JP6679364B2 - 基板加熱装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の基板を加熱する基板加熱装置に関する。
OLED(有機発光ダイオード)式ディスプレイパネルの製造工程ではガラス基板に薄膜の有機層が形成されるが、有機膜を形成する際、まず、ガラス基板に有機材料を塗布し、雰囲気を減圧して有機材料を減圧乾燥させた後、ガラス基板を加熱して有機材料を焼成する。
有機材料の焼成の効率化のために、通常、複数のガラス基板を収容して加熱するバッチ式の基板加熱装置が用いられている。このバッチ式の基板加熱装置は複数のパネルヒータを備え、各パネルヒータがガラス基板を載置して該ガラス基板を加熱する(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
ところで、近年、ディスプレイパネル用のガラス基板が大型化し、ガラス基板の大型化に対応して各パネルヒータも大型化されるため、基板加熱装置のコストが上昇する。そこで、コストを低減するためにパネルヒータを用いない基板加熱装置が開発されている。例えば、図18に示すように、基板加熱装置140は処理室141を備え、該処理室141の内部において互いに間隔を空けて重畳するように複数のガラス基板Gを配置するとともに、ヒータ142及びファン143を配置し、ヒータ142によって加熱されたガス(以下、「加熱ガス」という。)をファン143によって処理室141の内部を循環させることにより、各ガラス基板Gを加熱ガスによって加熱する。
特開2001−317872号公報 国際公開第WO2004/083755号
しかしながら、基板加熱装置140では、未だ加熱されていない新たなガラス基板Gが、他のガラス基板Gを加熱している際に処理室141の内部へ搬入される場合がある。この場合、搬入されたガラス基板Gは他のガラス基板Gから熱を奪うため、他のガラス基板Gの温度が下がり、安定して加熱することができないことがある。また、ガラス基板Gの大型化に伴って処理室141も大型化し、内部空間が大きくなるため、加熱ガスを均一に分布させることは困難であり、各ガラス基板Gに接する加熱ガスの温度が異なることがある。したがって、各ガラス基板Gを安定して均一に加熱するのが困難であるという問題がある。
本発明の目的は、各基板を安定して均一に加熱することができる基板加熱装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の基板加熱装置は、内部に加熱されたガスが存在する収容室と、該収容室に配置されて基板を加熱する複数の加熱ユニットとを備え、各前記加熱ユニットは、前記基板を収容する筐体と、該筐体の内部に前記加熱されたガスを導入する加熱ガス導入機構とを有し、前記加熱ガス導入機構は前記筐体に取り付けられ、前記筐体において前記加熱ガス導入機構が取り付けられた側と反対側は閉鎖され、且つ前記筐体において前記加熱ガス導入機構が取り付けられた側は開口することを特徴とする。
本発明によれば、各加熱ユニットは基板を収容する筐体を有するので、筐体によって収容した基板を他の加熱ユニットの筐体に収容された基板から隔離することができ、もって、他の加熱ユニットの筐体に収容された基板が収容した基板から熱を奪うのを防止することができる。また、各筐体は内部に加熱されたガスを導入する加熱ガス導入機構を有するが、筐体の内部は比較的小さい空間であるため、加熱されたガスを筐体の内部に導入すると当該内部において加熱されたガスは均一に分布する。その結果、各基板を安定して均一に加熱することができる。
