(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被加熱物を収容する密閉竪型円筒状で底部が開放可能で、水蒸気を含む気体が導入される反応容器と、該反応容器に所要の隙間を介して上から被せるように囲繞し、下方が解放された竪型円筒状のヒータ容器と、これらの容器を収容する竪型円筒状で底部が解放可能な耐圧密閉容器とを有してなる加熱装置であって、上記反応容器は、上部が上方に膨らんだ皿形の天井によって密閉され下部が解放された円筒状で、下端に外側に張り出したフランジを有する上部容器と、上部が上方に膨らんだ皿形の天井によって密閉され下部が解放された円筒状で下端に外側に張り出したフランジを有し、高さが上記上部容器より低く、上部容器内に下から挿入される底部容器と、上記上部容器のフランジと上記底部容器のフランジとに挟まれたシールとからなり、上記上部容器の下部と上記底部容器の下部との間から上記両フランジ間にかけて隙間を有していて、上記両フランジの外側寄りは上記シールによって密閉されていてそのシール内側の隙間に水を溜めることが可能になっており、その隙間に注水する注水配管と、その隙間の水を排水する排水配管が接続され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。
【請求項３】
内部に被加熱物を収容し水蒸気を含む気体が導入される反応容器と、該反応容器に所要の隙間を介して上から被せるように囲繞し、下方が解放されたヒータ容器と、これの容器を収容する底部が解放可能な耐圧密閉容器を有してなる加熱装置において、上記反応容器は上部容器と、底部容器とからなり、それぞれ下端にフランジを有していて、底部容器は上部容器内に下から挿入されるようになっていて、上部容器のフランジと底部容器のフランジとの間に隙間を形成するようにシールを挟むとともに、底部容器の外周と上部容器の内周との間に上記両フランジ間の隙間と連通する隙間を形成し、装置をヒータにより加熱する前にその隙間に注水し、装置の加熱中には隙間に溜まった水の蒸発潜熱によってシールを冷却することを特徴とする加熱方法。
【請求項４】
装置が加熱温度に保たれている間に上記隙間から蒸発した水分を補給する請求項３記載の加熱方法。
【請求項５】
上記反応容器および密閉容器の気体圧力を、１〜５０気圧とする請求項３または請求項４記載の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体等の熱処理に用いられる加熱装置に係り、特に液晶ディスプレイやイメージセンサ等を製作するために、ガラス基板上に形成される薄膜トランジスタの熱処理に用いられ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管内ガス雰囲気を高圧にすることによって、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】
また、ガラス基板を処理する場合、ガラス基板に影響を及ぼさないような温度で処理する必要がある。通常、半導体デバイスへの不純物の影響を考慮して、無アルカリガラスが用いられる。無アルカリガラスにはバリウムホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等が用いられる。しかし、このようなガラス基板の歪点は５９３〜７００℃程度であり、実際に使用できる温度は６００℃以下であるので、６００℃以下で処理することが求められている。なお、反応容器の炉体は、内部の汚染防止のため石英などで製作されており、反応容器内の圧力を高圧にするために反応容器を高圧に耐える鋼製の密閉容器内に収容し、反応容器内外の圧力を等しくするようにしている。
【０００４】
