特許 5856890 熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5856890

(24)【登録日】2015年12月18日

(45)【発行日】2016年2月10日

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20160128BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 567

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-76172(P2012-76172)

(22)【出願日】2012年3月29日

(65)【公開番号】特開2013-207164(P2013-207164A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2014年8月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】安陪 裕滋

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０８３８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０９７１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を収容した収容部に外部から雰囲気ガスを流入させることによって基板を冷却する熱処理装置であって、
基板を収容する収容部が、
基板を水平に支持するための複数の支持ピンと、
前記雰囲気ガスが外部から水平方向に流入する開口部と、
前記開口部に対向する位置に設けられた、前記雰囲気ガスを排気するための排気口と、
前記基板が前記支持ピンにて水平に支持されて前記雰囲気ガスによって冷却される際に、少なくとも前記基板の下側における前記雰囲気ガスの流れに、前記開口部側よりも前記排気口が備わる側の方が流速が大きくなる流速分布を生じさせる流速分布付与手段と、
を備え、
前記流速分布付与手段が、前記収容部の底部において前記排気口が備わる側と前記開口部側とに設けられた段差であり、前記段差によって前記排気口が備わる側における前記基板と前記収容部との距離を前記開口部側における前記基板と前記収容部との距離よりも狭めることによって、前記流速分布を生じさせてなる、
ことを特徴とする熱処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記段差の形成位置と前記開口部との距離が、前記開口部と前記排気口が備わる位置との距離の１／４以上３／４以下である、
ことを特徴とする熱処理装置。

【請求項3】

基板を周囲の雰囲気ガスとの温度差を利用して冷却する熱処理装置であって、
基板を水平に支持する複数の支持ピンが突出してなる底部と、
前記底部に垂直な側部と、
前記底部と対向する天面部と、
前記底部と、前記側部と、前記天面部とに垂直な奥端部と、
とによって囲驍された熱処理空間を有し、
前記奥端部が、前記熱処理空間から雰囲気ガスを排気するための排気口を備え、
前記支持ピンに水平に支持された前記基板を冷却するために前記排気口から前記雰囲気ガスを排気することによって前記熱処理空間に新たな前記雰囲気ガスを流入させる際に、少なくとも前記基板の下側において、前記熱処理空間の開口部側よりも前記排気口が備わる側の方が前記雰囲気ガスの流速が大きくなる流速分布を生じさせる流速分布付与手段、
をさらに備え、
前記流速分布付与手段が、前記底部において前記排気口が備わる側と前記開口部側とに設けられた段差であり、前記段差によって前記排気口が備わる側における前記基板と前記底部との距離を前記開口部側における前記基板と前記底部との距離よりも狭めることによって、前記流速分布を生じさせてなる、
ことを特徴とする熱処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載の熱処理装置であって、
前記段差の形成位置と前記開口部との距離が、前記開口部と前記奥端部との距離の１／４以上３／４以下である、
ことを特徴とする熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板を熱処理する熱処理装置に関し、特に、加熱状態の基板を空冷する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液晶表示装置や種々の半導体デバイスなどを製造するプロセスは、ガラス基板や半導体ウェハなどの基板の上面にレジスト液を塗布した後、これを所定のパターンにて露光し、さらに現像するという、いわゆるフォトリソグラフィプロセスを含んでいる。

【0003】

係るフォトリソグラフィプロセスでは、基板を個々の工程に適した温度とするために、プロセスが進行する間に基板の加熱と冷却とが繰り返される。すなわち、ある処理を行うにあたってホットプレートなどで加熱された基板は、当該処理が完了後、後段の処理に供するにあたって冷却される。このような場合に基板の冷却を担う装置として、内部に冷媒が通流されてなる冷却板上を筐体内に備え、加熱状態の被処理基板を外冷却板上に載置することによって、被処理基板を冷却する熱処理装置が既に公知である（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−３２４１６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された熱処理装置は、被処理基板の表面温度の均一性を高めるために、給気ダクトから筐体内に気体を供給するようになっている。より詳細には、給気口の上端の上部に設けた庇状の整流板によって、気体を案内するようになっている。あるいは、係る整流板に冷却用気体を供給するノズルが付設される態様も開示されている。

