JP2006222214A

JP2006222214A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2006222214A
Application number: JP2005033117A
Authority: JP
Inventors: Masao Tsuji; 雅夫辻; Takashi Ito; 伊藤　　隆; Toshihiro Nakajima; 敏博中島
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-08-24
Also published as: US20060174981A1

Abstract

【課題】載置台の内部に収容される作動液の蒸気の流れがよどむことを抑制して、基板面内にわたって均一に熱処理を行うことが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】載置台１の内部の空間Ａには、作動液が収容されるとともに、中央部に配置される冷却プレートを囲むように４本の棒状ヒータ３が配置されている。加熱時は、各棒状ヒータ３によって発生した蒸気が、載置台１の中心部及び周縁端側に向かって拡がる（矢印を付した２点鎖線で模式的に示す）。このように、蒸気が互いに衝突することなく周縁端まで到達することができ、よどみ点の発生を抑制できる。したがって、載置台１を均一に昇温できるので、基板に対して基板面内にわたって均一に熱処理を行うことができる。また、冷却プレートを載置台１の中央部に配置することにより、載置台１を効率よく冷却することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して熱処理を行う熱処理装置に関する。

従来、この種の装置として、基板を載置する載置台と、この載置台に付設された加熱ヒータおよび冷却プレートとを備えたものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

この載置台の内部には空間が形成されており、この空間内に作動液が封入されている。図７（ａ）を参照する。図７（ａ）は、従来の熱処理装置の載置台の水平断面図である。図示するように、載置台４１内の空間の下部には、溝形状の作動液室４３が載置台４１の中央部を挟む形で平行に２列配置されており、作動液がこれら作動液室４３に貯溜されている。各作動液室４３には、作動液を加熱するヒータ４５が設けられている。このように載置台４１にはヒートパイプ構造が形成されている。載置台４１の下面には、載置台４１を冷却する冷却プレート（図示省略）が設けられている。

このような構成の熱処理装置は、ヒータ４５を発熱させることにより、載置台４１を昇温させる。この載置台４１の上面に当たる載置面に基板を載置して加熱処理する。このとき、載置台４１の内部では、作動液が蒸発し、この蒸気が空間内を対流し、凝縮することで、載置台４１には均一に熱が与えられる。よって、載置面の温度を均一に昇温させることができる。

特開２００３−２９７７３８号公報

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、蒸気は空間内全体をスムーズに流れることができずに、蒸気の流れが溜まってしまう部分が生じてしまう。図７（ａ）に蒸気の流れを矢印のついた二点鎖線で示す。ヒータ４５及び作動液室４３の付近において発生した蒸気は、その周辺に向かって拡がる。このとき、２本のヒータ４５間の中心線上では、蒸気の流れが衝突する。そして、この中心線上であって載置台４１の周縁端側においては、蒸気の流れが大きくよどんでしまう（図７（ａ）において、蒸気がよどむ範囲を符号「Ｑ」を付して示す）。蒸気の流れがよどむ領域（以下では「よどみ点」と呼ぶ）においては、蒸気から載置台４１へ伝達される熱量が低下する。また、空間内に窒素等の不純物が混入している場合は、よどみ点に不純物が溜まり、蒸気の凝縮反応が妨げられてしまう。これにより、載置台４１の載置面の温度は、よどみ点において適切に昇温することができず、載置面内の温度の不均一を招く。さらに、載置台４１の周縁端側は、中心部に比べて放熱しやすいため、載置面内において中心部との温度差が助長される。

これに対して、図７（ｂ）に示すように、ヒータ４５を３本に増加することも考えられる。しかし、このように構成した場合でも、よどみ点（図７（ｂ）において、符号「Ｑ」を付して示す）の発生を抑制する効果は得られず、載置面の温度の不均一を解消することはできない。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、載置台の内部に収容される作動液の蒸気の流れがよどむことを抑制して、基板面内にわたって均一に熱処理を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。

