(57)【要約】【課題】基板の加熱処理において、基板の表面に塗布された塗布液の酸化を抑制しつつ、窒素ガスの消費量を低減できる基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】この基板処理装置１は、表面に処理液が塗布された基板９を加熱処理する。基板処理装置１は、基板９を収容するチャンバ１０と、チャンバ１０内において基板９を加熱する加熱機構２０，４０と、チャンバ１０内に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給機構６０と、各部の動作を制御する制御部とを有する。基板９の加熱処理の少なくとも一部の期間において、窒素ガス等の不活性ガスに代えて過熱水蒸気をチャンバ１０内に供給することにより、不活性ガスの消費量を低減できる。【選択図】図２
2020116539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に処理液が塗布された基板を加熱処理する基板処理装置であって、
前記基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内において前記基板を加熱する加熱機構と、
前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給機構と、
前記加熱機構および前記過熱水蒸気供給機構を制御する制御部と、
を有する、基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記制御部は、
前記基板の温度を上昇させる昇温工程と、
前記昇温工程後に、前記基板の温度を降下させる降温工程と、
を実施し、
前記過熱水蒸気供給機構は、前記昇温工程および前記降温工程の少なくとも一部の期間において、前記基板が収容された前記チャンバ内に前記過熱水蒸気を供給する、基板処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記チャンバ内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給機構
をさらに有し、
前記制御部は、前記窒素ガス供給機構も制御する、基板処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板処理装置であって、
前記制御部は、
前記基板の温度を上昇させる昇温工程と、
前記昇温工程後に、前記基板の温度を降下させる降温工程と、
を実施し、
前記制御部は、前記昇温工程および前記降温工程において、前記過熱水蒸気供給機構による過熱水蒸気の供給と、前記窒素ガス供給機構による窒素ガスの供給とを切り替えて実施する、基板処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記処理液は、ポリイミド樹脂前駆体である、基板処理装置。
【請求項６】
表面に処理液が塗布された基板を処理する基板処理方法であって、
ａ）前記基板の温度を上昇させる昇温工程と、
ｂ）前記工程ａ）の後に、前記基板の温度を降下させる降温工程と、
を有し、
前記工程ａ）および前記工程ｂ）の少なくとも一部の期間において、前記基板が収容されたチャンバ内に過熱水蒸気を供給する、基板処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の基板処理方法であって、
前記工程ａ）および前記工程ｂ）の全ての期間において、前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給する、基板処理方法。
【請求項８】
請求項６に記載の基板処理方法であって、
前記工程ｂ）において、前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給する、基板処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の基板処理方法であって、
前記工程ａ）において、前記チャンバ内に窒素ガスを供給する、基板処理方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の基板処理方法であって、
前記工程ａ）は、
ａ１）前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給しつつ、前記基板を加熱する工程と、
ａ２）前記工程ａ１）の後で、前記チャンバ内に窒素ガスを供給しつつ、前記基板を加熱する工程と、
を含む、基板処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板処理方法であって、
前記工程ａ１）において、前記基板の温度または前記チャンバ内の気体の温度を計測し、計測温度が所定の第１閾値よりも大きくなったと判断したら、前記工程ａ２）へと進む、基板処理方法。
【請求項１２】
請求項６または請求項１０に記載の基板処理方法であって、
前記工程ｂ）は、
ｂ１）前記チャンバ内に窒素ガスを供給しつつ、前記基板を冷却する工程と、
ｂ２）前記工程ｂ１）の後で、前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給しつつ、前記基板を冷却する工程と、
を含む、基板処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の基板処理方法であって、
前記工程ｂ１）において、前記基板の温度または前記チャンバ内の気体の温度を計測し、計測温度が所定の第２閾値よりも小さくなったと判断したら、前記工程ｂ２）へと進む、基板処理方法。
【請求項１４】
請求項６ないし請求項１３のいずれかに記載の基板処理方法であって、
