JP2008251863A

JP2008251863A - ノズル部材および基板熱処理装置

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Publication number: JP2008251863A
Application number: JP2007091774A
Authority: JP
Inventors: Shingo Nakane; 慎悟中根
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP4885032B2

Abstract

【課題】ノズル長手方向に亘ってより均一温度の気体（流体）を噴出させる。
【解決手段】噴出ノズル２０は、細長で、かつ中空のノズルボディ４０をもち、このボディ２０に、長手方向に延びる複数のノズル口４２と、加熱エアのエア導入口４４とが設けられる。ノズルボディ４０の内部には、その長手方向に亘って延び、かつ当該ノズルボディ４０よりも高熱伝導性の材料からなる第１筒状体４５が組込まれており、この第１筒状体４５が加熱エアによって当該エアと同等の温度に加熱され得るように構成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマ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、「基板」と称する）に対して加熱処理を施す基板熱処理装置に適したノズル部材、および基板熱処理装置に関するものである。

この種の基板熱処理装置として、筐体の内部空間にホットプレートおよび該ホットプレートを貫通して出退移動する基板支持ピンが設けられ、該支持ピンで基板を支持しながら、ホットプレートから発生する熱によって該基板に対して加熱処理を施すものがある。

この基板熱処理装置では、例えばレジスト液が塗布された基板に対して加熱処理を施す場合、レジスト液の種類によってはその成分が昇華し、その昇華物が筐体の内壁面、とくに上面（天井面）に付着・堆積することがある。このような付着物等は、筐体の内壁面から剥離して基板に落下すると、製品不良を招く原因となる。

そこで近年では、かかる不都合を回避すべく、特許文献１に記載されるような基板熱処理装置が提案されている。この装置は、筐体の天井面の下方に噴出ノズルを配置し、この噴出ノズルから天井面に沿って加熱エア（クリーンエア）を噴出させながら排気するように構成されている。つまり、筐体の天井面に沿って加熱エアを流動させることにより昇華物の結晶化を防止し、さらにこの加熱エアと共に前記昇華物を排気することで、前記天井面への昇華物の付着・堆積を防止するものである。

なお、従来の基板熱処理装置では、上記噴出ノズルは、基板の一辺に沿った長尺かつ中空のノズル形状を有し、長手方向に並んだ複数の開口から加熱エアを噴出する構造とされており、ノズル全体が、断熱性を高めるためにステンレス等、熱伝導性が低い材料で構成されている。
特開２００５−１８３６３８号公報

上記のような基板熱処理装置では、前記噴出ノズルに配管を通じて加熱エアが導入されるが、ノズル内を流動する加熱エアには、放熱や前記ボディへの熱伝導によって温度低下が生じる。そのため、所望温度のエアを均一に噴出させるには、ノズル長手方向のごく接近した複数の位置で噴出ノズルに対して加熱エアを導入するのが望ましい。

しかし、諸般の事情により、例えば、噴出ノズルに対する加熱エアの導入位置がノズル長手方向の一端や、中央一箇所に限定されるケースが少なくない。この場合には、導入位置から離間するほどノズル内の加熱エアの温度が低くなり、噴出エアの温度に、エア導入位置をピークとする温度勾配が生じることとなる。この温度勾配における噴出エアの最大温度差は、ノズル長が長くなるに伴い大きくなる。そのため、ノズル長が長い大型基板を対象とする装置では、前記温度差が、基板に均一な熱処理を施す上で無視できない程度に大きくなるケースがある。従って、この点を改善することが望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、レジスト液の昇華物等の付着・堆積を防止すべく、長尺の噴出ノズルを用いて加熱気体流を天井面に沿って形成するようにした基板加熱処理装置等において、ノズル長手方向に亘ってより均一温度の気体（流体）を噴出させ得るようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本願出願人は、ノズル全体を熱伝導性の高い材料から構成し、ノズル全体を流体温度に近づけることで、ノズル内での流体の温度変化を抑制し、ノズル長手方向おける流体温度の均一化を図ることを考えた。しかし、この構成では、流体温度の均一化は可能となるが、ノズル外部への放熱量が多くなり、熱効率的が悪いという問題がある。そこで、この点を改善することにより、次のような発明に想到した。

