(57)【要約】【課題】真空容器中において被加熱物を加熱するのに要する時間を短くすることができる加熱装置および加熱方法を提供する。【解決手段】真空容器３０と、第１のガス経路２１ａとを有する。真空容器３０は被加熱物１１を収納するためのものである。第１のガス経路２１ａは、加熱されたガスを被加熱物１１に直接吹き付けるための噴出部２２を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収納するための真空容器と、
加熱されたガスを前記被加熱物に直接吹き付けるための噴出部を有する第１のガス経路とを備えた、加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱物は基板を含む、請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記被加熱物は、前記基板を載せるためのトレイを含む、請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記噴出部は複数の噴出口を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項５】
前記真空容器の中に前記被加熱物を支持するための支持面を有する支持部をさらに備えた、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記支持部は複数の段を有する、請求項５に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記噴出部は前記支持面上に配置されている、請求項５または６に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記支持部は、前記被加熱物および前記第１ガス経路の両方を加熱するためのヒータを含む、請求項５〜７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項９】
前記ガスを加熱するためのヒータを前記真空容器の外にさらに備えた、請求項１〜７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記真空容器の中に拡散された前記ガスを前記第１のガス経路に戻すための第２のガス経路をさらに備えた、請求項１〜９のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１１】
真空容器に被加熱物を収納する工程と、
加熱されたガスを前記被加熱物に直接吹き付けることにより前記被加熱物を加熱する工程とを備えた、加熱方法。
【請求項１２】
前記加熱する工程の後に、前記真空容器を真空引きする工程をさらに備えた、請求項１１に記載の加熱方法。
【請求項１３】
前記加熱する工程は、前記真空容器の圧力を保持しながら行なわれる、請求項１１または１２に記載の加熱方法。
【請求項１４】
前記加熱する工程は、前記真空容器から回収された前記ガスを前記被加熱物に再度吹き付ける工程を含む、請求項１１〜１３のいずれかに記載の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置および加熱方法に関し、特に、真空容器を有する加熱装置、および真空容器を用いた加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加熱物を高温状態としつつ低圧下に保持する必要があることがある。このような低圧下では熱伝導が生じにくくなるので、被加熱物が真空中で加熱される場合、加熱に要する時間が長くなってしまう。このため、より短時間で被加熱物を昇温するための技術が提案されている。
【０００３】
たとえば、特開平５−１２５４５７号公報（特許文献１）によれば、まず被処理物が投入された炉内が真空にされる。次に所定の温度に昇温された不活性ガスが炉内に供給されて被処理物が不活性ガスの対流により加熱昇温される。次に不活性ガスの供給が中止されて炉内が真空にされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１２５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の方法では、加熱に要する時間が不活性ガスの対流によって短くなるものの、その効果が不十分なことがあるという問題がある。
【０００６】
それゆえ本発明の目的は、真空容器中において被加熱物を加熱するのに要する時間を短くすることができる加熱装置および加熱方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の加熱装置は、真空容器と、第１のガス経路とを有する。真空容器は被加熱物を収納するためのものである。第１のガス経路は、加熱されたガスを被加熱物に直接吹き付けるための噴出部を有する。
【０００８】
本発明の加熱装置によれば、加熱されたガスが被加熱物に直接吹き付けられるので、被加熱物を効率的に加熱することができる。よって被加熱物を加熱するのに要する時間を短くすることができる。
【０００９】
好ましくは、被加熱物は基板を含む。これにより基板を加熱することができる。
好ましくは、被加熱物は、基板を載せるためのトレイを含む。これにより基板の搬送にトレイを用いることができる。
【００１０】
好ましくは、噴出部は複数の噴出口を有する。これにより被加熱物をより均等に加熱することができる。
【００１１】
