CN102301196B - 温度检测装置、加热装置 - Google Patents

Abstract

提供一种控制大型的被加热对象基板的温度的技术。在加热室（6）的内部，在辐射加热机构（14）和被加热对象基板（12）对置的区域的侧方配置有温度检测装置（20）。加热装置（2）具有加热室（6）、辐射加热机构（14）、电源装置（25）、基板保持装置（11）、控制装置（15）、和温度检测装置（20）。在控制装置（15）中内置有控制程序，通过控制程序控制电源装置（25）对辐射加热机构（14）的投入电力，使其发热，以使由温度检测装置（20）具有的热电偶（21）检测到的温度测量用基板（22）的温度成为设定温度。此外，在温度检测装置（20）中紧贴配置有循环路径（23），如果通过冷却装置（29）使冷媒流到循环路径（23）中，则能够将温度测量用基板（22）的温度从设定温度冷却到初始温度。

Description

温度检测装置、加热装置

技术领域

本发明涉及通过来自辐射加热机构的辐射热控制被加热对象基板的温度的技术。

背景技术

以往，被进行成膜等真空处理的玻璃基板等被加热对象物在处理中或处理前的预加热中、被安装在与被加热对象物接触的被加热对象物载置台中的护套加热器升温。在此情况下，在加热室内测量被加热对象物载置台的温度，使用控制基于载置台温度、加热目标温度、以及达到加热目标温度为止的目标温度控制加热器的输出的程序控制被加热对象物的温度。

但是，如果使被加热对象物接触在使用作为传导加热机构的护套加热器的载置台上，则有可能通过加热器表面与玻璃基板的摩擦发生颗粒、或在处理中附着在加热器表面上的膜剥落、将制品污染而使成品率下降。

此外，有想要使加热处理时间比以往短的要求。

所以，能够以较短的加热时间且通过辐射加热在原理上对被加热对象物非接触地将被加热对象物升温的灯加热器等辐射加热机构受到关注（专利文献1）。

在使用这样的辐射加热机构的处理装置内，以提高被加热对象物的红外线的吸收率并防止来自被加热对象物的传导带来的放热的目的，在代替在通过护套加热器的传导加热中使用的载置台而在装置内将基板在水平的状态下处理的水平基板处理装置中，使用尽量减小与被加热对象物的接触面积的销，但在使基板保持在载体上而在装置内使载体和基板立设的纵型基板处理装置中，由于通过载体支承被加热对象物的玻璃基板，所以不论是水平基板处理装置还是纵型基板处理装置，都难以通过固定在装置内的以往的温度测量机构测量被加热对象物的玻璃基板自身。

由此，测量由与作为被加热对象物的玻璃基板相同的玻璃材料构成的温度测量板的温度，使用基于温度测量板的温度、加热目标温度、以及达到加热目标温度为止的目标时间控制加热器的输出的程序控制被加热对象物的温度。

但是，在以往的温度测量板及程序中，在以加快玻璃基板的升温速度的目的增加了辐射加热机构的输出的情况下，有因温度测量板的响应较慢而不能准确地监视玻璃基板的升温、使玻璃基板过热的问题。

专利文献1 ：特许第4071047号。

发明内容

本发明是为了解决上述以往技术的不良状况而做出的，其目的是提供一种控制比以往大型的被加热对象基板的温度的技术。

本发明的发明者发现：当对玻璃基板和金属制的温度测量用基板释放红外线而加热时升温的玻璃基板的升温速度、与金属制的温度测量用基板的升温速度大致相等。

此外，发现：在温度测量用基板中使用玻璃，在温度测量用基板中设置冷媒流动的循环路径而进行降温，但在冷却中花费较长的时间，被运入的玻璃基板与温度测量用基板的温度不同，但如果在温度测量用基板中使用金属、在金属中设置冷媒流动的循环路径，则因为热传导率比玻璃高，所以能够以较短的作业（tact）时间降温到初始温度。

