JP2008277620A - Uniformly heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、均熱装置に関し、特に、合成樹脂成形品や半導体ウエハなどを定盤上で均一に加熱する均熱装置に関する。 The present invention relates to a soaking device, and more particularly, to a soaking device that uniformly heats a synthetic resin molded product, a semiconductor wafer or the like on a surface plate.
図11は、全体が500で表される、従来の均熱装置の上面図であり、図12は、図11をXII−XII方向に見た場合の断面図である。理解を助けるために、図11の右半分には、第1板状部材1を除去した内部構造を示している。
FIG. 11 is a top view of a conventional heat equalizing apparatus, generally denoted by 500, and FIG. 12 is a cross-sectional view of FIG. 11 viewed in the XII-XII direction. In order to facilitate understanding, the right half of FIG. 11 shows the internal structure from which the first plate-
図11、12に示すように、均熱装置500は、第1板状部材1と、第2板状部材2と、その周囲に設けられた側壁部5とを含む。第1板状部材1、第2板状部材2は、表面が平坦な略円板状の部材からなり、第1板状部材1は、加熱対象物(図示せず)が上面に載置される定盤となっている。
第1板状部材1と第2板状部材2との間には支柱部7が形成され、その間が流路3となっている。流路3は略同心円状に形成されると共に、それぞれの流路3を接続するように、半径方向にも流路30が形成されている。流路3、30は、外気に対して密閉状態であり、排気された後に所定量の作動液4が入れられている。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
A
第2板状部材2の流路3の下部には、流路3に沿って略同心円状の発熱体6が設けられている。発熱体6には、例えばシーズヒータやバンドヒータが使用される。発熱体6から供給された熱は、第2板状部材2を介して作動液4に伝えられる。加熱された作動液4は、蒸気となって流路3内に拡散し、流路3内の温度が最も低い上面(第1板状部材1の裏面)で凝縮潜熱として熱を放出し液化する。かかる工程により、第1板状部材1が加熱され、その上に載置された加熱対象物が加熱される。
しかしながら、均熱装置500では、発熱体6から第2板状部材2に供給された熱が、作動液4以外に、支持体7を介して第1板状部材1に伝えられる。このため、第1板状部材1の表面温度が十分に均一とはならず、対象物の温度が場所によりばらつくという問題があった。
However, in the
そこで、本発明は、定盤上の対象物を均一に加熱することができる均熱装置の提供を目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the heat equalizing apparatus which can heat the target object on a surface plate uniformly.
本発明は、対象物を載置する上面を有する第1板状部材と、第1板状部材に平行に配置された第2板状部材と、第1板状部材と第2板状部材との間に形成された流路と、流路内に設けられた作動液と、流路に沿って、第2板状部材の下面に設けられた発熱体とを含み、発熱体により加熱された作動液が蒸発し、第1板状部材の裏面で液化することにより、第1板状部材を加熱する均熱装置であって、流路内の、第2板状部材の上に、沸騰伝熱促進体が設けられたことを特徴とする均熱装置である。 The present invention includes a first plate-like member having an upper surface on which an object is placed, a second plate-like member disposed in parallel to the first plate-like member, a first plate-like member, and a second plate-like member. And a heating fluid provided in the channel, and a heating element provided on the lower surface of the second plate member along the channel, and heated by the heating element The working fluid evaporates and liquefies on the back surface of the first plate-like member, thereby heating the first plate-like member, and is transferred to the boiling plate on the second plate-like member in the flow path. A heat equalizing device characterized in that a heat accelerator is provided.
また、本発明は、対象物を載置する上面を有する第1板状部材と、第1板状部材に平行に配置された第2板状部材と、第1板状部材と第2板状部材との間に形成された流路と、流路内に設けられた作動液と、流路に沿って、第2板状部材の下面に設けられた発熱体とを含み、発熱体により加熱された作動液が蒸発し、第1板状部材の裏面で液化することにより、第1板状部材を加熱する均熱装置であって、第2板状部材の裏面に、流路に沿って溝部を有し、溝部内に発熱体が設けられるとともに、溝部上の第2板状部材を薄肉部としたことを特徴とする均熱装置である。 The present invention also includes a first plate-like member having an upper surface on which an object is placed, a second plate-like member arranged in parallel to the first plate-like member, a first plate-like member, and a second plate-like member. Including a flow path formed between the members, a working fluid provided in the flow path, and a heating element provided on the lower surface of the second plate-like member along the flow path. The heated working fluid evaporates and liquefies on the back surface of the first plate member, thereby heating the first plate member, and on the back surface of the second plate member along the flow path. The heat equalizing device includes a groove portion, a heating element is provided in the groove portion, and the second plate member on the groove portion is a thin wall portion.
