JP2000193376A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱プレート上面の温度分布を均一にすること
ができつつも、昇降温時のレスポンスを向上させること
ができる熱処理装置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗを熱プレート１に載置して加熱処
理を施す熱処理装置において、熱プレート１にヒートパ
イプ７を埋設するとともに冷却溝９を設けた。熱プレー
ト１の熱容量を小さくすることができ、熱プレート１上
面の温度分布均一性を保ちつつも熱プレート１の昇降温
時のレスポンスを向上させることができる。特に、熱容
量が小さな熱プレート１に冷却溝９を配備したので、降
温時のレスポンスを極めて高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや液
晶表示器用のガラス基板、フォトマスク用のガラス基
板、光ディスク用の基板など（以下、単に基板と称す
る）を熱プレートに載置して加熱処理を施す熱処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の熱処理装置としては、ア
ルミニウムなどの伝熱性の良い金属材料で形成された肉
厚の熱プレートの下部に、マイカヒータなどの発熱体を
埋設したものが挙げられる。このように構成された装置
では、発熱体によって熱プレートの全体を熱処理のため
の処理温度に加熱し、熱プレートの上面に載置した基板
に対して加熱処理を施すようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、加熱プレートの上面に載置されて処理
される基板の面内温度分布を均一にするためには、熱プ
レートの上面の温度分布を均一にする必要があるが、そ
のためには発熱体から熱プレート上面までの伝熱部分の
厚みをある程度大きくする必要がある。すると熱プレー
トの熱容量が増加し、昇降温時のレスポンスが悪化して
温度の昇降に長時間を要することになる。

【０００４】その一方、熱プレートの伝熱部分の厚みを
小さくすると、昇降温時のレスポンスは向上するもの
の、熱プレートの上面の温度分布均一性が低下し、基板
の面内温度分布を均一にして熱処理をすることができな
くなる。

【０００５】このように従来の熱処理装置では、熱プレ
ートの上面の温度分布の均一性と、昇降温時のレスポン
スの向上という相反する特性を両立させることが困難と
なっている。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、熱プレート上面の温度分布を均一にす
ることができつつも、昇降温時のレスポンスを向上させ
ることができる熱処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、基板を熱プレートに載置
して加熱処理を施す熱処理装置において、前記熱プレー
トにヒートパイプを埋設するとともに冷却手段を配設し
たことを特徴とするものである。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の熱処理装置において、前記冷却手段を前記ヒー
トパイプとほぼ同じ高さ位置に埋設したことを特徴とす
るものである。

【０００９】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の熱処理装置において、前記冷却手段を前記ヒー
トパイプより下方の高さ位置に埋設したことを特徴とす
るものである。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。伝熱性が極めて高く、周囲の温度分布を均一にする
均熱性にも優れているヒートパイプを熱プレートに埋設
することにより、熱プレートの伝熱部分を薄くしても熱
プレートの上面の温度分布を均一にすることができる。

【００１１】また、上記のように熱プレート上面の温度
分布均一性を損なうことなく熱プレートの伝熱部分を薄
くすることができ、さらにヒートパイプ自体の熱容量が
小さいので、熱プレート全体の熱容量が小さくなり、熱
プレートの昇降温時のレスポンスを向上させることがで
きる。特に、自然冷却にまかせず積極的に冷却するため
の冷却手段を熱プレートに配設したので、降温時のレス
ポンスを極めて向上させることができる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、熱
容量の小さなヒートパイプの間に冷却手段を設けること
ができるので、冷却手段により熱プレートを急冷却する
ことが可能となる。

【００１３】また、請求項３に記載の発明によれば、ヒ
ートパイプを熱プレート上面近くに、冷却手段をその下
方にと高さ位置を変えて埋設することになるので、熱容
量の小さなヒートパイプを熱プレートの上面近くに密に
埋設することが可能となり、熱プレートの上面の温度分
布をより均一にすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。 ＜第１実施例＞図１は、第１実施例に係る熱処理装置の
概略構成を示す平面図であり、図２は縦断面図である。

【００１５】基板Ｗを載置するための熱プレート１は、
下部にマイカヒータなどの発熱体３が埋設され、この発
熱体３と熱プレート１の上面との間の伝熱部分５には棒
状のヒートパイプ７を挿入するための複数本の穴（図示
省略）が横向きに穿設されている。そして、これらの穴
にはヒートパイプ７が挿入されている。

【００１６】ヒートパイプ７は、アルミニウムやステン
レス鋼、銅などの金属パイプの内側に、ガラス繊維や網
状の細い銅線などでつくったウィック材を張ったり、ま
たは溝を形成するとともに、内部を減圧してフレオンや
アンモニア、水などの作動液を封入して形成されてい
る。このような構造のヒートパイプ７は、伝熱性が極め
て高く、ヒートパイプ７およびその周囲の温度分布を均
一にする均熱性にも優れているものである。

