(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理室内で被処理物を熱処理する熱処理装置であって、板状被処理物が載置されるとともに載置された被処理物を加熱、冷却する被処理物熱処理板と、熱処理板上の被処理物を輻射加熱する輻射加熱装置と、熱処理室内にガスを供給するガス供給手段および熱処理室内のガスを外部に排出するガス排出手段よりなり、熱処理時に発生する不要物をガス供給手段およびガス排出手段により生成される気流に乗せて熱処理室外部に排出する不要物排出手段とを備え、熱処理板の内部に伸縮性を有する膜状仕切部材によって相互に離隔された流路が設けられ、輻射加熱装置および熱処理板の一方の流路と他方の流路に異なる温度の熱媒体を流して、熱処理板上に載置された被処理物に熱処理を施すことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
熱処理室内で被処理物を熱処理する熱処理装置であって、板状被処理物が載置されるとともに載置された被処理物を加熱、冷却する被処理物熱処理板と、熱処理板上の被処理物を輻射加熱する輻射加熱装置と、熱処理室内にガスを供給するガス供給手段および熱処理室内のガスを外部に排出するガス排出手段よりなり、熱処理時に発生する不要物をガス供給手段およびガス排出手段により生成される気流に乗せて熱処理室外部に排出する不要物排出手段とを備え、熱処理板の内部に上下動自在な水平板状仕切部材によって相互に離隔された流路が設けられ、輻射加熱装置および熱処理板の一方の流路と他方の流路に異なる温度の熱媒体を流して、熱処理板上に載置された被処理物に熱処理を施すことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基板、半導体基板、プリント基板等の板状被処理物およびその上に形成される絶縁性、導電性あるいはマスク形成用等の膜を加熱、降温する熱処理装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱処理装置として、例えば連続炉のように、複数の熱処理ゾーンを備え、被処理物が、第１熱処理ゾーンから最終熱処理ゾーンを経て搬出されるまでの間に被処理物に対して段階的な温度変化（以下、単に熱処理という）をさせるものがある。
【０００３】
なお、段階的な温度変化とは、予熱、本加熱のような複数段階加熱の他、加熱、冷却の組み合わせも含むものとする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の熱処理装置では、例えば、はんだリフロー工程のように、フラックス蒸気が発生し、熱処理装置内に付着するという問題がある。さらに、被処理物搬送中の振動が避けられない。このため、例えば、上記熱処理装置によって被処理物である基板に膜を焼成するさい、焼成される膜厚さが均一でなくなる、あるいは、はんだバンプを形成するさいにバンプの形状が歪んだり不揃いになることがあるという問題が生じる。
【０００５】
その他、熱処理装置内に設けられる搬送装置や両端開口からの熱ロスの問題、熱処理装置の大型化という問題などもある。また、搬送装置による発塵も避けられない。さらに、被処理物によっては搬送に適していない形状のものもある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することを課題とし、熱処理中に内部にフラックスなどの不要物が付着することのない熱処理装置を提供することを目的とする。また、被処理物が搬送されることなく、従って被処理物の搬送による上記問題の発生することのない熱処理装置を提供することを目的とする。さらに、熱ロスが小さく小型であり、被処理物の形状によらず熱処理を高い精度で行える熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の熱処理装置は、
熱処理室内で被処理物を熱処理する熱処理装置であって、板状被処理物が載置されるとともに載置された被処理物を加熱、冷却する被処理物熱処理板と、熱処理板上の被処理物を輻射加熱する輻射加熱装置と、熱処理室内にガスを供給するガス供給手段および熱処理室内のガスを外部に排出するガス排出手段よりなり、熱処理時に発生する不要物をガス供給手段およびガス排出手段により生成される気流に乗せて熱処理室外部に排出する不要物排出手段とを備え、熱処理板の内部に伸縮性を有する膜状仕切部材によって相互に離隔された流路が設けられ、輻射加熱装置および熱処理板の一方の流路と他方の流路に異なる温度の熱媒体を流して、熱処理板上に載置された被処理物に熱処理を施すことを特徴とするものである。
さらに、本発明による他の本発明の熱処理装置は、