すなわち、本発明のノズル部材は、熱媒体としての流体を内部に導入する導入口と、周面の一部で長手方向に亘って設けられた吐出口とを有する、長尺かつ中空のノズル本体を備えたノズル部材において、前記ノズル本体の内部に長手方向に亘って配置され、前記ノズル本体よりも熱伝導性の高い材料からなって前記長手方向への熱伝導を促進する熱伝導促進部材が設けられているものである。

この構成によれば、流体が導入されると、ノズル本体の内部に設けられる熱伝導促進部材がその長手方向に亘って容易に流体温度に近い温度となる。そして、このような流体温度とほぼ同等の部材がノズル長手方向に亘って介在することによって、導入口から離れた位置での流体の温度変化が抑制され、流体温度の均一化が図られる。しかも、ノズル本体は、熱伝導促進部材よりも熱伝導性の低い材料から構成されるため、外部への放熱等による熱損失を抑えてノズル部材全体としての断熱性を確保することも可能となる。

より具体的な構成として、前記熱伝導促進部材は、周面適所に長手方向に亘って開口部を有する筒体であり、前記導入口は、この筒体内に流体を導入するように設けられているものである（請求項２）。

この構成によれば、熱伝導促進部材をより短時間で流体温度に近づけることが可能となり、その結果、流体の導入開始後、ノズル口から噴出される流体の温度を速やかに均一化することが可能となる。

なお、熱伝導促進部材は前記ノズル本体よりも熱伝導性の高い材料からなるため、これらの間に熱膨張による歪みが生じることが考えられる。このような不都合は、次の構成により解消される。すなわち、前記熱伝導促進部材は、断面多角形状を有し、その一面で前記ノズル本体の内底面に載置される（請求項３）。

この構成によれば、上記のような熱膨張による歪みの発生を防止できる。但し、この場合、熱伝導促進部材を全くのフリーとすると、ノズル本体内での熱伝導促進部材のずれ等により流体の噴出不良等を招くことが考えられる。

そのため、前記ノズル本体は、前記熱伝導促進部材との間に隙間を有し、かつ当該熱伝導促進部材の前記内底面に沿った移動を規制する規制部を有するものであるのが好適である（請求項４）。この構成によれば、熱伝導促進部材のずれ等による噴出不良等のトラブルを未然に防止することが可能となる。

なお、ノズル本体への熱伝導による熱損失を回避するために、前記熱伝導促進部材は、前記ノズル本体の内部上面に対して離間しているのが好適である。

一方、本発明に係る基板熱処理装置は、基板に加熱処理を施す基台が底部側に設けられた筐体と、加熱気体を噴出するノズル部材とを供え、このノズル部材から噴出される加熱気体により前記筐体の内部上面に沿った加熱気体流を形成しながら前記加熱処理を行う基板熱処理装置において、前記ノズル部材として、上記のような（請求項１乃至５）ノズル部材を備えているものである（請求項６）。

この基熱処理装置によれば、ノズル長手方向に亘って均一な温度の加熱気体流を筐体の内部上面に沿って形成することが可能となる。

請求項１〜５に係るノズル部材によると、ノズル部材の断熱性を確保しつつ、その長手方向に亘ってより均一温度の流体を噴出させることが可能となる。

そして、請求項６に係る基板熱処理装置によると、上記のようなノズル部材を用いて加熱気体を筐体内に噴出するので、ノズル長手方向に亘って均一な温度を有する良好な加熱気体流を形成することが可能となり、その結果、基板の加熱処理をより適切に行うことができるようになる。

本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１および図２は、本発明に係る基板熱処理装置（本発明に係るノズル部材が適用される基板熱処理装置）の実施形態をそれぞれ断面図で示している。

