JP2023107329A - 熱処理装置、熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバの開閉扉がスライドするためのスペースを抑えつつ、チャンバの内部に基板を配置するスペースを確保し、さらに開閉扉の開口時にチャンバの内部の放熱を抑える熱処理装置を提供する。【解決手段】開口部Ａが設けられ、開口部ＡからワークＷが搬入されるチャンバ１０と、チャンバ１０の内部に設けられ、ワークＷを支持する支持部と、チャンバ１０の内部に設けられ、支持部に支持されたワークＷを熱処理するヒータ２２と、開口部Ａに対して上下方向に移動可能な開閉扉３０であって、熱処理時に開口部Ａを閉じる開閉扉３０と、開閉扉３０により開口部Ａの一部が開口される間、チャンバ１０の内部において開閉扉３０により開口部Ａの閉じた領域に位置するヒータ２２をオンにする加熱制御部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、熱処理装置、熱処理方法に関する。

有機材料と溶媒とを含む溶液を基板の上に塗布し、これを加熱して基板の上に有機膜を形成する技術が知られている。この際、溶液が塗布された基板は、チャンバ内に搬入され、１００～６００℃程度の高温下で熱処理される。チャンバの開口部には開閉扉が設けられ、この開閉扉を上下方向または左右方向にスライドすることにより、開口部が開閉され、基板が出し入れされる。チャンバの開閉扉としては、開口部全体を覆う１枚扉のものが知られている。また、内部が２分割されるチャンバにおいては、上下または左右の開口部を覆う２枚扉のものも知られている。

国際公開第２０１９／１１７２５０号

１枚扉のチャンバは、上下方向または左右方向に、扉１枚分スライドするための広いスペースを必要とするため、配置可能な場所が限られていた。これに対して、２枚扉のチャンバは、各開閉扉を上下または左右にスライドするためのスペースを１枚扉の半分にすることが出来る。しかしながら、２枚扉のチャンバにおいては、真空雰囲気時における気密性や剛性の観点から２枚の扉と扉の間の領域に、シール材を押し付ける部材を設けるよう内部が２分割されることが一般的であるため、チャンバの中央部分に基板を配置することが出来ないデッドスペースが生じていた。また、１枚扉のチャンバも２枚扉のチャンバも、開閉扉を全開にするとチャンバの内部が急速に冷却され、次回の熱処理を行うまでに長い時間を要していた。

本発明は、チャンバの開閉扉がスライドするためのスペースを抑えつつ、チャンバの内部に基板を配置するスペースを確保し、さらに開閉扉の開口時にチャンバの内部の放熱を抑える熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の熱処理装置は、開口部が設けられ、前記開口部からワークが搬入されるチャンバと、前記チャンバの内部に設けられ、前記ワークを支持する支持部と、前記チャンバの内部に設けられ、前記支持部に支持される前記ワークを熱処理するヒータと、前記開口部に対して上下方向に移動可能な開閉扉であって、熱処理時に前記開口部を閉じる開閉扉と、前記開閉扉により前記開口部の一部が開口される間、前記チャンバの内部において前記開閉扉により前記開口部の閉じた領域に位置する前記ヒータをオンにする加熱制御部と、を備える。

本発明の熱処理方法は、開口部が設けられたチャンバの内部に、前記開口部を介してワークを搬入するステップと、前記開口部に対して上下方向に移動可能な開閉扉により、前記開口部を閉じるステップと、前記ワークを熱処理するために、前記チャンバの内部に設けられたヒータをオンにするステップと、前記ヒータをオフにするステップと、前記チャンバの内部を冷却するために、前記チャンバの内部に設けられたガス放出部をオンにするステップと、前記チャンバの内部が所定の温度まで冷却された後、前記ヒータをオンにするステップと、前記開閉扉により、前記チャンバの内部においてオンになっている前記ヒータに位置する領域を閉じた状態で、前記開口部の一部を開口させるステップと、を備える。

本発明の熱処理装置は、チャンバの開閉扉がスライドするためのスペースを抑えつつ、チャンバの内部に基板を配置するスペースを確保し、さらに開閉扉の開口時にチャンバの内部の放熱を抑えることが出来る。

実施形態の熱処理装置を示す正面図である。 実施形態の熱処理装置を示す部分断面図である。 実施形態のカセットを示す斜視図である。 実施形態のガス放出部を示す平面図である。 実施形態の開閉扉の開閉位置を示す図である。 実施形態の制御部を示すブロック図である。 実施形態の搬入・加熱動作を示すフローチャートである。 実施形態の冷却・取り出し動作を示すフローチャートである。

［構成］
以下、本発明の実施形態（以下、本実施形態ともいう。）を、図面を参照して説明する。熱処理装置１は、図１及び図２に示すように、開口部Ａを介してワークＷが出し入れされるチャンバ１０と、チャンバ１０の内部に設けられ、ワークＷが載置されるカセットＣを支持する支持部２１と、ワークＷを加熱するヒータ２２と、ワークＷを冷却するガス放出部Ｇと、開口部Ａを開閉する開閉扉３０と、を備える。なお、図１においては、チャンバ１０の内部を示すために、開閉扉３０を省略している。以下、チャンバ１０の開口部Ａを介してワークＷを出し入れする方向をＹ方向、チャンバ１０の載置面においてＹ方向に直交する方向をＸ方向、Ｙ方向及びＸ方向に直交する方向をＺ方向という。本実施形態のチャンバ１０は、図１に示すように水平面に載置され、Ｘ方向を左右方向、Ｙ方向を前後方向、Ｚ方向を上下方向ということもある。また、Ｘ方向において並び対向する二面を側面、Ｚ方向において並び対向する二面を上下面ということもある。

ワークＷは、溶液が塗布された基板である。溶液は、有機材料を含む溶剤からなり、例えばポリアミド酸を含むワニスである。基板は、例えばガラス基板や半導体ウェーハであり、上面に溶液が塗布される。ワークＷは、熱処理装置１において熱処理されることにより、溶液のポリアミド酸がイミド化され、基板の表面にポリイミド膜が形成される。なお、ワークＷは、熱処理装置１に搬入される前に、図示しない仮焼成装置に搬入され、仮焼成されても良い。仮焼成においては、例えば９０℃以下、１００Ｐａ程度の圧力の雰囲気に３分以上放置することにより、溶液から予め溶媒の一部を蒸発させることが出来る。