熱処理室内で被処理物を熱処理する熱処理装置であって、板状被処理物が載置されるとともに載置された被処理物を加熱、冷却する被処理物熱処理板と、熱処理板上の被処理物を輻射加熱する輻射加熱装置と、熱処理室内にガスを供給するガス供給手段および熱処理室内のガスを外部に排出するガス排出手段よりなり、熱処理時に発生する不要物をガス供給手段およびガス排出手段により生成される気流に乗せて熱処理室外部に排出する不要物排出手段とを備え、熱処理板の内部に上下動自在な水平板状仕切部材によって相互に離隔された流路が設けられ、輻射加熱装置および熱処理板の一方の流路と他方の流路に異なる温度の熱媒体を流して、熱処理板上に載置された被処理物に熱処理を施すことを特徴とするものである。
【０００８】
この熱処理装置によれば、例えばはんだリフロー時に発生するフラックス蒸気は内部のガスとともに外部に排出されるので、フラックスが熱処理室内部に付着することがない。
【０００９】
また、被処理物を搬送することなく、熱処理できるので、熱処理中に被処理物が振動することがない。そして、被処理物を搬送している間に熱処理を行うものではないので、被処理物の搬送スペースが必要でなく装置が小型になり、熱ロスが小さくなる。しかも搬送するのに適さない形状の被処理物をも高い精度で熱処理を行える。
【００１０】
加熱は、熱処理板および輻射加熱装置によって行われ、また、被処理物を熱処理板によって下方から冷却して降温させることができるので、被処理物に熱風および冷風を吹き付ける必要がなく、膜やバンプの形状が歪んだり不揃いになることがない。また、降温時には、被処理物側から上側に向かって膜やはんだが固まるので、ボイド等の欠陥が生成することがない。
【００１１】
熱処理板としては内部が中空であり、この中空部分を２つに仕切る板状仕切部材が、仕切部材に対して垂直な方向に移動自在に設けられて熱処理板内に２つの流路が形成されており、一方の流路に熱媒体が流されたときに、板状仕切部材が移動して他方の流路が閉じられ、他方の流路に熱媒体が流されたときに、板状仕切部材が移動して一方の流路が閉じられるものがある。
【００１２】
また、内部が中空であり、この中空部分を２つに仕切る膜状仕切部材によって熱処理板内に２つの流路が形成され、一方の流路に熱媒体が流されたときに、膜状仕切部材が変形して他方の流路が閉じられ、他方の流路に熱媒体が流されたときに、膜状仕切部材が変形して一方の流路が閉じられるものなどがある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１に示された第１の実施形態の熱処理装置は、断熱壁によって形成された熱処理室(1)と、熱処理室(1)内に上下に間隔をおいて配され、熱処理室(1)内を複数、例えば、３つの空間(1a)に分割している断熱仕切壁(2)と、各空間(1a)に１つ設けられた水平状被処理物熱処理板(4)と、各熱処理板(4)の上側に配された輻射加熱装置(3)と、処理室(1)の前壁に上下に間隔をおいて形成された複数の被処理物搬入出口を開閉する複数の扉(5)と、処理室(1)の後壁を貫通して処理室(1)内の各空間(1a)の上部に接続された複数のガス供給管(6)と、処理室(1)の前壁を貫通して処理室(1)内の各空間(1a)の上部に、ガス供給管(6)より上方に位置するように接続された複数のガス排出管(7)とを備えている。
【００１５】
ガス供給管(6)は、図示しないガス源に接続されている。用いるガスは目的によって異なるが、通常Ｎ２または空気が用いられる。一方、ガス排出管(7)は図示しない排気管に接続されている。なお、ガス供給管(6)とガス排出管(7)はいずれも左右に長い横断面矩形状をなし、処理室(1)の空間(1a)内に一様にガスを供給し、一様にガスを排出するようになっている。そして、被処理物熱処理板(4)上に被処理物である基板（被処理物）(P)が配されている。
【００１６】
図示は省略したが熱処理装置の前方には公知の被処理物搬入出装置が配されており、この搬入出装置によって被処理物(P)が搬入出される。
【００１７】
図２には熱処理板(4)周辺部分の拡大断面図が示されている。この中空熱処理板(4)内には水平板状仕切部材(12)がこれと垂直な方向、すなわち上下方向に移動自在に配され、この水平板状仕切部材(12)により熱処理板(4)内部が上下に分割されている。
【００１８】
熱処理板(4)の最下部に第１熱媒体導入管(16)と第１熱媒体導出管(15)とがそれぞれ接続されている。熱処理板(4)の最上部には第２熱媒体導入管(13)と第２熱媒体導出管(14)とがそれぞれ接続されている。なお、各管(13)(14)(15)(16)にはバルブ(B5)(B6)(B7)(B8)が設けられている。また、熱媒体導入管(13)(16)および熱媒体導出管(14)(15)はそれぞれ第１、第２熱媒体供給源に接続され、後に述べる様に熱処理板(4)内を流れた熱媒体を回収して再利用するようになっている。
【００１９】