同図に示すように、基板熱処理装置１（以下、処理装置１と略す）は、隔壁として底壁１２、側壁１３および天壁１４をもつ矩形断面の筐体１０を有している。筐体１０のうち側壁１３の一部は扉体１５とされ、基板Ｓの搬入・搬出の際には、この扉体１５が開閉されるように構成されている。筐体１０を構成する側壁１３等は、断熱効果を高めるためにいずれも内部に空間を有した二重壁構造とされている。なお、側壁１３等の内部には、剛性確保のため格子状の補強壁が設けられているが、図面中ではこれを省略している。

前記筐体１０の内底部には、前記底壁１２の上面にホットプレート１６が設置されている。このホットプレート１６にはヒータ等の熱源が内蔵されるとともに、昇降駆動部１８からの駆動力を受けて進退変位する複数の支持ピン１７が設けられている。当実施形態では、このホットプレート１６および支持ピン１７が本発明の基台に相当する。

また、筐体１０の内部には、扉体１５の近傍であって、かつ前記天壁１４の直ぐ下側に、加熱気体、例えば加熱エアを噴出する噴出ノズル２０（本発明に係るノズル部材に相当する）が配備されている。後に詳述するが、噴出ノズル２０は、扉体１５に沿って筐体１０の幅方向（図２の左右方向）に延び、かつ長手方向に並ぶ複数の噴出口を備えており、加熱エアを天壁１４の下面に沿って噴出するよう構成されている。

そして、側壁１３のうち前記扉体１５に対向するものの上端部分にはスリット状の排気口２２が設けられるとともに、この排気口２２を介して筐体１０内の雰囲気を排気する排気ノズル２４が側壁１３の外側面に設けられている。つまり、前記噴出ノズル２０から加熱エアを噴出させる一方で、この排気ノズル２４により筐体１０内の雰囲気を排気することにより、前記加熱エアを天壁１４の下面に沿って加熱エアを流動させつつ排気口２２を介して排気する構成となっている。

なお、筐体１０の外部には、詳しく図示していないが、クリーンエア供給源から供給されるクリーンエアを前記噴出ノズル２０に案内するエア供給配管３０が設けられている。このエア供給配管３０には、その途中部分にヒータ３２が介設されており、このヒータ３２で前記エアを加熱することによって、前記加熱エアを生成して噴出ノズル２０に供給するようになっている。

図３は、上記噴出ノズル２０の具体的な構成を断面図で示している。

前記噴出ノズル２０は、筐体１０の幅方向に延びる細長で、かつ中空のノズルボディ４０（本発明に係るノズル本体に相当する）を有している。このノズルボディ４０は、同図に示すように、矩形断面を有した高さ方向に扁平な形状とされ、エア導入口４４を介してその内部に導入される前記加熱エアを、ノズルボディ４０の先端面（同図で左端面）に形成される複数のノズル口４２を介して噴出させる構成となっている。各ノズル口４２は、ノズルボディ４０の長手方向に細長で、かつ同方向に微小間隔を隔てて一列に設けられている。これにより、噴出ノズル２０は所謂スリットノズルに分類される構成を有している。

ノズルボディ４０は、その長手方向一方側の端部下面に筒状のポート部４３を一体に供えている。このポート部４３には、前記エア供給配管３０の末端部分が接続、固定されており、これによって噴出ノズル２０に前記加熱エアが導入される構造となっている。なお、前記エア導入口４４は、このポート部４３末端の開口部分により構成されている。

ノズルボディ４０は、例えばステンレス等、熱伝導性の低い金属材料から構成さており、これによりボディ内部からの放熱を抑え、ノズルボディ４０内の加熱エアの温度低下を防止し得るように構成されている。

図３に示すように、ノズルボディ４０の内部には、その長手方向に延びる、共に矩形断面をもつ２つの筒状体がエア噴出方向（図３の左右方向）に並べて設けられている。具体的には、ポート部４３に対応する位置に第１筒状体４５が設けられ、この第１筒状体４５と前記ノズル口４２との間の部分に第２筒状体４６が設けられている。

第１筒状体４５（本発明に係る熱伝導促進部材に相当する）は、ノズル口４２側の側面中央部に、長手方向に延びるスリット状の開口部４５ａが設けられたものであり、同図に示すように、その下面に前記ポート部４３の末端が嵌挿され、かつノズルボディ４０の天井面に対して離間した状態でノズルボディ４０の内底面に載置されている。