本実施形態のワークＷは、カセットＣ内の所定位置に載置されるようにチャンバ１０の内部に搬入される。カセットＣは、図３に示すように、内部に支持されるワークＷを上下左右の四方、およびワークＷの出し入れを行う開口と対向する面において囲う箱状体であり、チャンバ１０の内部に、後述の支持部２１に支持されて多段に設けられている。つまり、Ｘ方向から見たときの断面がコの字となる筐体である。なお、図３においては、説明を容易にするためにカセットＣの上面を示していない。カセットＣは、カセットフレームＣ１と、カセットフレームＣ１に設けられ、箱状体を構成する均熱板Ｃ２と、ワークＷの下面を支持するワーク支持部Ｃ３と、後述の支持部２１に支持させるカセット支持部Ｃ４、ガス放出部Ｇ（ノズルＧ１）と、を備える。なお、ガス放出部Ｇ（ノズルＧ１）については、後述のように図２及び図４を参照して説明する。

カセットフレームＣ１は、例えば細長い部材を用いて構成される骨組み構造である。カセットフレームＣ１は、例えば直方体の枠構造であり、直方体の上面および下面には、Ｙ方向に差し渡される梁Ｃ１１が、Ｘ方向に複数本並べられる。梁Ｃ１１の本数は特に限定しないが、以降では４本とする。均熱板Ｃ２は、例えばステンレスなどの熱伝導率の高い金属材料からなる板状部材であり、カセットフレームＣ１の上下左右に設けられる。すなわち、均熱板Ｃ２は、カセットフレームＣ１の上下左右側及び奥側に設けられることにより、箱状体のカセットＣの上下側面及び奥側の面を構成する。なお、奥側とは、Ｙ方向において開口部Ａが設けられる側と反対側である。具体的には、カセットフレームＣ１の上下においては、各梁Ｃ１１の間を埋めるように複数の均熱板Ｃ２が設けられる。本実施形態においては、カセットフレームＣ１の外枠と４本の梁Ｃ１１との間を埋めるように、上下それぞれに５枚の均熱板が設けられる。カセットフレームＣ１の左右側及び奥側においては、１枚ずつ均熱板Ｃ２が設けられる。

ワーク支持部Ｃ３は、カセットフレームＣ１の下面の梁Ｃ１１から上方に突出して設けられ、その先端でワークＷの下面を支持する棒状体である。ワーク支持部Ｃ３の配置や本数は、特に限定しないが、例えば各梁Ｃ１１に等間隔に４本ずつ設けられる。すなわち、ワーク支持部Ｃ３は、カセットフレームＣ１の下面において、格子状に４×４本設けられる。また、ワーク支持部Ｃ３の先端は、ワークＷの下面を傷つけないようにするため、例えば半球状であっても良い。カセット支持部Ｃ４は、カセットＣの側面から側方に突出して設けられ、後述の支持部２１に支持される突出部である。カセット支持部Ｃ４が後述の支持部２１に支持されることにより、カセットＣが支持部２１に支持される。従って、ワークＷは、直接的にはカセットＣのワーク支持部Ｃ３に支持される一方で、間接的には支持部２１に支持される。なお、このカセットＣは、一つずつ取り出すことができ、個別にメンテナンスを行うことができる。

ガス放出部Ｇは、図２及び図４に示すように、カセットＣの奥側に設けられ、Ｘ方向に延びる配管を有し、その先端に複数のノズルＧ１を有する。ガス放出部Ｇは、例えば支持部２１によりカセットＣが支持される位置に対応して、Ｚ方向に多段に設けられ、不図示のジョイント等の接続部を介して、カセットＣに設けられたノズルＧ１とつながる配管と、不図示のガス供給装置とが着脱自在に接続される。ガス放出部Ｇのうち、チャンバ１０の内部において、上半分に配置されるものを特に第１のガス放出部ＧＡ、下半分に配置されるものを特に第２のガス放出部ＧＢともいう。なお、以降では、第１のガス放出部ＧＡを単にガス放出部ＧＡ、第２のガス放出部ＧＢを単にガス放出部ＧＢという。

ガス放出部Ｇには、チャンバ１０の外側に設けられる図示しないガス供給装置から冷却ガスが供給される。冷却ガスの温度は特に限定されないが、例えば常温よりも低いものとする。冷却ガスは、例えば窒素ガス、希ガス（アルゴンガスやヘリウムガスなど）などの、加熱されたワークＷと反応し難いガスであればよい。また、ガス放出部Ｇの配管側面には、開口部Ａが設けられる方向に向けて突出する複数のノズルＧ１が設けられ、ノズルＧ１の開口から冷却ガスが放出される。ノズルＧ１の開口は、例えばワークＷの下面とカセットＣの下面の間に向けられる。これにより、チャンバ１０の内部を冷却する際にノズルＧ１の開口から放出される冷却ガスは、ワークＷの下面を伝うように流れる（図２の破線矢印参照）。この時、チャンバ１０の開口部Ａが開いていれば、冷却ガスは開口部Ａから排出される。これにより、チャンバ１０の内部は陽圧となり、開口部Ａを介してチャンバ１０の内部にパーティクルが入るおそれが低減される。なお、カセットＣを取り出す際にはチャンバ１０の外側に設けられるガス供給装置と、ガス放出部Ｇとの接続部を取り外すことができる。

チャンバ１０は、正面に開口部Ａが設けられる概略直方体の容器である。開口部Ａは、チャンバ１０の形状に対応して、概略長方形である。チャンバ１０は、例えばステンレスなどの金属により形成される。チャンバ１０の内部には、ワークＷを載置可能なカセットＣを支持し、さらに加熱するためのヒータ２２が設けられる。また、チャンバ１０の外部には、開口部Ａを開閉する開閉扉３０が設けられる。

