JP2017083140A - 基板加熱装置及び基板加熱方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の加熱に要するタクトタイムを短縮化する。【解決手段】実施形態の基板加熱装置は、ポリイミドを形成するための溶液が塗布された基板を減圧可能な減圧部と、前記基板を第一の温度で加熱可能な第一加熱部と、前記第一の温度よりも高い第二の温度で前記基板を加熱可能な第二加熱部と、を含み、前記第二加熱部は、前記第一加熱部とは別個独立して設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、基板加熱装置及び基板加熱方法に関する。
近年、電子デバイス用の基板として、ガラス基板に代わりフレキシブル性を有した樹脂基板の市場ニーズがある。例えば、このような樹脂基板は、ポリイミド膜を用いる。例えば、ポリイミド膜は、基板にポリイミドの前駆体の溶液を塗布した後、前記基板を加熱する工程（加熱工程）を経て形成される。例えば、ポリイミドの前駆体の溶液としては、ポリアミック酸と溶媒からなるポリアミック酸ワニスがある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２００１−２１０６３２号公報 国際公開第２００９／１０４３７１号
ところで、上述の加熱工程は、比較的低温で溶媒を蒸発させる第一工程と、比較的高温でポリアミック酸を硬化させる第二工程とを含む。そのため、基板の加熱温度を第一工程の温度から第二工程の温度まで高める間に長時間を要する虞があり、基板の加熱に要するタクトタイムを短縮化する上で課題があった。
以上のような事情に鑑み、本発明は、基板の加熱に要するタクトタイムを短縮化することが可能な基板加熱装置及び基板加熱方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る基板加熱装置は、ポリイミドを形成するための溶液が塗布された基板を減圧可能な減圧部と、前記基板を第一の温度で加熱可能な第一加熱部と、前記第一の温度よりも高い第二の温度で前記基板を加熱可能な第二加熱部と、を含み、前記第二加熱部は、前記第一加熱部とは別個独立して設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、第二加熱部は第一加熱部とは別個独立して設けられているため、第二加熱部の昇温レートを第一加熱部の昇温レートよりも大きくすることができ、基板温度を所望の温度まで短時間で到達させることができる。例えば、第一加熱部を基板に近接させる前（具体的には基板投入時）に、減圧部によって基板を減圧雰囲気とし、この減圧雰囲気を保った状態で、第一加熱部で基板を加熱しつつ、加えて第二加熱部で基板を加熱することができる。また、第一加熱部で基板を加熱している間に、第二加熱部を予め昇温して、第二の温度で基板を加熱可能にしておくこともできる。そのため、基板の加熱温度を第一の温度から第二の温度まで高める間の時間を考慮する必要がない。したがって、基板の加熱に要するタクトタイムを短縮化することができる。
上記の基板加熱装置において、前記第二加熱部の昇温レートは、前記第一加熱部の昇温レートよりも大きくてもよい。
この構成によれば、第二加熱部の昇温レートが第一加熱部の昇温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部を短時間で昇温することができる。したがって、第一の温度と第二の温度との差が比較的大きい場合であっても、基板の加熱温度を第二の温度まで高める間の時間を短縮することができる。
上記の基板加熱装置において、前記第二加熱部の降温レートは、前記第一加熱部の降温レートよりも大きくてもよい。
この構成によれば、第二加熱部の降温レートが第一加熱部の降温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部を短時間で降温することができる。したがって、基板を第二の温度で加熱した後、基板を冷却する場合であっても、基板の加熱温度を冷却温度まで低くする間の時間を短縮することができる。
上記の基板加熱装置において、前記基板、前記第一加熱部及び前記第二加熱部を収容可能なチャンバを更に含んでいてもよい。
この構成によれば、チャンバ内で基板の加熱温度を管理することができるため、基板を効果的に加熱することができる。
上記の基板加熱装置において、前記基板、前記第一加熱部及び前記第二加熱部は、共通の前記チャンバに収容されていてもよい。
この構成によれば、共通のチャンバ内で基板への第一加熱部による加熱処理と第二加熱部による加熱処理とを一括して行うことができる。すなわち、第一加熱部及び第二加熱部が互いに異なるチャンバに収容された場合のように、異なる２つのチャンバ間で基板を搬送させるための時間を要しない。したがって、基板の加熱処理をより一層効率良く行うことができる。また、異なる２つのチャンバを備えた場合と比較して、装置全体を小型化することができる。
上記の基板加熱装置において、前記溶液は、前記基板の第一面にのみ塗布されており、前記第一加熱部は、前記基板の第一面とは反対側の第二面の側に配置されていてもよい。
この構成によれば、第一加熱部から発せられた熱が、基板の第二面の側から第一面の側に向けて伝わるようになるため、基板を効果的に加熱することができる。また、第一加熱部で基板を加熱している間に、基板に塗布された溶液の揮発又はイミド化（例えば、成膜中のガス抜き）を効率良く行うことができる。
上記の基板加熱装置において、前記第二加熱部は、前記基板の第一面の側に配置されていてもよい。
この構成によれば、第二加熱部から発せられた熱が、基板の第一面の側から第二面の側に向けて伝わるようになるため、第一加熱部による加熱と第二加熱部による加熱とが相まって、基板をより一層効果的に加熱することができる。
上記の基板加熱装置において、前記第一加熱部及び前記第二加熱部の少なくとも一方は、前記基板を段階的に加熱可能であってもよい。
この構成によれば、第一加熱部及び第二加熱部が基板を一定の温度でのみ加熱可能な場合と比較して、基板に塗布された溶液の成膜条件に適合するように、基板を効率良く加熱することができる。したがって、基板に塗布された溶液を段階的に乾燥させ、良好に硬化させることができる。
上記の基板加熱装置において、前記第一加熱部及び前記第二加熱部の少なくとも一方と前記基板との相対位置を調整可能な位置調整部を更に含んでいてもよい。
この構成によれば、前記位置調整部を備えない場合と比較して、基板の加熱温度を調整し易くなる。例えば、基板の加熱温度を高くする場合には第一加熱部及び第二加熱部と基板とを近接させ、基板の加熱温度を低くする場合には第一加熱部及び第二加熱部と基板とを離反させることができる。したがって、基板を段階的に加熱し易くなる。
上記の基板加熱装置において、前記位置調整部は、前記基板を前記第一加熱部と前記第二加熱部との間で移動可能とする移動部を含んでいてもよい。
この構成によれば、基板を第一加熱部と第二加熱部との間で移動させることによって、第一加熱部及び第二加熱部の少なくとも一方を定位置に配置した状態で、基板の加熱温度を調整することができる。したがって、第一加熱部及び第二加熱部の少なくとも一方を移動可能とする装置を別途設ける必要がないため、簡素な構成で基板の加熱温度を調整することができる。
上記の基板加熱装置において、前記第一加熱部と前記第二加熱部との間には、前記基板を搬送可能とする搬送部が設けられており、前記搬送部には、前記移動部を通過可能とする通過部が形成されていてもよい。
この構成によれば、基板を第一加熱部と第二加熱部との間で移動させる場合に、通過部を通過させることができるため、搬送部を迂回して基板を移動させる必要がない。したがって、搬送部を迂回して基板を移動させるための装置を別途設ける必要がないため、簡素な構成で基板の移動をスムーズに行うことができる。
上記の基板加熱装置において、前記移動部は、前記基板の第一面とは反対側の第二面を支持可能かつ前記第二面の法線方向に移動可能な複数のピンを含み、前記複数のピンの先端は、前記第二面と平行な面内に配置されていてもよい。
この構成によれば、基板を安定して支持した状態で、基板を加熱することができるため、基板に塗布された溶液を安定して成膜させることができる。
