JP2010510649A - 基層の熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】連続的に調整可能な冷却率を広範な温度範囲にわたって連続的に冷却率が調整可能であり、同時に、冷却／加熱プレート全面にわたって均一な温度分布を得ることが可能な基層の熱処理方法及び熱処理装置を提供すること。
【解決手段】冷却／加熱プレートによる基層の熱処理方法において、第１の媒体と、該第１の媒体より低い熱伝導率を有する第２の媒体とを、前記第１の媒体が前記第２の媒体を完全に包囲するように、同時に前記冷却／加熱プレート内を流通させる。また、前記第１及び第２の媒体の流通速度及び流通方向を、前記冷却／加熱プレートによって、互いに独立して調整する。

Description

本発明は、基層の熱処理方法及び該熱処理方法を実施するための熱処理装置に関するものである。
例えば半導体ウエハ、太陽電池セル、プリント基板アセンブリなどの基層及びその他の部材の熱処理を行う場合には、材料に所定の特性を付与したり、はんだ付け過程を制御したり、又は熱処理時間を大幅に削減するために、ＲＴＰ（Rapid Thermal Process：高速熱処理プロセス）、すなわち迅速な温度変化を伴うプロセスがよく使用されている。
ところで、通常、加熱は放射加熱及び冷却／加熱プレートのうち少なくともいずれかによってなされ、冷却／加熱プレート上には、熱処理されるべき基層が載置されるか、又はわずかな間隔（場合によっては可変の間隔）をもって設けられる。また、基層をＲＴＰによって熱処理する場合には、大きな温度勾配（できる限り調整可能な勾配）を達成する必要がある。
そのため、真鍮、アルミニウム、特殊鋼、鋳鉄などから成る複数の冷却／加熱プレート１が冷却配管２を備えて形成されており、この冷却配管２は、蛇行状に円筒研削されている。そして、この冷却配管２を通って圧縮空気又は水が案内される（図１（従来技術）参照）。さらに、冷却配管２は、水供給部の接続部及び水排出部の接続部に接続されている。なお、圧縮空気によれば−５Ｋ／ｍｉｎの冷却能力が得られ、水によれば−２０Ｋ／ｍｉｎより大きな冷却能力が得られる。
特許文献１にはディスク状の基層を熱処理する方法及び装置が開示されており、該装置には、基層を加熱又は冷却するための液体を流通させる冷却／加熱プレートが設けられている。ここで、液体は、冷却／加熱プレート内に静的に保持されているか、又は特に冷却／加熱プレートの冷却が必要な場合に、常にそこで流通するようになっている。
独国特許出願公開第１０２６０６７２号明細書
しかしながら、空気のみによる冷却部と水による冷却部の間には１５Ｋ／ｍｉｎの冷却能力差があり、−１〜−１００Ｋ／ｍｉｎの範囲での無段階の冷却を行うことができないという問題がある。
さらに、冷却配管が蛇行状となっていることにより、４５０℃以上のはんだ付け温度を考慮に入れて、冷却／加熱プレートを通して許容できる程度の温度均一性を得ることができないという問題もある。なお、蛇行状の冷却配管によれば、６５０Ｋにおいて、温度均一性が冷却／加熱プレートの全面にわたって１５０Ｋとなる。
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、連続的に調整可能な冷却率を広範な温度範囲にわたって連続的に冷却率が調整可能であり、同時に、冷却／加熱プレート全面にわたって均一な温度分布を得ることが可能な基層の熱処理方法及び熱処理装置を提供することにある。
上記目的は、第１の媒体と、該第１の媒体より低い熱伝導率を有する第２の媒体とを、前記第１の媒体が前記第２の媒体を完全に包囲するように、同時に前記冷却／加熱プレート内を流通させることにより達成される。
冷却／加熱プレートを加熱プレートとして用いる場合には、第１の媒体に依存して達成可能な上限温度が決定される。また、冷却／加熱プレートを冷却プレートとして用いる場合には、例えばはんだ付けの際に生じるような非常に高い温度から冷却がなされることになる。
本発明の一実施形態は、第１及び第２の媒体の流通速度及び流通方向を、前記冷却／加熱プレートによって、互いに独立して調整することを特徴としている。これにより、−１〜−１００Ｋ／ｍｉｎの間で冷却能力を細かく設定することが可能である。なお、前記第１の媒体を液体（特に水）とし、前記第２の媒体を気体（特に空気）としている。