チャンバ１０には、開口部Ａを介してワークＷが出し入れされる。チャンバ１０の内部は、後述するように、Ｚ方向に複数枚のワークＷを支持可能な構造になっている。すなわち、チャンバ１０の内部においては、一度に複数枚のワークＷを熱処理することが出来る。具体的には、例えば図示しないロボットアームなどにより、チャンバ１０の上方から順にワークＷが搬入され、減圧及び後述の熱処理後、チャンバ１０の下方から順にワークＷが取り出される。

チャンバ１０には、例えばその下方に排気部１１が設けられる。排気部１１は、一端がチャンバ１０の内部に連通し、他端が図示しない排気装置に接続される。これにより、排気部１１は、チャンバ１０の内部が後述の密閉状態にある時、チャンバ１０の内部を真空にすることが出来る。

チャンバ１０には、例えばその上方に排気管１２が設けられる。排気管１２は、一端がチャンバ１０の内部に連通し、他端がチャンバ１０の外部に連通している。排気管１２の内部には弁１２１が設けられる。弁１２１は、通常閉じられており、例えばチャンバ１０の内部に後述の冷却ガスが放出される際に開かれる。これにより、チャンバ１０の内部に放出された冷却ガスは、排気管１２を介して外部に排気される。

支持部２１は、チャンバ１０の内部に立設されるフレーム２１１と、フレーム２１１の内部に設けられ、カセットＣを支持する受け部２１２と、を備える。フレーム２１１は、例えば細長い部材を用いて構成される骨組み構造である。フレーム２１１は、例えば直方体の枠構造であり、側面には板状の内壁が設けられている。受け部２１２は、フレーム２１１の内壁において、同じ高さでＸ方向に一対設けられる受け部材である。一対の受け部２１２は、カセットＣのカセット支持部Ｃ４を支持することにより、１つのカセットＣを支持する。また、一対の受け部２１２は、フレーム２１１の内壁において、Ｚ方向にカセットＣと同数設けられる。本実施形態においては、図１に示すように、６つのカセットＣに対応して、一対の受け部２１２が６組設けられる。

ヒータ２２は、例えばＸ方向に延びる円柱状の部材であり、熱を放射してカセットＣを加熱し、これによりカセットＣの内部に支持されるワークＷを加熱する。ヒータ２２は、図２に示すように、Ｙ方向に複数本並べて設けられる。さらに、Ｙ方向に複数本並べて設けられたヒータ２２は、例えば支持部２１によりカセットＣが支持される位置に対応して、Ｚ方向に多段に設けられる。具体的には、カセットＣを上下方向から挟むようにヒータ２２が設けられる。すなわち、本実施形態においては、チャンバ１０の内部に支持される６つのカセットＣに対応して、７段のヒータ２２が設けられる。ヒータ２２のうち、チャンバ１０の内部において、上半分に配置されるものを特に第1のヒータ２２Ａ、下半分に配置されるものを特に第２のヒータ２２Ｂともいう。なお、以降では、第１のヒータ２２Ａを単にヒータ２２Ａ、第２のヒータ２２Ｂを単にヒータ２２Ｂという。また、本実施形態のヒータ２２は、奇数段設けられるので、上から４段のヒータ２２をヒータ２２Ａとし、残りの３段のヒータ２２をヒータ２２Ｂとする。

開閉扉３０は、チャンバ１０の開口部Ａに対向して設けられる。開閉扉３０は、開口部Ａを完全に覆うことが可能な大きさの１枚扉である。開閉扉３０は、上下方向に移動可能となっており、またチャンバ１０に接離する方向、すなわちＹ方向に移動可能となっている。具体的には、開閉扉３０は、シリンダを介して図示しないスライド部材に固定され、このスライド部材が、開口部Ａの正面に立設された２本のガイドレールに沿ってスライド自在に設けられている。これにより、開閉扉３０は、スライド部材を介して上下方向にスライド可能であるだけでなく、シリンダを介してチャンバ１０に接離する方向に移動可能である。

開閉扉３０は、上下方向にスライドすることにより、開口部Ａを開閉する。具体的には、開口部Ａの上半分または下半分を開閉する。すなわち、開口部Ａを閉じた開閉扉３０は、開口部Ａの上半分を開口させるように下方向にスライド可能であり、また、開口部Ａの下半分を開口させるように上方向にスライド可能である。このように、開閉扉３０は、開口部Ａを部分的に閉じた状態で、開口部Ａの一部を開口させる。ここで、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、開口部Ａの上半分を開口させた状態の開閉扉３０のＺ方向の位置を位置Ｄとし、開口部Ａの下半分を開口させた状態の開閉扉３０のＺ方向の位置を位置Ｕとすると、位置Ｄに位置する開閉扉３０は、上方向にスライドすることにより開口部Ａを閉じることが可能であり、また、位置Ｕに位置する開閉扉３０は、下方向にスライドすることにより開口部Ａを閉じることが可能である。また、図５（Ｃ）に示すように、開口部Ａを閉じた開閉扉３０のＺ方向の位置を位置Ｍとする。

開閉扉３０が開口部Ａを密閉する動作について説明する。開閉扉３０は、上述のように上下方向にスライド可能であるだけでなく、Ｙ方向にも移動可能である。開閉扉３０は、このＹ方向の移動により開口部Ａの縁に押し付けられ、チャンバ１０の内部を密閉することが出来る。なお、この時、上述の弁１２１は閉じているものとする。また、開閉扉３０が開口部Ａを密閉する際、開閉扉３０と開口部Ａの接触部分には、気密性を向上させるためにＯリングなどのシール材が設けられてもよい。また、開閉扉３０は、開口部Ａの縁から引き離され、チャンバ１０の内部を開放することが出来る。なお、以下では、開閉扉３０がチャンバ１０の内部を密閉している状態を密閉状態、チャンバ１０の内部を開放している状態を開放状態ともいう。すなわち、密閉状態とは、開閉扉３０が開口部Ａの縁に押し付けられ、チャンバ１０の内部が気密になっている状態のことをいい、開放状態とは、開閉扉３０の位置に拘わらず、Ｙ方向において開閉扉３０とチャンバ１０との間に隙間がある状態のことをいう。また、図５（Ａ）（Ｂ）に示す開閉扉３０の位置が位置Ｄであるときや位置Ｕであるときは、Ｙ方向において開閉扉３０とチャンバ１０との間には隙間が存在するので、開放状態でかつ、開口部Ａの一部が開口されている状態となる。

