(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱プレート（２）の背後に設けられたフィラメント（９）と、このフィラメント（９）を加熱する加熱電源（１２）と、このフィラメント（９）に加速電圧を印加する加速電源（１１）と、前記フィラメント（９）から放出され、加速電源（１１）による加速電圧で加速された電子を加熱プレート（２）に向けて反射するリフレクタ（３）とを有する背面電子衝撃加熱装置において、リフレクタ（３）の反射面は、その加熱プレート（２）の中央部に対向する部分が加熱プレート（２）の周辺部に対向する部分より加熱プレート（２）に近くなっていると共に、フィラメント（９）をリフレクタ（３）と加熱プレート（２）との間に複数設け、これら複数のフィラメント（９）と加熱プレート（２）との距離を前記リフレクタ（３）に合わせて、加熱プレート（２）の中央部に対向するフィラメント（９）が加熱プレート（２）の周辺部に対向するフィラメント（９）より加熱プレート（２）に近くなるよう配置されていることを特徴とする背面電子衝撃加熱装置。
【請求項２】
リフレクタ（３）反射面は、勾配を有することを特徴とする請求項１に記載の背面電子衝撃加熱装置。
【請求項３】
加熱プレート（２）に最も近いリフレクタ（３）が加熱プレート（２）の中央部に対向する部分が加熱プレート（２）の周辺部に対向する部分より加熱プレート（２）に近くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の背面電子衝撃加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発皿から金属微粒子を蒸発させる加熱装置に関し、特に加熱プレートの背後に設けたフィラメントから加速された電子を加熱プレートに衝突させて電子衝撃により加熱する背面電子衝撃加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱プレート上に蒸発皿を載せ、この蒸発皿を２０００℃程度に加熱することによって、この蒸発皿に少しずつ垂らした金属微粉を速やかに蒸発させることができる加熱手段として、加速した電子を加熱プレートの背後に衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の背面電子衝撃加熱装置が使用されている。例えば、図４は加速された電子を加熱プレート３２の背後から衝突させて同加熱プレート３２を加熱し、その加熱プレート３２に載せた蒸発皿３５を加熱する方式の背面電子衝撃加熱装置である。このような背面電子衝撃加熱装置は、例えば下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
図４には示していないが、ステンレス鋼等の金属からなるテーブル３６の上に真空チャンバが載せて固定されており、この真空チャンバの中に加熱容器３１が設置されている。この加熱容器３１は、黒鉛等からなる下面が開いた容器状のものであって、天板が耐食性に優れたＰＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等からできた蒸発皿３５を載せるため平坦な加熱プレート３２となっている。加熱物３７は、耐食性に優れたＰＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等からできた蒸発皿３５に少しずつ垂らしたニッケル等の金属微粉であり、加熱プレート３２の上に載せられこの蒸発皿３５からの熱によって蒸発する。
【０００４】
テーブル３６の上面に環状の溝が設けられ、この溝にフッ素系樹脂等からなる環状の真空シール４４が嵌め込まれている。この溝に嵌め込まれた真空シール４４の上に、前記加熱容器３１の周壁４３の下端フランジ部４８が載せられ、加熱容器３１がテーブル３６上に設置される。さらにねじ４９でテーブル３６に固定された止め金具３４が断熱パッキン４７を介して前記下端フランジ部４８をテーブル３６に押さえ付けている。
【０００５】
この加熱容器３１の内部に立設された支柱４６により、加熱プレート３２の背後側にフィラメント３９が取り付けられている。このフィラメント３９には、フィラメント加熱電源４２が接続されている。また、このフィラメント３９と加熱プレート３２との間に加速電源４１が接続され、この加速電源４１によりフィラメント３９と加熱プレート３２との間に加速電圧が印加される。なお加熱プレート３２を有する加熱容器３１は接地され、フィラメント３９に対して正電位に保持される。