前記処理液は、ポリイミド樹脂前駆体である、基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に塗布液が塗布された基板を加熱処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フレキシブルディスプレイ用基板として、ポリイミドフィルムが注目されている。従来のポリイミドフィルムについては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１の段落０００４および段落０１２４に記載のように、ポリイミドフィルムの製造時には、キャリア基板上にポリイミドフィルムが形成される。また、特許文献１の段落０１１０に記載のように、ポリイミド樹脂は、ポリイミド樹脂前駆体を、または、テトラカルボン酸二無水物およびジイソシアネート化合物を、溶媒存在下で加熱（加熱イミド化）することにより得られる。
【０００３】
また、ポリイミドフィルムは、酸素含有雰囲気下で加熱処理を行うと、雰囲気中の酸素によってポリイミドの熱酸化分解が起こり、ポリイミドフィルムが着色したり、脆くなったりする。このため、特許文献１の段落０１２６に記載のように、窒素等の不活性雰囲気下で加熱を行うことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６５４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フレキシブルディスプレイ用基板の生産量が増加すると、基板が大型化したり、このような加熱処理をする基板の数が増加する。これに伴い、ポリイミドフィルムの加熱処理に用いられる不活性ガスも大量に必要となる。したがって、窒素ガス等の不活性ガスの消費量が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、基板の表面に塗布された塗布液の酸化を抑制しつつ、窒素ガス等の不活性ガスの消費量を低減できる基板処理装置および基板処理方法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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、表面に処理液が塗布された基板を加熱処理する基板処理装置であって、前記基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内において前記基板を加熱する加熱機構と、前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給機構と、前記加熱機構および前記過熱水蒸気供給機構の動作を制御する制御部と、を有する。
【０００８】
本願の第２発明は、第１発明の基板処理装置であって、前記制御部は、前記基板の温度を上昇させる昇温工程と、前記昇温工程後に、前記基板の温度を降下させる降温工程と、を実施し、前記過熱水蒸気供給機構は、前記昇温工程および前記降温工程の少なくとも一部の期間において、前記基板が収容された前記チャンバ内に前記過熱水蒸気を供給する。
【０００９】
本願の第３発明は、第１発明の基板処理装置であって、前記チャンバ内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給機構をさらに有し、前記制御部は、前記窒素ガス供給機構も制御する。
【００１０】
本願の第４発明は、第３発明の基板処理装置であって、前記制御部は、前記基板の温度を上昇させる昇温工程と、前記昇温工程後に、前記基板の温度を降下させる降温工程と、を実施し、前記制御部は、前記昇温工程および前記降温工程において、前記過熱水蒸気供給機構による過熱水蒸気の供給と、前記窒素ガス供給機構による窒素ガスの供給とを切り替えて実施する。
【００１１】
本願の第５発明は、第１発明ないし第４発明のいずれかの基板処理装置であって、前記処理液は、ポリイミド樹脂前駆体である。
【００１２】
本願の第６発明は、表面に処理液が塗布された基板を処理する基板処理方法であって、ａ）前記基板の温度を上昇させる昇温工程と、ｂ）前記工程ａ）の後に、前記基板の温度を降下させる降温工程と、を有し、前記工程ａ）および前記工程ｂ）の少なくとも一部の期間において、前記基板が収容されたチャンバ内に過熱水蒸気を供給する。
【００１３】
本願の第７発明は、第６発明の基板処理方法であって、前記工程ａ）および前記工程ｂ）の全ての期間において、前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給する。
【００１４】
本願の第８発明は、第６発明の基板処理方法であって、前記工程ｂ）において、前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給する。
【００１５】
本願の第９発明は、第８発明の基板処理方法であって、前記工程ａ）において、前記チャンバ内に窒素ガスを供給する。
【００１６】
本願の第１０発明は、第６発明の基板処理方法であって、前記工程ａ）は、ａ１）前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給しつつ、前記基板を加熱する工程と、ａ２）前記工程ａ１）の後で、前記チャンバ内に窒素ガスを供給しつつ、前記基板を加熱する工程と、を含む。
【００１７】
本願の第１１発明は、第１０発明の基板処理方法であって、前記工程ａ１）において、前記基板の温度または前記チャンバ内の気体の温度を計測し、計測温度が所定の第１閾値よりも大きくなったと判断したら、前記工程ａ２）へと進む。
【００１８】