本発明の実施の形態に係る基板加熱装置の構成を概略的に示す斜視図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第1の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第2の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第3の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第4の変形例の構成を概略的に示す斜視図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置における加熱ガスの流れを説明するための図である。 実施の形態に係る基板加熱装置の第5の変形例における加熱ガスの流れを説明するための図である。 実施の形態に係る基板加熱装置の第6の変形例における加熱ガスの流れを説明するための図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第7の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第8の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第9の変形例の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第10の変形例の構成を概略的に示す斜視図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第11の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第12の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板加熱装置の第13の変形例における加熱ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 図1におけるユニットファンの駆動機構を概略的に説明するための水平断面図であり、図17(A)は駆動機構の一つの例を示し、図17(B)は駆動機構の他の例を示す。 従来の基板加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態に係る基板加熱装置の構成を概略的に示す斜視図であり、図2は、同断面図である。図1において、理解を容易にするために内部の構成要素が破線で示され、さらに一部が分離して示される。
図1及び図2において、基板加熱装置10は、直方体状の収容室11と、該収容室11の内部において互いに平行且つ離間し、図中上下方向に関して重畳されるように配置される複数の加熱ユニット12と、収容室11の内部へ不活性ガス、例えば、窒素ガスを導入するガス導入管13と、収容室11の内部からガスを排気するガス排気管14と、収容室11の内部を加熱し且つ該内部においてガスを循環させる加熱・ガス循環機構15とを備える。
加熱・ガス循環機構15は、ガスを加熱するヒータ16と、該ヒータ16によって加熱されたガス(以下、「加熱ガス」という)(図2において白抜き矢印で示す)を収容室11の内部へ向けて送風するファン17とを有する。加熱・ガス循環機構15から供給された加熱ガスは収容室11の内部を循環する。
各加熱ユニット12はガラス基板Gを収容可能な筐体状の加熱室18(筐体)と、該加熱室18の内部へ収容室11の内部を循環する加熱ガスを導入するユニットファン19(加熱ガス導入機構)とを有する。加熱室18は、剛性材、例えば、ステンレス鋼からなり、断熱材等によって表面が覆われる。なお、加熱室18が遮温効果を有する材料によって構成されてもよい。また、加熱室18の大きさは1枚のガラス基板Gを収容可能な大きさに規定され、一端にユニットファン19が取り付けられ、ユニットファン19は加熱室18の内部へ収容室11の内部を循環する加熱ガスを導入する。さらに、ユニットファン19が取り付けられた端部とは反対側の端部、すなわち、ユニットファン19と対向する端部には開口部20が設けられる。また、各加熱ユニット12においてユニットファン19は加熱・ガス循環機構15に対向するように各加熱室18へ取り付けられる。各加熱ユニット12の加熱室18には該加熱室18の内部の温度、特に、加熱室18に収容されたガラス基板Gの温度を測定する温度センサ29が配置されてもよい。なお、図2では1つの加熱室18を除いて温度センサ29の図示が省略されている。
