(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
盤状で、表裏両面から熱放射が可能な複数のプレート型ヒーターと、
前記複数のプレート型ヒーターの外周部を取り囲む包囲部材であって、前記複数のプレート型ヒーターを上下方向に間隔を置いて平行又は略平行に多段に配置すると共に、各前記プレート型ヒーターをその周辺部において支持することにより、上下に隣接する前記プレート型ヒーターの対向面間に加熱処理室を形成する包囲部材と、
前記加熱処理室へ被加熱物を出し入れする出し入れ用開口と、を備え、
前記各プレート型ヒーターは、エネルギーを放出する１又は複数のエネルギー発生体と、前記エネルギー発生体を包囲するように配置される加熱板部材であって、前記エネルギー発生体から放出されるエネルギーを吸収して発熱し、表裏両面の全域へ熱伝達すると共に、表裏両面から外部に向けて熱放射する黒体材料からなる加熱板部材と、から構成されており、
前記各プレート型ヒーターにおける前記加熱板部材の内部に、前記エネルギー発生体を冷却するための不活性ガスを流動させるガス導入路が、設けられている
多段式加熱装置。
【請求項２】
前記各プレート型ヒーターにおける前記加熱板部材は、カーボン、Ｓｉ、ＳｉＣ又はＳｉを含む黒体材料から形成されており、
前記加熱板部材の表裏両面に、前記加熱板部材からの放出ガスを封じ込めるコーティング層が形成されている
請求項１に記載の多段式加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造工程において半導体基板を加熱したり、ＬＣＤの製造工程においてガラス基板を加熱したりする場合等に好適に用いられる多段式加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板等の加熱に用いられる加熱装置として、従来、基板等の被加熱物の加熱処理室の底部にセサプタを配置すると共に、このセサプタの上部の加熱処理室内に加熱ランプを設けた構成の加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の加熱装置は、真空搬送機等の搬送手段により被加熱物を１つずつ加熱処理室内に搬入してセサプタ上に載置し、加熱ランプからの輻射熱の一部によりセサプタ上に載置の被加熱物の上面部を加熱すると共に、加熱ランプからの輻射熱の残りの部分によりセサプタを加熱して、被加熱物の下面部をセサプタからの熱伝導によって加熱する。そして、加熱終了後、特許文献１に記載の加熱装置は、被加熱物を加熱処理室の外部に搬出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６０４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の加熱装置は、基板等の被加熱物を１つずつ加熱処理室内に搬入して加熱するものであるから、１つの被加熱物毎に、加熱昇温時間が必要であるのみならず、搬入搬出のための搬送時間も必要である。そのため、被加熱物に対する加熱時間（タクトタイム）が長くなり、生産性の向上にも自ずと限界がある。また、１つの被加熱物毎に、加熱昇温しなければならないために、被加熱物の入れ換え毎に熱エネルギーロスが発生し、熱効率、熱経済の面でも好ましいものでなかった。
【０００６】
本発明は、タクトタイムの大幅な短縮化が図り得ると共に、熱効率及び熱経済を大きく向上することができる多段式加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、盤状で、表裏両面から熱放射が可能な複数のプレート型ヒーターと、前記複数のプレート型ヒーターの外周部を取り囲む包囲部材であって、前記複数のプレート型ヒーターを上下方向に間隔を置いて平行又は略平行に多段に配置すると共に、各前記プレート型ヒーターをその周辺部において支持することにより、上下に隣接する前記プレート型ヒーターの対向面間に加熱処理室を形成する包囲部材と、前記加熱処理室へ被加熱物を出し入れする出し入れ用開口と、を備える多段式加熱装置に関する。
