JP2021032435A

JP2021032435A - 熱処理装置、熱処理システム及び熱処理品の製造方法

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Publication number: JP2021032435A
Application number: JP2019150473A
Authority: JP
Inventors: 松本　聡; Satoshi Matsumoto; 松本　　聡
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: JP7377021B2

Abstract

【課題】加熱温度が高温になったとしても、対象物に対して適切に熱処理を施すことができる熱処理装置、熱処理システム及び熱処理品の製造方法を提供する。【解決手段】熱処理装置１Ａは、第１光透過窓３、第２光透過窓４及び気体通過部５が設けられたチャンバ２と、チャンバ２内に設けられ、第１位置Ａ１において酸素ゲッタＧを支持する第１支持台６と、チャンバ２内に設けられ、第１位置Ａ１とは異なる第２位置Ａ２において対象物Ｓを含むユニットＵを支持する第２支持台７と、チャンバ２外に設けられ、第１光透過窓３を通る第１光路Ｐ１に沿って酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射する第１光照射ヘッド８と、チャンバ２外に設けられ、第２光透過窓４を通り且つ第１光路Ｐ１とは異なる第２光路Ｐ２に沿ってユニットＵに第２レーザ光Ｌ２を照射する第２光照射ヘッド９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理装置、熱処理システム及び熱処理品の製造方法に関する。

例えば、対象物に対して部分的に熱処理を施すために、真空排気と不活性ガスの充填とを複数回繰り返したチャンバ内において（例えば、特許文献１参照）、レーザ光の照射によって対象物を部分的に加熱する場合がある。

特開２０１７−１４４４５５号公報

本発明者は、上述したようなチャンバ内において、例えば２０００℃というような高温の加熱温度で対象物に対して熱処理を施そうとした場合に、次のような課題が存在することを見出した。すなわち、上述したようなチャンバを用いても、対象物に対して熱処理を施すための加熱温度が高温になると、レーザ光が照射された物質が、目的の加熱温度よりもはるかに低い温度で、例えば酸化して昇華するという課題である。

本発明は、加熱温度が高温になったとしても、対象物に対して適切に熱処理を施すことができる熱処理装置、熱処理システム及び熱処理品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の熱処理装置は、光透過部及び気体通過部が設けられたチャンバと、チャンバ内に設けられ、第１位置において酸素ゲッタを支持し、第１位置とは異なる第２位置において対象物を含むユニットを支持する支持部と、チャンバ外に設けられ、光透過部を通る第１光路に沿って酸素ゲッタに第１レーザ光を照射し、光透過部を通り且つ第１光路とは異なる第２光路に沿ってユニットに第２レーザ光を照射する光照射部と、を備える。

この熱処理装置では、気体通過部を介してチャンバ内に不活性ガスを充填することで、チャンバ内の酸素濃度を一応のレベルにまで低下させることができる。更に、酸素ゲッタに第１レーザ光を照射することで、気体通過部を介した不活性ガスの充填だけでは到達することが困難なレベルにまで、チャンバ内の酸素濃度を低下させることができる。しかも、対象物を含むユニットが、酸素ゲッタとは異なる位置において支持され、第２レーザ光が、第１レーザ光とは異なる光路に沿って対象物を含むユニットに照射されるため、対象物を含むユニットに対する第２レーザ光の照射を適切に実施することができる。よって、この熱処理装置によれば、加熱温度が高温になったとしても、対象物に対して適切に熱処理を施すことができる。

本発明の熱処理装置では、ユニットは、光吸収ターゲットを更に含み、光照射部は、第２光路に沿って光吸収ターゲットに第２レーザ光を照射してもよい。これにより、対象物が十分な光吸収性を有しない場合にも、光吸収ターゲットから対象物への熱の伝達によって、対象物に対して適切に熱処理を施すことができる。また、酸素ゲッタに第１レーザ光を照射することで、気体通過部を介した不活性ガスの充填だけでは到達することが困難なレベルにまで、チャンバ内の酸素濃度を低下させることができるので、例えば、目的の加熱温度よりもはるかに低い温度で光吸収ターゲットが酸化して昇華するというような事態を回避することができる。

本発明の熱処理装置では、対象物は、光吸収性を有し、光照射部は、第２光路に沿って対象物に第２レーザ光を照射してもよい。これにより、対象物を直接加熱し、対象物に対して適切に熱処理を施すことができる。また、酸素ゲッタに第１レーザ光を照射することで、気体通過部を介した不活性ガスの充填だけでは到達することが困難なレベルにまで、チャンバ内の酸素濃度を低下させることができるので、例えば、目的の加熱温度よりもはるかに低い温度で対象物が酸化して昇華するというような事態を回避することができる。

