JP2014110294A - 真空加熱炉及び有機半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の基板の加熱及び冷却を効率よく行うことができる真空加熱炉を提供する。
【解決手段】複数の基板Ｓを真空中で加熱する真空加熱炉Ａに関する。複数の基板Ｓを真空中で加熱するための加熱空間１と、加熱後の複数の基板Ｓを真空中で冷却するための冷却空間２とが設けられている。複数の基板Ｓを略平行に配置して保持し、加熱空間１と冷却空間２との間を複数の基板Ｓの表面と垂直な方向に移動可能な保持体３と、冷却源によって冷却され、冷却空間２を形成する冷却体４とを備えている。冷却体４は、複数の基板Ｓを輻射によって冷却するための輻射構造５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の基板を真空中で加熱する真空加熱炉に関する。また、本発明は、複数の基板を真空中で加熱する工程を有する有機半導体素子の製造方法に関する。

有機エレクトロルミネッセンス素子などの有機半導体素子の製造においては、基板を加熱処理する工程が行われることがある（例えば特許文献１、２参照）。例えば、基板の表面に塗布により層を形成した後、この層の上に蒸着によって層をさらに積層させる場合には、塗布した層の定着性を高めたりするために、蒸着の前に加熱処理が行われている。

国際公開第２０１１／１３６３３９号 特開２００１−１０２１７０号公報

有機半導体素子において、有機層を塗布法で形成することと、水分による劣化を防ぐこととは、両立が容易ではない。例えば、塗布液の溶媒が水を含んだものであれば、有機層にその水が侵入する。また、溶媒が水を含んだものでなくても、塗布中に雰囲気中の水分を取り込む可能性がある。塗布法によって形成された有機膜は、減圧乾燥や加熱乾燥されて基板上において固体膜の有機層となる。その有機層は、乾燥直後は膜中の水分が極めて少ないが、その後、次工程に行く前に微量の水分が侵入する可能性がある。

例えば、雰囲気中の水分が有機層に付着して侵入する。水分が侵入した有機層は、さらに上層を形成した場合、水分の除去が非常に困難になる。また、水分が侵入した有機層は、エネルギーの高い光が照射されると、光酸化反応が生じて劣化するおそれがあるものと考えられる。

このような劣化を抑制するために、塗布膜が形成された基板に真空下で加熱処理を行い、その後、真空下で他の有機膜を蒸着法、スパッタ法等に代表される真空下の気相成膜によって形成し、窒素雰囲気中で封止を行うことが考えられる。このように真空状態を維持して積層を行えば、水分の侵入を抑制することにより、上述の劣化が抑制されるものと考えられる。

基板の加熱処理では、基板を加熱するとともに、次工程に進む前に加熱後に真空下で冷却することが求められている。真空条件下において加熱及び冷却を行う工程は、いわゆる真空加熱冷却工程である。このような、基板を真空加熱し、その後、真空中でそのまま冷却する方法は、基本的には熱の移動の３形態（伝導、対流、輻射）のうち、概ね輻射のみで冷却することになる。そのため、大気圧中で冷却するよりも冷却速度が大きく低下し、有機素子の量産時には真空加熱および冷却工程は有機素子の製造工程のスループットの低下につながるおそれがある。したがって、真空加熱冷却工程においては、真空の状態を維持したまま効率よく加熱及び冷却を行うことが要求されている。

ところで、真空加熱冷却工程においては、複数の基板を一度に真空加熱炉に入れて加熱及び冷却するようにすれば、加熱冷却工程の処理を効率よく行うことができる。しかしながら、複数の基板を一度に加熱及び冷却する場合、複数の基板の配置によっては基板ごとに温度変化の仕方が変わることがあり、加熱及び冷却を迅速に行うことが難しい場合がある。特に、有機半導体素子の製造の際の加熱及び冷却においては、複数の基板の全部において温度が所定の温度となったときを加熱及び冷却の終了時点として設定しており、温度変化の最も遅い基板の温度に合わせて工程を進めることが行われている。そのため、温度変化の遅い基板が発生すると、全体としての加熱冷却処理の速度が遅くなるため、効率が低下するおそれがある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の基板の加熱及び冷却を効率よく行うことができる真空加熱炉を提供することを目的とするものである。また、本発明は、複数の基板の加熱及び冷却を効率よく行うことができる有機半導体素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る真空加熱炉は、以下の構成を有することを特徴とする。
・複数の基板を真空中で加熱する真空加熱炉である。
・前記複数の基板を真空中で加熱するための加熱空間と、加熱後の前記複数の基板を真空中で冷却するための冷却空間とが設けられている。
・前記複数の基板を略平行に配置して保持し、前記加熱空間と前記冷却空間との間を前記複数の基板の表面と垂直な方向に移動可能な保持体と、冷却源によって冷却され、前記冷却空間を形成する冷却体とを備えている。
・前記冷却体は、前記複数の基板を輻射によって冷却するための輻射構造を有する。

本発明に係る真空加熱炉は、以下の構成のいずれか１つ以上を有することが好ましい。
・前記輻射構造は、この輻射構造よりも輻射率の低い材料で形成された前記冷却体の本体部の表面に、前記本体部よりも輻射率の高い輻射部材が設けられて形成されている。
・前記保持体は、前記冷却空間に配置されたときに、前記複数の基板における基板間のピッチが、前記加熱空間に近い側の端部のピッチよりも広いピッチが中央側で形成されるように、前記複数の基板を保持している。
・前記保持体は、前記冷却空間内に配置されたときに前記冷却体と接する。
・前記保持体は、前記冷却空間に配置されたときに、前記複数の基板における前記基板間のピッチが、前記加熱空間に近い側の端部のピッチよりも広いピッチが中央側で形成されるとともに、前記加熱空間に近い側の端部のピッチが前記加熱空間から遠い側の端部のピッチよりも大きくなるように、前記複数の基板を保持している。
・前記輻射構造は、前記冷却体の表面が陽極酸化処理又は粗面化処理されて形成されている。

本発明に係る有機半導体素子の製造方法は、以下の構成を有することを特徴とする。
・複数の基板を真空中で加熱した後に冷却する真空加熱冷却工程を行う。
・前記複数の基板を略平行に配置して保持する保持体を、前記複数の基板を真空中で加熱するための加熱空間から、加熱後の前記複数の基板を冷却するための冷却空間に、前記複数の基板の表面と垂直な方向に移動させる。
・前記複数の基板を輻射によって冷却する輻射構造を有し、冷却源によって冷却された冷却体によって、前記複数の基板を冷却する。

本発明に係る有機半導体素子の製造方法は、以下の構成のいずれか１つ以上を有することが好ましい。
・前記複数の基板は、各基板が基板トレイに載置されて前記保持体に保持されており、前記基板トレイには、前記基板とは重ならない位置に貫通孔が設けられ、前記貫通孔は、この貫通孔が設けられた前記基板トレイに隣接する前記基板トレイに載置された前記基板と、前記輻射構造との間において、前記貫通孔を通過する直線を結ぶことが可能なように形成されている。
・真空加熱冷却工程後に、前記複数の基板を前記冷却空間から搬出する搬出工程を行うにあたって、前記複数の基板のうちの前記加熱空間に近い側の前記基板から順に前記冷却空間の外部に搬出する。
・前記輻射構造は、前記冷却体の表面が陽極酸化処理又は粗面化処理されて形成されている。

本発明によれば、輻射構造を有する冷却体によって複数の基板を冷却することにより、複数の基板を真空状態で効率よく加熱及び冷却することができる。

真空加熱炉の実施形態の一例を示し、（ａ）は内部構造の正面概略図、（ｂ）は下部構造の平面概略図である。 （ａ）〜（ｅ）は冷却体の実施形態の各一例を示す概略断面図である。 複数の基板の配置の一例を示す概略図である。 基板の配置の一例を示し、（ａ）は基板トレイに基板が保持された状態の斜視図、（ｂ）は輻射構造と基板との関係を示す概略断面図である。 保持体によって保持された複数の基板における加熱冷却温度の変化を示すグラフである。

図１は、真空加熱炉Ａの実施形態の一例を示している。図１（ａ）は正面から見た内部構造の概略を示しており、図１（ｂ）は上方から見た（平面視した）場合の内部構造の概略であり、下部である冷却空間２の構造を示している。図１（ｂ）では、構造が分かりやすいように、保持体３の上部の蓋部３３を取って図示している。以下、図１の形態を代表例として説明するが、本発明は図１の形態に限定されるものではないことは言うまでもない。

