(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状被処理物が載置され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を備え、熱処理板の内部に複数の流路が設けられ、異なる温度の熱媒体を異なる流路に切替えて流すことおよび輻射装置により、熱処理板上に載置された被処理物を段階的に温度変化させて熱処理を施すようになされていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
複数の流路が内部に形成された被処理物熱処理板に載置された被処理物に対し、流路に流れる第１熱媒体により被処理物を温度変化させる行程と、輻射加熱装置によって被処理物を温度変化させる行程と、さらに、異なる流路へ第１熱媒体とは異なる温度の第２熱媒体を流して被処理物を温度変化させる行程を備え、少なくとも何れかの熱媒体が被処理物を加熱するための温度とされていることを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
熱媒体によりなされる温度変化のうちの少なくとも一つが冷却であることを特徴とする請求項２記載の方法。
【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。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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の熱処理装置は、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。
【０００４】
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、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。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することを課題とし、熱処理中に被処理物が搬出されることなく、従って被処理物が振動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。
【０００６】
【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、板状被処理物が載置され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を備え、熱処理板の内部に複数の流路が設けられ、異なる温度の熱媒体を異なる流路に切替えて流すことおよび輻射装置により、熱処理板上に載置された被処理物を段階的に温度変化させて熱処理を施すようになされていることを特徴とするものである。
【０００７】
この熱処理装置によれば、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。
【０００８】
また、上記の装置を用いて行われる本発明の熱処理方法は、複数の流路が内部に形成された被処理物熱処理板に載置された被処理物に対し、流路に流れる第１熱媒体により被処理物を温度変化させる行程と、輻射加熱装置によって被処理物を温度変化させる行程と、さらに、異なる流路へ第１熱媒体とは異なる温度の第２熱媒体を流して被処理物を温度変化させる行程を備え、少なくとも何れかの熱媒体が被処理物を加熱するための温度とされていることを特徴とするものである。
【０００９】
この熱処理方法によれば、被処理物を搬送することなく多段階の温度変化を伴う熱処理を行うことができる。なお、行程の順序は上記のようには限られない。例えば、輻射加熱装置による加熱が最初あるいは最後に行われてもよい。
【００１０】
熱媒体によりなされる温度変化のうちの少なくとも一つが冷却であることがある。
【００１１】
この場合、被処理物を下方から冷却して降温させることができるのでバンプに冷風を吹き付ける必要がなく、バンプの形状が歪んだり不揃いになることがなく、また、被処理物側から上側に向かってはんだが固まるので、ボイド等の欠陥の生成をなくすことができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１に示された第１の実施形態の熱処理装置は、断熱材製壁によって形成された処理室(1)と、処理室(1)内に上下に間隔をおいて配された複数の断熱材製水平部材(2)と、処理室(1)の上壁を除く水平部材(2)上に配された被処理物熱処理板(4)と、各熱処理板(4)の上側に配された輻射加熱装置(3)を備えたものであり、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。
【００１４】
なお、処理室(1)の前壁には被処理物搬入出口(1a)が上下に間隔をおいて複数形成され、かつ各搬入出口(1a)を開閉する扉(5)が設けられている。さらに、処理室(1)の後壁をそれぞれ貫通した雰囲気ガス供給管(6)と、雰囲気ガス排出管(7)とが設けられており、必要に応じて熱処理室内に雰囲気ガスを導入したり、また処理室から雰囲気ガスを排出できるようになっている。なお、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。
【００１５】
図２には、熱処理板(4)の詳細が示されている。熱処理板(4)は中空であり、熱媒体導入管(8)と熱媒体導出管(9)とがそれぞれ接続されて中空部分(4a)が第１熱媒体流路となされている。なお、熱媒体導入管(8)および熱媒体導出管(9)はそれぞれバルブ(B1)(B2)を介して図示しない、第１熱媒体貯留槽に接続され、後に述べる様に中空部分(4a)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。
【００１６】
さらに、中空部分(4a)内には、平面から見て蛇行状に伸びる配管(10)が配されており、この配管(10)が第２の流路となされている。配管(10)の端部はそれぞれ熱処理板(4)の後壁を貫通して外部へ突出している。配管(10)もバルブ(B3)(B4)を介して図示しない、第２熱媒体貯留槽に接続され、後に述べる様に配管(10)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。
【００１７】
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いる。
【００１８】
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する冷却媒体流路(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貯留槽に接続されている。
【００１９】
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。
【００２０】
なお、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)に熱処理を施す手順について説明する。
【００２１】
まず、バルブ(B1)(B2)(B3)(B4)が閉じた状態からバルブ(B1)(B2)を開いて中空部分(4a)内を所定温度の第１熱媒体が流れるようにする。中空部分(4a)内を流れた熱媒体は、前記第１熱媒体貯蔵槽に戻る。このように熱媒体は、第１熱媒体貯蔵槽と熱処理板(4)との間を循環し、温度が下がった熱媒体は貯蔵槽において再び所定温度まで戻されるので、熱媒体の持っている熱が無駄になることがない。こうして熱処理板(4)上の被処理物(P)が所定温度になされて予熱される。なお、被処理物(P)を熱処理板(4)上に載置した後に第１の熱媒体を流すこともあれば、第１の熱媒体が流れている熱処理板(4)の上に被処理物(P)を載置することもある。
