(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解放可能な反応容器と、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開閉可能な耐圧密閉容器とを有してなる高圧加熱装置であって、上記ヒータ容器の天井部中央に開閉可能な熱放散蓋を設けてなり、加熱中の昇温時と定温時、加熱完了後の降温時には上記耐圧密閉容器内は加圧状態を維持しており、上記昇温時と上記定温時には上記熱放散蓋は閉じており、上記降温時には上記熱放散蓋は開いて、上記ヒータ容器内では上昇流、上記ヒータ容器と上記耐圧密閉容器との隙間で下降流となる対流を起こさせて降温時間を短縮するようにしたことを特徴とする高圧加熱装置。
【請求項２】
上記ヒータ容器の開放下端のまわりに、密閉容器の上部構造から反応容器の上部構造支持する支持部材と上記ヒータ容器の開放下端との隙間を、上記熱放散蓋と連動して開閉する昇降可能な環状の密閉板を設けた請求項１記載の高圧加熱装置。
【請求項３】
上記耐圧密閉容器にはウォータジャケットが巻付けられている請求項１または請求項２記載の高圧加熱装置。
【請求項４】
上記反応容器および上記耐圧密閉容器には１〜５０気圧の気体が封入される請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載の高圧加熱装置。
【請求項５】
内部に被加熱物を収容する密閉竪型円筒状で底部が解放可能な反応容器と、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開閉可能な耐圧密閉容器とを有し、上記ヒータ容器の天井部中央に開閉可能な熱放散蓋を設けてなる高圧加熱装置によって被加熱物を加熱する高圧加熱方法であって、加熱中の昇温時と定温時、加熱完了後の降温時には上記耐圧密閉容器内は加圧状態を維持しており、上記昇温時と上記定温時には上記熱放散蓋は閉じており、上記降温時には上記熱放散蓋は開いて、上記ヒータ容器内では上昇流、上記ヒータ容器と上記耐圧密閉容器との隙間で下降流となる対流を起こさせて降温時間を短縮するようにしたことを特徴とする高圧加熱方法。
【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容器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４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１ｂは上方が皿形をしており、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おり、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は蒸気発生器６に水を補結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。１１は反応容器１の上部構造１ａを密閉容器３の上部構造３ａから支持する環状円板の支持部材である。支持部材１１には図示しない空気流通孔が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
液晶ディスプレイ用ガラス基板はサイズが大きいため、これらを処理する加熱装置は非常に大きくなってしまう。そのため加熱部の熱容量が大きく、加熱処理後の冷却に非常に時間がかかってしまうという問題がある。したがって、ガラス基板を加熱処理した後に、基板を取り出すまでの無駄な時間が長くなり、装置の処理能力が著しく低下してしまう。従来の加熱装置では昇温降温は図５に示すようなタイムチャートになり、降温時間が非常に長くなっていることがわかる。図５には６００℃まで１時間で昇温し２時間定温に保持した後、自然冷却した場合の例が示してあり、このとき２００℃までの降温時間は約６時間を必要とした。
【０００７】
本発明は前述のように長時間かかっていた冷却の無駄時間を減らし、効率よく処理できる加熱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、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な反応容器と、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、上記ヒータ容器の天井部中央に開閉可能な熱放散蓋を設けたものである。
【０００９】
上記ヒータ容器の開放下端のまわりに、密閉容器の上部構造から反応容器の上部構造を支持する支持部材とヒータ容器の開放下端とのすき間を、上記熱放散蓋と連動して開閉する昇降可能な環状の密閉板を設けるのが好ましい。
【００１０】
上記密閉容器には冷却水が循環するウォータジャケットが巻付けられているのが好ましい。
【００１１】
上記反応容器および密閉容器には１〜５０気圧の気体が封入しうるようになっているのが好ましい。
【００１２】
次に本発明の作用を説明する。