図２には、熱処理板(4)内に等量の第１、第２熱媒体が入っている状態が示されているが、水平板状仕切部材(12)の位置は熱処理板(4)内の第１、第２熱媒体の量により変化する。なお、図示は省略したが、各熱媒体貯留槽と熱処理板(4)とを結ぶ配管部分は、断熱材により覆われて保温されている。
【００２０】
輻射加熱装置(3)の詳細な図示は省略したが、輻射加熱装置(3)は、赤外線や遠赤外線を放射するランプやヒータなどの本体と、本体のハウジングを貫通した冷却媒体流路(3a)とを備えている。流路(3a)はバルブ(B9)(B10)を介して図示しない冷却媒体供給源に接続されている。
【００２１】
この熱処理装置を例えば、はんだリフロー装置として用いる場合について以下に述べるが、この熱処理装置によって他の熱処理を行うことも可能である。
【００２２】
熱処理板(4)上にボール状のはんだ(B)が載せられた被処理物(P)を載置し、熱処理後に取り出す手順は公知のものであるので、以下、熱処理板(4)上に載置された被処理物(P)にはんだリフローを施す手順について説明する。
【００２３】
この熱処理板(4)では、バルブ(B5)(B8)が閉じられ、バルブ(B6)(B7)が開いた状態からバルブ(B8)が開かれて第１熱媒体導入管(16)から所定温度の第１熱媒体が熱処理板(4)内に流れ込む。そして第１熱媒体は、第１熱媒体導出管(15)から熱処理板(4)の外部へと流れ出る。このさい、水平板状仕切部材(12)は上下に移動自在であるから熱処理板(4)内に流れ込む第１熱媒体の圧力により最も上方にまで押し上げられ、熱処理板(4)内が第１熱媒体によって満たされる。このようにして熱処理板(4)上の被処理物(P)が所定温度になされて予熱される。
【００２４】
この後、バルブ(B8)を閉じ、輻射加熱装置(3)により基板(P)の上表面側から輻射加熱してさらに温度変化させて本加熱する。本加熱時には、ガス供給管(6)から図２中に二点鎖線で示したようにガスが供給され、ガス排出管(7)から内部のガスが排出される。そして、リフロー時に発生したフラックス蒸気は、図２中に実線で示したように上昇して二点鎖線で示したガスの気流にのって排出される。なお、図２中には、輻射加熱装置(3)からの輻射熱の流れが破線で示されている。
【００２５】
そして、熱処理板(4)上の被処理物(P)が所定温度にされた後は、輻射加熱をやめ、同時にバルブ(B5)を開く。そして、所定温度（第１熱媒体の温度とは異なる）の第２熱媒体が熱処理板(4)内に流れ込む。このさい、既にバルブ(B8)は閉じられ、熱処理板(4)内の第１熱媒体には圧力がかかっていないので、第２熱媒体が熱処理板(4)内に流れ込むにつれて水平板状仕切部材(12)は下方に移動し、熱処理板(4)内の第１熱媒体は熱処理板(4)外へと押し出される。そして、水平板状仕切部材(12)は熱処理板(4)内において最も下方に位置し、熱処理板(4)内は第２熱媒体によって満たされる。このようにして被処理物(P)が所定温度に降温される。
【００２６】
なお、輻射加熱装置(3)を冷却することにより被処理物(P)の冷却をいっそう早めることができる。さらに、次の処理の初期条件を一定にできるので処理の再現性を高めることができ、均一な処理を高いスループットで行うことができる。
【００２７】
第１、第２熱媒体は使用温度によって適宜選択すればよい。加熱時間および降温時間も適宜選択すればよい。
【００２８】
また、熱処理板(4)は熱伝導性のよいものが好ましい。具体的には、アルミニウム製や銅製などがよい。
【００２９】
つぎに図３を参照して本発明のさらに他の実施形態の熱処理装置について説明する。なお、上記実施形態の熱処理装置と同様の構成を有する部分には同符号を付して説明は省略する。
【００３０】
この熱処理板(20)内には、水平板状仕切部材(12)に変えて、膜状仕切部材(21)が設けられている。膜状仕切部材(21)は、伸縮性を有し、図３に実線で示したように周端が熱処理板(20)の周壁内面の高さの中央に固定されて熱処理板(20)を上下に分割している。膜状仕切部材(21)の状態は熱処理板(20)内の第１、第２熱媒体の量により変化する。
【００３１】
この熱処理装置においては、図３中に二点鎖線で示したように上方中央からガスが供給され、熱処理板の側方周囲に開口したガス排出管(22)からガスが排出されるようになっている。上方からガスを供給するには、例えば、輻射加熱装置(3)を棒状ヒータを複数並べたものとし、棒状ヒータ間に図示しないガス供給管の開口が位置するようにするとよい。
【００３２】
この熱処理装置を例えば、はんだリフロー装置として用いる場合について以下に述べるが、この熱処理装置によって他の熱処理を行うことが可能であるのは上記実施形態の場合と同様である。
【００３３】