また、本発明の他の実施形態は、前記冷却／加熱プレートでの流通前に前記第１の媒体を必要に応じて冷却又は加熱することを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態は、前記第２の媒体の流量を制御することによって冷却／加熱能力を最小から最大まで無段階に制御することを特徴としている。
また、本発明によれば、前記第１の媒体を定常的に、又は脈動的に前記冷却／加熱プレート内で流通させている。なお、特に大きな冷却速度が必要な場合には、前記第２の媒体を少なくとも一時的に前記第１の媒体と入れ替えるようにしている。
ところで、上記目的は、互いに平行に延びる複数の冷却／加熱配管を冷却／加熱プレート内に設けるとともに、該各冷却／加熱配管を外部配管、内部配管及びこれら外部配管と内部配管の間に位置する中間室で構成し、前記内部配管を第１の熱伝導率を有する第１の媒体用の供給部に接続するとともに、前記中間室を第２の熱伝導率を有する第２の媒体用の供給部に接続したことを特徴とする熱処理装置によっても達成される。
また、上記熱処理装置の一実施形態は、互いに異なる熱伝導率を有する前記第１及び第２の媒体用の供給部をそれぞれ媒体供給口を備えた分配装置で構成し、前記第１及び第２の媒体を前記冷却／加熱配管全体にわたって供給するよう構成したことを特徴としている。
また、本発明の一実施形態は、前記第１及び第２の媒体用の前記分配装置内に内部空間を設け、該内部空間内に台形部材を収容したことを特徴としている。この台形部材は、第１及び第２の媒体を内部配管又は該内部配管と外部配管の間に位置する中間室へ均等に分配する役割を果たすものである。
さらに、本発明の一実施形態は、前記内部配管を前記第１の媒体としての水の供給部に接続するとともに、前記中間室を前記第２の媒体としての空気の供給部に接続したことを特徴としている。
本発明によれば、連続的に調整可能な冷却率を広範な温度範囲にわたって連続的に冷却率が調整可能であるとともに、冷却／加熱プレート全面にわたって均一な温度分布を得ることが可能である。
従来技術による冷却／加熱プレートを示す図である。 互いに平行な複数の冷却／加熱配管を備えた本発明による冷却／加熱プレートを示す図である。 図２に示す冷却／加熱配管における空気及び水を均等に分配する分配装置を示す図である。 冷却／加熱配管を概略的に示す図である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明においては、複数の冷却／加熱配管５が冷却／加熱プレート１内で互いに平行に延設されており、冷却／加熱媒体である水又は空気は、冷却／加熱媒体供給口７を備えた分配装置６を介して冷却／加熱配管５全体に分配される。このような分配を達成するために冷却／加熱配管５は被覆されており、この冷却／加熱配管５においては、内部配管８の外面と外部配管９の間に中間室１０が設けられている（図４参照）。
しかして、例えばシリコンウエハなどの冷却すべき基層は冷却／加熱プレート１上に載置されており、冷却は、内部配管８を通って案内される水によってなされる。また、これと同時に、中間室１０に空気を案内することによる冷却の緩衝もなされる。本発明の基本的な思想は、水の比較的高い冷却能力（第１の熱伝導率を有する媒体）を用いるとともに、空気（第２の熱伝導率を有する媒体）によって所望の冷却能力に制御することにある。
なお、上記と同様に、適当に加熱された水を内部配管に供給することで所定の加熱を行うことも可能であり、加熱と冷却を切り換えることが可能である。
ところで、空気と水を冷却／加熱配管５に対して均等に分配するために、台形状の分配装置６内には、同様に台形状をした台形部材１１が設けられている（図３参照）。この分配装置６は、冷却／加熱プレート１の両側において冷却／加熱配管５に対して横架されており（図２参照）、冷却／加熱配管５全体にわたって水を均等に分配できるようになっている。したがって、冷却／加熱プレート１全体において均等な温度分布が得られる。
ここで、冷却媒体である水は、内部配管８内を定常的に、又は脈動的に流通する。そして、中間室１０内を流通する空気によって熱移動が緩衝され、これに伴い水の冷却能力も緩衝される。また、多数の互いに平行な冷却／加熱配管５を設けたことにより、大きな水の流量を確保することができ、非常に大きな最大冷却能力を得ることが可能である。
なお、水及び空気を、冷却／加熱配管５内で同方向に流通させてもよいし、互いに逆方向に流通させてもよい。
