(57)【要約】【課題】バッチ式熱処理装置において、複数枚の基板を面内の温度が均一になるように同時に熱処理する。【解決手段】本発明に係るバッチ式熱処理装置は、複数枚の基板１０に対して熱処理空間を提供するチャンバ１００と、複数枚の基板１０を搭載支持するボート１０８と、基板１０の積載方向に一定間隔で配置されかつ各々が複数の主ヒータ２００で構成されるような複数の主ヒータユニット１２０とを含み、基板１０が、複数の主ヒータユニット１２０の間に配置されるようにしたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を同時に熱処理するために、前記熱処理の際に各基板が対応する複数のヒータにより加熱されることを特徴とするバッチ式熱処理装置。
【請求項２】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置であって、
前記複数枚の基板に対して熱処理空間を提供するチャンバと、
前記複数枚の基板を搭載支持するボートと、
前記基板の積載方向に沿って一定間隔で配置され、各々が複数の主ヒータで構成されるような複数の主ヒータユニットとを含み、
前記基板が、前記複数の主ヒータユニットの間に配置されることを特徴とするバッチ式熱処理装置。
【請求項３】
前記基板が、基板ホルダ上に載置された状態で前記ボートに搭載されることを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項４】
前記複数の主ヒータが、前記基板の短辺と平行に一定間隔で配置されていることを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項５】
任意の主ヒータユニットの主ヒータが、前記任意の主ヒータユニットに最も隣接する主ヒータユニットの主ヒータと整列して配置されていることを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項６】
任意の主ヒータユニットの主ヒータが、前記任意の主ヒータユニットに最も隣接する主ヒータユニットの主ヒータからずれて配置されていることを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項７】
前記チャンバ内部の熱損失を防止するための複数の補助ヒータユニットをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項８】
前記複数の補助ヒータユニットが、前記基板の短辺と平行に配置される第１補助ヒータユニットと、前記基板の長辺と平行に配置される第２補助ヒータユニットとを含むことを特徴とする請求項７に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項９】
前記第１補助ヒータユニットが、前記主ヒータユニットの両側に前記主ヒータと平行に配置される複数の第１補助ヒータで構成され、
前記第２補助ヒータユニットが、前記主ヒータユニットの両側に前記主ヒータと垂直に配置される複数の第２補助ヒータで構成されることを特徴とする請求項８に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項１０】
前記チャンバ内部を冷却するための複数の冷却管をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項１１】
前記冷却管が、前記基板の短辺方向に沿って前記複数の主ヒータの間に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項１２】
前記冷却管の内部には冷却ガスが流れ、前記冷却管は熱伝導率の高い材質からなることを特徴とする請求項１０に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項１３】
前記チャンバ内部にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内部から排ガスを排出するガス排出部とをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項１４】
前記ガス供給部が、プロセスガスが流出する複数の第１ガス孔が形成されたガス供給管を含み、
前記ガス排出部が、排ガスが流入する複数の第２ガス孔が形成されたガス排出管を含むことを特徴とする請求項１３に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項１５】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、該ヒータ内部に冷却用ガスが流れる空間を含むことを特徴とするヒータ。
【請求項１６】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、
第１管と、
前記第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管と、
前記第１管内に挿入される発熱体とを含み、
前記第１管と前記第２管の間の空間を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータ。
【請求項１７】
前記発熱体は、両端部の断面積が中央部の断面積より大きいことを特徴とする請求項１６に記載のヒータ。
【請求項１８】
前記発熱体が、前記第１管または前記第２管から分離可能であることを特徴とする請求項１６に記載のヒータ。
【請求項１９】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、
第１管と、
前記第１管の外周面上に巻かれたコイル型熱線と、
前記第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管とを含み、
前記第１管の中央空間を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータ。
【請求項２０】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、
第１管と、
前記第１管の外周面上に巻かれたコイル型熱線と、
前記第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管と、
前記第２管と一定の間隔をおいて該第２管を取り囲む第３管とを含み、
前記第１管の中央空間または前記第２管と前記第３管の間の空間の少なくとも一方を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータ。
【請求項２１】
前記コイル型熱線のピッチが、前記第１管上の位置に関係なく同一であるか、または前記第１管上の位置によって変更されることを特徴とする請求項１９または請求項２０のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項２２】
前記コイル型熱線が巻かれた第１管が、前記第２管または前記第３管から分離可能であることを特徴とする請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２３】
前記第３管の両端部に、該第３管を冷却する冷却水が流れる第１冷却部が設けられていることを特徴とする請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２４】
前記第３管の両端部に、前記第２管と前記第３管の間の前記空間を通して冷却用ガスを流すための第２冷却部がさらに設けられていることを特徴とする請求項２３に記載のヒータ。
【請求項２５】
前記第１冷却部が、
内部に空間を形成する第１本体と、
前記第１本体の前記内部空間に冷却水を流入させるための冷却水流入管と、
前記第１本体の前記内部空間から前記冷却水を流出させるための冷却水流出管とを含むことを特徴とする請求項２３に記載のヒータ。
【請求項２６】
前記第２冷却部が、
内部に空間を形成する第２本体と、
前記第２本体の前記内部空間と連通されているガス管とを含み、
前記第２本体の前記内部空間が、前記第２管と前記第３管の間の前記空間と連通されていることを特徴とする請求項２４に記載のヒータ。
【請求項２７】
前記熱線に電力を供給する端子部と、
前記端子部を絶縁する絶縁部とをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２８】
前記第２管の端部に設けられかつ前記熱線と連結される固定キャップをさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のヒータ。
【請求項２９】
前記端子部が、
前記第１管上に設けられかつ外部電源と連結される導電管と、
前記導電管を前記ヒータの固定キャップに密着させる固定ナットとを含むことを特徴とする請求項２７に記載のヒータ。
【請求項３０】
前記絶縁部が、内部に空間を形成しかつ前記端子部を取り囲む絶縁キャップを含み、