この熱処理板(20)において、バルブ(B5)(B8)が閉じられ、バルブ(B6)(B7)が開いた状態からバルブ(B8)を開くと第１熱媒体導入管(16)から第１熱媒体が熱処理板(20)内に流れ込んで図３に二点鎖線で示したように、膜状仕切部材(21)が上方へと膨らむ。そして、膜状仕切部材(21)は、周壁内面の上半分、上壁内面に沿う形状となり、熱処理板(20)内が第１熱媒体によって満たされる。この後、バルブ(B8)を閉じ、輻射加熱装置(3)により基板(P)を輻射加熱する。リフロー時には、図３中に二点鎖線で示したように上方中央からガスが供給され、熱処理板(20)の側方周囲の環状ガス排出管(22)からガスが排出される。そして、図３中に実線で示した、リフロー時に発生したフラックス蒸気は、ガスの気流に乗って熱処理板(20)の側方周囲のガス排出管(22)からガスとともに排出される。なお、図３中には輻射加熱装置(3)からの輻射熱の流れが破線で示されている。
【００３４】
つぎに、輻射加熱をやめ、同時にバルブ(B5)を開く。そして、第２熱媒体が熱処理板(20)内に流れ込む。このさい、既にバルブ(B8)は閉じられ、熱処理板(20)内の第１熱媒体には圧力がかかっていないので、第２熱媒体が熱処理板(20)内に流れ込むにつれて第１熱媒体が熱処理板(20)の外部へと押しやられ、膜状仕切部材(21)は下方へと膨らむ。そして、膜状仕切部材(21)は、周壁内面の下半分、下壁内面に沿う形状となり、熱処理板(20)内が第２熱媒体によって満たされる。なお、輻射加熱装置(3)を冷却することが好ましいのは上記実施形態の場合と同様である。
【００３５】
さらに他の実施形態の熱処理装置を、図４を参照して説明する。この熱処理装置においては、熱処理板(20)内に、膜状部材(21)にくわえてもう１つの膜状部材(23)が配され、熱処理板(20)内が３分割されている。そして、熱処理板(20)の高さ方向中央部にバルブ(B11)が取り付けられた第３熱媒体導入管(24)およびバルブ(B12)が取り付けられた第３熱媒体導出管(25)が設けられている。
【００３６】
この場合、上記同様１つの熱媒体を流すことにより、他の２つの熱媒体が熱処理板(20)外に押し出される。
【００３７】
同様に、熱処理板内を多分割すれば、熱媒体が互いに混ざり合うことなく熱処理板内を流れる熱媒体を切り換えて、多段階の熱処理が可能となり、熱処理装置の熱効率もよくなり、かつ熱媒体の反復利用も容易となる。
【００３８】
本発明の加熱装置は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、適宜変更自在である。例えば、各バルブの開閉のタイミングと輻射加熱装置のオン、オフのタイミングとは、必ずしも上記のようには限定されず、目的により逐次最適なタイミングの組み合わせを選択すればよい。また、ガス供給管、ガス排出管の配置と熱処理板との組み合わせも上記に限定されないことはもちろんである。
【００３９】
さらに、第１と第２の熱媒体の流路を入れ替えてもよい。また輻射加熱装置により加熱した後に、２段階に降温することもできる。従って本発明の装置は、第１熱媒体および第２熱媒体の温度を適宜選択することによって被処理物を段階的に加熱することや加熱および冷却を組み合わせた熱処理を行うことができる。すなわち、上記の様に２段階加熱の後に降温するだけでなく、例えば３段階に加熱することもできる。特に内部を多分割された熱処理板においては、熱媒体が混ざること無く多段階の熱処理ができる。さらには、輻射加熱装置は、はんだリフローのみならず、各種基板および基板表面に形成された各種の膜の熱処理にも利用できる。
【００４０】
なお、熱処理板内の流路は２つ以上であればよく、上記実施形態のように流路が２あるいは３つのものには限定されない。また、実施形態で熱処理室の数を３としたのは説明の便宜のためであってそれ以外の理由はない。なお、熱処理板によって行われる熱処理は熱媒体の温度によって定められるものであり、加熱、降温のいずれをも行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態における熱処理装置の断面図である。
【図２】同熱処理装置の熱処理板周辺部分の拡大断面図である。
【図３】他実施形態の熱処理装置の熱処理板周辺部分の拡大断面図である。
【図４】さらに、他実施形態の熱処理装置の熱処理板周辺部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
(1)    熱処理室
(3)   輻射加熱装置
(4)   熱処理板
(6)    ガス供給管
(7)    ガス排出管
(20)    熱処理板
(22)    ガス排出管
(P)   被処理物（基板）
【図１】
0004003205.tif 000002
【図２】
0004003205.tif 000003
【図３】
0004003205.tif 000004
【図４】
0004003205.tif 000005