【０００６】
前記フィラメント３９の下方にリフレクタ３３が取り付けられている。このリフレクタ３３は、加熱プレート３２と対向する面側が電子を反射する反射面となっており、耐熱性のステンレスや高融点金属或いは黒鉛等からなる。このリフレクタ３３は、フィラメント３９に導通しており、同フィラメント３９と同電位のマイナス電位とされる。
【０００７】
このような背面電子衝撃加熱装置では、加熱容器３１の中のフィラメント３９に通電して加熱することにより、熱電子を発生させると共に、加速電源４１によりフィラメント３９と加熱プレート３２との間に高電圧を印加することで、熱電子を加速し、正電位に維持された加熱プレート３２に衝突させる。この加速された電子の衝突による衝撃によって加熱プレート３２が加熱され、その上の蒸発皿３５に供給された加熱物３７を加熱する。加熱プレート３２に生じる熱は、フィラメント３９の下方に設けられたリフレクタ３３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散しないようになっている。
【０００８】
この背面電子衝撃加熱装置では、加熱プレート３２の温度を測定しながら、加熱物３７の加熱温度を適正に制御する必要がある。例えば、加熱物３７を目的の温度に加熱し、その温度を制御する他、加熱物３７を均一な温度分布で加熱することが必要となる。具体的には、加熱物３７の中央部と周辺部とで加熱時の温度差が無いことが条件となる。
【０００９】
このような加熱プレート３２の温度測定手段として、一般的には熱電対が使用されているが、その他、光学的に温度を測定する光温度計等の非接触型の温度計も使用されている。図４では、テーブル３６のビューポートに配置した光学温度計３８で温度測定する例を示している。図４では、一つの光学温度計３８のみ図示しているが、実際には複数の光学温度計で加熱プレート３２の数カ所、例えば図４で矢印（↑、↓、→、←）で示した位置で加熱プレート３２の温度測定が行われる。
【００１０】
しかしながら、従来の背面電子衝撃加熱装置を用いた実際の加熱時においては、加熱プレート３２の中央では放熱が少ないのに対し、加熱プレート３２の周辺部では、周壁４３及び下端フランジ４８を通してテーブル３６に多く放熱されることから、加熱プレート３２の中央から周辺部へと温度が低くなるような温度勾配が生じる。加えて、加熱プレート３２の上に載せられる蒸発皿３５は、周辺にリブ状に隆起した縁を有するため、この部分でも放熱しやすい。このため、加熱プレート３２の上に載せた加熱物３７に温度勾配が生じ、温度の不均一性が現れる。この温度の不均一性の問題は、加熱物３７の面積が大きくなる程加熱物３７の中央部と周辺部で加熱温度に大きな差をもたらす結果となる。
【００１１】
そこでこのような温度分布の不均一性を解消するため、例えば下記特許文献４〜６では、基本的に加熱プレートの背面の周辺部に対向してフィラメントを配置し、それより内側には補助的にフィラメントを配置し、加速された電子が当たる量を加熱プレートの周辺部と中央部とに差を与える工夫がなされてはいる。
しかしながら、それでも加熱プレートの温度勾配は起こりやすく、生産性の向上等の観点から、半導体ウエハ等の加熱物の面積が増大するのに伴い、さらなる温度分布の均一化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７ー８４８４９号公報
【特許文献２】特開２００５−５６９６４号公報
【特許文献３】特開２００５−５６６２８号公報
【特許文献４】特開２０００−３６３７０号公報
【特許文献５】特開２０００−１２５４９号公報
【特許文献６】特開平１１−３５４５２７号公報
【特許文献７】特開平１１−３５４５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明では、前記従来の背面電子衝撃加熱装置の課題に鑑み、電子衝撃による加熱時に、加熱プレートの温度勾配を無くし、均一な温度分布が形成されるようにし、これにより加熱物の全面を均一な温度で加熱することが出来る背面電子衝撃加熱装置を提供すことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、前記の目的を達成するため、リフレクタ３の加熱プレート２の中央部に対向する部分が加熱プレート２の周辺部に対向する部分より加熱プレート２に近くすることにより、リフレクタ３で反射される電子を、加熱プレート２の中央部より周辺部に集めるようにした。