図２は従来の加熱装置の断面図である。図において、１は被加熱物を収容する密閉竪型円筒状で底部が開放可能な反応容器である。反応容器１は先に述べたように石英などでできており、上部構造１ａと底部構造１ｂからなり、上部構造１ａと底部構造１ｂとの間にシール１ｃが挟持されており、被加熱物の収納時と取出し時に底部構造１ｂを開放する。上部構造１ａは天井部は皿形をしており、下端が開放された円筒状で外側に張り出した締結用のフランジを有している。底部構造１ｂは上方が皿形をしており、下端が開放された円筒状で外側に張り出した締結用のフランジを有し、高さが上部構造１ａより低く、底部構造１ｂを上部構造１ａに挿入して反応容器１を構成する。反応容器１の底部構造１ｂ上に多段のホルダ４が取付けられており、このホルダ４に多数のガラス基板などの被加熱物５を載置する。２はヒータ容器である。ヒータ容器２は反応容器１に上から被せるように囲繞しており、下方が開放された竪型円筒状をしている。ヒータ容器２は断熱材でできており、内面にはヒータ２ａが、周壁および天井に取り付けられている。ヒータ２ａはヒータ容器２の他に、反応容器１の底部構造１ｂの内部にも設けられており、反応容器１を上下面および周面から加熱する。
【０００５】
３は密閉容器である。密閉容器３は鋼製の耐圧容器であり、上部構造３ａと底部構造３ｂとからなり、締結を解除することにより開放可能である。上部構造３ａは天井部が皿形をしており、下端が開放されていて、外側に張り出した締結用のフランジを有している。底部構造３ｂは下方が皿形をしており、上端が開放されていて外側に張り出した締結用フランジを有している。６は蒸気発生器であり、内部に熱水を貯留し、下方に設けたヒータ２ａにより加熱されて水蒸気を発生する。７は上記発生器６に水を補給する水導入管である。８ａは昇圧用空気導入管であり、８ｂは降圧用空気排出管である。９ａは酸素などの反応ガスを反応容器１内に導入するガス導入管であり、９ｂはガス排出管である。１０は冷却水が循環するウォータジャケットである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
反応容器１の上部構造１ａのフランジと下部構造１ｂのフランジとの間に挟まれたシール１ｃはＯリングでゴム製であるため、せいぜい２００℃程度の耐熱性があるにすぎない。そのため図に示すように上下１対のフランジを挟んでシール冷却ジャケット１２を設けてシール１ｃを冷却し、その温度が２００℃以上にならないようにしている。なお、１２ａは冷却水導入管であり、１２ｂは冷却水排出管である。
【０００７】
しかし、冷却ジャケット１２による冷却は、ジャケット１２からフランジおよびシール１ｃとの伝熱を良くしなければならず、そのためジャケット１２とフランジとの密着性を高めなければならないが、現実には困難で、部分的に過熱状態になり、シール１ｃが劣化してしまう。また、密閉容器内を高圧にするので、ジャケット１２や配管１２ａに耐圧性を持たせるため高価になってしまう。さらに、反応容器１内に水蒸気を含むガスを導入する場合には、底部構造１ｂの外周と上部構造１ａとの間に形成される隙間であって、シール１ｃの内側の部分が冷却されているために反応容器１内の水蒸気が凝縮してドレンが溜るが、一旦ドレンが溜ると上記隙間は２００℃以下の低温に保たれ、ジャケット１２に冷水を導入する必要がなくなることがわかった。
【０００８】
本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み、かつ、上記知見に基づいて案出されたもので、シール冷却ジャケット１２が不要で、かつ、シール１ｃの冷却性に優れた加熱装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、内部に被加熱物を収容する密閉竪型円筒状で底部が開放可能で水蒸気を含む気体が導入される反応容器と、該反応容器に上から被せるように囲繞する下方が開放された竪型円筒状のヒータ容器と、これらの容器を収容する竪型円筒状で底部が開放可能な耐圧密閉容器とを有してなる加熱装置であって、上記反応容器は上部が密閉され下部が開放された円筒状で下端に外側に張り出したフランジを有する上部構造と、上部が密閉され下部が開放された円筒状で下端に外側に張り出したフランジを有し、高さが上記上部構造より低く、上部構造内に下から挿入される下部構造と、上記上部構造のフランジと上記下部構造のフランジとに挟まれたシールとからなり、上記底部構造の外周と上記上部構造の内周との間に形成されるシール内側の隙間に注、排水配管を接続したものである。
【００１０】
上記反応容器および密閉容器内には、１〜５０気圧の気体が封入されているのが好ましい。
【００１１】
次に、本発明の作用を説明する。