前記絶縁キャップの１つの側面には、溝が形成されていることを特徴とする請求項２７に記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッチ式熱処理装置及び該装置に適用されるヒータに関し、より詳細には、複数枚の基板を面内の温度が均一になるように同時に熱処理することができ、熱処理工程終了後に熱処理装置のチャンバ内部を迅速に冷却できるように冷却用ガスが流れるようにしたバッチ式熱処理装置及び該装置に適用されるヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、平板ディスプレイ及び太陽電池の製造に使用されるアニーリング装置は、シリコンウエハやガラス等の基板上に蒸着された所定の薄膜に対して、結晶化、相変化などの工程のために必須の熱処理過程を担う装置である。
【０００３】
代表的なアニーリング装置の例として、液晶ディスプレイや薄膜型結晶質シリコン太陽電池の製造において、ガラス基板上に蒸着された非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化させるシリコン結晶化装置を挙げることができる。
【０００４】
このような結晶化工程（熱処理工程）を行うには、所定の薄膜が形成された基板を加熱することができる熱処理装置を備えなければならない。例えば、非晶質シリコンの結晶化には、最低５５０〜６００℃の温度が必要とされる。
【０００５】
通常、熱処理装置には、基板を１枚ずつ熱処理する枚葉式と、複数枚同時に熱処理するバッチ式とがある。枚葉式は、装置の構成が簡単であるという長所を有する一方で生産性が低下するという短所を有することから、最近の大量生産用としてはバッチ式が脚光を浴びている。
【０００６】
特に、最近では、平板ディスプレイ及び太陽電池用ガラス基板が大面積化するにつれて、前述のような問題がより一層クローズアップされている。従って、複数枚の基板を面内の温度が均一になるように同時に熱処理することができるバッチ式熱処理装置の開発が必要とされている。
【０００７】
また、従来の熱処理装置は、熱処理工程終了後に熱処理装置から基板をアンロードするための所要時間が長く、熱処理工程の生産性を低下させるという問題があった。熱衝撃による基板の損傷を防止するために、熱処理工程終了後に基板をアンロードする前にチャンバ内部を一定の温度以下まで冷却しなければならないが、チャンバ内部の温度を低下させるための所要時間が長いために熱処理工程の生産性が低下するのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、バッチ式熱処理装置において、複数枚の基板を面内の温度が均一になるように同時に熱処理することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、バッチ式熱処理装置において、熱処理工程終了後にチャンバ内部を迅速に冷却させ、平板ディスプレイまたは太陽電池などの製造に必要な熱処理工程の生産性を画期的に向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明は、複数枚の基板を同時に熱処理するために、熱処理の際に各基板が対応する複数のヒータにより加熱されることを特徴とするバッチ式熱処理装置を提供する。
【００１１】
また、前述した目的を達成するために、本発明は、一態様において、複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置であって、複数枚の基板に対して熱処理空間を提供するチャンバと、複数枚の基板を搭載支持するボートと、基板の積載方向に沿って一定間隔で配置され、各々が複数の主ヒータで構成されるような複数の主ヒータユニットとを含み、基板が、複数の主ヒータユニットの間に配置されることを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１２】
基板は、基板ホルダ上に載置された状態でボートに搭載されることができる。
【００１３】
複数の主ヒータは、基板の短辺と平行に一定間隔で配置されることができる。
【００１４】
任意の主ヒータユニットの主ヒータは、該任意の主ヒータユニットに最も隣接する主ヒータユニットの主ヒータと整列して整列されて配置されることができる。
【００１５】
任意の主ヒータユニットの主ヒータは、該任意の主ヒータユニットに最も隣接する主ヒータユニットの主ヒータからずれて配置されることができる。
【００１６】
本発明のバッチ式熱処理装置は、チャンバ内部の熱損失を防止するための複数の補助ヒータユニットをさらに含むことができる。
【００１７】
複数の補助ヒータユニットは、基板の短辺と平行に配置される第１補助ヒータユニットと、基板の長辺と平行に配置される第２補助ヒータユニットとを含むことができる。
【００１８】
第１補助ヒータユニットは、主ヒータユニットの両側に主ヒータと平行に配置される複数の第１補助ヒータで構成され、第２補助ヒータユニットは、主ヒータユニットの両側に主ヒータと垂直に配置される複数の第２補助ヒータで構成されることができる。
【００１９】
本発明のバッチ式熱処理装置は、チャンバ内部を冷却するための複数の冷却管をさらに含むことができる。
【００２０】
冷却管は、基板の短辺方向に沿って複数の主ヒータの間に配置されることができる。
【００２１】
冷却管内には冷却ガスが流れ、冷却管は熱伝導率の高い材質からなることができる。
【００２２】
本発明のバッチ式熱処理装置は、チャンバ内部にプロセスガスを供給するガス供給部と、チャンバ内部から排ガスを排出するガス排出部とをさらに含むことができる。
【００２３】
ガス供給部は、プロセスガスが流出する複数の第１ガス孔が形成されたガス供給管を含み、ガス排出部は、排ガスが流入する複数の第２ガス孔が形成されたガス排出管を含むことができる。
【００２４】
また、前述した目的を達成するために、本発明は、他の態様において、複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、ヒータ内部に冷却用ガスが流れる空間を含むことを特徴とするヒータを提供する。
【００２５】
また、前述した目的を達成するために、本発明は、他の態様において、複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、第１管と、第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管と、第１管内に挿入される発熱体とを含み、第１管と第２管の間の空間を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータを提供する。
【００２６】
発熱体は、両端部の断面積が中央部の断面積より大きい。
【００２７】
発熱体は、第１管または第２管から分離可能である。
【００２８】
また、前述した目的を達成するために、本発明は、他の態様において、複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、第１管と、第１管の外周面上に巻かれたコイル型熱線と、第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管とを含み、第１管の中央空間を通って冷却用ガスが流れるようにすることができるヒータを提供する。
【００２９】
さらに、前述した目的を達成するために、本発明は、他の態様において、複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、第１管と、第１管の外周面上に巻かれたコイル型熱線と、第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管と、第２管と一定の間隔をおいて該第２管を取り囲む第３管とを含み、第１管の中央空間または第２管と第３管の間の空間の少なくとも一方を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータを提供する。
【００３０】
熱線のピッチは、第１管上の位置に関係なく同一であるか、または第１管上の位置によって変更され得る。
【００３１】
コイル型熱線が巻かれた第１管は、第２管または第３管から分離可能である。
【００３２】
第３管の両端部に、該第３管を冷却する冷却水が流れる第１冷却部を設けることができる。
【００３３】
第３管の両端部に、第２管と第３管の間の空間を通して冷却用ガスを流すための第２冷却部をさらに設けることができる。
【００３４】
第１冷却部は、内部に空間を形成する第１本体と、第１本体の内部空間に冷却水を流入させるための冷却水流入管と、第１本体の内部空間から冷却水を流出させるための冷却水流出管とを含むことができる。
【００３５】
第２冷却部は、内部に空間を形成する第２本体と、第２本体の内部空間と連通されているガス管とを含み、第２本体の内部空間は、第２管と第３管の間の空間と連通されることができる。
【００３６】
本発明のヒータは、熱線に電力を供給する端子部と、端子部を絶縁する絶縁部とをさらに含むことができる。
【００３７】
本発明のヒータは、第２管の端部に設けられかつ熱線と連結される固定キャップをさらに含むことができる。
【００３８】
端子部は、第１管上に設けられかつ外部電源と連結される導電管と、導電管をヒータの固定キャップに密着させる固定ナットとを含むことができる。