このように、本発明にかかる均熱装置では、薄肉部上の作動液を介して定盤に熱が伝えされ、定盤上の対象物を均一に加熱することができる。 Thus, in the heat equalizing apparatus according to the present invention, heat is transmitted to the surface plate via the working fluid on the thin wall portion, and the object on the surface plate can be heated uniformly.
以下に、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、本発明では、「上」、「下」、「左」、「右」およびこれらの用語を含む名称を適宜使用するが、これらの方向は図面を参照した発明の理解を容易にするために用いるものであり、実施形態を上下反転、あるいは任意の方向に回転した形態も、当然に本願発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, “top”, “bottom”, “left”, “right” and names including these terms are used as appropriate, but these directions are for easy understanding of the invention with reference to the drawings. Of course, embodiments in which the embodiment is inverted upside down or rotated in an arbitrary direction are also included in the technical scope of the present invention.
実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる均熱装置の上面図であり、図2は、裏面図である。図1では、理解を容易にするために、第1板状部材1を除去した状態を示している。また、図3、4は、それぞれ、図1を、III−III方向、IV−IV方向に見た場合の断面図である。更に、図5は、図3において点線で囲まれたAの部分の拡大図である。図1〜5において、図11、12と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
FIG. 1 is a top view of the heat equalizing apparatus according to the first embodiment of the present invention, the whole being represented by 100, and FIG. 2 is a back view. FIG. 1 shows a state where the first plate-
均熱装置100は、略平行に設けられた第1板状部材1および第2板状部材2と、その周囲に設けられた側壁部5とを含む。第1板状部材1、第2板状部材2は、表面が平坦な略円板状の部材からなり、第1板状部材1は、上面に加熱対象物(図示せず)が載置される定盤となっている。第1板状部材1、第2板状部材2の材料には、例えば銅やアルミニウムが用いられる。
The heat equalizing
第1板状部材1と第2板状部材2との間には支柱部7が略同心円状に形成され、その間が流路3となっている。また、それぞれの流路3を接続するように、半径方向にも流路30が形成されている。流路3、30は、外気に対して密閉状態であり、排気された後に所定量の作動液4が入れられている。
Between the first plate-
また、図5に詳しく示したように、流路3の下部の第2板状部材2には、略同心円状の溝部21が、流路3に沿って設けられている。溝部21上に残された第2板状部材2は、薄肉部41となっている。溝部21の中央には、溝部21に沿って、略同心円状に発熱体6が設けられている。発熱体6には、例えばシーズヒータやバンドヒータが使用される。
As shown in detail in FIG. 5, a substantially
薄肉部41を補強するために、発熱体6の両側の溝部21内には、補強部材42が埋め込まれている。補強部材42には、耐熱性が高く熱伝度率の小さい材料を用いることが好ましく、例えばステンレス鋼が用いられる。
In order to reinforce the
更に、溝部21上の第2板状部材2の表面には、流路3に沿って、同心円状に多孔質部材51が設けられている。多孔質部材51は、例えば、金属粒子の焼結体や発泡金属からなり、材料には、銅等が用いられる。多孔質部材51の孔径は、作動液4が沸騰する時の沸騰熱伝達率hが大きくなるように、作動液4の種類や発熱体6の加熱温度に応じて調整される。例えば、作動液4に水を用い、加熱温度を60℃〜120℃程度とした場合、孔径は約数百μmであることが好ましく、加熱温度を20℃〜60℃程度とした場合、孔径は約1mmであることが好ましい。多孔質部材51は、金属粒子を第2板状部材2の上面に、メッキ法あるいは焼結法などにより形成される。
Furthermore, a concentric
流路3、30には所定量の作動液4が入れられている。作動液4には、上述のように例えば水が用いられる。特に、第1板状部材1、第2板状部材2、多孔質部材51に銅を用いた場合、作動液4として水を使用することが好ましい。
A predetermined amount of
次に、本実施の形態1にかかる均熱装置100の加熱動作について説明する。加熱される対象物は、第1板状部材1の上(定盤)に載置される。