被加熱物を反応容器内に収容し、ヒータにより加熱を始める前に底部構造の外周と上部構造の内周との間に形成されるシール内側の隙間に注水しておく。ヒータによる加熱で反応容器内部は加熱温度まで昇温するが、この隙間の部分はヒータにより加熱されておらず、反応容器壁面からの伝熱のみなので注水された部分への入熱量は小さい。反応容器が加熱温度に保たれている間にこの隙間に溜った水は蒸発するので水を補給する。反応容器内には酸化ガスとして水蒸気が導入されており、水蒸気分圧が高いので、上記隙間に溜った水の蒸発量は少い。蒸発により潜熱が奪われるので水の温度は、反応容器内の水蒸気分圧に相当する飽和温度よりも高くなることはなく、シールの耐熱温度以下におさまる。また、この隙間に水を溜めてあるので、反応容器内に導入した水蒸気が低温部で結露する量を低減することができる。
【００１２】
【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る。なお、本図において図２と共通の部分については同一の符号を付してあり、重複した説明は省略する。本発明の加熱装置は内部に被加熱物５を収容する密閉竪型円筒状で底部が開放可能で水蒸気を含む気体が導入される反応容器１と、該反応容器１に上から被せるように囲繞する下方が開放された竪型円筒状のヒータ容器２と、これらの容器を収容する竪型円筒状で底部が開放可能な耐圧密閉容器３とを有してなる。上記反応容器１は、上部が皿形で密閉され下部が開放された円筒状で下端に外側に張り出したフランジを有する上部構造１ａと、上部が皿形で密閉され下部が開放された円筒状で下端に外側に張り出したフランジを有し、高さが上記上部構造１ａより低く、上部構造内に下から挿入される底部構造１ｂと、上記上部構造１ａのフランジと上記底部構造１ｂのフランジとに挟まれたシール１ｃとからなり、上記底部構造１ｂの外周と上記上部構造１ａの内周との間に形成されるシール１ｃ内側の隙間１５に、注水配管１３ａと排水配管１３ｂとを接続したものである。なお、１４は隙間１５に溜った水であり、１６は熱放散蓋である。熱放散蓋１６は、ヒータ容器１６の天井部に設けられた孔２ｂを塞ぐようになっていて、加熱が完了して被加熱物５を自然冷却するときに開放して密閉容器３内の対流循環を活発に行わせて、被加熱物の冷却を促進するために設けられている。
【００１３】
次に本実施形態の作用を説明する。
被加熱物５を反応容器１内に収容し、ヒータ２ａにより加熱を始める前に底部構造１ｂの外周と上部構造１ａの内周との間に形成されるシール１ｃ内側の隙間１５に注水して水１４を溜めておく。ヒータ２ａによる加熱で反応容器１内部は６００℃程度の加熱温度まで昇温するが、この隙間１５の部分は、ヒータ２ａにより加熱されておらず、反応容器１壁面からの伝熱のみなので注水された部分１４への入熱量は小さい。反応容器１が加熱温度に保たれている間に、この隙間に溜った水１４は蒸発するので注水配管１３ａを通じて水を補給する。反応容器１内には酸化ガスとして水蒸気が導入されており、水蒸気分圧が高いので、上記隙間１５に溜った水１４の蒸発量は少い。蒸発により潜熱が奪われるので水の温度は、反応容器内の水蒸気分圧に相当する飽和温度よりも高くなることはなく、シール１ｃの耐熱温度以下におさまる。また、この隙間１５に水を溜めてあるので、反応容器１内に導入した水蒸気が低温部で結露する量を低減することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の加熱装置は反応容器の底部構造の外周と上部構造の内周との間に形成される隙間に注、排水配管を接続し、反応容器の加熱中には上記隙間に水を溜めるようにしたので、反応容器の上部構造と底部構造との間のシールが過熱されて劣化することがなく信頼性が向上するとともに、反応容器内部に導入された水蒸気が低温部で結露する量を低減することができ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る。
【図２】従来の加熱装置の断面図である。
【符号の説明】
１      反応容器
１ａ    上部構造
１ｂ    底部構造
１ｃ    シール
２      ヒータ容器
３      密閉容器
５      被加熱物
１３ａ  注水配管
１３ｂ  排水配管
１５    隙間
【図１】
0003874152.tif 000002
【図２】
0003874152.tif 000003