【００３９】
絶縁部は、内部に空間を形成しかつ端子部を取り囲む絶縁キャップを含み、絶縁キャップの１つの側面には溝が形成されている。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、チャンバ内にロードされる基板を、各基板に対応する複数のヒータにより加熱することによって、基板を面内の温度が均一になるように同時に熱処理する効果がある。
【００４１】
また、本発明によれば、複数枚の基板に対して同時に熱処理を行うことが可能であるので、平板ディスプレイ及び太陽電池の生産性を向上させる効果がある。
【００４２】
また、本発明によれば、ヒータ内部に冷却用ガスが流れる空間が設けられ、熱処理工程終了後に熱処理装置のチャンバ内部を迅速に冷却するので、基板のアンロード過程の所要時間が短縮され、平板ディスプレイまたは太陽電池などの製造に必要な熱処理工程の生産性を画期的に向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示したバッチ式熱処理装置でカバーを開放した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置の基板、主ヒータユニット及び補助ヒータユニットの配置状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置のボートの構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置のガス供給管とガス排出管の構成を示す斜視図である。
【図６】図５のガス供給管の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置における主ヒータの配列形態の一例を示す図面である。
【図８】本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置における主ヒータの配列形態の別の例を示す図面である。
【図９】本発明の一実施形態に係るヒータの構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るヒータの構成を示す断面斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るヒータの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るヒータの端部に第１及び第２冷却部、端子部及び絶縁部が設けられた状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るヒータの端部に設けられる第１及び第２冷却部の構成を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るヒータの端部に設けられる端子部及び絶縁部の構成を示す分解斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る導電管の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る導電管の構成を示す側面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る導電管の構成を示す平面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る第１保護ナットの構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る第１保護ナットの構成を示す側面図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る第２保護ナットの構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る第２保護ナットの構成を示す平面図である。
【図２２】本発明の一実施形態に係る第２保護ナットの構成を示す側面図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係る絶縁キャップの構成を示す斜視図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る絶縁キャップの構成を示す平面図である。
【図２５】本発明の一実施形態に係る絶縁キャップの構成を示す側面図である。
【図２６】本発明の別の実施形態に係るヒータの構成を示す断面斜視図である。
【図２７】本発明の別の実施形態に係るヒータの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、添付した図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００４５】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置１の構成を示す斜視図である。参考のために、図１及び図２において、主ヒータ２００の外形は便宜上概略的に示したものであり、バッチ式熱処理装置１における主ヒータ２００の配列形態を示している。
【００４６】
図３は、本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置１における基板１０、主ヒータユニット１２０及び補助ヒータユニット１４０の配置を示す斜視図である。
【００４７】
まず、バッチ式熱処理装置１にロードされる基板１０は、特に制限はなく、ガラス、プラスチック、ポリマー、シリコンウエハ、ステンレス鋼などの材質を使用することができる。以下では、ＬＣＤやＯＬＥＤ等の平板ディスプレイや薄膜型シリコン太陽電池分野で最も一般的に使用される長方形のガラス基板を想定して説明する。
【００４８】
図１に示すように、バッチ式熱処理装置１は、熱処理空間を提供する直六面体のチャンバ１００と、チャンバ１００を支持するフレーム１０２とを含んで構成されている。チャンバ１００及びフレーム１０２の材質はステンレス鋼が好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００４９】
チャンバ１００の１つの側面には、チャンバ１００内に基板１０（図４）をロードするために上下方向に開閉されるドア１０４が設けられている。ドア１０４が開放されている状態で、トランスファアーム等の基板搬送装置（図示せず）を利用して、チャンバ１００内に基板１０をロードすることができる。一方、熱処理終了後に、ドア１０４を通してチャンバ１００から基板１０をアンロードすることもできる。ドア１０４の材質はステンレス鋼が好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００５０】
チャンバ１００の上面には、カバー１０６が開閉可能に設けられており、カバー１０６は、チャンバ１００内に設置される部品、例えば、ボート１０８、ガス供給管１６０、ガス排出管１７０（図５）などのメンテナンス及び交換の際に利用される。カバー１０６の材質は石英が好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００５１】
チャンバ１００の内部には、基板１０を直接加熱するための主ヒータユニット１２０と、チャンバ１００内部の熱損失防止のための補助ヒータユニット１４０と、熱処理終了後にチャンバ１００内部を迅速に冷却するための冷却管１８０とが設置されている。
【００５２】
図２に示すように、主ヒータユニット１２０は、基板１０の短辺と平行に一定間隔で配置された複数の主ヒータ２００を含む。主ヒータ２００は、標準的な長寸の棒状をなすヒータであり、石英管内部に発熱体が挿入されたもので、その両端部に設けられた端子を介して外部から電力が供給されて発熱するような、主ヒータユニット１２０を構成する個々の構成要素である。本実施形態において、主ヒータユニット１２０は１４個の主ヒータ２００で構成されているが、主ヒータユニット１２０を構成する主ヒータ２００の数は、チャンバ１００内にロードされる基板１０のサイズによって多様に変更することができる。
【００５３】
主ヒータユニット１２０は、基板１０の積載方向に沿って一定間隔で複数配置される。基板１０は、複数の主ヒータユニット１２０の間に配置される。本実施形態においては、３枚の基板１０が４個の主ヒータユニット１２０の間に配置される構成を示しているが、主ヒータユニット１２０の数は、チャンバ１００内にロードされる基板１０の枚数によって多様に変更することができる。
【００５４】
基板１０は、主ヒータユニット１２０間の中央に位置することが好ましい。また、基板１０と主ヒータユニット１２０の間は、チャンバ１００内に基板１０をロードする際、基板搬送装置のトランスファアームの挙動に干渉しない程度に離間していることが好ましい。
【００５５】
このように、バッチ式熱処理装置１０において、基板１０の上方及び下方に、基板１０の面積全体を覆うことができる１４本の主ヒータ２００で構成される主ヒータユニット１２０がそれぞれ設けられる。従って、基板１０は、２８本の主ヒータ２００によって基板面内の温度が均一になるように加熱され、均一に熱処理されることができる。
