JP2010198924A - 加熱装置およびこの加熱装置を備えた被処理物加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱効率に優れるとともに、製造コストが比較的低く、さらに大型に作製しても不都合がない加熱装置。
【解決手段】加熱装置Ｄ１は、上下一対の基板半体からなるアルミニウム合金製基板１を備えてなる。すなわち、基板１は、一対の基板半体の一方としての上部基板２と、基板半体の他方としての下部基板３とからなる。加熱装置Ｄ１はさらに、基板１を加熱することで、上部基板２に載置された被処理物を加熱するための加熱管（ヒーター）５０と、基板１を冷却することで、上記被処理物を冷却するための冷却管（冷却用ガス流通管）６０とを備えている。ヒーター５０を嵌め込むための溝２ａ，３ａとヒーター５０との間隙およびガス流通管６０を嵌め込むための溝２ｂ，３ｂとガス流通管６０との間隙は、熱伝導性部材としてのシリコーンゴム製シート５をこれらの間隙に配設することで塞がれている。
【選択図】図３

Description

この発明は、加熱装置およびこの加熱装置を構成要素とする被処理物加熱処理装置に関するものであり、さらに詳しくは、冷却機能の備わった加熱装置と、この加熱装置を備え、被処理物を加熱処理する被処理物加熱処理装置とに関するものである。

従来、半導体、液晶パネルのベーキング処理および成膜の工程において、被処理物の焼成に適用される、冷却機能の備わった加熱装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

特開平９−２６００２９号公報

一般に、被処理物を加熱／冷却するための金属製基板が備わった被処理物加熱処理装置の１構成要素である、冷却機能の備わった加熱装置を製造するために、加熱管／冷却管を基板中に組み込む場合には、加熱管／冷却管を組み込むための孔を基板に貫通状に設ける必要がある。

この基板の孔は、設計上の公差を考慮して、加熱管／冷却管の径よりもわずかに大きい径に形成される。このため、基板の孔に組み込まれた加熱管／冷却管と基板との間にはわずかながら間隙が生じてしまい、この間隙により、基板の熱伝導効率が悪化することがある。このような加熱装置を真空装置内で使用する場合には、基板の熱伝導効率がさらに悪化する。

また、上記間隙をできるだけ小さくするためには、より精密な基板の孔開け加工が必要であるが、そのような孔開け加工によって製造コストの大幅な上昇が引き起こされるという欠点がある。

このような基板の孔開け加工に代えて、加熱管／冷却管を基板の内部へ鋳込み、上記間隙が発生しないようにする鋳込み法も用いられている。しかしながら、この鋳込み法によって加熱装置を作製した場合には、鋳込み後における冷却時に基板が反るおそれがある。そして、反った基板を使用すると、基板のサイズが大きくなればなるほど、不均一な加熱や加熱効率の悪化などの問題が引き起こされる。

このため、鋳込み法は、作製される加熱装置の基板のサイズが比較的小さくて、基板の反りに起因する上記問題点が許容範囲にある場合には利用することができるものの、より大型のサイズの基板を備えた加熱装置を作製するためには利用することができない。

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、その課題は、加熱効率に優れるとともに、製造コストが比較的低く、さらに大型に作製しても不都合がない加熱装置と、この加熱装置を使用して被処理物を加熱処理する被処理物加熱処理装置とを提供することである。

この発明の１つの観点によれば、嵌め込み配管用の溝が設けられた基板と、この基板の上記溝に嵌め込まれて基板を加熱するための管状加熱部と、基板の上記溝に嵌め込まれて基板を冷却するための管状冷却部とを備えてなり、基板の上記溝と加熱部との間隙および基板の上記溝と冷却部との間隙に熱伝導性部材が配設されていることを特徴とする冷却機能を備えた加熱装置が提供される。