上記の基板加熱装置において、前記第一加熱部には、前記第一加熱部を前記第二面の法線方向に開口する複数の挿通孔が形成されており、前記複数のピンの先端は、前記複数の挿通孔を介して前記第二面に当接可能とされていてもよい。
この構成によれば、複数のピンと第一加熱部との間での基板の受け渡しを短時間で行うことができるため、基板の加熱温度を効率良く調整することができる。
上記の基板加熱装置において、前記第一の温度を含む温度範囲は、２０℃以上かつ３００℃以下の範囲であってもよい。
この構成によれば、基板に塗布された溶液の揮発又はイミド化を安定して行うことができるため、膜特性を向上させることができる。
上記の基板加熱装置において、前記第二の温度を含む温度範囲は、２００℃以上かつ６００℃以下の範囲であってもよい。
この構成によれば、基板に塗布された溶液のイミド化時の分子鎖の再配列を安定して行うことができるため、膜特性を向上させることができる。
上記の基板加熱装置において、前記第一加熱部は、ホットプレートであってもよい。
この構成によれば、基板の加熱温度を基板の面内で均一化させることができるため、膜特性を向上させることができる。例えば、ホットプレートの一面と基板の第二面とを当接させた状態で基板を加熱することによって、基板の加熱温度の面内均一性を高めることができる。
上記の基板加熱装置において、前記第二加熱部は、赤外線ヒータであってもよい。
この構成によれば、赤外線加熱によって基板を加熱することができるため、第二加熱部がホットプレートである場合と比較して、基板を第二の温度まで短時間で昇温することができる。また、第二加熱部と基板とを離反させた状態で基板を加熱すること（いわゆる非接触加熱）ができるため、基板を清浄に保つ（いわゆるクリーン加熱を行う）ことができる。
上記の基板加熱装置において、前記赤外線ヒータのピーク波長範囲は、１．５μｍ以上かつ４μｍ以下の範囲であってもよい。
この構成によれば、１．５μｍ以上かつ４μｍ以下の範囲の波長は、ガラス及び水等の吸収波長と一致するため、基板及び基板に塗布された溶液をより一層効果的に加熱することができる。
上記の基板加熱装置において、前記基板の温度を検知可能な検知部を更に含んでいてもよい。
この構成によれば、基板の温度をリアルタイムで把握することができる。例えば、検知部の検知結果に基づいて基板を加熱することによって、基板の温度が目標値からずれることを抑制することができる。
上記の基板加熱装置において、前記基板に塗布された前記溶液から揮発した溶媒を回収可能な回収部を更に含んでいてもよい。
この構成によれば、溶液から揮発した溶媒が工場側へ排出されることを防ぐことができる。また、回収部を減圧部（真空ポンプ）のラインに接続した場合には、溶液から揮発した溶媒が再び液化して真空ポンプ内に逆流することを防ぐことができる。さらに、溶液から揮発した溶媒を、次回に用いる溶液の溶媒として再利用することができる。
上記の基板加熱装置において、前記基板を揺動可能な揺動部を更に含んでいてもよい。
この構成によれば、基板を揺動させつつ加熱することができるため、基板の温度均一性を高めることができる。
本発明の一態様に係る基板加熱方法は、ポリイミドを形成するための溶液が塗布された基板を減圧する減圧工程と、前記基板を第一の温度で加熱する第一加熱工程と、前記第一の温度よりも高い第二の温度で前記基板を加熱する第二加熱工程と、を含み、前記第二加熱工程では、前記第一加熱工程で用いる第一加熱部とは別個独立して設けられている第二加熱部を用いて前記基板を加熱することを特徴とする。
この方法によれば、第二加熱部は第一加熱部とは別個独立して設けられているため、第二加熱部の昇温レートを第一加熱部の昇温レートよりも大きくすることができ、基板温度を所望の温度まで短時間で到達させることができる。例えば、第一加熱部を基板に近接させる前（具体的には基板投入時）に、減圧部によって基板を減圧雰囲気とし、この減圧雰囲気を保った状態で、第一加熱部で基板を加熱しつつ、加えて第二加熱部で基板を加熱することができる。また、第一加熱部で基板を加熱している間に、第二加熱部を予め昇温して、第二の温度で基板を加熱可能にしておくこともできる。そのため、基板の加熱温度を第一の温度から第二の温度まで高める間の時間を考慮する必要がない。したがって、基板の加熱に要するタクトタイムを短縮化することができる。
上記の基板加熱方法において、前記第二加熱工程では、前記第二加熱部の昇温レートを前記第一加熱部の昇温レートよりも大きくしてもよい。
この方法によれば、第二加熱工程において第二加熱部の昇温レートが第一加熱部の昇温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部を短時間で昇温することができる。したがって、第一の温度と第二の温度との差が比較的大きい場合であっても、基板の加熱温度を第二の温度まで高める間の時間を短縮することができる。
上記の基板加熱方法において、前記第二加熱工程では、前記第二加熱部の降温レートを前記第一加熱部の降温レートよりも大きくしてもよい。
この方法によれば、第二加熱工程において第二加熱部の降温レートが第一加熱部の降温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部を短時間で降温することができる。したがって、基板を第二の温度で加熱した後、基板を冷却する場合であっても、基板の加熱温度を冷却温度まで低くする間の時間を短縮することができる。
上記の基板加熱方法において、前記減圧工程では、前記基板を大気圧から５００Ｐａ以下まで減圧し、前記第一加熱工程では、前記減圧工程の雰囲気を保った状態で、前記基板の温度が１５０℃から３００℃の範囲で、前記基板に塗布された前記溶液が揮発又はイミド化するまで前記基板を加熱し、前記第二加熱工程では、前記減圧工程の雰囲気を保った状態で、前記基板の温度が前記第一加熱工程の温度から６００℃以下になるまで前記基板を加熱してもよい。
この方法によれば、基板に塗布された溶液の揮発又はイミド化を安定して行うとともに、基板に塗布された溶液のイミド化時の分子鎖の再配列を安定して行うことができるため、膜特性を向上させることができる。
上記の基板加熱方法において、前記第一加熱工程では、前記基板を加熱する時間を１０ｍｉｎ以下としてもよい。
この方法によれば、基板に塗布された溶液の揮発又はイミド化を短時間で安定して行うことができるため、短時間で膜特性を向上させることができる。
上記の基板加熱方法において、前記第二加熱工程では、前記第二加熱部の昇温レートを１００℃／ｍｉｎ以上として前記基板を昇温してもよい。
この方法によれば、基板に塗布された溶液のイミド化時の分子鎖の再配列を短時間で安定して行うことができるため、短時間で膜特性を向上させることができる。
本発明によれば、基板の加熱に要するタクトタイムを短縮化することができる基板加熱装置及び基板加熱方法を提供することができる。
第一実施形態に係る基板加熱装置の斜視図である。 搬送ローラ、基板及び第一加熱部の配置関係を説明するための図である。 ホットプレート及び赤外線ヒータの昇温レートを比較したグラフである。 ホットプレート及び赤外線ヒータの降温レートを比較したグラフである。 第一実施形態に係る基板加熱装置の動作の一例を説明するための図である。 図５に続く、第一実施形態に係る基板加熱装置の動作説明図である。 図６に続く、第一実施形態に係る基板加熱装置の動作説明図である。 第一実施形態に係る基板加熱方法の処理条件の一例を説明するための図である。 第二実施形態に係る基板加熱装置の動作の一例を説明するための図である。 図９に続く、第二実施形態に係る基板加熱装置の動作説明図である。 図１０に続く、第二実施形態に係る基板加熱装置の動作説明図である。 比較例の処理条件を説明するための図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ方向、水平面内においてＸ方向と直交する方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ方向とする。
（第一実施形態）
＜基板加熱装置＞
図１は、第一実施形態に係る基板加熱装置１の斜視図である。
