、被処理物であるトレー5・基板6およびアノード電極7の特定箇所を選択的に加熱/冷却制御することが可能である。
In the heating device E1 thus manufactured, the
また、この加熱装置E1には、管状ヒータ31,……,31の湾曲部分31a,……,31aを臨む箇所に冷却管32,……,32の蛇行状部分32c,……,32cが設けられている。そして、それによって、冷却管32,……,32とアノード電極7とが接触する箇所の接触表面積は、アノード電極7の一方端部寄り箇所におけるそれよりも他方端部寄り箇所におけるそれの方が大きくされている。
In addition, the heating device E1 is provided with
従って、この加熱装置E1によれば、アノード電極7の他方端部寄り箇所、特に管状ヒータ31,……,31の湾曲部分31a,……,31aを臨む箇所におけるアノード電極7の冷却効率を、アノード電極7の他方端部寄り箇所以外の箇所、特に管状ヒータ31,……,31の直線状部分31b,……,31bを臨む箇所におけるアノード電極7の冷却効率よりも大きくすることができる。これによって、アノード電極7の他方端部をプラズマ処理室2の中の被処理物搬入/搬出室1を臨む区域に配置した場合に、その区域におけるアノード電極7の冷却効率を向上させることができる。その結果、アノード電極7に載置されて処理された被処理物の諸特性に悪影響が及ぶおそれを回避することができる。
Therefore, according to this heating device E1, the cooling efficiency of the
さらに、この加熱装置E1によれば、特許文献1に記載された加熱装置のようにプラズマ処理用電極の両面に溝を形成する構成ではなく、上記のような構成であるので、製造コストも比較的少ない。
Furthermore, according to this heating device E1, since it is not the structure which forms a groove | channel on both surfaces of the electrode for plasma processing like the heating apparatus described in
実施の形態2
図1および図5に示されたように、この発明の実施の形態2における加熱装置E2は、被処理物であるトレー5および基板6が載置される熱伝導性基板としてのアノード電極7と、このアノード電極7の内部にその一方端部から他方端部へかけて接触状に埋設された、アノード電極7を加熱するための加熱部としての複数の折り返し状加熱部材31,……,31と、アノード電極7の内部にその一方端部から他方端部へかけて接触状に埋設された、アノード電極7を冷却するための冷却部としての複数の折り返し状冷却部材32,……,32とを備えてなる。
Embodiment 2
As shown in FIGS. 1 and 5, the heating device E2 according to the second embodiment of the present invention includes an
加熱部材31,……,31は、アノード電極7の他方端部寄り箇所に平面形状がU字型の湾曲部分31a,……,31aを有し、それ以外の箇所に直線状部分31b,……,31bを有し、互いに並列状に隣り合って設けられた7本のU字部材としての管状ヒータ(ここではシーズヒータ)31,……,31からなる。
The
また、冷却部材32,……,32は、アノード電極7の他方端部寄り箇所に平面形状がU字型の湾曲部分32a,……,32aを有し、それ以外の箇所に直線状部分32b,……,32bを有し、それぞれの管状ヒータ31,……,31の外側に沿って互いに並列状に隣り合って設けられた7本のU字部材としての冷却管(ここでは冷却用窒素ガス流通管)32,……,32からなる。
The cooling
この加熱装置E2は、アノード電極7の内部において管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32の外側に配設された冷却促進部材としての1本の冷却促進管(ここでは冷却用窒素ガス流通管)35をさらに備えている。
The heating device E2 includes a single cooling promotion tube (here, a cooling promotion member as a cooling promotion member disposed outside the
冷却促進管35は、アノード電極7の他方端部寄り箇所における7本の管状ヒータ31,……,31の湾曲部分32a,……,32aを臨む蛇行状部分35aと、この蛇行状部分35aに連なり、アノード電極7の両側縁のそれぞれに沿って直線状に延びる直線状部分35b,35bとからなる。
The cooling
冷却促進管35の蛇行状部分35aは、7本の管状ヒータ31,……,31の湾曲部分32a,……,32aおよびその近傍部分を付加的に冷却するための部分である。また、冷却促進管35の直線状部分35b,35bは、主としてアノード電極7の両側縁にそれぞれ隣接する2本の管状ヒータ31,31の直線状部分31b,31bを付加的に冷却するための部分である。
The meandering
この加熱装置E2における他の構成、大きさ、使用材料および製造方法などは、上記の加熱装置E1におけるそれらと実質的に同一である。 Other configurations, sizes, materials used, manufacturing methods, and the like in the heating device E2 are substantially the same as those in the heating device E1.