基板を構成する材料としては例えば、ステンレス鋼、鉄鋼、アルミニウム合金などがある。基板に設けられる、加熱部／冷却部を組み込むための溝は、基板の内部に暗渠状に設けられてもよく、基板の表面に開放状に設けられてもよい。通常は、配設の容易さやコストを考慮して、基板の表面に開放状に設けられる。溝の断面形状は、加熱部／冷却部の断面形状に対応した円形、楕円形、半円形、半楕円形、長方形などが考えられる。

加熱部は例えば、平面視において互いに並列状に隣り合って設けられた複数本の加熱管からなる。冷却部は例えば、上記複数本の加熱管のそれぞれの外側あるいは内側に沿って互いに並列状に隣り合って設けられた複数本の冷却管からなる。加熱部および冷却部は例えば、平面形状がＵ字状であってもよい。

また、このとき、複数本の加熱管は例えば、いずれもシーズヒーターから構成し、複数本の冷却管は例えば、いずれも冷却用ガス流通管から構成することができる。さらに、複数本の加熱管が互いに独立して加熱温度制御することのできるものであり、複数本の冷却管が互いに独立して冷却温度制御することができるものであるのがより好ましい。

互いに並列状に隣り合って設けられた複数本の加熱管および複数本の冷却管は例えば、隣り合うＵ字状加熱管とＵ字状冷却管との間でそれぞれのＵ字曲線状部分が互いに同一方向を向くように、あるいは互いに反対方向を向くように、配設される。

さらに、冷却管は、その熱伝導率が基板を構成する材料（例えば、ステンレス鋼、鉄鋼、アルミニウム合金など）の熱伝導率よりも低い材料（例えば、アルミニウム合金製の基板に対してはステンレス鋼、鉄鋼など）から構成されているのがより好ましい。冷却管の材料の熱伝導率が基板を構成する材料の熱伝導率よりも低いときには、冷却管の内部における冷却用ガスの温度の急激な上昇を抑えることができるので、大型加熱管が用いられていても基板面内の冷却を比較的均一に行うことが可能になり、基板の加熱/冷却制御をより効果的に行うことができる。

冷却管の内部へ導入される冷却用ガスとしては、熱伝導性の低いガス、例えば、空気、酸素、窒素、アルゴン、水素などが用いられるが、安全性を確保するためには、加熱装置周囲の雰囲気ガスと反応しにくいガス種を選択することが好ましい。雰囲気ガスが可燃性ガスである場合には、冷却用ガスとしては、アルゴン、窒素ガスなどが好ましく用いられる。

基板の上記溝と加熱部との間隙および基板の上記溝と冷却部との間隙を塞ぐための熱伝導性部材は、耐熱性および／または柔軟性を備えた材料からなるものであるのが好ましい。この熱伝導性部材としては、加熱装置の用途に適した熱伝導性を備えているとともに、この部材に接触する基板の上記溝の内面形状および加熱部／冷却部の外面形状に追随して変形し、かつ、隙間なく密着することができ、さらに、使用時に熱によって流動するおそれのない材料であればよい。例えば、熱伝導性シリコーンゴムやアルミニウム箔などが適している。

この発明の１つの実施の形態では、基板は、互いに対向するように組み合わされる一対の基板半体から構成され、上記溝は、これらの基板半体が組み合わされたときに互いに対向するように組み合わされる対称形のものであり、加熱部および冷却部は、上記溝に嵌め込まれた状態で上記一対の基板半体によって挟み込まれている。

この発明の別の観点によれば、この発明の上記１つの観点による加熱装置を備えてなり、その加熱装置の基板に載置される被処理物に加熱処理を施すための加熱処理装置が提供される。

この発明の１つの観点による加熱装置にあっては、基板の加熱部を嵌め込むための溝と加熱部との間隙および基板の冷却部を嵌め込むための溝と冷却部との間隙が、これらの間隙に配設された熱伝導性部材によって塞がれている。このような構成により、断熱作用のある上記間隙がなくなるので、基板の加熱／冷却効率を向上させることができる。特に真空中において、この加熱装置を使用する場合には、より効果的に熱効率を向上させることができる。