【００５６】
また、図２に示すように、補助ヒータユニット１４０は、基板１０の短辺方向に沿って平行に配置される第１補助ヒータユニット１４０ａと、基板１０の長辺方向に沿って配置される第２補助ヒータユニット１４０ｂを含む。
【００５７】
第１補助ヒータユニット１４０ａは、主ヒータユニット１２０の両側に主ヒータと平行に配置される複数の第１補助ヒータ１５０ａを含む。本実施形態では、第１補助ヒータユニット１４０ａは、主ヒータユニット１２０と同一の列をなすことができるように、４個の主ヒータユニット１２０の両側にそれぞれ１本、合計８本の第１補助ヒータ１５０ａで構成されているが、第１補助ヒータユニット１４０ａを構成する第１補助ヒータ１５０ａの数は、チャンバ１００に設けられる主ヒータユニット１２０の数によって多様に変更することができる。一方、本発明では、補助ヒータユニットの設置による効果をより高めるために、第１補助ヒータユニット１４０ａは、４個の主ヒータユニット１２０の両側にそれぞれ２本配置された合計１６本の第１補助ヒータ１５０ａで構成されることもできる。
【００５８】
第２補助ヒータユニット１４０ｂは、主ヒータユニット１２０の両側に主ヒータ２００と垂直に配置される複数の第２補助ヒータ１５０ｂからなる。本実施形態では、主ヒータユニット１２０が、第２補助ヒータユニット１４０ｂを構成する複数の第２補助ヒータ１５０ｂの間に配置されるように、第２補助ヒータユニット１４０ｂは、４個の主ヒータユニット１２０の両側に１本ずつ配置された合計１０本の第２補助ヒータ１５０ｂで構成されているが、第２補助ヒータユニット１４０ｂを構成する第２補助ヒータ１５０ｂの数は、チャンバ１００に設けられる主ヒータユニット１２０の数によって多様に変更することができる。主ヒータユニット１２０は、複数の第２補助ヒータユニット１４０ｂの間の中央に位置することが好ましい。
【００５９】
第１補助ヒータ１５０ａ及び第２補助ヒータ１５０ｂは、前述の主ヒータ２００と同様に、標準的な長寸の棒状をなすヒータを使用することが好ましい。
【００６０】
このように、バッチ式熱処理装置１には、主ヒータユニット１２０の４つの側辺に、８本の第１補助ヒータ１５０ａで構成される第１補助ヒータユニット１４０ａと、１０本の第２補助ヒータ１５０ｂで構成される第２補助ヒータユニット１４０ｂとが設けられるので、主ヒータユニット１２０の４つの側辺は１８本の補助ヒータ１５０ａ、１５０ｂから熱を受けることになり、主ヒータユニット１２０の４つの側辺が外部環境に接することにより不可避的に発生するチャンバ１００内部の熱損失を防止することができる。
【００６１】
前述のようなバッチ式熱処理装置１において、基板１０、主ヒータユニット１２０及び補助ヒータユニット１４０の配置状態を図３に示した。なお、図３においては、４個の主ヒータユニット１２０の両側に第１補助ヒータ１５０ａが２本ずつ配置される実施形態を示している。
【００６２】
また、図２に示すように、冷却管１８０が、主ヒータユニット１２０を構成する主ヒータ２００の間毎に配置される。本実施形態において、冷却管１８０は、４個の主ヒータユニット１２０を構成する５６本の主ヒータ２００の間毎に合計５２本が設けられる構成を例示しているが、冷却管１８０の数は、チャンバ１００内に設けられる主ヒータユニット１２０及び主ヒータ２００の数によって多様に変更することができる。また、冷却管１８０は、必ずしも主ヒータ２００の間毎に配置される必要はなく、チャンバ１００の内部を適切に冷却することができるならば、一部の主ヒータ２００間では冷却管１８０を省略することもできる。
【００６３】
このように、バッチ式熱処理装置１に冷却管１８０が設けられるので、熱処理終了後に、チャンバ１００の内部の熱が冷却管１８０を通じてチャンバ１００の外部に伝達され、チャンバ１００の内部を迅速に冷却することができる。熱処理終了後にチャンバ１００の内部が所定の温度以下まで冷却されなければ基板１０のアンロード作業は行われないので、冷却管１８０の作動によりチャンバ１００の内部を迅速に冷却することができれば、平板ディスプレイ及び太陽電池の生産性は大幅に向上するであろう。
【００６４】
冷却管１８０は、熱伝導率の高い材質、例えば、銅、ステンレス鋼などからなることが好ましい。冷却管１８０の内部には、冷却用ガスまたは冷却用液体が供給される。冷却用ガスとしては、空気、ヘリウム、窒素、アルゴンが使用される。冷却用液体としては、水が使用され得る。冷却用ガスまたは冷却用液体の温度は概ね常温であることが好ましいが、必要に応じて常温以下に冷却したガスや液体を使用することもできる。
【００６５】
図４は、本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置１のボート１０８の構成を示す斜視図である。
【００６６】
図４に示すように、チャンバ１００の内部には、チャンバ１００内にロードされた基板１０を支持するための複数のボート１０８が設けられる。ボート１０８は、基板１０の長辺側を支持できるように設けられることが好ましい。本実施形態において、ボート１０８は、基板１０の２つの長辺側に３個ずつ、合計６個設けられているが、基板１０を安定して支持するために、それ以上の数のボートを設けることもでき、基板１０のサイズによって多様に変更することができる。ボート１０８の材質は、石英であることが好ましい。
【００６７】
また、図４に示すように、基板１０は、ホルダ１２上に載置された状態でボート１０８に搭載されることが好ましい。熱処理工程中に熱処理温度がガラス基板の軟化温度に達すると、基板の自重により基板が下方に湾曲する現象が発生する。このような湾曲現象は、特に、基板の大面積化によってより大きな問題になる。このような問題を解決するために、基板１０をホルダ１２に搭載した状態で熱処理を行う。
【００６８】
図５は、本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置１のガス供給管１６０とガス排出管１７０の構成を示す斜視図である。図６は、図５に示したガス供給管１６０の構成を示す図面である。
【００６９】
これらの図に示すように、チャンバ１００内には、熱処理雰囲気を発生させるための雰囲気ガスをチャンバ１００内に供給するために、雰囲気ガスが流出する複数の第１ガス孔１６２が形成された棒状のガス供給管１６０と、雰囲気排ガスが流入する複数の第２ガス孔（図示せず）が形成された棒状のガス排出管１７０とがそれぞれ設けられる。ガス供給管１６０及びガス排出管１７０は、基板１０の長辺側に対向して配置されることが好ましい。雰囲気ガスとしては、窒素、アルゴンなどが使用される。
【００７０】
本実施形態においては、ガス供給管１６０及びガス排出管１７０が各４本設けられる構成を例示したが、ガス供給管１６０及びガス排出管１７０の数は、基板１０のサイズによって多様に変更されることができる。
【００７１】
ガス供給管１６０に形成される第１ガス孔１６２の位置は、噴出される雰囲気ガスが基板１０に直ぐに接触できるように、できるだけ基板１０に近接していることが好ましい。従って、第１ガス孔１６２の数は、チャンバ１００内にロードされる基板１０と同数であることが好ましい。ガス排出管１７０に形成される第２ガス孔（図示せず）についても同様である。
【００７２】
図７及び図８は、本発明の一実施形態に係るバッチ式熱処理装置１の主ヒータ２００の配列形態を示す図面である。本発明では、必要によって主ヒータユニット１２０の主ヒータ２００の配列を多様に変更することができる。
【００７３】
図７は、図１及び図２を参照して説明した本実施形態で採択した主ヒータユニット１２０間の主ヒータ２００の配列形態を示す図面である。図に示すように、いずれか１つの主ヒータユニット１２０を構成する主ヒータ２００は、当該主ヒータユニット１２０と隣接する主ヒータユニット１２０ｂを構成する主ヒータ２００と整列して配置されることができる。
【００７４】
一方、図８に示すように、いずれか１つの主ヒータユニット１２０を構成する主ヒータ２００は、当該主ヒータユニット１２０と隣接する主ヒータユニット１２０ｂを構成する主ヒータ２００からずれて配置されることができる。例えば、図８において、主ヒータユニット１２０ａを構成する主ヒータ２００は、主ヒータユニット１２０ｂを構成する主ヒータ２００間の中間の位置に整列される。図８に示すように、主ヒータユニット１２０間の主ヒータ２００の配列形態を変更することによって、チャンバ１００内にロードされた基板１０を、基板面内の温度がより均一になるように熱処理することができる。
【００７５】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るバッチ式熱処理装置１の動作について説明する。
【００７６】
まず、図１に示すように、作業者が、チャンバ１００の１つの側面に設けられたドア１０４を、下方に移動させて開放する。
【００７７】
次に、基板１０をホルダ１２上に搭載した状態で基板搬送装置のトランスファアーム（図示せず）上面に載置し、トランスファアームを移動させてチャンバ１００内に基板をロードする。
【００７８】