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された熱処理装置においては、あくまで冷媒を通流させた冷却板による冷却が必須とされているため、構成が複雑である。冷却用気体用のノズルを設けた場合はなおさらである。また、特許文献１に開示された熱処理装置では基板は冷却板と面接触するため、冷却板に付着していたパーティクルが基板に付着してしまう不具合が起こりやすい。

【0007】

また、液晶表示装置などに用いられるガラス基板は、通常、特許文献１が処理対象としているのは半導体ウェハよりも大きく、数十ｃｍ〜数ｍ角のサイズを有する。このような大きなサイズの基板を熱処理する装置には、熱処理の均一性に加えて基板のハンドリングのしやすさも考慮されるのが好ましい。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な構成を有しつつも、加熱状態の基板を空冷のみによって効率的に冷却することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板を収容した収容部に外部から雰囲気ガスを流入させることによって基板を冷却する熱処理装置であって、基板を収容する収容部が、基板を水平に支持するための複数の支持ピンと、前記雰囲気ガスが外部から水平方向に流入する開口部と、前記開口部に対向する位置に設けられた、前記雰囲気ガスを排気するための排気口と、前記基板が前記支持ピンにて水平に支持されて前記雰囲気ガスによって冷却される際に、少なくとも前記基板の下側における前記雰囲気ガスの流れに、前記開口部側よりも前記排気口が備わる側の方が流速が大きくなる流速分布を生じさせる流速分布付与手段と、を備え、前記流速分布付与手段が、前記収容部の底部において前記排気口が備わる側と前記開口部側とに設けられた段差であり、前記段差によって前記排気口が備わる側における前記基板と前記収容部との距離を前記開口部側における前記基板と前記収容部との距離よりも狭めることによって、前記流速分布を生じさせてなる、ことを特徴とする。

【0012】

請求項２の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記段差の形成位置と前記開口部との距離が、前記開口部と前記排気口が備わる位置との距離の１／４以上３／４以下である、ことを特徴とする。

【0013】

請求項３の発明は、基板を周囲の雰囲気ガスとの温度差を利用して冷却する熱処理装置であって、基板を水平に支持する複数の支持ピンが突出してなる底部と、前記底部に垂直な側部と、前記底部と対向する天面部と、前記底部と、前記側部と、前記天面部とに垂直な奥端部と、とによって囲驍された熱処理空間を有し、前記奥端部が、前記熱処理空間から雰囲気ガスを排気するための排気口を備え、前記支持ピンに水平に支持された前記基板を冷却するために前記排気口から前記雰囲気ガスを排気することによって前記熱処理空間に新たな前記雰囲気ガスを流入させる際に、少なくとも前記基板の下側において、前記熱処理空間の開口部側よりも前記排気口が備わる側の方が前記雰囲気ガスの流速が大きくなる流速分布を生じさせる流速分布付与手段、をさらに備え、前記流速分布付与手段が、前記底部において前記排気口が備わる側と前記開口部側とに設けられた段差であり、前記段差によって前記排気口が備わる側における前記基板と前記底部との距離を前記開口部側における前記基板と前記底部との距離よりも狭めることによって、前記流速分布を生じさせてなる、ことを特徴とする。

【0016】

請求項４の発明は、請求項３に記載の熱処理装置であって、前記段差の形成位置と前記開口部との距離が、前記開口部と前記奥端部との距離の１／４以上３／４以下である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

請求項１ないし請求項４の発明によれば、ピンによって水平に支持した状態の基板の冷却を、装置外部から雰囲気ガスを導入することのみによって、つまりは空冷のみによって、温度均一性を保ちつつ効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】熱処理装置１の外観斜視図である。