本願の第１２発明は、第６発明または第１０発明の基板処理方法であって、前記工程ｂ）は、ｂ１）前記チャンバ内に窒素ガスを供給しつつ、前記基板を冷却する工程と、ｂ２）前記工程ｂ１）の後で、前記チャンバ内に過熱水蒸気を供給しつつ、前記基板を冷却する工程と、を含む。
【００１９】
本願の第１３発明は、第１２発明の基板処理方法であって、前記工程ｂ１）において、前記基板の温度または前記チャンバ内の気体の温度を計測し、計測温度が所定の第２閾値よりも小さくなったと判断したら、前記工程ｂ２）へと進む。
【００２０】
本願の第１４発明は、第６発明ないし第１３発明のいずれかの基板処理方法であって、前記処理液は、ポリイミド樹脂前駆体である。
【発明の効果】
【００２１】
本願の第１発明〜第１４発明によれば、基板の加熱処理において、基板の表面に塗布された塗布液の酸化を抑制しつつ、窒素ガス等の不活性ガスの消費量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】加熱装置の外観斜視図である。
【図２】加熱装置の縦断面図である。
【図３】加熱装置の横断面図である。
【図４】メインヒータおよびアウター管の部分断面図である。
【図５】加熱処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】加熱処理における基板の時系列の温度プロファイルと、加熱炉内に供給する気体の種類とを示した図である。
【図７】変形例に係る加熱装置の縦断面図である。
【図８】変形例に係る加熱処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】変形例に係る加熱処理における基板の時系列の温度プロファイルと、加熱炉内に供給する気体の種類とを示した図である。
【図１０】変形例に係る加熱装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願の各図には、方向関係を把握しやすくするために、共通のｘｙｚ直交座標系が示されている。ｘ方向は、加熱装置の左右方向に相当する。ｙ方向は、加熱装置の前後方向に相当する。ｚ方向は、加熱装置の上下方向に相当する。なお、加熱装置は、水平な床面上に設置される。したがって、前後方向および左右方向は、いずれも水平方向である。
【００２４】
＜１．加熱装置の構成＞
図１は、本発明の基板処理装置の一実施形態に係る加熱装置１の外観斜視図である。図２は、左右方向に対して直交する平面で切断した、加熱装置１の縦断面図である。図３は、上下方向に対して直交する平面で切断した、加熱装置１の横断面図である。
【００２５】
この加熱装置１は、複数の基板９を一括して加熱する装置である。加熱装置１は、例えば、フレキシブルディスプレイに用いられるポリイミド膜の製造工程に用いられる。加熱前の基板９の上面には、ポリイミド樹脂前駆体と有機溶剤とを含む塗布液が塗布され、当該塗布液の薄膜が形成されている。加熱装置１において基板９が加熱されると、薄膜中のポリイミド樹脂前駆体が、イミド化されてポリイミド樹脂となる。
【００２６】
図１〜図３に示すように、本実施形態の加熱装置１は、加熱炉１０、複数のメインヒータ２０、複数のアウター管３０、複数のサブヒータ４０、窒素ガス供給部５０、過熱水蒸気供給部６０、排気部７０および制御部８０を備えている。
【００２７】
加熱炉１０は、内部に基板９を収容するためのチャンバである。加熱炉１０は、耐熱性の材料からなる。本実施形態では、加熱炉１０の内部には、複数の基板９を上下方向に多段に収納可能な処理空間１９が設けられている。また、本実施形態の加熱炉１０は、略直方体状の外形を有する。具体的には、加熱炉１０は、前壁１１、後壁１２、右側壁１３、左側壁１４、底板部１５および天板部１６を有する。前壁１１と後壁１２とは、処理空間１９を挟んで前後方向（ｙ方向）に対向する。右側壁１３と左側壁１４とは、処理空間１９を挟んで左右方向（ｘ方向）に対向する。底板部１５と天板部１６とは、処理空間１９を挟んで上下方向（ｚ方向）に対向する。
【００２８】
前壁１１には、複数の搬入出口１７が設けられている。また、複数の搬入出口１７にはそれぞれ、図示を省略したシャッタが備えられている。シャッタが開放されると、搬入出口１７を介して基板９を搬入または搬出することが可能となる。一方、シャッタが閉鎖されると、シャッタが搬入出口１７を覆い、搬入出口１７を介した気体の出入りが遮断される。
【００２９】
メインヒータ２０は、加熱炉１０の内部に配置された基板９を加熱するためのヒータである。メインヒータ２０には、棒状の赤外線ヒータ（棒状ヒータ）が用いられる。メインヒータ２０は、例えば、通電により発熱するFe-Cr-Al系ヒータ線を有する。複数のメインヒータ２０は、基板９の上面および下面に沿って、互いに平行に配列される。各メインヒータ２０は、前後方向に延びる。また、各メインヒータ２０は、加熱炉１０の後壁１２に設けられた挿入孔１２０から、加熱炉１０の内部へ挿入される。各メインヒータ２０の基端部２１は、後壁１２の挿入孔１２０の近傍に位置する。各メインヒータ２０の先端部２２は、前壁１１の近傍に位置する。なお、上記Fe-Cr-Al系ヒータ線に代えて、ニクロム（Ni-Cr）線を用いてもよい。
【００３０】
本実施形態では、同一の高さ位置において、複数のメインヒータ２０が左右方向に配列されることにより、１つのヒータ群２０Ｇが構成されている。加熱炉１０の内部には、このようなヒータ群２０Ｇが、上下方向に間隔をあけて複数配列されている。加熱炉１０の内部に複数の基板９が搬入されたときには、ヒータ群２０Ｇと、基板９とが、上下方向に交互に配置される。また、ヒータ群２０Ｇは、上下方向に隣り合う基板９の間だけではなく、最上段の基板９の上方および最下段の基板９の下方にも配置される。したがって、全ての基板９の上方および下方に、ヒータ群２０Ｇが配置される。