真空加熱炉Ａは、複数の基板Ｓを真空中で加熱する加熱炉である。この真空加熱炉Ａは、有機半導体素子の製造に用いることができる。有機半導体素子としては、基板表面に有機層を含む複数の層を積層させることにより形成される半導体素子が挙げられる。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機太陽電池などが例示され、この真空加熱炉Ａでは、有機エレクトロルミネッセンス素子を好適に製造することができる。

有機半導体素子の製造においては、基板Ｓの表面に塗布により層を形成した後、この層の上に蒸着して層をさらに積層させる工程を行う場合があり、その際、塗布した層の定着性を高めたり水分を除去したりするために、蒸着の前に加熱処理が行われる。このような加熱処理は、ベーク処理とも呼ばれ、層中の揮発成分の除去や、焼成、アニール化などの化学的又は物理的な処理を行うために行われる。例えば、有機層の塗布液で形成された塗布膜は、加熱処理により固体膜として形成される。真空加熱炉Ａでは、そのような塗布層の加熱処理を効率よく行うことができる。

また、基板Ｓは、加熱処理の後、冷却することが求められる。基板Ｓは加熱時の温度のままでは、次工程の処理が行えなくなるおそれがある。そのため、温度の高くなった基板Ｓを冷却し、蒸着などの次工程に進むようにしている。本形態の真空加熱炉Ａでは、次工程に適する温度になるように基板Ｓを真空中で冷却することができる。

本形態の真空加熱炉Ａは、真空空間を形成するチャンバー１０を有している。真空空間は、気体が排出されて形成された気圧の低い減圧空間であってよい。真空加熱炉Ａでは、チャンバー１０に、加熱空間１と冷却空間２とが設けられている。加熱空間１は、複数の基板Ｓを真空中で加熱するための空間（スペース）である。また、冷却空間２は、加熱後の複数の基板Ｓを冷却するための空間（スペース）である。本形態では、加熱空間１と冷却空間２とは、その間に区切りなどが設けられておらず、連通しており、同じ条件の真空状態が維持される空間となっている。いわば、一つのチャンバー１０において、チャンバー１０内を二つに分けて、一方を加熱空間１として形成し、他方を冷却空間２として形成している。加熱空間１と冷却空間２とが連通していることにより、複数の基板Ｓを加熱した後、スムーズに冷却することができる。

図１の形態では、チャンバー１０は、縦長の直方体形状に形成されている。そして、チャンバー１０内が上下に分けられて、上部が加熱空間１として形成され、下部が冷却空間２として形成されている。もちろん、下部が加熱空間１として形成され、上部が冷却空間２として形成されていてもよい。あるいは、チャンバー１０を横長にして、加熱空間１と冷却空間２とが水平方向に並んで配置されたものであってもよい。ただし、加熱空間１と冷却空間２とが上下に配置されたような、図１の形態の方が、より有利に真空加熱冷却工程を行うことができる。また、上下に加熱空間１と冷却空間２とを配置することにより、基板Ｓを簡単に保持して移動することができる。

真空加熱炉Ａは、複数の基板Ｓを略平行に配置して保持する保持体３を備えている。保持体３は、加熱空間１と冷却空間２との間を移動可能なように設けられている。保持体３の移動方向は、複数の基板Ｓの表面と垂直な方向、すなわち基板Ｓの法線方向になっている。本形態では、図１（ａ）の白抜き矢印で示すように、上部の加熱空間１と下部の冷却空間２との間を移動可能なように保持体３が設けられている。図１（ａ）では、保持体３が冷却空間２に配置している状態を示している。また、保持体３が加熱空間１に配置したときの状態を破線で示している。保持体３が加熱空間１に配置したときのポジションが加熱ポジションとなり、保持体３が冷却空間２に配置したときのポジションが冷却ポジションとなる。

保持体３は、複数の基板Ｓを略平行に保持するものである。保持体３は、耐熱性、耐圧性（耐真空性）、熱伝導性が高い材料で構成することが好ましい。そのため、保持体３は金属などの適宜の材料で形成することができる。保持体３としては、基板Ｓを側方から出し入れ可能に収納する基板カセットと呼ばれるものを用いることができる。保持体３は直方体形状のものであってよい。

図１に示す保持体３は、保持体３の外枠となる枠部３２と、枠部３２から内方に向かって水平に突出する保持爪３１とを備えている。この保持体３では、枠部３２は、保持体３の外枠の直方体を構成する四つの柱を有して構成されており、この柱の所定の高さ位置において保持爪３１が設けられている。枠部３２に囲まれた保持体３の内部は空洞になっており、この空洞に基板Ｓを側方から出し入れして収納ができるように形成されている。保持爪３１は枠部３２を構成する縦方向の柱に所定の間隔で複数設けられている。図１（ｂ）に示すように、一の基板Ｓを保持するための保持爪３１は、枠部３２が立設している四隅に同じ高さの位置で形成されている。

本形態では、基板Ｓを載置した基板トレイ７を保持爪３１の上に引っ掛けて載せることによって、基板Ｓを保持するようにしている。したがって、保持体３は、基板トレイ７を出し入れ可能なように形成されている。ここで、基板Ｓの保持構造としては、基板トレイ７を用いる構造に限定されない。例えば、基板Ｓとして、保持爪３１に引っ掛かる大きさの基板Ｓを用い、基板トレイ７を用いずに、直接、基板Ｓを保持爪３１の上に載せて保持してもよい。その場合、基板トレイ７を使用しなくてもよいので、装置を簡略化することが可能になる。また、基板トレイ７を通さずに直接加熱冷却することができるため、加熱冷却の効率を高めることができる。ただし、基板Ｓを傷つけたり破損したりしないためには、基板トレイ７を用いる方が好ましい。また、基板トレイ７を用いる場合、矩形状の基板Ｓだけでなく、円形や六角形などの所望の形状の基板Ｓを保持することもできる。あるいは、基板Ｓだけでは保持爪３１に引っ掛けることのできない小型の基板Ｓを保持したり、小型の基板Ｓを複数載置したりすることができるという利点もある。一つの基板トレイ７に複数枚の基板Ｓを載置した場合、目的とする大きさの基板Ｓを複数枚並べて効率よく加熱冷却処理することが可能となる。

図１（ａ）では、保持体３として１０個の基板Ｓを収納可能なものが図示されている。そのため、この真空加熱炉Ａでは、１０個の基板Ｓを同時に加熱及び冷却することができる。各基板Ｓは、各基板Ｓに対応する基板トレイ７の上にそれぞれ載置されている。保持体３に収容する基板Ｓの数は、１０個に限られるものではなく、３個以上、５個以上、８個以上などであってよい。ただし、基板Ｓの数が多くなりすぎると、装置が大きくなりすぎるおそれがあり、また、加熱冷却工程がかえって煩雑化するおそれもある。そのため、保持体３に保持する基板Ｓの数は、５０個以下が好ましく、３０個以下がより好ましく、２０個以下がさらに好ましい。特に製造の容易性、管理の容易性から、保持体３に保持する基板Ｓの数は１０個がもっとも好ましい。

保持体３の移動は、適宜の移動機構により行われるものであってよい。本形態では、加熱空間１と冷却空間２との間をスライドして移動することによって、保持体３を移動させることができる。例えば、上下に移動可能な移動機構としては、上方からロープ等で吊り下げる吊り下げ式の移動機構や、下部又は側部を支えて持ち上げる持ち上げ式の移動機構などであってよい。また、移動の際の揺れ動きなどを抑制するために、保持体３をレールなどのガイド部でガイドしてもよい。移動した保持体３は、加熱空間１及び冷却空間２に配置されると移動が停止して待機した状態となり、加熱空間１では基板Ｓの加熱が行われる加熱状態が開始され、冷却空間２では基板Ｓの冷却が行われる冷却状態が開始されることとなる。

保持体３の上部及び下部には、好ましくは蓋部３３が設けられる。蓋部３３は、基板Ｓの表面に略平行に配置されて枠部３２に取り付けられるものである。保持体３の上部に蓋部３３（上蓋部３３ａ）を設けることにより、冷却状態のときに、加熱空間１に近い基板Ｓが加熱されることを抑制することができ、効率よく冷却を行うことができる。また、保持体３の下部に蓋部３３（下蓋部３３ｂ）を設けることにより、加熱状態のときに、冷却空間２に近い基板Ｓが加熱されにくくなることを抑制することができる。また、下蓋部３３ｂを設けて、冷却体４と下蓋部３２ｂとを接触させるようにすると、後述のように冷却スピードを高めることができる。なお、蓋部３３は、枠部３２と一体に形成されていてもよい。

