JP2002213882A

JP2002213882A - 熱処理装置および熱処理方法

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Publication number: JP2002213882A
Application number: JP2001011872A
Authority: JP
Inventors: Sohei Tsuji; 荘平辻; Atsushi Hiura; 淳志日浦
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: JP4003206B2

Abstract

(57)【要約】【課題】不活性ガスの使用量が少なく迅速かつ再現性
よく容易に低酸素濃度で熱処理できる熱処理装置を提供
することを目的とする。【解決手段】熱処理室１内で被処理物Ｐを熱処理する
熱処理装置である。熱処理室１内を真空引きする真空引
手段６と、熱処理室１の被処理物搬入出口を開閉する扉
５と、板状被処理物Ｐが載置されるとともに載置された
被処理物Ｐを加熱、冷却する被処理物熱処理板４と、熱
処理板４上の被処理物Ｐを輻射加熱する輻射加熱装置３
とを備え、熱処理板４の内部に１または２以上の流路が
設けられ、輻射加熱装置３および熱処理板４内に異なる
温度の熱媒体を流して、熱処理板４上に載置された被処
理物Ｐに熱処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板、半導
体基板、プリント基板等の板状被処理物およびその上に
形成される絶縁性、導電性あるいはマスク形成用等の膜
を加熱、降温する熱処理装置および熱処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱処理装置として、例えば連続炉
のように、複数の熱処理ゾーンを備え、被処理物が、第
１熱処理ゾーンから最終熱処理ゾーンを経て搬出される
までの間に被処理物に対して段階的な温度変化（以下、
単に熱処理という）をさせるものがある。

【０００３】なお、段階的な温度変化とは、予熱、本加
熱のような複数段階加熱の他、加熱、冷却の組み合わせ
も含むものとする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば、リフロー処理
を行う際、近年環境保全の観点から、鉛を含まないはん
だが用いられている。このようなはんだは酸化しやすい
ため、酸素濃度を低くする必要があり、Ｎ_２雰囲気にお
いて処理を行うのが一般的である。しかしながら、上
記、従来の熱処理装置は、連続炉であるため、被処理物
搬入出口から外気が侵入するとともに、Ｎ_２ガスが搬入
出口から外部に漏れるので酸素濃度を低くするためには
Ｎ_２ガスを炉内に大量に供給する必要があるという問題
がある。

【０００５】また、上記熱処理装置においては、被処理
物搬送中の振動が避けられない。このため、例えば、上
記熱処理装置によって被処理物である基板に膜を焼成す
るさい、焼成される膜厚さが均一でなくなる、あるい
は、はんだバンプを形成するさいにバンプの形状が歪ん
だり不揃いになったりすることがあるという問題が生じ
る。

【０００６】その他、熱処理装置内に設けられる搬送装
置や両端開口からの熱ロスの問題、熱処理装置の大型化
という問題などもある。また、搬送装置による発塵も避
けられない。さらに、被処理物によっては搬送に適して
いない形状のものもある。

【０００７】本発明は、上記問題を解決することを課題
とし、不活性ガスの使用量が少なく迅速かつ再現性よく
容易に低酸素濃度で熱処理できる熱処理装置を提供する
ことを目的とする。また、被処理物が搬送されることな
く、従って被処理物の搬送による上記問題の発生するこ
とのない熱処理装置を提供することを目的とする。さら
に、熱ロスが小さく小型であり、被処理物の形状によら
ず熱処理を高い精度で行える熱処理装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の熱処理装置は、熱処理室内で被処理物を熱
処理する熱処理装置であって、熱処理室内を真空引きす
る真空引手段と、熱処理室の被処理物搬入出口を開閉す
る扉と、板状被処理物が載置されるとともに載置された
被処理物を加熱、冷却する被処理物熱処理板と、熱処理
板上の被処理物を輻射加熱する輻射加熱装置とを備え、
熱処理板の内部に１または２以上の流路が設けられ、輻
射加熱装置と熱処理板内に異なる温度の熱媒体を流すこ
ととで熱処理板上に載置された被処理物に熱処理を施す
ことを特徴とするものである。

【０００９】この熱処理装置によれば、熱処理室内に被
処理物を搬入した後、扉によって搬入出口を閉じ、熱処
理室内を密閉した状態で、真空引を行って処理室内の酸
素濃度を低くすることができる。