【０００８】
前記各プレート型ヒーターは、エネルギーを放出する１又は複数のエネルギー発生体と、前記エネルギー発生体を包囲するように配置される加熱板部材であって、前記エネルギー発生体から放出されるエネルギーを吸収して発熱し、表裏両面の全域へ熱伝達すると共に、表裏両面から外部に向けて熱放射する黒体材料からなる加熱板部材と、から構成されていることが好ましい。
【０００９】
また、前記各プレート型ヒーターにおける前記加熱板部材は、カーボン、Ｓｉ、ＳｉＣ又はＳｉを含む黒体材料から形成されており、前記加熱板部材の表裏両面に、前記加熱板部材からの放出ガスを封じ込めるコーティング層が形成されていることが好ましい。
【００１０】
更に、前記各プレート型ヒーターにおける前記加熱板部材の内部に、前記エネルギー発生体を冷却するための不活性ガスを流動させるガス導入路が、設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、タクトタイムの大幅な短縮化が図り得ると共に、熱効率及び熱経済を大きく向上することができる多段式加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る多段式加熱装置１０の全体斜視図である。
【図２】多段式加熱装置１０の包囲部材１１の一部を取り外した状態の斜視図である。
【図３】多段式加熱装置１０の内部構造を示す正面図である。
【図４】多段式加熱装置１０におけるプレート型ヒーター１の外観を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
【図５】図４に示すＸ−Ｘ線に沿った拡大断面図である。
【図６】図４に示すＹ−Ｙ線に沿った拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１から図３を参照して、本実施形態に係る多段式加熱装置１０の全体構造を説明する。図１は、本実施形態に係る多段式加熱装置１０の全体斜視図である。図２は、多段式加熱装置１０の包囲部材１１の一部を取り外した状態の斜視図である。図３は、多段式加熱装置１０の内部構造を示す正面図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、多段式加熱装置１０は、盤状で、表裏両面から熱放射が可能な複数のプレート型ヒーター１と、これら複数のプレート型ヒーター１の全外周部を取り囲む筺状の包囲部材１１と、被加熱物の出し入れ用開口１２と、を備える。
【００１５】
６つのプレート型ヒーター１を、図３に示すように、上下方向に間隔を置いて平行に多段に配置すると共に、各プレート型ヒーター１を、それらの周辺部において脚部材１３を介して支持する。これにより、上下に隣接するプレート型ヒーター１，１の対向面間に、それぞれ加熱処理室１４が形成される。プレート型ヒーター１の構成については後述する。
【００１６】
筺状の包囲部材１１は、図１及び図２に示すように、多段に積み重ね配置されたプレート型ヒーター１の全外周部を取り囲むことにより、上下に複数の加熱処理室１４の周囲を包囲する。筺状の包囲部材１１は、例えば、ＳＵＳの反射板から構成されている。このように構成されることで、包囲部材１１は、プレート型ヒーター１から加熱処理室１４に向けて放射される熱エネルギーの外部への漏れ出しを防ぐと共に、周辺へ放射される熱エネルギーを加熱処理室１４側に反射させる熱反射機能を有する。
【００１７】
また、各加熱処理室１４には、各加熱処理室１４の加熱温度を個別に制御可能とするための熱電対１５が設けられている。
また、被加熱物の出し入れ用開口１２は、筺状の包囲部材１１の前面板部材１６を着脱自在に構成することにより、開閉可能とされている。
【００１８】
次に、図４から図６を参照して、本実施形態に係る多段式加熱装置１０におけるプレート型ヒーター１の具体的な構造について説明する。図４は、プレート型ヒーター１の外観を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。図５は、図４に示すＸ−Ｘ線に沿った拡大断面図である。図６は、図４に示すＹ−Ｙ線に沿った拡大断面図である。