また、本発明により空気の流量を制御することによって、最小から最大まで冷却能力を無段階に制御することが可能である。さらに、非常に大きな冷却能力が求められる場合には、中間室１０に水を流通させることも可能である。本発明によれば、冷却率を−１〜−１００Ｋ／ｍｉｎの間で連続的に制御することが可能である。なお、温度均一性は、冷却／加熱プレートの全面にわたって約３５Ｋとなる。
本発明による利点は、方法を容易に制御することができるとともに、水及び空気をいかなる箇所にも配することが可能な点にある。
１ 冷却／加熱プレート
２ 冷却配管
３，４ 接続部
５ 冷却／加熱配管
６ 分配装置
７ 冷却／加熱媒体供給口
８ 内部配管
９ 外部配管
１０ 中間室
１１ 台形部材

Claims (14)

  1. 冷却／加熱プレートによる基層の熱処理方法において、
    第１の媒体と、該第１の媒体より低い熱伝導率を有する第２の媒体とを、前記第１の媒体が前記第２の媒体を完全に包囲するように、同時に前記冷却／加熱プレート内を流通させることを特徴とする熱処理方法。
  2. 前記第１及び第２の媒体の流通速度及び流通方向を、前記冷却／加熱プレートによって、互いに独立して調整することを特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
  3. 前記第１の媒体を液体とすることを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理方法。
  4. 前記第１の媒体を水とすることを特徴とする請求項３記載の熱処理方法。
  5. 前記第２の媒体を気体とすることを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理方法。
  6. 前記第２の媒体を空気とすることを特徴とする請求項５記載の熱処理方法。
  7. 前記冷却／加熱プレートでの流通前に前記第１の媒体を冷却又は加熱することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱処理方法。
  8. 前記第２の媒体の流量を制御することによって冷却／加熱能力を最小から最大まで無段階に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱処理方法。
  9. 前記第１の媒体を定常的に、又は脈動的に前記冷却／加熱プレート内で流通させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱処理方法。
  10. 前記第２の媒体を、少なくとも一時的に前記第１の媒体と入れ替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱処理方法。
  11. 冷却／加熱プレートによる基層の熱処理装置において、
    互いに平行に延びる複数の冷却／加熱配管（５）を前記冷却／加熱プレート（１）内に設けるとともに、該各冷却／加熱配管（５）を外部配管（９）、内部配管（８）及びこれら外部配管と内部配管の間に位置する中間室（１０）で構成し、
    前記内部配管（８）を第１の熱伝導率を有する第１の媒体用の供給部に接続するとともに、前記中間室（１０）を第２の熱伝導率を有する第２の媒体用の供給部に接続した
    ことを特徴とする熱処理装置。
  12. 互いに異なる熱伝導率を有する前記第１及び第２の媒体用の供給部をそれぞれ媒体供給口（７）を備えた分配装置（６）で構成し、前記第１及び第２の媒体を前記冷却／加熱配管全体にわたって供給するよう構成したことを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置。
  13. 前記第１及び第２の媒体用の前記分配装置（６）内に内部空間を設け、該内部空間内に台形部材（１１）を収容したことを特徴とする請求項１２記載の熱処理装置。
  14. 前記内部配管（８）を前記第１の媒体としての水の供給部に接続するとともに、前記中間室（１０）を前記第２の媒体としての空気の供給部に接続したことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
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