【００１５】
すなわち、本発明による背面電子衝撃加熱装置は、加熱プレート２の背後に設けられたフィラメント９と、このフィラメント９を加熱する加熱電源１２と、このフィラメント９に加速電圧を印加する加速電源１１と、前記フィラメント９から放出され、加速電源１１による加速電圧で加速された電子を加熱プレート２に向けて反射するリフレクタ３とを有する。そして、リフレクタ３の反射面は、その加熱プレート２の中央部に対向する部分が加熱プレート２の周辺部に対向する部分より加熱プレート２に近くなっている。換言すると、リフレクタ３反射面は、加熱プレート２の中央部に対向する部分が加熱プレート２の周辺部に対向する部分より加熱プレート２に近くなるような勾配を有する。少なくとも、加熱プレート２に最も近いリフレクタ３だけでもこのような配置とする。
【００１６】
このような本発明による背面電子衝撃加熱装置では、フィラメント９から放出され、加速電源１１による加速電圧で加速された電子は、直接加熱プレート２に衝突する他、一部はフィラメント９からリフレクタ３に向けて放射され、リフレクタ３で反射されて加熱プレート２に衝突する。このリフレクタ３の反射面は、その加熱プレート２の中央部に対向する部分が加熱プレート２の周辺部に対向する部分より加熱プレート２に近くなっているため、リフレクタ３で反射される電子は、加熱プレート２の中央部より周辺部へと向けられ、そこで加熱プレート２に衝突する。従って、加熱プレート２に衝突する電子の密度が中央部より周辺部の方が大きくなり、加熱プレート２の周辺部がより高温に加熱される。その結果、加熱プレート２の中央部と周辺部との放熱量との均衡により、加熱プレート２の中央部と周辺部との温度差が無くなる。
【００１７】
さらに、フィラメント９をリフレクタ３と加熱プレート２との間に複数設け、加熱プレート２の中央部に対向するフィラメント９が加熱プレート２の周辺部に対向するよりフィラメント９より加熱プレート２に近くする。すなわち、複数のフィラメント９の加熱プレート２との距離を、リフレクタ３の反射面の勾配に合わせて配置する。
こうすることによって、リフレクタ３で反射される電子を、加熱プレート２の中央部より周辺部へと向け易くなり、加熱プレート２の温度分布をより均一化しやすくなる。さらに加熱プレート２に生じる熱は、フィラメント９の下方に設けられたリフレクタ３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散しないようになっている。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明した通り、本発明による背面電子衝撃加熱装置では、加熱プレート２の中央部と周辺部との放熱量との均衡により、加熱プレート２の中央部と周辺部との温度差を無くすことが出来るため、加熱プレート２の上に載せられた加熱物７の全体を均一な温度で加熱することが可能となる。これにより、大面積の加熱物７でも温度ムラが無く、何れの部位も同じ温度になるよう均一に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例を示す概略縦断側面図である。
【図２】本発明による背面電子衝撃加熱装置の他の実施例を示す概略縦断側面図である。
【図３】本発明による背面電子衝撃加熱装置の他の実施例を示す概略縦断側面図である。
【図４】背面電子衝撃加熱装置の従来例を示す概略縦断側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明では、リフレクタ３の加熱プレート２の中央部に対向する部分が加熱プレート２の周辺部に対向する部分より加熱プレート２に近くすることにより、加熱プレート２の加熱温度分布の均一化を図るものである。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例を示す図である。図示していないが、ステンレス鋼等の金属からなるテーブル６の上に真空チャンバが載せて固定されており、この真空チャンバの中に加熱容器１が設置されている。