また、上記溝がそれぞれに設けられた一対の基板半体で加熱部／冷却部を挟み込む構造を採ることで、従来の鋳込み法のように基板が反るという問題は発生しなくなる。従って、より大型の基板に対応することができ、熱応力による歪みの少ない基板にすることができるとともに、基板の中に複数の配管がある複雑な構造を有する加熱装置であっても比較的容易に作製することができる。

この発明の実施の形態１による加熱装置の平面図である。 図１に示された加熱装置のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１に示された加熱装置のＡ−Ａ線に沿う分解断面図である。 図１に示された加熱装置のＢ部分の詳細な断面状正面図である。 この発明の実施の形態２による加熱装置の平面図である。 図４に示された加熱装置のＣ部分の詳細な断面状正面図である。

以下、添付図面である図１〜図５に基づいて、この発明の好ましい３つの実施の形態を説明する。なお、これらによってこの発明が限定されるものではない。

〔実施の形態１〕
図１、図２ａおよび図２ｂに示された実施の形態１による加熱装置Ｄ１は、上下一対の基板半体からなる金属製（ここではアルミニウム合金製）基板１を備えてなる。すなわち、基板１は、一対の基板半体の一方としての上部基板２と、基板半体の他方としての下部基板３とからなる。

加熱装置Ｄ１はさらに、上部基板２および下部基板３からなる基板１を加熱することで、上部基板２に載置された被処理物を加熱するための管状加熱部としての加熱管５０と、基板１を冷却することで、上記被処理物を冷却するための管状冷却部としての冷却管６０とを備えている。

加熱管５０は、平面形状がＵ字状であって互いに並列状に隣り合って設けられた７本の管状ヒーター（ここではシーズヒーター）からなる。

冷却管６０は、平面形状がＵ字状であってそれぞれのヒーター５０の外側に沿って互いに並列状に隣り合って設けられた７本の冷却用ガス流通管からなる。それぞれの冷却用ガス流通管６０は、内部へ導入された冷却用ガスを流通させた後に外部へ排出することができるものである。

冷却管６０は、基板１を構成する材料と同じ材料（アルミニウム合金）で構成することができるが、その熱伝導率が基板１を構成する材料の熱伝導率よりも低い材料（ここではステンレス鋼）から構成されていることが望ましい。

これらのヒーター５０と冷却用ガス流通管６０とは、基板１の内部で同一高さに設けられている。また、それぞれのヒーター５０は、ヒーター配線に接続されている。さらに、これらのヒーター５０は互いに独立して加熱温度制御することができるものであり、これらのガス流通管６０は互いに独立して冷却温度制御することができるものである。

ヒーター５０とガス流通管６０とが以上のようなものであるので、基板１の特定箇所を選択的に加熱／冷却することが可能であり、加熱効率および冷却効率をいっそう向上させることができる。

次に、上部基板２および下部基板３からなる基板１を備えた加熱装置Ｄ１の構成および作製方法を説明する。

基板１は、上部基板２および下部基板３を張り合わせた構成である。すなわち、上部基板２の下面である対向面には、ヒーター５０の上半部を嵌め込むための下向き溝２ａと、ガス流通管６０の上半部を嵌め込むための下向き溝２ｂとが形成されている。また、下部基板３の上面である対向面には、ヒーター５０の下半部を嵌め込むための上向き溝３ａと、ガス流通管６０の下半部を嵌め込むための上向き溝３ｂとが形成されている。

このような上部基板２と下部基板３とは、下部基板３の溝３ａにヒーター５０を嵌め込むとともに溝３ｂにガス流通管６０を嵌め込んだ後、下部基板３に上部基板２を、溝３ａと溝２ａとが対応するように、かつ、溝３ｂと溝３ａとが対応するようにかぶせ、次いで、下部基板３に設けられた複数箇所のねじ孔３ｃを利用して、ねじ４によって互いにねじ止めすることで、張り合わせ状に一体化されている。