この発明は、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、基板に熱処理を行う熱処理装置において、基板を載置し、その内部に作動液を収容している載置台と、前記作動液を加熱する加熱手段と、前記載置台を冷却する冷却手段と、を備え、前記冷却手段は平面視にて前記載置台の中央部に設けられ、前記加熱手段は、前記冷却手段の周囲を囲んで配置されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、中央部に配置される冷却手段の周囲を囲んで加熱手段が配置される。この配置により、載置台の内部に収容される作動液が蒸発すると、その蒸気は平面視にて載置台の中心部に向かう流れと、載置台の周縁端側に向かう流れとが生じる。ここで、中心部に向かう流れは互いに衝突するので、載置台の中央部で蒸気の流れがよどむ可能性もある。しかし、載置台の中央部は、周縁端側に比べて放熱による影響が少ないので、温度の均一性を妨げることはない。他方、載置台の周縁端側へ向かう流れは、互いに衝突することなく、載置台の周縁端まで到達することができる。すなわち、作動液の流れがよどむことを抑制することができる。これにより、蒸気は載置台全体をスムーズに対流することができるので、載置台を均一に加熱することができる。したがって、載置台に載置される基板に対して、基板面内にわたって均一に熱処理することができる。

さらに、載置台において周縁端側は、中央部に比べて放熱等の影響を受けるので、比較的温度変化が大きく、載置台の温度の均一性を保つのが困難である。しかし、本発明によれば、中央部に配置される冷却手段より外周側に加熱手段を配置することで、周縁端側の温度をより的確に制御し、載置台の温度の均一性を容易に確保することができる。

また、載置台を冷却する冷却手段が平面視にて中央部に配置される。この配置により、周縁端側に比べて温度変化が小さい（保温性がある）中央部を効果的に冷却させることができ、効率よく載置台の温度を降下させることができる。

なお、冷却手段について「載置台を冷却する」とは、直接載置台を冷却することや、作動液を冷却することで間接的に載置台を冷却することが含まれる。

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、前記加熱手段は少なくともｎ本以上（ｎは３以上の整数）の棒状ヒータで構成され、前記棒状ヒータのそれぞれが、前記冷却手段を中心としたｎ角形の各辺となるように配列されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、棒状ヒータによって、蒸気の流れが衝突することを抑制することができる加熱手段を構成することができる。

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、前記加熱手段は、面状ヒータであることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、面状ヒータによって、蒸気の流れが衝突することを抑制することができる加熱手段を構成することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱処理装置において、前記面状ヒータは、前記冷却手段を中心とした環形状であることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項４に記載の発明によれば、蒸気の流れが衝突することをより蒸気の流れの衝突をさらに抑制することができる加熱手段を構成することができる。

なお、本明細書は、次のような熱処理装置に係る発明も開示している。

（１）請求項２に記載の熱処理装置において、さらに前記載置台の内部に、作動液を貯留するとともに、全ての前記棒状ヒータを配設する共通の作動液室を備えることを特徴とする熱処理装置。

前記（１）に記載の発明によれば、各棒状ヒータの発熱量に差異があっても、これを吸収することができる。よって、作動液室全体にわたって均一に蒸気を発生させることができる。

この発明に係る熱処理装置によれば、中央部に配置される冷却手段の周囲を囲んで加熱手段が配置される。この配置により、載置台の内部に収容される作動液が蒸発すると、その蒸気は平面視にて載置台の中心部に向かう流れと、載置台の周縁端側に向かう流れとが生じる。ここで、中心部に向かう流れは互いに衝突するので、載置台の中央部で蒸気の流れがよどむ可能性もある。しかし、載置台の中央部は、周縁端側に比べて放熱による影響が少ないので、温度の均一性を妨げることはない。他方、載置台の周縁端側へ向かう流れは、互いに衝突することなく、載置台の周縁端まで到達することができる。すなわち、作動液の流れがよどむことを抑制することができる。これにより、蒸気は載置台全体をスムーズに対流することができるので、載置台を均一に加熱することができる。したがって、載置台に載置される基板に対して、基板面内にわたって均一に熱処理することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係る熱処理装置の概略構成を示した垂直断面図であり、図２は、載置台の水平断面図であり、図３は、冷却プレートの水平断面図である。