【００３１】
基板９の端縁部は、中央部に比べて放熱量が多いため、中央部よりも温度が上昇しにくい。このため、図３に示すように、本実施形態では、ヒータ群２０Ｇに含まれる複数のメインヒータ２０のうち、左右方向の両端部付近に位置するメインヒータ２０同士の間隔ｄ１が、左右方向の中央付近に位置するメインヒータ２０同士の間隔ｄ２よりも、狭くなっている。このようにすれば、基板９の左右方向の端縁部に、中央部よりも多くの熱量を供給できる。したがって、基板９の左右方向の端縁部と中央部との間で、加熱後の温度差を低減できる。
【００３２】
アウター管３０は、各メインヒータ２０を覆う部材である。アウター管３０は、赤外線を透過可能な材料（例えばガラス）により形成される。複数のアウター管３０は、それぞれ、加熱炉１０に対して固定されている。各アウター管３０は、後壁１２の上述した挿入孔１２０から前壁１１側へ向けて管状に延び、その先端部が閉じられた形状を有する。アウター管３０の基端部の開口は、後述する窒素ガス供給部５０から供給される窒素ガスを受け入れる給気口３１となっている。すなわち、アウター管３０は、メインヒータ２０の基端部２１の近傍に、給気口３１を有する。
【００３３】
メインヒータ２０は、挿入孔１２０を介して、アウター管３０に対して挿抜可能となっている。加熱装置１のユーザは、メインヒータ２０およびアウター管３０のうち、消耗品であるメインヒータ２０のみを交換することが可能である。加熱装置１の稼働時には、メインヒータ２０に駆動電流が供給されることにより、メインヒータ２０が発熱する。そして、メインヒータ２０から輻射される赤外線が、アウター管３０を透過して、基板９の表面に照射される。これにより、基板９が加熱される。
【００３４】
図４は、メインヒータ２０およびアウター管３０の、先端部付近の断面図である。図４に示すように、アウター管３０は、メインヒータ２０の先端部２２の近傍に、複数の吐出口３２を有する。吐出口３２は、アウター管３０の内部の気体を、基板９の表面へ向けて吐出するための開口である。吐出口３２は、メインヒータ２０の先端部２２の上方および下方において、アウター管３０を上下方向に貫通する。ただし、吐出口３２の位置、吐出口３２の数および吐出口３２の形状は、必ずしも図４の通りでなくてもよい。
【００３５】
また、図２に示すように、アウター管３０の外表面には、複数の基板支持部３３が設けられている。加熱炉１０の内部に搬入された基板９は、複数の基板支持部３３上に載置される。そして、基板９は、複数の基板支持部３３によって、水平姿勢に支持される。このように、基板９を支持するための基板支持部３３の少なくとも一部を、アウター管３０に設ければ、加熱炉１０の内部に、アウター管３０とは別に、基板支持部３３を設置するための梁などを設ける必要がない。このため、加熱装置１の部品点数を減らすことができるとともに、加熱装置１を小型化しやすくなる。
【００３６】
複数のサブヒータ４０は、基板９の前後方向の端縁部を、補助的に加熱するためのヒータである。サブヒータ４０には、棒状の赤外線ヒータ（棒状ヒータ）が用いられる。サブヒータ４０は、例えば、通電により発熱するFe-Cr-Al系ヒータ線を有する。図２および図３に示すように、複数のサブヒータ４０は、加熱炉１０の前壁１１および後壁１２の壁面に沿って、左右方向に延びる。すなわち、複数のサブヒータ４０は、上面視において、メインヒータ２０に対して垂直に配置される。なお、上記Fe-Cr-Al系ヒータ線に代えて、ニクロム（Ni-Cr）線を用いてもよい。
【００３７】
既述の通り、基板９の端縁部は、中央部に比べて放熱量が多いため、中央部よりも温度が上昇しにくい。しかしながら、本実施形態では、基板９の前後方向の端縁部は、メインヒータ２０とサブヒータ４０との双方により加熱される。このようにすれば、基板９の前後方向の端縁部に、中央部よりも多くの熱量を供給できる。したがって、基板９の前後方向の端縁部と中央部との間で、加熱後の温度差を低減できる。
【００３８】
複数のサブヒータ４０は、複数の右側サブヒータ４１と、複数の左側サブヒータ４２とを含んでいる。右側サブヒータ４１は、加熱炉１０の右側壁１３に設けられた挿入孔１３０から、加熱炉１０の内部へ挿入される。左側サブヒータ４２は、加熱炉１０の左側壁１４に設けられた挿入孔１４０から、加熱炉１０の内部へ挿入される。上述したメインヒータ２０は、アウター管３０に覆われているのに対し、サブヒータ４０は、アウター管３０に覆われることなく、加熱炉１０内の空間に露出している。
【００３９】
また、各サブヒータ４０の左右方向の長さは、加熱炉１０の左右方向の長さの半分よりもやや短い。複数の右側サブヒータ４１は、それぞれ、右側壁１３と加熱炉１０の左右方向の中央との間で、左右方向に延びる。複数の左側サブヒータ４２は、それぞれ、左側壁１４と加熱炉１０の左右方向の中央との間で、左右方向に延びる。そして、右側サブヒータ４１の先端部と、左側サブヒータ４２の先端部とが、加熱炉１０の左右方向の中央付近において、左右方向に対向する。
【００４０】
なお、サブヒータ４０は、右側サブヒータ４１と左側サブヒータ４２とに左右方向に分割して配置せず、加熱炉１０の左右方向の長さよりもやや短い１つのサブヒータ４０を配置してもよい。本実施形態では、サブヒータ４０を左右１対に分割することにより、右側壁１３および左側壁１４の外側において、サブヒータ４０の挿抜に必要なスペースを小さくできる。すなわち、加熱装置１の左右に設けられるメンテナンス用のスペースを小さくできる。
【００４１】