本发明是根据上述认识而做出的，是一种温度检测装置，在内部进行将被加热对象基板通过辐射加热的真空加热处理的真空槽中具有温度测量用基板、紧贴在上述温度测量用基板上而配置、在内部流过冷媒的循环路径、和设在上述温度测量用基板上、测量上述温度测量用基板的温度的温度传感器，构成为，当对上述温度测量用基板照射红外线时，检测上述温度传感器输出的温度，其特征在于，上述温度测量用基板和上述被加热对象基板由不同的材料构成。

此外，本发明是一种温度检测装置，其特征在于，上述温度测量用基板由金属构成。

此外，本发明是一种温度检测装置，上述温度传感器是产生热电偶的电动势的测温部。

此外，本发明是一种加热装置，具有：真空槽，在内部进行将被加热对象基板通过辐射加热的真空加热处理；基板保持装置，在上述真空槽内保持被加热对象基板；辐射加热机构，与上述被加热对象基板非接触地配置在上述真空槽内，对上述被加热对象基板照射红外线；上述温度检测装置，位于上述辐射加热机构与上述被加热对象基板面对的区域的外侧，配置在不将对上述被加热对象基板的表面照射的上述红外线遮挡的位置上；冷却装置，将冷却的冷媒供给到上述循环路径中；电源装置，基于输入的信号对上述辐射加热机构通电；控制装置，被输入上述温度检测装置的输出信号，将表示向上述辐射加热机构的投入电力的信号向上述电源装置输出；构成为，基于上述输出信号表示的上述温度测量用基板的温度控制向上述辐射加热机构的通电量。

此外，本发明是一种基板加热方法，是将被加热对象基板运入到真空槽内、通过与上述被加热对象基板非接触地配置在上述真空槽内的辐射加热机构对上述被加热对象基板的表面照射红外线、使上述被加热对象基板升温的加热方法，预先在上述真空槽内配置上述温度检测装置；基于上述温度检测装置输出的上述检测信号表示的上述温度测量用基板的温度，控制向上述辐射加热机构的红外线释放量。

此外，本发明是一种基板加热方法，是将上述被加热对象基板在2 0℃以上30℃以下的温度下运入到上述真空槽内的基板加热方法，上述温度测量用基板使冷媒流到上述循环路径的内部，在将上述温度测量用基板设为20℃以上30℃以下的温度后，通过上述辐射加热机构开始上述被加热对象基板和上述温度测量用基板的加热。

通过本发明，能够将比以往大型的玻璃基板使用辐射加热机构以比以往的护套加热器短的时间升温到目标温度。通过设在温度测量用基板上的冷却机构，能够使温度测量用基板的温度降温到从加热室外部运入的加热前的被加热对象基板的温度左右。能够每当将被加热对象基板运入时使温度测量用基板的温度成为加热前的被加热对象基板的温度，在加热室内将被加热对象基板加热处理的期间中，能够间接地控制被加热对象基板的温度。

对于从加热开始时刻到经过目标时间，预先求出温度测量用基板的温度和被加热对象基板的温度对于时刻的关系，在升温时，当温度测量用基板的测量温度比相对于时刻预测的温度低时使红外线的释放量增加根据关系求出的量，当温度测量用基板的测量温度比相对于时刻预测的温度高时使红外线的释放量减少根据关系求出的量，使温度测量用基板沿着预定的温度曲线升温。即，由于温度测量用基板与被加热对象基板之间的温度的一致性较高，所以通过根据温度测量用基板的温度控制红外线的释放量，能够控制被加热对象基板的温度，能够使被加热对象基板在目标时间中升温到目标温度。

附图说明

图1是本发明的加热装置的剖视图。

图2是本发明的温度检测装置的概略图。

图3是表示不锈钢基板的温度被控制为140℃的情况下的玻璃基板温度的时间变化的图。

图4是表示测量用玻璃板的温度被控制为40℃的情况下的玻璃基板温度的时间变化的图。

图5是表示测量用玻璃板的温度被控制为60℃的情况下的玻璃基板温度的时间变化的图。

图6是本发明的纵型基板处理装置的一例。

附图标记说明 

1 真空处理装置，2 加热装置，5 运入室，6 加热室，7 处理室，10₁、10₂ 闸阀，11 基板保持装置，12 被加热对象基板，13 真空排气系统，14 辐射加热机构，15 控制装置，20 温度检测装置，21 热电偶，22 温度测量用基板，23 循环路径，24 温度传感器，25 电源装置，27 往路管，28 回路管，29 冷却装置，30 红外线。