チャンバ１００内にロードされる基板１０は、図４に示すように、チャンバ１００内に設置されたボート１０８に順に積載される。本実施形態では、３枚の基板１０がボート１０８に搭載される。
【００７９】
次に、基板１０がボート１０８に搭載されたら、ドア１０４を上方に移動させてチャンバ１００の内部を外部環境と隔離し、その後、主ヒータユニット１２０に電力を印加して基板１０を熱処理する。
【００８０】
チャンバ１００内に設けられた４個の主ヒータユニット１２０は、基板１０の上方及び下方に所定の距離をおいて離間した位置に設けられており、各主ヒータユニット１２０は、一定間隔で配置された１４本の主ヒータ２００からなっているので、基板１０は面内の温度が均一になるように加熱され、均一に熱処理される。
【００８１】
一方で、主ヒータユニット１２０の４つの側辺に設けられた第１補助ヒータユニット１４０ａ及び第２補助ヒータユニット１４０ｂを作動させて、熱処理工程中に発生するチャンバ１００の内部の熱損失を防止する。これによって、基板１０を面内の温度がより均一になるように熱処理することができる。
【００８２】
実際に熱処理を行う前に、チャンバ１００内に熱処理雰囲気を発生させる。このためにガス供給管１６０を通してチャンバ１００内に窒素やアルゴン等の雰囲気ガスを供給する。雰囲気排ガスは、ガス供給管１６０に対向して配置されたガス排出管１７０を通してチャンバ１００の外に排出される。
【００８３】
熱処理過程が完了したら、チャンバ１００の内部を迅速に冷却する。冷却のために、冷却管１８０からチャンバ１００内にヘリウム、窒素、アルゴン等の冷却用ガスを導入する。冷却用ガスは、チャンバ１００内部を通過しながらチャンバ１００内の熱を吸収し、チャンバ１００内の温度を急激に低下させる。これによって、熱処理工程完了後短時間で基板１０のアンロード作業を行うことができるので、熱処理工程の生産性が向上する。
【００８４】
最後に、チャンバ１００内の温度が適正水準まで低下したら、ドア１０４を開放し、その後、トランスファアームを利用してチャンバ１００から基板１０をアンロードし、熱処理工程が完了する。
【００８５】
前述したように構成されたバッチ式熱処理装置において、主ヒータユニット１２０を構成する主ヒータ（以下、「ヒータ」と呼ぶ）２００は、次のように構成されることができる。
【００８６】
図９は、本発明の一実施形態に係るヒータ２００の構成を示す斜視図である。図に示すように、ヒータ２００は、所定の長さを有する棒状になっている。図９に示すように、ヒータ２００は、発熱体２０２及び被覆材２０４で構成されている。発熱体２０２は、外部からの電力の供給を受けて、基板１０の熱処理に必要な熱を発生させる。発熱体２０２の材質は、カンタル（kanthal）であることが好ましい。被覆材２０４は、発熱体２０２を保護する。被覆材２０４の材質は、石英であることが好ましい。
【００８７】
また、第１及び第２補助ヒータ１５０ａ、１５０ｂは、図９に示したヒータ２００と同じ形状及び構造を有することができる。
【００８８】
図１０及び図１１は、本発明の別の実施形態に係るヒータ２００ａの構成を示す断面斜視図及び断面図である。参考のために、図１０及び図１１において、ヒータ２００ａの両端部の形状及び構造は同一であるので、便宜上、ヒータ２００ａの片側の端部だけを示した。
【００８９】
これらの図に示すように、ヒータ２００ａは全体的に長寸の棒状をなしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ヒータが適用されるバッチ式熱処理装置の仕様によって多様に変更されることができる。
【００９０】
図１０及び図１１に示すように、ヒータ２００ａは、所定の長さを有する第１管２２０と、所定の長さを有しかつ第１管２２０の外周面を取り囲む第２管２４０と、所定の長さを有しかつ第２管２４０の外周面を取り囲む第３管２６０と、第１管２２０の外周面上に一定間隔で巻かれているコイル型熱線２７０とを含んで構成される。
【００９１】
第１管２２０、第２管２４０及び第３管２６０は全て熱処理装置に適用されるので、これらの管の材質は高融点の材質（例えば石英）であることが好ましい。
【００９２】
第１管２２０、第２管２４０及び第３管２６０は、長さが全て実質的に同じであることが好ましい。なお、図に示すように、後述する端子部５００の導電管５１０との連結のために、第１管２２０の長さを第２管２４０及び第３管２６０の長さよりも導電管５１０の長さ分だけ大きくすることもできる。また、第１管２２０、第２管２４０及び第３管２６０は、全て同軸上にあることが好ましいが、必要に応じて、第１管２２０及び第２管２４０は同軸上にあるが、第３管２６０は第１管２２０及び第２管２４０と同軸上にないようにヒータを構成することもできる。
【００９３】
すなわち、第１、第２及び第３管２２０、２４０、２６０の中心軸線が一致するようにヒータ２００ａを構成することもできるが、ヒータ２００ａの動作中に第１及び第２管２２０、２４０の緩みが発生する場合もあり、緩みの程度によっては第１管２２０または第２管２４０が破損する恐れもあるので、これを防止するために、第２管２４０を第３管２６０の中心より下方に配置することによって、動作中に緩みが発生しても第３管２６０に接触して支持されるようにすることが好ましい。
【００９４】
第１管２２０は、外径が約１０ｍｍ、内径が約６ｍｍ、厚さが２ｍｍ程度であるのが好ましい。第１管２２０は、内部に中空空間２２４を有する。
【００９５】
第１管２２０の外周面上には、発熱体に相当する熱線２７０がコイル状に巻かれている。熱線２７０の材質は、ニクロムまたはカンタルのいずれか一方であることが好ましい。
【００９６】
カンタルは、鉄を主原料とする電気抵抗の大きな合金であって、線材に加工して発熱体などに使用され、鉄−クロム−アルミニウム系に属し、標準成分は、クロム２３％、アルミニウム６％であり、その他にコバルト２％を含有する。
【００９７】
熱線２７０は、０．６ｍｍないし０．８ｍｍの直径を有することが好ましい。
【００９８】
熱線２７０を第１管２２０に巻き付ける際、熱線２７０のピッチは発熱量と関係がある。すなわち、熱線２７０のピッチの小さな領域は、ピッチの大きな領域と比較して発熱量が大きい。従って、基板を均一に加熱するためには、ヒータ２００ａの面積全体にわたって発熱量を一定に維持しなければならない。このためには、第１管２２０上の位置に関係なく熱線２７０のピッチを同一に維持することが好ましい。なお、必要に応じて、熱線２７０のピッチを第１管２２０上の位置に応じて変更することもできる。例えば、第１管２２０の中央部側に配置される熱線２７０のピッチよりも第１管２２０の端部側に配置される熱線２７０のピッチを小さくして（すなわち端部側における発熱量を多くして）、ヒータ２００ａの端部側が外部環境に接触することにより発生する熱損失を補充することができる。
【００９９】
熱線２７０の抜け落ちを防止するために、固定キャップ２８０（図１２）を設けることができる。固定キャップ２８０の構成については後述する。
【０１００】
第２管２４０は、第１管２２０と一定の間隔をおいて第１管２２０を取り囲む形態で設けられる。第２管２４０は、外径が約１８ｍｍ、内径が約１４ｍｍ、厚さが２ｍｍ程度であることが好ましい。
【０１０１】
第３管２６０は、第２管２４０と一定の間隔をおいて第２管２４０を取り囲む形態で設けられる。第３管２６０は、外径が約３０ｍｍ、内径が約２２ｍｍ、厚さが４ｍｍ程度で構成されることが好ましい。第２管２４０と第３管２６０の間には、約２ｍｍ程度の間隔を有する空き空間２６４が形成される。
【０１０２】
第１管２２０の端部には、第１管２２０の外周面上に巻かれた熱線２７０に電力を印加できるように、後述する導電管５１０が設けられる。導電管５１０を介しての熱線２７０と外部電源（図示せず）との連結方式については、特に制限はない。この連結方式については当業者に公知であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
一方、ヒータ２００ａは、熱線２７０が巻かれた第１管２２０を第２管２４０または第３管２６０から容易に脱着できるように構成されることが好ましい。これは、ヒータ２００ａの使用中に熱線２７０が短絡するなどの問題が発生した場合に、熱処理装置に装着されたヒータ２００ａから、熱線２７０が巻かれている第１管２２０だけを分離し、これをメンテナンスまたは交換することにより、不具合が発生したヒータ２００ａを簡単にメンテナンスまたは交換することができる。
【０１０４】
一方、ヒータ２００ａは、第１管２２０、第２管２４０及び第３管２６０を基本構成要素として含むが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、全体的な構成の簡略化のために、第３管２６０を省略して構成することもできる。第１管及び第２管のみで構成されるヒータについては後述する。
【０１０５】
前述したように、ヒータ２００ａ内には、冷却用ガスが流れる空間２２４、２６４が含まれている。従って、熱処理装置１で、熱処理工程終了後に、ヒータ２００ａ内の空間２２４、２６４を通して冷却用ガスを流すと、ヒータ２００ａ自体の温度を迅速に下げると共に、チャンバ内の温度を迅速に下げることができる。その結果、熱処理工程終了後に、基板１０のアンロードのためにチャンバ内部の温度を所定温度以下に低下させる過程の所要時間を短縮することができる。従って、平板ディスプレイ及び太陽電池の製造に必要な熱処理工程の生産性を大きく向上させることができる。