蓋部３３は、輻射の影響を遮蔽するために設けられているため、反射率の高い（輻射率の低い）素材により形成されていることが好ましい。蓋部３３の表面の加工としては研磨面を有することが好ましい。蓋部３３は加熱ポジションにあっては、隣接する基板Ｓの加熱の妨げにならないことが要求され、冷却ポジションにあっては隣接する基板Ｓの冷却の妨げにならないことが要求されるため、単位面積当たりの熱容量が小さい方が好ましい。基本的には基板Ｓの単位面積当たりの熱容量よりも蓋部３３の単位面積当たりの熱容量は小さいことが特に好ましい。蓋部３３の厚みとしては０．１〜１ｍｍが好ましい。

なお、保持体３は、チャンバー１０内に脱着自在に取り付けられるものであってもよい。その場合、保持体３ごと基板Ｓをチャンバー１０内に導入することができる。ただし、保持体３ごと基板Ｓを移動させる場合、保持体３は搬入口及び搬出口となる開口１１を通してチャンバー１０内に搬入出するため、開口１１を大きくしなければならず、開口１１が大きくなりすぎて装置の取扱い性が悪くなるおそれがある。そのため、真空加熱炉Ａにおいては、保持体３はチャンバー１０から取り出されないことが好ましい。

真空加熱炉Ａには、適宜の排気機構が設けられていてよい。排気することにより、チャンバー１０内（加熱空間１及び冷却空間２）を真空条件にすることができる。排気機構はチャンバー１０に直接設けられてもよいし、チャンバー１０の内部と連通する閉鎖空間を構成する他のチャンバーなどに設けられていてもよい。

本形態のチャンバー１０には、基板Ｓを取り出すための開口１１が設けられている。図１（ａ）では、開口１１を二点鎖線で示している。本形態では、開口１１は、チャンバー１０の側壁の中央部において、冷却空間２の上部の位置に設けられている。開口１１は、基板Ｓを搬出するものであるが、この開口１１から基板Ｓを搬入するようにしてもよい。あるいは、基板Ｓの搬入口を他の部分に設けるようにしてもよい。開口１１が搬出口と搬入口を兼ねると、装置構成が簡単になる。また、開口部分が減ることにより密閉性を高めて真空を作り出しやすくすることができる。図１（ｂ）の矢印で示すように、基板Ｓは、水平方向に移動させることにより、開口１１からチャンバー１０内に導入したりチャンバー１０の外部に導出したりすることができる。

開口１１は、真空条件に入るときには蓋などによって塞がれるものであってもよい。それにより、チャンバー１０内を密閉することができ、真空を作り出しやすくすることができる。蓋は開閉自在なものであってよい。また、開口１１は閉じられなくてもよい。この場合、開口１１を介してチャンバー１０の内部と通じる空間が閉鎖空間として形成されていれば、その閉鎖空間も含めて全体として真空状態にすることができる。例えば、次工程を真空条件で行う場合、開口１１をオープンにしておき、次工程の装置と合わせた空間を真空にすることができる。

開口１１は、長手方向が水平方向となった矩形状又はスリット状の開口１１であってよい。それにより、基板Ｓが開口１１の長手方向に沿って配置されるため、基板Ｓを出し入れしやすくすることができる。基板トレイ７を用いる場合、開口１１を通した搬入及び搬出は、基板トレイ７ごと行うことが好ましい。それにより、基板トレイ７を保持して基板Ｓをチャンバー１０内に入れたり出したりすることができ、基板Ｓが傷ついたり破損したりすることを抑制することができる。もちろん、基板Ｓを載置していない基板トレイ７を保持体３に保持しておき、基板Ｓを開口１１からチャンバー１０内に導入して基板トレイ７上に載せるようにしてもよい。

基板Ｓ及び基板トレイ７の搬入及び搬出は、ロボットアームなどを使用して行うことができる。ロボットアームを用いることにより、真空条件を維持したまま、加熱冷却工程後に次工程に容易に移ることができる。また、ロボットアームにより、高速に位置精度よく保持して基板Ｓを保持体３に入れたり出したりすることができ、生産性を高めることができる。ロボットアームは基板トレイ７を掴むことによって基板Ｓを保持するものであってよい。

本形態では、開口１１は、冷却空間２の上部に設けられている。このように、冷却空間２の上部に開口１１が設けられていると、冷却工程後に、複数の基板Ｓを冷却空間２から搬出する搬出工程を行う際に、複数の基板Ｓのうちの加熱空間１に近い側の基板Ｓから順に冷却空間２の外部に搬出することが容易になる。保持体３は、加熱空間１と冷却空間２との間を行き来するが、加熱空間１から遠い側の基板Ｓから順に搬出するような方法では、基板Ｓの搬出中に複数の基板Ｓの一部が加熱空間１に配置されたり加熱空間１に近くなったりするおそれがある。加熱空間１や加熱空間１に近い位置に基板Ｓが配置すると、基板Ｓが再度加熱されてしまうことになる。しかしながら、開口１１を冷却空間２の上部に設けることにより、加熱空間１に近い側から基板Ｓを搬出することができ、基板Ｓが再加熱されることを抑制して、冷却状態を維持したまま、基板Ｓをチャンバー１０から搬出することができる。

また、開口１１はチャンバー１０の中央部に設けられている。そのため、保持体３を移動させることにより、複数の基板Ｓのそれぞれを開口１１の側方に配置させることができるので、基板Ｓの搬入出を開口１１から容易に行うことができる。

加熱空間１は、加熱体９により加熱されて形成されている。加熱体９は、ヒータなどで構成することができる。本形態では、真空内において加熱を行うため、加熱は輻射熱により行われる。本形態の加熱体９には加熱体接続配線９ａが設けられおり、この加熱体接続配線９ａに電気を流すことによって、ヒータなどの加熱体９が発熱して、加熱空間１を作り出すことができるようになっている。ヒータとしては、ランプヒータなどを用いることができ、好ましくは直管型ランプヒータを用いることができる。

加熱体９は、面状の加熱体９であることが好ましい。それにより、面状に基板Ｓに熱を加えて効率よく加熱することができる。ここで、面状の加熱体９とは、全体として面状となっていればよく、例えば、ヒータを構成する熱線が縦方向又は横方向に複数本並んで配置したものであってもよい。また、加熱体９は、保持体３の側面よりも大きい面状であることが好ましい。それにより、加熱体９で保持体３を側方で覆って加熱することができ、加熱性を高めることができる。加熱体９はチャンバー１０の側壁に取り付けられるものであってよい。

加熱体９の配置は、特に限定されるものではないが、加熱空間１に配置された保持体３を側方から加熱するように配置されることが好ましい。それにより、保持体３に保持された複数の基板トレイ７の隙間を通して、側方から熱を各基板Ｓに与えることができ、加熱効率を高めることができる。本形態では、加熱体９は、保持体３よりも上下方向の長さが大きく、複数の基板Ｓの表面と垂直な方向に、複数の基板Ｓのうちの一方の基板Ｓから他方の基板Ｓの全長に亘る長さで設けられている。また、加熱体９は、保持体３よりも水平方向（前後又は左右の方向）の長さが大きく、基板Ｓの表面と平行な方向に、基板Ｓの一方の端部から他の端部の全長に亘る長さで設けられている。このように、加熱体９の縦方向及び横方向の長さが保持体３よりも長いことにより、保持体３を側方で覆って加熱することができる。加熱体９は、チャンバー１０の対向する左右の側壁に設けられるものであってよい。それにより、両側方から加熱することができるため、加熱性を高めることができる。あるいは、加熱体９は、前後左右に四方を取り囲んで設けられるものであってもよい。それにより、加熱体９によって保持体３の周囲を取り囲んで加熱することができるため、加熱性をさらに高めることができる。