実施例に係る熱処理装置は、熱処理の対象である基板Ｗを載置する載置台１と、この載置台１に付設される棒状ヒータ３および冷却プレート５と、棒状ヒータ３および冷却プレート５を操作して載置台１の温度を制御するコントローラ７とに大きく分けられる。

載置台１の上面には、セラミック製の小球１ｂが複数個はめ込まれて、基板Ｗを点接触の状態で載置する載置面１ａが形成されている。これにより、熱処理のムラを防止することができる。なお、小球１ｂを省略して基板Ｗを面接触の状態で載置する載置面としてもよい。

また、載置台１は、この載置面１ａの温度を検出するための温度センサ１１を備えている。

載置台１の内部には密閉された空間Ａが形成されており、減圧下において作動液１３が収容されている。この空間Ａの底面には溝部によって作動液室１５が形成される。作動液室１５は、平面視にて載置台１の中央部を囲む四角形を描くように連なって形成されている。また、この空間Ａには、強度確保のための複数本の柱１７が立設されている。

さらに、作動液室１５の４辺には、棒状ヒータ３がそれぞれ配置されており、棒状ヒータ３が発熱することにより作動液１３を加熱する。このように、作動液室１５に棒状ヒータ３を配置することで、載置台１の姿勢が水平でない場合であっても棒状ヒータ３が作動液１３から露出してしまうことがない。よって、棒状ヒータ３は、適切に作動液１３を加熱することができる。

棒状ヒータ３は、電源スイッチ２３を介して交流電源２１に電気的に接続されている。この電源スイッチ２３が「入」状態のとき、交流電力が棒状ヒータ３に供給される。この電源スイッチ２３は、コントローラ７によって操作される。

平面視にて載置台１の中央部には、冷却プレート５が設けられている。この冷却プレート５は、熱伝導率が高い２枚の金属板を張り合わせてなり、それらの合わせ面には管路５ａが削設されている。管路５ａは蛇行して形成されており、その両端は流入口５ｂ、及び流出口５ｃとなっている。

冷却プレート５の流入口５ｂは、電磁開閉弁３５を介して工場のユーティリティ等として備わる冷却水供給源３１と連通接続されている。この電磁開閉弁３５が開放することにより冷却水が管路５ａに供給される。この電磁開閉弁３５も、コントローラ７によって操作される。管路５ａを通じた冷却水は、流出口５ｃを通じて、冷却プレート５外へ排出される。冷却プレート５は、この発明における冷却手段に相当する。

このコントローラ７には、温度センサ１１の検出結果が入力され、載置面１ａの温度が与えられる。そして、載置面１ａが所定の目標温度と載置面１ａの温度とに基づいて、電源スイッチ２３及び電磁弁３５を操作して、載置面１ａの温度を制御する。

次に、上述した構成の熱処理装置において、載置面１ａの温度を上昇、または下降させるときの動作を説明する。

載置面１ａの温度を目標温度に上昇させるときは、コントローラ７は目標温度と載置面１ａの温度とに基づいて、電源スイッチ２３を「入」状態にする。このとき、電磁開閉弁３５を閉止させている。棒状ヒータ３に交流電力が供給され、棒状ヒータ３は発熱する。この棒状ヒータ３により、作動液室１５に貯留される作動液１３は加熱され、蒸発する。

ここで、４本の棒状ヒータ３を共通の作動液室１５に配置しているので、各棒状ヒータ３の発熱量に差異があっても、これを吸収することができる。よって、作動液室１５全体にわたって均一に蒸気を発生させることができる。

図４を参照する。図４は、載置台１の水平断面図において蒸気の流れを模式的に示す図である。図４において、矢印を付けた二点鎖線が、作動液の蒸気の流れを示している。

発生した蒸気は、その周囲に拡がる。本実施例では、棒状ヒータ３が中央部を囲むように配置されているため、蒸気は載置台１の中心部および周縁端側に向かう。

載置台１の中央部においては、蒸気が四方から流入し、衝突をおこす。このとき、蒸気のよどみが生じうる。しかし、蒸気が四方から流入しているため、また、周縁端側に比べて放熱量が少なく保温性が高いので、載置面１ａの温度の均一性を妨げることはない。