本発明の熱処理装置では、光透過部は、第１光路が通る第１光透過窓と、第２光路が通る第２光透過窓と、を有してもよい。これにより、酸素ゲッタに第１レーザ光を照射するための第１光路及びユニットに第２レーザ光を照射するための第２光路のそれぞれついて、光路の設定の適切化を図ることができる。

本発明の熱処理装置では、第１光透過窓は、チャンバを構成する壁部のうち第１位置の上方の部分を除く部分に設けられていてもよい。これにより、例えば、酸素ゲッタが酸化して昇華したとしても、酸素ゲッタの酸化物が第１光透過窓に堆積して第１レーザ光の照射を阻害するのを防止することができる。酸素ゲッタが酸化して昇華する場合には、酸素ゲッタの酸化物が第１位置の上方の部分に堆積し易いからである。

本発明の熱処理装置では、支持部は、酸素ゲッタを支持する第１支持台と、ユニットを支持する第２支持台と、を有してもよい。これにより、酸素ゲッタと対象物を含むユニットとの間で一方から他方に影響が及ぶのを防止することができる。

本発明の熱処理装置は、チャンバ内の酸素濃度を測定する酸素濃度計を更に備えてもよい。これにより、チャンバ内の酸素濃度を確認しながら、気体通過部を介したチャンバ内への不活性ガスの充填及び酸素ゲッタに対する第１レーザ光の照射を実施することができる。

本発明の熱処理装置では、光照射部は、第１光照射条件で酸素ゲッタに第１レーザ光を照射し、第１光照射条件とは異なる第２光照射条件でユニットに第２レーザ光を照射してもよい。これにより、酸素ゲッタに対する第１レーザ光の照射及び対象物を含むユニットに対する第２レーザ光の照射をそれぞれ適切に実施することができる。

本発明の熱処理装置では、ユニットにおける第２レーザ光のスポット径は、酸素ゲッタにおける第１レーザ光のスポット径とは異なってもよい。これにより、酸素ゲッタに対する第１レーザ光の照射及び対象物を含むユニットに対する第２レーザ光の照射をそれぞれ適切に実施することができる。

本発明の熱処理装置では、ユニットにおける第２レーザ光のパワーは、酸素ゲッタにおける第１レーザ光のパワーとは異なってもよい。これにより、酸素ゲッタに対する第１レーザ光の照射及び対象物を含むユニットに対する第２レーザ光の照射をそれぞれ適切に実施することができる。

本発明の熱処理装置では、光照射部は、酸素ゲッタに第１レーザ光を照射する第１光照射ヘッドと、ユニットに第２レーザ光を照射する第２光照射ヘッドと、を有してもよい。これにより、第１光照射ヘッド及び第２光照射ヘッドのそれぞれの構造の単純化を図ることができる。

本発明の熱処理装置では、光照射部は、第１光路に沿って酸素ゲッタに第１レーザ光が照射され且つ第２光路に沿ってユニットに第２レーザ光が照射されるように駆動する光照射ヘッドを有してもよい。これにより、光照射ヘッドの個数の増加を防止することができる。

本発明の熱処理システムは、上記熱処理装置と、気体通過部に接続された不活性ガス供給装置と、気体通過部に接続された排気装置と、を備える。

この熱処理システムによれば、上述した熱処理装置と同様の理由により、加熱温度が高温になったとしても、対象物に対して適切に熱処理を施すことができる。

本発明の熱処理品の製造方法は、光透過部及び気体通過部が設けられたチャンバ内において、第１位置に酸素ゲッタを配置し、第１位置とは異なる第２位置に対象物を含むユニットを配置する第１工程と、第１工程の後に、気体通過部を介してチャンバ内に不活性ガスを充填する第２工程と、第２工程の後に、光透過部を通る第１光路に沿って酸素ゲッタに第１レーザ光を照射し、チャンバ内の酸素濃度が所定値以下に低下した後に、又は、酸素ゲッタに対する第１レーザ光の照射を開始してから所定時間が経過した後に、光透過部を通り且つ第１光路とは異なる第２光路に沿ってユニットに第２レーザ光を照射し、熱処理が施された対象物を熱処理品として得る第３工程と、を備える。

この熱処理品の製造方法によれば、上述した熱処理装置と同様の理由により、加熱温度が高温になったとしても、対象物に対して適切に熱処理を施すことができるので、高品質な熱処理品を得ることができる。

本発明によれば、加熱温度が高温になったとしても、対象物に対して適切に熱処理を施すことができる熱処理装置、熱処理システム及び熱処理品の製造方法を提供することが可能となる。