冷却空間２は、冷却体４によって冷却されて形成されている。冷却体４は、冷却源によって冷却されている。冷却源は、チャンバー１０内における周囲の温度よりも低い温度で冷却された媒体である。このように、冷却体４は、自然放熱や熱拡散などといった熱の除去による受動的な冷却ではなく、冷却源で冷却されることによって、基板Ｓを能動的に冷却するように構成されている。冷却体４としては、冷却源としての冷媒を内部に流して冷却するものを用いることができ、例えば、冷却ジャケットを用いることができる。また、冷却体４として、ペルチェ素子を用いてもよい。真空条件下においては、特に効率よく冷却することが求められる。真空状態では、ガスなどによる伝熱や対流がないため、輻射によって熱が伝達する。したがって、輻射による熱の伝達では、加熱に対する時間よりも冷却に対する時間の方がかかる傾向にある。本形態では、冷却源によって積極的に冷却された冷却体４を設けているために、冷却に時間がかかりすぎることを抑制して、冷却速度を高めることができ、効率よく冷却することができる。

冷却体４は、面状の冷却体４であることが好ましい。それにより、面状に基板Ｓを効率よく冷却することができる。面状の冷却体４は板状のもの（冷却板）であってもよい。ここで、面状の冷却体４とは、全体として面状となっていればよく、例えば、冷却源の通路を構成する配管が縦方向又は横方向に複数本並んで配置したものであってもよい。また、板状の部材の中に冷却源の流路が管状に形成されたものであってもよい。

冷却体４の配置は、特に限定されるものではなく、冷却状態に配置された保持体３を周囲から冷却できるように配置されていればよい。本形態の冷却体４においては、冷却体４として、チャンバー１０の側壁に沿って配置された冷却体４（側部の冷却体４）と、チャンバー１０の底部に沿って配置された冷却体４（底部の冷却体４）とが設けられている。側部の冷却体４を設けることにより、保持体３に保持された複数の基板トレイ７の隙間を通して、側方から各基板Ｓを冷却することができ、冷却効率を高めることができる。また、底部の冷却体４を設けることにより、底部からも基板Ｓを冷却することができるため、冷却性を高めることができる。側部の冷却体４は、保持体３の側面よりも大きい面で構成されていることが好ましい。それにより、冷却体４で保持体３を覆って冷却することができ、冷却性をさらに高めることができる。また、底部の冷却体４は保持体３の底部よりも大きい面で構成されていることが好ましい。それにより、冷却体４で保持体３の底部を覆って冷却することができ、冷却性をさらに高めることができる。

本形態では、側部の冷却体４は、保持体３よりも上下方向の長さが大きく、複数の基板Ｓの表面と垂直な方向に、複数の基板Ｓのうちの一方の基板Ｓから他方の基板Ｓの全長に亘る長さで設けられている。また、側部の冷却体４は、保持体３よりも水平方向（前後又は左右の方向）の長さが大きく、基板Ｓの表面と平行な方向に、基板Ｓの一方の端部から他の端部の全長に亘る長さで設けられている。このように、冷却体４の縦方向及び横方向の長さが保持体３よりも長いことにより、保持体３を側方で覆って冷却することができる。

側部の冷却体４は、チャンバー１０の対向する左右の側壁に設けられるものであってよい。それにより、両側方から冷却することができるため、冷却性を高めることができる。あるいは、側部の冷却体４は、前後左右に四方を取り囲んで設けられるものであってもよい。それにより、冷却体４によって保持体３の周囲を取り囲んで冷却することができるため、冷却性をさらに高めることができる。ただし、チャンバー１０の側壁における開口１１が設けられた部分には冷却体４が設けられていなくてもよい。それにより、開口１１を通して基板Ｓを移動させることができる。

ここで、保持体３は、冷却空間２内に配置されたときに冷却体４と接することが好ましい。保持体３に接する冷却体４は、複数の冷却体４のうちのいずれか一つであってよい。真空条件においては、輻射伝熱が支配的な環境となっている。輻射伝熱では、熱の伝達が媒体を通して伝わる場合に比べて遅く、冷却速度が遅くなる傾向にある。しかしながら、保持体３と冷却体４とが接することにより、輻射伝熱が支配的な真空の環境下において、伝導伝熱を用いて効率的に冷却することができる。特に、真空条件下における加熱と冷却とにおいては、熱伝達は輻射が支配的であり、加熱のスピードに比べて冷却のスピードは遅く、冷却速度をいかに速くするかが全体の処理速度を速める上で重要となる。その際、保持体３を冷却体４に接触させると、保持体３を熱伝導によって効率よく冷却することができ、さらに保持体３を通して基板Ｓの冷却を行うことができる。そのため、全体の処理速度を高めることが可能になるものである。

本形態においては、図１（ａ）に示すように、冷却状態となったときに、保持体３は底部の冷却体４と接するようにすることができる。保持体３における冷却体４との接触箇所は、枠部３２であってもよいし、蓋部３３であってもよい。蓋部３３（下蓋部３３ｂ）が面状に冷却体４と接することが好ましく、下蓋部３３ｂの全面において冷却体４と接することがより好ましい。面状に接した場合、接触面を通して熱伝導させることができるので、冷却性をさらに高めることができる。なお、蓋部３３が保持体３と一体に形成されている場合、保持体３の底部が冷却体４と接触するものであってよい。なお、側部の冷却体４が保持体３と接するようにしてもよいが、その場合、保持体３の移動によって冷却体４が擦れるために、冷却体４が破損したり傷ついたりしやすくなるおそれがある。一方、底部の冷却体４と保持体３とが接するようにする場合、移動した保持体３は冷却空間２における停止位置において冷却体４と接することができ、冷却体４が擦れたりすることを抑制することができる。したがって、保持体３は底部の冷却体４と接触するようにすることが好ましいものである。

冷却体４は、複数の基板Ｓを輻射によって冷却する輻射構造５を有している。上記のように、真空の条件においては、熱の移動としては、輻射伝熱が支配的であり、加熱よりも冷却の方が温度変化のスピードが通常遅く、いかに冷却性を高めるかが重要である。本形態においては、輻射による冷却を効率よく行うための輻射構造５を設けることにより、冷却スピードを高めることができる。また、複数の基板Ｓを冷却する場合、保持体３に端部（基板表面に垂直な方向の端部）で保持された基板Ｓと、中央で保持された基板Ｓとでは、温度変化の仕方が異なり、中央で保持された基板Ｓは、輻射伝熱による放熱が阻害されやすくなるため、冷却されにくくなる傾向にある。しかしながら、輻射構造５によって冷却することによって、中央部に保持された基板Ｓの冷却スピードを高めることができ、端部と中央部とでの基板Ｓの温度変化の仕方を近づけて、冷却効率を向上させることができる。

輻射構造５は冷却体４の保持体３に対向する側の表面に面状（又は層状）に設けられていることが好ましい。輻射構造５が表面に設けられることにより、面状に冷却することが可能になり、効率よく冷却を行うことができる。なお、輻射構造５は、少なくとも側部の冷却体４の表面に設けられるものであってよいが、底部の冷却体４の表面には設けられていても設けられていなくても、どちらでもよい。底部の冷却体４が保持体３に接触する場合においては、底部に輻射構造５が設けられていなくても、冷却体４が保持体３に直接接触することによって冷却性を高めることができる。ただし、底部の冷却体４にも輻射構造５が設けられている方が、冷却空間全体としての冷却性をさらに高めることができる。

冷却体４は、本形態では、冷却源と直接接触する冷却体４の本体部４ａと、輻射構造５を構成する輻射部材６とを有して構成されている。冷却体４の本体部は、輻射構造５よりも輻射率の低い材料で形成されている。このように、輻射構造５は、この輻射構造５よりも輻射率の低い材料で形成された冷却体４の本体部４ａの表面に、本体部４ａよりも輻射率の高い輻射部材６が設けられて形成されていることが好ましい。それにより、冷却性を効率よく高めることができる。ここで、輻射部材６は輻射性を高めることができる材料を用いて形成されるものであるが、冷却体４の全体において輻射性を高めようとすると、真空条件下での使用に適さないものになる場合がある。例えば、輻射性が高く加工性の高い材料としてセラミックといった多孔性材料などが挙げられるが、多孔性の材料は真空により構造が破壊されやすいため、真空条件下では使用しにくくなるおそれがある。また、ガラスは輻射率が高いが加工性が他の材料に比べて高くなく、また、真空条件で破壊されるおそれがある。そのため、冷却部４を本体部４ａと輻射構造５との別の材料で構成して、輻射性を低くすることが好ましく、輻射構造５に輻射部材６を用いることが好ましいものでる。輻射性を高めるために、輻射構造５は多孔性の構造であったり、凹凸構造であったりしてもよい。また、真空条件下で使用しやすくするために、冷却体４の本体部４ａは、非多孔性物質で構成することが好ましい。