【００１９】
図４及び図５に示すように、本実施形態のプレート型ヒーター１は、光エネルギーを放出するエネルギー放出体としての複数のランプ２と、複数のランプ２の略全周を包囲するように配置される盤状加熱板部材３と、盤状加熱板部材３の表面に被覆されるコーティング層４と、を備える。
【００２０】
ランプ２は、８つの管状のランプであって、同一水平面内に所定の等間隔で互いに平行に並列して、配置されている。各ランプ２は、同一の長さを有する。ランプ２の長さ方向の両端部は、細径部２ａを形成している。
複数のランプ２の発光は、それぞれ独立して制御されることが好ましい。
【００２１】
盤状加熱板部材３は、８つのランプ２の上方部領域を覆う上部加熱板部材３Ａと、８つのランプ２の下方部領域を覆う下部加熱板部材３Ｂと、を有する。上部加熱板部材３Ａの下面部及び下部加熱板部材３Ｂの上面部には、断面視で半円状の下向き凹溝５Ａ及び上向き凹溝５Ｂが形成されている。
上部加熱板部材３Ａの下向き凹溝５Ａと下部加熱板部材３Ｂの上向き凹溝５Ｂとの間にランプ２を収容すると共に、支持部材（不図示）を介して各ランプ２の両端の細径部２ａを盤状加熱板部材３に支持させる。
【００２２】
上述のようにランプ２を収容し、両端の細径部２ａを支持した状態で、盤状加熱板部材３の周辺部の複数個所において、上部加熱板部材３Ａと下部加熱板部材３Ｂとは、図６に示すように、ＳｉＣ（炭化ケイ素）又はセラミック材料製の連結ボルト６と下部加熱板部材３Ｂに形成された雌ネジとにより固定されて、連結されている。なお、図面上では、連結ボルト６が設けられるのは、６箇所であるが、角部の４箇所でもよく、８箇所でもよい。
【００２３】
盤状加熱板部材３は、例えば、カーボン、Ｓｉ（シリコン＝ケイ素）、ＳｉＣ又はＳｉを含む黒体材料から形成されている。黒体材料からなる盤状加熱板部材３は、ランプ２から放出される光エネルギーを吸収して発熱し、上部加熱板部材３Ａの表面及び下部加熱板部材３Ｂの裏面の全域へ熱伝達すると共に、表裏両面から外部に向けて熱放射する。
【００２４】
コーティング層４は、盤状加熱板部材３における上部加熱板部材３Ａの下向き凹溝５Ａの内面を含む全表面、及び、下部加熱板部材３Ｂの上向き凹溝５Ｂの内面を含む全表面に被覆されて、形成されている。コーティング層４は、石英ガラス（ＳｉＯ２）コーティング層であって、盤状加熱板部材３の表裏両面から放出される放出ガスを封じ込める。例えば、盤状加熱板部材３がカーボンやＳｉＣで形成されている場合において、盤状加熱板部材３が炭素の共有結合温度以上に加熱昇温したときには、炭素結合（Ｃ−Ｃ結合）が切れて、炭素ガスを放出することになるが、ガラスコーティング層４は炭素ガスの外部への放出を防止する。
なお、コーティング層４は、窒化アルミコーティング層であってもよい。
【００２５】
また、図５に示すように、盤状加熱板部材３の内部には、ガス導入路７が設けられている。ガス導入路７は、ランプ２の外側の空間であって、上部加熱板部材３Ａの下向き凹溝５Ａと下部加熱板部材３Ｂの上向き凹溝５Ｂとの間の空間に形成される。ランプ２の長手方向一端部の近傍の下部加熱板部材３Ｂには、ガス導入ポート８が形成されている。ガス導入路７内には、ガス導入ポート８から、Ｈｅ（ヘリウム）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ２（窒素）等の不活性ガスが導入される。ガス導入路７に導入された不活性ガスは、図５中の矢印に示すように流動し、これにより、ランプ２を冷却すると共に、ランプ２から放射される光エネルギーの減衰を抑制する。
【００２６】
特に、プレート型ヒーター１を大気中で用いる場合に、ガス導入路７に不活性ガスを導入する（流通させる）ことが効果的である。これにより、ガス導入路７の内部に存在する（光エネルギーの減衰作用が比較的大きい）大気をガス導入路７から排除して、光エネルギーの減衰抑制効果を、更に向上させることができる。
【００２７】
上述のように構成された本実施形態のプレート型ヒーター１は、盤状加熱板部材３における上部加熱板部材３Ａの表面及び下部加熱板部材３Ｂの裏面からそれぞれ熱エネルギーを放射する。