【図2】熱処理装置１の内部の様子を示す斜視図である。

【図3】熱処理装置１の内部の様子を示す斜視図である。

【図4】基板Ｗが支持ピンＰに支持された状態における、熱処理装置１の段差部３を通りＸ軸に垂直な断面の模式図である。

【図5】熱処理装置１００１の斜視図である。

【図6】基板Ｗが支持ピンＰに支持された状態における、熱処理装置１００１のＸ軸に垂直な断面の模式図である。

【図7】基板Ｗの温度分布の時間変化を評価した際の、評価に用いたガラス基板のサイズと、温度測定箇所（チャンネル）を示す図である。

【図8】熱処理装置１（１Ａ）にて熱処理を行ったときの温度を、熱処理装置１００１で熱処理を行ったときの温度に対する差分値として示す図である。

【図9】熱処理装置１（１Ｂ）にて熱処理を行ったときの温度を、熱処理装置１００１で熱処理を行ったときの温度に対する差分値として示す図である。

【図10】熱処理装置１（１Ｃ）にて熱処理を行ったときの温度を、熱処理装置１００１で熱処理を行ったときの温度に対する差分値として示す図である。

【図11】変形例に係る熱処理装置２０１を示す斜視図である。

【図12】変形例に係る熱処理装置３０１を示す斜視図である。

【図13】変形例に係る熱処理装置４０１を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜熱処理装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る熱処理装置１の外観斜視図である。なお、図１および以降の図面には、Ｘ軸とＹ軸とが水平面内において直交する右手系のＸＹＺ座標系を共通に付している。

【0020】

本実施の形態に係る熱処理装置１は、基板Ｗを装置周囲の雰囲気ガス（典型的には大気）との温度差を利用して冷却する（空冷する）装置である。それゆえ、熱処理装置１は、処理対象たる基板Ｗの処理前の温度よりも相対的に低温である雰囲気ガスの存在下で使用される。例えば、常温前後（１０℃〜３０℃程度）の雰囲気ガスの存在下で、１００℃〜２００℃程度に加熱された基板Ｗを常温近くまで冷却するのが、熱処理装置１の代表的な使用態様である。

【0021】

図１に示すように、熱処理装置１は、概略、基板Ｗを内部に収容可能な有底の矩形筒状体である。熱処理装置１は、底部１ａと、底部１ａに垂直で互いに対向する２つの側部１ｂ、１ｃと、底部１ａと対向する天面部１ｄと、これら底部１ａ、側部１ｂ、１ｃ、天面部１ｄの全てに垂直な奥端部１ｅとを備える。これらの部位によって囲驍されることで、熱処理装置１の内部には、奥端部１ｅに対向する位置に開口部２ａを有し、基板Ｗの収容部たる熱処理空間２が形成されてなる。

【0022】

また、熱処理装置１は、底部１ａの下部の四隅に、装置全体を支える脚部１ｆを備える。熱処理装置１は、脚部１ｆが地面に接地され、底部１ａが水平の状態で使用される。ただし、脚部１ｆを備えるのは必須の態様ではなく、底部１ａの水平が確保されるのであれば、熱処理装置１全体の載置や支持の仕方は特に限定されない。また、ここで言う地面には、同様の熱処理装置１が多段に積み上げられた際の下段の熱処理装置１の天面部等も含むものである。

【0023】

図１においては、底部１ａと天面部１ｄとがＺ軸に垂直で、かつ、熱処理空間２がＹ軸方向に延在するとともに−Ｙ側端部に開口部２ａが位置するように、熱処理装置１を示している。以降においては、この配置関係を前提として説明を行う。

【0024】

図２と図３は、熱処理装置１の内部の様子を示す斜視図であり、図１に示す熱処理装置１から、側部１ｂ、１ｃの一部と、天面部１ｄとを省略したものに相当する。ただし、図２は、基板Ｗが熱処理空間２に配置されていない状態を示しており、図３は、基板Ｗが熱処理空間２に配置された状態を示している。