各加熱ユニット12の開口部20が対向する収容室11の側面にはシャッター部21が設けられ、該シャッター部21は互いに独立して図中上下方向に移動する複数のシャッター板22によって開閉される。一の加熱ユニット12の加熱室18へガラス基板Gを搬入する際、又は同加熱室18からガラス基板Gを搬出する際、一の加熱ユニット12の開口部20に対向するシャッター板22が図中上下方向に移動してシャッター部21における一の加熱ユニット12に対向する部分を開口させる。
各加熱ユニット12の加熱室18においてガラス基板Gは複数のピン23によって支持されて表面及び裏面が加熱室18の内部空間Sに晒される。加熱室18においてガラス基板Gは開口部20からユニットファン19へ向けて図示しない搬送アームによって搬入されるため、ガラス基板Gは加熱室18の内部においてユニットファン19から開口部20への方向に沿って配置される。ユニットファン19は加熱室18の内部へ加熱ガスを導入するが、加熱室18においてユニットファン19と対向する端部には開口部20が設けられるため、加熱室18の内部に導入された加熱ガスは該内部をユニットファン19から開口部20へ向けて一方向に流れる(図2において黒矢印で示す)。上述したように、ガラス基板Gはユニットファン19から開口部20への方向に沿って配置されるため、ユニットファン19から開口部20へ向けて一方向に流れる加熱ガスはガラス基板Gの表面及び裏面の両方に接しながら流れる。これにより、ガラス基板Gが加熱される。
基板加熱装置10によれば、各加熱ユニット12はガラス基板Gを収容する加熱室18を有するので、加熱室18によって収容したガラス基板Gを他の加熱ユニット12の加熱室18に収容されたガラス基板Gから隔離することができ、もって、他の加熱ユニット12の加熱室18に収容されたガラス基板Gが当該加熱ユニット12の加熱室18に収容されたガラス基板Gから熱を奪うのを防止することができる。特に、加熱室18は断熱材等によって表面が覆われるため、他の加熱ユニット12の加熱室18に収容されたガラス基板Gとの伝熱を防止することができ、もって、加熱室18に収容されたガラス基板Gが他の加熱ユニット12の加熱室18に収容されたガラス基板Gの温度の影響を受けるのを確実に防止することができる。なお、各加熱ユニット12は互いに離間して配置されるため、メンテナンスのために一の加熱ユニット12を交換する際、当該一の加熱ユニット12が他の加熱ユニット12と干渉することがなく、もって、一の加熱ユニット12を容易に交換することができ、メンテナンス性を向上させることができる。
また、基板加熱装置10によれば、各加熱室18は内部に加熱ガスを導入するユニットファン19を有するが、加熱室18の大きさは1枚のガラス基板Gを収容可能な大きさに規定されて加熱室18の内部空間Sは比較的小さい空間となるため、加熱ガスを加熱室18の内部に導入すると内部空間Sにおいて加熱ガスは比較的均一に分布する。その結果、各ガラス基板Gを安定して均一に加熱することができる。特に、ユニットファン19が取り付けられた端部とは反対側の端部には開口部20が設けられるので、内部空間Sのコンダクタンスを低下させることができ、内部空間Sにおいて加熱ガスの流れを円滑にすることができる。その結果、内部空間Sにおいて加熱ガスの温度差が生じるのを抑制することができ、もって、加熱室18に収容されたガラス基板Gをより均一に加熱することができる。なお、ユニットファン19にパーティクルを集塵するファンフィルタ(図示しない)を設けてもよい。これにより、加熱・ガス循環機構15が送風する加熱ガスによって収容室11の内部において巻き上げられたパーティクルが各加熱室18の内部空間Sへ導入されるのを防止することができる。
さらに、各加熱ユニット12においてユニットファン19は加熱・ガス循環機構15に対向するように配置されるので、各ユニットファン19は各加熱室18の内部空間Sへ加熱ガスを効率よく導入することができる。また、加熱・ガス循環機構15から各ユニットファン19までの距離のばらつきが少なくなるので、各ユニットファン19が導入する加熱ガスの温度のばらつきを抑制することができ、もって、各加熱ユニット12において加熱されるガラス基板Gの温度差が生じるのを抑制することができる。
