(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物に上から被せるように所用の隙間を介して囲繞し、下部が解放され上部が密閉された竪型円筒状で内面にヒータが貼付してあるヒータ容器と、上記ヒータ容器の下端からわずかに離れて下方に設けられ、被加熱物を下から加熱する下部ヒータと、ヒータ容器に上から被せるように所用の隙間を介して囲繞し、下部が解放され上部が密閉された竪型円筒状のシールド容器と、これらを収容する竪型円筒状で底部が開放可能で、外面に、熱処理が完了して被加熱物を冷却するときに通水する冷却ジャケットが取り付けられた密閉容器とを有してなる加熱装置であって、上記ヒータ容器と上記シールド容器の天井中心には同心状に孔が開けられているとともに、それらの孔を塞ぐ昇降可能な蓋が設けられていて、蓋が最下位置にあるときはヒータ容器の孔が塞がれていて、ヒータ容器内部では高温の気体が上部に集まり、低温の気体が下部に集まった状態で昇温が行われ、蓋が中間位置にあるときにはヒータ容器の孔は開き、シールド容器の孔が塞がれていて、ヒータ容器内部の高温の気体はヒータ容器内部を上昇してヒータ容器の孔を通ってシールド容器内に流出し、ヒータ容器内部の温度よりも低温になっているシールド容器内面で冷やされて、ヒータ容器とシールド容器の隙間を下降し、再びヒータ容器内に流入する対流によって、ヒータ容器内の均熱化が図られ、蓋が最上位置にあるときには、ヒータ容器の孔とシールド容器の孔はともに開いていて、ヒータ容器内部の高温の気体はヒータ容器内部を上昇してヒータ容器の孔を通って外部に流出し、その一部はヒータ容器とシールド容器の隙間を下降して再びヒータ容器内に流入し、残部はシールド容器の孔を通って密閉容器内に流出し、冷却ジャケットによって冷却された密閉容器内面で冷やされて、シールド容器と密閉容器の隙間を下降し、再びヒータ容器内に流入する対流によって、ヒータ容器内が急激に冷却されるようになっていることを特徴とする加熱装置
【請求項２】
上記反応容器および密閉容器には、１〜５０気圧の気体が封入されている請求項１記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス基板などの半導体材料、加工素材などの熱処理に使用する加熱装置に係り、特に加圧状態で加熱する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハや基板上に形成された半導体膜を処理するためのアニール炉、拡散炉、酸化炉や膜を形成するための減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の加熱炉が従来から多く用いられている。近年、これらの加熱炉は、装置の省スペース化を図るため反応管を横置きするタイプに代わり縦置きするタイプ（例えば、特開平８−８１９４の図３に開示されている。）が主流となっている。また、酸化炉においては反応容器内ガス雰囲気を高圧することによって、圧力に依存した高い反応レートを得ることができる（例えば、特開昭５３−１１２０６４、特開昭５６−２４９３８に開示されている。）ことも知られている。また、近年、液晶ディスプレイ等に大面積角型ガラス基板が用いられるため、従来の丸型シリコンウエハに代わって大面積角型ガラス基板を処理する装置が求められている。
【０００３】
図４は従来の加熱装置の断面図である。図において１は、加工素材などの被加熱物である。なお、酸化炉など加熱中に反応ガスを導入する場合は、被加熱物は内部の汚染防止のため石英などで製作される密閉された反応容器内に収容し、反応容器内に反応ガスを導入する。反応ガスを高圧にする場合には、反応容器内外の圧力を等しくするため反応容器外にも高圧空気を導入する。
【０００４】
２はヒータ容器で被加熱物１に上から被せるように囲繞し、下部が解放され、上部が密閉された竪型円筒状で、内面にヒータ２ａが貼付してある。２ｂは下部ヒータで、上記ヒータ容器２の下端からわずかに離れて下方に設けられ、被加熱物１を下から加熱するようになっており、上面にヒータ２ａが埋め込まれている。３は密閉容器で、竪型円筒状で上部容器３ａと下部容器３ｂとからなり、これらがフランジ３ｃにより連結されており、被加熱物１の出し入れのため開放可能になっている。なお、３ｄはＯリングなどのシールである。４は密閉容器３の外面に取付けられた冷却ジャケットである。密閉容器内には１〜５０気圧の気体を封入することができる。