【0025】

図２および図３に示すように、熱処理装置１の底部１ａは、熱処理空間２の延在方向（Ｙ軸方向）の途中に段差を有している。段差の上側および下側はいずれも水平面となっている。以降、段差をなしている垂直面を段差面３ｓと称し、底部１ａのうち、段差面３ｓより奥端部１ｅに至る段差の上側の部分を特に段差部３と称する。

【0026】

段差部３は、概略、開口部２ａからみて熱処理空間２の奥側に設けられてなる。ただし、詳細にいえば、段差部３は、Ｘ軸方向に沿って、それぞれが平面視矩形状の第１段差部３ａ、第２段差部３ｂ、第３段差部３ｃに分かれている。第１段差部３ａは側部１ｃおよび奥端部１ｅに接している。第２段差部３ｂは奥端部１ｅに接している。第３段差部３ｃは側部１ｂと奥端部１ｅに接している。なお、第１段差部３ａと第２段差部３ｂの間、および、第２段差部３ｂと第３段差部３ｃの間隙４は、熱処理空間２と外部との間で基板Ｗの搬入・搬出が行われる際に図示しない搬送機構（搬送ロボット）に備わる搬送用アームが移動するためのスペースとなっている。

【0027】

さらに、底部１ａにおいては、熱処理の際に基板Ｗを水平に支持するための複数の支持ピンＰが、底部１ａから熱処理空間２に対して垂直に（図１においてはＺ軸正方向に）突出してなる。以降、支持ピンＰのうち、底部１ａにおいて段差部３以外に配置されているものを第１ピンＰ１と称し、段差部３に配置されているものを第２ピンＰ２と称する。第１ピンＰ１と第２ピンＰ２は、長さは異なるものの、基板Ｗを水平に支持できるよう、上端の高さ位置は全て同じに揃えられている。なお、図２および図３においては、５個の第１ピンＰ１と３個の第２ピンＰ２が備わる場合を例示しているが、支持ピンＰの個数や配置位置は、図２および図３に示した例に限定されるものではない。

【0028】

また、熱処理装置１は、奥端部１ｅに排気口５を備える。排気口５は、図示しない排気装置が外部から接続される貫通孔である。排気装置としては、例えば、公知の吸引ポンプなどが適用可能である。

【0029】

図４は、基板Ｗが支持ピンＰに支持された状態における、熱処理装置１の段差部３を通りＸ軸に垂直な断面の模式図である。ただし、図４は、支持ピンＰを通らない断面を示すものとする。また、図４においては、底部１ａが断面視で２箇所において屈曲する態様にて段差部３が設けられてなるが、これは必須の態様ではない。例えば、開口部２ａの側から延在する水平面の上に別の水平面を成す部材が載置されることによって段差部３が形成されてなる態様であってもよい。

【0030】

図４に示すように、熱処理装置１において、天面部１ｄから基板Ｗまでの距離をＨ０とする。距離Ｈ０は、基板Ｗの搬入・搬出の間、搬送用アームが基板Ｗを支持ピンＰによる支持高さよりも高い位置にて保持する際に、基板Ｗが天面部１ｄに接触しないように定められる。一方で、距離Ｈ０の値を必要以上に大きく設定した場合、冷却効率は向上せず、むしろ排気効率が悪くなることがある。具体的な値は、基板Ｗの厚みや搬送用アームの形状・構造などによっても異なるが、例えば、距離Ｈ０は３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度であるのが好適である。