【００１０】また、被処理物を搬送することなく、熱処
理できるので、熱処理中に被処理物が振動することがな
い。そして、被処理物を搬送している間に熱処理を行う
ものではないので、被処理物の搬送スペースが必要でな
く装置が小型になり、熱ロスが小さくなる。しかも搬送
するのに適さない形状の被処理物をも高い精度で熱処理
を行える。また、装置が小型であるので熱処理室を形成
するために大がかりな耐圧容器や真空排気系を必要とせ
ず、装置を安価にすることができる。

【００１１】また、本発明の熱処理方法は、熱処理室内
において、１または２以上の流路が内部に形成された被
処理物熱処理板に載置された被処理物に対して熱処理を
行う方法であって、熱処理室内を真空引きする工程と、
熱処理室内に所定のガスを導入する工程と、流路に流れ
る第１熱媒体により被処理物を温度変化させる行程と、
輻射加熱装置によって被処理物を温度変化させる行程
と、さらに、流路へ第２熱媒体を流して被処理物を温度
変化させる行程を備えているものである。

【００１２】この方法においても上記と同様の効果が得
られる。

【００１３】上記熱処理装置は、雰囲気ガスなどを供給
するガス供給手段および処理室内のガスを外部に排出す
るガス排出手段を備えているのが通常である。

【００１４】そして、ガス供給手段およびガス排出手段
により形成される気流によって処理室内部の、例えばフ
ラックス蒸気などの不要物が処理室外部に排出される。

【００１５】加熱は、熱処理板および輻射加熱装置によ
って行われ、また、被処理物を熱処理板によって下方か
ら冷却して降温させることができるので、被処理物に熱
風および冷風を吹き付ける必要がなく、膜やバンプの形
状が歪んだり不揃いになったりすることがない。また、
降温時には、被処理物側から上側に向かって膜やはんだ
が固まるので、ボイド等の欠陥が生成することがない。

【００１６】熱処理板としては内部が中空であり、この
中空部分に１または２以上の板状仕切部材が、仕切部材
に対して垂直な方向に移動自在に設けられて熱処理板内
に２つ以上の流路が形成されており、一つの流路に熱媒
体が流されたときに、板状仕切部材が移動して残りの流
路が閉じられるものがある。

【００１７】また、他の熱処理板として内部が中空であ
り、この中空部分に１または２以上の膜状仕切部材が設
けられ、熱処理板内に２つ以上の流路が形成され、一つ
の流路に熱媒体が流されたときに、膜状仕切部材が変形
して他の流路が閉じられるものなどがある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。

【００１９】図１に示された第１の実施形態の熱処理装
置は、断熱壁によって形成された熱処理室(1)と、熱処
理室(1)内に上下に間隔をおいて配され、熱処理室(1)内
を複数、例えば、３つの熱処理空間(1a)に気密に分割し
ている隔壁(8)と、隔壁(8)に取り付けられた遮熱板(2)
と、各熱処理空間(1a)に１つ設けられた水平状被処理物
熱処理板(4)と、各熱処理板(4)の上側に配されたガス供
給兼輻射加熱装置(3)と、処理室(1)の前壁に上下に間隔
をおいて形成された複数の被処理物搬入出口を開閉する
複数の扉(5)と、処理室(1)の後壁を貫通して処理室(1)
内の熱処理板(4)の周囲に開口した複数の真空引兼ガス
排出管(6)とを備えている。そして、被処理物熱処理板
(4)上に被処理物である基板（被処理物）(P)が配されて
いる。なお、図示は省略したが熱処理装置の前方には公
知の被処理物搬入出装置が配されており、この搬入出装
置によって被処理物(P)が搬入出される。また、各熱処
理空間(1a)はそれぞれ独立して熱処理を行えるようにな
っている。

【００２０】ガス供給兼輻射加熱装置(3)は、赤外線や
遠赤外線を放射する棒状ランプや棒状ヒータなどが複数
並べて収められたハウジングと、ハウジングを貫通した
冷却媒体流路(3a)とを備えている。流路(3a)はバルブ(B
9)(B10)を介して図示しない冷却媒体供給源に接続され
ている。さらに、ハウジングには図示しないガス供給管
が接続されていると共に、ハウジングの下面には内部に
収められた棒状ランプなどを避けて、複数のガス供給用
開口があけられ、この開口からガスが供給されるように
なっている。用いるガスは目的によって異なるが、通常
Ｎ_２や不活性ガス等が雰囲気ガスとして用いられる。

【００２１】中空熱処理板(4)内には膜状仕切部材(10)
が設けられている。膜状仕切部材(10)は、伸縮性を有
し、図２に実線で示したように周端が熱処理板(4)の周
壁内面の高さの中央に固定されて熱処理板(4)を上下に
２分割している。なお、膜状仕切部材(10)の状態は熱処
理板(4)内の第１、第２熱媒体の量により変化する。