【０００５】
この加熱装置で被加熱物を加熱して熱処理するやり方を説明する。
密閉容器３を開放して被加熱物１を挿入し、再び密閉し、ヒータ２ａにより加熱を開始する。加熱装置内は昇温し、所定の熱処理温度、例えば６００℃まで昇温したら、その温度を所定時間保持して熱処理を行う。熱処理が完了したら冷却ジャケット４に通水して自然冷却し、例えば内部が２００℃程度まで冷却したら、通水を止め、密閉容器３を開放し、被加熱物１を装置内から取り出す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように被加熱物１の熱処理をするのに、所定時間一定温度に保つ必要がある。しかし、ヒータ容器２内部では高温の気体は軽く、ヒータ容器１の上部に集り、低温の気体は重くヒータ容器下部に集るので、被加熱物の均熱化が図れない。また、熱処理温度から被加熱物１を取り出す温度まで冷却するのに対流が起りにくく伝熱による熱の放出にたよっているため長時間かかり、熱処理のサイクルが長くなって生産性が低下してしまう。
【０００７】
本発明は従来の加熱装置のかかる問題点に鑑み案出されたもので、被加熱物の均熱性を高めて品質向上を図るとともに、冷却時間を短縮して生産性の向上を図ることができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の加熱装置は被加熱物に上から被せるように所用の隙間を介して囲繞し、下部が解放され上部が密閉された竪型円筒状で内面にヒータが貼付してあるヒータ容器と、上記ヒータ容器の下端からわずかに離れて下方に設けられ、被加熱物を下から加熱する下部ヒータと、ヒータ容器に上から被せるように所用の隙間を介して囲繞し、下部が解放され上部が密閉された竪型円筒状のシールド容器と、これらを収容する竪型円筒状で底部が開放可能で、外面に、熱処理が完了して被加熱物を冷却するときに通水する冷却ジャケットが取り付けられた密閉容器とを有してなる加熱装置であって、上記ヒータ容器と上記シールド容器の天井中心には同心状に孔が開けられているとともに、それらの孔を塞ぐ昇降可能な蓋が設けられていて、蓋が最下位置にあるときはヒータ容器の孔が塞がれていて、ヒータ容器内部では高温の気体が上部に集まり、低温の気体が下部に集まった状態で昇温が行われ、蓋が中間位置にあるときにはヒータ容器の孔は開き、シールド容器の孔が塞がれていて、ヒータ容器内部の高温の気体はヒータ容器内部を上昇してヒータ容器の孔を通ってシールド容器内に流出し、ヒータ容器内部の温度よりも低温になっているシールド容器内面で冷やされて、ヒータ容器とシールド容器の隙間を下降し、再びヒータ容器内に流入する対流によって、ヒータ容器内の均熱化が図られ、蓋が最上位置にあるときには、ヒータ容器の孔とシールド容器の孔はともに開いていて、ヒータ容器内部の高温の気体はヒータ容器内部を上昇してヒータ容器の孔を通って外部に流出し、その一部はヒータ容器とシールド容器の隙間を下降して再びヒータ容器内に流入し、残部はシールド容器の孔を通って密閉容器内に流出し、冷却ジャケットによって冷却された密閉容器内面で冷やされて、シールド容器と密閉容器の隙間を下降し、再びヒータ容器内に流入する対流によって、ヒータ容器内が急激に冷却されるようになっている。
【０００９】
密閉容器内には、１〜５０気圧の気体が封入されていると熱処理時間の短縮が図れるので好ましい。
【００１０】
密閉容器の外面には、冷却ジャッケトが取り付けられているのが好ましい。
【００１１】
以下、本発明の作用を説明する。
密閉容器を開放して被加熱物を挿入し、再び密閉し、ヒータにより加熱を開始する。加熱装置内は所定の熱処理温度まで昇温する。この間蓋は最下位置にあってヒータ容器の孔が塞がれている。したがって、加熱装置内での対流はほとんど起らず、放熱量が少いので速やかに昇温する。