【０１０６】
一方、ヒータ２００ａの冷却のために、第１及び第２冷却部３００、４００を設けることができる。また、ヒータ２００ａの動作のために、端子部５００及び絶縁部６００を設けることができる。
【０１０７】
図１２は、本発明の一実施形態に係るヒータ２００ａの端部に、第１及び第２冷却部３００、４００、端子部５００及び絶縁部６００が設けられた状態を示す図面である。
【０１０８】
図１３は、本発明の一実施形態に係るヒータの端部に設けられる第１及び第２冷却部３００、４００の構成を示す分解斜視図である。
【０１０９】
まず、第２管２４０の両端部に固定キャップ２８０を設けることができる。固定キャップ２８０は、第１管２２０の外周面上に巻かれた熱線２７０の抜け落ちを防止する。
【０１１０】
固定キャップ２８０は、所定の長さを有する円筒状に形成される。固定キャップ２８０の一端は、第２管２４０を内側に挿入し、その後密着させることができるように形成され、他端には、第１管２２０と第２管２４０との間に形成された空間２４４を閉鎖できる程度の大きさを有するリング形状の端面が形成される。第２管２４０の端部に固定キャップ２８０を設けることにより、第１管２２０の外周面上に巻かれた熱線２７０は、その一端が固定キャップ２８０に接触して移動が阻まれるので、第１管２２０と第２管２４０の間から外への抜け落ちが防止されることになる。
【０１１１】
固定キャップ２８０は、ＳＵＳ材で形成され、固定キャップ２８０に接触する熱線２７０に外部から電力を印加できることが好ましい。
【０１１２】
第１管２２０は、固定キャップ２８０の中央を貫通して外部に延出し、延出部分の外周面にはネジ山が形成され、後述する端子部５００との連結を容易にする。
【０１１３】
第１冷却部３００は、ヒータ２００ａの端部を冷却する。第１冷却部３００は、冷却水を利用してヒータ２００ａの端部、具体的にはヒータ２００ａを構成する第３管２６０の端部を冷却し、それによって、第３管２６０の熱損失を防止することができる。
【０１１４】
第２冷却部４００は、第２管２４０と第３管２６０の間に形成された空間に冷却ガスを流入させる。冷却用ガスとしては、空気、ヘリウム、窒素、アルゴンを使用することができる。冷却用ガスの温度は概ね常温であることが好ましいが、必要に応じて、常温以下に冷却したガスを使用することもできる。
【０１１５】
第１及び第２冷却部３００、４００は、ヒータ２００ａを構成する第３管２６０の両端部に同じように設けることができる。
【０１１６】
まず、第１冷却部３００の構成について説明する。
【０１１７】
第１冷却部３００は、外部から供給される冷却水を利用して、第３管２６０の端部を冷却する。第１冷却部３００は、ヒータ２００ａを構成する第３管２６０の両端部に設けられる。
【０１１８】
第１冷却部３００は、第１本体３１０、第１本体３１０の一方の側に設けられる冷却水流入管３２０及び冷却水流出管３３０から構成されることができる。
【０１１９】
第１本体３１０には、外部から冷却水が供給される。第１本体３１０は、内部に所定の空間を形成する。第１本体３１０はリング形状に形成され、後述するフランジ３４０によりチャンバ１００に固定できるように、第１本体３１０の外径はフランジ３４０の内径に対応する大きさに形成され、第１本体３１０の内径は第３管２６０の外径に対応する大きさに形成されることができる。
【０１２０】
第１本体３１０の一端はチャンバ１００の外壁に密着されるので、チャンバ１００に密着される端部にＯリング３１２を配置してガス漏れ等の防止を図ることが好ましい。
【０１２１】
冷却水流入管３２０及び冷却水流出管３３０は、第１本体３１０内部に形成された空間への冷却水の流入及び流出を可能にし、それによって第３管２６０の端部を冷却することができる。冷却水流入管３２０及び冷却水流出管３３０は、それぞれ第１本体３１０の中心線に対して所定の距離を置いて互いから離間して設けられることができる。
【０１２２】
第１冷却部３００が設けられたヒータ２００ａの両端部には、ヒータ２００ａの第２管２４０と第３管２６０の間の空間２６４に冷却用ガスを流すための第２冷却部４００を設けることができる。
【０１２３】
次に、第２冷却部４００の構成について説明する。
【０１２４】
第２冷却部４００は、内部に空間を形成するリング形状の第２本体４１０と、第２本体４１０の一方の側に設けられかつ第２本体４１０の内部に形成された空間と連通されているガス管４２０とで構成される。
【０１２５】
第２本体４１０の一端は、第２管２４０と第３管２６０の間に形成された空間２６４と連通できるように開いている。従って、ガス管４２０から流入した冷却用ガスは、第２本体４１０を通って空間２６４に流入することができ、冷却後には再び第２本体４１０を通って外に排出されることができる。
【０１２６】
第２冷却部４００は、第３管２６０の両端部に設けられるので、冷却用ガスは、第３管２６０の一端に設けられた第２冷却部４００のガス管４２０から供給された後、空間２６４を通過して、第３管２６０の他端に設けられた第２冷却部４００のガス管４２０から排出されることができる。
【０１２７】
続いて、第１及び第２冷却部３００、４００の設置過程について説明する。
【０１２８】
第１冷却部３００は、フランジ３４０により、チャンバ１００の外面に密着して固定されることができる。このとき、第１冷却部３００をチャンバ１００の外壁に容易に固定できることが好ましい。従って、フランジ３４０により第１冷却部３００を容易に固定するために、フランジ３４０の一端と第１本体３１０の一端とが互いに係合可能であるように構成されることが好ましい。
【０１２９】
フランジ３４０は、チャンバ１００の外壁に密着された状態でボルト固定されることができる。第１冷却部３００をチャンバ１００の外部に堅固に固定できるならば、フランジ３４０とチャンバ１００の固定方式には特に制限はなく、ボルトによる固定方式以外にも多様な方法により固定することができる。
【０１３０】
第１冷却部３００がフランジ３４０によりチャンバ１００に固定された状態で、第１冷却部３００と第３管２６０の固定状態を堅固にするために、第１本体３１０と第３管２６０の間に形成された空間にはカラー（collar）３５０を設けることができ、カラー３５０の両端部にはＯリング３５２を配置することができる。また、カラー３５０の一端にヒータカバー３６０を配置することができる。
【０１３１】
カラー３５０及びＯリング３５２は、第１本体３１０と第３管２６０の間の隙間を密閉し、それによってチャンバ１００内部へのガスの流入を防止できるので、チャンバ１００内部を容易に真空に維持することができる。
【０１３２】
ヒータカバー３６０は、第３管２６０と第１本体３１０とを堅固に固定することができる。ヒータカバー３６０は、第１本体３１０の一端にボルトで固定されることができる。ヒータカバー３６０の固定状態を堅固に維持するために、カラー３５０及びヒータカバー３６０の外径は、第１本体３１０の内周面に密着される大きさに形成されることが好ましい。
【０１３３】
第１冷却部３００の設置完了後に、固定キャップ２８０を貫通して延出している第１管２２０の端部に第２本体４１０を設け、該端部に後述する端子部５００を螺合し、該端子部５００を第２本体４１０の一端に密着させることによって、第２冷却部４００を固定させる。第２冷却部４００の固定のために、ヒータカバー３６０及び第２本体４１０もボルトで結合することが好ましい。
【０１３４】
次に、端子部５００及び絶縁部６００の設置過程について説明する。
【０１３５】
図１４は、本発明の一実施形態に係るヒータ２００ａの端部に設けられる端子部５００及び絶縁部６００の構成を示す分解斜視図である。
【０１３６】
まず、端子部５００の構成について説明する。
【０１３７】
端子部５００は、導電管５１０及び第１固定ナット５２０で構成することができる。
【０１３８】
図１５、図１６及び図１７は、本発明の一実施形態に係る導電管５１０の構成を示す図面である。
【０１３９】
図１５、図１６及び図１７に示すように、導電管５１０は、一端が固定キャップ２８０の端部と接触し、外部の電力線が連結される。導電管５１０は、第１管２２０の端部に螺合されることができる。導電管５１０は、固定キャップ２８０に容易に電力を印加できるように、固定キャップ２８０同様にＳＵＳ材で形成されることができる。導電管５１０に連結された電力線は、導電管５１０の１つの側面に溶接により連結することもできるが、後述する第１固定ナット５２０と導電管５１０の間に電力線の端部を配置して連結することもできる。
【０１４０】
第１固定ナット５２０は、導電管５１０と固定キャップ２８０との連結状態が維持できるように、導電管５１０の一端を圧着する。第１固定ナット５２０は、第１管２２０に端部に螺合される。第１固定ナット５２０は、石英材で形成され得る。第１固定ナット５２０は一般的なナットと構成が同じであるので、これについての詳細な図示や説明は省略する。
【０１４１】