この加熱装置により、昇温および加熱する際には熱放散蓋および密閉板を閉じておく。ヒータからの輻射熱により反応容器が加熱され、内部のガラス基板などの被加熱物が加熱される。加熱が完了したらヒータを切って熱放散蓋および密閉板を開放する。ヒータ容器の下端の隙間から内側に流入した空気は、ヒータ容器と高温の反応容器との隙間を通って加熱され、浮力が大きくなって上昇し、開放された熱放散蓋を通って流出する。流出した高温の空気はウォータジャケットにより冷却された密閉容器の内面に接触して冷却され比重が大きくなって、ヒータ容器外面と密閉容器内面との隙間を通って下降しつつさらに冷却される。ヒータ容器下端で最も冷たくなった空気は再びヒータ容器下端の隙間から再び内側に流入し、ヒータ容器内を上昇する。このような対流冷却により反応容器は急速に冷却されるので冷却の無駄時間が減少して被加熱物を早急に取り出すことができ、加熱装置の処理能力が向上する。なお、密閉容器内が高圧である場合は加熱による浮力も大きくなるので対流冷却もさらに活発に行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は請求項１記載発明の加熱装置の断面図である。なお、本発明は図４を用いて説明した従来の加熱装置に熱放散蓋２０を追加したものであり、他の部分については同じなので、図１において図４と共通の部分には同一の符号を付しており、重複した説明は省略する。図１において、２０は熱放散蓋であり、ヒータ容器２の天井部中央にあけられた孔２ｂを塞ぐように設けられている。熱放散蓋２０は、密閉容器３の上方に設けられたエアシリンダ２０ａの、密閉容器３を貫通したピストンロッド先端に固着されていて、エアシリンダ２０ａにより開閉するようになっている。
【００１４】
次に本実施形態の作用を説明する。
この加熱装置により昇温および加熱する際には、熱放散蓋２０を閉じておく。ヒータ２ａからの輻射熱により反応容器１が加熱され、内部のガラス基板などの被加熱物５が加熱される。加熱が完了したらヒータ２ａを切って熱放散蓋２０を開放する。ヒータ容器２の下端の隙間２ｃから内側に流入した空気は、ヒータ容器２と高温の反応容器１との隙間を通って加熱され、浮力が大きくなって矢印Ａに示すように上昇し、開放された熱放散蓋２０を通って流出する。流出した高温の空気はウォータジャケット１０により冷却された密閉容器３の内面に接触して冷却され比重が大きくなって、ヒータ容器２外面と密閉容器３内面との隙間を通って矢印Ｂに示すように下向しつつさらに冷却される。ヒータ容器下端で最も冷くなった空気は再びヒータ容器２下端の隙間２ｃから再び内側に流入し、ヒータ容器２内を上昇する。このような対流冷却により反応容器１は急速に冷却されるので冷却の無駄時間が減少して、被加熱物５を早急に取り出すことができ、加熱装置の処理能力が向上する。なお、密閉容器３内が高圧である場合は加熱による浮力も大きくなるので対流冷却もさらに活発に行われる。
【００１５】
図３は本装置を用いて昇温、定温、降温したときのタイムチャートである。１時間で６００℃に昇温し、６００℃に２時間保持した後、熱放散蓋２０を開けて熱放散のための対流を促進し反応容器１内は１時間で２００℃まで冷却できた。従来は破線で示すように６時間ほどかかっていたので約５時間短縮できた。すなわち、被加熱物を加熱装置に装入してから、取り出すまでの時間は９時間から４時間になり、生産性は２．２５倍になる。
【００１６】
図２は請求項２記載発明の加熱装置の断面図である。図に示すように、請求項１記載発明の加熱装置（図１参照）に密閉板２１を追加したものであり、他については同じなので、図２において図１と共通の部分には同一の符号を付しており、重複した説明は省略する。図１において２１は密閉板である。密閉板２１はヒータ容器２の開放下端のまわりに設けられ、密閉容器３の上部構造３ａから反応容器１の上部構造１ａを支持する支持部材１１とヒータ容器２の開放下端との隙間２ｃを塞ぐ環状の板である。密閉板２１は熱放散蓋２０と複数のワイヤ２１ａを介して連結されており、熱放散蓋２０が開くとき上昇してすきま２ｃを開く。なお、２１ｂはプーリである。このように密閉板２１を設けることにより、ヒータ容器２の保温性が向上し、昇温時間の短縮や加熱エネルギの節約が図れる。
【００１７】
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものでなく、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。たとえば、密閉容器はウォータジャケットによる水冷として説明したが空冷でもよいなどである。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の熱処理装置はヒータ容器天井部に孔をあけ、そこに開閉可能な熱放散蓋を設けたので、加熱が完了して冷却するときに熱放散蓋を開くと、対流が活発に行われて内部の冷却が急速に行われる。加熱装置が大きくなり加熱部の熱容量が大きくなっても、本発明によれば加熱が完了してガラス基板を取り出すまでの冷却時間が短くなり、装置の処理能力を大幅に高め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】請求項１記載発明の加熱装置の断面図である。
【図２】請求項２記載発明の加熱装置の断面図である。
【図３】本発明の加熱装置の昇温降温時間のタイムチャートである。
【図４】従来の加熱装置の断面図である。
【図５】従来の加熱装置の昇温降温時間のタイムチャートである。
【符号の説明】
１    反応容器
２    ヒータ容器
３    密閉容器
５    被加熱物
２０  熱放散蓋
２１  密閉板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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