【００１２】
所定の熱処理温度に到達したらその温度を所定時間保持した熱処理を行う。この間蓋は中間位置にあって、ヒータ容器の孔は開き、シールド容器の孔が塞がれている。ヒータ容器内では加熱された高温の気体はヒータ容器内を上昇し、ヒータ容器の孔を通って外部に流出する。シールド容器の外側の密閉容器は低温なので、シールド容器の温度もヒータ容器内部よりも低温になっており、ヒータ容器から流出した高温の気体は冷されて、ヒータ容器外側とシールド容器内側の隙間を下降し、ヒータ容器下端から再びヒータ容器内に流入し、ヒータ容器内で加熱されて上昇する。このように対流が行われるため、ヒータ容器内の温度は、従来の加熱装置のように上方が高温で下方が低温になるようなことがなく、均熱化が図れる。
【００１３】
熱処理が完了したらヒータを切り、密閉容器外面に取付けられた冷却ジャケットに通水する。この間蓋は最上位置にあり、ヒータ容器の孔とシールド容器の孔は共に開いている。ヒータ容器内で被加熱物により昇温した気体はヒータ容器内を上昇し、ヒータ容器の孔から外部に流出する。ヒータ容器から流出した気体の一部はヒータ容器外側とシールド容器内側の隙間を下降し、残部はシールド容器の孔から外部に流出する。シールド容器から流出した気体は密閉容器内面が冷却ジャケットにより低温になっているのでそこで冷され、シールド容器外面と密閉容器内面の隙間を下降する。シールド容器の内面および外面の隙間を下降した低温の気体はヒータ容器下端からヒータ容器内に流入し、被加熱物を冷却しつつ昇温し、ヒータ容器内を上昇する。このように対流が行われるため、被加熱物は急速に冷却される。
【００１４】
このように蓋の位置が最下位置、中間位置、最上位置の３段階に変化するのに対応して、被加熱物の昇温、均熱、冷却が行われるので、均熱化による品質の向上と、昇温および冷却時間の短縮による生産性の向上が図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の加熱装置の断面図であり、蓋が最下位置にある状態を示している。図２は同様の断面図で、蓋が中間位置にある状態を示している。図３は同様の断面図で蓋が最上位置にある状態を示している。なお、これらの図において、図４に示した従来の加熱装置と共通の部分については、同一の符号を付しており、重複した説明を省略する。これらの図において、１は被加熱物である。２はヒータ容器であり、被加熱物１に上から被せるように囲繞し、下部が開放され上部が密閉された竪型円筒状であり、内面にヒータ２ａが貼付してある。２ｂは下部ヒータであり、ヒータ容器２の下端からわずかに離れて下方に設けられ、上面にヒータ２ａを有して被加熱物１を加熱する。５はシールド容器であり、ヒータ容器２に上から被せるように囲繞し、下部が開放され上部が密閉された竪型円筒状の形状をしている。３は密閉容器であり、ヒータ容器２、下部ヒータ２ｂ、シールド容器５などを収容しており、竪型円筒状の形状をしている。密閉容器３は、上部容器３ａと、下部容器３ｂとからなり、これらがフランジ３ｃにより連結されていて、被加熱物１の出し入れのため開放可能になっている。密閉容器３の外面には冷却ジャケット４が取付けられている。
【００１６】
２ｃはヒータ容器２の天井中心にあけられた孔であり、５ａはシールド容器５の天井中心にあけられた孔であり、上下に同心状にあけられている。５ｂはヒータ容器２とシールド容器５とを連結するサポートである。６は蓋であり、エアシリンダ６ａのピストンロッドに連結されたロッド６ｂの下端に固着されている。ロッド６ｂは密閉容器３の上部容器３ａの天井中心にあけられた孔３ｅを上下に摺動可能に貫通している。３ｆはシールである。蓋６はエアシリンダ６ａにより昇降する。蓋６が最下位置にあるときにはヒータ容器２の孔２ｃが塞がれており、蓋６が中間位置にあるときにはヒータ容器２の孔２ｃに開き、シールド容器５の孔５ａが塞がれており、蓋６が最上位置にあるときにはヒータ容器２の孔２ｃとシールド容器５の孔５ａは共に開いているようになっている。
【００１７】
以下、本実施形態の作用を説明する。