発熱体6から供給された熱は、薄肉部41を介して多孔質材料51に伝えられる。続いて、多孔質材料51に接した作動液4が加熱され、蒸気となって流路3内の空間に拡散する(図4中に、矢印で記載)。この蒸気は流路3内の温度の低い上面(第1板状部材1の裏面)で凝縮して熱を放出し、液化する。液化した作動液4は、流路3の内部で下方に落下して還流する。
かかる動作が繰り返されることにより、流路3内では、場所による温度差がなくなる。また、発熱体6から第1板状部材1に熱が輸送され、第1板状部材1の表面が均一な温度に加熱される。
Next, the heating operation of the
The heat supplied from the
By repeating this operation, there is no temperature difference depending on the location in the
特に、均熱装置100では、発熱体6から供給された熱は、まず、第2板状部材2の薄肉部41に伝えられる。薄肉部41は膜厚が薄いため、熱は、平面方向(横方向)に殆ど拡散することなく、直上の多孔質部材51に伝えられる。多孔質部材51の気孔内部で作動液4が加熱され、沸騰気泡を生成する。多孔質部材51の孔は、伝熱表面積を大きくする作用のほかに、沸騰気泡核を多数持つという作用も有する。これらの多孔質部材51の作用により、効果的に沸騰伝熱が生じることとなる。
In particular, in the
このような構造を有することにより、均熱装置100では、発熱体6と作動液4との温度差が1〜2Kという非常に小さな温度差で、作動液4が沸騰する。このため、薄肉部41の温度上昇は小さくなり、支柱部7への熱の流れも殆ど発生しない。この結果、従来のように支柱7部を介して第1板状部材1に熱が伝わることがなく、第1板状部材1の表面温度が均一化される。
By having such a structure, in the soaking
かかる第1板状部材1の表面温度の均一化について、図6、7を参照しながら、更に詳しく説明する。例えば、図6に示すように、発熱体6と支柱部7との間の距離Lを10mmとする。また、薄肉部41は銅からなるものとし、薄肉部41の板厚をtmmとする。
The uniformity of the surface temperature of the first plate-
図7は、作動液4の沸騰熱伝達率(h)を1000、5000、10000W/m2Kの3種類とした場合の、薄肉部41の板厚(t)と、端面温度上昇との関係である。
FIG. 7 shows the relationship between the plate thickness (t) of the thin-
ここで、端面温度は、薄肉部41と支柱部7との接点、即ち、発熱体6から距離L(=10mm)だけ離れた位置での、薄肉部41の表面温度として測定される。
また、沸騰熱伝達率(h)は、多孔質部材51の孔径等で調整できる。例えば、多孔質部材51を用いないときの沸騰熱伝達(h)は1000W/m2Kであり、孔径を調整することにより、沸騰熱伝達(h)を5000および10000W/m2Kとする。
Here, the end surface temperature is measured as the surface temperature of the
Further, the boiling heat transfer coefficient (h) can be adjusted by the pore diameter of the
図7に示すように、沸騰熱伝達率(h)が大きいほど、また薄肉部41の板厚(t)が薄いほど、端面での温度上昇は小さくなることが分かる。端面での温度上昇を抑えることにより、支柱部7を通る熱の移動が抑制され、第1板状部材1の温度は、作動液4の蒸気による熱伝達により制御されることとなる。この結果、第1板状部材1の温度の均一性が向上する。
As shown in FIG. 7, it can be understood that the temperature rise at the end face decreases as the boiling heat transfer coefficient (h) increases and the plate thickness (t) of the
例えば、上述のように多孔質部材51を用いない時の沸騰熱伝達(h)は1000W/m2K程度であり、この場合は、薄肉部41の板厚(t)を0.1mmと薄くしても、端面の温度上昇は0.1K以下とはならない。
これに対し、多孔質部材51を用いて沸騰熱伝達(h)を10000W/m2Kとすると、薄肉部41の板厚(t)は0.6mmであっても、端面の温度上昇を0.1Kとすることができる。
For example, the boiling heat transfer (h) when the
On the other hand, if the boiling heat transfer (h) is 10000 W / m 2 K using the
このように、本実施の形態1にかかる均熱装置100では、薄肉部41と多孔質部材51を設けることにより、第1板状部材1の温度の均一性が向上する。なお、均熱装置100では、薄肉部41と多孔質部材51の双方を設けたが、いずれか一方のみを設けてもかまわない。この場合にも第1板状部材1の温度の均一性が向上する。
Thus, in the
また、本実施の形態1にかかる均熱装置100では、補強部材42を設けることにより、薄肉部41の強度を向上させ、均熱装置100の持ち運びや設置時の取り扱いが容易となる。
Further, in the
実施の形態2.