この加熱容器１は、下面が開いた容器状のものであって、その平坦な天板が耐食性と熱伝導性に優れたＰＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等からできた蒸発皿５に供給された加熱物７を入れた蒸発皿５を載せる加熱プレート２となっている。換言すると、加熱容器１は、加熱プレート２が天板となってその上面側が閉じられ、加熱プレート２の周囲の下方には、下面側が開口した円筒形状の周壁１３が設けられている。加熱容器１の周壁１３の下端部は下端フランジ部１６となっている。加熱物７は、耐食性と熱伝導性に優れたＰＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等からできた蒸発皿５に供給された状態で加熱プレート２の上に載せられる。
【００２２】
テーブル６の上面に環状の溝が設けられ、この溝にフッ素樹脂等のＯリングからなる真空シール１４が嵌め込まれている。この溝に嵌め込まれた真空シール１４の上に、前記加熱容器１の周壁１３の下端フランジ部１８が載せられる。さらに、加熱容器１の下端フランジ部１８の上には、アルミニウム、銀、金等の比較的弾性係数が小さい軟質金属製からなる板状の緩衝部材１７を介して止め金具４が取り付けられている。この止め金具４は、側面形状がアングル状の金具であり、その上片が加熱容器１の下端フランジ部１８の上に前記緩衝部材１７を介して載せられている。また、止め金具の下片は、テーブル６上に設置され、ねじ１９により同テーブル６に締め付け、固定される。
【００２３】
ねじ１９の締め付けにより、緩衝部材１７を介して止め金具４で加熱容器１の下端フランジ部１８を締め付けると、真空シール１４が圧縮され、その断面が平平に潰れると共に、若干ではあるが緩衝部材１７も圧縮変形する。この真空シール１４の圧縮変形と緩衝部材１７の圧縮変形による反力の均衡によって加熱容器１の下端フランジ部１８とテーブル６との間の気密性が確保される。
【００２４】
加熱容器１の内部には、テーブル６から支柱１０が立設され、この支柱１０の上端側にホルダを介して板状のリフレクタ３が支持されている。また、真空チャンバのテーブル６に設けたフィードスルーを通してフィラメント支柱を兼ねる柱状の電極１６、１６が挿入、立設されており、この電極１６、１６の上端にリング状のフィラメントサポートが設けられている。このフィラメントサポートに通してフィラメント９が取り付けられている。このフィラメント９は、加熱容器１の中でその加熱プレート２の背後に設けられたループ状のものである。またこのフィラメント９には、電極１６、１６を介してフィラメント加熱電源１２が接続されている。さらに、このフィラメント９と加熱容器１との間には、高電圧の加速電源１１が接続され、この加速電源１１によりフィラメント９と加熱プレート２との間に加速電圧が印加される。
【００２５】
図１に示した実施例では、板状のリフレクタ３が上下に２つ設けられている。このうち、上側のリフレクタ３は、その中央部が高く、その周辺部が低くなるような勾配が形成されている。この勾配によりリフレクタ３の上面であるその反射面は、その中央部が加熱プレート２に近く、その周辺部が加熱プレート２から遠くなっている。なお、リフレクタ３の中心部は孔が開いており、その部分が後述する光学温度計８の光軸となる。またこの孔は、加熱容器１の上部等から発生するガスを下方に通してテーブル６に接続した真空ポンプ（図示せず）により排気するためのガス通路を兼ねている。例えば、排気されるガスは、高温下で加熱容器１の内部に発生する金属蒸気も含む。
【００２６】
また図１に示した実施例では、径が異なるループ状のフィラメント９が加熱プレート２の中心軸と一致するように加熱プレート２の直下であって、前記最上部のリフレクタ３の上の位置に３つ配置されている。そして内側のループ状のフィラメント９が外側のループ状のフィラメント９より高い位置になるよう配置されている。これにより、内側のループ状のフィラメント９が外側のループ状のフィラメント９より加熱プレート２に近い位置となっている。すなわち、このフィラメント９の高さは、その下のリフレクタ３の反射面の勾配に合わせて設定されている。
【００２７】
加熱プレート２を有する加熱容器１は接地され、加熱プレート２はフィラメント９に対して正電位に保持される。また、前記のリフレクタ３は、フィラメント９に導通しており、同フィラメント９と同電位のマイナス電位とされる。