【0031】

また、図４に示すように、熱処理装置１において、開口部２ａの側における底部１ａから基板Ｗまでの距離をＨ１とし、底部１ａにおける段差の高さをＨ２とし、段差部３における底部１ａから基板Ｗまでの距離をＨ３とする。距離Ｈ１、Ｈ３はそれぞれ、熱処理空間２に突出してなる第１ピンＰ１、第２ピンＰ２の長さ、つまりは、第１ピンＰ１、第２ピンＰ２による基板Ｗの支持高さでもある。距離Ｈ３は、支持ピンＰによって支持された基板Ｗに撓みが生じても基板Ｗが段差部３と接触することのないように定められる必要がある。具体的な値は、基板Ｗの厚みや搬送用アームの形状・構造などによっても異なるが、距離Ｈ３としては、最小でも２０ｍｍ程度を確保しておくのが好ましい。また、距離Ｈ３を大きくし過ぎると、後述する、段差部３を具備することの効果が十分に得られない。係る観点からは、距離Ｈ３は距離Ｈ１の１／２以下とされるのが好ましい。

【0032】

＜熱処理の概略＞
次に、以上の構成を有する熱処理装置１における熱処理の概略について説明する。熱処理が行われる際は、まず、図示しない搬送機構の搬送用アームによって下方から支持された、処理対象たる高温の基板Ｗが、支持ピンＰの上端より上の高さ位置を保って熱処理空間２内の所定の支持位置の上方まで搬入される。上述のように、距離Ｈ０が確保されているので、係る搬入に際して基板Ｗと天面部１ｄとは接触しない。また、このとき、搬送用アームの進退位置は間隙４の位置と合致しているので、搬送用アームが熱処理装置１と接触することもない。

【0033】

当該支持位置に到達した後、搬送用アームが下降させられると、基板Ｗは降下し、支持ピンＰの上端と接した時点で支持ピンＰによって支持される。基板Ｗが支持ピンＰによって支持されると、搬送用アームは熱処理空間２から退避する。以上により、図３および図４に示す、熱処理空間２内において基板Ｗが支持ピンＰによって支持された状態が実現される。

【0034】

係る支持状態が実現されると、排気装置が作動されて排気口５から熱処理空間２内の雰囲気ガスが排気される。係る排気に伴い、開口部２ａからは絶えず新たな雰囲気ガスが水平方向（Ｙ軸正方向）に流入する。すなわち、熱処理空間２においては、概略、Ｙ軸正方向に向かう雰囲気ガスの流れが形成される。換言すれば、連続的な雰囲気置換が実現される。そして、流入する雰囲気ガスは基板Ｗよりも低温であるので、基板Ｗと雰囲気ガスとの間の熱交換が連続的に起こり、時間が経過するにつれて基板Ｗは徐々に冷却される。所定温度以下に冷却されると、基板Ｗの熱処理が完了したことになる。

【0035】

熱処理終了後は、搬送用アームが基板Ｗよりも低い位置にて熱処理空間２内に挿入され、所定の保持位置にて上昇させられると、支持ピンＰにて支持されていた基板Ｗが搬送用アームにて下方から保持されるようになる。基板Ｗを保持すると、搬送用アームはその状態を保って熱処理空間２から退避する。なお、このときも、基板Ｗの上昇は天面部１ｄと接触しない範囲とされ、搬送用アームの進退位置は間隙４の位置と合致している。以上により、基板Ｗが熱処理空間２から搬出される。

【0036】

＜熱処理と段差の効果＞
次に、熱処理装置１が段差を備えていることによって、熱処理の際に得られる効果について説明する。

【0037】

図５は、熱処理装置１との対比のために示す、段差を有さず複数の支持ピンＰが全て同じものであるほかは熱処理装置１と同様の構成を有する、熱処理装置１００１の斜視図である。ただし、図５においては、側部１ｂ、１ｃと天面部１ｄとを省略している。熱処理装置１００１における基板Ｗの熱処理、つまりは基板Ｗの冷却の仕方は、熱処理装置１と同様である。また、図６は、基板Ｗが支持ピンＰに支持された状態における、熱処理装置１００１のＸ軸に垂直な断面の模式図である。ただし、図４と同様、図６も、支持ピンＰを通らない断面を示すものとする。