他方、載置台１の周縁端側には、最寄の棒状ヒータ３で発生した蒸気が、衝突することなく到達することができる。このため、よどみの発生を抑制することができる。

なお、棒状ヒータ３の両端部の発熱特性により、載置台１の周縁端側に向かう蒸気の流れにおいて比較的弱い部分が生じ得る。この場合、その周囲から蒸気が流入する結果、蒸気の流れの衝突を起こして、よどみが発生してしまう（蒸気の流れがよどむ領域を、図４において符号「Ｐ」で模式的に示す）。しかし、蒸気の流れがよどむ領域（以下では、「よどみ点」という）は、その法線が棒状ヒータ３の端部を通過する周縁上近傍に限定されて、載置面１ａの温度の均一性を損なわないほど十分小さい。

また、たとえ空間Ａに作動液１３及びその蒸気とは異質の気体（以下、不純物という）が混入してしまった場合であっても、不純物は少なくとも４箇所のよどみ点に分散される。よって、各よどみ点に存在する不純物の量は少なく抑えられるので、作動液の凝縮反応を妨げることがなく、載置面１ａの温度の均一性を損なわない。

また、載置面１ａのうち周縁端側は、中央部に比べて放熱等の影響を受けて容易に温度変化する。しかしながら、本実施例のように、各棒状ヒータ３は、冷却プレート５より外周側に配置されるので、中央部に棒状ヒータ３を配置する場合に比べ、周縁端側の加熱をより的確に行うことができる。したがって、載置台１の温度の均一性を容易に確保することができる。

以上のように、載置面１ａの温度を上昇させることで、載置面１ａを予め目標温度にした後、基板Ｗを載置面１ａに載置して適切に熱処理することができる。また、基板Ｗを載置しつつ、載置面１ａの温度を目標温度に上昇させて加熱処理を行ってもよい。

一方、載置面１ａの温度を新たな目標温度に下降させるときは、コントローラ７は、その目標温度と載置面１ａの温度に基づいて、電磁開閉弁３５を開放する。開放された電磁開閉弁３５を介して、冷却水供給源３１から冷却プレート５に冷却水が供給される。供給される冷却水は流入口５ｂを通じて、管路５ａを流れる。管路５ａを流れる冷却水は、載置台１からの熱を回収する。これにより、載置台１の下面中央部から載置台１全体を冷却する。なお、電源スイッチ２３は「切」状態である。

ここで、載置台１の中央部は、その周縁端側に比べて温度変化が小さい（保温性が高い）。よって、載置台１の中央部に設けられている冷却プレート５により、効率よく載置台１の温度を下降させることができる。

以上のように、載置面１ａの温度を下降させることで、載置面１ａを予め目標温度にした後、基板Ｗを載置面１ａに載置して適切に熱処理することができる。また、基板Ｗを載置しつつ、載置面１ａの温度を目標温度に下降させて冷却処理を行ってもよい。

次に、この発明の実施例２を説明する。なお、実施例２は、実施例１の棒状ヒータ３を面状ヒータ４に変更するものであり、この点を中心について説明する。図５は、実施例２に係る熱処理装置の要部の概略構成を示した垂直断面図である。実施例１と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明を省略する。

実施例２に係る熱処理装置は、熱処理の対象である基板Ｗを載置する載置台２と、載置台２に付設される面状ヒータ４および冷却プレート５と、面状ヒータ４および冷却プレート５を操作して載置台２の温度を制御するコントローラ（図示省略）とに大きく分けられる。ここで、図５では図示を省略しているが、面状ヒータ４に電気的に接続される交流電源系統（交流電源、電源スイッチを含む）、冷却プレート５に連通接続される冷却水供給／排出系（冷却水供給源、電磁開閉弁を含む）、及びこれらを操作するコントローラについては、実施例１と同様のものを備えている。

載置台２の内部に形成される作動液室１６は、載置面２ａよりも小さい外径の環形状（リング状）であり、その内径は載置面２ａの中央部／冷却プレート５を囲むように形成されている。