【００２２】熱処理板(4)の最下部に第１熱媒体導入管
(11)と第１熱媒体導出管(12)とがそれぞれ接続されてい
る。熱処理板(4)の最上部には第２熱媒体導入管(13)と
第２熱媒体導出管(14)とがそれぞれ接続されている。な
お、各管(11)(12)(13)(14)にはバルブ(B5)(B6)(B7)(B8)
が設けられている。また、熱媒体導入管(11)(13)および
熱媒体導出管(12)(14)はそれぞれ第１、第２熱媒体供給
源に接続され、後に述べる様に熱処理板(4)内を流れた
熱媒体を回収して再利用するようになっている。

【００２３】図２には、熱処理板(4)内に等量の第１、
第２熱媒体が入っている状態が示されているが、膜状仕
切部材(10)の状態は熱処理板(4)内の第１、第２熱媒体
の量により変化する。なお、図示は省略したが、各熱媒
体貯留槽と熱処理板(4)とを結ぶ配管部分は、断熱材に
より覆われて保温されている。

【００２４】真空引兼ガス排出管(6)は、熱処理室(1)の
外部で分岐し、一方がバルブ(B1)を介して真空引ポンプ
に、他方がバルブ(B2)を介して排気管に接続されてい
る。

【００２５】この熱処理装置を例えば、半導体ウェハ上
に多数のはんだバンプを形成する工程ではんだリフロー
装置として用いる場合について以下に述べるが、この熱
処理装置によって他の熱処理を行うことも可能である。
また、熱処理板(4)上にボール状のはんだ(B)が載せられ
た被処理物(P)を載置し、熱処理後に取り出す手順は公
知のものであるので、以下、１つの熱処理空間(1a)内の
熱処理板(4)上に載置された被処理物(P)にはんだリフロ
ーを施す手順について詳細に説明する。なお、独立に運
転される他の空間(1a)についても同様の手順で熱処理が
行われる。

【００２６】まず、被処理物(P)が熱処理空間(1a)内の
熱処理板(4)に載置された後、扉(5)が閉じられて熱処理
空間(1a)が密封される。そして、予め閉じられていたバ
ルブ(B1)(B2)のうち、バルブ(B1)が開かれて真空引ポン
プによって熱処理空間(1a)内が真空引きされる。熱処理
空間(1a)内が、真空引きされてバルブ(B1)が閉じられた
後、熱処理空間(1a)内にＮ_２ガスが供給される。

【００２７】ついでバルブ(B5)(B7)が閉じられ、かつバ
ルブ(B6)(B8)が開かれた状態からバルブ(B5)が開かれ、
第１熱媒体導入管(11)から第１熱媒体が熱処理板(4)内
に流れ込み、図２に二点鎖線で示したように、膜状仕切
部材(10)が上方へと膨らむ。そして、膜状仕切部材(10)
は、周壁内面の上半分、上壁内面に沿う形状となり、熱
処理板(4)内が第１熱媒体によって満たされる。これに
よって被処理物(P)を予熱する。この後、バルブ(B5)を
閉じ、輻射加熱装置(3)により被処理物(P)を本加熱す
る。リフロー時には、図２中に二点鎖線で示したように
ガス供給兼輻射加熱装置(3)によって上方中央部分から
予熱されたＮ_２ガスが供給される。このさい、バルブ(B
1)は既に閉じられており、バルブ(B2)が開かれて熱処理
板(4)の側方周囲の真空引兼ガス排出管(6)からガスが排
出される。そして、図２中に実線で示すように、リフロ
ー時に発生したフラックス蒸気は、ガスの気流に乗って
熱処理板(4)の側方周囲のガス排出管(6)からガスととも
に排出されるので熱処理空間(1a)内は常にクリーンに保
たれる。なお、図２中には輻射加熱装置(3)からの輻射
熱の流れが破線で示されている。

【００２８】つぎに、輻射加熱をやめ、同時にバルブ(B
7)を開く。そして、第２熱媒体が熱処理板(4)内に流れ
込む。このさい、既にバルブ(B5)は閉じられ、熱処理板
(4)内の第１熱媒体には圧力がかかっていないので、第
２熱媒体が熱処理板(4)内に流れ込むにつれて第１熱媒
体が熱処理板(4)の外部へと押しやられ、膜状仕切部材
(10)は下方へと膨らむ。そして、膜状仕切部材(10)は、
周壁内面の下半分、下壁内面に沿う形状となり、熱処理
板(4)内が第２熱媒体によって満たされる。このように
して被処理物(P)が所定温度に降温される。