【００１７】熱プレート１の伝熱部分５に埋設された複
数本のヒートパイプ７と同じ高さ位置には、流路縦断面
形状が矩形状を呈する冷却溝９が、埋設された各ヒート
パイプ７を避けるために大きく蛇行するように穿たれて
いる。また、この冷却溝９の一端側には注入配管１１が
連通接続されており、冷却溝９の他端側には排出配管１
３が連通接続されている。注入配管１１には冷却流体供
給源１５が連通されており、冷却流体の供給は電磁開閉
弁１７によって制御される。

【００１８】したがって、発熱体２によって加熱された
基板Ｗを冷却する際には、閉止状態の電磁開閉弁１７を
開放して冷却温度に設定されている冷却流体（気体や液
体）を注入配管１１から流入させ、熱を吸収した冷却流
体を排出配管１３を通して装置外部に排出するようにな
っている。なお、上述した冷却溝９が本発明における冷
却手段に相当するものである。

【００１９】さらに熱プレート１には、埋設されたヒー
トパイプ７と、これらの間を縫うようにして形成された
冷却溝９との双方に干渉しない位置に、熱プレート１の
下面から上面に貫通した３個の貫通孔１９が形成されて
いる。これらの貫通孔１９には、支持ピン２１が昇降可
能に挿通されている。各支持ピン２１は、エアシリンダ
２３の作動軸に連動連結された昇降部材２５に立設され
ており、全ての支持ピン２１が同時に昇降するようにな
っている。したがって、エアシリンダ２３を作動させる
ことにより、支持ピン２１の先端部を熱プレート１の上
面から上方に突出させたり、逆に支持ピン２１の先端部
を熱プレート１の上面から下方に退出させることがで
き、これにより図示しない搬送手段との間での基板Ｗの
受け渡しを行うようになっている。

【００２０】また、熱プレート１の上面には、３個の凹
部が穿たれており、各凹部のそれぞれに凹部の深さより
も若干大径の球体２７が嵌め込まれている。熱プレート
１に基板Ｗが載置されると、これらの３個の球体２７に
よって熱プレート１の上面からプロキシミティギャップ
と呼ばれる微小な隙間が保たれた状態で支持され、熱プ
レート１の上面からの輻射熱によって均一に加熱できる
ように構成されている。なお、凹部および球体２７を省
略して、熱プレート１の上面に基板Ｗを直接的に載置し
て熱処理を施すように構成してもよい。

【００２１】このように伝熱性が極めて高く、周囲の温
度分布を均一にする均熱性にも優れているヒートパイプ
７を熱プレート１に埋設することにより、熱プレート１
の伝熱部分５を従来装置に比較して薄くしたとしても、
発熱体３により熱プレート１を所定の処理温度に加熱し
た時の熱プレート１の温度分布を均一にすることができ
る。

【００２２】なお、周囲の温度分布を均一にすることが
できるというヒートパイプ７の特性上、本実施例装置の
ように埋設された各ヒートパイプ７の間に隙間があった
としても各隙間における温度分布をヒートパイプ７とほ
ぼ同じ温度分布にすることができる。

【００２３】また、上記のように熱プレート１の上面に
おける温度分布均一性を損なうことなく熱プレート１の
伝熱部分５を薄くすることができ、さらにヒートパイプ
７自体の熱容量が小さいので、熱プレート１の全体の熱
容量が小さくなり、熱プレート１の昇降温時のレスポン
スを向上させることができる。

【００２４】特に、降温時には、処理温度に加熱するた
めの発熱体２への電力供給を遮断することによる自然冷
却だけに任せることなく、電磁開閉弁１７を開放して冷
却温度に設定された冷却流体を冷却溝９に流通させて積
極的に冷却を行っている関係上、熱プレート１を急速に
冷却することができて降温時のレスポンスを極めて向上
させることができる。そのため、基板Ｗの冷却を迅速に
実施することができて複数枚の基板Ｗを順次に処理する
ような場合でも熱処理を効率良く施すことができる。

【００２５】＜第２実施例＞図３は、本実施例に係る熱
処理装置の概略構成を示す平面図であり、図４は縦断面
図である。なお、上述した第１実施例と同じ構成につい
ては同符号を付けることで詳細な説明については省略す
る。

【００２６】本実施例では、冷却溝９をヒートパイプ７
よりも下方に形成した点において上記第１実施例と相違
する。このようにヒートパイプ７と冷却溝９を上下方向
で異なる位置に設けたので、伝熱部分５の厚みが嵩むも
ののヒートパイプ７を熱プレート１の上面近くに密に埋
設することができる。そのため熱プレート１の上面の温
度分布をより均一にすることができるので、基板Ｗの面
内温度分布をさらに均一にすることができる。