第１筒状体４５は、ノズルボディ４０よりも高熱伝導性の材料、例えばアルミニウム等の金属材料から構成されており、前記加熱エアによって容易に加熱される構成となっている。この第１筒状体４５は、ノズルボディ内底面に載置されており、これによって熱膨張による歪み等の発生を回避する構成となっている。なお、同図中、符号４８は、第１筒状体４５の熱膨張を許容しつつのその変位を規制するための前記内底面に設けられる規制用突起（本発明に係る規制部に相当する）である。

一方、第２筒状体４６は、エア噴出方向に対向する側面にそれぞれ、長手方向に延びるスリット状の開口部４６ａ，４６ｂが設けられたものである。より具体的には、ノズル口４２側の側面の下端部分に開口部４６ａが、第１筒状体４５側の側面の上端部分に開口部４６ｂがそれぞれ設けられたものである。この第２筒状体４６は、ノズルボディ４０と同材料（ステンレス等の熱伝導性の低い金属材料）から構成されており、ノズルボディ４０に対してボルト等により一体に固定されている。

つまり、この噴出ノズル２０は、図３中に破線矢印で示すように、エア導入口４４を介してノズルボディ４０内に導入される加熱エアを、まず第１筒状体４５内に導入してその内部に充填しつつ開口部４５ａを介して第１筒状体４５の外に導出する。そして、この加熱エアを、さらに開口部４６ａを介して第２筒状体４６内に導入し、この第２筒状体４６の内部に充填しつつ開口部４６ｂを介して当該第２筒状体４６の外に導出し、その後、前記ノズル口４２から前記筐体１０の内部空間に噴出させるように構成されている。

次に、この処理装置１による基板Ｓの加熱処理についてその作用効果とともに説明する。

この処理装置１では、まず、扉体１５が開放位置（図１の二点鎖線に示す位置）にセットされ、図外の搬送アーム上に水平支持された基板Ｓが当該アームと共に筐体１０内に挿入される。この際、支持ピン１７は所定の退避位置に後退している。基板Ｓが筐体１０内に挿入されると支持ピン１７が上昇し、基板Ｓが当該支持ピン１７により支持されて搬送アームから持ち上げられ、この状態で、搬送アームが筐体１０外に退避し、扉体１５が閉止される。その後、支持ピン１７が所定位置まで後退することにより、基板Ｓがホットプレート１６上に載置され、あるいはホットプレート１６に対して微小距離だけ離間した状態で近接配置される。こうして基板Ｓがホットプレート１６からの熱を受け、当該基板Ｓに熱処理が施される。

基板Ｓがホットプレート１６上に載置、あるいは近接配置されると、噴出ノズル２０への加熱エアの供給が開始されるとともに、前記排気ノズル２４による筐体１０内の排気が開始され、これにより噴出ノズル２０から加熱エアが噴出される。このように加熱エアの噴出が開始されると、当該加熱エアが天壁１４の下面に沿って扉体１５側からその反対側に流動しながら排気口２２を介して排気されることとなる。従って、例えばレジスト液が塗布された基板Ｓに加熱処理を施すような場合には、レジスト液の昇華物等が当該加熱エアと共に筐体１０の外部に効果的に排出され、その結果、天壁１４の下面等への前記昇華物等の付着・堆積が防止されることとなる。