窒素ガス供給部５０は、加熱炉１０内に窒素ガスを供給するための窒素ガス供給機構である。図２に示すように、窒素ガス供給部５０は、１本の第１主配管５１と、複数の第１分岐配管５２と、第１開閉弁５３とを有する。第１主配管５１の上流側の端部は、環境圧力よりも高圧の窒素ガスを供給可能な窒素ガス供給源５４に接続されている。第１主配管５１の下流側の端部には、複数の第１分岐配管５２の各々の上流側の端部が接続されている。複数の第１分岐配管５２の各々の下流側の端部は、アウター管３０の給気口３１に接続されている。また、第１開閉弁５３は、第１主配管５１の経路上に介挿されている。このため、第１開閉弁５３を開放すると、窒素ガス供給源５４から、第１主配管５１および複数の第１分岐配管５２を通って、複数のアウター管３０のそれぞれの内部に、窒素ガスが供給される。
【００４２】
過熱水蒸気供給部６０は、加熱炉１０内に過熱水蒸気を供給するための過熱水蒸気供給機構である。図２に示すように、過熱水蒸気供給部６０は、一本の第２主配管６１と、複数の第２分岐配管６２と、第２開閉弁６３と、蒸気発生器６４と、蒸気ヒータ６５とを有する。第２主配管６１の上流側の端部は、蒸気発生器６４に接続されている。第２主配管６１の下流側の端部には、複数の第２分岐配管６２の各々の上流側の端部が接続されている。複数の第２分岐配管６２の各々の下流側の端部は、前壁１１に設けられた供給口６６に接続されている。また、第２開閉弁６３は、第２主配管６１の経路上に介挿されている。蒸気ヒータ６５は、第２開閉弁６３よりも上流側において、第２主配管６１内を通過する水蒸気を加熱する。このため、第２開閉弁６３を開放すると、蒸気発生器６４において発生した水蒸気が、第２主配管６１内において蒸気ヒータ６５によって沸点より高い温度に加熱され、複数の第２分岐配管５２を通って、複数の供給口６６を介して、加熱炉１０内に供給される。なお、供給口６６の位置は前壁１１に限られない。例えば、供給口６６が、前壁１１と、右側壁１３および左側壁１４の前方とに備えられてもよいし、右側壁１３および左側壁１４のみに備えられてもよい。
【００４３】
排気部７０は、加熱炉１０内の気体を外部へ排出するための配管系である。図２に示すように、排気部７０は、複数の個別配管７１と、１本の集合配管７２と、第３開閉弁７３とを有する。複数の個別配管７１の各々の上流側の端部は、加熱炉１０の後壁１２に設けられた排気口１２１に接続されている。複数の個別配管７１の下流側の端部は、集合配管７２の上流側の端部に接続されている。集合配管７２の下流側の端部は、気流発生手段であるブロワ（図示省略）に接続されている。また、第３開閉弁７３は、集合配管７２の経路上に介挿されている。このため、第３開閉弁７３を開放して、ブロワを動作させると、加熱炉１０内の気体が、複数の個別配管７１と集合配管７２とを通って、加熱炉１０の外部へ排出される。
【００４４】
図２に示すように、本実施形態では、後壁１２のうち、基板９と同じ高さ位置に、排気口１２１が設けられている。すなわち、排気口１２１は、後壁１２のうち、上下に隣り合う挿入孔１２０の間の高さ位置に設けられる。このため、排気部７０を動作させると、加熱炉１０の内部に、基板９の表面に沿って前方から後方へ向かう気流が発生する。
【００４５】
制御部８０は、加熱装置１内の各部を動作制御するための手段である。図１中に概念的に示したように、制御部８０は、ＣＰＵ等のプロセッサ８１、ＲＡＭ等のメモリ８２およびハードディスクドライブ等の記憶部８３を有するコンピュータにより構成される。記憶部８３内には、加熱装置１の動作を制御するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。制御部８０は、複数の搬入出口１７に備えられたシャッタ、複数のメインヒータ２０、複数のサブヒータ４０、第１開閉弁５３、第２開閉弁６３、蒸気発生器６４、蒸気ヒータ６５、および第３開閉弁７３と、それぞれ通信可能に接続されている。
【００４６】
制御部８０は、記憶部８３に記憶されたコンピュータプログラムＰやデータをメモリ８２に一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰに基づいて、プロセッサ８１が演算処理を行うことにより、上記の各部を動作制御する。これにより、加熱装置１における基板９の加熱処理が進行する。
【００４７】
＜２．基板処理の流れ＞
続いて、上述した加熱装置１における基板処理である加熱処理の流れを説明する。図５は、加熱処理の流れを示したフローチャートである。図６は、加熱処理における基板９の時系列の温度プロファイルと、加熱炉１０内に供給する気体の種類とを示した図である。
【００４８】
加熱装置１において複数の基板９を加熱するときには、まず、加熱炉１０の複数の搬入出口１７に備えられたシャッタを開放する。そして、加熱前の基板９を、搬入出口１７を介して、加熱炉１０の内部へ搬入する（ステップＳ１０）。この基板９の搬入は、例えば、専用の搬送ロボットにより行われる。各基板９は、アウター管３０に設けられた複数の基板支持部３３上に載置される。これにより、加熱炉１０の内部に、複数の基板９が、上下方向に間隔をあけて配列された状態となる。複数の基板９の搬入が完了すると、搬入出口１７に備えられたシャッタが閉鎖される。
【００４９】
シャッタの閉鎖後、制御部８０は、基板９の温度を上昇させる昇温工程を実施する（ステップＳ２０）。昇温工程では、複数のメインヒータ２０および複数のサブヒータ４０に駆動電流が供給される。そうすると、複数のメインヒータ２０および複数のサブヒータ４０が昇温し、各ヒータから基板９の表面に向けて、赤外線が照射される。これにより、基板９が加熱される。基板９の加熱は、基板９の表面温度または加熱炉１０内の気体の温度を計測してフィードバック制御を行ってもよいし、予め決められたレシピに従って各部の制御を行ってもよい。
【００５０】