熱処理装置１は、各構成の動作を制御する制御部８０を更に備える。すなわち、制御部８０は、排気部１１と、弁１２１と、ヒータ２２と、ガス放出部Ｇと、開閉扉３０と、を制御する。制御部８０は、図６に示すように、排気制御部８１と、加熱制御部８２と、ガス制御部８３と、開閉制御部８４と、記憶部８５と、入出力制御部８６と、を有する。

排気制御部８１は、排気部１１を制御し、密閉状態にあるチャンバ１０の内部を真空にすることが出来る。また、排気制御部８１は、排気管１２の弁１２１の開閉を制御し、チャンバ１０の内部から冷却ガスを排気することが出来る。

加熱制御部８２は、ヒータ２２のオンオフ及び出力を制御する。ヒータ２２がオンになるとは、ヒータ２２がチャンバ１０の内部を加熱することをいう。ヒータ２２がオフになるとは、ヒータ２２がチャンバ１０の内部を加熱することをやめることをいう。ヒータ２２がチャンバ１０の内部を加熱する際の出力は、例えば第１の温度、第１の温度よりも高い第２の温度、第１の温度及び第２の温度よりも高く、ワークＷを熱処理する熱処理温度などに設定可能である。また、ヒータ２２は、ワークＷが支持される位置に対応する段ごとに制御可能となっている。これにより、例えばヒータ２２Ａをオンにする一方でヒータ２２Ｂをオフにする、または、ヒータ２２Ａを第１の温度に、ヒータ２２Ｂを第２の温度にする、といった制御が可能である。なお、加熱制御部８２は、事前に手動設定された条件に応じてヒータ２２を制御しても良いし、例えば室温の変化などに応じて出力を変化させるプログラムによりヒータ２２を制御しても良い。

ガス制御部８３は、ガス放出部Ｇから冷却ガスを放出させるか否か、すなわちガス放出部Ｇのオンオフを制御する。ガス放出部Ｇがオンになるとは、ノズルＧ１の開口から冷却ガスを放出することをいう。ガス放出部Ｇがオフになるとは、ノズルＧ１の開口から放出している冷却ガスを停止することをいう。ガス放出部Ｇは、カセットＣごとに制御可能となっている。これにより、例えばガス放出部ＧＡをオンにする一方でガス放出部ＧＢをオフにするといった制御が可能である。

開閉制御部８４は、開閉扉３０の開閉を制御する。具体的には、開閉扉３０を上下方向にスライドさせ、位置Ｄ、Ｕ、Ｍに位置させる制御や、位置Ｍにおいて開閉扉３０をチャンバ１０の開口部Ａの縁に押し付け、チャンバ１０の内部を密閉する制御を行う。同様に、開閉扉３０をチャンバ１０から引き離し、チャンバ１０の内部を開放する制御を行う。

記憶部８５は、制御部８０の制御対象となる各構成の動作を実現するためのプログラム、データ等の情報を記憶する。入出力制御部８６は、制御部８０の制御対象となる各構成との間での信号の変換や入出力を制御するインタフェースである。

さらに、制御部８０には、入力装置９１、出力装置９２が接続されている。入力装置９１は、オペレータが、制御部８０を介して熱処理装置１を操作するためのスイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力手段である。出力装置９２は、熱処理装置１の状態を確認するための情報を、オペレータが視認可能な状態とする表示装置等の出力手段である。

［動作］
（搬入・加熱動作）
上記のような構成の熱処理装置１の搬入・加熱動作を、図７のフローチャートを参照して説明する。前提として、チャンバ１０の内部には支持部２１により複数のカセットＣが支持され、カセットＣの内部にワークＷは載置されていないものとする。開口部Ａは位置Ｍに位置し、開口部Ａは閉じられているものとする。ただし、チャンバ１０と開閉扉３０との間には隙間があり、チャンバ１０の内部は開放状態にあるものとする。また、ヒータ２２及びガス放出部Ｇは、いずれもオフになっているものとする。まず、開閉制御部８４により、開閉扉３０を下方にスライドさせ、位置Ｄに位置させる（ステップＳ０１）。この時、開口部Ａは、その上半分が開口している。続いて、図示しないロボットアームにより、開口部Ａの上半分からカセットＣにワークＷが載置されるよう搬入される（ステップＳ０２）。より詳細には、カセットＣの内部に設けられたワーク支持部Ｃ３にワークＷが支持されるように、ワークＷが搬入される。ワークＷの搬入は、位置Ｄに位置する開閉扉３０により開口部Ａの上半分から露出したカセットＣに対して行われる。すなわち、チャンバ１０の内部において上側に設けられた３つのカセットＣに順次搬入される。この時、ワークＷは、Ｚ方向に複数組設けられるカセットＣのうち、一番上のカセットＣから順に搬入される。

チャンバ１０の内部の上半分にワークＷが搬入されると、開閉制御部８４により、開閉扉３０を上方にスライドさせ、位置Ｕに位置させる（ステップＳ０３）。この時、開口部Ａは、その下半分が開口している。続いて、図示しないロボットアームにより、開口部Ａの下半分からカセットＣにワークＷが載置されるよう搬入される（ステップＳ０４）。ワークＷの搬入は、位置Ｕに位置する開閉扉３０により開口部Ａの下半分から露出したカセットＣに対して行われる。すなわち、チャンバ１０の内部において下側に設けられた３つのカセットＣに順次搬入される。ステップＳ０４においても、ステップＳ０２と同様に、ワークＷは上のカセットＣから順に搬入される。具体的には、位置Ｕに位置する開閉扉３０により開口部Ａの下半分から露出した３つのカセットＣのうち、一番上のカセットＣから順に搬入される。