好ましくは、加熱装置は、真空容器の中に被加熱物を支持するための支持面を有する支持部をさらに有する。これにより被加熱物を保持することができる。
【００１２】
好ましくは、支持部は複数の段を有する。これにより１回の加熱で複数の被加熱物を加熱することができる。
【００１３】
好ましくは、噴出部は支持面上に配置されている。これによりガスを被加熱物の支持される面に直接吹き付けることができる。
【００１４】
好ましくは、支持部は、被加熱物および第１ガス経路の両方を加熱するためのヒータを含む。これにより被加熱物を、ガスにより加熱するだけでなく、ガスが介在しない熱伝導によっても加熱することができる。
【００１５】
好ましくは、加熱装置は、ガスを加熱するためのヒータを真空容器の外にさらに有する。これによりヒータを真空容器の外に設けることができる。
【００１６】
好ましくは、加熱装置は、真空容器の中に拡散されたガスを第１のガス経路に戻すための第２のガス経路をさらに有する。これによりガスを再利用することができる。
【００１７】
本発明の加熱方法は、以下の工程を有する。
真空容器に被加熱物が収納される。加熱されたガスを被加熱物に直接吹き付けることにより被加熱物が加熱される。
【００１８】
本発明の加熱方法によれば、加熱されたガスが被加熱物に直接吹き付けられるので、被加熱物を効率的に加熱することができる。これにより、被加熱物を加熱するのに要する時間を短くすることができる。
【００１９】
好ましくは、被加熱物が加熱された後に、真空容器が真空引きされる。これにより加熱された被加熱物を真空中に保持することができる。
【００２０】
好ましくは、真空容器の圧力が保持されながら、被加熱物が加熱される。これにより減圧され続ける場合に比して真空容器中の圧力を高く保持することができるので、被加熱物をより効率的に加熱することができる。よって被加熱物を加熱するのに要する時間をより短くすることができる。
【００２１】
好ましくは、被加熱物が加熱される際、真空容器から回収されたガスが被加熱物に再度吹き付けられる。これによりガスを再利用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、被加熱物を加熱するのに要する時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態における加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の支持部の支持面を概略的に示す平面図である。
【図３】比較例の加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】表１の測定点を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１および図２を参照して、本実施の形態の加熱装置１００は、真空容器３０と、ガス導入管２１ａ（第１のガス経路）と、ガス回収管２１ｂ（第２のガス経路）と、ステージ２０（支持部）と、ヒータ２３と、ロータリーポンプ４１と、メカニカルブースタポンプ（ＭＢＰ）４２と、バルブ４３と、ガス循環機５０とを有する。
【００２５】
真空容器３０は被加熱物を収納するためのものである。被加熱物は、基板１０と、基板１０を載せるためのトレイ（セッター）１１とを含む。
【００２６】
ステージ２０は、真空容器３０の中にトレイ１１を支持するための支持面（図１における上面）を有する。またステージ２０は、トレイ１１およびガス導入管２１ａの両方を加熱するためのヒータ２３を含む。またステージ２０は、複数の段（図１における上段および下段）を有する。
【００２７】
ガス導入管２１ａは、加熱されたガスをトレイ１１に直接吹き付けるための噴出部として、複数の噴出口２２を有する。噴出口２２はステージ２０の支持面上に配置されている。またガス導入管２１ａの一部はステージ２０内を通っている。
【００２８】
ガス回収管２１ｂは、真空容器３０の中に拡散されたガスをガス導入管２１ａに戻すためのものである。ガス循環機５０は、ガス導入管２１ａ、真空容器３０およびガス回収管２１ｂからなる経路において矢印（図１）で示すようにガスを循環させるためのものである。
【００２９】
次に本実施の形態における加熱方法について説明する。
まず基板１０を載せたトレイ１１が真空容器３０に収納される。次にバルブ４３が開けられた状態でロータリーポンプ４１とメカニカルブースタポンプ４２とを用いて真空容器３０が真空引きされる。真空容器３０が所定の圧力まで減圧された時点で、バルブ４３が閉じられる。
【００３０】
次にガス導入管２１ａのうちステージ２０内に位置する部分がヒータ２３によって加熱される。そしてガス導入管２１ａにガスが通される。このガスは、高い熱伝導率を有するものであることが好ましく、たとえば水素またはヘリウムである。ガス導入管２１ａのヒータ２３によって加熱された部分をガスが通ることで、ガスが加熱される。加熱されたガスは、噴出口２２から噴出され、トレイ１１に直接吹き付けられる。これによりトレイ１１が加熱される。
【００３１】
吹き付けられたガスは真空容器３０内を拡散する。拡散されたガスは、ガス循環機５０の作用によって、真空容器３０からガス回収管２１ｂへと回収された後、ガス導入管２１ａに戻される。戻されたガスは、上記と同様に、再び加熱された後にトレイ１１に再び吹き付けられる。よってガスは、ガス導入管２１ａ、真空容器３０およびガス回収管２１ｂからなる経路を循環する。この際、バルブ４３が閉じられているので、真空容器３０内の圧力は所定の圧力に保持される。この圧力は、たとえば１００Ｐａ以上、大気圧以下である。
