JP2000353707A - 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均一性を良好に保
ちつつ降温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の下部に発
熱体３を付設するとともに、この発熱体３の下部に空冷
式の冷却ジャケット５を付設した。熱プレート１と冷却
ジャケット５との間に伝熱性が悪い発熱体３を介在させ
ているので、温度分布が不均一な冷却ジャケット５によ
り降温を開始したとしてもその影響が熱プレート１に伝
わりにくくなる。したがって、熱プレート１表面の温度
分布均一性を良好に保ったままで降温可能な熱処理装置
を実現できる。

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】従来例に係る熱処理装置としては、伝熱
性の良い金属材料（例えば、アルミニウム）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】ところで、最近の高速昇降温度ベーク炉な
どの熱処理装置においては、発熱体だけでは処理温度を
変更する際に時間がかかるので、熱プレートと発熱体と
の間に冷却機構を介在させている。そして、発熱体と冷
却機構とをそれぞれ制御して熱プレートの温度を所望の
処理温度に変更するようになっている。

【０００４】

【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、処理温度を変更するために冷却機構を
制御して熱プレートの温度を下げようとした場合、伝熱
性の良い熱プレートはすぐにその温度に向かって低下し
始める一方、冷却機構の温度分布がそのまま熱プレート
に直接的に影響を及ぼすことになるため、熱プレート表
面の温度分布均一性が悪化するという問題がある。

【０００５】このように熱プレートの温度分布が不均一
になると、その表面に載置される基板を適切に熱処理を
施すことができなくなる。

【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均一性を良
好に保ちつつ降温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に記載の熱処理装置は、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
プレートの下部に加熱手段を付設するとともに、この加
熱手段の下部に空冷式の冷却手段を付設したことを特徴
とするものである。

【０００８】また、請求項２に記載の熱処理装置は、請
求項１に記載の熱処理装置において、前記冷却手段は、
冷却用気体が注入される複数個の注入口を備えているこ
とを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項３に記載の熱処理装置は、請
求項２に記載の熱処理装置において、前記複数個の注入
口は、平面視で熱プレートの中心から等距離となる位置
に形成されていることを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項４に記載の熱処理装置は、請
求項１ないし３に記載の熱処理装置において、冷却用気
体に対して液体のミストを混合するミスト混合手段をさ
らに備えていることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、熱プレートと
空冷式の冷却手段との間に熱プレートよりも伝熱性が悪
い加熱手段を介在させているので、温度分布が不均一な
冷却手段を用いて降温を開始したとしてもその影響が熱
プレートに直接的に伝わりにくくなる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、冷
却用気体を注入口から冷却手段に注入すると、当然のこ
とながら排出される部分における冷却用気体の方が注入
口付近の温度より高くなる。そのため注入口付近とそれ
以外の部分に対応する熱プレートにて温度分布が少なか
らず不均一となる。そこで、複数個の注入口から冷却用
気体を注入すれば、各注入口ごとの流通経路が短くなる
ので、注入時と排出時における冷却用気体の温度差を小
さくすることができる。

【００１３】また、請求項３に記載の発明によれば、平
面視で熱プレートの中心から等距離となる位置に形成さ
れた複数個の注入口から冷却用気体を注入することによ
り、最も吸熱しやすい状態の冷却用気体による温度低下
範囲が各注入口から同心円状でほぼ均等に周囲に広がる
ので、熱プレートにおける温度分布を均一にすることが
できる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明によれば、ミ
スト混合手段により液体のミストを冷却用気体に混合す
ると、ミストが気化するのに必要な熱量をさらに吸熱す
ることができるようになるので、冷却用気体が吸収する
ことのできる熱量を増大させることができる。

【００１５】

【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は本実施例に係る熱処理装置の概略
構成を示す図であり、図２は熱プレートの平面図であ
る。

【００１６】基板Ｗを載置するための熱プレート１は、
例えば、アルミニウムなどの伝熱性が良好な金属材料に
よって平面視円形状に形成されており、熱容量を大きく
するため比較的肉厚に形成されている。また、その下面
にはマイカヒータなどの発熱体３が付設されている。

【００１７】図示省略しているが、熱プレート１の上面
には３個の球体が嵌め込まれている。したがって、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
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。勿論、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。

【００１８】なお、上述した発熱体３が本発明における
加熱手段に相当する。

【００１９】発熱体３の下面には、さらに冷却ジャケッ
ト５が付設されている。具体的には、冷却用気体を注入
するための４個の注入口７が冷却ジャケット５の下面に
配設されている。これらの注入口７は、平面視で中央部
Ｃの周囲に、中央部Ｃを中心にして等距離の位置に形成
され、かつ、中心部Ｃを中心にほぼ対称になるように形
成されている。また、各注入口７から周縁部側には排出
口９が形成されており、一つの注入口７と一つの排出口
９とが各々流路１１により連通接続されている。各流路
９は、冷却ジャケット５に接する面積を増大させるため
にジグザグ状に形成されている。