第１実施形態の熱処理システムの構成図である。図１に示される熱処理システムにおいて実施される熱処理品の製造方法を示すフローチャートである。第２実施形態の熱処理システムの構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］

図１に示されるように、熱処理装置１Ａは、チャンバ２を備えている。チャンバ２は、壁部２０によって構成されている。第１実施形態では、壁部２０は、底壁２１、天壁２２及び側壁２３を有している。チャンバ２には、第１光透過窓（光透過部）３、第２光透過窓（光透過部）４及び気体通過部５が設けられている。気体通過部５は、外部配管の接続が可能な気体通過ポートである。第１実施形態では、第１光透過窓３及び気体通過部５は、側壁２３に設けられており、第２光透過窓４は、天壁２２に設けられている。

チャンバ２内には、第１支持台（支持部）６及び第２支持台（支持部）７が設けられている。第１実施形態では、第１支持台６及び第２支持台７は、底壁２１上に配置されている。第１支持台６は、第１位置Ａ１において、酸素ゲッタＧを支持する。第２支持台７は、第１位置Ａ１とは異なる第２位置Ａ２において、対象物Ｓ及び光吸収ターゲットＴを含むユニットＵを支持する。第１実施形態では、光吸収ターゲットＴは、熱処理の対象となる対象物Ｓ上に配置されており、熱処理の対象となる対象物Ｓと接触している。

酸素ゲッタＧは、後述する第１レーザ光Ｌ１の照射によって酸化することで酸素を捕獲する部材である。酸素ゲッタＧの材料は、昇華温度及び融点が第１レーザ光Ｌ１の照射による加熱温度よりも高い材料であって、酸化し易い材料（易酸化物）であることが好ましい。酸素ゲッタＧの材料は、８００℃未満の温度で酸化反応が始まる材料であることが好ましいが、８００℃以上の温度で酸化反応が始まる材料であってもよい。酸素ゲッタＧの材料は、例えば、ＳｉＮ_Ｘ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ等である。光吸収ターゲットＴは、後述する第２レーザ光Ｌ２に対して光吸収性を有する部材である。光吸収ターゲットＴの材料は、例えば、Ｃ、Ｗ、Ｍｏ等である。

チャンバ２外には、第１光照射ヘッド（光照射部）８及び第２光照射ヘッド（光照射部）９が設けられている。第１実施形態では、第１光照射ヘッド８は、第１光透過窓３と対向するようにチャンバ２外に配置されており、第２光照射ヘッド９は、第２光透過窓４と対向するようにチャンバ２外に配置されている。第１光照射ヘッド８及び第２光照射ヘッド９は、それぞれ、レーザ発振器（図示省略）と光学的に接続されている。なお、第１光照射ヘッド８が対向する第１光透過窓３は、チャンバ２を構成する壁部２０のうち第１位置Ａ１の上方（鉛直方向における上方）の部分を除く部分に設けられている。第１実施形態では、上述したように、第１光透過窓３は、壁部２０のうちの側壁２３に設けられている。

第１光照射ヘッド８は、第１支持台６上に配置された酸素ゲッタＧに、第１光路Ｐ１に沿って第１レーザ光Ｌ１を照射する。第１光路Ｐ１は、第１光透過窓３を通る光路である。第２光照射ヘッド９は、第２支持台７上に配置されたユニットＵの光吸収ターゲットＴに、第２光路Ｐ２に沿って第２レーザ光Ｌ２を照射する。第２光路Ｐ２は、第２光透過窓４を通り且つ第１光路Ｐ１とは異なる光路である。第１実施形態では、第１光照射ヘッド８は、第１光路Ｐ１に沿って酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を集光し、第２光照射ヘッド９は、第２光路Ｐ２に沿って光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を集光する。なお、第２光路Ｐ２が第１光路Ｐ１と異なるとは、第２光路Ｐ２が第１光路Ｐ１と一致していないことを意味し、例えば、第２光路Ｐ２が第１光路Ｐ１から離れている場合、第２光路Ｐ２が第１光路Ｐ１と交差する場合等を含む。

第１光照射ヘッド８は、第１光照射条件で酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射する。第２光照射ヘッド９は、第１光照射条件とは異なる第２光照射条件で光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を照射する。具体的には、光吸収ターゲットＴにおける第２レーザ光Ｌ２のスポット径は、酸素ゲッタＧにおける第１レーザ光Ｌ１のスポット径とは異なっている。また、光吸収ターゲットＴにおける第２レーザ光Ｌ２のパワーは、酸素ゲッタＧにおける第１レーザ光Ｌ１のパワーとは異なっている。なお、第１レーザ光Ｌ１のパワーは、第１光照射ヘッド８における第１レーザ光Ｌ１のパワーであり、第２レーザ光Ｌ２のパワーは、第２光照射ヘッド９における第２レーザ光Ｌ２のパワーである。