図１（ａ）に示すように、冷却体４には、冷却源を流す配管（冷却配管１６）がチャンバー１０の外部から延伸して連結されている。冷却体４の冷却機構は、水冷であってもよいし、空冷であってもよく、適宜の冷却方式を用いることができる。また、ヒートポンプとして使用可能な適宜の冷却機構であってもよい。冷却源は、液体の場合、水であってもよいし、水溶液であってもよいし、有機溶剤などであってもよい。また、冷却源は、気体の場合、空気であってもよいし、冷媒ガスであってもよい。また、冷媒として使用可能な気液混合体を用いるようにしてもよい。冷却源の温度は特に限定されるものではないが、例えば−３０〜３０℃の範囲などにすることができる。具体的には、水で冷却する場合、０〜２５℃であってよい。

冷却体４の本体部４ａとしては、水冷ジャケットを用いることができる。水冷ジャケットは、内部の流路に連続的に水を流して冷却する冷却機構である。水冷ジャケットによれば、簡単に冷却体４を構成することができる。また、本体部４ａの材料としては、例えば、ステンレス製のものを用いることができる。具体的には、ＳＵＳ水冷ジャケットを用いることができる。それにより、簡単に冷却性の高い冷却体４を形成することができる。冷却体４の本体部４ａの厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、１０〜５０ｍｍの範囲内であってよい。

輻射部材６としては、輻射性の高い材料を用いて構成することができる。輻射構造５は輻射部材６の全体で輻射性が高められて形成されてもよいし、輻射部材６の表面が加工されて形成されていてもよい。輻射構造５の輻射率は０．５以上であることが好ましく、０．６以上であることがより好ましく、０．７以上であることがさらに好ましく、０．８以上であることがさらにより好ましく、０．９以上であることがもっとも好ましい。輻射率は０から１の範囲で設定される数値であり、上限は１である。輻射構造５の輻射率は高ければ高い方がよく、上限は１となる。ただし、実用的な観点からは、輻射構造５の輻射率は０．９９以下であってもよく、あるいは０．９５以下であってもよい。

輻射構造５（輻射部材６）の材料として好適なものの一つとして、表面がアルマイト処理されたアルミが挙げられる。アルマイトは、アルミニウムの陽極酸化皮膜である。アルマイト処理は黒アルマイト処理であってよい。また、輻射構造５に用いるアルミは、アルミ板であってもよく、アルミシートであってもよい。ここで、ステンレスの輻射率は０．３付近、アルミの輻射率は０．１付近であり、ステンレスやアルミのみで冷却体４を構成すると輻射性が高くなく、冷却を効率よく行えなくなる可能性がある。一方、処理方法にもよるが、アルマイトにおいては、輻射率が０．８以上あるいは０．９以上にすることができ、輻射性を効率よく高めることができる。そのため、輻射部材６として、アルマイト処理されたアルミが好ましいものである。なお、アルマイト処理では、表面に凹凸や空隙などが形成されるなどして、輻射率が高くなるものと推測される。また、輻射構造５として、アルミ以外の金属や材料が用いられてもよい。例えば、金属の表面が凹凸面となることにより、輻射構造５を構成することができる。また、金属の陽極酸化被膜を輻射構造５として用いてもよい。例えば、チタン、ジルコニウム、マグネシウムなどは陽極酸化被膜を形成でき、これらを利用することもできる。

輻射部材６の厚みは１〜５ｍｍであることが好ましい。すなわち、アルミ板又はアルミシートを用いる場合、その厚みは１〜５ｍｍであることが好ましい。アルミの厚みがこの範囲になることにより、冷却性を効率よく高めることができる。また、アルミの厚みがこの範囲であると、取扱いが容易になる。

輻射構造５の材料として好適なものの他の一つとして、溶射された金属表面が挙げられる。例えば、ステンレスは輻射性が高くないが、溶射により輻射性を高めることができる。溶射した場合、表面に凹凸が形成されて輻射性が高まるものと考えられる。

輻射部材６の好ましい一例は、金属表面が粗面処理された後、その金属表面に輻射性の高い金属成分が積層された輻射部材６である。輻射部材６を構成する金属は、アルミニウムであってよい。また、粗面処理は、ブラスト処理であってもよく、エッチング処理であってもよく、その両方の処理が行われるものであってもよい。ブラスト処理はアルミ粒子により行うものであってよい。積層される金属成分は、例えばＡｌとＴｉを含むものであってよい。このような輻射部材６を用いることにより、真空条件における輻射冷却性を高めることができる。

輻射構造５は、上記のように、冷却体４の表面が陽極酸化処理又は粗面化処理されて形成されていることが好ましい。それにより、冷却体４による輻射冷却性を高めることができる。陽極酸化処理又は粗面化処理により形成される輻射構造５は、輻射部材６の表面に設けられるものであってよい。このとき、陽極酸化処理又は粗面化処理により形成された輻射構造５を表面に有する輻射部材６を、冷却体４の本体部４ａの表面に取り付けることにより、表面に輻射構造５を有する輻射冷却性の高い冷却体４を形成することができる。また、冷却体４の本体部４ａの表面に陽極酸化処理又は粗面化処理を直接行って、輻射構造５を形成するようにしてもよい。この場合、輻射部材６を用いずに冷却体４を構成することができる。なお、陽極酸化処理と粗面化処理との両方の処理が行われた表面を輻射構造５として利用してもよい。その場合、陽極酸化処理が行われた後に粗面化処理が行われていても、粗面化処理が行われた後に陽極酸化処理が行われていても、どちらでもよい。

図２は、冷却体４の一例を示している。冷却体４の本体部４ａには冷却源流路１２が設けられている。このように冷却源流路１２が設けられることにより、冷却源を流して冷却体４を冷却させることができる。

図２（ａ）の形態では、冷却体４の本体部４ａの表面に輻射構造５を構成する輻射部材６が設けられており、この輻射部材６はネジなどの差込み式の固定具１３によって本体部４ａに取り付けられている。ネジ止めによって輻射部材６を取り付けることにより、簡単に輻射構造５を冷却体４の表面に形成することができる。この形態では、輻射部材６は、本体部４ａの内側（保持体３側）の表面全体において接している。このように、輻射部材６が直接、本体部４ａと接することによって、冷却効率を高めることができる。また、ネジなどの固定具１３によって物理的に固着した場合、固定性を高めることができ、輻射構造５を本体部４ａから外れにくくすることができる。

図２（ｂ）の形態では、冷却体４の本体部４ａの表面に輻射構造５を構成する輻射部材６が設けられており、この輻射部材６は熱伝導シート１４によって接着されている。熱伝導シートは、例えば、接着性を有する樹脂組成物のシートなどによって構成される。熱伝導性を高めるために、無機フィラーや金属フィラーを含むシートが用いられていてもよい。この形態では、輻射構造５が熱伝導シート１４によって、接着しているために、熱伝導性と接着性が高められ、冷却を効率よく行うことができる。熱伝導シート１４の厚みは、特に限定されるものではないが、熱伝導性と接着性を高める観点から、０．１〜１ｍｍの範囲内であってよい。

図２（ｃ）の形態では、冷却体４の本体部４ａは表面に凹部１２ａが形成されており、この凹部１２ａが形成された面に、輻射構造５を構成する輻射部材６が取り付けられることにより、冷却体４が構成されている。冷却体４における冷却源流路１２は、輻射部材６で被覆された凹部１２ａにより形成されている。この形態では、輻射部材６が直接、冷却源と接して冷却されるため、効率よく冷却を行うことができる。また、冷却体４における冷却源流路１２が、本体部４ａと輻射部材６との接合によって形成されるため、冷却源流路１２を適宜の形状に設計しやすくすることができる。この形態においては、冷却源の流れる圧力に対向できるよう輻射部材６は厚みがある方が好ましい。例えば、輻射部材６の厚みは、冷却体４の本体部４ａの厚みの１／４以上又は１／３以上であってもよい。なお、輻射部材６と本体部４ａとはネジなどの固定具１３で固定されていてよいし、熱伝導シートで接着されてもよいし、溶接で接合されていてもよい。

図２（ｄ）の形態では、輻射構造５は溶射面によって構成されている。この輻射構造５は、輻射部材６を構成する部材の表面が溶射されて形成されている。本形態では、冷却体４の本体部４ａと輻射部材６とは、同じ材料で構成されるものであってよい。例えば、ステンレスなどを用いることができる。この形態では、同じ材料によって輻射構造５と本体部４ａとを構成することが可能になり、冷却体４を容易に作製することができる。また、溶射によって簡単に輻射性を高めることができる。なお、輻射部材６と本体部４ａとは溶接で接合しているものであってよい。

