JP2012140684A

JP2012140684A - 真空処理装置

Info

Publication number: JP2012140684A
Application number: JP2011000324A
Authority: JP
Inventors: Tsuguyoshi Nakayama; 胤芳中山
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】ランプヒータから放出され被処理体に照射される光の熱量を大きくする。
【解決手段】ランプヒータ１５の被処理体Ｗと対向する面と反対側の面に軸長に沿う反射膜１８が形成されている。反射膜１８はアルミナ等をランプヒータ１５の管１６の表面に焼付けなどにより、被処理体Ｗの大きさ、加熱温度等を考慮して、光熱開口部の開口角θ＝１８０〜６０°の範囲における適切な角度に設定される。反射膜１５からの反射光が被処理体Ｗに照射されるので、被処理体Ｗに照射される熱量が増大する。
【選択図】図１

Description

この発明は、真空処理装置に関する。

真空チャンバ内に搬送された被処理体をランプヒータにより熱処理を行なうＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）真空処理装置が知られている。このような真空処理装置では、赤外域の光を照射して被処理体を加熱するランプヒータを、通常、数十本以上、真空チャンバ内に所定の間隔で配列する。ランプヒータとしては、例えば、ハロゲンランプ等が用いられる。ハロゲンランプは、ガラス等の管（バルブ）内に、熱源としてタングステン等からなるフィラメントを管の軸方向に配設し、ハロゲンと不活性ガスを管内に封入した構造を有する。管の軸方向の両端部でフィラメントに接続されたインナーリードを封止部材により封止し、この封止部材を、アウターリードが挿通される口金を用いて固定する。口金は、断面略円形の管の円周方向における位置を規制する機能も有する。ランプヒータからは、赤外域の光が放射状に放出される。

ランプヒータは、ガラス等からなる管を剥き出しとした裸のまま真空チャンバ内に設置され、ランプヒータの壁面との間にはリフレクタが配置される。リフレクタは、ランプヒータから放射される光を被処理体に向けて反射する。つまり、被処理体には、ランプヒータから放射される光が、直接、照射されると共に、ランプヒータから放射されリフレクタによって反射された光が照射される。この場合、当然のことではあるが、ランプヒータの被処理体に対向する面における所定の領域から放射された光が被処理体に直接照射され、ランプヒータの被処理体とは反対側の面における所定の領域から放射された光がリフレクタで反射されて被処理体に照射される。

従って、ランプヒータから放射される光のうち、被処理体には、直接的にも、リフレクタにより反射された反射光によっても照射されない領域の光があり、この分、被処理体に照射される熱量が低下する。また、被処理体には、直接的にも、リフレクタにより反射された反射光によっても照射されない光が、被処理体以外の装置内に照射されるため、被処理体が過熱状態となったり、真空処理装置自体の温度が上昇したりして処理の障害となる。
この対応として、ランプヒータと被処理体との間に、ランプヒータ側に凸レンズ状に突き出す石英ウィンドウを配設し、被処理体の照度分布を平坦にするようにした熱処理装置もある。この場合、石英ウィンドウは中央側に向けて、漸次、肉厚が薄くなっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２９８２号公報

しかし、石英ウィンドウを配設する構造では、石英ウィンドウ自体が熱線の一部を吸収するため、照度分布が幾分か平坦化されるとしても、被処理体を照射する熱量は低下する。
すなわち、従来の真空処理装置では、被処理体に照射される熱量はランプヒータの能力に比し小さいものであった。

本発明の真空処理装置は、被処理体が収容される真空チャンバ内に、ランプヒータと、ランプヒータから放射される光を反射して真空チャンバ内に収容される被処理体に照射するリフレクタを具備してなり、ランプヒータは、少なくともリフレクタに対向する面上に設けられ、被処理体側に対向する面側における一部の領域に光熱開口部を有する反射膜が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、被処理体は、ランプヒータの反射膜により反射された光によっても照射されるので、被処理体に照射される熱量を大きくすることができる。

この発明の真空処理装置の一実施形態を示す断面図。（Ａ）および（Ｂ）共に、この発明の真空処理装置内に装備されるランプヒータの断面図。この発明の真空処理装置の照射率の向上を説明するための図であり、（Ａ）は従来の真空処理装置に関する図、（Ｂ）は本発明の処理装置に関する図。本発明の真空処理処置と対比するための従来の真空処理装置の断面図。