具体实施方式

<本发明的第一例的装置>

图1的附图标记2是加热装置，加热装置2具有加热室6、辐射加热机构14、电源装置25、基板保持装置11、控制装置15、和温度检测装置20。

在本发明中使用的辐射加热机构14只要是能够释放红外线而与被加热对象基板非接触地将被加热对象物加热的例如护套加热器等加热装置就可以。并且，在这样的辐射加热机构14之中，也如果是如本例那样放射红外线而非接触地进行加热的灯加热器，则放射效率较高，所以是优选的。

在加热室6上连接着真空排气系统13，如果使真空排气系统13动作，则能够使加热室6的内部成为真空环境。

辐射加热机构14配置在加热室6的内部，电源装置25配置在加热室6的外部。辐射加热机构14与电源装置25气密地连接，以便通过电力线维持加热室6内的真空环境，如果将电源装置25起动、将辐射加热机构14通电，则辐射加热机构14发热，释放红外线。图1的附图标记30表示释放出的红外线。

基板保持装置11是从内部突出未图示的多个销、能够将载置在其上的玻璃基板在维持为水平的状态下上下移动的基板载置台，配置在加热室6的内部，构成为，通过使用未图示的运送机器人等运送机构将基板向载置台上运入运出，能够在与辐射加热机构14对置的位置处移动。另外，也可以构成为，将基板保持装置11做成带有台车的托盘或辊式运送输送机而配置到加热室6的内部，使其能够在与辐射加热机构14对置的位置处移动。

控制装置15配置在加热室6外部，温度检测装置20配置在加热室6内部，控制装置15和温度检测装置20一边通过导线维持加热室6内的真空环境一边被气密地连接。

温度检测装置20具有温度测量用基板22和热电偶21。

附图标记12表示被加热对象基板。

被加热对象基板12是板状的玻璃基板、或在板状的玻璃基板上形成有电极的面板等，配置为，使其与辐射加热机构14对置，温度测量用基板22位于被加热对象基板12与辐射加热机构14对置的区域的侧方，使其不将对被加热对象基板的表面照射的红外线遮挡。

热电偶21将其接合部分作为温度传感器24紧贴在温度测量用基板22上，热电偶21的另一端连接在控制装置15上，通过将对应于温度测量用基板22的温度的电压作为检测信号向控制装置15输出，来测量温度。

在控制装置15中，存储有将温度测量用基板22用辐射加热机构14加热而使其到达的目标温度、从加热开始到到达目标温度为止的目标时间、和基于后述的基础数据设定的控制程序，如果从温度检测装置20向控制装置15输出检测信号，则控制程序根据由与检测信号连续输入的多个检测信号求出的温度测量用基板22的温度及升温速度，将温度测量用基板22在目标时间中达到目标温度那样的、指示电源装置25向辐射加热机构14的输出电力的控制信号向电源装置25输出。

如果检测信号表示的温度传感器24的温度变化，则控制信号控制的输出电力也变化。

电源装置25使对应于被输入的信号的电力的电流流到辐射加热机构14中，辐射加热机构14释放对应于电力的强度的红外线。释放的红外线入射到温度测量用基板22和被加热对象基板12的两者中，但温度测量用基板22配置在不在被加热对象基板12上形成阴影的位置上。

在温度测量用基板22上，紧贴形成有循环路径23。在加热室6外部配置有冷却装置29，循环路径23和冷却装置29一边通过往路管27和回路管28维持加热室6内的真空环境一边气密地连接。

在冷却装置29中填充有冷媒，构成为，由冷却装置29冷却的冷媒如果通过往路管27被供给到循环路径23中，则在循环路径23内流动而将温度测量用基板22冷却，通过回路管28回到冷却装置29中，被冷却装置29冷却，被供给到往路管27中（图2）。