一例として、酸素ゲッタＧの材料がＳｉＮ_Ｘである場合において、酸素ゲッタＧを１２００℃以上に加熱するときには、波長９４０ｎｍ、スポット径０．８ｍｍ、パワー３０Ｗという第１光照射条件で、酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射する。また、光吸収ターゲットＴの材料が焼結カーボンである場合において、光吸収ターゲットＴを２０００℃に加熱するときには、波長９４０ｎｍ、スポット径３．２ｍｍ、パワー１２０Ｗという第２光照射条件で、光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を照射する。

熱処理装置１Ａは、酸素濃度計１０を備えている。酸素濃度計１０は、チャンバ２内の酸素濃度を測定する。第１実施形態では、チャンバ２内に開口するように側壁２３に接続された配管１１に、酸素濃度計１０が接続されている。配管１１の途中には、電磁弁１２が設けられている。

熱処理装置１Ａは、不活性ガス供給装置１１０及び排気装置１２０と伴に、熱処理システム１００Ａを構成している。不活性ガス供給装置１１０は、気体通過部５に接続されており、Ｎ_２等の不活性ガスをチャンバ２内に供給する。排気装置１２０は、気体通過部５に接続されており、チャンバ２内のガスを排気する。排気装置１２０は、例えば、ロータリーポンプである。第１実施形態では、不活性ガス供給装置１１０は、配管１０１、電磁弁１０２及び配管１０３を介して気体通過部５に接続されており、排気装置１２０は、配管１０１、電磁弁１０２及び配管１０４を介して気体通過部５に接続されている。

以上のように構成された熱処理装置１Ａにおいて実施される熱処理品の製造方法について、図２を参照して説明する。まず、第１支持台６上に酸素ゲッタＧを配置し、第２支持台７上にユニットＵを配置する（Ｓ０１）。ユニットＵの配置においては、第２支持台７上に対象物Ｓを配置し、対象物Ｓ上に光吸収ターゲットＴを配置する。Ｓ０１の工程では、酸素ゲッタＧの配置及びユニットＵの配置の順序について前後は問われない。以上のＳ０１の工程が「チャンバ２内において、第１位置Ａ１に酸素ゲッタＧを配置し、第２位置Ａ２にユニットＵを配置する第１工程」に相当する。

続いて、電磁弁１０２を動作させて、排気装置１２０とチャンバ２内の空間との間でガスの流通が可能な状態とし、その状態で排気装置１２０を動作させて、チャンバ２内の空間に対して真空引きを実施する（Ｓ０２）。続いて、電磁弁１０２を動作させて、不活性ガス供給装置１１０とチャンバ２内の空間との間でガスの流通が可能な状態とし、その状態で不活性ガス供給装置１１０を動作させて、チャンバ２内に不活性ガスを注入する（Ｓ０３）。不活性ガスの注入が終了したら、電磁弁１０２を動作させて、排気装置１２０及び不活性ガス供給装置１１０のそれぞれとチャンバ２内の空間との間でガスの流通が不可能な状態とする。

続いて、電磁弁１２を動作させて、酸素濃度計１０とチャンバ２内の空間との間でガスの流通が可能な状態とし、その状態で酸素濃度計１０を用いて、チャンバ２内の酸素濃度が第１基準値以下であるか否かを確認する（Ｓ０４）。第１基準値は、例えば、２０ｐｐｍである。酸素濃度の確認の結果、チャンバ２内の酸素濃度が第１基準値以下でなければ、電磁弁１２を動作させて、酸素濃度計１０とチャンバ２内の空間との間でガスの流通が不可能な状態とし、上述したＳ０２，Ｓ０３の工程を再度実施する。酸素濃度の確認の結果、チャンバ２内の酸素濃度が第１基準値以下であれば、次工程に移行する。以上のＳ０２〜Ｓ０４の工程が「第１工程の後に、気体通過部５を介してチャンバ２内に不活性ガスを充填する第２工程」に相当する。

続いて、第１光照射ヘッド８を動作させて、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を開始する（Ｓ０５）。続いて、酸素濃度計１０を用いて、チャンバ２内の酸素濃度が第２基準値以下であるか否かを確認する（Ｓ０６）。第２基準値は、例えば、１ｐｐｂである。そして、チャンバ２内の酸素濃度が第２基準値以下に低下したら、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を終了する（Ｓ０７）。第１レーザ光Ｌ１の照射時間は、例えば、２０分以上である。