図8は、全体が200で表される、本発明の実施の形態2にかかる均熱装置の断面図であり、図3のAの部分に相当する。図8中、図1〜3と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the heat equalizing apparatus according to the second embodiment of the present invention, the whole being represented by 200, and corresponds to a portion A in FIG. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIGS.
均熱装置200では、均熱装置100の多孔質部材51に代えて、薄肉部41の上に、沸騰熱伝達促進体61が設けられている。沸騰熱伝達促進体61は、複数の溝部を表面に設けて表面積を大きくした板状体からなる。溝部の底角は、15°〜45°程度が好ましく、好適には略30°である。また、材料には例えば銅が使用される。他の構造は、上述の均熱装置100と同じである。
In the
このように、多孔質部材51に代えて沸騰熱伝達促進体61を用いることにより、作動液3と沸騰熱伝達促進体61との接触面積が大きくなる。また、溝部の底部(底角近傍)が沸騰気泡核を多数有するため、沸騰効率が向上する。この結果、沸騰熱伝達率hが大きくなる。
Thus, by using the boiling heat
このように、多孔質部材51に代えて沸騰熱伝達促進体61を用いることによっても、沸騰熱伝達率(h)を増大させることができ、端面温度の上昇を抑制できる。この結果、第1板状部材1の温度の均一性が向上する。
Thus, it is possible to increase the boiling heat transfer coefficient (h) by using the boiling
なお、ここでは、沸騰熱伝達促進体61として、複数の溝部を表面に形成した板状体を用いたが、例えば底角が15°〜45°程度の凹部を設けても構わない。
Here, as the boiling heat
実施の形態3.
図9は、全体が300で表される、本発明の実施の形態3にかかる均熱装置の断面図であり、図1のIII−III方向に見た場合の断面に相当する。図9中、図1〜3と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the heat equalizing apparatus according to the third embodiment of the present invention, the whole being represented by 300, and corresponds to a cross section when viewed in the III-III direction of FIG. 9, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 denote the same or corresponding parts.
本実施の形態にかかる均熱装置300は、発熱体6を有する均熱装置100に、更に冷却器71を設けた構造となっている。均熱装置300では、第1板状部材1(定盤)を加熱して第1板状部材1上の対象物を加熱し、所定の処理を行った後に、冷却器71を用いて対象物を急速に冷却することができる。
The soaking
均熱装置300では、薄肉部41が形成されない、例えば第2板状部材2の中央部分の下部に冷却器71が設けられている。冷却器71には、例えばペルチェ素子や冷却水を用いた水冷装置が使用される。
また、冷却器71の上方の流路3内には、作動液4と第1板状部材1の裏面との中間位置に隔壁板72が設けられている。隔壁板72には、例えば、傘状や半球状の金属板が用いられる。他の構造は、上述の均熱装置100と同じである。
In the
A
かかる均熱装置300では、第1板状部材1(定盤)上の対象物を加熱した後、冷却器71により、第1板状部材1が支柱部7を介して効果的に冷却される。この結果、第1板状部材1上の対象物の迅速な冷却が可能となる。
In the soaking
冷却器71が作動している場合、流路3内では、発熱体6の上方から蒸発した作動液4が、流路3内を冷却器71の方に移動して冷却器71の上方で冷却、凝集される。
一方、流路3内には、残留空気や発生した水素などの非凝縮性ガス73も存在するが、これらの非凝縮性ガス73は、作動液4の移動に伴って流路3内を冷却器71の方に移動する。均熱装置300では、冷却器71の上方に隔壁板72が設けられ、隔壁板72の内部に、非凝縮性ガス73が流れ込み、滞留する。この結果、第1板状部材1の裏面で、非凝縮性ガス73が、気体状の作動液4の凝縮を妨げるのを防止でき、第1板状部材1の温度が均一化される。
When the cooler 71 is operating, in the
On the other hand,
なお、本実施の形態3にかかる冷却器71は、均熱装置200や、後述の均熱装置400にも適用することができる。
The cooler 71 according to the third embodiment can also be applied to the soaking
実施の形態4.