図１に示すように、基板加熱装置１は、チャンバ２、減圧部３、ガス供給部４、第一加熱部５、第二加熱部６、位置調整部７、搬送部８、検知部９、回収部１１、揺動部１２及び制御部１５を備える。制御部１５は、基板加熱装置１の構成要素を統括制御する。便宜上、図１においては、チャンバ２、減圧部３、ガス供給部４及び回収部１１を二点鎖線で示す。
＜チャンバ＞
チャンバ２は、基板１０、第一加熱部５及び第二加熱部６を収容可能である。基板１０、第一加熱部５及び第二加熱部６は、共通のチャンバ２に収容されている。チャンバ２は、直方体の箱状に形成される。具体的に、チャンバ２は、矩形板状の天板２１と、天板２１と対向する矩形板状の底板２２と、天板２１及び底板２２の外周縁に繋がる矩形枠状の周壁２３とによって形成される。例えば、周壁２３の−Ｘ方向側には、チャンバ２に対して基板１０の搬入及び搬出をするための基板搬出入口２３ａが設けられる。
チャンバ２は、基板１０を密閉空間で収容可能に構成される。例えば、天板２１、底板２２及び周壁２３の各接続部を溶接等で隙間なく結合することで、チャンバ２内の気密性を向上することができる。
＜減圧部＞
減圧部３は、底板２２の−Ｙ方向側の基板搬出入口２３ａ寄りの角部に接続されている。減圧部３は、チャンバ２内を減圧可能である。例えば、減圧部３は、ポンプ機構等の減圧機構を備える。例えば、減圧機構は、真空ポンプ１３を備える。なお、減圧部３の接続部位は、底板２２の−Ｙ方向側の基板搬出入口２３ａ寄りの角部に限定されない。減圧部３は、チャンバ２に接続されていればよい。
減圧部３は、ポリイミド膜（ポリイミド）を形成するための溶液（以下「ポリイミド形成用液」という。）が塗布された基板１０を減圧可能である。例えば、ポリイミド形成用液は、ポリアミック酸又はポリイミドパウダーを含む。ポリイミド形成用液は、矩形板状をなす基板１０の第一面１０ａ（上面）にのみ塗布されている。
＜ガス供給部＞
ガス供給部４は、周壁２３の＋Ｘ方向側の天板２１寄りの角部に接続されている。ガス供給部４は、チャンバ２の内部雰囲気の状態を調整可能である。ガス供給部４は、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスをチャンバ２内へ供給する。なお、ガス供給部４の接続部位は、周壁２３の＋Ｘ方向側の天板２１寄りの角部に限定されない。ガス供給部４は、チャンバ２に接続されていればよい。また、基板降温時にガスを供給することで基板冷却に使用してもよい。
ガス供給部４により、チャンバ２の内部雰囲気の酸素濃度を調整することができる。チャンバ２の内部雰囲気の酸素濃度（質量基準）は、低いほど好ましい。具体的には、チャンバ２の内部雰囲気の酸素濃度を、１００ｐｐｍ以下とすることが好ましく、２０ｐｐｍ以下とすることがより好ましい。
例えば、後述のように、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液を硬化するときの雰囲気において、このように酸素濃度を好ましい上限以下とすることにより、ポリイミド形成用液の硬化を進行しやすくすることができる。
＜第一加熱部＞
第一加熱部５は、チャンバ２内の下方に配置されている。第一加熱部５は、基板１０を第一の温度で加熱可能である。第一加熱部５は、基板１０を段階的に加熱可能である。例えば、第一の温度を含む温度範囲は、２０℃以上かつ３００℃以下の範囲である。第一加熱部５は、基板１０の第一面１０ａとは反対側の第二面１０ｂ（下面）の側に配置されている。
第一加熱部５は、矩形板状をなす（図２参照）。第一加熱部５は、基板１０を下方から支持可能である。第一加熱部５の上面は、基板１０の第一面１０ａに沿う平坦面をなす。例えば、第一加熱部５は、ホットプレートである。
＜第二加熱部＞
第二加熱部６は、チャンバ２内の上方に配置されている。第二加熱部６は、第一の温度よりも高い第二の温度で基板１０を加熱可能である。第二加熱部６は、第一加熱部５とは別個独立して設けられている。第二加熱部６は、基板１０を段階的に加熱可能である。例えば、第二の温度を含む温度範囲は、２００℃以上かつ６００℃以下の範囲である。第二加熱部６は、基板１０の第一面１０ａの側に配置されている。
第二加熱部６は、天板２１に支持されている。第二加熱部６は、チャンバ２内の天板２１寄りで定位置に固定されている。例えば、第二加熱部６は、赤外線ヒータである。例えば、赤外線ヒータのピーク波長範囲は、１．５μｍ以上かつ４μｍ以下の範囲である。
第二加熱部６の昇温レートは、第一加熱部５の昇温レートよりも大きい。第二加熱部６の降温レートは、第一加熱部５の降温レートよりも大きい。
図３は、ホットプレート及び赤外線ヒータの昇温レートを比較したグラフである。図４は、ホットプレート及び赤外線ヒータの降温レートを比較したグラフである。図３及び図４において、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は温度［℃］を示す。また、符号ＨＰはホットプレートのグラフ、符号ＩＲは赤外線ヒータのグラフを示す。
＜ホットプレート及び赤外線ヒータの昇温レート＞
図３に示すように、ホットプレートＨＰの温度は、時間の経過に従って緩やかに上昇する。例えば、ホットプレートＨＰの場合、温度が７５℃から２５０℃になるまで８７５ｓｅｃ程度かかる。例えば、ホットプレートＨＰの昇温レートは、０．２℃／ｓｅｃ程度である。
一方、赤外線ヒータＩＲの温度は、時間の経過に従って急峻に上昇する。例えば、赤外線ヒータＩＲの場合、温度が２５℃から３７５℃になるまで９０ｓｅｃ程度かかる。例えば、赤外線ヒータＩＲの昇温レートは、４℃／ｓｅｃ程度である。赤外線ヒータＩＲの昇温レートは、ホットプレートＨＰの昇温レートよりも大きい。
＜ホットプレート及び赤外線ヒータの降温レート＞
図４に示すように、ホットプレートＨＰの温度は、時間の経過に従って緩やかに下降する。例えば、ホットプレートＨＰの場合、温度が２５０℃から１５０℃になるまで２０００ｓｅｃ程度かかる。例えば、ホットプレートＨＰの降温レートは、０．０５℃／ｓｅｃ程度である。
一方、赤外線ヒータＩＲの温度は、時間の経過に従って急峻に下降する。例えば、赤外線ヒータＩＲの場合、温度が４００℃から１５０℃になるまで１５０ｓｅｃ程度かかる。例えば、赤外線ヒータＩＲの降温レートは、２℃／ｓｅｃ程度である。赤外線ヒータＩＲの降温レートは、ホットプレートＨＰの降温レートよりも大きい。
＜位置調整部＞
図１に示すように、位置調整部７は、チャンバ２の下方に配置されている。位置調整部７は、第一加熱部５及び第二加熱部６と基板１０との相対位置を調整可能である。位置調整部７は、移動部７ａと駆動部７ｂとを備える。移動部７ａは、上下（Ｚ方向）に延びる柱状の部材である。移動部７ａの上端は、第一加熱部５の下面に固定されている。駆動部７ｂは、移動部７ａを上下に移動可能とする。移動部７ａは、基板１０を第一加熱部５と第二加熱部６との間で移動可能とする。具体的に、移動部７ａは、基板１０が第一加熱部５の上面に載置された状態で、駆動部７ｂの駆動によって、基板１０を上下に移動させる（図６及び図７参照）。
駆動部７ｂは、チャンバ２の外部に配置されている。そのため、仮に駆動部７ｂの駆動に伴いパーティクルが発生したとしても、チャンバ２内を密閉空間とすることによって、チャンバ２内へのパーティクルの侵入を回避することができる。
＜搬送部＞
搬送部８は、チャンバ２内において、第一加熱部５と第二加熱部６との間に配置されている。搬送部８は、基板１０を搬送可能である。搬送部８には、移動部７ａを通過可能とする通過部８ｈが形成されている。搬送部８は、基板１０の搬送方向であるＸ方向に沿って配置された複数の搬送ローラ８ａを備える。
複数の搬送ローラ８ａは、周壁２３の＋Ｙ方向側と−Ｙ方向側とに離反して配置されている。通過部８ｈは、周壁２３の＋Ｙ方向側の搬送ローラ８ａと、周壁２３の−Ｙ方向側の搬送ローラ８ａとの間の空間である。
例えば、周壁２３の＋Ｙ方向側及び−Ｙ方向側のそれぞれには、Ｙ方向に延びる複数のシャフト（不図示）がＸ方向に沿って配置されている。各搬送ローラ８ａは、駆動機構（不図示）によって、各シャフトの回りに回転駆動されるようになっている。
図２は、搬送ローラ８ａ、基板１０及び第一加熱部５の配置関係を説明するための図である。図２は、基板加熱装置１の上面図に相当する。便宜上、図２においては、チャンバ２を二点鎖線で示す。