この加熱装置E2にあっては、管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32が、上記のようにアノード電極7の内部に7本ずつ、かつ、アノード電極7と接触状に、埋設されている。従って、この加熱装置E2によれば、被処理物であるトレー5・基板6およびアノード電極7の特定箇所を選択的に加熱/冷却制御することが可能である。
In this heating device E2, the
また、この加熱装置E2では上記のように、アノード電極7の他方端部寄り箇所における7本の管状ヒータ31,……,31の湾曲部分32a,……,32aを臨む蛇行状部分35aのある冷却促進管35が設けられている。そして、それによって、冷却管32,……,32および冷却促進管35とアノード電極7とが接触する箇所の接触表面積は、アノード電極7の一方端部寄り箇所におけるそれよりも他方端部寄り箇所におけるそれの方が大きくされている。
Further, in the heating device E2, as described above, the meandering
従って、この加熱装置E2によれば、アノード電極7の他方端部寄り箇所、特に管状ヒータ31,……,31の湾曲部分31a,……,31aを臨む箇所におけるアノード電極7の冷却効率を、アノード電極7の他方端部寄り箇所以外の箇所、特に管状ヒータ31,……,31の直線状部分31b,……,31bを臨む箇所におけるアノード電極7の冷却効率よりも大きくすることができる。これによって、アノード電極7の他方端部をプラズマ処理室2の中の被処理物搬入/搬出室1を臨む区域に配置した場合に、その区域におけるアノード電極7の冷却効率を向上させることができる。その結果、アノード電極7に載置されて処理された被処理物の諸特性に悪影響が及ぶおそれを回避することができる。
Therefore, according to this heating device E2, the cooling efficiency of the
さらに、この加熱装置E2によれば、特許文献1に記載された加熱装置のようにプラズマ処理用電極の両面に溝を形成する構成ではなく、上記のような構成であるので、製造コストも比較的少ない。
Furthermore, according to this heating device E2, since it is not the structure which forms a groove | channel on both surfaces of the electrode for plasma processing like the heating apparatus described in
実施の形態3
図1および図6に示されたように、この発明の実施の形態3における加熱装置E3は、被処理物であるトレー5および基板6が載置される熱伝導性基板としてのアノード電極7と、このアノード電極7の内部にその一方端部から他方端部へかけて接触状に埋設された、アノード電極7を加熱するための加熱部としての複数の折り返し状加熱部材31,……,31と、アノード電極7の内部にその一方端部から他方端部へかけて接触状に埋設された、アノード電極7を冷却するための冷却部としての複数の折り返し状冷却部材32,……,32とを備えてなる。
As shown in FIGS. 1 and 6, the heating device E3 according to the third embodiment of the present invention includes an
加熱部材31,……,31は、アノード電極7の他方端部寄り箇所に平面形状がU字型の湾曲部分31a,……,31aを有し、それ以外の箇所に直線状部分31b,……,31bを有し、互いに並列状に隣り合って設けられた5本のU字部材としての管状ヒータ(ここではシーズヒータ)31,……,31からなる。
The
また、冷却部材32,……,32は、直径がより大きい大径部分32d,……,32dと、直径がより小さい小径部分32e,……,32eとを有し、それぞれの管状ヒータ31,……,31の外側に沿って互いに並列状に隣り合って設けられた5本のU字部材としての冷却管(ここでは冷却用窒素ガス流通管)32,……,32からなる。
The cooling
すなわち、それぞれの冷却管32の大径部分32dは、一部が湾曲しているとともに冷却管32の直径が他の箇所よりも大きい部分である。それぞれの大径部分32dは、対応する管状ヒータ31の湾曲部分31aおよびその近傍部分を臨む箇所(アノード電極7の他方端部から中央部までの箇所)に設けられている。また、それぞれの冷却管32の小径部分32eは、直線状であって冷却管32の直径が他の箇所よりも小さい部分である。それぞれの小径部分32eは、大径部分32d以外の箇所(アノード電極7の中央部から一方端部までの箇所)に設けられている。
That is, the large-
それぞれの冷却管32の大径部分32dは、対応する管状ヒータ31の湾曲部分31aおよびその近傍部分を付加的に冷却するための部分である。
The large-
この加熱装置E3における他の構成、大きさ、使用材料および製造方法などは、上記の加熱装置E1におけるそれらと実質的に同一である。 Other configurations, sizes, materials used, manufacturing methods, and the like in the heating device E3 are substantially the same as those in the heating device E1.