【００２９】なお、輻射加熱装置(3)を冷却することに
より被処理物(P)の冷却をいっそう早めることができ
る。さらに、次の処理の初期条件を一定にできるので処
理の再現性を高めることができ、均一な処理を高いスル
ープットで行うことができる。また、この熱処理装置
は、真空パージ式であるため、被処理物(P)の処理に要
するサイクルタイムが短くなる。

【００３０】第１、第２熱媒体は使用温度によって適宜
選択すればよい。加熱時間および降温時間も適宜選択す
ればよい。降温ははんだが流動しなくなった後であれば
冷風によって行ってもよいまた、熱処理板(4)は熱伝導
性のよい材料製であることが好ましい。具体的には、ア
ルミニウム製や銅製などがよい。

【００３１】本発明の熱処理装置は上記実施形態の構成
に限定されるものではなく、適宜変更自在である。例え
ば、各バルブの開閉のタイミングと輻射加熱装置のオ
ン、オフのタイミングとは、必ずしも上記のようには限
定されず、目的により逐次最適なタイミングの組み合わ
せを選択すればよい。また、ガス供給管、ガス排出管の
構成や熱処理板の構成も上記に限定されないことはもち
ろんである。例えば、ガス供給管が輻射加熱装置とは別
に設けられていてもよいし、複数系統のガス供給管が設
けられていてもよい。また、真空引管はガス排出管と共
通としてもよいし、ガス排出管と別に設けてもよい。

【００３２】さらに、第１と第２の熱媒体の流路を入れ
替えてもよい。また輻射加熱装置により加熱した後に、
２段階に降温することもできる。従って本発明の装置
は、第１熱媒体および第２熱媒体の温度を適宜選択する
ことによって被処理物を段階的に加熱することや加熱お
よび冷却を組み合わせた熱処理を行うことができる。

【００３３】すなわち、上記の様に２段階加熱の後に降
温するだけでなく、例えば３段階に加熱することもでき
る。特に内部を多分割された熱処理板においては、熱媒
体が混ざること無く多段階の熱処理ができる。さらに
は、熱処理装置は、はんだリフローのみならず、各種基
板および基板表面に形成された各種の膜の熱処理にも利
用できる。

【００３４】なお、熱処理板内の流路は１つ以上であれ
ばよく、上記実施形態のように流路が２つのものには限
定されない。また、例えば１つの流路内に複数の異なる
温度の熱媒体を切り換えて流すことが実用上ないし経済
上許容される場合は、熱処理板によって多段階の温度変
化を伴う熱処理を行うことができる。さらにまた、実施
形態で熱処理空間の数を３としたのは説明の便宜のため
であってそれ以外の理由はない。なお、熱処理板によっ
て行われる熱処理は熱媒体の温度によって定められるも
のであり、加熱、降温のいずれをも行うことができる。
また、このように熱処理空間を上下に複数設ければ複数
の被処理物を一度に処理できかつ設置面積の少ない熱処
理装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態における熱処理装置の断面
図である。

【図２】同熱処理装置の熱処理板周辺部分の拡大断面図
である。

【符号の説明】

(1) 熱処理室 (3) ガス供給兼輻射加熱装置 (4) 熱処理板 (5) 扉 (6) 真空引兼ガス排出管（真空引手段） (P) 被処理物（基板）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理室内で被処理物を熱処理する熱処
理装置であって、熱処理室内を真空引きする真空引手段と、熱処理室の被処理物搬入出口を開閉する扉と、板状被処理物が載置されるとともに載置された被処理物
を加熱、冷却する被処理物熱処理板と、熱処理板上の被処理物を輻射加熱する輻射加熱装置とを
備え、熱処理板の内部に１または２以上の流路が設けられ、輻射加熱装置と熱処理板内に異なる温度の熱媒体を流す
こととで熱処理板上に載置された被処理物に熱処理を施
すことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】熱処理室内において、１または２以上の
流路が内部に形成された被処理物熱処理板に載置された
被処理物に対して熱処理を行う方法であって、熱処理室内を真空引きする工程と、熱処理室内に所定のガスを導入する工程と、流路に流れる第１熱媒体により被処理物を温度変化させ
る行程と、輻射加熱装置によって被処理物を温度変化させる行程
と、さらに、流路へ第２熱媒体を流して被処理物を温度変化
させる行程を備えていることを特徴とする熱処理方法。