図２（ｅ）の形態では、冷却部４の本体部４ａの表面が溶射されており、この溶射された表面層によって輻射構造５が構成されている。この形態では、本体部４ａの一部として輻射構造５を構成することができるため、部材数を減らすことができ、冷却体４を容易に作製することができる。また、溶射によって簡単に輻射性を高めることができる。

図１の形態においては、複数の基板Ｓにおける基板間のピッチ（隣り合う基板間の距離）は、一定の間隔になって示されているが、基板間のピッチはこれに限定されるものではない。基板間のピッチが保持体３の端部（上下方向の端部）と中央部とにおいて異なっていてもよい。基板間のピッチは、保持爪３１の位置を変えたり、あるいは、基板トレイ７の厚みをトレイごとに変更したりすることによって変更することができる。基板間のピッチを簡単に変更可能にするためには、保持爪３１は上下移動可能に枠部３２に設けられていてもよい。例えば、保持爪３１は枠部３２に沿ってスライドして移動可能であったり、枠部３２に脱着自在に取り付けられたりするものであってもよい。

図３は、保持体３による基板Ｓの配置の仕方の一例を示しており、基板間のピッチＰの一例を示している。図３では、保持体３によって保持された状態の複数の基板Ｓを抜き出して描画しており、保持体３や基板トレイ７の図示は省略している。保持体３が冷却空間２に配置された際に、加熱空間１に近い側の基板Ｓから順番に、基板Ｓ_１、Ｓ_２、・・・との符号を付している。すなわち、図１の形態の真空加熱炉Ａでは、一番上側に配置される基板Ｓが、基板Ｓ_１となる。

図３では、基板Ｓ間の距離（ピッチＰ）が、隣り合う基板Ｓごとに異なっている。このように、保持体３は、冷却空間２に配置されたときに、複数の基板Ｓにおける基板間のピッチＰが、加熱空間１に近い側の端部のピッチＰよりも広いピッチＰが中央側で形成されるように、複数の基板Ｓを保持していることが好ましい。それにより、冷却がされにくい保持体３の中央部に配置された基板Ｓを効率よく冷却することができ、全体の冷却性を高めることができる。また、基板Ｓの間の全てを大きく広げて配置する場合よりも、装置を小型化することが可能になる。

図３では、１０個の基板Ｓを用いた場合を示しており、加熱空間１に最も近い基板Ｓを基板Ｓ_１で示し、加熱空間１から最も遠い基板Ｓを基板Ｓ_１０で表している。そして、基板Ｓ_１と基板Ｓ_２との間のピッチをＰ_１で表し、基板Ｓ_２と基板Ｓ_３との間のピッチをＰ_２で表している。そして、以下同様に、順次、ピッチＰ_３、Ｐ_４、・・・として表し、基板Ｓ_９と基板Ｓ_１０との間のピッチＰをピッチＰ_９として表している。すなわち、ｎを正の整数とした場合、基板Ｓ_ｎと基板Ｓ_ｎ＋１との間のピッチＰは、ピッチＰ_ｎとして表すことができる。

保持体３が冷却空間２に配置したときに、加熱空間１に最も近い基板Ｓ_１と、加熱空間１に２番目に近い基板Ｓ_２との間の基板間の距離（ピッチＰ）は、ピッチＰ_１である。また、保持体３が冷却空間２に配置したときに、加熱空間１から最も遠い基板Ｓ_１０と、加熱空間２から２番目に遠い基板Ｓ_９との間の基板間の距離（ピッチＰ）は、ピッチＰ_９である。なお、Ｎ個の基板Ｓを用いた場合、加熱空間２から離れた側の端部の基板Ｓは基板Ｓ_Ｎとして表すことができ、加熱空間２から離れた側の端部の基板間のピッチＰは、Ｐ_Ｎ−１として表すことができる。なお、Ｎは２以上の整数である。複数の基板Ｓのピッチを考慮する場合、Ｎは、例えば４又は５以上の整数であってよい。

そして、図３の形態では、中央部の基板間ピッチＰである、例えば、ピッチＰ_４、Ｐ_５、Ｐ_６は、加熱空間１に近い側の端部の基板間のピッチＰ_１よりも大きくなっている。そのため、中央部において冷却されにくくなることを抑制して、効率よく複数の基板Ｓを冷却することができる。複数の基板Ｓが略平行に配置される場合、等間隔に基板Ｓが並ぶと、中央部では端部よりも冷却しにくくなるおそれがある。しかしながら、基板のピッチＰが変わることにより、中央部を冷却しやすくすることができ、冷却速度をより均一化することが可能になるのである。

さらに本形態では、中央部のピッチＰ_４、Ｐ_５、Ｐ_６は、保持体３の加熱空間１から遠い側の端部の基板間のピッチＰ_９よりも、大きくなっている。そのため、中央部における冷却性をさらに高めることができる。

図３の基板Ｓの保持構造では、端部から中央部に向かうにつれて、徐々に基板間のピッチＰが広がっている。すなわち、加熱空間１に近い側の端部では、ピッチＰが、Ｐ_１＜Ｐ_２＜Ｐ_３となっている。また、加熱空間１から遠い側の端部では、ピッチＰが、Ｐ_９＜Ｐ_８＜Ｐ_７となっている。このように、中央部に向かうほど基板間のピッチＰが徐々に広がることも好ましい。それにより、中央部での冷却性をさらに高めることができる。

図３の形態では、さらに、保持体３は、加熱空間１に近い側の端部のピッチＰ_１が加熱空間１から遠い側の端部のピッチＰ_９よりも大きくなるように、複数の基板を保持している。本形態の真空加熱炉Ａでは、加熱空間１と冷却空間２とが連通しており、加熱空間１に近い端部の基板Ｓ_１は、加熱空間１に近いため冷却状態においても加熱空間１から漏れ出た熱が付与される可能性がある。そのため、加熱空間１に近い基板Ｓは冷却がされにくくなる可能性がある。そこで、加熱空間１に近い端部における基板Ｓのピッチ（Ｐ_１）を反対側の端部の基板Ｓのピッチ（Ｐ_９）よりも大きくすることによって、加熱空間１に近い基板Ｓが冷却されにくくなることを抑制し、全体の冷却効率を高めることができる。

また、前述のように、冷却状態においては、保持体３の底部は冷却体４に接することが好ましく、その場合、保持体３は冷却体４の伝熱によって直接冷却することが可能である。そして、直接冷却された場合、保持体３の底部に近い、加熱空間１とは遠い側の端部の基板Ｓ_１０や、それに隣接する基板Ｓ_９は、冷却が促進されやすい。そのため、保持体３と冷却体４とが接触する形態においては、加熱空間１に近い側の端部のピッチＰ_１を、加熱空間１から遠い側の端部のピッチＰ_９よりも大きくすることが好ましい。それにより、冷却速度をより均一化させることができる。

ここで、基板Ｓの数が１０個以外の場合も、ピッチＰは前記と同様の関係が成り立つことが好ましい。例えば、Ｎ個の基板Ｓを用いた場合、保持体３の加熱空間１から遠い側の端部の基板間のピッチＰはＰ_Ｎ−１と表すことができる。また、保持体３の中央のピッチＰをＰ_ｍと表すとすると、ｍはＮの半分付近の整数であり、例えば、ｍは、Ｎ／２、Ｎ／２−１、（Ｎ−１）／２、（Ｎ−１）／２−１などから選ばれるいずれかの整数にすることができる。このとき、前記の好ましい関係は、Ｐ_１＜Ｐ_ｍと表すことができる。また、より好ましい関係は、Ｐ_ｍ＞Ｐ_Ｎと表すことができる。また、さらに好ましい関係は、Ｐ_１＞Ｐ_Ｎと表すことができる。ピッチＰがこのような関係になることにより、冷却効率を高めることができるものである。

なお、基板Ｓの厚みは、隣り合う基板Ｓ間の距離よりもはるかに小さいものである。そのため、複数の基板ＳのピッチＰを設定する際は、基板Ｓの厚みを無視して考えてもよい。例えば、基板ＳのピッチＰは、隣り合う基板Ｓにおける対向する面の距離と考えてもよいし、一方の基板Ｓの表面から隣り合う他方の基板Ｓの表面までの距離と考えてもよい。あるいは、隣り合う基板Ｓにおいて、一方の基板Ｓの厚み方向の中心位置から他方の基板Ｓの厚み方向の中心位置までの距離と考えてもよい。また、複数の基板ＳのピッチＰは、いわば基板Ｓの面間隔として設定されるものであってよい。