以下、図面と共に本発明の真空処理装置の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態としてのＣＶＤ真空処理装置の断面図である。真空処理装置１０は、真空チャンバ１１内に多数のランプヒータ１５を備えている。ランプヒータ１５は、図１においては、三本ずつ、３つのグループに配列して図示されているが、実際には、真空チャンバ１１内に数十本以上が配列されている。

ランプヒータ１５と真空チャンバ１１の上部側の壁面１２ａとの間には、三つのリフレクタ１３が配置されている。各リフレクタ１３は、１つのグループ、換言すれば、三本ごとのランプヒータ１５に対応して配置されている。リフレクタ１３は、例えば、ＳＵＳのミガキ材等で形成され、高い反射率を有する。
ランプヒータ１５と真空チャンバ１１の下部側の壁面１２ｂとの間には、被処理体Ｗが図示しない搬送機構によって搬送され真空チャンバ１１に内に収容される。被処理体Ｗは、図示しない支持部材によって支持されている。

真空チャンバ１１の壁面１２ａを貫通して、真空チャンバ１１内をN₂にて大気圧へリークするための配管２１と、この配管２１の系統を開閉するバルブ２２が設けられている。
また、真空チャンバ１１の壁面１２ｂの外部には真空チャンバ１１内を真空にするための真空ポンプ２３が配置され、真空ポンプ２３と真空チャンバ１１内とを連通する配管２４が真空チャンバ１１の壁面１２ｂを貫通して設けられている。

被処理体Ｗに処理を行う場合には、真空ポンプ２３により、真空チャンバ１１内を、例えば、１Ｐａ（パスカル）付近の真空度にし、バルブ２２および配管２１から原料ガスを導入すると共に、ランプヒータ１５を発光させ、放射光を被処理体Ｗに照射する。ランプヒータ１５からは赤外域の光が放射状に放出され、被処理体Ｗを加熱する。

各ランプヒータ１５には、被処理体Ｗに対向する面と反対面側に反射膜１８が形成されている。この反射膜１８は、ランプヒータ１５の被処理体Ｗと対向する面には形成されておらず、ランプヒータ１５のガラス等からなる管１６が剥き出しになっている。反射膜１８は、所定の反射性と熱透過性を有している。反射膜１８の反射性により、ランプヒータ１５から放射される光の一部が反射膜１８で反射されて被処理体Ｗに照射される。また、反射膜１８の熱透過性により、ランプヒータ１５から放射された光の一部が反射膜１８を透過してリフレクタ１３で反射され、被処理体Ｗに照射される。

図２（Ａ）および（Ｂ）は、ランプヒータ１５の拡大断面図である。ランプヒータ１５は、例えば、ハロゲンランプヒータであり、長軸のガラス等からなる管１６の中心軸にフィラメント１７が配設され、管１６内部にハロゲンと共に不活性ガスが封入されている。図示はしないが、管１６の軸方向の両端部においては、フィラメント１７に接続されたインナーリードが封止部材で封止されており、また、この封止部材は、アウターリードが挿通される口金により固定されている。口金は、断面略円形の管１６の円周方向における位置を規制する機能も有する。

上述した如く、ランプヒータ１５を構成する管１６外周面の円周方向における所定の領域には、管１６の長軸に沿って反射膜１８が形成されている。反射膜１８は、管１６の外周面の円周方向における所定の領域以外の領域には形成されておらず、この領域は管１６が剥き出しとされた光熱開口部とされている。反射膜１８は、図２（Ａ）に図示されるように、管１６の中心軸に対して光熱開口部が、開口角θ＝１８０°（反射膜角は１８０°）程度から、図２（Ｂ）に図示されるように、開口角θ＝６０°（反射膜角は３００°）程度の範囲となるように形成される。

反射膜１８は、例えば、アルミナ、シリカまたは金などにより形成される。反射膜１８を、アルミナ、シリカまたは両材料が混合された反射材料で形成する方法の一例として、限定する意味ではないが、焼付け法を挙げることができる。この方法では、粉末状の反射材料が溶融された溶液中にランプヒータ１５を浸漬するか、または吹付け等により塗装し、その後、光熱開口部となる領域を研磨等により除去する。マスクを用いて、最初から光熱開口部となる領域に反射材料が付着されないようにしてもよい。この後、加熱炉に投入するか、ヒータガン等により反射材料が混合された溶液を硬化する。
また、反射膜１８を金で形成する場合は蒸着法等による。金蒸着により形成する場合にいても、管１６の表面全体に蒸着し、この後、開口角θの領域内の部分を除去する方法、またはマスクを用いて開口角θの領域の部分が管１６に被着されないように形成する方法のいずれでも形成することができる。