ワークＷの搬入作業が完了すると、開閉制御部８４により、開閉扉３０を下方にスライドさせ、位置Ｍに位置させる（ステップＳ０５）。この時、開口部Ａは、開閉扉３０により閉じられる。続いて、開閉扉３０を開口部Ａの縁に押し付けるように移動させ、チャンバ１０の内部を密閉状態にする（ステップＳ０６）。さらに、排気制御部８１により、排気部１１を制御し、チャンバ１０の内部を減圧する（ステップＳ０７）。例えば、１００Ｐａ程度の圧力まで減圧する。なお、チャンバ１０の内部が所定圧まで減圧され、真空状態になった後、排気部１１の排気は停止されるが、チャンバ１０の内部は真空に保たれる。続いて、加熱制御部８２により、ヒータ２２を熱処理温度に制御し、ワークＷの熱処理を行う（ステップＳ０８）。なお、ヒータ２２はステップＳ０６の時点からオンにして、徐々にチャンバ１０の内部を加熱するようにしても良い。加熱温度及び加熱時間は特に制限されない。また、加熱時間において、加熱温度を段階的に変化させても良い。最後に、ワークＷの熱処理が終わった後に、ヒータ２２をオフにする（ステップＳ０９）。

（冷却・取り出し動作）
続いて、熱処理装置１の冷却・取り出し動作を、図８のフローチャートを参照して説明する。前提として、ヒータ２２の加熱時間が終了し、ヒータ２２がオフになっているものとする。まず、ガス制御部８３によりガス放出部Ｇをオンにする（ステップＳ１１）。これにより、チャンバ１０の内部を真空から徐々に大気圧に近づけていくとともに、均熱板Ｃ２およびワークＷを冷却していく。カセットＣを構成する均熱板Ｃ２が冷却されることで、均熱板Ｃ２からワークＷに熱が伝わることを妨げられるため、冷却ガスにより効率的にワークＷを冷却することができる。チャンバ１０の内部が大気圧になると、排気制御部８１により弁１２１を開き、排気管１２を介して冷却ガスをチャンバ１０の外部に排気する。これにより、チャンバ１０の内部は、大気圧の状態で所定の温度まで冷却される。所定の温度は、例えば１００℃以下である。なお、所定の温度になる前に、以下のステップＳ１３に示すようにチャンバ１０の開口部Ａを開放すると、開口部Ａを介してチャンバ１０の内部に流入する酸素と、ワークＷの基板に形成された膜の成分とが反応してしまい、所望の膜質を有するワークＷが得られなくなるおそれがある。従って、ヒータ２２が制御される第１の温度、第２の温度は、いずれもこの所定の温度よりも低いことが好ましい。チャンバ１０内の温度が所定の温度以下であるか否かは、不図示のセンサにより検知するようにしても良い。あるいは、予め実験等で求めた最適な時間に基づき管理するようにしても良い。

ステップＳ１１により、チャンバ１０の内部が所定の温度まで冷却されると、加熱制御部８２によりヒータ２２Ａを第１の温度に制御し、ガス制御部８３によりガス放出部ＧＢをオフにする（ステップＳ１２）。すなわち、ステップＳ１２においては、ヒータ２２Ａが第１の温度に制御され、ガス放出部ＧＡがオンになっている。次に、開閉制御部８４により開閉扉３０を制御し、チャンバ１０の内部を開放状態にし、さらに開閉扉３０を上方にスライドさせ、位置Ｕに位置させる（ステップＳ１３）。この時、開閉扉３０は、開口部Ａにおいて、オンになっているヒータ２２Ａ及びガス放出部ＧＡに対向する部分を閉じた状態である。ヒータ２２及びガス放出部Ｇの側から言えば、開閉扉３０により閉じられた部分に対向するヒータ２２Ａ及びガス放出部ＧＡがオンになっている。これにより、開放状態の開口部Ａの、特に下半分から、ヒータ２２Ａにより加熱された冷却ガスが排出されるので、チャンバ１０の内部が所定の温度よりも著しく低下することを抑制しつつ、外部からチャンバ１０の内部にパーティクルが流入するのを抑制することが出来る。

続いて、図示しないロボットアームにより、開口部Ａの下半分からワークＷが取り出される（ステップＳ１４）。ワークＷの取り出しは、位置Ｕに位置する開閉扉３０により開口部Ａの下半分から露出したカセットＣから行われる。すなわち、ワークＷは、チャンバ１０の内部において下側に設けられた３つのカセットＣから取り出される。この時、ワークＷは、３つのカセットＣのうち、一番下のカセットＣから順に取り出される。

チャンバ１０の内部の下半分からワークＷが取り出されると、加熱制御部８２によりヒータ２２Ａをオフにすると同時にヒータ２２Ｂを第１の温度よりも高い第２の温度に制御し、ガス制御部８３によりガス放出部ＧＡをオフにすると同時にガス放出部ＧＢをオンにする（ステップＳ１５）。次に、開閉制御部８４により、開閉扉３０を下方にスライドさせ、位置Ｄに位置させる（ステップＳ１６）。この時、開閉扉３０は、チャンバ１０の内部において、オンになっているヒータ２２Ｂ及びガス放出部ＧＢが位置する領域を閉じた状態である。ヒータ２２及びガス放出部Ｇの側から言えば、チャンバ１０の内部において、開閉扉３０により閉じられた領域に位置するヒータ２２Ｂ及びガス放出部ＧＢがオンになっている。これにより、開放状態の開口部Ａの、特に上半分から、ヒータ２２Ｂにより加熱された冷却ガスが排出される。

開閉扉３０が位置Ｄに存在するとき開口部Ａの上半分が露出することになるが、チャンバ１０の内部において、熱い気体は上半分に集まりやすいため、上半分の開口部Ａから外へ出ていきやすくなる。これにより、チャンバ１０内の温度は開閉扉３０が位置Ｕに存在するときよりも下がりやすくなる。しかしながら、ヒータ２２Ｂが第１の温度よりも高い第２の温度となっているので、チャンバ１０の内部が所定の温度よりも著しく低下することを抑制することができる。さらに、ガス放出部ＧＢからガスを放出させることにより外部からチャンバ１０の内部にパーティクルが流入するのを抑制することが出来る。