図２において、符号Ｌ１は、周壁２３の＋Ｙ方向側の搬送ローラ８ａと、周壁２３の−Ｙ方向側の搬送ローラ８ａとが離反する間隔（以下「ローラ離反間隔」という。）である。また、符号Ｌ２は、基板１０のＹ方向の長さ（以下「基板長さ」という。）である。また、符号Ｌ３は、第一加熱部５のＹ方向の長さ（以下「第一加熱部長さ」という。）である。
図２に示すように、ローラ離反間隔Ｌ１は、基板長さＬ２よりも小さくかつ第一加熱部長さＬ３よりも大きい（Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ２）。ローラ離反間隔Ｌ１が第一加熱部長さＬ３よりも大きいことによって、移動部７ａは、第一加熱部５と共に通過部８ｈを通過できるようになっている（図６及び図７参照）。
＜検知部＞
図１に示すように、検知部９は、チャンバ２内において、基板１０の上方に配置されている。検知部９は、基板１０の温度を検知可能である。例えば、検知部９は、非接触温度センサである。
＜回収部＞
回収部１１は、減圧部３（真空ポンプ１３）のラインに接続されている。回収部１１は、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液から揮発した溶媒を回収可能である。
＜揺動部＞
揺動部１２は、チャンバ２内において、基板１０の−Ｘ方向側に配置されている。揺動部１２は、基板１０を揺動可能である。例えば、揺動部１２は、基板１０が加熱されている状態において、基板１０をＸＹ平面に沿う方向又はＺ方向に沿う方向に揺動させる。なお、揺動部１２の配置位置は、チャンバ２内における基板１０の−Ｘ方向側に限定されない。例えば、揺動部１２は、位置調整部７に設けられていてもよい。
＜基板加熱方法＞
次に、本実施形態に係る基板加熱方法を説明する。本実施形態では、上記の基板加熱装置１を用いて基板１０を加熱する。基板加熱装置１の各部で行われる動作は、制御部１５によって制御される。
図５は、第一実施形態に係る基板加熱装置１の動作の一例を説明するための図である。図６は、図５に続く、第一実施形態に係る基板加熱装置１の動作説明図である。図７は、図６に続く、第一実施形態に係る基板加熱装置１の動作説明図である。図８は、第一実施形態に係る基板加熱方法の処理条件の一例を説明するための図である。
便宜上、図５〜図７においては、基板加熱装置１の構成要素のうち、減圧部３、ガス供給部４、検知部９、回収部１１、揺動部１２及び制御部１５の図示を省略する。
図８において、横軸は時間、左側の縦軸はチャンバ内圧力、右側の縦軸は基板温度を示す。また、横軸において、符号Ｔ１は減圧工程を行う区間（以下「減圧区間」という。）、符号Ｔ２は第一加熱工程を行う区間（以下「第一加熱区間」という。）、符号Ｔ３は第二加熱工程を行う区間（以下「第二加熱区間」という。）を示す。また、符号Ｃｐはチャンバ内圧力のグラフ、符号Ｃｔは基板温度のグラフを示す。
本実施形態に係る基板加熱方法は、減圧工程、第一加熱工程及び第二加熱工程を含む。
減圧工程では、ポリイミド形成用液が塗布された基板１０を減圧する。
図５に示すように、減圧工程では、基板１０が搬送ローラ８ａに配置されている。また、減圧工程では、第一加熱部５は、底板２２寄りに位置している。減圧工程において、第一加熱部５及び基板１０は、第一加熱部５の熱が基板１０に伝わらない程度に離反している。減圧工程において、第一加熱部５の電源はオンになっている。例えば、第一加熱部５の温度は、２５０℃程度になっている。一方、減圧工程において、第二加熱部６の電源はオフになっている。
減圧工程では、基板１０を大気圧から５００Ｐａ以下まで減圧する。例えば、図８に示すように、減圧区間Ｔ１では、チャンバ内圧力を、大気圧から２０Ｐａまで徐々に下降させる。
減圧工程では、チャンバ２の内部雰囲気の酸素濃度を可及的に低くする。例えば、減圧工程では、チャンバ２内の真空度を２０Ｐａ以下とする。
減圧工程の後、第一加熱工程では、基板１０を第一の温度で加熱する。
図６に示すように、第一加熱工程では、第一加熱部５を上方に移動させて、基板１０を第一加熱部５の上面に載置させる。これにより、第一加熱部５は基板１０の第二面１０ｂに当接するため、第一加熱部５の熱が基板１０に直接伝わるようになる。例えば、第一加熱工程において、第一加熱部５の温度は、２５０℃を維持している。そのため、基板温度は、２５０℃まで上昇可能とされている。一方、第一加熱工程において、第二加熱部６の電源はオフのままとなっている。
なお、第一加熱工程において、第一加熱部５は、通過部８ｈ（図１参照）内に位置している。便宜上、図６において、移動前（減圧工程時の位置）の第一加熱部５を二点鎖線、移動後（第一加熱工程時の位置）の第一加熱部５を実線で示す。
第一加熱工程では、減圧工程の雰囲気を保った状態で、基板温度が１５０℃から３００℃の範囲で、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液が揮発又はイミド化するまで基板１０を加熱する。例えば、第一加熱工程では、基板１０を加熱する時間を１０ｍｉｎ以下とする。具体的には、第一加熱工程では、基板１０を加熱する時間を３ｍｉｎとする。
例えば、図８に示すように、第一加熱区間Ｔ２では、基板温度を２５℃から２５０℃まで緩やかに上昇させる。
第一加熱工程の後、第二加熱工程では、第一の温度よりも高い第二の温度で基板１０を加熱する。第二加熱工程では、第一加熱工程で用いる第一加熱部５とは別個独立して設けられている第二加熱部６を用いて基板１０を加熱する。
図７に示すように、第二加熱工程では、第一加熱部５を第一加熱工程時の位置よりも更に上方に移動させて、基板１０を第二加熱部６に近接させる。例えば、第二加熱工程において、第一加熱部５の温度は、２５０℃を維持している。また、第二加熱工程において、第二加熱部６の電源はオンとされる。例えば、第二加熱部６は、４５０℃で基板１０を加熱可能である。そのため、基板温度は、４５０℃まで上昇可能とされている。第二加熱工程では、第一加熱工程時よりも基板１０が第二加熱部６に近づくため、第二加熱部６の熱が基板１０に十分に伝わるようになる。
なお、第二工程において、第一加熱部５は、搬送ローラ８ａ（図１に示す通過部８ｈ）の上方かつ第二加熱部６の下方に位置している。便宜上、図７において、移動前（第一加熱工程時の位置）の第一加熱部５を二点鎖線、移動後（第二加熱工程時の位置）の第一加熱部５を実線で示す。
第二加熱工程では、減圧工程の雰囲気を保った状態で、基板温度が第一加熱工程の温度から６００℃以下になるまで基板１０を加熱する。第二加熱工程では、第二加熱部６の昇温レートを第一加熱部５の昇温レートよりも大きくする。例えば、第二加熱工程では、第二加熱部６の昇温レートを１００℃／ｍｉｎ以上として基板１０を昇温する。
例えば、図８に示すように、第二加熱区間Ｔ３では、基板温度を２５０℃から４５０℃まで急峻に上昇させる。また、第二加熱区間Ｔ３では、チャンバ内圧力を２０Ｐａ以下に維持する。
第二加熱工程は、基板１０を冷却させる冷却工程を含む。例えば、冷却工程では、減圧工程の雰囲気、もしくは低酸素雰囲気を保った状態で、基板温度が第二加熱工程の温度から基板１０を搬送可能な温度になるまで基板１０を冷却する。冷却工程では、第二加熱部６の電源をオフにする。冷却工程では、第二加熱部６の降温レートを第一加熱部５の降温レートよりも大きくする。
以上の工程を経ることにより、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液の揮発又はイミド化を行うとともに、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液のイミド化時の分子鎖の再配列を行い、ポリイミド膜を形成することができる。
以上のように、本実施形態によれば、第二加熱部６は第一加熱部５とは別個独立して設けられているため、第二加熱部６の昇温レートを第一加熱部５の昇温レートよりも大きくすることができ、基板温度を所望の温度まで短時間で到達させることができる。例えば、第一加熱部５を基板１０に近接させる前（具体的には基板投入時）に、減圧部３によって基板１０を減圧雰囲気とし、この減圧雰囲気を保った状態で、第一加熱部５で基板１０を加熱しつつ、加えて第二加熱部６で基板１０を加熱することができる。また、第一加熱部５で基板１０を加熱している間に、第二加熱部６を予め昇温して、第二の温度で基板１０を加熱可能にしておくこともできる。そのため、基板１０の加熱温度を第一の温度から第二の温度まで高める間の時間を考慮する必要がない。したがって、基板１０の加熱に要するタクトタイムを短縮化することができる。