昇温工程では、基板９の加熱により、まず、塗布液中に含まれる溶媒成分が蒸発する。このため、図６に示すように、溶媒成分が蒸発する１５０℃付近において、基板９の温度をしばらく一定とする。その後、さらに加熱され、昇温すると、ポリイミド樹脂前駆体がイミド化されてポリイミド樹脂となる。このため、イミド化が生じる２５０℃付近において、基板９の温度を再度しばらく一定とする。その後、さらに加熱され、５００℃に達したところで、加熱強度を抑制し、一定期間、基板９の温度を５００℃に保つ。このように、４００℃を超える温度でポリイミド膜を加熱することにより、後工程のＣＶＤ工程やエキシマレーザーアニール工程において高温にさらされた際の脱ガスを抑制する。
【００５１】
本実施形態の昇温工程では、制御部８０は、駆動電流の供給に併せて、加熱炉１０内へ窒素ガスの供給を行う。具体的には、制御部８０は、窒素ガス供給部５０の第１開閉弁５３と、排気部７０の第３開閉弁７３とを開放し、ブロワを動作させる。そうすると、窒素ガス供給源５４から、第１主配管５１および複数の第１分岐配管５２を通って、複数のアウター管３０のそれぞれの内部に、窒素ガスが供給される。アウター管３０の内部に供給された窒素ガスは、メインヒータ２０に沿って前方へ流れる。このとき、窒素ガスは、メインヒータ２０の熱により加熱される。そして、メインヒータ２０の先端付近まで流れた窒素ガスは、アウター管３０の吐出口３２から基板９の表面へ向けて吐出される。吐出された窒素ガスは、排気部７０からの吸引圧により、基板９の表面に沿って後方へ向かう気流を形成する。
【００５２】
メインヒータ２０およびサブヒータ４０から輻射される赤外線により基板９が加熱されると、基板９の上面に形成された薄膜から、不要なガス（有機溶剤など）が発生する。この不要なガスは、上述した窒素ガスとともに、後方へ流される。その結果、基板９の表面から不要なガスが除去される。このとき、基板９の表面に沿って流れる気体の大部分は、加熱された高温の窒素ガスである。このため、基板９上の薄膜が酸化するのが抑制される。また、加熱された窒素ガスが基板９に接触することによって、さらに基板９の温度が上昇する。その後、窒素ガスおよび上述した不要なガスを含む気体が、排気口１２１、複数の個別配管７１および集合配管７２を通って、加熱炉１０の外部へ排出される。
【００５３】
昇温工程が完了すると、制御部８０は、複数のメインヒータ２０および複数のサブヒータ４０への駆動電流の供給を停止する。続いて、基板９の温度を降下させる降温工程が行われる（ステップＳ３０）。本実施形態の降温工程では、基板９の表面温度および加熱炉１０内の気体よりも低い温度の過熱水蒸気が加熱炉１０内に供給される。これにより、加熱炉１０内の気体の温度が降下し、基板９が冷却される。降温工程において加熱炉１０内に供給される過熱水蒸気の温度は、例えば、２００℃である。なお、降温工程において供給される過熱水蒸気の温度は、例えば、順に３００℃、１５０℃とするなど、段階的に低下させてもよい。
【００５４】
具体的には、制御部８０は、窒素ガス供給部５０の第１開閉弁５３を閉鎖し、過熱水蒸気供給部６０の蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５を動作するとともに、第２開閉弁６３を開放する。一方、制御部８０は、引き続き、排気部７０の第３開閉弁７３を開放するとともに、ブロワを動作させる。これにより、加熱炉１０内の気体よりも温度の低い過熱水蒸気が、供給口６６から加熱炉１０内に供給される。前壁１１に設けられた供給口６６から加熱炉１０内に供給された過熱水蒸気は、排気部７０からの吸引圧により、基板９の表面に沿って後方へ向かう気流を形成する。
【００５５】
基板９の表面に、基板９の表面温度よりも低い温度の過熱水蒸気が接触し、かつ対流することにより、基板９の熱が過熱水蒸気へと伝わり、基板９が冷却される。その後、基板９の熱を吸収した過熱水蒸気が、排気口１２１、複数の個別配管７１および集合配管７２を通って、加熱炉１０の外部へ排出される。
【００５６】
このように、制御部８０は、昇温工程および降温工程において、窒素ガス供給部５０による窒素ガスの供給と、過熱水蒸気供給部６０による過熱水蒸気の供給とを切り替えて実施する。昇温工程および降温工程の少なくとも一部において、加熱炉１０内に供給される気体として過熱水蒸気を用いることにより、窒素ガスの使用量を低減できる。なお、過熱水蒸気は、水（Ｈ２Ｏ）分子により構成される気体であるため、過熱水蒸気中は極低酸素雰囲気となる。このため、高温下においても、基板９上の薄膜の酸化を抑制できる。したがって、過熱水蒸気を用いることにより、基板９上の薄膜の酸化を抑制しつつ、窒素ガスの使用量を低減できる。
【００５７】
ここで、１ａｔｍ、２００℃において、窒素ガスの比熱は１．０５５ｋＪ／ｋｇ・℃であり、水蒸気の比熱は１．９７６ｋＪ／ｋｇ・℃である。このように、窒素ガスに比べて過熱水蒸気の比熱が大きい。このため、基板９の冷却に過熱水蒸気を用いれば、窒素ガスを用いる場合と比べて、対流による基板９への伝熱効率が向上する。したがって、降温工程にかかる時間を短縮できる。
【００５８】
降温工程が完了すると、再び複数の搬入出口１７に備えられたシャッタを開放して、加熱後の基板９を、搬入出口１７を介して、加熱炉１０の外部へ搬出する（ステップＳ４０）。この基板９の搬出も、例えば、上述した搬送ロボットにより行われる。
【００５９】
なお、この加熱装置１では、メインヒータ２０が、基板９を加熱する役割と、窒素ガスを加熱する役割と、の２つの役割を果たしている。しかしながら、窒素ガスを加熱する加熱機構は別に設けられてもよい。その場合、メインヒータ２０の外側にアウター管３０が備えられていなくてよい。
【００６０】