続いて、光吸収ターゲットＴに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を開始する（Ｓ０８）。このとき、タイマーを用いて、第２レーザ光Ｌ２の照射を開始してから所定の加熱時間が経過したか否かを確認し（Ｓ０９）、所定の加熱時間が経過したら、光吸収ターゲットＴに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を終了する（Ｓ１０）。所定の加熱時間（すなわち、第２レーザ光Ｌ２の照射時間）は、例えば、６時間である。以上のＳ０５〜Ｓ１０の工程が「第２工程の後に、第１光路Ｐ１に沿って酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射し、チャンバ２内の酸素濃度が所定値以下に低下した後に、第２光路Ｐ２に沿って光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を照射し、熱処理が施された対象物Ｓを熱処理品として得る第３工程」に相当する。

以上説明したように、熱処理装置１Ａでは、気体通過部５を介してチャンバ２内に不活性ガスを充填することで、チャンバ２内の酸素濃度を一応のレベル（例えば、２０ｐｐｍ以下）にまで低下させることができる。更に、酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射することで、気体通過部５を介した不活性ガスの充填だけでは到達することが困難なレベル（例えば、１ｐｐｂ以下）にまで、チャンバ２内の酸素濃度を低下させることができる。しかも、対象物Ｓを含むユニットＵが、酸素ゲッタＧとは異なる位置において支持され、第２レーザ光Ｌ２が、第１レーザ光Ｌ１とは異なる光路に沿って対象物Ｓを含むユニットＵに照射されるため、対象物Ｓを含むユニットＵに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を適切に実施することができる。よって、熱処理装置１Ａ及びそれを備える熱処理システム１００Ａによれば、加熱温度が高温になったとしても、対象物Ｓに対して適切に熱処理を施すことができる。更に、上述した熱処理品の製造方法によれば、加熱温度が高温になったとしても、対象物Ｓに対して適切に熱処理を施すことができるので、高品質な熱処理品を得ることができる。

特に、上述した熱処理品の製造方法では、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を終了した後に、チャンバ２内の空間を維持した状態で（例えば、更なる真空引き及び不活性ガスの注入を実施せずに）、光吸収ターゲットＴに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を開始する。これにより、例えば、目的の加熱温度よりもはるかに低い温度で光吸収ターゲットＴが酸化して昇華するというような事態を回避することができる。また、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射及び光吸収ターゲットＴに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を大気圧環境下で実施することができるので、例えば、目的の加熱温度よりもはるかに低い温度で酸素ゲッタＧ及び光吸収ターゲットＴが酸化して昇華するというような事態を回避することができる。

また、熱処理装置１Ａでは、第２光照射ヘッド９が、第２光路Ｐ２に沿ってユニットＵの光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を照射する。これにより、対象物Ｓが十分な光吸収性を有しない場合にも、光吸収ターゲットＴから対象物Ｓへの熱の伝達によって、対象物Ｓに対して適切に熱処理を施すことができる。更に、光吸収ターゲットＴから対象物Ｓに熱を伝達させて対象物Ｓに対して熱処理を施すことで、対象物Ｓが光吸収性を有するか否かにかかわらず、当該熱処理によって対象物Ｓに生じる温度勾配を緩和することができる。また、酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射することで、気体通過部５を介した不活性ガスの充填だけでは到達することが困難なレベルにまで、チャンバ２内の酸素濃度を低下させることができるので、例えば、目的の加熱温度よりもはるかに低い温度で光吸収ターゲットＴが酸化して昇華するというような事態を回避することができる。

また、熱処理装置１Ａでは、第１光路Ｐ１が通る第１光透過窓３及び第２光路Ｐ２が通る第２光透過窓４が別々にチャンバ２に設けられている。これにより、酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射するための第１光路Ｐ１及びユニットＵに第２レーザ光Ｌ２を照射するための第２光路Ｐ２のそれぞれついて、光路の設定の適切化を図ることができる。

また、熱処理装置１Ａでは、第１光透過窓３が、チャンバ２を構成する壁部２０のうち第１位置Ａ１の上方の部分を除く部分に設けられている。これにより、例えば、酸素ゲッタＧが酸化して昇華したとしても、酸素ゲッタＧの酸化物が第１光透過窓３に堆積して第１レーザ光Ｌ１の照射を阻害するのを防止することができる。酸素ゲッタＧが酸化して昇華する場合には、酸素ゲッタＧの酸化物が第１位置Ａ１の上方の部分に堆積し易いからである。

また、熱処理装置１Ａでは、酸素ゲッタＧを支持する第１支持台６及びユニットＵを支持する第２支持台７が別々にチャンバ２内に設けられている。これにより、酸素ゲッタＧとユニットＵとの間で一方から他方に影響が及ぶのを防止することができる。