このような方法によるので、ランプヒータ１５の管１６の表面に反射膜１８を形成する際、光熱開口部の開口角θが如何なる角度の場合であっても、容易に形成することができる。
ランプヒータ１５は、通常、管１６の光熱開口部の開口角θの軸方向における中心面が被処理体Ｗに垂直な面となるように真空チャンバ１１内に設定されるが、この位置決め角度は、管１６の両端部に設けられた口金をランプヒータ１５の保持部材（図示せず）に係留する際に自動的にその角度に設定される構造となっている。

次に、本発明に係る真空処理装置を、被処理体Ｗに照射される熱量の観点から、従来の真空処理装置と対比して説明する。
図３（Ａ）は従来の真空処理装置に関する図、（Ｂ）は本発明の処理装置に関する図である。
図３（Ａ）および図３（Ｂ）において、Ｅ１〜Ｅ４およびＥ１’〜Ｅ３’は、それぞれ、下記を示す。
Ｅ１、Ｅ１’：ランプヒータ１５から、直接、被処理体Ｗに向かう熱量
Ｅ２、Ｅ２’：ランプヒータ１５からリフレクタ１３に向かう熱量
Ｅ３、Ｅ３’：リフレクタ１３から被処理体Ｗに向かう熱量
Ｅ４：ランプヒータ１５の反射膜１８で反射して被処理体Ｗに向かう熱量

図３（Ａ）および図３（Ｂ）を対比すると、下記のことが明らかである。
（ｉ）Ｅ１とＥ２およびＥ１’は同一である。
（ｉｉ）図３（Ｂ）のランプヒータ１５には反射膜１８が形成されているので、Ｅ２’はＥ２より小さく、従って、Ｅ３’はＥ３より小さい。
（ｉｉｉ）図３（Ｂ）におけるＥ４は図３（Ａ）にはないので、このＥ４は、図３（Ａ
）の場合に対する図３（Ｂ）の増加分である。

そこで、下記の数値を仮の条件として、数値により両者を比較することとする。
反射膜１８の反射率：０．７
反射膜１８の熱透過率：０．３
リフレクタ１３の反射率：０．８
被処理体Ｗに照射される全体の熱量をＥとすると
図３（Ａ）の場合；
Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ３＝Ｅ１＋０．８Ｅ２＝１．８Ｅ１
図３（Ｂ）の場合；
Ｅ＝Ｅ１’＋Ｅ３’＋Ｅ４＝Ｅ１＋０．８Ｅ２’＋０．７Ｅ１’
＝１．７Ｅ１＋０．８＊（０．３Ｅ１’）＝１．９４Ｅ１

上記仮の条件の場合には、図３（Ｂ）に示す本発明に係る真空処理装置１０では、従来に比して、（１．９４−１．８）／１．８＝１３．３（％）被処理体Ｗに照射される熱量Ｅが増大する、という結果となる。

実際に、真空チャンバ１１内に、反射膜１８が形成されたランプヒータ１５と、反射膜１８が形成されていないランプヒータ１５を収容して、被処理体Ｗに照射される熱量を測定した。その結果、被処理体Ｗに照射される熱量は、反射膜１８が形成されたランプヒータ１５の７本分と反射膜１８が形成されていないランプヒータ１５の１０本分とが略同一であった。つまり、実際の測定結果として、本発明に係る真空処理装置１０は、被処理体Ｗへの照射熱量を４０％以上向上することが確認された。この結果は、上記仮の条件における基本的な計算によって得られた結果よりも遥かに大きいものであった。

よって、真空処理装置が、真空チャンバ内に、例えば、７０本のランプヒータを備えている場合には、２０本程度のランプヒータを削減することが可能となる。このことは、ランプヒータの価格を低減するばかりでなく、消費電力を４０％程度削減する、という効果を奏する。
また、本発明に係る真空処理装置１０においては、ランプヒータ１５に反射膜１８を設けることにより、装置内部の被処理体Ｗ以外の領域に照射される熱量を低減する。このことは、真空処理装置に伝達される総熱量が低減されるということであり、従来、真空チャンバ内に設置されていた遮熱板等を削減することが可能となる。以下、このことについて図４を参照して説明する。