各加熱ユニット12に取り付けられるユニットファン19の数は特に限られないが、各ユニットファン19が内部空間Sに導入する加熱ガスの流量を制御することにより、内部空間Sの雰囲気温度を制御することができ、もって、ガラス基板Gの温度を制御することができる。また、上述したように、内部空間Sは比較的小さい空間であるため、内部空間Sに導入する加熱ガスの流量を制御することにより、容易に内部空間Sの雰囲気温度を変更することができる。すなわち、基板加熱装置10では、ガラス基板Gの温度の制御性を向上させることができる。また、加熱ユニット12毎にユニットファン19が設けられるため、各加熱ユニット12の加熱室18の内部空間Sに導入する加熱ガスの流量を個別に制御することにより、各ガラス基板Gの温度を個別に制御することができる。
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、基板加熱装置10では、加熱・ガス循環機構15のみがヒータ16を備えたが、各加熱ユニット12の加熱室18が個別にユニットヒータ24を備えてもよい(図3)。各ユニットヒータ24によって各加熱室18の内部空間Sに導入される加熱ガスの温度を詳細に調整することができ、もって、各ガラス基板Gの温度の制御性をさらに向上させることができる。
また、各加熱室18を対向する各シャッター板22へ向けて延伸して各加熱ユニット12の加熱室18と対向する各シャッター板22との間Wを狭隘にし、当該間Wのコンダクタンスを低下させてもよい(図4)。これにより、ガラス基板Gを加熱して温度が低下した加熱ガス(以下、「低温の加熱ガス」という。)が開口部20から放出されても、低温の加熱ガスが加熱室18及び各シャッター板22の間Wから無闇に拡散することがなく、その結果、拡散した低温の加熱ガスが他の加熱ユニット12の加熱室18の内部空間Sへ逆流するのを防止することができ、もって、各ガラス基板Gの温度の制御性を向上させることができる。
なお、図5に示すように、開口部20に対向するように流量制御板25を配置して開口部20から放出される低温の加熱ガスのコンダクタンスを低下させることにより、低温の加熱ガスの拡散を防止してもよい。また、図6に示すように、各加熱ユニット12の加熱室18を延伸させて各シャッター板22へ当接させ、各加熱室18の側面に開口部26を設けることにより、開口部20から放出された低温の加熱ガスが各シャッター板22に衝突して進路を曲げられ、他の加熱ユニット12の加熱室18の内部空間Sへ逆流するのを防止してもよい。
基板加熱装置10では、各加熱ユニット12が互いに離間して配置されるが、各加熱ユニット12の加熱室18の開口部20から放出された低温の加熱ガスは、図7に示すように、隣接する2つの加熱ユニット12の間の隙間からなる還流路Rを経由して加熱・ガス循環機構15へ向けて還流する(図中において一点鎖線の矢印で示す。)。これに対応して、本実施の形態では、各加熱ユニット12の加熱室18の内部空間Sの断面積の合計よりも各加熱ユニット12の間の隙間からなる各還流路Rの断面積の合計が大きくなるように、各加熱ユニット12が配置されるため、各還流路Rが抵抗とならず、各加熱ユニット12の加熱室18の内部空間Sを流れた加熱ガスを各還流路Rによって円滑に還流させることができ、もって、各内部空間Sにおいて加熱ガスが滞るのを防止することができる。
なお、各加熱ユニット12の間の隙間からなる各還流路Rの断面積は全て同じでなくてもよい。例えば、図8に示すように、収容室11の下方に向かうに従って各還流路Rの断面積が大きくなるように各加熱ユニット12を配置してもよい。各加熱ユニット12の開口部20から放出される低温の加熱ガスは下降するため、収容室11の内部において低温の加熱ガスの下降流が発生するが、下方の還流路Rほど断面積が大きくなってコンダクタンスが高くなるため、下降した低温の加熱ガスを効率よく還流させることができる。一方、図9に示すように、収容室11の上方に向かうに従って還流路Rの断面積が大きくなるように各加熱ユニット12を配置してもよい。これにより、収容室11の内部において上方の還流路Rほど低温の加熱ガスの流量が増加するため、元来、高温のガスが滞留して温度が高くなる収容室11の内部の上方の雰囲気温度を低下させることができ、もって、収容室11の内部の雰囲気温度の分布の均一化を促進することができる。