また、熱処理装置１Ａでは、チャンバ２内の酸素濃度が酸素濃度計１０によって測定される。これにより、チャンバ２内の酸素濃度を確認しながら、気体通過部５を介したチャンバ２内への不活性ガスの充填及び酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を実施することができる。

また、熱処理装置１Ａでは、第１光照射ヘッド８が、第１光照射条件で酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射し、第２光照射ヘッド９が、第１光照射条件とは異なる第２光照射条件でユニットＵの光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を照射する。これにより、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射及び光吸収ターゲットＴに対する第２レーザ光Ｌ２の照射をそれぞれ適切に実施することができる。

また、熱処理装置１Ａでは、光吸収ターゲットＴにおける第２レーザ光Ｌ２のスポット径が、酸素ゲッタＧにおける第１レーザ光Ｌ１のスポット径とは異なっている。これにより、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射及び光吸収ターゲットＴに対する第２レーザ光Ｌ２の照射をそれぞれ適切に実施することができる。

また、熱処理装置１Ａでは、光吸収ターゲットＴにおける第２レーザ光Ｌ２のパワーが、酸素ゲッタＧにおける第１レーザ光Ｌ１のパワーとは異なっている。これにより、例えば、酸素ゲッタＧの活性に必要な温度と光吸収ターゲットＴの到達温度との差、酸素ゲッタＧの光吸収率と光吸収ターゲットＴの光吸収率との差、酸素ゲッタＧの熱伝導率と光吸収ターゲットＴの熱伝導率との差等があっても、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射及び光吸収ターゲットＴに対する第２レーザ光Ｌ２の照射をそれぞれ適切に実施することができる。

また、熱処理装置１Ａでは、第１光照射ヘッド８及び第２光照射ヘッド９が別々にチャンバ２外に設けられている。これにより、第１光照射ヘッド８及び第２光照射ヘッド９のそれぞれの構造の単純化を図ることができる。また、第１光照射ヘッド８及び第２光照射ヘッド９をチャンバ２外に設けることで、チャンバ２内に対して第１光照射ヘッド８及び第２光照射ヘッド９を出し入れすることが不要となり、チャンバ２内に酸素が混入するのを防止することができる。更に、第１光照射ヘッド８及び第２光照射ヘッド９の部品（スイッチ、ワイヤ等）がチャンバ２外に配置されるため、チャンバ２の構造が複雑化するのを防止しつつ、チャンバ２内に酸素が混入するのを防止することができる。
［第２実施形態］

図３に示されるように、熱処理装置１Ｂ及びそれを備える熱処理システム１００Ｂは、熱処理装置１Ｂにおいてチャンバ２に１つの光透過窓（光透過部）１３が設けられており且つチャンバ２外に１つの光照射ヘッド（光照射部）１４が設けられている点で、上述した熱処理装置１Ａ及びそれを備える熱処理システム１００Ａと相違している。

熱処理装置１Ｂにおいて、光透過窓１３は、チャンバ２を構成する壁部２０の天壁２２に設けられている。光照射ヘッド１４は、光透過窓１３と対向するようにチャンバ２外に配置されており、レーザ発振器（図示省略）と光学的に接続されている。光照射ヘッド１４は、第１光路Ｐ１に沿って酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１が照射され且つ第２光路Ｐ２に沿ってユニットＵの光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２が照射されるように駆動する。熱処理装置１Ｂにおいて、第１光路Ｐ１は、光透過窓１３のうち第１位置Ａ１の上方の部分を除く部分を通るように設定されている。

光照射ヘッド１４は、第１支持台６上に配置された酸素ゲッタＧに、第１光路Ｐ１に沿って第１レーザ光Ｌ１を照射し、第２支持台７上に配置されたユニットＵの光吸収ターゲットＴに、第２光路Ｐ２に沿って第２レーザ光Ｌ２を照射する。第２実施形態では、光照射ヘッド１４は、第１光路Ｐ１に沿って酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を集光し、第２光路Ｐ２に沿って光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を集光する。

光照射ヘッド１４は、第１光照射条件で酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射し、第１光照射条件とは異なる第２光照射条件で光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２を照射する。具体的には、光吸収ターゲットＴにおける第２レーザ光Ｌ２のスポット径は、酸素ゲッタＧにおける第１レーザ光Ｌ１のスポット径とは異なっている。また、光吸収ターゲットＴにおける第２レーザ光Ｌ２のパワーは、酸素ゲッタＧにおける第１レーザ光Ｌ１のパワーとは異なっている。