密閉容器３を開放して被加熱物を挿入し、再び密閉し、ヒータ２ａにより加熱を開始する。加熱装置内は所定の熱処理温度まで昇温する。この間蓋６は図１に示すように最下位置にあってヒータ容器２の孔２ｃが塞がれている。したがって、加熱装置内での対流はほとんど起らず、放熱量が少いので速やかに昇温する。
【００１８】
所定の熱処理温度に到達したら、その温度を所定時間保持して熱処理を行う。この間蓋６は図２に示すように中間位置にあってヒータ容器２の孔２ｃは開き、シールド容器５の孔５ａが塞がれている。ヒータ容器２内では、加熱された高温の気体は矢印で示すようにヒータ容器２内を上昇し、ヒータ容器２の孔２ｃを通って外部に流出する。シールド容器５の外側の密閉容器３は低温なので、シールド容器５の温度もヒータ容器２内部よりも低温になっており、ヒータ容器２から流出した高温の気体は冷されて、ヒータ容器２外側とシールド容器５内側の隙間７を下降し、ヒータ容器２下端から再びヒータ容器２内に流入し、ヒータ容器２内で加熱されて上昇する。このように、対流が行われるためヒータ容器２内の温度は、従来の加熱装置のように上方が高温で下方が低温になるようなことがなく、均熱化が図れる。
【００１９】
熱処理が完了したらヒータ２ａを切り、密閉容器３外面に取付けられた冷却ジャケット４に通水する。この間蓋６は図３に示すように最上位置にあり、ヒータ容器２の孔２ｃとシールド容器５の孔５ａは共に開いている。ヒータ容器２内で被加熱物により昇温した気体はヒータ容器２内を上昇し、ヒータ容器２の孔２ｃから外部に流出する。ヒータ容器２から流出した気体の一部は、ヒータ容器２外側とシールド容器５内側の隙間７を下降し、残部はシールド容器５の孔５ｃから外部に流出する。シールド容器５から流出した気体は密閉容器３内面が冷却ジャケット４により低温になっているのでそこで冷され、シールド容器５外面と密閉容器３内面の隙間８を下降する。シールド容器５の内面および外面の隙間７、８を下降した低温の気体はヒータ容器２下端からヒータ容器２内に流入し、被加熱物を冷却しつつ昇温し、ヒータ容器２内を上昇する。このように対流が行われるため、被加熱物１は急速に冷却される。
【００２０】
このように、蓋６の位置が最下位置、中間位置、最上位置の３段階に変化するのに対応して、被加熱物の昇温、均熱、冷却が行われるので、均熱化による品質の向上と昇温および冷却時間の短縮による生産性の向上が図れる。
【００２１】
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、酸化炉など熱処理中に反応ガスを導入する場合には、被加熱物は密閉された反応容器内に収容し、反応容器内に反応ガスを導入するようにしてもよい。また、図では密閉容器の天井と底は円板として画かれているが、高圧容器とするためには皿形にすることが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明の加熱装置はヒータ容器の外側にシールド容器を設け、ヒータ容器およびシールド容器の天井の中心に孔を明け、昇降可能な蓋によって、それらの孔のいずれか一方を塞ぐか両方を開くようにしたので、熱処理中の被加熱物の均熱化が図れて品質が向上するとともに、昇温および冷却が急速に行われて熱処理のサイクルタイムの短縮が図られ、加熱装置の生産性が向上するなどの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱装置の断面図であり、蓋が最下位置の状態を示している。
【図２】本発明の加熱装置の断面図であり、蓋が中間位置の状態を示している。
【図３】本発明の加熱装置の断面図であり、蓋が最上位置の状態を示している。
【図４】従来の加熱装置の断面図である。
【符号の説明】
１    被加熱物
２    ヒータ容器
２ａ  ヒータ
２ｂ  下部ヒータ
２ｃ  孔
３    密閉容器
４    冷却ジャケット
５    シールド容器
５ａ  孔
６    蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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