ここで、噴出ノズル２０は、筐体１０の幅方向に長く、かつその一端に加熱導入を供給するものであるため、噴出される加熱エアの温度や噴出量がノズル長手方向で不均一になることが懸念される。しかし、噴出ノズル２０は、上記のような内部構造を有するため、そのような不都合を伴うことがなく、良好な加熱エア流が形成される。すなわち、この噴出ノズル２０によると、その内部にアルミニウム等、高熱伝導性の材料からなる第１筒状体４５が設けられるため、加熱エアが供給されると、この第１筒状体４５が加熱エアにより加熱されて同エアと同温度、又はそれに近い温度となる。そして、このように加熱された第１筒状体４５に沿って順次加熱エアがノズル長手方向に案内される結果、ノズル長手方向への流動中の放熱や熱伝導による熱損失が緩和され、ノズル長手方向における加熱エアの温度が均一化されることとなる。そしてさらに、スリット状の出入口（開口部４６ａ，４６ｂ）をもつ第２筒状体４６を加熱エアが経由することで、つまり加熱エアが第２筒状体４６内に一旦充填されることで、ノズル長手方向における加熱エアの流量が均一化される。従って、噴出ノズル２０からは、その長手方句において温度および流量がほぼ均一な状態で加熱エアが噴出されることとなり、その結果、良好な加熱エア流が形成されることとなる。

こうして加熱処理が完了すると、基板Ｓを搬出するために支持ピン１７が上昇して基板Ｓがホットプレート１６上方に持ち上げられた後、扉体１５が開放されて搬送アームが筐体１０内に挿入される。そして、搬入時と逆の手順で、基板Ｓが搬送アーム上に受け渡され、その後、搬送アームと共に基板Ｓが筐体１０外に引き出されることとなる。なお、噴出ノズル２０への加熱エアの供給は、加熱処理の終了後、所定タイミングで停止される。

以上のように、この実施形態によれば、筐体１０の幅方向に長尺の噴出ノズル２０を用いて加熱エアを噴出ノズル２０の下面に沿って噴出させながらも、同幅方向に温度および流量がほぼ均一な良好な加熱エア流を形成することができる。従って、当該加熱エア流の温度および流量が幅方句において不均一となることによる不都合、例えば基板Ｓの加熱処理の均一性に影響を与えるといった不都合を良好に回避することができる。しかも、噴出ノズル２０については、ノズルボディ４０全体をステンレス等の低熱伝導性の金属材料から構成して外部へ放熱を防止する構造としているので、噴出エア温度をノズル長手方向において均一化する一方で熱損失も抑えることができる。

なお、上記実施形態の噴出ノズル２０では、本発明にかかる熱伝導促進部材として、ノズルボディ４０内に第１筒状体４５を設けているが、熱伝導促進部材は必ずしも筒状である必要はない。但し、筒状でれば、加熱エアと熱伝導促進部材との接触面積が大きくなり、また接触時間も長くるため、熱伝導促進部材の温度が短時間で加熱エアに近い温度となる。そのため、加熱エアの導入開始後、早い時点でノズル長手方向に均一な温度で加熱エアを噴出させることが可能になるという利点がある。他の熱伝導促進部材の構成例としては、例えば図４および図５に示すような構成が考えられる。図４は、第１筒状体４５の代わりに、アムミニウム等の高熱伝導性材料からなる繊維状部材５１をノズル長手方向に亘って設けたものである。また、図５は、ノズル長手方向に延び、かつアムミニウム等の高熱伝導性材料からなる邪魔板５３ａ〜５３ｄを設け、これにより第１筒状体４５の代わりに、エア導入口４４と第２筒状体４６との間の部分にラビリンス状の流路を形成したものである。これらの構成によれば、加熱エアが繊維状部材５１や邪魔板５３ａ〜５３ｄの部分を通過することにより当該繊維状部材５１当が加熱エアに近い温度となり、このように加熱された繊維状部材５１等に触れつつ加熱エアがノズル長手方向へ流動することで、流動中の放熱や熱伝導による熱損失が緩和され、ノズル長手方向における加熱エアの温度が均一化されることとなる。従って、このような構成の場合も、上記実施形態の噴出ノズル２０と同様の効果を享受することができる。なお、図４の例では、繊維状部材５１はノズルボディ４０の天井面に接触しているが、ノズルボディ４０への熱伝導を抑える上では、実施形態の第１筒状対４５と同様に、ノズルボディ４０の天井面に対して熱伝導促進部材を離間して配置するのが好ましい。