図４は、従来の真空処理装置３０の断面図である。真空処理装置３０は、真空チャンバ配管３１、チャンバをN₂リークするバルブ３２、真空ポンプ３３および配管３４を備えている。また、真空チャンバ３０ａ内には、ランプヒータ３５が多数配列され、ランプヒータ３５の下方に被処理体Ｗが搬送される。

ランプヒータ３５の被処理体Ｗに対する側と反対側には、リフレクタ３６が装着されている。リフレクタ３６は、本発明の真空処理装置１０のリフレクタ１３に対応する部材である。そして、真空チャンバ３０ａ内におけるリフレクタ３６と真空チャンバ３０ａの壁面との間には、遮熱板（遮熱用部材）７が設置されている。
ランプヒータ３５は、放射状に光を放射する。このため、真空チャンバ３０ａ内の多くの部分に、直接、ランプヒータ３５の光が照射され、真空処理装置３０全体の温度が上昇する。遮熱板３７は、真空処理装置３０全体の温度の上昇を防ぐために必要とされる。

特に、被処理体Ｗを４００℃以上に加熱して処理をする場合においては、ランプヒータ３５から放射される光の熱量が大きいので、従来の真空処理装置３０には必須とされている。
これに対し、本発明に係る真空処理装置１０では、反射膜１８を透過する光の強さは、大幅に低減されているので、真空処理装置１０に照射される熱量が大幅に低減するので、従来の真空処理装置３０に必要とされた遮熱板３７を無くすことができ、装置を安価にすると共に小型化が可能となる。

上述した如く、本発明に係る真空処理装置１０は、ランプヒータ１５に反射膜１８を設け、この反射膜１８で反射された反射光を被処理体Ｗに照射するようにしたので、被処理体Ｗに照射される熱量を増大することができる。このため、真空処理装置１０の真空チャンバ１１内に設置するランプヒータの数を削減して、価格を低減すると共に、真空処理装置の消費電力を低減することができる。また、通常は、真空処理装置の真空チャンバ内に設置する必要がある遮熱板を装備する必要がなくなるので、このことからも価格を安価にすることができる。ランプヒータ１５に形成する反射膜１８は、管１６の表面に焼付け、蒸着等により任意の開口角θに容易に形成することができ、これにより、被処理体のＷ大きさ、加熱温度に応じて、開口角θが適切に設定された反射膜１８を有するランプヒータ１５を短期間の間に準部することが可能となる、等の効果を奏する。

なお、上記においては、反射膜１８が形成されるランプヒータ１５はハロゲンランプヒータとして説明したが、これに限られるものではない。また、ランプヒータ１５は長さ、直径等の寸法が同一のものばかりでなく、異なるものを配列してもよい。また、ランプヒータ１５の形状は、直管に限られるものではなく、Ｌ字形状、Ｕ字形状等、他の形状を有するものとしてもよい。

その他、本発明の真空処理装置は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、被処理体が収容される真空チャンバ内に、ランプヒータと、ランプヒータから放射される光を反射して真空チャンバ内に収容される被処理体に照射するリフレクタを具備してなり、ランプヒータは、少なくともリフレクタに対向する面上に設けられ、被処理体側に対向する面側における一部の領域に光熱開口部を有する反射膜が形成されているものであればよい。

１０真空処理装置
１１真空チャンバ
１２ａ、１２ｂ壁面
１３リフレクタ
１５ランプヒータ
１６管
１８反射膜
Ｅ熱量
θ 開口角

Claims

被処理体が収容される真空チャンバ内に、ランプヒータと、前記ランプヒータから放射される光を反射して前記真空チャンバ内に収容される被処理体に照射するリフレクタを具備してなり、
前記ランプヒータは、少なくとも前記リフレクタに対向する面上に設けられ、前記被処理体側に対向する面側における一部の領域に光熱開口部を有する反射膜が形成されていることを特徴とする真空処理装置。
請求項１に記載の真空処理装置において、前記ランプヒータに形成された前記反射膜は、少なくともアルミナを含むことを特徴とする真空処理装置。
請求項１または２に記載の真空処理装置において、前記反射膜の光熱開口部は、開口角が６０度〜１８０度であることを特徴とする真空処理装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空処理装置において、前記リフレクタは、前記真空チャンバの壁面との間に遮熱用部材を介することなく、直接、前記真空チャンバの壁面に対向して設けられていることを特徴とするとする真空処理装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の真空処理装置において、前記リフレクタおよび前記ランプヒータにより被処理体を４００℃以上に加熱して処理を行うことを特徴とする真空処理装置。