【００２０】このように本実施例では、熱プレート１と
冷却ジャケット５との間に発熱体３を介在させているの
で、冷却ジャケット５の温度分布の影響が熱プレート１
に直接的に伝わりにくくなる。したがって、熱プレート
１表面の温度分布均一性を良好に保ったままで降温可能
である。

【００２１】また、４箇所の注入口７から冷却用気体を
注入するので、一つの流路１１の長さを短くすることが
でき、注入時と排出時における冷却用気体の温度差を小
さくすることができて温度分布を均一にすることができ
る。さらに、冷却用気体による温度変化が４個の注入口
７の各々から同心円状でほぼ均等に周囲に広がるので、
熱プレート１における温度分布をさらに均一化できる。

【００２２】各注入口７は、それぞれの注入口７の直下
付近に設けられた噴霧部１３と、流量調節弁１５と、電
磁開閉弁１７とを介して冷却用気体供給源１９に連通接
続されている。噴霧部１３は、冷却用気体が流通する気
体配管２１側の流路の一部が絞られてオリフィスを形成
しており、この部分には液体配管２３から液体が注入さ
れるようになっている。これらの液体配管２３は、流量
調節弁２５と、電磁開閉弁２７とを介して液体供給源２
９に接続されている。

【００２３】上記の冷却用気体供給源１９から供給され
る冷却用気体としては、例えば、クリーンルームのユー
ティリティとして一般的に配備されているドライエアー
供給源からのドライエアーを用いることができ、毎分１
００ＮＬ（ノルマルリットル）で供給する。また、上記
の液体供給源２９からは、例えば、液体として水が供給
されるようになっており、流量調節弁２５によって毎分
０．００１Ｌを供給する。

【００２４】したがって、冷却用気体供給源１９から供
給されたドライエアーは、本発明のミスト混合手段に相
当する噴霧部１３によって水のミストが混入されてから
冷却用気体として各注入口７に注入されることになる。
そのため冷却用気体が流路１１を流通する間に、冷却用
気体に混合された水のミストが気化する熱量をさらに吸
収できるので、吸熱量を増大することができるようにな
っている。したがって、吸熱効率の向上により冷却用気
体の消費量を大幅に削減することができるとともに、熱
プレート１の降温時間を短縮することができる。

【００２５】次に、図３のグラフを参照する。この図３
（ａ）は、上述した熱処理装置による降温時の温度変化
の傾向を示すグラフであり、図３（ｂ）は、従来装置に
よる降温時の温度変化の傾向を示すグラフである。従来
装置の構成は、上から熱プレート、冷却ジャケット、発
熱体の順となっており、冷却ジャケットには一か所から
冷却用気体を注入するように構成されている。

【００２６】なお、測定のための温度センサは、熱プレ
ート１の表面中央部を含む９箇所に十字型に貼付けた
が、それらのうち中央部と周辺部の代表的なものだけに
ついて温度変化の傾向を示している。

【００２７】発熱体３により加熱して熱プレート１をＴ
ａ（＝１５０℃）にまで加熱した後、時間ｔｓにおいて
発熱体３を新たな処理温度Ｔｂ（＝１１０℃）に設定す
るとともに、冷却ジャケット５に水のミストを含んだエ
アーを注入して、熱プレート１に埋設された温度センサ
（図示省略）からの温度情報に基づき温度制御をしてい
る。

【００２８】本発明は、処理温度を新たに設定して温度
制御を開始しても従来装置ほど急激に温度が低下しない
が、中央部と周辺部との温度差Ｔｄは０．４℃程度であ
る。その一方、従来装置は、温度制御の開始時点ｔｓか
ら急激に新たな処理温度Ｔｂに向かって低下してゆく
が、中央部と周辺部との温度差Ｔｄは数℃程度と大きく
なる。また、温度変化が直接的に伝わるため温度制御が
難しく、アンダーシュートとオーバーシュートが繰り返
し生じることになって新たな処理温度Ｔｂへ収束するに
は長時間を要する。本発明では、新たな処理温度Ｔｂに
達するまでの時間は従来装置よりも長いが、最終的に新
たな処理温度Ｔｂに達するまでの時間は従来よりも短く
なっている。

【００２９】＜第２実施例＞次に、図４および図５を参
照して第２実施例について説明する。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すことで詳細
な説明については省略する。

【００３０】本実施例装置は、冷却ジャケット５Ａの構
成が上述した第１実施例とは相違する。すなわち、中央
部Ｃから等距離に４個の注入口７が形成されている点は
同じであるが、中央部Ｃから周縁部に垂直および水平方
向に向かった２箇所に排出口９Ａが形成されている。ま
た、その内部には、平面視十字型の仕切壁１０Ａによっ
て仕切られた平面視扇形の流通室１１Ａが形成されてい
る点において相違している。