また、載置台２の下面であって、作動液室１６の底面に相当する範囲に、面状ヒータ４が配置される。したがって、面状ヒータ４も作動液室１６と同様な環形状となる。この面状ヒータ４の配置により、載置台２の姿勢が水平でない場合であっても、作動液室１６の底面が露出してしまうことがないので、適切に面状ヒータ４によって加熱することができる。面状ヒータ４としては、マイカヒータやシリコンラバーヒータ等が例示される。

次に、上述した構成の熱処理装置において、載置面２ａの温度を上昇させるときの動作を説明する。

載置面２ａの温度を目標温度に上昇させるときは、図示省略のコントローラは目標温度と載置面２ａの温度とに基づいて、面状ヒータ４に交流電力を供給する。面状ヒータ４は発熱し、作動液室１６に貯留される作動液１３は加熱され、蒸発する。

図６を参照する。図６は、載置台２の水平断面図において蒸気の流れを模式的に示す図である。図６において、矢印を付けた二点鎖線が、作動液の蒸気の流れを示している。図示するように、作動液室１６で発生した蒸気は、載置台２の中心部および周縁端側に向かって拡がる。

載置台２の中央部では、蒸気が全方向から流入し、衝突をおこす。このとき、蒸気のよどみが生じうる。しかし、蒸気が流入していることには変わりなく、また、周縁端側に比べて放熱量が少なく保温性が高い部分であるので、載置面２ａの温度の均一性を損なうことはない。

他方、載置台２の周縁端側には、その法線方向から蒸気が互いに衝突をすることなく到達する。このため、よどみ点が発生することがない。よって、載置面２ａの温度をより均一に上昇させることができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例１では、４本の棒状ヒータ３に対して共通の作動液室１５を形成していたが、各棒状ヒータ３についてそれぞれ作動液室を分離して形成してもよい。これにより、棒状ヒータ３の設置に伴うシール等が容易になる。

（２）上述した実施例１では、４本の棒状ヒータ３を用いたが、３本以上であれば、適宜に変更できる。このとき、例えば３本の棒状ヒータで加熱する場合は、平面視にて載置台１の中央部を囲む三角形の各辺となるように各棒状ヒータを配列すればよい。

（３）上述した実施例２では、面状ヒータ４は、円環形状であったが、作動液室１６の形状とともに適宜に変更できる。たとえば、内周を冷却プレート５に合わせて四角形等の形状に変更してもよい。また、外周を載置台２の周縁端まで延ばしてもよい。

実施例１に係る熱処理装置の概略構成を示した垂直断面図である。載置台の水平断面図である。冷却プレートの水平断面図である。載置台の水平断面図において蒸気の流れを模式的に示す図である。実施例２に係る熱処理装置の要部の概略構成を示す垂直断面図である。載置台の水平断面図において蒸気の流れを模式的に示す図である。従来の熱処理装置の載置台の水平断面図において蒸気の流れを模式的に示す図である。

符号の説明

１、２ …載置台
１ａ、２ａ …載置面
３ …棒状ヒータ
４ …面状ヒータ
５ …冷却プレート
１３ …作動液
１５、１６ …作動液室
Ｗ …基板
Ａ …空間

Claims

基板に熱処理を行う熱処理装置において、
基板を載置し、その内部に作動液を収容している載置台と、
前記作動液を加熱する加熱手段と、
前記載置台を冷却する冷却手段と、
を備え、
前記冷却手段は平面視にて前記載置台の中央部に設けられ、
前記加熱手段は、前記冷却手段の周囲を囲んで配置されていることを特徴とする熱処理装置。
請求項１に記載の熱処理装置において、
前記加熱手段は少なくともｎ本以上（ｎは３以上の整数）の棒状ヒータで構成され、前記棒状ヒータのそれぞれが、前記冷却手段を中心としたｎ角形の各辺となるように配列されていることを特徴とする熱処理装置。
請求項１に記載の熱処理装置において、
前記加熱手段は、面状ヒータであることを特徴とする熱処理装置。
請求項３に記載の熱処理装置において、
前記面状ヒータは、前記冷却手段を中心とした環形状であることを特徴とする熱処理装置。