また、第二加熱部６の昇温レートが第一加熱部５の昇温レートよりも大きいことで、第二加熱部６の昇温レートが第一加熱部５の昇温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部６を短時間で昇温することができる。したがって、第一の温度と第二の温度との差が比較的大きい場合であっても、基板１０の加熱温度を第二の温度まで高める間の時間を短縮することができる。
また、第二加熱部６の降温レートが第一加熱部５の降温レートよりも大きいことで、第二加熱部６の降温レートが第一加熱部５の降温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部６を短時間で降温することができる。したがって、基板１０を第二の温度で加熱した後、基板１０を冷却する場合であっても、基板１０の加熱温度を冷却温度まで低くする間の時間を短縮することができる。
また、基板１０、第一加熱部５及び第二加熱部６を収容可能なチャンバ２を更に含むことで、チャンバ２内で基板１０の加熱温度を管理することができるため、基板１０を効果的に加熱することができる。
また、基板１０、第一加熱部５及び第二加熱部６が共通のチャンバ２に収容されていることで、共通のチャンバ２内で基板１０への第一加熱部５による加熱処理と第二加熱部６による加熱処理とを一括して行うことができる。すなわち、第一加熱部５及び第二加熱部６が互いに異なるチャンバ２に収容された場合のように、異なる２つのチャンバ２間で基板１０を搬送させるための時間を要しない。したがって、基板１０の加熱処理をより一層効率良く行うことができる。また、異なる２つのチャンバ２を備えた場合と比較して、装置全体を小型化することができる。
また、ポリイミド形成用液が基板１０の第一面１０ａにのみ塗布されており、第一加熱部５が基板１０の第一面１０ａとは反対側の第二面１０ｂの側に配置されていることで、第一加熱部５から発せられた熱が、基板１０の第二面１０ｂの側から第一面１０ａの側に向けて伝わるようになるため、基板１０を効果的に加熱することができる。また、第一加熱部５で基板１０を加熱している間に、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液の揮発又はイミド化（例えば、成膜中のガス抜き）を効率良く行うことができる。
また、第二加熱部６が基板１０の第一面１０ａの側に配置されていることで、第二加熱部６から発せられた熱が、基板１０の第一面１０ａの側から第二面１０ｂの側に向けて伝わるようになるため、第一加熱部５による加熱と第二加熱部６による加熱とが相まって、基板１０をより一層効果的に加熱することができる。
また、第一加熱部５及び第二加熱部６の双方が基板１０を段階的に加熱可能であることで、第一加熱部５及び第二加熱部６が基板１０を一定の温度でのみ加熱可能な場合と比較して、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液の成膜条件に適合するように、基板１０を効率良く加熱することができる。したがって、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液を段階的に乾燥させ、良好に硬化させることができる。
また、第一加熱部５及び第二加熱部６と基板１０との相対位置を調整可能な位置調整部７を更に含むことで、前記位置調整部７を備えない場合と比較して、基板１０の加熱温度を調整し易くなる。例えば、基板１０の加熱温度を高くする場合には第一加熱部５及び第二加熱部６と基板１０とを近接させ、基板１０の加熱温度を低くする場合には第一加熱部５及び第二加熱部６と基板１０とを離反させることができる。したがって、基板１０を段階的に加熱し易くなる。
また、位置調整部７は、基板１０を第一加熱部５と第二加熱部６との間で移動可能とする移動部７ａを含むことで、基板１０を第一加熱部５と第二加熱部６との間で移動させることによって、第一加熱部５及び第二加熱部６の少なくとも一方を定位置に配置した状態で、基板１０の加熱温度を調整することができる。したがって、第一加熱部５及び第二加熱部６の少なくとも一方を移動可能とする装置を別途設ける必要がないため、簡素な構成で基板１０の加熱温度を調整することができる。
また、第一加熱部５と第二加熱部６との間には、基板１０を搬送可能とする搬送部８が設けられており、搬送部８には、移動部７ａを通過可能とする通過部８ｈが形成されていることで、基板１０を第一加熱部５と第二加熱部６との間で移動させる場合に、通過部８ｈを通過させることができるため、搬送部８を迂回して基板１０を移動させる必要がない。したがって、搬送部８を迂回して基板１０を移動させるための装置を別途設ける必要がないため、簡素な構成で基板１０の移動をスムーズに行うことができる。
また、第一の温度を含む温度範囲が２０℃以上かつ３００℃以下の範囲であることで、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液の揮発又はイミド化を安定して行うことができるため、膜特性を向上させることができる。
また、第二の温度を含む温度範囲が２００℃以上かつ６００℃以下の範囲であることで、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液のイミド化時の分子鎖の再配列を安定して行うことができるため、膜特性を向上させることができる。
また、第一加熱部５がホットプレートであることで、基板１０の加熱温度を基板１０の面内で均一化させることができるため、膜特性を向上させることができる。例えば、ホットプレートの一面と基板１０の第二面１０ｂとを当接させた状態で基板１０を加熱することによって、基板１０の加熱温度の面内均一性を高めることができる。
また、第二加熱部６が赤外線ヒータであることで、赤外線加熱によって基板１０を加熱することができるため、第二加熱部６がホットプレートである場合と比較して、基板１０を第二の温度まで短時間で昇温することができる。また、第二加熱部６と基板１０とを離反させた状態で基板１０を加熱すること（いわゆる非接触加熱）ができるため、基板１０を清浄に保つ（いわゆるクリーン加熱を行う）ことができる。
また、赤外線ヒータのピーク波長範囲が１．５μｍ以上かつ４μｍ以下の範囲であることで、１．５μｍ以上かつ４μｍ以下の範囲の波長は、ガラス及び水等の吸収波長と一致するため、基板１０及び基板１０に塗布されたポリイミド形成用液をより一層効果的に加熱することができる。
また、基板１０の温度を検知可能な検知部９を更に含むことで、基板１０の温度をリアルタイムで把握することができる。例えば、検知部９の検知結果に基づいて基板１０を加熱することによって、基板１０の温度が目標値からずれることを抑制することができる。
また、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液から揮発した溶媒を回収可能な回収部１１を更に含むことで、ポリイミド形成用液から揮発した溶媒が工場側へ排出されることを防ぐことができる。また、回収部１１を減圧部３（真空ポンプ１３）のラインに接続した場合には、ポリイミド形成用液から揮発した溶媒が再び液化して真空ポンプ１３内に逆流することを防ぐことができる。さらに、ポリイミド形成用液から揮発した溶媒を、次回に用いるポリイミド形成用液の溶媒として再利用することができる。
また、基板１０を揺動可能な揺動部１２を更に含むことで、基板１０を揺動させつつ加熱することができるため、基板１０の温度均一性を高めることができる。
また、第二加熱工程では、第二加熱部６の昇温レートを第一加熱部５の昇温レートよりも大きくすることで、第二加熱工程において第二加熱部６の昇温レートが第一加熱部５の昇温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部６を短時間で昇温することができる。したがって、第一の温度と第二の温度との差が比較的大きい場合であっても、基板１０の加熱温度を第二の温度まで高める間の時間を短縮することができる。