それぞれのヒーター５０およびガス流通管６０の平面形状は、図１に示されたように、Ｕ字状である。なお、図１には便宜上、１本のヒーター５０および１本のガス流通管６０だけが示されている。

ヒーター５０およびガス流通管６０を嵌め込むための、上部基板２および下部基板３における下向き溝２ａ，２ｂおよび上向き溝３ａ，３ｂは、これらが形成された上部基板２および下部基板３が互いに対向するように上下に組み合わされたときに互いに対向するように組み合わされる対称形のものである。すなわち、下向き溝２ａ，２ｂおよび上向き溝３ａ，３ｂの横断面形状は、横断面形状が円形であるヒーター５０およびガス流通管６０の上半部および下半部に対応する半円形状である。

ヒーター５０を嵌め込むための溝２ａ，３ａとヒーター５０との間隙およびガス流通管６０を嵌め込むための溝２ｂ，３ｂとガス流通管６０との間隙は、熱伝導性部材としてのシリコーンゴム製シート５を溝２ａ／２ｂとヒーター５０／ガス流通管６０との間隙および上部基板２と下部基板３との間隙に配設することで、塞がれている（図３参照）。

すなわち、シリコーンゴムシート５の組み込みについては、上部基板２の下向き溝２ａ，２ｂを、ヒーター５０およびガス流通管６０の管径とシート５の厚みとを考慮した量だけ切削し、次いで、シート５を溝２ａ／２ｂとヒーター５０／ガス流通管６０との間隙および上部基板２と下部基板３との間隙に配設することで、行った。

一般に、複数の管を基板の内部に暗渠状に配設することは、内部加工が複雑であり、きわめて困難である。しかし、この発明に係る加熱装置Ｄ１にあっては、上記のように基板１を厚み方向に分割して上部基板２および下部基板３にするとともに、上部基板２および下部基板３で複数の管（ヒーター５０およびガス流通管６０）を挟み込むことにより、比較的容易に作製することができる。

すなわち、図１および図３に示されたように、まず、下部基板３の溝３ａ，３ｂにヒーター５０およびガス流通管６０をそれぞれ嵌め込み、次いで、その上へ基板１の全体を覆うようにシート５をかぶせ、さらに、その上から、あらかじめ溝２ａ，２ｂに上記切削が施された上部基板２を載せて、加熱装置Ｄ１を作製した。

ヒーター５０／ガス流通管６０のいずれもＵ字型の曲線状部分については、曲線状部分にかぶせられたシート５がよれて皺になり、上部基板２を載せる際に隙間ができてしまうおそれを防止するために、シート５は、ヒーター５０／ガス流通管６０の曲線状部分にかぶせられることなく、直線状部分のみにかぶせられている（図１を参照）。

このように構成された加熱装置Ｄ１によれば、ヒーター５０を嵌め込むための溝２ａ，３ａとヒーター５０との間隙およびガス流通管６０を嵌め込むための溝２ｂ，３ｂとガス流通管６０との間隙は、熱伝導性部材としてのシリコーンゴム製シート５を上記のように配設することで、上部基板２と下部基板３との間隙とともに塞がれている。このような構成により、断熱作用のある上記間隙がなくなるので、基板１の加熱／冷却効率を向上させることができる。

〔実施の形態２〕
図４および図５に示された実施の形態２による加熱装置Ｄ２は、ヒーター５０およびガス流通管６０のそれぞれ上半部にのみシリコーンゴム製シート５が巻かれた構成である。

上部基板２の溝２ａ，２ｂに施された上記切削による径は、ヒーター５０／ガス流通管６０の径にシート５の厚み分を加えた寸法にしてある。従って、上部基板２の溝２ａ，２ｂとヒーター５０／ガス流通管６０との間隙は０になっている。

シート５は、平面形状がＵ字状であるヒーター５０／ガス流通管６０の直線状部分にのみ巻き付けられている。その理由は、上記と同様に、曲線状部分へのシート５の巻き付けによってシート５に皺がよってしまい、その曲線状部分に間隙が発生するおそれを防ぐためである。