図４は、基板トレイ７に載置された基板Ｓの一例を示している。複数の基板Ｓは、各基板Ｓが基板トレイ７に載置されて保持体３に保持されている。その際、基板トレイ７には、基板Ｓとは重ならない位置に貫通孔８が設けられていることが好ましい。貫通孔８が設けられることにより、貫通孔８を通して輻射することが可能になるので、冷却性を高めることができる。また、貫通孔８は、この貫通孔８が設けられた基板トレイ７に隣接する基板トレイ７に載置された基板Ｓと、輻射構造５との間において、この貫通孔８を通過する直線Ｌを結ぶことが可能なように形成されていることが好ましい。図４（ｂ）では、基板トレイ７ａに設けられた貫通孔８ａが、基板トレイ７ａに隣接する基板トレイ７ｂに載置された基板Ｓｂと、輻射構造５との間において、貫通孔８ａを通過する直線Ｌを結ぶことが可能なように形成されている様子が図示されている。このように貫通孔８が設けられることにより、この貫通孔８を通して、直接、熱の輻射を行うことができるため、冷却性をさらに高めることができる。

輻射による熱伝導では、媒体を通さないため、冷却体４の輻射が直接基板Ｓに浴びることが可能なように基板Ｓが配置されることが有利である。そこで、貫通孔８を設けると、図４（ｂ）に示すように、輻射構造５から基板Ｓを見た場合に、直近の基板Ｓだけでなく、下方の基板Ｓなどを直接見ることができるように配置することになり、輻射による熱伝導性が高まる。したがって、基板トレイ７に貫通孔８を設けることが好ましいものである。

図４（ａ）の基板トレイ７の形態では、矩形状の基板Ｓの外周に沿って、複数のスリット状の貫通孔８が設けられている。このように、基板トレイ７の外周に貫通孔８を設けることにより、冷却体４による輻射の熱伝導を受けやすくすることができる。なお、図示の形態では、貫通孔８は基板トレイ７の四辺に設けられている例を示しているが、対向する二辺であってもよい。なお、貫通孔８は、基板トレイ７の中央における基板Ｓが載置される箇所にさらに設けられてもよい。それにより、基板Ｓの中央を冷却することが可能になり、さらに冷却効率を高めることができる。ただし、中央に貫通孔８を設けると、基板トレイ７の強度が低下したり、貫通孔８の角によって基板Ｓが傷ついたりするおそれもあるため、貫通孔８は基板トレイ７の中央に設けないことも好ましい。

次に、有機半導体素子の製造方法を説明する。有機半導体素子の製造においては、上記の真空加熱炉Ａを好適に用いることができる。それにより、加熱及び冷却の効率を高めることができる。

有機半導体素子の一例は有機エレクトロルミネッセンス素子である。有機エレクトロルミネッセンス素子としては、基板Ｓの表面に、第１の電極層、複数の有機層、第２の電極層が積層されて形成されている構造のものを製造することができる。複数の有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、中間層などから選ばれる複数の適宜の層であってよい。

有機半導体素子の製造方法にあっては、複数の基板Ｓを真空中で加熱した後に冷却する真空加熱冷却工程を含んでいる。この真空加熱冷却工程は、例えば、塗布層を形成した後、蒸着を行う前に行うことができる。有機層を積層する際に、下部の層を塗布で形成し、上部の層を蒸着により形成する場合があるが、本工程では、このような塗布層の形成後の基板Ｓを効率よく加熱処理することができる。塗布層は、有機膜であってよい。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子においては、基板Ｓの表面に電極層が形成され、さらにこの電極層の表面に一又は複数の有機膜が積層形成された基板Ｓを加熱処理の対象として用いることができる。

まず、図１の形態の真空加熱炉Ａにおいて、基板Ｓを基板トレイ７に載置し、基板トレイ７ごと基板Ｓを開口１１からチャンバー１０内に入れて、保持体３に保持する。基板Ｓの導入は、１枚ずつ行うものであってよい。基板Ｓの導入は冷却空間２で行うことが好ましい。加熱空間１で基板Ｓを導入すると、最初に導入された基板Ｓと最後に導入された基板Ｓとの熱履歴が異なることになる可能性があり、複数の基板Ｓにおいて加熱処理のぶれが大きくなるおそれがある。

基板Ｓの導入は、例えば、まず、保持体３を冷却空間２に配置し、開口１１の高さ位置に保持体３の一番上側の保持爪３１が配置している状態で、開口１１から一番上側の基板Ｓ（Ｓ_１）を導入するようにする。そして、保持体３を上方に移動させて、すぐ下側の保持爪３１を開口１１の側方に配置させ、二番目の基板Ｓ（Ｓ_２）を導入する。この動作を繰り返して、保持体３の底部に配置される基板Ｓ（Ｓ_１０）を導入する。これにより、加熱処理を行う複数の基板Ｓの全てを保持体３に保持することができる。このとき、複数の基板Ｓは、各基板Ｓが基板トレイ７に載置されて保持体３に保持されることになる。また、保持体３は、複数の基板Ｓを略平行に配置して保持することになる。なお、基板Ｓの導入は複数枚（例えば２枚ずつ）で行うなどの方法であってもよい。また、基板Ｓの導入は、底部の基板Ｓ（Ｓ_１０）から順次に導入して、上部の基板Ｓ（Ｓ_１）までを導入するようにしてもよい。その場合、導入された基板Ｓを冷却空間２内に保持できるため、不要に加熱されることを抑制することができる。

次に、チャンバー１０内を真空にする。真空は、チャンバー１０内の気体をポンプなどで排気することにより行うことができる。真空に際しては、開口１１を蓋などで塞いでもよい。あるいは、開口１１をオープンにしたまま、開口１１と連通する空間ごと真空にしてもよい。例えば、基板Ｓの搬送を行う搬送空間や、蒸着するための蒸着空間などと一緒に真空にすることができる。なお、真空は基板Ｓの導入前に行ってもよい。例えば、基板Ｓの導入前にチャンバー１０内を開口１１によって連通する空間ごと真空にし、その後、基板Ｓをチャンバー１０に導入してもよい。

複数の基板Ｓをチャンバー１０内に入れた後、保持体３を加熱空間１に移動させて加熱体９に囲まれた状態で保持し（加熱ポジション）、加熱処理工程に移る。加熱空間１によって基板Ｓが加熱される温度は、加熱処理に適した温度であってよい。例えば、１００〜２００℃にすることができる。加熱処理の時間は、特に限定されるものではないが、有機膜の定着が可能な時間であればよく、例えば、５〜３０分の範囲内であってよい。加熱処理においては、全ての基板Ｓが所定の温度に達したときに加熱終了の時点となる。

そして、加熱空間１から冷却空間２に保持体３を移動させて冷却体４に囲まれた状態で保持し（冷却ポジション）、加熱された複数の基板Ｓを冷却する。保持体３の移動方向は、複数の基板Ｓの表面と垂直な方向（法線方向）であってよい。それにより、冷却体４を保持体３の周囲における側方に配置せることができ、複数の基板Ｓを側方から効率よく冷却することができる。このとき、本形態の真空加熱炉Ａでは、輻射構造５を有するとともに冷却源によって冷却された冷却体４によって、複数の基板Ｓを冷却することができる。そのため、輻射による冷却性を高めることができ、効率よく冷却することが可能になる。また、冷却ポジションとなったときに保持体３が冷却体４に接するようにすると、熱伝導によって冷却することができるため、冷却性をさらに高めることができる。

有機半導体素子の製造では、基板トレイ７には、上記で説明した貫通孔８が設けられていることが好ましい。それにより、輻射による冷却性を高めることができ、効率よく冷却することができる。

冷却空間２によって基板Ｓが冷却される温度は、次工程に適する温度、例えば蒸着に適する温度であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、０〜５０℃の範囲内にすることができる。冷却工程では、全ての基板Ｓが所定の温度に達したとき（例えば５０℃以下又は４０℃以下）に冷却終了の時点となる。