また、基板加熱装置10では、各加熱ユニット12の加熱室18におけるユニットファン19が取り付けられた端部とは反対側の端部(以下、「反対端部」という。)は開口部20や開口部26によって開口するが、図10に示すように、反対端部をシャッター板22によって閉鎖し、さらに、ユニットファン19が取り付けられた端部(以下、「ファン側端部」という。)に開口部27を設けることにより、加熱室18の内部において加熱ガスを循環させてもよい。具体的には、ガラス基板Gの上方に向けて加熱ガスを導入するように、ユニットファン19をファン側端部の上部に設けるとともに、開口部27をファン側端部の下部に設けることにより、ガラス基板Gの上方では加熱ガスをファン側端部から反対端部へ向けて流し、且つガラス基板Gの下方では加熱ガスを反対端部からファン側端部へ向けて流すことができる。これにより、ガラス基板Gの上方を流れる加熱ガスによって十分に加熱されない箇所がガラス基板Gに生じても当該箇所は、ガラス基板Gの下方を流れる加熱ガスにも晒されるために当該加熱ガスによって加熱される。その結果、加熱室18に収容されたガラス基板Gを確実に均一に加熱することができる。なお、図11に示すように、ファン側端部にユニットヒータ24を配置してもよい。
さらに、基板加熱装置10では、各加熱ユニット12のユニットファン19は加熱・ガス循環機構15に対向するが、図12に示すように、収容室11の内部において加熱・ガス循環機構15及び各加熱ユニット12のユニットファン19の間の空間Pを囲む板状部材からなるエンクロージャ28(包囲機構)を設けてもよい。これにより、空間Pから加熱ガスが拡散するのを防止することができ、もって、各加熱ユニット12のユニットファン19が導入する加熱ガスに温度差が生じるのを防止し、各ガラス基板Gを均等に加熱することができる。また、図13に示すように、各加熱ユニット12のユニットファン19を加熱・ガス循環機構15に対向させないように、各加熱ユニット12を配置してもよい。これにより、加熱・ガス循環機構15から送風される加熱ガスが減速されないまま、各加熱ユニット12の加熱室18の内部空間Sへ導入され、内部空間Sにおける加熱ガスの流速が不必要に高まり、加熱ガスからガラス基板Gへの伝熱効率が低下するのを防止することができる。
各加熱ユニット12では、上述したように、ガラス基板Gが加熱室18の内部においてユニットファン19から開口部20への方向に沿って配置されるため、加熱室18の内部空間Sがガラス基板Gによって上部空間及び下部空間に仕切られるが、図14に示すように、加熱ユニット12において上部空間及び下部空間のそれぞれに対応してユニットファン19を設けてもよい。この場合、上部空間及び下部空間のそれぞれに対応して設けられたユニットファン19の風量を個別に制御することにより、ガラス基板Gの表面及び裏面の温度を個別に調整することができ、もって、ガラス基板Gの厚み方向に関する温度分布を改善することができる。なお、各ユニットファン19に対応してユニットヒータ24を設けてもよい。
各加熱ユニット12では、内部空間Sがガラス基板Gのみによって仕切られるが、図15に示すように、内部空間Sにガラス基板Gと略平行に配置される整流板30を設け、該整流板30及び加熱室18の天井部で仕切られる空間へユニットファン19によって加熱ガスを導入し、さらに、整流板30に当該整流板30を貫通する貫通穴31を多数設けてもよい。この場合、各貫通穴31の口径や位置を調整することにより、整流板30及び加熱室18の天井部で仕切られる空間に導入された後に各貫通穴31を介してガラス基板Gに向けて噴出される加熱ガスの流量の分布を制御することができる。その結果、容易にガラス基板Gの面内に関して温度を均一に分布させることができる。
上述した図10では、各加熱ユニット12の加熱室18における反対端部がシャッター板22によって閉鎖されたが、図16に示すように、加熱室18における反対端部をクローズド構造にすることによって閉鎖してもよい。この場合、加熱室18を板状のベース部材32と、該ベース部材32を覆うカバー部材33とによって構成するのが好ましい。また、ベース部材32及びカバー部材33が当接すると、加熱室18が熱膨張した際にベース部材32及びカバー部材33の熱膨張量の差に起因して両部材が擦れ、結果としてパーティクルが生じるおそれがあるため、ベース部材32及びカバー部材33は当接させないことが好ましい。このとき、反対端部ではベース部材32及びカバー部材33の隙間から加熱室18の内部空間Sへ収容室11の内部の加熱ガスが逆流しないように、ベース部材32及びカバー部材33の間にラビリンス構造の隙間を形成するのが好ましい。また、ベース部材32及びカバー部材33の隙間に固形潤滑剤を配置し、パーティクルの発生を確実に抑制するのがさらに好ましい。