熱処理装置１Ｂでは、上述した熱処理装置１Ａと同様に、気体通過部５を介してチャンバ２内に不活性ガスを充填することで、チャンバ２内の酸素濃度を一応のレベル（例えば、２０ｐｐｍ以下）にまで低下させることができる。更に、酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射することで、気体通過部５を介した不活性ガスの充填だけでは到達することが困難なレベル（例えば、１ｐｐｂ以下）にまで、チャンバ２内の酸素濃度を低下させることができる。しかも、対象物Ｓを含むユニットＵが、酸素ゲッタＧとは異なる位置において支持され、第２レーザ光Ｌ２が、第１レーザ光Ｌ１とは異なる光路に沿って対象物Ｓを含むユニットＵに照射されるため、対象物Ｓを含むユニットＵに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を適切に実施することができる。よって、熱処理装置１Ｂ及びそれを備える熱処理システム１００Ｂによれば、加熱温度が高温になったとしても、対象物Ｓに対して適切に熱処理を施すことができる。

また、熱処理装置１Ｂでは、光照射ヘッド１４が、第１光路Ｐ１に沿って酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１が照射され且つ第２光路Ｐ２に沿ってユニットＵの光吸収ターゲットＴに第２レーザ光Ｌ２が照射されるように駆動する。これにより、光照射ヘッドの個数の増加を防止することができる。

また、熱処理装置１Ｂでは、第１光路Ｐ１が、光透過窓１３のうち第１位置Ａ１の上方の部分を除く部分を通るように設定されている。これにより、例えば、酸素ゲッタＧが酸化して昇華したとしても、光透過窓１３のうち第１光路Ｐ１が通る部分に酸素ゲッタＧの酸化物が堆積して第１レーザ光Ｌ１の照射を阻害するのを防止することができる。酸素ゲッタＧが酸化して昇華する場合には、酸素ゲッタＧの酸化物が第１位置Ａ１の上方の部分に堆積し易いからである。
［変形例］

本発明は、上述した第１実施形態及び第２実施形態に限定されない。例えば、第２実施形態の熱処理装置１Ｂにおいて、光照射ヘッド１４の代わりに、酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射する光照射ヘッド及びユニットＵに第２レーザ光Ｌ２を照射する光照射ヘッドが別々にチャンバ２外に設けられていてもよい。また、第２実施形態の熱処理装置１Ｂにおいて、光透過窓１３の代わりに、第１光路Ｐ１が通る光透過窓及び第２光路Ｐ２が通る光透過窓が別々にチャンバ２に設けられていてもよい。また、第１実施形態の熱処理装置１Ａ及び第２実施形態の熱処理装置１Ｂのそれぞれにおいて、１つの支持台がチャンバ２内に設けられ、当該１つの支持台が、第１位置Ａ１において酸素ゲッタＧを支持し、第２位置Ａ２においてユニットＵを支持してもよい。

また、ユニットＵは、対象物Ｓのみによって構成されていてもよい。その場合、第２支持台７等の支持部の一部に第２レーザ光Ｌ２を吸収させることで、当該支持部の一部から対象物Ｓに熱を伝達させて、対象物Ｓに対して熱処理を施してもよい。この点は、酸素ゲッタＧについても同様であり、第１支持台６等の支持部の一部に第１レーザ光Ｌ１を吸収させることで、当該支持部の一部から酸素ゲッタＧに熱を伝達させて、酸素ゲッタＧを加熱してもよい。また、対象物Ｓが光吸収性を有する場合、ユニットＵは、光吸収ターゲットＴを含まなくてもよく、その場合、第２レーザ光Ｌ２は、第２光路Ｐ２に沿って対象物Ｓに照射されてもよい。これにより、対象物Ｓを直接加熱し、対象物Ｓに対して適切に熱処理を施すことができる。また、酸素ゲッタＧに第１レーザ光Ｌ１を照射することで、気体通過部５を介した不活性ガスの充填だけでは到達することが困難なレベルにまで、チャンバ２内の酸素濃度を低下させることができるので、例えば、目的の加熱温度よりもはるかに低い温度で対象物Ｓが酸化して昇華するというような事態を回避することができる。

また、上述した熱処理品の製造方法では、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を開始して、チャンバ２内の酸素濃度が所定値（第２基準値）以下に低下した後に、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を終了して、ユニットＵに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を開始したが（図２に示されるＳ０５〜Ｓ０８の工程）、その工程が次のように実施されてもよい。例えば、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を開始して、その開始から所定時間が経過した後に、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を終了して、ユニットＵに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を開始してもよい。また、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を開始して、チャンバ２内の酸素濃度が所定値以下に低下した後に、又は、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を開始してから所定時間が経過した後に、酸素ゲッタＧに対する第１レーザ光Ｌ１の照射を継続しながら、ユニットＵに対する第２レーザ光Ｌ２の照射を開始してもよい。