続いて、図示しないロボットアームにより、開口部Ａの上半分からワークＷが取り出される（ステップＳ１７）。ワークＷの取り出しは、位置Ｄに位置する開閉扉３０により開口部Ａの上半分から露出したカセットＣから行われる。すなわち、チャンバ１０の内部において上側に設けられた３つのカセットＣから取り出される。ステップＳ１７においても、ステップＳ１４と同様に、ワークＷは下のカセットＣから順に取り出される。具体的には、位置Ｄに位置する開閉扉３０により開口部Ａの上半分から露出した３つのカセットＣのうち、一番下のカセットＣから順に取り出される。

（２回目の搬入・加熱動作）
最後に、熱処理装置１の複数回連続して加熱動作を行うときのワークＷの搬入出および加熱動作について説明する。前提として、ヒータ２２Ａはオフに、ヒータ２２Ｂは第２の温度にそれぞれ制御されており、ガス放出部ＧＡはオフに、ガス放出部ＧＢはオンになっており、開閉扉３０は位置Ｄに位置しているものとする（つまり、上述のステップＳ１７の状態）。まず、上述のステップＳ０２～Ｓ０３までが行われる。すなわち、チャンバ１０の上半分にワークＷが搬入され、開閉扉３０は位置Ｕに位置し、開口部Ａの下半分が開口される。次に、ヒータ２２Ｂはオンにしたままヒータ２２Ａをオンにし、ヒータ２２Ａもヒータ２２Ｂと同じく、第１の温度よりも高い第２の温度に制御する。さらに、ガス放出部ＧＡをオンにする。この時、開口部Ａの上半分は、開閉扉３０により閉じられているので、熱が逃げにくい。従って、効率よくチャンバ１０の内部を昇温することが出来る。この後は、ガス放出部ＧＢをオンにしたまま上述のステップＳ０４およびステップＳ０５が行われ、ステップＳ０５にてチャンバ１０の開口部Ａが閉じられると同時にガス放出部ＧＡおよびＧＢをオフにし、全てのヒータ２２が第２の温度から熱処理温度まで昇温される。このように、チャンバ１０の内部は予め第２の温度に昇温されているので、熱処理温度に到達するまでの加熱時間を短縮することが出来る。

［作用効果］
（１）本実施形態の熱処理装置１は、開口部Ａが設けられ、開口部ＡからワークＷが搬入されるチャンバ１０と、チャンバ１０の内部に設けられ、カセットＣ内に載置されたワークＷを支持する支持部２１と、チャンバ１０の内部に設けられ、支持部２１に支持されたワークＷを熱処理するヒータ２２と、開口部Ａに対して上下方向に移動可能な開閉扉３０であって、熱処理時に開口部Ａを閉じる開閉扉３０と、開閉扉３０により開口部Ａの一部が開口される間、チャンバ１０の内部において開閉扉３０により開口部Ａの閉じられた領域に位置するヒータ２２をオンにする加熱制御部８２と、を備える。

まず、開閉扉３０は、上下方向にスライド可能な１枚扉なので、２枚扉の場合に比して、チャンバ１０の内部にデッドスペースを必要とせず、チャンバ１０の内部にワークＷを配置するスペースを確保することが出来る。また、開閉扉３０は、開口部Ａを部分的に閉じた状態で開口部Ａの一部を開口させるので、開閉扉３０の移動スペースを抑制することが出来る上、チャンバ１０の内部から逃げる熱を抑えることが出来る。さらに、開閉扉３０により開口部Ａの一部が開口される間、ヒータ２２がオンになるので、チャンバ１０の内部から逃げる熱を補填することが出来る。これにより、次回の熱処理時において、チャンバ１０の内部を熱処理温度まで昇温させる時間を短縮することが出来る。

（２）本実施形態の開閉扉３０は、開口部Ａの下方または上方を開口し、加熱制御部８２は、開口部Ａの下方が開口される間、ヒータ２２を第１の温度に制御し、開口部Ａの上方が開口される間、ヒータ２２を第１の温度よりも高い第２の温度に制御する。熱は上方に逃げるので、開口部Ａの上方が開口される間の方が、開口部Ａの下方が開口される間よりも多くの熱が逃げてしまう。そこで、本実施形態においては、開口部Ａの上方が開口される間は、開口部Ａの下方が開口される間よりもヒータ２２の出力を上昇させる。これにより、チャンバ１０の内部から逃げる熱を効果的に補填することが出来る。

（３）本実施形態の熱処理装置１は、チャンバ１０の内部に設けられ、開口部Ａに向けて冷却ガスを放出するガス放出部Ｇと、開閉扉３０により開口部Ａの一部が開口される間、ガス放出部Ｇをオンにするガス制御部８３と、を更に備える。これにより、チャンバ１０の内部が陽圧となり、開口された開口部Ａの一部から冷却ガスが排出されるので、外部から開口部Ａを介してチャンバ１０の内部にパーティクルが流入するおそれを抑制することが出来る。なお、冷却ガスはヒータ２２により加熱されるので、チャンバ１０が冷却されることを抑制することが出来る。

（４）ヒータ２２は、チャンバ１０の内部の上方に設けられるヒータ２２Ａと、チャンバ１０の内部の下方に設けられるヒータ２２Ｂと、を有し、ガス放出部Ｇは、チャンバ１０の内部の上方に設けられるガス放出部ＧＡと、チャンバ１０の内部の下方に設けられるガス放出部ＧＢと、を有し、加熱制御部８２は、開口部Ａの上方が開口される間、ヒータ２２Ａをオフにし、ガス制御部８３は、開口部Ａの上方が開口される間、ガス放出部ＧＡをオフにする。