各加熱ユニット12では、各ユニットファン19が加熱室18の内部へ収容室11の内部を循環する加熱ガスを導入するが、各ユニットファン19はファンモータを内蔵し、該ファンモータがユニットファン19のファンを回転駆動してもよい。但し、この場合、ファンモータは高温環境である収容室11の内部に配置されるため、熱負荷による耐久性の低下が懸念される。これに対して、収容室11の外に駆動源を設け、該駆動源から伝達される駆動力によって各ユニットファン19のファンを駆動してもよい。
図17は、図1におけるユニットファンの駆動機構を概略的に説明するための水平断面図である。
例えば、図17(A)に示すように、各ユニットファン19のファン34の回転軸に沿って収容室11の内部へ延伸されたドリブンシャフト35の端部にドリブンベベルギヤ36を設ける一方、収容室11の内部にドライブベベルギヤ37を有するドライブシャフト38を設け、ドライブベベルギヤ37及びドリブンベベルギヤ36を係合し、ドライブシャフト38を収容室11の外に配置された駆動源としてのモータ機構39によって回転駆動することにより、ファン34を回転駆動してもよい。加熱室18の内部へ導入される加熱ガスの流量はモータ機構39の回転数等によって調整される。図17(A)に示す例では、モータ機構39を高熱環境である収容室11の内部に配置する必要を無くすことができるので、ユニットファン19のファンの回転駆動に関し、熱負荷による性能低下が生じるのを抑制することができる。なお、図17(A)に示す例では、ドライブシャフト38及びモータ機構39をフレキシブルシャフト40で接続するのがレイアウトの都合上好ましい。しかしながら、レイアウトが許容すれば、ドライブシャフト38及びモータ機構39をタイミングベルトやチェーン等で接続してもよい。
また、例えば、図17(B)に示すように、各ユニットファン19のファン34の回転軸に沿って収容室11の内部へ延伸されたドリブンシャフト35の端部にインペラ41を設ける一方、該インペラ41の各羽に対向するようにガスノズル42を設け、収容室11の外に配置された駆動源としてのガス供給機構(図示しない)から駆動ガスを、ガスノズル42を介してインペラ41の各羽に吹き付けることにより、インペラ41を回転させてファン34を回転駆動してもよい。加熱室18の内部へ導入される加熱ガスの流量は駆動ガスの流量等によって調整される。図17(B)に示す例でも、ガス供給機構を高熱環境である収容室11の内部に配置する必要を無くすことができるので、ユニットファン19のファンの回転駆動に関し、熱負荷による性能低下が生じるのを抑制することができる。
G ガラス基板
10 基板加熱装置
11 収容室
12 加熱ユニット
15 加熱・ガス循環機構
18 加熱室
19 ユニットファン
20,26,27 開口部
28 エンクロージャ
39 モータ機構

Claims (2)

  1. 内部に加熱されたガスが存在する収容室と、
    該収容室に配置されて基板を加熱する複数の加熱ユニットとを備え、
    各前記加熱ユニットは、前記基板を収容する筐体と、該筐体の内部に前記加熱されたガスを導入する加熱ガス導入機構とを有し、
    前記加熱ガス導入機構は前記筐体に取り付けられ、前記筐体において前記加熱ガス導入機構が取り付けられた側と反対側は閉鎖され、且つ前記筐体において前記加熱ガス導入機構が取り付けられた側は開口することを特徴とする基板加熱装置。
  2. 各前記筐体の断面積の合計よりも各前記加熱ユニットの間の隙間の断面積の合計の方が大きいことを特徴とする請求項1記載の基板加熱装置。
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