図１８及び図１９は、本発明の一実施形態に係る第１保護ナット５３０の構成を示す図面である。また、図２０、図２１及び図２２は、本発明の一実施形態に係る第２保護ナット５４０の構成を示す図面である。
【０１４２】
第１及び第２保護ナット５３０、５４０は、導電管５１０が第１管２２０の端部に結合された状態で外部から伝達される衝撃により導電管５１０または第１管２２０が損傷することを防止する。第１及び第２保護ナット５３０、５４０は、固定キャップ２８０と絶縁キャップ６１０の間に、導電管５１０の外周面を取り囲む形態で設けられることができる。
【０１４３】
熱線２７０に電力を印加するために設けられる端子部５００に対して、漏電防止や他の導電体との接触防止のために、絶縁部６００が設けられることが好ましい。
【０１４４】
次に、絶縁部６００の構成について説明する。
【０１４５】
絶縁部６００は、絶縁キャップ６１０及び第２固定ナット６３０を含んで構成することができる。
【０１４６】
図２３、図２４及び図２５は、本発明の一実施形態に係る絶縁キャップ６１０の構成を示す図面である。
【０１４７】
図２３、図２４及び図２５に示すように、絶縁キャップ６１０は、導電管５１０を電気的に絶縁する役割を果たす。第１管２２０の端部に導電管５１０及び第１固定ナット５２０を結合し、その後、絶縁キャップ６１０を螺合することができる。このとき、絶縁キャップ６１０の内部に形成された空間内に導電管５１０及び第１固定ナット５２０が配置されるようにし、その内周面は、導電管５１０及び第１固定ナット５２０から離間していることが好ましい。
【０１４８】
絶縁キャップ６１０の１つの側面には溝６２０が形成され、この溝６２０を通って、絶縁キャップ６１０内の導電管５１０に電力を印加するための電力線を設けることができる。絶縁キャップ６１０は、石英を使用して製作することが好ましい。
【０１４９】
第２固定ナット６３０は、絶縁キャップ６１０が第１管２２０に設けられた後に、絶縁キャップ６１０の連結状態を維持する役割を果たす。第２固定ナット６３０は、第１管２２０の終端部に設けられることができる。
【０１５０】
前述の如く構成された第１及び第２冷却部３００、４００、端子部５００及び絶縁部６００は、次の通り作動することができる。
【０１５１】
チャンバ１００内にロードされた基板を、複数のヒータ２００ａを用いて加熱し、熱処理する。ヒータ２００ａの発熱のために供給される電力は、端子部５００を介してヒータ２００ａの熱線２７０に供給されるので、ヒータ２００ａの動作を持続的に維持することができ、絶縁部６００により電力供給中の漏電を防止することができる。
【０１５２】
ヒータ２００ａを作動させて熱処理を行っている途中、ヒータ２００ａの両端部に設けられた第１冷却部３００を利用してヒータ２００ａの両端部に冷却水を流入させ、ヒータ２００ａの端部を冷却することができる。
【０１５３】
熱処理工程終了後に、ヒータ２００ａの両端部に設けられた第２冷却部４００を利用してヒータ２００ａ内の空間２６４を通して冷却用ガスを流すことにより、ヒータ２００ａ自体の温度を迅速に低下させると共に、チャンバ１００内部の温度を迅速に低下させることができる。従って、本発明に係る熱処理装置１及びヒータ２００ａは、熱処理工程終了後に、基板１０のアンロードのために、チャンバ１００内部の温度を所定温度以下に低下させる所要時間を短縮することができる。従って、平板ディスプレイ及び太陽電池の製造に必要な熱処理工程の生産性を大きく向上させることができる。
【０１５４】
一方、ヒータ２００ａの連続的な使用により、第１管２２０、第２管２４０、第３管２６０のうちいずれか１本の管に損傷が発生する恐れがある。熱処理を連続的に行うためには、損傷した管を交換する必要があり、次のようなステップを通じて交換作業を行う。
【０１５５】
第１管２２０及び第２管２４０を交換する手順は、次の通りである。
【０１５６】
まず、絶縁部６００を外す。そして、第１管２２０の端部に設けられた端子部５００において第１管２２０と螺合されている導電管５１０を取り外し、第１管２２０の固定を解除することにより、第１管２２０を交換することができる。以後、固定キャップ２８０及び第２冷却部４００を外すことにより、第２管２４０を分離することができる。このようにして第１管２２０または第２管２４０のうち交換の必要な管を新しい管と交換し、その後、分解と逆の手順をたどって組立てを行う。
【０１５７】
第３管２６０を交換する手順は、次の通りである。
【０１５８】
まず、第１管２２０及び第２管２４０を交換するための端子部５００及び第２冷却部４００の取外しは、前述したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１５９】
端子部５００及び第２冷却部４００が取り外された状態では、第３管２６０の端部に対する固定も解除されているので、この状態でカラー３５０、Ｏリング３５２及びヒータカバー３６０を外すことによって、第３管２６０を新しい管と交換することができる。第３管２６０の交換作業の際、第１本体３１０をチャンバ１００に固定するフランジ３４０を外すこともできるが、フランジ３４０をチャンバ１００の両端部に再設置する際、両フランジ３４０を一直線上に整列する作業には長い時間が掛かるので、フランジ３４０を外さないことが好ましい。
【０１６０】
第３管２６０を新しい管と交換した後に、分解と逆の手順をたどって組立てを行い、ヒータ２００ａを完成させる。
【０１６１】
このように、本発明のヒータ２００ａは、ヒータ２００ａを構成する管のうちの１本が損傷した場合に、損傷した１本の管だけを交換することができるので、ヒータの維持管理が容易である。
【０１６２】
図２６及び図２７はそれぞれ、本発明の別の実施形態に係るヒータ２００ｂの構成を示す断面斜視図及び断面図である。参考に、図２６及び図２７において、ヒータ２００ｂの両端部の形状及び構造は同じなので、便宜上、ヒータ２００ｂの片側の端部だけを示した。
【０１６３】
これらの図に示すように、ヒータ２００ｂは全体的に長寸の棒状をなしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ヒータが適用されるバッチ式熱処理装置の仕様によって多様に変更することができる。
【０１６４】
図２６及び図２７に示すように、ヒータ２００ｂは、所定の長さを有する第１管２２０ｂと、所定の長さを有しかつ第１管２２０ｂを囲繞する第２管２４０ｂと、第１管２２０ｂ内部に挿入される発熱体２７０ｂとを含んで構成される。
【０１６５】
第１管２２０ｂ及び第２管２４０ｂは、熱処理装置に適用されるので、これらの管の材質は高融点の材質（例えば石英）であることが好ましい。
【０１６６】
第１管２２０ｂ及び第２管２４０ｂは、長さが実質的に同じであり、同軸上にあることが好ましい。第１管２２０ｂは、外径が約１０ｍｍ、内径が約６ｍｍ、厚さが２ｍｍ程度であることが好ましい。第２管２４０ｂは、第１管２２０ｂと一定の間隔をおいて該第１管を取り囲むように設けられる。第２管２４０ｂは、外径が約１８ｍｍ、内径が約１４ｍｍ、厚さが２ｍｍ程度であることが好ましい。第１管２２０ｂと第２管２４０ｂの間には、約２ｍｍ程度の間隔を有する空き空間２４６ｂが形成される。
【０１６７】
第１管２２０ｂの内部には、発熱体２７０ｂが挿入される。発熱体２７０ｂは棒状を有することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。発熱体２７０ｂの材質は、カンタルであることが好ましい。
【０１６８】
発熱体２７０ｂを第１管２２０ｂに挿入する際、第１管２２０ｂの内周面と発熱体２７０ｂの外周面とは、互いから少し離間していることが好ましい。その理由は、万一、第１管２２０ｂの内周面と発熱体２７０ｂの外周面とが接触してしまうと、熱処理工程中に第１管２２０ｂと発熱体２７０ｂとの熱膨脹係数の差によって第１管２２０ｂが破損する恐れがあるためである。従って、第１管２２０ｂの内周面と発熱体２７０ｂの外周面との離間距離は、発熱体２７０ｂの熱膨脹係数を考慮して決定することが好ましい。
【０１６９】
発熱体２７０ｂの端部には、発熱体２７０ｂに電力を印加できるように、導電管５１０ｂが設けられている。導電管５１０ｂを介して発熱体２７０ｂと外部電源（図示せず）とを連結する方式には特に制限はなく、これについての詳細な説明は省略する。
【０１７０】
一方、前述したように、発熱体２７０ｂの端部は外部電源と連結されるので、発熱体２７０ｂと外部電源との連結手段、例えば導線（銅線）などを、発熱体２７０ｂから発生する熱から保護する必要がある。このために、発熱体２７０ｂの直径を発熱体２７０ｂの中央部と端部とで異なる大きさにすることができる。
【０１７１】
すなわち、図２７に示すように、発熱体２７０ｂの断面積が中央部より両端部において大きくなるように発熱体２７０ｂが構成されることが好ましい。発熱体２７０ｂの発熱量は発熱体２７０ｂの断面積に反比例するので、発熱体２７０ｂの端部の断面積を増大させると発熱体２７０ｂの端部の発熱量が小さくなり、発熱体２７０ｂと外部電源との連結手段の熱による損傷を防止できる。
【０１７２】