【００２７】また、上述した第１実施例と同様に、冷却
温度に設定された冷却流体を冷却溝９に流通させる積極
的な冷却を行うことにより、熱プレート１を急速に冷却
することができて降温時のレスポンスを極めて向上させ
ることができる。

【００２８】なお、本実施例では、ヒートパイプ７と冷
却溝９を上下方向で異なる位置に設けているため、冷却
溝９の直線部分とヒートパイプ７とが直交するように配
設してもよい。

【００２９】＜変形例＞本発明は、以下のように変形実
施することも可能である。

【００３０】第１変形例（図５）

【００３１】この装置は、上記の各実施例で採用した棒
状のヒートパイプ７に代えて平面視Ｃの字状のヒートパ
イプ７を埋設したものである。Ｃの字状の各ヒートパイ
プ７は、それぞれ径が異なり、これらを同芯状にして埋
設してある。

【００３２】冷却溝９は、上述した第１実施例装置と同
様にヒートパイプ７よりも下方に形成されているが、上
述した第２実施例装置と同様にヒートパイプ７と同じ高
さ位置に形成するようにしてもよい。この場合には、各
Ｃの字状のヒートパイプ７の開放部分を通るように冷却
溝９を形成すればよい。

【００３３】第２変形例（図６）

【００３４】この装置は、基板Ｗの直径よりも大きな径
を有する一つの円盤状のヒートパイプ７を熱プレート１
の上部に配設して構成されている。ヒートパイプ７の作
動液が封入される内部７ａには、支持ピン２１が昇降す
る貫通孔１９のための円柱が３か所に形成されている以
外はほぼ完全な空洞となっている。このような構成の場
合には、上述した実施例装置と同様の効果を得ることが
できる他に、一つのヒートパイプ７を用いているため熱
プレート１の上面における温度分布均一性をより一層高
めることが可能となる。

【００３５】なお、上述した説明では冷却手段として冷
却溝９を採用しているが、これに代えて、冷却のための
配管を付設したり、熱プレート１の下面にフィンを取り
付け、このフィンに冷風を送風あるいは単に周囲の気体
を送風することにより冷却する強制空冷機構を採用して
もよい。また、ペルチェ素子を熱プレート１に埋設した
り、熱プレート１の下面に取り付けるようにしてもよ
い。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、熱プレートにヒートパイプを
埋設したので、熱プレート上面の温度分布の均一性を損
なうことなく熱プレート全体の熱容量を小さくすること
ができ、熱プレート上面の温度分布均一性を保ちながら
も熱プレートの昇降温時のレスポンスを向上させること
ができる。特に、熱容量が小さな熱プレートに冷却手段
を配備して積極的に冷却するようにしているので、降温
時のレスポンスを極めて高めることができ、基板の冷却
を迅速に実施することができて基板の熱処理を効率良く
施すことができる。

【００３７】また、請求項２に記載の発明によれば、冷
却手段により熱プレートを急冷却することが可能となる
ので、基板の冷却を迅速に実施することができて、基板
の熱処理を効率良く施すことができる。

【００３８】また、請求項３に記載の発明によれば、熱
容量の小さなヒートパイプを熱プレートの上面近くに密
に埋設することが可能となり、熱プレートの上面の温度
分布をより均一にすることができるので、基板の面内温
度分布をより均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る熱処理装置の概略構成を示す
平面図である。

【図２】第１実施例に係る熱処理装置の概略構成を示す
縦断面図である。

【図３】第２実施例に係る熱処理装置の概略構成を示す
平面図である。

【図４】第２実施例に係る熱処理装置の概略構成を示す
縦断面図である。

【図５】第１変形例に係る熱処理装置の概略構成を示す
平面図である。

【図６】第２変形例に係る熱処理装置の概略構成を示す
平面図及び縦断面図である。

【符号の説明】

Ｗ … 基板 １ … 熱プレート ３ … 発熱体 ５ … 伝熱部分 ７ … ヒートパイプ ９ … 冷却溝（冷却手段） １１ … 注入配管 １３ … 排出配管 １５ … 冷却流体供給源 １７ … 電磁開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹田 滋 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 Ｆターム(参考） 4K045 RA06 RB04 4K063 AA05 BA12 CA03 FA15 FA19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を熱プレートに載置して加熱処理を
   施す熱処理装置において、 前記熱プレートにヒートパイプを埋設するとともに冷却
   手段を配設したことを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱処理装置において、 前記冷却手段を前記ヒートパイプとほぼ同じ高さ位置に
   埋設したことを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の熱処理装置において、 前記冷却手段を前記ヒートパイプより下方の高さ位置に
   埋設したことを特徴とする熱処理装置。