図10は、全体が400で表される、本発明の実施の形態4にかかる均熱装置の断面図であり、図1のIII−III方向に見た場合の断面に相当する。図10中、図1〜3と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the heat equalizing device according to the fourth embodiment of the present invention, which is indicated as a whole by 400, and corresponds to a cross section when viewed in the III-III direction of FIG. 10, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 denote the same or corresponding parts.
図10に示すように、均熱装置400では、流路3に沿って第2板状部材2が内側に折り曲げられ、折り曲げられた薄肉部41の下方には、薄肉部41に接するように発熱体6が設けられている。発熱体6は、少なくとも一部が、第2板状部材2の上面より流路3側に配置されている。
As shown in FIG. 10, in the
かかる構造では、発熱体6から支柱部7までの距離が長くなるため、発熱体6と支柱部7との間の熱抵抗が大きくなる。この結果、支柱部7に流れ、支柱部7を介しての第1板状部材1に伝達される熱量が低減され、第1板状部材1の温度が均一化される。また、発熱体6の熱が外気に触れる面積が小さくなるため、発熱体6から外気に逃げる熱量が小さくなり、加熱効率が向上する。
In such a structure, since the distance from the
1 第1板状部材(定盤)、2 第2板状部材、3 流路、4 作動液、5 側壁部、6 発熱体、7 支柱部、21 溝部、30 流路、41 薄肉部、42 補強部材、51 多孔質部材、100 均熱装置。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該第1板状部材に平行に配置された第2板状部材と、
該第1板状部材と該第2板状部材との間に形成された流路と、
該流路内に設けられた作動液と、
該流路に沿って、該第2板状部材の下面に設けられた発熱体とを含み、
該発熱体により加熱された作動液が蒸発し、該第1板状部材の裏面で液化することにより、該第1板状部材を加熱する均熱装置であって、
該流路内の、該第2板状部材の上に、沸騰伝熱促進体が設けられたことを特徴とする均熱装置。 A first plate member having an upper surface on which the object is placed;
A second plate member disposed in parallel to the first plate member;
A flow path formed between the first plate member and the second plate member;
A working fluid provided in the flow path;
A heating element provided on the lower surface of the second plate-shaped member along the flow path,
A soaking device that heats the first plate-like member by evaporating the working fluid heated by the heating element and liquefying on the back surface of the first plate-like member,
A heat equalizing apparatus, wherein a boiling heat transfer promoting body is provided on the second plate-like member in the flow path.
該第1板状部材に平行に配置された第2板状部材と、
該第1板状部材と該第2板状部材との間に形成された流路と、
該流路内に設けられた作動液と、
該流路に沿って、該第2板状部材の下面に設けられた発熱体とを含み、
該発熱体により加熱された作動液が蒸発し、該第1板状部材の裏面で液化することにより、該第1板状部材を加熱する均熱装置であって、
該第2板状部材の裏面に、該流路に沿って溝部を有し、該溝部内に発熱体が設けられるとともに、該溝部上の該第2板状部材を薄肉部としたことを特徴とする均熱装置。 A first plate member having an upper surface on which the object is placed;
A second plate member disposed in parallel to the first plate member;
A flow path formed between the first plate member and the second plate member;
A working fluid provided in the flow path;
A heating element provided on the lower surface of the second plate-shaped member along the flow path,
A soaking device that heats the first plate-like member by evaporating the working fluid heated by the heating element and liquefying on the back surface of the first plate-like member,
The back surface of the second plate member has a groove portion along the flow path, a heating element is provided in the groove portion, and the second plate member on the groove portion is a thin portion. Soaking device.
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