ここで、ヒーター５０／ガス流通管６０の上半部にのみシート５が巻き付けられているのは、一般に熱は基板１の上方へ移動するため、ヒーター５０／ガス流通管６０の上方にある上部基板２との間隙をなくすことがより効果的であるからであり、さらに、ヒーター５０／ガス流通管６０の上半部および下半部の双方にシート５を巻き付ける場合に比べて、シート５の使用量が約半分ですみ、コストダウンを達成することができるからである。

実施の形態２における加熱装置Ｄ２の他の部分における構成は、実施の形態１における加熱装置Ｄ１の対応部分における構成と実質的に同一である。
〔実施の形態３〕

実施の形態３による加熱装置（図示略）は、図３および図４に示された実施の形態２の加熱装置Ｄ２におけるシート５に代えて、熱伝導性部材としてのアルミニウム箔をヒーター５０／ガス流通管６０に巻いたものである。

この加熱装置は、実施の形態２の加熱装置Ｄ２と同様に、上部基板２の溝２ａ，２ｂに施された上記切削による径は、ヒーター５０／ガス流通管６０の径にアルミニウム箔の厚み分を加えた寸法にされている。

実施の形態３による加熱装置にあっては、アルミニウム箔はシリコーンゴムに比べて熱伝導性がより良好であるので、基板１の加熱／冷却効率を実施の形態１の加熱装置Ｄ１および実施の形態２の加熱装置Ｄ２に比べていっそう向上させることができる。

実施の形態３における加熱装置の他の部分における構成は、実施の形態２における加熱装置Ｄ２の対応部分における構成と実質的に同一である。

１・・・基板
２・・・上部基板
２ａ・・ヒーター嵌め込み用の下向き溝
２ｂ・・ガス流通管嵌め込み用の下向き溝
３・・・下部基板
３ａ・・・ヒーター嵌め込み用の上向き溝
３ｂ・・・ガス流通管嵌め込み用の上向き溝
３ｃ・・・ねじ孔
４・・・ねじ
５・・・シリコーンゴム製シート（熱伝導性部材）
５０・・・管状ヒーター（加熱管）
６０・・・冷却用ガス流通管（冷却管）

Claims (8)

1. 嵌め込み配管用の溝が設けられた基板と、この基板の前記溝に嵌め込まれて基板を加熱するための管状加熱部と、基前記溝に嵌め込まれて基板を冷却するための管状冷却部とを備えてなり、基板の前記溝と板の加熱部との間隙および基板の前記溝と冷却部との間隙に熱伝導性部材が配設されていることを特徴とする冷却機能を備えた加熱装置。
2. 加熱部は、平面視において互いに並列状に隣り合って設けられた複数本の加熱管からなり、冷却部は、それぞれの加熱管の外側あるいは内側に沿って互いに並列状に隣り合って設けられた複数本の冷却管からなる請求項１記載の加熱装置。
3. 加熱部および冷却部は、平面形状がＵ字状である請求項２記載の加熱装置。
4. 複数本の加熱管は、いずれもシーズヒーターからなり、複数本の冷却管は、いずれも冷却用ガス流通管からなる請求項２記載の加熱装置。
5. 前記熱伝導性部材は、耐熱性材料からなっている請求項１〜４のいずれか１つに記載の加熱装置。
6. 前記熱伝導性部材は、柔軟性材料からなっている請求項１〜５のいずれか１つに記載の加熱装置。
7. 基板は、互いに対向するように組み合わされる一対の基板半体から構成され、前記溝は、これらの基板半体が組み合わされたときに互いに対向するように組み合わされる対称形のものであり、
   加熱部および冷却部は、前記溝に嵌め込まれた状態で前記一対の基板半体によって挟み込まれている請求項１記載の加熱装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の加熱装置を備えてなり、その加熱装置の基板に載置される被処理物に加熱処理を施すための加熱処理装置。

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