【0038】

まず、図５および図６に示す熱処理装置１００１において、上述した態様と同様の基板Ｗの熱処理、つまりは熱処理空間２への雰囲気ガスの流入による冷却が行われる場合を考える。この場合、基板Ｗの上側において、熱処理装置１００１との距離は場所によらず同じであるので、排気口５からの排気条件が一定であれば、基板Ｗの上側での雰囲気ガスの流速ＶａはＹ軸方向において場所によらず略一定である。同様に、基板Ｗの下側においても、熱処理装置１００１との距離は場所によらず同じであるので、下側での雰囲気ガスの流速Ｖｂも、Ｙ軸方向において場所によらず略一定である。

【0039】

ただし、係る場合、開口部２ａから熱処理空間２に流入した雰囲気ガスは、Ｙ軸正方向へと進むにつれて、基板Ｗとの熱交換によって加熱される。それゆえ、開口部２ａ側から奥端部１ｅの側へと向かうほど、雰囲気ガスの温度は高くなる。それゆえ、基板Ｗは、開口部２ａに近い側ほど早く冷却され、奥端部１ｅに近い側は冷却されにくいという状況が生じる。すなわち、熱処理装置１００１による冷却は、その過程において、基板Ｗの面内位置ごとの温度ばらつきが生じやすいものであるといえる。

【0040】

これに対し、本実施の形態に係る熱処理装置１の場合、図４に示すように、基板Ｗの上側については、熱処理装置１００１と同様、熱処理装置１との距離は場所によらず同じであるので、排気口５からの排気条件が一定であれば雰囲気ガスの流速ＶはＹ軸方向において場所によらず略一定となる。しかしながら、基板Ｗより下側においては、奥端部１ｅに近い側に段差部３が備わることによって、間隙４の形成箇所以外では、開口部２ａ側と奥端部１ｅ側とで、熱処理装置１までの距離が異なっている。端的にいえば、一部を除き、奥端部１ｅ側では開口部２ａ側よりも基板Ｗよりも下側の空間が狭くなっている。それゆえ、熱処理に際し、排気口５からの排気条件が一定であったとしても、開口部２ａ側における雰囲気ガスの流速（厳密に言えばＸ軸方向について平均した値）Ｖ１よりも奥端部１ｅ側における雰囲気ガスの流速（同上）Ｖ２の方が大きくなっている。すなわち、熱処理装置１においては、段差部３が備わることで、基板Ｗの下側において、開口部側よりも排気口５が備わる奥端部１ｅの側の方が雰囲気ガスの流速が大きくなる流速分布が形成されてなる。

【0041】

これにより、熱処理装置１の場合、開口部２ａ側から奥端部１ｅの側へと向かうほど雰囲気ガスの温度が高くなる点については熱処理装置１００１と同様であるものの、奥端部１ｅに近いところでは流速が大きいことから、基板Ｗによって加熱された雰囲気ガスは、熱処理装置１００１よりも速やかに排気口５から排気される。すなわち、熱処理装置１００１と比べると、奥端部１ｅに近い場所に対しても低温の雰囲気ガスが供給されることで、効率的な冷却がなされるようになる。加えて、基板Ｗの下側がこのように効率的に冷却されることで、基板Ｗの上側の冷却もより進行しやすくなる。結果として、熱処理装置１においては、空冷のみによって、基板Ｗの面内位置ごとの温度ばらつきが小さく均一性の高い冷却が、効率的に行える。

【0042】

なお、Ｙ軸方向における段差面３ｓの形成位置は、底部１ａの開口部２ａから奥端部１ｅまでの距離（底部１ａのＹ軸方向距離）をＬとし、開口部２ａから段差面３ｓまでのＹ軸方向距離をａとしたときに、Ｌ／４≦ａ≦３Ｌ／４をみたすように定められるのが好ましい。係る場合に、上述の流速分布が形成されることによる冷却の均一性が好適に実現される。

【0043】

また、段差の高さＨ２は、上述した距離Ｈ３によって規定されることになるが、上述の流速分布が形成されることによる冷却の均一性を好適に得るには、距離Ｈ１の１／２以上とされることが好ましい。