<本过程>

图1的附图标记1是真空处理装置的一例，具有运入室5、加热室6和处理室7，各室5～7通过开闭自如的闸阀10₁、10₂以该顺序连接。

将闸阀10₁、10₂关闭，使连接在加热室6上的真空排气系统13、和分别连接在运入室5及处理室7上的真空排气系统16、17动作，将运入室5、加热室6和处理室7真空排气，成为真空环境。

在运入室5和处理室7的内部，设有未图示的运送机构，在运入室5内的运送机构中载置有作为20℃以上30℃以下的温度的室温的被加热对象基板，将运入室5与加热室6之间的闸阀101打开，在加热室6内在位于闸阀101的附近的基板保持装置11之上载置被加热对象基板。

附图标记12表示载置在基板保持装置11上的被加热对象基板。

使载置有被加热对象基板12的基板保持装置11移动到与配置在加热室6内部的辐射加热机构14面对的位置上而静止。

使控制程序动作，从控制装置15向电源装置25发送控制信号，控制辐射加热机构14的输出而释放红外线，将被加热对象基板12加热。此时，将温度测量用基板22也加热。

此时，目标温度设定为120℃以上、优选的是设定为140℃以上160℃以下的温度，温度检测装置20检测温度测量用基板22的温度并将检测信号输入到控制装置15中，控制装置15使辐射加热机构14的电力变化，开始被加热对象基板12的加热。

在将被加热对象基板12加热时，冷却媒体不流到循环路径23内，温度测量用基板22不冷却。

温度测量用基板22从与被加热对象基板12大致相同的温度开始升温，温度测量用基板22和被加热对象基板12构成为，使升温速度的差变小。使得如果使温度测量用基板22从加热开始在目标时间中到达目标温度、则被加热对象基板12也从加热开始在目标时间中到达目标温度。

当温度测量用基板22到达目标时间后，使基板保持装置11向加热室6与处理室7之间的闸阀10₂的附近移动，将闸阀10₂打开，将被加热对象基板12载置到处理室7的内部的运送机构上，向处理室7运送。

另一方面，温度测量用基板22在升温到目标温度而将被加热对象基板12的加热停止后，使冷却媒体在循环路径23中循环，冷却到作为20℃以上30℃以下的温度的室温，停止冷却媒体的循环。

如果将升温后的被加热对象基板12向加热室6的外部运出，则将下个被处理的被加热对象基板运入到加热室6内。该被加热对象基板也为作为20℃以上30℃以下的温度的室温，从被运入到加热室6内的室温的基板与温度测量用基板22是大致相同的温度的状态，将被加热对象基板加热，将被加热对象基板和温度测量用基板22以相同的升温速度升温。

这样，温度测量用基板22和被加热对象基板12从相同的温度以相同的升温速度升温，所以通过测量温度测量用基板22的温度，能够测量被加热对象基板12的温度，每当将新的被加热对象基板运入到加热室6中，能够使用相同的控制程序、将被加热对象基板以相同的目标时间升温到相同的目标温度。

在后述的实验中，使冷媒持续流到循环路径23中而进行，但温度测量用金属板的温度的升温速度与在通过辐射加热机构14的加热中不流过冷媒的情况大致相同，所以在主过程中，在加热中使冷媒流过或不流过都可以。

此外，在因加热室6内的真空度变化而被加热对象基板12的温度曲线与温度测量用基板22的温度曲线之间的差异变大的情况下，其差也不变动，所以能够根据温度测量用基板22的温度求出被加热对象基板12的温度而设定温度测量用基板22的目标温度。

<基础数据>

在主过程中，不能将温度传感器24直接接触在被加热对象基板12上而安装，所以主过程之前在被加热对象基板12上安装温度传感器24，求出设定的被加热对象基板12的温度与温度测量用基板22的温度的相关关系，制作出以温度测量用基板22在目标时间中达到目标温度、能够维持目标温度为目的的控制程序。

<实验>

作为被加热对象基板12而使用纵3m、横3m的玻璃基板，在被加热对象基板12的表面的7个部位上设置热电偶21，在温度测量用基板22中使用不锈钢板（SUS304），通过辐射加热机构14将被加热对象基板和温度测量用基板加热，测量加热中的温度测量用基板22的温度。