また、冷却工程では、第二加熱部６の降温レートを第一加熱部５の降温レートよりも大きくすることで、冷却工程において第二加熱部６の降温レートが第一加熱部５の降温レートと同等以下の場合と比較して、第二加熱部６を短時間で降温することができる。したがって、基板１０を第二の温度で加熱した後、基板１０を冷却する場合であっても、基板１０の加熱温度を冷却温度まで低くする間の時間を短縮することができる。
また、減圧工程では、基板１０を大気圧から５００Ｐａ以下まで減圧し、第一加熱工程では、減圧工程の雰囲気を保った状態で、基板１０の温度が１５０℃から３００℃の範囲で、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液が揮発又はイミド化するまで基板１０を加熱し、第二加熱工程では、減圧工程の雰囲気を保った状態で、基板１０の温度が第一加熱工程の温度から６００℃以下になるまで基板１０を加熱することで、以下の効果を奏する。この方法によれば、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液の揮発又はイミド化を安定して行うとともに、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液のイミド化時の分子鎖の再配列を安定して行うことができるため、膜特性を向上させることができる。
また、第一加熱工程では、基板１０を加熱する時間を１０ｍｉｎ以下とすることで、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液の揮発又はイミド化を短時間で安定して行うことができるため、短時間で膜特性を向上させることができる。
また、第二加熱工程では、第二加熱部６の昇温レートを１００℃／ｍｉｎ以上として基板１０を昇温することで、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液のイミド化時の分子鎖の再配列を短時間で安定して行うことができるため、短時間で膜特性を向上させることができる。
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について、図９〜図１１を用いて説明する。
図９は、第二実施形態に係る基板加熱装置２０１の動作の一例を説明するための図である。図１０は、図９に続く、第二実施形態に係る基板加熱装置２０１の動作説明図である。図１１は、図１０に続く、第二実施形態に係る基板加熱装置２０１の動作説明図である。
便宜上、図９〜図１１においては、基板加熱装置２０１の構成要素のうち、減圧部３、ガス供給部４、搬送部８、検知部９、回収部１１、揺動部１２及び制御部１５の図示を省略する。
第二実施形態では、第一実施形態に対して、位置調整部２０７の構成が特に異なる。図９〜図１１において、第一実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
＜位置調整部＞
図９〜図１１に示すように、位置調整部２０７は、収容部２７０、移動部２７５及び駆動部２７９を備える。
収容部２７０は、チャンバ２の下側に配置されている。収容部２７０は、移動部２７５及び駆動部２７９を収容可能である。収容部２７０は、直方体の箱状に形成される。具体的に、収容部２７０は、矩形板状の第一支持板２７１と、第一支持板２７１と対向する矩形板状の第二支持板２７２と、第一支持板２７１及び第二支持板２７２の外周縁に繋がるとともに移動部２７５及び駆動部２７９の周囲を囲むように覆う囲い板２７３とによって形成される。
第一支持板２７１の外周縁は、チャンバ２の周壁２３の下端に接続されている。第一支持板２７１は、チャンバ２の底板としても機能する。第一支持板２７１には、第一加熱部２０５が配置されている。具体的に、第一加熱部２０５は、チャンバ２内で第一支持板２７１に支持されている。
囲い板２７３と周壁２３とは、上下に連続して連なっている。チャンバ２は、基板１０を密閉空間で収容可能に構成される。例えば、天板２１、底板としての第一支持板２７１、及び周壁２３の各接続部を溶接等で隙間なく結合することで、チャンバ２内の気密性を向上することができる。
移動部２７５は、ピン２７６、伸縮管２７７及び基台２７８を備える。
ピン２７６は、基板１０の第二面１０ｂを支持可能かつ第二面１０ｂの法線方向（Ｚ方向）に移動可能である。ピン２７６は、上下に延びる棒状の部材である。ピン２７６の先端（上端）は、基板１０の第二面１０ｂに当接可能かつ基板１０の第二面１０ｂから離反可能とされている。
ピン２７６は、第二面１０ｂと平行な方向（Ｘ方向及びＹ方向）に間隔を空けて複数設けられている。複数のピン２７６は、それぞれ略同じ長さに形成されている。複数のピン２７６の先端は、第二面１０ｂと平行な面内（ＸＹ平面内）に配置されている。
伸縮管２７７は、第一支持板２７１と基台２７８との間に設けられている。伸縮管２７７は、ピン２７６の周囲を囲むように覆うとともに、上下に延びる管状の部材である。伸縮管２７７は、第一支持板２７１と基台２７８との間で上下に伸縮自在とされている。例えば、伸縮管２７７は、真空ベローズである。
伸縮管２７７は、複数のピン２７６と同じ数だけ複数設けられている。複数の伸縮管２７７の先端（上端）は、第一支持板２７１に固定されている。具体的に、第一支持板２７１には、第一支持板２７１を厚み方向に開口する複数の挿通孔２７１ｈが形成されている。各挿通孔２７１ｈの内径は、各伸縮管２７７の外径と略同じ大きさとされている。例えば、各伸縮管２７７の先端は、第一支持板２７１の各挿通孔２７１ｈに嵌合固定されている。
基台２７８は、第一支持板２７１と対向する板状の部材である。基台２７８の上面は、基板１０の第二面１０ｂに沿う平坦面をなす。基台２７８の上面には、複数のピン２７６の基端（下端）及び複数の伸縮管２７７の基端（下端）が固定されている。
複数のピン２７６の先端は、第一加熱部２０５を挿通可能とされている。第一加熱部２０５には、第一支持板２７１の各挿通孔２７１ｈ（各伸縮管２７７の内部空間）に第二面１０ｂの法線方向で重なる位置で、第一加熱部２０５を第二面１０ｂの法線方向（ホットプレートの厚み方向）に開口する複数の挿通孔２０５ｈが形成されている。
複数のピン２７６の先端は、各伸縮管２７７の内部空間及び第一加熱部２０５の各挿通孔２０５ｈを介して、基板１０の第二面１０ｂに当接可能とされている。そのため、複数のピン２７６の先端によって、基板１０がＸＹ平面に平行に支持されるようになっている。複数のピン２７６は、チャンバ２内に収容される基板１０を支持しつつチャンバ２内のＺ方向に移動するようになっている（図９〜図１１参照）。
駆動部２７９は、チャンバ２の外部である収容部２７０内に配置されている。そのため、仮に駆動部２７９の駆動に伴いパーティクルが発生したとしても、チャンバ２内を密閉空間とすることによって、チャンバ２内へのパーティクルの侵入を回避することができる。
＜基板加熱方法＞
次に、本実施形態に係る基板加熱方法を説明する。本実施形態では、上記の基板加熱装置２０１を用いて基板１０を加熱する。基板加熱装置２０１の各部で行われる動作は、制御部１５によって制御される。なお、第一実施形態と同様の工程については、その詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る基板加熱方法は、減圧工程、第一加熱工程及び第二加熱工程を含む。
減圧工程では、ポリイミド形成用液が塗布された基板１０を減圧する。
図９に示すように、減圧工程では、基板１０が第一加熱部２０５から離反している。具体的に、各伸縮管２７７の内部空間及び第一加熱部２０５の各挿通孔２０５ｈを介して複数のピン２７６の先端を基板１０の第二面１０ｂに当接させるとともに、基板１０を上昇させることによって、基板１０を第一加熱部２０５から離反させている。減圧工程において、第一加熱部２０５及び基板１０は、第一加熱部２０５の熱が基板１０に伝わらない程度に離反している。減圧工程において、第一加熱部２０５の電源はオンになっている。例えば、第一加熱部２０５の温度は、２５０℃程度になっている。一方、減圧工程において、第二加熱部６の電源はオフになっている。