【００３１】なお、図示省略しているが、各注入口７に
は上述した第１実施例と同様に、ドライエアーに水のミ
ストが混合された冷却用気体が供給されるようになって
いる。

【００３２】このような構成であっても、上述した第１
実施例と同等の作用を生じるので、同等の効果を得るこ
とができる。なお、仕切壁１０Ａを省略して冷却ジャケ
ット５Ａで共通の一つの流通室１１Ａを備えた構成とし
てもよい。

【００３３】本発明は以下のように変形実施することも
可能である。

【００３４】（１）上記の両実施例装置では、４個の注
入口７と４個のあるいは８個の排出口９，９Ａを形成さ
れた冷却ジャケット５，５Ａを備えているが、図６のよ
うな冷却ジャケット５Ｂを採用してもよい。

【００３５】すなわち、この冷却ジャケット５Ｂは、４
個の注入口７から注入した冷却用気体を、流路１１Ｂを
経て中央部Ｃに形成された大径の一つの排出口９Ｂを通
して排出する構成を採っている。このような構成では、
排出口９Ｂが１つだけであることから排気系への配管を
簡易化できるとともに、上述した装置と同様の効果を奏
する。

【００３６】（２）上記の構成では噴霧部１３を備えて
いるが、これを省略して冷却用気体だけを注入口７から
注入するようにしてもよい。

【００３７】（３）複数個の注入口７が熱プレート１の
温度分布均一性を大きく乱さないのであれば中央部Ｃか
ら等距離に形成されていなくてもよい。

【００３８】（４）注入口７を複数個とすることは必須
ではなく、中央部Ｃに一つだけ設けるようにしてもよ
い。

【００３９】（５）注入口７を冷却ジャケット５の下面
に配設する代わりに、冷却ジャケット５の側面に配設す
るようにしてもよい。また、同様に、排出口９も側面に
配設するようにしてもよい。

【００４０】（６）実施例で挙げた冷却用気体や液体お
よびそれらの流量は一例であり、種々の気体や液体が使
用可能である。また、それらの流量も装置ごとに適宜に
設定可能である。

【００４１】（７）上記の構成では冷却ジャケット５に
４個の注入口７がその中央部Ｃから等距離に形成されて
いたが、それに加えて中央部Ｃにも注入口７を形成する
ようにしてもよい。

【００４２】

【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、熱プレートと冷却手段との間
に伝熱性が悪い加熱手段を介在させているので、温度分
布が不均一な冷却手段により降温を開始したとしてもそ
の影響が熱プレートに伝わりにくくなる。したがって、
熱プレート上面の温度分布均一性を良好に保ったままで
降温可能な熱処理装置を実現できる。

【００４３】また、請求項２に記載の発明によれば、複
数個の注入口から冷却用気体を注入すれば、注入時と排
出時における冷却用気体の温度差を小さくすることがで
きるので、さらに温度分布を均一にすることができると
ともに降温時間を短縮することができる。

【００４４】また、請求項３に記載の発明によれば、冷
却用気体による温度低下が複数個の注入口の各々から同
心円状でほぼ均等に周囲に広がるので、熱プレートにお
ける温度分布をさらに均一にできる。

【００４５】また、請求項４に記載の発明によれば、ミ
ストが気化するのに必要な熱量をさらに吸熱できるよう
になるので、冷却用気体が吸収できる熱量を増大させる
ことができる。したがって、吸熱効率の向上により冷却
用気体の消費量を大幅に削減することができるとともに
降温時間を短縮することができる。

【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
図である。

【図２】熱プレートの平面図である。

【図３】本発明と従来例とにおける降温時の温度変化を
示すグラフである。

【図４】第２実施例に係る熱処理装置の概略構成を示す
図である。

【図５】熱プレートの平面図である。

【図６】変形例に係る熱プレートの平面図である。

【符号の説明】

Ｗ … 基板 １ … 熱プレート ３ … 発熱体（加熱手段） ５ … 冷却ジャケット（空冷式の冷却手段） ７ … 注入口 ９ … 排出口 １１ … 流路 １３ … 噴霧部（ミスト混合手段） １５ … 流量調節弁 １７ … 電磁開閉弁 １９ … 冷却用気体供給源 ２１ … 気体配管 ２３ … 液体配管 ２９ … 液体供給源

───────────────────────────────────────────────────── 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） 5F046 KA04

Claims (4)

【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、 前記熱プレートの下部に加熱手段を付設するとともに、
   この加熱手段の下部に空冷式の冷却手段を付設したこと
   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、 前記冷却手段は、冷却用気体が注入される複数個の注入
   口を備えていることを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の熱処理装置において、 前記複数個の注入口は、平面視で熱プレートの中心から
   等距離となる位置に形成されていることを特徴とする熱
   処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３に記載の熱処理装置に
   おいて、 冷却用気体に対して液体のミストを混合するミスト混合
   手段をさらに備えていることを特徴とする熱処理装置。