ここで、加熱空間１は加熱体９の駆動によって作り出すことができる。例えば、加熱体９に給電することにより、加熱体９を発熱させて加熱空間１を形成することができる。また、冷却空間２は、冷却体４の駆動によって作り出すことができる。例えば、冷却源が冷却源流路１２を流れることによって冷却体４が冷却し、冷却空間２を形成することができる。加熱体９及び冷却体４の駆動は、基板Ｓの導入前であってよい。すなわち、加熱空間１及び冷却空間２は、基板Ｓの導入前にあらかじめ形成されていてよい。それにより、効率よく基板Ｓの加熱及び冷却を行うことができる。

冷却工程の後は、開口１１から基板Ｓを取り出して、次工程に送り出すことができる。本形態では、基板Ｓを真空条件下で冷却しているために、真空状態を維持したまま、次工程に進むことができる。例えば、次工程が真空蒸着の場合は、真空状態を維持したまま、真空蒸着を行って、塗布層の上に蒸着層を形成することができる。

図１の形態の真空加熱炉Ａでは、開口１１が冷却空間２の上部に設けられている。そのため、真空加熱冷却工程後に、複数の基板Ｓを冷却空間２から搬出する搬出工程を行うにあたって、複数の基板Ｓのうちの加熱空間１に近い側の基板Ｓから順に冷却空間２の外部に搬出するようにすることができる。それにより、基板Ｓの再加熱を抑制することができ、複数の基板Ｓの全てを、冷却状態を維持したまま次工程に送り出すことができる。また、搬送中に冷却ポジションを維持することができるため、基板Ｓを十分に冷却することができる。

基板Ｓを取り出すにあたって、開口１１が蓋などによって閉じられている場合には、蓋を開ける。このとき、あらかじめチャンバー１０の内部と通じる空間を真空状態にしておくことができる。また、開口１１が閉じられていない状態で真空空間が形成されている場合には、そのまま真空状態を維持して基板Ｓを開口１１から取り出すことができる。

基板Ｓの取り出しは、保持体３の一番上に配置された基板Ｓ（Ｓ_１）を基板トレイ７ごと取り出した後、保持体３を上方に移動させて、二番目の基板Ｓ（Ｓ_２）を取り出し、以下同様に、順次に下方の基板Ｓを取り出すことにより行うことができる。保持体３の底部の配置された基板Ｓ（Ｓ_１０）を取り出すことにより基板Ｓの取り出しは終了する。このように、上部の基板Ｓから順番に取り出す場合、取り出す基板Ｓよりも下側の基板Ｓは、冷却空間２内に配置されることになる。そのため、基板Ｓが再加熱されることを抑制することができる。

真空加熱炉Ａから取り出された基板Ｓは、蒸着などの次工程に進むことができる。有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する場合には、塗布膜を形成し加熱処理及び冷却した基板Ｓが、真空加熱炉Ａから取り出される。その後、真空下で他の有機膜や電極層などの適宜の層を蒸着法、スパッタ法等に代表される真空下の気相成膜によって形成することができる。真空状態を維持して積層を行うことにより、水分の浸入を抑制して、劣化の少ない素子を製造することができる。そして、積層体が形成された基板Ｓを窒素雰囲気などの不活性条件下に置き、この条件下で対向基板などにより積層体の封止を行うことによって、有機エレクトロルミネッセンス素子を製造することができる。真空状態からそのまま不活性条件に移行して封止を行うことにより、水分の浸入をさらに抑制して、劣化の少ない素子を製造することができる。

図５に、真空加熱炉Ａを用いて有機エレクトロルミネッセンス素子を製造したときの、複数の基板Ｓにおける加熱及び冷却の際の温度の変化例を示す。このグラフでは、等間隔のピッチで１０枚の基板Ｓを並べた場合における基板Ｓ_１、Ｓ_５、Ｓ_１０の中央付近の温度を示している。横軸は時間、縦軸は温度である。この装置では、保持体３は、冷却空間２に配置されたときに、底部の冷却体４と接するように構成されている。

図５のグラフに示すように、保持体３の中央に配置される基板Ｓ（Ｓ_５）は、端部の基板Ｓ（Ｓ_１、Ｓ_１０）よりも温度が変化しにくく、加熱に時間を要するとともに、冷却に時間を要することが分かる。また、加熱空間１から遠い側の端部の基板Ｓ（Ｓ_１０）よりも加熱空間１に近い側の端部の基板Ｓ（Ｓ_１）の方が冷却されにくいことが分かる。そこで、図３の形態で説明したように、基板間のピッチＰを調整することによって、保持体３の中央部での基板Ｓの冷却性を高めることができ、全体の冷却効率を向上することができるものである。また、このグラフから、保持体３の底部にある基板Ｓ_１０は、保持体３と冷却体４との接触により、他の基板Ｓ（Ｓ_１、Ｓ_５）よりも冷却速度が高められていることが分かる。

Ａ 真空加熱炉
Ｓ 基板
Ｐ 基板間のピッチ
Ｌ 直線
１ 加熱空間
２ 冷却空間
３ 保持体
４ 冷却体
４ａ 冷却体の本体部
５ 輻射構造
６ 輻射部材
７ 基板トレイ
８ 貫通孔
９ 加熱体
１０ チャンバー
１１ 開口
１２ 冷却源流路
１３ 固定具
１４ 熱伝導性シート
１６ 冷却配管
３１ 保持爪
３２ 枠部
３３ 蓋部

Claims (10)

1. 複数の基板を真空中で加熱する真空加熱炉であって、
   前記複数の基板を真空中で加熱するための加熱空間と、加熱後の前記複数の基板を真空中で冷却するための冷却空間とが設けられ、
   前記複数の基板を略平行に配置して保持し、前記加熱空間と前記冷却空間との間を前記複数の基板の表面と垂直な方向に移動可能な保持体と、
   冷却源によって冷却され、前記冷却空間を形成する冷却体とを備え、
   前記冷却体は、前記複数の基板を輻射によって冷却するための輻射構造を有することを特徴とする、真空加熱炉。
2. 前記輻射構造は、この輻射構造よりも輻射率の低い材料で形成された前記冷却体の本体部の表面に、前記本体部よりも輻射率の高い輻射部材が設けられて形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の真空加熱炉。
3. 前記保持体は、前記冷却空間に配置されたときに、前記複数の基板における基板間のピッチが、前記加熱空間に近い側の端部のピッチよりも広いピッチが中央側で形成されるように、前記複数の基板を保持していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の真空加熱炉。
4. 前記保持体は、前記冷却空間内に配置されたときに前記冷却体と接することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空加熱炉。
5. 前記保持体は、前記冷却空間に配置されたときに、前記複数の基板における前記基板間のピッチが、前記加熱空間に近い側の端部のピッチよりも広いピッチが中央側で形成されるとともに、前記加熱空間に近い側の端部のピッチが前記加熱空間から遠い側の端部のピッチよりも大きくなるように、前記複数の基板を保持していることを特徴とする、請求項４に記載の真空加熱炉。
6. 前記輻射構造は、前記冷却体の表面が陽極酸化処理又は粗面化処理されて形成されていることを特徴する請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空加熱炉。
7. 有機半導体素子の製造方法であって、
   複数の基板を真空中で加熱した後に冷却する真空加熱冷却工程を行うにあたって、
   前記複数の基板を略平行に配置して保持する保持体を、前記複数の基板を真空中で加熱するための加熱空間から、加熱後の前記複数の基板を冷却するための冷却空間に、前記複数の基板の表面と垂直な方向に移動させ、
   前記複数の基板を輻射によって冷却する輻射構造を有し、冷却源によって冷却された冷却体によって、前記複数の基板を冷却することを特徴とする、有機半導体素子の製造方法。
8. 前記複数の基板は、各基板が基板トレイに載置されて前記保持体に保持されており、
   前記基板トレイには、前記基板とは重ならない位置に貫通孔が設けられ、
   前記貫通孔は、この貫通孔が設けられた前記基板トレイに隣接する前記基板トレイに載置された前記基板と、前記輻射構造との間において、前記貫通孔を通過する直線を結ぶことが可能なように形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の有機半導体素子の製造方法。
9. 真空加熱冷却工程後に、前記複数の基板を前記冷却空間から搬出する搬出工程を行うにあたって、
   前記複数の基板のうちの前記加熱空間に近い側の前記基板から順に前記冷却空間の外部に搬出することを特徴とする、請求項７又は８に記載の有機半導体素子の製造方法。
10. 前記輻射構造は、前記冷却体の表面が陽極酸化処理又は粗面化処理されて形成されていることを特徴する請求項７〜９のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。

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