減圧工程の後、第一加熱工程では、基板１０を第一加熱部２０５の温度で加熱する。
図１０に示すように、第一加熱工程では、複数のピン２７６の先端を基板１０の第二面１０ｂから離反させることによって、基板１０を第一加熱部２０５に当接させる。すなわち、基板１０を第一加熱部２０５の上面に載置させる。これにより、第一加熱部２０５は基板１０の第二面１０ｂに当接するため、第一加熱部２０５の熱が基板１０に直接伝わるようになる。例えば、第一加熱工程において、第一加熱部２０５の温度は、２５０℃を維持している。そのため、基板温度は、２５０℃まで上昇可能とされている。一方、第一加熱工程において、第二加熱部６の電源はオフのままとなっている。
第一加熱工程の後、第二加熱工程では、第二の温度で基板１０を加熱する。
図１１に示すように、第二加熱工程では、基板１０を第一加熱工程時の位置よりも更に上昇させることによって、基板１０を第二加熱部６に近接させる。例えば、第二加熱工程において、第一加熱部２０５の温度は、２５０℃を維持している。また、第二加熱工程において、第二加熱部６の電源はオンとされる。例えば、第二加熱部６は、４５０℃で基板１０を加熱可能である。そのため、基板温度は、４５０℃まで上昇可能とされている。第二加熱工程では、第一加熱工程時よりも基板１０が第二加熱部６に近づくため、第二加熱部６の熱が基板１０に十分に伝わるようになる。
その後、第一実施形態と同様の工程を経ることにより、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液の揮発又はイミド化を行うとともに、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液のイミド化時の分子鎖の再配列を行い、ポリイミド膜を形成することができる。
以上のように、本実施形態によれば、移動部２７５が基板１０の第二面１０ｂを支持可能かつ第二面１０ｂの法線方向に移動可能な複数のピン２７６を含み、複数のピン２７６の先端が第二面１０ｂと平行な面内に配置されていることで、基板１０を安定して支持した状態で、基板１０を加熱することができるため、基板１０に塗布されたポリイミド形成用液を安定して成膜させることができる。
また、第一加熱部２０５には、第一加熱部２０５を第二面１０ｂの法線方向に開口する複数の挿通孔２０５ｈが形成されており、各ピン２７６の先端が各挿通孔２０５ｈを介して第二面１０ｂに当接可能とされていることで、複数のピン２７６と第一加熱部２０５との間での基板１０の受け渡しを短時間で行うことができるため、基板１０の加熱温度を効率良く調整することができる。
なお、上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
また、上記実施形態においては、基板、第一加熱部及び第二加熱部が共通のチャンバに収容されているが、これに限らない。例えば、第一加熱部及び第二加熱部が互いに異なるチャンバに収容されていてもよい。
また、上記実施形態においては、第一加熱部及び第二加熱部の双方が基板を段階的に加熱可能であるが、これに限らない。例えば、第一加熱部及び第二加熱部の少なくとも一方が、基板を段階的に加熱可能であってもよい。また、第一加熱部及び第二加熱部の双方が、基板を一定の温度でのみ加熱可能であってもよい。
また、上記実施形態においては、第一加熱部がホットプレートであり、第二加熱部が赤外線ヒータであるとしたが、これに限らない。例えば、第一加熱部及び第二加熱部の双方が、ホットプレート又は赤外線ヒータであってもよい。
また、上記実施形態においては、チャンバの内壁が赤外線を反射可能とされていてもよい。例えば、チャンバの内壁が、アルミニウム等の金属による鏡面（反射面）とされていてもよい。これにより、チャンバの内壁が赤外線を吸収可能とされている場合と比較して、チャンバ内の温度均一性を高めることができる。
また、上記実施形態においては、搬送部として複数の搬送ローラを用いたが、これに限らない。例えば、搬送部としてベルトコンベアを用いてもよいし、リニアモータアクチュエータを用いてもよい。例えば、ベルトコンベア及びリニアモータアクチュエータは、Ｘ方向に継ぎ足し可能とされてもよい。これにより、Ｘ方向における基板の搬送距離を調整することができる。
また、搬送部として図２に示す構成（搬送部に通過部が形成されている構成）以外の構成を採用する場合には、第一加熱部の平面視サイズは、基板の平面視サイズと同等以上であってもよい。これにより、第一加熱部の平面視サイズが基板の平面視サイズよりも小さい場合と比較して、基板の加熱温度の面内均一性をより一層高めることができる。
また、上記実施形態においては、減圧工程及び第一加熱工程において、第一加熱部の電源はオンになっており、第二加熱部の電源はオフになっているが、これに限らない。例えば、減圧工程及び第一加熱工程において、第一加熱部及び第二加熱部の電源がオンになっていてもよい。
なお、上記において実施形態又はその変形例として記載した各構成要素は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることができるし、また、組み合わされた複数の構成要素のうち一部の構成要素を適宜用いないようにすることもできる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者は、第一加熱部と、第一加熱部と別個独立して設けられた第二加熱部とを備えた基板加熱装置を用いてポリイミド膜を形成することによって、短時間で膜特性を向上させることができることを以下の評価により確認した。
（評価対象）
評価対象は、ポリイミド形成用液が塗布された基板を、後述する基板加熱装置によって加熱処理などして形成したポリイミド膜を用いた。基板は、日本電気硝子株式会社製のガラス基板「ＯＡ−１０」を用いた。ポリイミド膜の膜厚は、１５μｍとした。
（比較例）
比較例の基板加熱装置は、既存のオーブンを用いた。オーブンは、昇温レートが０．０８℃／ｓｅｃ（４．９℃／ｍｉｎ）、降温レートが０．０５℃／ｓｅｃ（２．８℃／ｍｉｎ）のものを用いた。比較例においては、第一加熱部と別個独立して設けられた第二加熱部を備えていない。
図１２は、比較例の処理条件を説明するための図である。図１２は、オーブンによる加熱処理時の温度プロファイルのグラフを示す。図１２において、横軸は時間［ｍｉｎ］、縦軸は温度［℃］を示す。
比較例では、先ず、オーブン内に窒素を供給し、オーブン内を低酸素雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ）とした。
次に、低酸素雰囲気を保った状態で、オーブン温度を１８０℃まで段階的に上昇させ（ステップベイク）、基板に塗布されたポリイミド形成用液が揮発又はイミド化するまで基板を加熱した。
次に、低酸素雰囲気を保った状態で、オーブン温度を４５０℃まで上昇させ、所定時間だけ維持した後、徐々に下降させた。これにより、基板に塗布されたポリイミド形成用液のイミド化時の分子鎖の再配列を行い、ポリイミド膜を形成した。
比較例において、ポリイミド膜を形成するまでの処理時間は６００ｍｉｎであった。
（実施例）
実施例の基板加熱装置は、第一加熱部と、第一加熱部と別個独立して設けられた第二加熱部とを備えたもの（図１に示す基板加熱装置１）を用いた。第一加熱部はホットプレートを用い、第二加熱部は赤外線ヒータを用いた。ホットプレートは、昇温レートが０．２℃／ｓｅｃ、降温レートが０．０５℃／ｓｅｃのものを用いた。赤外線ヒータは、昇温レートが４℃／ｓｅｃ、降温レートが２℃／ｓｅｃのものを用いた。
実施例では、先ず、チャンバ内を減圧し、真空度２０Ｐａとした（減圧工程）。減圧工程の処理時間は２ｍｉｎとした。
次に、減圧雰囲気を保った状態で、基板温度を２００℃まで上昇させ、基板に塗布されたポリイミド形成用液が揮発又はイミド化するまで基板を加熱した（第一加熱工程）。第一加熱工程の処理時間は１０ｍｉｎとした。
次に、減圧雰囲気を保った状態で、基板温度を４５０℃まで段階的に上昇させた後、徐々に下降させた。これにより、基板に塗布されたポリイミド形成用液のイミド化時の分子鎖の再配列を行い、ポリイミド膜を形成した（第二加熱工程）。第二加熱工程の処理時間は１２．５ｍｉｎとした。