【００２８】
詳しくは、ランプ２から放射される全ての波長の光エネルギーは、黒体材料からなる盤状加熱板部材３により吸収されて、熱エネルギーに転換される。そして、熱エネルギーは、盤状加熱板部材３が有する優れた熱伝導特性により、盤状加熱板部材３における上部加熱板部材３Ａの表面及び下部加熱板部材３Ｂの裏面に伝達され、上部加熱板部材３Ａの表面及び下部加熱板部材３Ｂの裏面の全域が、均等に且つ急速に昇温されて、上方及び下方の加熱処理室１４へ向けて熱エネルギーを放射する。
複数のランプ２の発光をそれぞれ独立して制御することにより、盤状加熱板部材３の均一な昇温を、一層容易に実現することができる。
【００２９】
以上のようなプレート型ヒーター１を多段に積み重ねて構成された本実施形態の多段式加熱装置１０においては、半導体基板等の複数の被加熱物（不図示）を、各加熱処理室１４内に挿入することにより、被加熱物は、各加熱処理室１４の上下に対向するプレート型ヒーター１から放射される熱エネルギーを上面側及び下面側の両方から受けることになる。これにより、複数の加熱処理室１４内に載置された複数の被加熱物を一挙に、そして、急速に且つ均一に加熱処理することが可能となり、タクトタイムの大幅な短縮化が図れると共に、熱効率及び熱経済を大きく向上することができる。
また、プレート型ヒーター１の盤状加熱板部材３が、エネルギーの吸収性及び熱伝導性に優れた黒体材料から構成されている。そのため、各被加熱物を熱歪みのない高い品質のものに熱処理することができる。
【００３０】
また、上述の加熱処理時において、各ブレート型ヒーター１における盤状加熱板部材３が炭素の共有結合温度以上に加熱昇温されることに伴って、炭素結合（Ｃ−Ｃ結合）が切れて、炭素ガスを発生することになる。ところが、その炭素ガスは、上部加熱板部材３Ａの表面及び下部加熱板部材３Ｂの裏面に被覆されたガラスコーティング層４により封じ込められており、加熱処理室１４へ放出されることがない。そのため、加熱処理室１４内に載置される半導体基板等の被加熱物（不図示）が、炭素ガスにより汚染されたり、性能や品質を劣化されたりすることがない。これによって、被加熱物の性能や品質を良好に維持することができる。
【００３１】
更に、各ブレート型ヒーター１におけるランプ２の外周部のガス導入路７に不活性ガスを導入して流動させることにより、ランプ２を冷却してランプ２の過熱損傷による寿命の低下を抑制できると共に、ランプ２から放射される光エネルギーの減衰を抑制して、常に高い加熱効率を確保することができる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、前述の実施形態においては、プレート型ヒーター１として、黒体材料から形成される盤状加熱板部材３における上部加熱板部材３Ａ及び下部加熱板部材３Ｂによりランプ２を包囲するように構成したもので説明したが、これに制限されない。盤状加熱板部材３の表裏両面から熱エネルギーを放射するプレート型ヒーター１であれば、どのような内部構造を有するプレート型ヒーターを用いてもよい。
【００３３】
また、前述の実施形態においては、エネルギー発生体として、複数の管状のランプ２を並列配置したが、複数のシーズヒーターを並列配置してもよい。複数のシーズヒーターの発熱は、それぞれ独立して制御されることが好ましい。また、単一のランプ２又はシーズヒーターを用いてもよい。
盤状加熱板部材３は、黒体材料以外の材料から形成することもできる。
【符号の説明】
【００３４】
１……プレート型ヒーター
２……ランプ（エネルギー発生体）
３……盤状加熱板部材
４……コーティング層
７……不活性ガス導入路
１０……多段式加熱装置
１１……包囲部材
１２……出し入れ用開口
１４……加熱処理室。
【図１】
0005892733.tif 000002
【図２】
0005892733.tif 000003
【図３】
0005892733.tif 000004
【図４】
0005892733.tif 000005
【図５】
0005892733.tif 000006
【図６】
0005892733.tif 000007