また、別の例として、図示を省略するが、第１筒状体４５の代わりに、ノズルボディ４０の内部底面等に発熱体（ヒータ等）を設け、噴出ノズル２０に供給される加熱エアを積極的に加熱することにより、エア導入口４４から離れた位置での加熱エアの温度低下を抑制して、加熱エアの温度を均一化するようにしてもよい。また、実施形態の筒状体４５，４６の代わりに、各ノズル口４２とエア導入口４４とをそれぞれ連通する配管を設けるようにしてもよい。この場合、各配管長は、対応するノズル口４２とエア導入口４４との距離に応じ、エア導入口４４から近い程、配管長を長く設定する。つまり、各配管を通じて加熱エアを案内しながら各ノズル口４２から噴出させるとともに、各配管を通じて案内される加熱エアの放熱等による熱損失量を均一化することにより、結果的に、ノズル長手方向における噴出エアの温度を均一化するようにしてもよい。

また、実施形態の噴出ノズル２０では、加熱エアの温度を均一化するための第１筒状体４５と、加熱エアの流量を均一化するための第２筒状体４６との双方をノズルボディ４０に組込んでいるが、例えばノズルボディ４０の容積が小さい等、ノズル長手方向に流量が比較的均一化し易いような場合には、第２筒状体４６を省略してもよい。

なお、実施形態では、本発明のノズル部材の例として、長手方向の一端にポート部４３を設けて加熱エアを供給する噴出ノズル２０について説明したが、勿論、本発明に係るノズル部材の構成は、長手方向の複数箇所に加熱エアを供給するものについても適用可能である。また、実施形態では、本発明に係るノズル部材（噴出ノズル２０）を、基板Ｓに熱処理を施す基板熱処理装置１に適用した例について説明したが、勿論、これ以外の装置についても適用可能である。また、本発明のノズル部材は、気体用のノズル部材としてだけではなく、液体用のノズル部材としても適用可能である。

本発明に係る基板熱処理装置（第１の実施形態）を示す断面略図である。基板熱処理装置を示す図１のII−II断面図である。噴出ノズルの具体的な構成を示す断面略図である。噴出ノズルの変形例を示す断面略図である。噴出ノズルの変形例を示す断面略図である。

符号の説明

１基板熱処理装置
１０筐体
１６ホットプレート
２０噴出ノズル
２４排気ノズル
４０ノズルボディ
４２ノズル口
４３ポート部
４４エア導入口
４５第１筒状体
４６第２筒状体
Ｓ基板

Claims

熱媒体としての流体を内部に導入する導入口と、周面の一部で長手方向に亘って設けられた吐出口とを有する、長尺かつ中空のノズル本体を備えたノズル部材において、
前記ノズル本体の内部に長手方向に亘って配置され、前記ノズル本体よりも熱伝導性の高い材料からなって前記長手方向への熱伝導を促進する熱伝導促進部材が設けられていることを特徴とするノズル部材。
請求項１に記載のノズル部材において、
前記熱伝導促進部材は、周面適所に長手方向に亘って開口部を有する筒体であり、前記導入口は、この筒体内に流体を導入するように設けられていることを特徴とするノズル部材。
請求項２に記載のノズル部材において、
前記熱伝導促進部材は、断面多角形状を有し、その一面で前記ノズル本体の内底面に載置されていることを特徴とするノズル部材。
請求項３に記載のノズル部材において、
前記ノズル本体は、前記熱伝導促進部材との間に隙間を有し、かつ当該熱伝導促進部材の前記内底面に沿った移動を規制する規制部を有することを特徴とするノズル部材。
請求項２乃至４の何れか一項に記載のノズル部材において、
前記熱伝導促進部材は、前記ノズル本体の内部上面に対して離間していることを特徴とするノズル部材。
基板に加熱処理を施す基台が底部側に設けられた筐体と、加熱気体を噴出するノズル部材とを供え、このノズル部材から噴出される加熱気体により前記筐体の内部上面に沿った加熱気体流を形成しながら前記加熱処理を行う基板熱処理装置において、
前記ノズル部材として、請求項１乃至５の何れか一項に記載のノズル部材を備えていることを特徴とする基板熱処理装置。