真空チャンバのテーブル６に設けたビューポートに加熱プレート２の温度を光学的に測定する光学温度計８が設けられている。図１では、テーブル６のビューポートに設けた一つの光学温度計８のみ図示しているが、実際には加熱プレート２の数カ所、例えば図１で矢印（↑、↓、→、←）で示した位置で加熱プレート２の温度測定が行われる。
【００２８】
この背面電子衝撃加熱装置では、加熱容器１の中のフィラメント９に通電して加熱することにより、フィラメント９から熱電子を放出すると共に、加速電源１１によりフィラメント９と加熱プレート２との間に高電圧を印加し、熱電子を加速し、正電位に維持された加熱プレート２に衝突させる。この加速された電子の衝突による衝撃によって加熱プレート２が加熱され、加熱プレート２の上に載置された蒸発皿５を介して加熱物７を加熱することが出来る。
【００２９】
このとき、リフレクタ３の反射面は、その中央部が加熱プレート２に近く、その周辺部が加熱プレート２から遠くなるような勾配が形成されているため、フィラメント９からリフレクタ３側に放射され、リフレクタ３で反射された電子が加熱プレート２の周辺部に集まり易くなる。そのため、加熱プレート２の中央部よりその周辺部に衝突する電子密度が大となる。従って、加熱プレート２の中央部よりその周辺部からの放熱量が大きい場合でも、加熱プレート２の中央部よりその周辺部での発熱量が大きくなる結果、放熱と加熱とが均衡し、加熱プレート２の中央部と周辺部の温度差が無くなる。すなわち、加熱プレート２の半径方向の温度分布が均一化される。さらに加熱プレート２に生じる熱は、フィラメント９の下方に設けられたリフレクタ３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散しないようになっている。
【００３０】
さらに、前記リフレクタ３の反射面の勾配に合わせて、内側のフィラメント９が外側のフィラメント９より高い位置になるよう配置されていることにより、フィラメント９からリフレクタ３側に放射され、リフレクタ３で反射された電子が、加熱プレート２の周辺部に集まり易くなる。その結果、加熱プレート２の中央部よりその周辺部での発熱量が大きくなることから、温度が均衡することになる。
【００３１】
図２は、本発明による背面電子衝撃加熱装置の他の実施例を示す図である。この図２に示した背面電子衝撃加熱装置は、図１に示したものと基本的に同じであり、共通する部分は同じ符合で示している。
図１の実施例では、リフレクタ３は板状のものであったが、図２の実施例では、上側のリフレクタ３がソリッド状の円錐体からなっている。この上側のリフレクタ３の上面である反射面は、その中央部が加熱プレート２に近く、その周辺部が加熱プレート２から遠くなるような勾配が形成されている。前述した図１のリフレクタ３は、金属板等の板状部材で作るときの一般的なものであるが、この図２の上側のリフレクタ３は、黒鉛や導電性セラミック等により成型や削り出し等の手段で作るのに適している。
【００３２】
図３は、本発明による背面電子衝撃加熱装置の他の実施例を示す図である。この図３に示した背面電子衝撃加熱装置もまた、図１に示したものと基本的に同じであり、共通する部分は同じ符合で示している。
図２の実施例では、リフレクタ３は円錐笠状のものであったが、図２の実施例では、上側のリフレクタ３が曲面笠形のものからなっている。この上側のリフレクタ３の上面である反射面は、やはりその中央部が加熱プレート２に近く、その周辺部が加熱プレート２から遠くなるような勾配が形成されている。この実施例のように、加熱プレート２に向けて反射する電子の分布を最適化するため、リフレクタ３に形状は適宜選択することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明による背面電子衝撃加熱装置は、加熱プレートの背後に設けたフィラメントから加速された電子を加熱プレートに衝突させて電子衝撃により加熱するものであり、半導体ウエハ等の加熱物を加熱プレートの上に載せて高温に加熱し、熱処理する装置として利用することが出来る。
【符号の説明】
【００３４】
１    加熱容器
２    加熱プレート
３    リフレクタ
７    加熱物
９    フィラメント
１１  加速電源
１２  加熱電源
１７  緩衝部材
【図１】
0005581124.tif 000002
【図２】
0005581124.tif 000003
【図３】
0005581124.tif 000004
【図４】
0005581124.tif 000005