なお、ホットプレート温度は、減圧工程から第二加熱工程まで２５０℃を維持した。また、赤外線ヒータは、第二加熱工程においてのみ昇温及び降温させた。具体的には、先ず、第二加熱工程開始直後に、赤外線ヒータを１ｍｉｎで基板温度が３５０℃になるまで昇温させた後、その状態で５ｍｉｎ維持し、その後１ｍｉｎで基板温度が４５０℃になるまで昇温させ、その時点で降温させた。
実施例において、ポリイミド膜を形成するまでの処理時間は２４．５ｍｉｎであった。
（膜特性の評価結果）
上述の比較例及び実施例によって形成したポリアミド膜の機械的特性などの膜特性の評価結果を表１に示す。なお、破断強度、破断伸度、ヤング率は、ＯＲＩＲＮＴＥＣ社製の「ＲＴＣ−１２１０Ａ」を用いて測定した。
Figure 2017083140
評価対象としては、サンプルＡ〜Ｃを用いた。サンプルＡ〜Ｃは、ポリイミド形成用液の種類が互いに異なる。
表１に示すように、比較例及び実施例のそれぞれにおいて、サンプルＡ〜Ｃの間で異なる結果を得た。
サンプルＡの場合、実施例は、比較例に対し、破断伸度で良好な結果を得た。
サンプルＢの場合、実施例は、比較例に対し、破断強度、破断伸度で良好な結果を得た。
サンプルＣの場合、実施例は、比較例に対し、破断強度、破断伸度、ヤング率で良好な結果を得た。
以上により、第一加熱部と、第一加熱部と別個独立して設けられた第二加熱部とを備えた基板加熱装置を用いてポリイミド膜を形成することによって、短時間で膜特性を向上できることが分かった。
１，２０１…基板加熱装置 ２…チャンバ ３…減圧部 ５，２０５…第一加熱部 ６…第二加熱部 ７，２０７…位置調整部 ７ａ，２７５…移動部 ８…搬送部 ８ｈ…通過部 ９…検知部 １０…基板 １０ａ…第一面 １０ｂ…第二面 １１…回収部 １２…揺動部 ２０５ｈ…挿通孔 ２７６…ピン

Claims (27)

  1. ポリイミドを形成するための溶液が塗布された基板を減圧可能な減圧部と、
    前記基板を第一の温度で加熱可能な第一加熱部と、
    前記第一の温度よりも高い第二の温度で前記基板を加熱可能な第二加熱部と、を含み、
    前記第二加熱部は、前記第一加熱部とは別個独立して設けられている基板加熱装置。
  2. 前記第二加熱部の昇温レートは、前記第一加熱部の昇温レートよりも大きい
    請求項１に記載の基板加熱装置。
  3. 前記第二加熱部の降温レートは、前記第一加熱部の降温レートよりも大きい
    請求項１又は２に記載の基板加熱装置。
  4. 前記基板、前記第一加熱部及び前記第二加熱部を収容可能なチャンバを更に含む
    請求項１〜３の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  5. 前記基板、前記第一加熱部及び前記第二加熱部は、共通の前記チャンバに収容されている
    請求項４に記載の基板加熱装置。
  6. 前記溶液は、前記基板の第一面にのみ塗布されており、
    前記第一加熱部は、前記基板の第一面とは反対側の第二面の側に配置されている
    請求項１〜５の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  7. 前記第二加熱部は、前記基板の第一面の側に配置されている
    請求項６に記載の基板加熱装置。
  8. 前記第一加熱部及び前記第二加熱部の少なくとも一方は、前記基板を段階的に加熱可能である
    請求項１〜７の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  9. 前記第一加熱部及び前記第二加熱部の少なくとも一方と前記基板との相対位置を調整可能な位置調整部を更に含む
    請求項１〜８の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  10. 前記位置調整部は、前記基板を前記第一加熱部と前記第二加熱部との間で移動可能とする移動部を含む
    請求項９に記載の基板加熱装置。
  11. 前記第一加熱部と前記第二加熱部との間には、前記基板を搬送可能とする搬送部が設けられており、
    前記搬送部には、前記移動部を通過可能とする通過部が形成されている
    請求項１０に記載の基板加熱装置。
  12. 前記移動部は、前記基板の第一面とは反対側の第二面を支持可能かつ前記第二面の法線方向に移動可能な複数のピンを含み、
    前記複数のピンの先端は、前記第二面と平行な面内に配置されている
    請求項１０又は１１に記載の基板加熱装置。
  13. 前記第一加熱部には、前記第一加熱部を前記第二面の法線方向に開口する複数の挿通孔が形成されており、
    前記複数のピンの先端は、前記複数の挿通孔を介して前記第二面に当接可能とされている
    請求項１２に記載の基板加熱装置。
  14. 前記第一の温度を含む温度範囲は、２０℃以上かつ３００℃以下の範囲である
    請求項１〜１３の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  15. 前記第二の温度を含む温度範囲は、２００℃以上かつ６００℃以下の範囲である
    請求項１〜１４の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  16. 前記第一加熱部は、ホットプレートである
    請求項１〜１５の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  17. 前記第二加熱部は、赤外線ヒータである
    請求項１〜１６の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  18. 前記赤外線ヒータのピーク波長範囲は、１．５μｍ以上かつ４μｍ以下の範囲である
    請求項１７に記載の基板加熱装置。
  19. 前記基板の温度を検知可能な検知部を更に含む
    請求項１〜１８の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  20. 前記基板に塗布された前記溶液から揮発した溶媒を回収可能な回収部を更に含む
    請求項１〜１９の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  21. 前記基板を揺動可能な揺動部を更に含む
    請求項１〜２０の何れか一項に記載の基板加熱装置。
  22. ポリイミドを形成するための溶液が塗布された基板を減圧する減圧工程と、
    前記基板を第一の温度で加熱する第一加熱工程と、
    前記第一の温度よりも高い第二の温度で前記基板を加熱する第二加熱工程と、を含み、
    前記第二加熱工程では、前記第一加熱工程で用いる第一加熱部とは別個独立して設けられている第二加熱部を用いて前記基板を加熱する基板加熱方法。
  23. 前記第二加熱工程では、前記第二加熱部の昇温レートを前記第一加熱部の昇温レートよりも大きくする
    請求項２２に記載の基板加熱方法。
  24. 前記第二加熱工程では、前記第二加熱部の降温レートを前記第一加熱部の降温レートよりも大きくする
    請求項２２又は２３に記載の基板加熱方法。
  25. 前記減圧工程では、前記基板を大気圧から５００Ｐａ以下まで減圧し、
    前記第一加熱工程では、前記減圧工程の雰囲気を保った状態で、前記基板の温度が１５０℃から３００℃の範囲で、前記基板に塗布された前記溶液が揮発又はイミド化するまで前記基板を加熱し、
    前記第二加熱工程では、前記減圧工程の雰囲気を保った状態で、前記基板の温度が前記第一加熱工程の温度から６００℃以下になるまで前記基板を加熱する
    請求項２２〜２４の何れか一項に記載の基板加熱方法。
  26. 前記第一加熱工程では、前記基板を加熱する時間を１０ｍｉｎ以下とする
    請求項２５に記載の基板加熱方法。
  27. 前記第二加熱工程では、
    前記第二加熱部の昇温レートを１００℃／ｍｉｎ以上として前記基板を昇温する
    請求項２５又は２６に記載の基板加熱方法。
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