这里，被加热对象基板12与辐射加热机构14的距离是50mm，辐射加热机构14与产生热电偶21的热电动势的作为测温部的温度传感器24的距离是25mm。

通过将温度测量用基板22的目标温度设定为140℃的程序，控制辐射加热机构14释放的发热量，将温度测量用基板22和被加热对象基板12加热。在被加热对象基板12上，在7处不同的位置上分别配置温度传感器，求出其平均温度。

图3表示此时的温度测量用基板22的温度L₁和被加热对象基板12的平均温度L₂的随时间变化情况。关于加热对象基板12的平均温度，虚线A是设定时间，到设定时间为止，作为玻璃基板的被加热对象基板12的升温速度与作为不锈钢板的温度测量基板22的升温速度大致一致，可以确认控制程序能够将被加热对象基板12加热到与目标温度相同温度。

在设定时间后，被加热对象基板12的温度与温度测量基板22的温度的温度差也为一定，被加热对象基板12的温度与温度测量基板22的温度大致一对一地对应，所以即使在温度测量用基板22的温度的测量值与预测值偏差的情况下，通过进行控制以使温度测量用基板22成为预测值，能够将被处理对象基板12的温度修正为正确的值。

本发明的温度测量用基板22的材料与被加热对象基板12的材料不同，通常，被加热对象基板12是玻璃基板，相对于此，本发明的温度测量用基板22并不限定于不锈钢，只要是暴露在热中不变色、放射率不变化的金属就可以，优选的是Cu、或涂层了Ni的Cu等。

<比较实验>

在比较实验中，在温度测量用基板中使用玻璃板，在温度测量用基板和控制程序以外，在与上述实验相同条件下进行。

将温度测量用基板和被加热对象基板作为玻璃基板进行加热。此时，温度测量用基板的温度比被加热对象基板的温度低，为了使被加热对象基板升温到加热温度（140℃）的温度，需要将使温度测量用基板到达的目标温度设为比加热温度低。

图4是将上述程序的目标温度设定为40℃、想要使被加热对象基板升温到加热温度（140℃）时的由玻璃基板构成的温度测量用基板的温度M₁、和由玻璃基板构成的被加热对象基板的多个测量点的平均温度M₂，虚线B是设定时间，被处理用玻璃基板的温度变化与金属的温度背离。

图5是将上述程序的目标温度设定为60℃、想要使被加热对象基板升温到加热温度（140℃）时的由玻璃基板构成的温度测量用基板的温度N₁、和由玻璃基板构成的被加热对象基板的平均温度N₂，虚线C是设定时间，被处理用玻璃基板的温度从目标温度过冲。

根据图4和图5可知，如果在温度测量用基板的温度从被控制的温度曲线偏差的情况下将温度测量用基板的温度修正，则由于被加热对象基板的温度从温度测量用基板的温度背离，所以被处理用玻璃基板的温度较大地变化，所以难以控制。

此外，由于玻璃与金属相比热传导率较低，所以在将升温后的温度测量用玻璃板水冷时，为了降温花费时间。

通过比较实验可知，在温度测量用基板中金属是优选的。

<本发明的第二例的装置>

使用图6对本发明的第二例的装置进行说明。

将本发明的第二例的加热装置2’对于具有与上述第一例相同的构造、相同的功能的零件及装置赋予相同的附图标记而省略说明。

该加热装置2’具有加热室6’，在图1中水平地配置的辐射加热机构14在第二例的加热室6’的内部立设。

在加热室6’的内部，在底面上配置有细长的轨道装置44，在轨道装置44的正上方位置上配置有细长的上部支承装置45。

使被加热对象基板12保持在载体41上，从运入室运入到加热室6’的内部，将载体41的底部配置在轨道装置44上，将载体41的上部通过上部支承装置45保持或支承，使得载体41不会倾倒。这里，上部支承装置45是磁铁，将载体41的上端磁吸引，将上部非接触地保持。