この加熱装置E3にあっては、管状ヒータ31,……,31および冷却管32,……,32が、上記のようにアノード電極7の内部に5本ずつ、かつ、アノード電極7と接触状に、埋設されている。従って、この加熱装置E3によれば、被処理物であるトレー5・基板6およびアノード電極7の特定箇所を選択的に加熱/冷却制御することが可能である。
In the heating device E3, the
この加熱装置E3には、管状ヒータ31,……,31の湾曲部分31a,……,31aおよびその近傍部分を臨む箇所に、冷却管32,……,32の大径部分32d,……,32dが設けられている。そして、それによって、冷却管32,……,32とアノード電極7とが接触する箇所の接触表面積は、アノード電極7の一方端部寄り箇所におけるそれよりも他方端部寄り箇所におけるそれの方が大きくされている。
In the heating device E3, the large-
従って、この加熱装置E3によれば、アノード電極7の他方端部寄り箇所、特に管状ヒータ31,……,31の湾曲部分31a,……,31aおよびその近傍部分を臨む箇所におけるアノード電極7の冷却効率を、アノード電極7の他方端部寄り箇所以外の箇所、特に管状ヒータ31,……,31の直線状部分31b,……,31bを臨む箇所におけるアノード電極7の冷却効率よりも大きくすることができる。これによって、アノード電極7の他方端部をプラズマ処理室2の中の被処理物搬入/搬出室1を臨む区域に配置した場合に、その区域におけるアノード電極7の冷却効率を向上させることができる。その結果、アノード電極7に載置されて処理された被処理物の諸特性に悪影響が及ぶおそれを回避することができる。
Therefore, according to the heating device E3, the
さらに、この加熱装置E3によれば、特許文献1に記載された加熱装置のようにプラズマ処理用電極の両面に溝を形成する構成ではなく、上記のような構成であるので、製造コストも比較的少ない。
Furthermore, according to the heating device E3, the configuration is not the configuration in which the grooves are formed on both surfaces of the plasma processing electrode as in the heating device described in
この発明による冷却機能を有する加熱装置は、上記の実施形態1〜3に記載されたように、被処理物の表面にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に組み込むことができる。また、この発明による冷却機能を有する加熱装置は、被処理物を所望温度に加熱しあるいは焼成するためなどに利用される冷却機能を有する加熱装置として、幅広い用途に適用することができる。 The heating apparatus having a cooling function according to the present invention can be incorporated in a plasma processing apparatus for performing plasma processing on the surface of an object to be processed, as described in the first to third embodiments. In addition, the heating device having a cooling function according to the present invention can be applied to a wide range of uses as a heating device having a cooling function used for heating or baking a workpiece to a desired temperature.
1・・・第1真空室(被処理物搬入・搬出室)
2・・・第2真空室(プラズマ処理室)
4・・・ゲートバルブ
5・・・被処理物(トレー)
6・・・被処理物(プラズマ処理用基板)
7・・・アノード電極(熱伝導性基板)
7a・・電極半体(基板半体)
7b・・電極半体(基板半体)
8a・・溝
8b・・溝
9a・・溝
9b・・溝
10a・・対向面
10b・・対向面
14・・・真空ポンプ
16a・・開閉バルブ
16b・・圧力調整バルブ
17・・・被処理物搬入・搬出用扉
18・・・カソード電極
19・・・反応ガス導入管
20・・・リークガス導入管
21・・・コンデンサ
22・・・整合回路
23・・・高周波電源
31・・・管状ヒータ(U字部材)(加熱部材)(加熱部)
31a・・湾曲部分
31b・・直線状部分
32・・・冷却管(U字部材)(略U字部材)(冷却部材)(冷却部)
32a・・湾曲部分
32b・・直線状部分
32c・・蛇行状部分
32d・・大径部分
32e・・小径部分
33・・・ヒータ用配線
35・・・冷却促進管(冷却促進部材)
35a・・蛇行状部分
35b・・直線状部分
202・・ローラー
501・・ねじ
E1・・・加熱装置
E2・・・加熱装置
E3・・・加熱装置
1 ... 1st vacuum chamber (workpiece loading / unloading chamber)
2 ... Second vacuum chamber (plasma processing chamber)
4 ... Gate valve 5 ... Workpiece (tray)
6 ... Object to be processed (Plasma processing substrate)
7 ... Anode electrode (thermally conductive substrate)
7a ... Electrode half (substrate half)
7b .. Electrode half (substrate half)
8a ..
31a ··
32a ··
35a ...
Claims (10)
複数の加熱部材および複数の冷却部材は、それぞれの冷却部材がそれぞれの加熱部材の外側に沿って配設され、かつ、それぞれの加熱部材が前記加熱部材嵌合溝に、それぞれの冷却部材が前記冷却部材嵌合溝に嵌合された状態で、接合された前記一対の基板半体によって挟み込まれている請求項2記載の加熱装置。 The substrate is formed of a pair of substrate halves joined to face each other in the thickness direction, and a heating member fitting groove and a cooling member fitting groove are formed on at least one of the two opposing surfaces of these substrate halves. Formed,
In the plurality of heating members and the plurality of cooling members, each cooling member is disposed along the outside of each heating member, each heating member is in the heating member fitting groove, and each cooling member is in the above-mentioned The heating apparatus according to claim 2, wherein the heating apparatus is sandwiched between the pair of substrate halves joined together in a state of being fitted into the cooling member fitting groove.
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