本発明に係るヒータ２００ｂは、ヒータ２００ｂの内部を通って冷却用ガスが流れるように、第１管２２０ｂと第２管２４０ｂの間に空間２４４ｂを有する構造を特徴とする。すなわち、ヒータ２００ｂ内部の空間２４４ｂを通って冷却用ガスが流れることになる。空間２４４ｂを通って冷却用ガスが流れるようにする方式には特に制限はなく、これについての詳細な説明は省略する。冷却用ガスとしては、空気、ヘリウム、窒素、アルゴンを使用することができる。冷却用ガスの温度は概ね常温であることが好ましいが、必要に応じて常温以下に冷却したガスを使用することもできる。
【０１７３】
一方、ヒータ２００ｂは、第１管２２０ｂまたは第２管２４０ｂから発熱体２７０ｂを容易に脱着できるように構成されることが好ましい。これにより、ヒータ２００ｂの使用中に発熱体２７０ｂが短絡するなどの問題が発生した場合に、熱処理装置に装着されているヒータ２００ｂから発熱体２７０ｂだけを分離してメンテナンスまたは交換することにより、不具合が発生したヒータ２００ｂを簡単にメンテナンスまたは交換できるという利点がある。
【０１７４】
図２６及び図２７に示したヒータ２００ｂは、前述したヒータ２００、２００ａと同じように使用することができる。また、ヒータ２００ｂの両端部に第１及び第２冷却部３００、４００、端子部５００及び絶縁部６００を設けることができ、これらの構成及び作用についても前述したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明によれば、チャンバ内にロードされた基板を、各基板に対応する複数のヒータにより加熱することによって、基板を面内の温度が均一になるように熱処理することができる。また、複数枚の基板を同時に熱処理することができるので、平板ディスプレイ及び太陽電池の生産性を向上させることができる。さらに、ヒータ内部に冷却用ガスの流れる空間が設けることにより、熱処理工程終了後に熱処理装置のチャンバ内部を迅速に冷却することができるので、基板のアンロード過程の所要時間が短縮され、平板ディスプレイや太陽電池等の製造に必要な熱処理工程の生産性を画期的に向上させることができる。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。
【０１７６】
以上、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形できる。よって、本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて画定されるべきである。
【符号の説明】
【０１７７】
１  熱処理装置
１０  基板
１２  ホルダ
１００  チャンバ
１０２  フレーム
１０４  ドア
１０６  カバー
１０８  ボート
１２０  主ヒータユニット
１４０ａ  第１補助ヒータユニット
１４０ｂ  第２補助ヒータユニット
１５０ａ  第１補助ヒータ
１５０ｂ  第２補助ヒータ
１６０  ガス供給管
１７０  ガス排出管
１８０  冷却管
２００  主ヒータ
２００ａ、２００ｂ  ヒータ
２２０ａ、２２０ｂ  第１管
２４０ａ、２４０ｂ  第２管
２６０  第３管
２８０  固定キャップ
３００  第１冷却部
３１０  第１本体
３２０  冷却水流入管
３３０  冷却水流出管
３４０  フランジ
４００  冷却部
４１０  第２本体
４２０  ガス管
５００  端子部
５１０、５１０ｂ  導電管
５２０  第１固定ナット
５３０  第１保護ナット
５４０  第２保護ナット
６００  絶縁部
６１０  絶縁キャップ
６２０  溝
６３０  第２固定ナット
【図１】
2014146815.tif 000003
【図２】
2014146815.tif 000004
【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】
2014146815.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014146815.tif 000015
【図１４】
2014146815.tif 000016
【図１５】
2014146815.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2014146815.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2014146815.tif 000021
【図２０】
2014146815.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2014146815.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2014146815.tif 000028
【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月6日(2014.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、該ヒータ内部に冷却用ガスが流れる空間を含むことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、
第１管と、
前記第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管と、
前記第１管内に挿入される発熱体とを含み、
前記第１管と前記第２管の間の空間を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータ。
【請求項３】
前記発熱体は、両端部の断面積が中央部の断面積より大きいことを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記発熱体が、前記第１管または前記第２管から分離可能であることを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
【請求項５】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、
第１管と、
前記第１管の外周面上に巻かれたコイル型熱線と、
前記第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管とを含み、
前記第１管の中央空間を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータ。
【請求項６】
複数枚の基板を同時に熱処理するバッチ式熱処理装置に適用可能なヒータであって、
第１管と、
前記第１管の外周面上に巻かれたコイル型熱線と、
前記第１管と一定の間隔をおいて該第１管を取り囲む第２管と、
前記第２管と一定の間隔をおいて該第２管を取り囲む第３管とを含み、
前記第１管の中央空間または前記第２管と前記第３管の間の空間の少なくとも一方を通って冷却用ガスが流れるようにしたことを特徴とするヒータ。
【請求項７】
前記コイル型熱線のピッチが、前記第１管上の位置に関係なく同一であるか、または前記第１管上の位置によって変更されることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項８】
前記コイル型熱線が巻かれた第１管が、前記第２管または前記第３管から分離可能であることを特徴とする請求項６に記載のヒータ。
【請求項９】
前記第３管の両端部に、該第３管を冷却する冷却水が流れる第１冷却部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のヒータ。
【請求項１０】
前記第３管の両端部に、前記第２管と前記第３管の間の前記空間を通して冷却用ガスを流すための第２冷却部がさらに設けられていることを特徴とする請求項９に記載のヒータ。
【請求項１１】
前記第１冷却部が、
内部に空間を形成する第１本体と、
前記第１本体の前記内部空間に冷却水を流入させるための冷却水流入管と、
前記第１本体の前記内部空間から前記冷却水を流出させるための冷却水流出管とを含むことを特徴とする請求項９に記載のヒータ。
【請求項１２】
前記第２冷却部が、
内部に空間を形成する第２本体と、
前記第２本体の前記内部空間と連通されているガス管とを含み、
前記第２本体の前記内部空間が、前記第２管と前記第３管の間の前記空間と連通されていることを特徴とする請求項１０に記載のヒータ。
【請求項１３】
前記熱線に電力を供給する端子部と、
前記端子部を絶縁する絶縁部とをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のヒータ。
【請求項１４】
前記第２管の端部に設けられかつ前記熱線と連結される固定キャップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のヒータ。
【請求項１５】
前記端子部が、
前記第１管上に設けられかつ外部電源と連結される導電管と、
前記導電管を前記ヒータの固定キャップに密着させる固定ナットとを含むことを特徴とする請求項１３に記載のヒータ。
【請求項１６】
前記絶縁部が、内部に空間を形成しかつ前記端子部を取り囲む絶縁キャップを含み、
前記絶縁キャップの１つの側面には、溝が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のヒータ。