被加热对象基板12的至少单面露出，使露出的面铅直或以从铅直45°以内的角度倾斜。

在轨道装置44中设有动力源，载体41及保持在载体41上的被加热对象基板12在被轨道装置44和上部支承装置45保持的状态下在轨道装置44上移动。

在加热室6’内配置有辐射加热机构14，以使其与载体41的移动路径面对，载体41在载体41保持的被加热对象基板12与辐射加热机构14面对的位置处静止。辐射加热机构14受控制装置15控制投入电力，并被从电源装置25通电，发热而用辐射热使被加热对象基板12升温。

温度测量用基板22配置在被加热对象基板12与辐射加热机构14对置的区域的上方，温度测量用基板22在开始被加热对象基板12的加热时被冷却装置29冷却到20℃以上30℃以下的温度，被加热对象基板12在20℃以上30℃以下的温度被运入到加热室6'中。

辐射加热机构14与上述实施例同样，被控制装置15控制发热量，通过测量温度测量用基板22的温度，间接地测量被加热对象基板12的温度，通过基于温度测量用基板22的温度控制辐射加热机构14的发热量，能够准确地控制被加热对象基板12的温度。

如果被加热对象基板12升温到规定温度，则将加热室6’内的被加热对象基板12移动到处理室内，开始将温度测量用基板22通过冷却装置29的到20℃以上30℃以下的温度为止的冷却。

Claims (3)

1.一种加热装置，其特征在于，

具有：

真空槽，在内部进行将被加热对象基板通过辐射加热的真空加热处理；

基板保持装置，在上述真空槽内保持被加热对象基板；

辐射加热机构，与上述被加热对象基板非接触地配置在上述真空槽内，对上述被加热对象基板照射红外线；

温度检测装置，位于上述辐射加热机构与上述被加热对象基板面对的区域的外侧，配置在不将对上述被加热对象基板的表面照射的上述红外线遮挡的位置上；

冷却装置，将冷却的冷媒供给到循环路径中；

电源装置，基于输入的信号对上述辐射加热机构通电；

控制装置，被输入上述温度检测装置的输出信号，将表示向上述辐射加热机构的投入电力的信号向上述电源装置输出；

上述温度检测装置具有温度测量用基板、紧贴在上述温度测量用基板上而配置且在内部流过冷媒的循环路径、和设在上述温度测量用基板上且测量上述温度测量用基板的温度的温度传感器，

构成为，当对上述温度测量用基板照射上述红外线时，检测上述温度传感器输出的温度，

上述温度测量用基板和上述被加热对象基板由不同的材料构成，

构成为，基于上述输出信号表示的上述温度测量用基板的温度控制向上述辐射加热机构的通电量。

2.一种基板加热方法，是将被加热对象基板运入到真空槽内、

通过与上述被加热对象基板非接触地配置在上述真空槽内的辐射加热机构对上述被加热对象基板的表面照射红外线、使上述被加热对象基板升温的加热方法，

其特征在于，

使温度检测装置位于上述真空槽内的上述辐射加热机构与上述被加热对象基板面对的区域的外侧，配置在不将对上述被加热对象基板的表面照射的上述红外线遮挡的位置上，

所述温度检测装置具有温度测量用基板、紧贴在上述温度测量用基板上而配置且在内部流过冷媒的循环路径、和设在上述温度测量用基板上且测量上述温度测量用基板的温度的温度传感器，构成为，当对上述温度测量用基板照射上述红外线时，检测上述温度传感器输出的温度，上述温度测量用基板和上述被加热对象基板由不同的材料构成，

基于上述温度检测装置输出的检测信号表示的上述温度测量用基板的温度，控制向上述辐射加热机构的红外线释放量。

3.如权利要求2所述的基板加热方法，是将上述被加热对象基板在20℃以上30℃以下的温度下运入到上述真空槽内的基板加热方法，其特征在于，

上述温度测量用基板使冷媒流到上述循环路径的内部，在将上述温度测量用基板设为20℃以上30℃以下的温度后，通过上述辐射加热机构开始上述被加热对象基板和上述温度测量用基板的加热。