これにより、チャンバ１０から逃げる熱を補填しつつチャンバ１０の外部からパーティクルが流入することを抑制するという上述の効果に加え、エネルギーを節約することが出来る。仮に、開口部Ａの上方が開口される間、上方に設けられるヒータ２２Ａ及びガス放出部ＧＡがオンになり、下方に設けられるヒータ２２Ｂ及びガス放出部ＧＢがオフになると、チャンバ１０の内部の下方に負圧が生じ、開口部Ａの下方を閉じている開閉扉３０と開口部Ａの縁との隙間からパーティクルを吸い上げてしまうおそれがある。従って、開閉扉３０により開口部Ａの上方が開口される場合には、上方に設けられるヒータ２２Ａ及びガス放出部ＧＡをオフにすることが好ましい。同様に、開閉扉３０により開口部Ａの下方が開口される場合には、加熱制御部８２及びガス制御部８３により、下方に設けられるヒータ２２Ｂ及びガス放出部ＧＢをオフにすることが好ましい。あるいは、上下のガス放出部Ｇの両方をオンにすることでチャンバ１０の一部分に負圧が生じることを防止することが好ましい。

［変形例］
（１）上記実施形態の開閉扉３０は、ガイドレールに沿ってスライドするように移動するものとしたが、これに限られない。例えば、シリンダなどにより昇降するように移動するものであっても良い。

（２）上記実施形態のガス放出部Ｇは、冷却ガスを放出するものとしたが、これに限られない。例えば、冷却ガスと常温または高温のガスとを選択的に放出するように構成しても良い。ワークＷを出し入れする際には、チャンバ１０の内部からの放熱を抑えつつ、チャンバ１０の内部を陽圧にすることが好ましい。本変形例によれば、チャンバ１０の内部を冷却する際には冷却ガスを放出し、ワークＷを出し入れする際には常温または高温のガスを放出することが出来るので、上述の要求を満たすことが出来る。また、冷却ガスと常温または高温のガスとを選択的に放出させるガス放出部を設ける代わりに、冷却ガスを放出するガス放出部と、常温または高温のガスを放出するガス放出部とを別々に設けても良い。なお、冷却ガスは例えば常温より低い温度であるとしたが、これに限らず、常温であっても良く、加熱されたワークＷを冷却することができる温度であればよい。

（３）上記実施形態においては、熱処理後に開口部ＡからワークＷを取り出す際、開閉扉３０の位置に応じて、上方に設けられるヒータ２２Ａ及びガス放出部ＧＡと、下方に設けられるヒータ２２Ｂ及びガス放出部ＧＢとを選択的にオンにしたが、これに限られない。開閉扉３０の位置に拘わらず、全てのヒータ２２及びガス放出部Ｇをオンにしても良い。また、開閉扉３０と開口部Ａの縁との隙間が十分に狭く、この隙間からパーティクルが流入するおそれが無いのであれば、開口部Ａが開口している側のヒータ２２及びガス放出部Ｇをオンにしても良い。また、ガス放出部Ｇからのガス放出量は、チャンバ１０の内部において、開口部Ａの開口している領域に位置するガス放出部Ｇからの放出量を、開口していない領域に位置するガス放出部Ｇからの放出量よりも少なくするようにしても良い。このようにすることで、開口していない領域が負圧になりパーティクルが流入することを防止できる。

（４）上記実施形態においては、処理後に開口部ＡからワークＷを取り出す際、開閉扉３０の位置に応じて、ヒータ２２の出力温度を変えるように制御したが、これに限られない。開閉扉３０の位置に拘わらず、チャンバ１０の内部の温度が所定範囲に保たれるように図示しない温度センサ等を用いて自動的に制御するようにしても良い。

（５）上記実施形態においては、ヒータ２２Ａとヒータ２２Ｂとが異なる温度になるように制御したが、これに限られない。ワークＷが支持される位置に対応する段ごとに異なる温度になるようにヒータ２２を制御しても良い。

（６）上記実施形態の開閉扉３０は、開口部Ａの上半分と下半分とを開口したが、これに限られない。開閉扉３０が開口部Ａを閉じた位置、すなわち位置Ｍから、開口部Ａの下方を開口させるために上方に移動する距離よりも、開口部Ａの上方を開口させるために移動する距離の方が長くても良い。この場合、開口部Ａの開口幅は、上方が開口される場合よりも下方が開口される場合の方が狭くなる。熱処理装置１が設置されるような部屋においては、パーティクルを抑えるためにダウンフローが生じていることが多く、これによりパーティクルは部屋の下方に集められる。本変形例によれば、開口部Ａの下方を開くときに、その開口幅を狭めることが出来るので、チャンバ１０の内部にパーティクルが流入するおそれを効果的に抑制することが出来る。

（７）上記実施形態の熱処理装置１は、真空雰囲気中で熱処理を行うものとしたが、これに限られない。例えば大気雰囲気中で加熱処理を行っても良い。なお、この場合、排気部１１はチャンバ１０の内部を排気しなくても良いし、開閉扉３０はチャンバ１０の内部を密閉しなくても良い。

（８）上記実施形態のワークＷは、カセットＣの内部に載置されるものとしたが、これに限られない。例えば、支持部２１の内壁に棚面を設け、この棚面に直接ワークＷを支持させるように搬入されても良い。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。

１ 熱処理装置
１０ チャンバ
１１ 排気部
１２ 排気管
１２１ 弁
２１ 支持部
２１１ フレーム
２１２ 受け部
２２、２２Ａ、２２Ｂ ヒータ
３０ 開閉扉
８０ 制御部
８１ 排気制御部
８２ 加熱制御部
８３ ガス制御部
８４ 開閉制御部
８５ 記憶部
８６ 入出力制御部
９１ 入力装置
９２ 出力装置
Ａ 開口部
Ｃ カセット
Ｃ１ カセットフレーム
Ｃ１１ 梁
Ｃ２ 均熱板
Ｃ３ ワーク支持部
Ｃ４ カセット支持部
Ｄ、Ｕ、Ｍ 位置
Ｇ、ＧＡ、ＧＢ ガス放出部
Ｗ ワーク