【００２２】
この後、バルブ(B1)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し、ボール状のはんだ(B)をリフローする。
【００２３】
つぎに、輻射加熱装置(3)による加熱をやめ、バルブ(B3)(B4)を開いて配管(10)内を所定温度（第１熱媒体とは異なる温度かつ輻射加熱装置(3)により加熱された基板(P)の温度より低い温度）の第２熱媒体が流れるようにして被処理物(P)を冷却する。第２熱媒体は上記の場合と同様に、第２貯蔵槽と熱処理板(4)との間を循環する。こうして中空部分(4a)に満たされた第１熱媒体を介しての伝熱により被処理物(P)が所定温度まで降温させられる。なお、同時にバルブ(B9)(B10)が開かれて冷却媒体流路(3a)内を冷却媒体が流れて輻射加熱装置(3)が冷却される。
【００２４】
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。
【００２５】
中空部分(4a)および配管(10)に流す熱媒体は使用温度によって適宜選択すればよい。例えば、使用温度が１０〜８０℃であれば水、１３０℃までであればメタノール、５０〜２３０℃であればシリコンオイルやフロロカーボン、２００〜３５０℃であればナフタレンなどが好ましい。
【００２６】
加熱時間および降温時間も適宜選択すればよい。
【００２７】
また、熱処理板(4)および配管(10)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。
【００２８】
つぎに図３を参照して本発明の他の実施形態の熱処理装置について説明する。なお、以下に述べる熱処理装置は、図示した部分以外は先に述べた熱処理装置と同様の構成を有するものであり、説明は省略する。
【００２９】
図３には熱処理板部分の拡大断面図が示されている。この中空熱処理板(11)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(11)内部が上下に分割されている。図３には、熱処理板(11)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(11)内の第１、第２熱媒体の量により変化する。そして、熱処理板(11)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。また、最上部に第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。
【００３０】
この熱処理板(11)においては、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(11)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(11)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(11)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(11)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(11)上の被処理物(P)が所定温度になされて予熱される。
【００３１】
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。
【００３２】
そして、熱処理板(11)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(11)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(11)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(11)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(11)内の第１熱媒体は熱処理板(11)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(11)内において最も下方に位置し、熱処理板(11)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。なお、同時にバルブ(B9)(B10)が開かれて冷却媒体流路(3a)内を冷却媒体が流れて輻射加熱装置(3)が冷却されるのは上記実施形態の場合と同様である。
【００３３】
つぎに図４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。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４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。
【００３４】
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４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。
【００３５】
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て膜状仕切部材(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、同時にバルブ(B9)(B10)が開かれて冷却媒体流路(3a)内を冷却媒体が流れて輻射加熱装置(3)が冷却されるのは上記実施形態の場合と同様である。
【００３６】
なお、本発明の熱処理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、配管(10)は平面から見て渦巻き状をなしていてもよい。
【００３７】
なお、第１と第２の熱媒体の流路を入れ替えてもよい。また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。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。
【００３８】
また、熱処理板内の流路は二つ以上であればよく、上記実施形態のように流路が二つあるものには限定されない。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部分の拡大断面図である。
【図３】他の実施形態の熱処理装置における熱処理板部分の拡大断面図である。
【図４】さらに、他の実施形態の熱処理装置における熱処理板部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
(3)   輻射加熱装置
(4)   熱処理板
(4a)  第１の流路（中空部分）
(10)  第２の流路（配管）
(11)  熱処理板
(12)  板状仕切部材
(20)  熱処理板
(21)  膜状仕切部材
(P)   被処理物（基板）
【図１】
0004003204.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004003204.tif 000004
【図４】
0004003204.tif 000005