【００３２】
上記のようにトレイ１１が加熱されると、トレイ１１からの熱伝導によって基板１０が加熱される。基板１０が所定の温度に達した時点でガス循環機５０が停止される。そしてバルブ４３が開けられることで真空容器３０が真空引きされる。
【００３３】
以上により、基板１０が高温状態とされ、かつ低圧下に保持される。
次に比較例の加熱装置９００（図３）を用いた加熱方法について説明する。
【００３４】
まず基板１０を載せたトレイ１１が真空容器３０に収納される。次にバルブ４３が開けられた状態でロータリーポンプ４１とメカニカルブースタポンプ４２とを用いて真空容器３０が真空引きされる。真空容器３０が所定の圧力まで減圧された時点でバルブ４３が閉じられる。この圧力は、たとえば１〜２０Ｐａである。
【００３５】
次にヒータ２３によってステージ２０が加熱される。そしてトレイ１１が、主にステージ２０からの熱伝導によって加熱される。この熱伝導は真空容器３０内が減圧されていることによって抑制されるので、トレイ１１の加熱効率は低くなる。同様にトレイ１１と基板１０との間の熱伝導も抑制されるので、トレイ１１による基板１０の加熱の効率も低くなる。この結果、基板１０を加熱するのに要する時間が長くなってしまう。
【００３６】
これに対して本実施の形態によれば、加熱されたガスがトレイ１１に直接吹き付けられるので、トレイ１１を効率的に加熱することができる。これによりトレイ１１に載せられた基板１０も効率的に加熱される。よって基板１０を加熱するのに要する時間を短くすることができる。
【００３７】
また噴出されたガスの一部はトレイ１１と基板１０との間へ拡散する。このガスは、トレイ１１から基板１０への熱伝導を促進する。これにより基板１０を加熱するのに要する時間を短くすることができる。
【００３８】
また複数の噴出口２２が設けられることで、噴出口が１つしか設けられない場合に比して、トレイ１１をより均等に加熱することができる。よって基板１０をより均等に加熱することができる。
【００３９】
またステージ２０は複数の段を有するので、１回の加熱で複数の基板１０を加熱することができる。
【００４０】
またガス回収管２１ｂが設けられることで、真空容器３０内に拡散したガスを基板１０の加熱のために再利用することができる。
【００４１】
またガスを用いた加熱の際に、真空容器３０内の圧力は所定の圧力に保持される。これにより、真空容器３０が減圧され続ける場合に比して、真空容器３０中の圧力を高く保持することができる。よってトレイ１１をより効率的に加熱することができ、かつトレイ１１と基板１０との間の熱伝導を促進することができる。よって基板１０を加熱するのに要する時間をより短くすることができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、基板１０を加熱するのに要する時間を短くすることができる。その検証結果について、本実施の形態の実施例を比較例と対照しつつ、以下に説明する。
【００４３】
本実施の形態の実施例として、上記ガスとして窒素ガスが使用され、また基板１０の目標温度が２００℃とされて、基板１０の加熱が行なわれた。加熱開始から２時間後に、基板１０の測定点Ａ〜Ｉ（図４）の各々の温度が測定された。また比較例についても同様の測定が行なわれた。この結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
比較例では、基板１０の温度は１３０〜１９０℃の分布を有していた。すなわち、基板１０の温度は未だ目標温度には達しておらず、かつ温度分布の均一性は低かった。一方、本実施例によれば、基板１０の温度は１９９〜２０１℃の分布を有していた。すなわち、基板１０の温度は目標温度に達しており、かつ温度分布の均一性は高かった。
【００４６】
この結果から、本実施の形態によれば基板１０を、短時間で均一に加熱することができることがわかった。
【００４７】
なお本実施の形態においては基板１０はステージ２０にトレイ１１を介して支持されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば基板１０がステージ２０に直接支持されてもよい。この場合、加熱されたガスは基板１０に直接吹き付けられる。
【００４８】
また本実施の形態においてはガスを加熱するためのヒータが真空容器３０内に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえばガスを加熱するためのヒータが真空容器３０の外に設けられてもよい。
【００４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、真空容器を有する加熱装置、および真空容器を用いた加熱方法に特に有利に適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  基板、１１  トレイ（被加熱物）、２０  ステージ（支持部）、２１ａ  ガス導入管（第１のガス経路）、２１ｂ  ガス回収管（第２のガス経路）、２２  噴出口、２３  ヒータ、３０  真空容器、４１  ロータリーポンプ、４２  メカニカルブースタポンプ、４３  バルブ、５０  ガス循環機、１００  加熱装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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