また、本発明の熱処理品の製造方法における第２工程及び第３工程（図２に示されるＳ０５〜Ｓ１０の工程）は、例えば、各熱処理システム１００Ａ，１００Ｂが備える制御部の制御下で実施されてもよい。

１Ａ，１Ｂ…熱処理装置、２…チャンバ、３…第１光透過窓（光透過部）、４…第２光透過窓（光透過部）、５…気体通過部、６…第１支持台（支持部）、７…第２支持台（支持部）、８…第１光照射ヘッド（光照射部）、９…第２光照射ヘッド（光照射部）、１０…酸素濃度計、１３…光透過窓（光透過部）、１４…光照射ヘッド（光照射部）、２０…壁部、１００Ａ，１００Ｂ…熱処理システム、１１０…不活性ガス供給装置、１２０…排気装置、Ａ１…第１位置、Ａ２…第２位置、Ｌ１…第１レーザ光、Ｌ２…第２レーザ光、Ｐ１…第１光路、Ｐ２…第２光路、Ｇ…酸素ゲッタ、Ｓ…対象物、Ｔ…光吸収ターゲット、Ｕ…ユニット。

Claims

光透過部及び気体通過部が設けられたチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、第１位置において酸素ゲッタを支持し、前記第１位置とは異なる第２位置において対象物を含むユニットを支持する支持部と、
前記チャンバ外に設けられ、前記光透過部を通る第１光路に沿って前記酸素ゲッタに第１レーザ光を照射し、前記光透過部を通り且つ前記第１光路とは異なる第２光路に沿って前記ユニットに第２レーザ光を照射する光照射部と、を備える、熱処理装置。
前記ユニットは、光吸収ターゲットを更に含み、
前記光照射部は、前記第２光路に沿って前記光吸収ターゲットに前記第２レーザ光を照射する、請求項１に記載の熱処理装置。
前記対象物は、光吸収性を有し、
前記光照射部は、前記第２光路に沿って前記対象物に前記第２レーザ光を照射する、請求項１に記載の熱処理装置。
前記光透過部は、前記第１光路が通る第１光透過窓と、前記第２光路が通る第２光透過窓と、を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記第１光透過窓は、前記チャンバを構成する壁部のうち前記第１位置の上方の部分を除く部分に設けられている、請求項４に記載の熱処理装置。
前記支持部は、前記酸素ゲッタを支持する第１支持台と、前記ユニットを支持する第２支持台と、を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記チャンバ内の酸素濃度を測定する酸素濃度計を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記光照射部は、第１光照射条件で前記酸素ゲッタに前記第１レーザ光を照射し、前記第１光照射条件とは異なる第２光照射条件で前記ユニットに前記第２レーザ光を照射する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記ユニットにおける前記第２レーザ光のスポット径は、前記酸素ゲッタにおける前記第１レーザ光のスポット径とは異なる、請求項８に記載の熱処理装置。
前記ユニットにおける前記第２レーザ光のパワーは、前記酸素ゲッタにおける前記第１レーザ光のパワーとは異なる、請求項８又は９に記載の熱処理装置。
前記光照射部は、前記酸素ゲッタに前記第１レーザ光を照射する第１光照射ヘッドと、前記ユニットに前記第２レーザ光を照射する第２光照射ヘッドと、を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記光照射部は、前記第１光路に沿って前記酸素ゲッタに前記第１レーザ光が照射され且つ前記第２光路に沿って前記ユニットに前記第２レーザ光が照射されるように駆動する光照射ヘッドを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱処理装置。
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の熱処理装置と、
前記気体通過部に接続された不活性ガス供給装置と、
前記気体通過部に接続された排気装置と、を備える、熱処理システム。
光透過部及び気体通過部が設けられたチャンバ内において、第１位置に酸素ゲッタを配置し、前記第１位置とは異なる第２位置に対象物を含むユニットを配置する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記気体通過部を介して前記チャンバ内に不活性ガスを充填する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記光透過部を通る第１光路に沿って前記酸素ゲッタに第１レーザ光を照射し、前記チャンバ内の酸素濃度が所定値以下に低下した後に、又は、前記酸素ゲッタに対する前記第１レーザ光の照射を開始してから所定時間が経過した後に、前記光透過部を通り且つ前記第１光路とは異なる第２光路に沿って前記ユニットに第２レーザ光を照射し、熱処理が施された前記対象物を熱処理品として得る第３工程と、を備える、熱処理品の製造方法。