本実施形態では、加熱された窒素ガスを吐出する吐出口３２が、アウター管３０の先端部付近、すなわち加熱炉１０の前壁１１の近傍に設けられている。また、過熱水蒸気が供給される供給口６６は、前壁１１に設けられている。一方、加熱炉１０の後壁１２に、気体を排出する排気口１２１が設けられている。このため、アウター管３０の吐出口３２から吐出された窒素ガスや、供給口６６から供給された過熱水蒸気は、基板９の前端縁から後端縁へ向けて流れる。これにより、基板９の表面付近における気体の置換効率を、より高めることができる。
【００６１】
＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００６２】
図７は、一変形例にかかる加熱装置１Ａの縦断面図である。図８は、加熱装置１Ａを用いた加熱処理の流れを示したフローチャートである。図９は、図８の変形例に係る加熱処理における基板９の時系列の温度プロファイルと、加熱炉１０内に供給する気体の種類とを示した図である。なお、図７中の構成について、上記の実施形態に係る加熱装置１と同じ構成のものには、加熱装置１と同じ符号が付されている。
【００６３】
図７に示すように、この加熱装置１Ａでは、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気を、前壁１１に設けられた供給口６６と、アウター管３０との双方にそれぞれ供給可能である。具体的には、過熱水蒸気供給部６０Ａは、第２主配管６１から第１主配管５１へと過熱水蒸気を供給する連絡配管６７Ａを有する。連絡配管６７Ａは、第１主配管５１との接続箇所および第２主配管６１との接続箇所のそれぞれに、三方弁６７１Ａ,６７２Ａを有する。
【００６４】
これにより、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気を、第２主配管６１および第２分岐配管６２およびを介して供給口６６へと供給可能であるとともに、第２主配管６１、第１主配管５１および第１分岐配管５２を介してアウター管３０へも供給可能である。
【００６５】
三方弁６７１Ａの切り替えにより第２主配管６１の上流側と第２主配管６１の下流側とを連通させると、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気が、第２主配管６１から第２分岐配管６２および供給口６６側へと供給される。一方、三方弁６７１Ａ，６７２Ａの切り替えにより第２主配管６１の上流側と連絡配管６７Ａとを連通させるとともに、連絡配管６７Ａと第１主配管５１の下流側とを連通させると、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気が、第２主配管６１から連絡配管６７Ａを介して第１主配管５１へと供給される。
【００６６】
図８および図９の例の加熱処理では、まず、加熱前の基板９を、加熱炉１０の内部へ搬入する（ステップＳ１０）。
【００６７】
加熱炉１０への基板９の搬入が完了すると、制御部８０は、加熱炉１０内に過熱水蒸気を供給しつつ基板９の温度を上昇させる第１昇温工程を実施する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部８０は、複数のメインヒータ２０および複数のサブヒータ４０による基板９の加熱を行うとともに、過熱水蒸気供給部６０Ａによる過熱水蒸気の供給および排気部７０による排気を行う。
【００６８】
第１昇温工程においては、制御部８０は、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気を、第１主配管５１、第１分岐配管５２およびアウター管３０を介して加熱炉１０内に供給する。アウター管３０の内部では、供給された過熱水蒸気がメインヒータ２０によって加熱される。このため、加熱炉１０内の温度よりも高い温度の過熱水蒸気を加熱炉１０内に供給する場合は、このようにアウター管３０内に過熱水蒸気を供給することが好ましい。
【００６９】
第１昇温工程において基板９の温度が上昇し、所定の第１閾値である３００℃を超えると、制御部８０は、加熱炉１０内に窒素ガスを供給しつつ基板９の温度を上昇させる第２昇温工程を実施する（ステップＳ２２）。具体的には、制御部８０は、過熱水蒸気供給部６０Ａによる過熱水蒸気の供給を停止し、窒素ガス供給部５０による窒素ガスの供給を行う。また、制御部８０は、第１昇温工程に引き続き、複数のメインヒータ２０および複数のサブヒータ４０による基板９の加熱と、排気部７０による排気とを行う。
【００７０】
図８および図９の例では、加熱処理の間、基板９の表面温度または加熱炉１０内の気体の温度を計測する。そして、制御部８０は、第１昇温工程において計測温度が所定の第１閾値よりも大きくなったと判断したら、第２昇温工程へと進む。なお、第１昇温工程から第２昇温工程への切替は、予め決められたレシピに従って行ってもよい。
【００７１】
第２昇温工程が完了すると、続いて、制御部８０は、加熱炉１０内に窒素ガスを供給しつつ基板９の温度を降下させる第１降温工程を実施する（ステップＳ３１）。具体的には、制御部８０は、複数のメインヒータ２０および複数のサブヒータ４０への駆動電流の供給を停止し、基板９の加熱を停止する。また、制御部８０は、窒素ガス供給部５０から、加熱炉１０内の気体よりも低い温度の窒素ガスを供給させるとともに、排気部７０による排気とを行う。
【００７２】
第１降温工程において基板９の温度が降下し、所定の第２閾値である３５０℃よりも小さくなると、制御部８０は、加熱炉１０内に過熱水蒸気を供給しつつ基板９の温度を降下させる第２降温工程を実施する（ステップＳ３２）。具体的には、制御部８０は、窒素ガス供給部５０による窒素ガスの供給を停止し、過熱水蒸気供給部６０Ａから、加熱炉１０内の気体よりも低い温度の過熱水蒸気を供給させる。また、制御部８０は、排気部７０による排気を継続する。