【0044】

＜冷却過程の実測評価＞
以下、熱処理装置１および熱処理装置１００１を用いた冷却を実際に行い、基板Ｗの温度分布の時間変化を評価した結果について説明する。図７は、評価に用いたガラス基板のサイズと、温度測定箇所（チャンネル）を示す図である。

【0045】

評価においては、基板Ｗとして、図７に示すように、長辺長さが９２０ｍｍで、短辺長さが７３０ｍｍで、厚さが０．７ｍｍのガラス基板を用いた。そして、ガラス基板には、５箇所×５箇所のマトリックス状に計２５箇所の温度測定箇所（１ＣＨ〜２５ＣＨ）を設定し、それぞれの箇所に熱電対を取り付けた。そして、ガラス基板を約１７０℃に加熱し、その後、熱処理装置１または１００１内に搬入し、冷却を行った。なお雰囲気ガスの温度は約２０℃であった。搬入にあたっては、ガラス基板の長辺がＸ軸方向に平行になり、短辺がＹ軸方向に平行になるようにするとともに、２５箇所の温度測定箇所について、１ＣＨ〜５ＣＨが開口部２ａに近く、以降、６ＣＨ〜１０ＣＨ、１１ＣＨ〜１５ＣＨ、１６ＣＨ〜２０ＣＨ、２１ＣＨ〜２５ＣＨの順に奥端部１ｅに近くなるようにした。なお、これら５ＣＨごとのチャンネルの組をチャンネル群と称する。

【0046】

なお、熱処理装置１としては、段差位置（Ｙ軸方向における段差面３ｓの形成位置）が異なる３種類のものを用意した。具体的には、上述の距離ａを以下のように違えた３つの熱処理装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用意した。

【0047】

熱処理装置１Ａ：ａ＝Ｌ／４；
熱処理装置１Ｂ：ａ＝Ｌ／２；
熱処理装置１Ｃ：ａ＝３Ｌ／４。

【0048】

図８ないし図１０は、それぞれの熱処理装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）にて熱処理を行ったときの温度を、熱処理装置１００１で熱処理を行ったときの温度に対する差分値として示す図である。図８が熱処理装置１Ａについての結果を示し、図９が熱処理装置１Ｂについての結果を示し、図１０が熱処理装置１Ｃについての結果を示している。

【0049】

より詳細には、それぞれの熱処理装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）と熱処理装置１００１とにおける各測定時刻での各ＣＨの測定値について、熱処理装置１００１での測定値から、それぞれの熱処理装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）での測定値を差し引いて得られた値を、Ｙ軸方向における位置が同じチャンネルの組であるチャンネル群ごとに平均したうえで、熱処理時間に対しプロットしたものである。なお、図８ないし図１０においては、便宜上、熱処理装置１についての測定値を「実施例温度」と称し、熱処理装置１００１についての測定値を「比較例温度」としている。

【0050】

図８ないし図１０において、あるチャンネル群のある測定時刻での差分値が大きいということは、当該チャンネル群の位置において、当該時刻での熱処理装置１での冷却が熱処理装置１００１での冷却よりも進んでいることを意味している。

【0051】

図８ないし図１０をみると、３種類の熱処理装置１のいずれにおいても、冷却初期を除いては、ほとんどのチャンネル群において差分値が正となっている。差分値が正であるということは、同一時刻に基板Ｗの同一チャネル群の位置において、熱処理装置１００１による冷却よりも熱処理装置１による冷却の方が進んでいることを意味しているので、係る結果は、少なくともＬ／４≦ａ≦３Ｌ／４をみたすように底部１ａに段差を設けることが、冷却の効率性を高めるうえで有効であることを指し示している。なお、図８および図９の１ＣＨ−５ＣＨの場合のみ、冷却後期において０℃〜−１℃の範囲で負となっているが、これは、開口部２ａに近いところでは、熱処理装置１００１でも高い冷却効果が得られることに起因した結果であり、段差の効果には関係しないものと考えられる。