本実施形態のワークＷは、カセットＣ内の所定位置に載置されるようにチャンバ１０の内部に搬入される。カセットＣは、図３に示すように、内部に支持されるワークＷを上下左右の四方、およびワークＷの出し入れを行う開口と対向する面において囲う箱状体であり、チャンバ１０の内部に、後述の支持部２１に支持されて多段に設けられている。つまり、Ｘ方向から見たときの断面がコの字となる筐体である。なお、図３においては、説明を容易にするためにカセットＣの上面を示していない。カセットＣは、カセットフレームＣ１と、カセットフレームＣ１に設けられ、箱状体を構成する均熱板Ｃ２と、ワークＷの下面を支持するワーク支持部Ｃ３と、後述の支持部２１に支持させるカセット支持部Ｃ４、ガス放出部Ｇ（ノズルＧ１）と、を備える。なお、ガス放出部Ｇ（ノズルＧ１）については、図２及び図４を参照して後述する。

ガス放出部Ｇは、図２及び図４に示すように、カセットＣの奥側に設けられ、Ｘ方向に延びる配管を有し、その先端に複数のノズルＧ１を有する。ガス放出部Ｇの、X方向に延びる配管（カセットＣに設けられたノズルＧ１とつながる配管）は、例えば支持部２１によりカセットＣが支持される位置に対応して、Ｚ方向に多段に設けられ、不図示のジョイント等の接続部を介して不図示のガス供給装置とが着脱自在に接続される。ガス放出部Ｇのうち、チャンバ１０の内部において、上半分に配置されるものを特に第１のガス放出部ＧＡ、下半分に配置されるものを特に第２のガス放出部ＧＢともいう。なお、以降では、第１のガス放出部ＧＡを単にガス放出部ＧＡ、第２のガス放出部ＧＢを単にガス放出部ＧＢという。

［動作］
（搬入・加熱動作）
上記のような構成の熱処理装置１の搬入・加熱動作を、図７のフローチャートを参照して説明する。前提として、チャンバ１０の内部には支持部２１により複数のカセットＣが支持され、カセットＣの内部にワークＷは載置されていないものとする。開閉扉３０は位置Ｍに位置し、開口部Ａは閉じられているものとする。ただし、チャンバ１０と開閉扉３０との間には隙間があり、チャンバ１０の内部は開放状態にあるものとする。また、ヒータ２２及びガス放出部Ｇは、いずれもオフになっているものとする。まず、開閉制御部８４により、開閉扉３０を下方にスライドさせ、位置Ｄに位置させる（ステップＳ０１）。この時、開口部Ａは、その上半分が開口している。続いて、図示しないロボットアームにより、開口部Ａの上半分からカセットＣにワークＷが載置されるよう搬入される（ステップＳ０２）。より詳細には、カセットＣの内部に設けられたワーク支持部Ｃ３にワークＷが支持されるように、ワークＷが搬入される。ワークＷの搬入は、位置Ｄに位置する開閉扉３０により開口部Ａの上半分から露出したカセットＣに対して行われる。すなわち、チャンバ１０の内部において上側に設けられた３つのカセットＣに順次搬入される。この時、ワークＷは、Ｚ方向に複数組設けられるカセットＣのうち、一番上のカセットＣから順に搬入される。

Claims (7)

1. 開口部が設けられ、前記開口部からワークが搬入されるチャンバと、
   前記チャンバの内部に設けられ、前記ワークを支持する支持部と、
   前記チャンバの内部に設けられ、前記支持部に支持された前記ワークを熱処理するヒータと、
   前記開口部に対して上下方向に移動可能な開閉扉であって、熱処理時に前記開口部を閉じる開閉扉と、
   前記開閉扉により前記開口部の一部が開口される間、前記チャンバの内部において前記開閉扉により前記開口部の閉じられた領域に位置する前記ヒータをオンにする加熱制御部と、
   を備える熱処理装置。
2. 前記開閉扉は、前記開口部の下方または上方を開口し、
   前記加熱制御部は、
   前記開口部の下方が開口される間、前記ヒータを第１の温度に制御し、
   前記開口部の上方が開口される間、前記ヒータを前記第１の温度よりも高い第２の温度に制御する、
   請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記チャンバの内部に設けられ、前記開口部に向けてガスを放出するガス放出部と、
   前記開閉扉により前記開口部の一部が開口される間、前記ガス放出部をオンにするガス制御部と、
   を更に備える請求項１または２に記載の熱処理装置。
4. 前記ヒータは、
   前記チャンバの内部の上方に設けられる第１のヒータと、
   前記チャンバの内部の下方に設けられる第２のヒータと、
   を有し、
   前記ガス放出部は、
   前記チャンバの内部の上方に設けられる第１のガス放出部と、
   前記チャンバの内部の下方に設けられる第２のガス放出部と、
   を有し、
   前記加熱制御部は、前記開口部の上方が開口される間、前記第１のヒータをオフにし、
   前記ガス制御部は、前記開口部の上方が開口される間、前記第１のガス放出部をオフにする、
   請求項３に記載の熱処理装置。
5. 前記加熱制御部は、前記開口部の下方が開口される間、前記第２のヒータをオフにし、
   前記ガス制御部は、前記開口部の下方が開口される間、前記第２のガス放出部をオフにする、
   請求項４に記載の熱処理装置。
6. 前記開閉扉が前記開口部を閉じた位置から、前記開口部の下方を開口させるために移動する距離よりも、前記開口部の上方を開口させるために移動する距離の方が長い、
   請求項３乃至５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
7. 開口部が設けられたチャンバの内部に、前記開口部を介してワークを搬入するステップと、
   前記開口部に対して上下方向に移動可能な開閉扉により、前記開口部を閉じるステップと、
   前記ワークを熱処理するために、前記チャンバの内部に設けられたヒータをオンにするステップと、
   前記ヒータをオフにするステップと、
   前記チャンバの内部を冷却するために、前記チャンバの内部に設けられたガス放出部をオンにするステップと、
   前記チャンバの内部が所定の温度まで冷却された後、前記ヒータをオンにするステップと、
   前記開閉扉により、前記チャンバの内部においてオンになっている前記ヒータが位置する領域を閉じた状態で、前記開口部の一部を開口させるステップと、
   を備える熱処理方法。

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