【００７３】
第１降温工程においては、制御部８０は、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気を、第２主配管６１、第２分岐配管６２および供給口６６を介して加熱炉１０内に供給する。加熱炉１０内の温度よりも低い温度の過熱水蒸気を加熱炉１０内に供給する場合は、アウター管３０に過熱水蒸気を供給すると、アウター管３０の内外に凝結が生じる可能性がある。このため、第１降温工程においてはアウター管３０を介さず、供給口６６を介して直接加熱炉１０内に過熱水蒸気を供給することが好ましい。
【００７４】
上述の通り、図８および図９の例では、加熱処理の間、基板９の表面温度または加熱炉１０内の気体の温度を計測する。そして、制御部８０は、第１降温工程において計測温度が所定の第２閾値よりも小さくなったと判断したら、第２降温工程へと進む。なお、第１降温工程から第２降温工程への切替は、予め決められたレシピに従って行ってもよい。
【００７５】
第２降温工程が完了すると、基板９を加熱炉１０の外部へ搬出する（ステップＳ４０）。
【００７６】
このように、図８および図９の例では、第１昇温工程および第２降温工程において、加熱炉１０内の雰囲気として、過熱水蒸気を用いる。上述の通り、過熱水蒸気は、窒素ガスや空気と比べて伝熱効率が良い。このため、過熱水蒸気を用いることにより、窒素ガスや空気を用いる場合と比べて、基板９への伝熱効率が向上する。第１昇温工程においては、さらに、初期凝縮による潜熱の伝達により、さらに基板９への伝熱効率が向上する。
【００７７】
一方で、第２昇温工程および第１降温工程、すなわち、ポリイミドの熱酸化分解が生じやすい高温領域においては、窒素ガス雰囲気下で基板９の加熱を行っている。上述の通り、過熱水蒸気中は極低酸素雰囲気であるが、完全な無酸素雰囲気を希望する場合は、このように、高温領域において窒素ガスを用いてもよい。
【００７８】
このように、昇温工程および降温工程の双方で過熱水蒸気を用いることにより、窒素ガスの使用量を低減できる。また、さらに、伝熱効率の良好な過熱水蒸気を用いることにより、各工程にかかる時間を短縮することができる。
【００７９】
なお、上記の図７〜図９の例では、過熱水蒸気の供給を供給口６６とアウター管３０との双方から行うことができた。しかしながら、昇温工程および降温工程のいずれの工程においても、供給口６６およびアウター管３０のいずれか一方のみから過熱水蒸気が供給されてもよい。すなわち、上記の実施形態の加熱装置１を用いて図８および図９の例の加熱処理を行ってもよい。また、加熱装置が、加熱炉内に直接過熱水蒸気を供給する供給口を有しておらず、アウター管のみから過熱水蒸気を供給可能な構成であってもよい。
【００８０】
図１０は、他の変形例にかかる加熱装置１Ｂの縦断面図である。なお、図１０中の構成について、上記の実施形態に係る加熱装置１および上記の変形例に係る加熱装置１Ａと同じ構成のものには、加熱装置１および加熱装置１Ａと同じ符号が付されている。
【００８１】
図１０の例の加熱装置１Ｂは、窒素ガスを供給するための窒素ガス供給源を有していない。一方で、第１主配管５１の上流側の端部が、三方弁６８Ｂを介して第２主配管６１に接続される。このため、三方弁６８Ｂの切り替えにより第２主配管６１の上流側と第２主配管６１の下流側とを連通させると、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気は、第２分岐配管６２および供給口６６側へと供給される。一方、三方弁６８Ｂの切り替えにより第２主配管６１の上流側と第１主配管５１とを連通させると、蒸気発生器６４および蒸気ヒータ６５によって生成された過熱水蒸気は、第１分岐配管５２およびアウター管３０側へと供給される。
【００８２】
図１０の例のように、加熱装置１Ｂは、窒素ガス供給部５０を有していなくてもよい。上記の実施形態および変形例では、昇温工程および降温工程のうちの一部の期間において、加熱炉１０内に過熱水蒸気を供給したが、本発明はこれに限られない。昇温工程および降温工程の全ての期間において、加熱炉１０内に過熱水蒸気を供給してもよい。このようにすれば、窒素ガスを消費することなく、加熱処理を行うことができる。さらに、窒素ガス供給に関わる構成を省略することにより、加熱装置１Ｂを小型化できる。
【００８３】
なお、上記の図１０の例では、過熱水蒸気の供給を供給口６６とアウター管３０との双方から行うことができた。しかしながら、昇温工程および降温工程のいずれの工程においても、供給口６６およびアウター管３０のいずれか一方のみから過熱水蒸気が供給されてもよい。
【００８４】
また、上記の実施形態では、不活性ガスとして、窒素ガスが供給されていた。しかしながら、過熱水蒸気の他に加熱炉１０に供給される不活性ガスは、アルゴンガス等のその他の不活性ガスであってもよい。
【００８５】
また、加熱炉内に配置可能な基板の数、メインヒータの数、サブヒータの数、アウター管の形状などの細部の構成については、本願の各図と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１，１Ａ，１Ｂ  加熱装置
９  基板
１０  加熱炉
２０  メインヒータ
４０  サブヒータ
５０  窒素ガス供給部
６０，６０Ａ，６０Ｂ  過熱水蒸気供給部
７０  排気部
８０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020116539.tif 000011
【図１０】
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