【0052】

特に、図９に示す、ａ＝Ｌ／２である、つまりは段差が底部１ａのちょうど中間にある熱処理装置１Ｂで冷却を行った場合においては、２１ＣＨ〜２５ＣＨでの差分値が最も大きく、ついで１６ＣＨ〜２０ＣＨでの差分値が大きくなっている。このことは、熱処理装置１Ｂでは、奥端部１ｅに近い位置における基板Ｗの冷却がより効率的に行われていることを示している。

【0053】

以上、説明したように、本実施の形態によれば、一方が開口した内部空間においてピンにて支持された基板を、内部空間からの強制的な排気によって開口部から雰囲気ガスを流入させることで冷却する熱処理装置において、底部に段差を設け、基板の下側において、開口部近傍における雰囲気ガスの流速よりも排気口近傍における雰囲気ガスの流速が大きくなるようにすることで、基板の冷却が、空冷のみによって温度均一性を保ちつつ効率的に行える。しかも、係る効率的な冷却が、基板をピン上に載置し、排気による雰囲気ガスの流入のみによって冷却を行うという、構成が比較的簡単であり、かつ基板のハンドリングも比較的容易な装置で行える。

【0054】

＜変形例＞
熱処理装置において流速分布を実現する態様は、上述の実施の形態に示したものには限られない。図１１ないし図１３は、熱処理装置の種々の変形例を示す斜視図である。いずれの場合も、基板Ｗが支持ピンＰに支持された状態において、基板Ｗの下側に、開口部２ａ近傍よりも奥端部１ｅ近傍の方が雰囲気ガスの流速が大きくなる流速分布が形成される。これにより、基板Ｗの冷却効率の向上が実現される。

【0055】

図１１に示す熱処理装置２０１は、底部１ａに段差部３を備える代わりに、奥端部１ｅに向かうほど基板Ｗとの間隔が狭くなる態様にて傾斜部２０３を備える。傾斜部２０３は、Ｘ軸に垂直な位置に三角形の段差面２０３ｓを備える。

【0056】

図１２に示す熱処理装置３０１は、側部１ｂ、１ｃと段差部３とが離間し、当該離間部分に間隙３０４が形成された構成を有する。これは、Ｘ軸方向における流速分布に着目した場合、側部１ｂ、１ｃの近傍では相対的に流速が大きくなる傾向があることを考慮した構成である。

【0057】

図１３に示す熱処理装置４０１は、第１段差部４０３ａと第３段差部４０３ｃの段差面が曲面となっており、両者の間には、奥端部１ｅに向かうほど基板Ｗとの間隔が狭くなる態様の曲面傾斜部４０３ｂを備える。図１３は、段差面が矩形である必要はないこと、および段差部が曲面形状を有していてもよいことを示している。

【0058】

あるいはさらに、上述の実施の形態や図１１ないし図１３に示した熱処理装置が備える段差部や傾斜部などが適宜に組み合わされる態様であってもよい。

【0059】

また、上述の実施の形態では、基板Ｗの上側においては天面部１ｄとの距離が場所によらず一定とされているが、基板Ｗの上側においても、基板Ｗの搬入・搬出に支障のない限りにおいて、段差を設けるなどの態様にて流速分布が形成されるように熱処理装置１が構成されてもよい。

【0060】

また、上述の実施の形態では、設けた段差部が１段となっているが、開口部側から排気口側に向かって、段階的に段差が増える（階段状）構造としてもよい。このような構造とすることで、大サイズの基板においても冷却効率の向上が実現される。

【符号の説明】

【0061】

１、２０１、３０１、４０１、１００１ 熱処理装置
１ａ （熱処理装置の）底部
１ｂ、１ｃ （熱処理装置の）側部
１ｄ （熱処理装置の）天面部
１ｅ （熱処理装置の）奥端部
１ｆ （熱処理装置の）脚部
２ 熱処理空間
３ 段差部
３ｓ 段差面
４ 間隙
５ 排気口
Ｐ 支持ピン
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】