JPH0715352B2 - 真空加熱装置 - Google Patents

真空加熱装置

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JPH0715352B2
JPH0715352B2 JP17418690A JP17418690A JPH0715352B2 JP H0715352 B2 JPH0715352 B2 JP H0715352B2 JP 17418690 A JP17418690 A JP 17418690A JP 17418690 A JP17418690 A JP 17418690A JP H0715352 B2 JPH0715352 B2 JP H0715352B2
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chamber
vacuum
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heating
heat
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JP17418690A
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文夫 渡辺
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Sukegawa Electric Co Ltd
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Sukegawa Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、真空中で加熱物を加熱して熱処理する真空加
熱装置に関する。
【従来の技術】
従来の真空加熱装置は、真空ポンプを備えるチェンバー
の中に加熱物を収納し、その周囲に配置された抵抗加熱
ヒーターや高周波加熱ヒーターにより、加熱物を加熱す
る構造を有する。通常、ヒーターの周りには反射板が配
置され、ヒーターから発生した熱が効率よく加熱物に照
射されるよう設計されている。 従来の真空加熱装置の中で、現在最も優れている装置
は、加熱物を最高1200℃まで加熱した状態で得られる真
空度は最高10-6Torrである。 今日における半導体技術や薄膜形成技術の進展に伴い、
材料を超高真空中において高い温度で熱処理する技術が
要求されている。このような技術を生産ラインに適用す
る場合、処理サイクルの時間ができるだけ短いことが要
求される。そのためには例えば、(a)チェンバーを必
要な真空度にまで到達させる時間、(b)加熱物を必要
な温度まで加熱する時間、(c)加熱された加熱物を常
温まで戻す時間等ができるだけ短いことが必要である。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の形式の真空加熱装置の場合、
チェンバーの中にヒーターや反射板が配置されるため、
チェンバー内にガス分子を放出する壁面々積が増大する
うえ、チェンバーが総体的に大型化し、必要な真空度に
到達する迄に長い時間がかかる。さらに、ヒーターによ
って、加熱物のみならず、反射板やチェンバーの壁面が
加熱されることから、加熱物を加熱するまでに長い時間
を要すると同時に、加熱されたこれら反射板やチェンバ
ーの壁面から熱によってガス分子が放出されるため、加
熱状態下での高真空の達成はきわめて困難である。ま
た、加熱せずに常温で減圧を開始した後、ヒーターを発
熱させて加熱物の加熱を開始すると、その時点から前記
反射板やチェンバーの壁面からガス分子が急に放出され
るため、真空度が低下し、その後必要な真空度が得られ
ない。 第3図は、排気開始後の時間とチェンバーの真空到達度
の関係の一例を示すグラフである。壁面のガス分子の放
出が少ない理想的なチェンバーでは、時間の経過と共に
その中の真空度は直線的に高くなる。しかし実際には、
予め充分ベーキングされたチェンバーの壁面であって
も、真空度の低下に伴い、チェンバー壁面等からのガス
分子の放出が起こるため、常温においてもグラフ(15
℃)のように、真空度が高くなるに従って、真空度の勾
配は次第に鈍る。さらに、チェンバーの壁面を加熱した
場合は、真空度が高くなると、それだけチェンバーの壁
面等からのガス分子の放出が相対的に大となるため、排
気しても真空度の勾配が相当鈍くなり、排気手段の能力
が充分でないときは、加熱開始前より真空度が相当悪く
なる。 このため、従来のように、加熱物を1000℃以上の温度に
加熱する場合、チェンバーの到達真空度は、せいぜい10
-6Torrが限界であった。 さらに、従来の装置では、加熱物を抵抗加熱方式のヒー
ターにより直接加熱しているため、その加熱熱量を大き
くとるために、ヒーターに大電流を流す必要がある。こ
のため、配線の抵抗による加熱を考慮して、チェンバー
の内外を通す電源配線や端子類を大型化しなければなら
ない。この点でもチェンバーの容積の大型化を招き、到
達真空度が低くなる原因となっていた。 本発明は、前記従来の課題を解消し、加熱物を1000℃以
上の温度に加熱しながら、なおかつチェンバーを高真空
に維持することができる真空加熱装置を提供することを
目的とする。
【課題を解決するための手段】
すなわち、前記目的を達成するため、本発明では、加熱
物aが収納されるチェンバー1と、該チェンバー1を減
圧する排気手段と、前記加熱物aを加熱する手段とを備
える真空加熱装置において、耐熱性を有し、加熱物aを
保持する保持部3を備え、前記加熱物aを加熱する手段
が、前記保持部3に向けて電子を衝撃することにより、
保持部3を介して加熱物aを加熱するものからなると共
に、この電子衝撃手段と保持部3の電子衝撃される面と
が、加熱物aのある空間側と気密に区画された別の空間
にあることを特徴とする真空加熱装置を提供する。
【作用】
前記本発明による真空加熱装置では、電子放出から保持
部3に電子線を照射し、その衝撃で保持部3のみを加熱
し、それに保持された加熱物aを加熱することができ
る。この電子衝撃による加熱手段では、電子放出源と保
持部3側との電位を適当にとることにより、電子放出源
から放出される電子の放出方向を保持部3方向にのみ限
定することができ、ごく狭い範囲を限定して加熱できる
ため、他の部材に熱的な影響を殆ど及ぼさずにすむ。こ
れにより、加熱物aを収納したチェンバー1を容易に高
真空に維持することができ、加熱物aを高真空中で高温
に加熱することができるようになる。 またこの場合に、保持部3を介して加熱物aに与えられ
る熱量は、電子放出源に与えられる電流と電子放出源に
対して保持部3に加えられる加速電圧との積に比例す
る。従って、保持部3を加熱する熱量を大きくとるに
は、電子放出源に与える電流を大きくせずに、加速電圧
を高くすることで対処することができる。これによっ
て、電子放出源と電源とを接続する配線や端子類を細径
化或は小型化しても、発熱の心配がなく、大きな加熱熱
量をとることができる。 さらに、電子衝撃手段と保持部3の電子衝撃される面と
が、加熱物aのある空間側と気密に区画された熱の空間
にあるため、電子衝撃手段側で放出されるガスが加熱物
aのある空間側に及ばない。この点でも、加熱物aのあ
る空間側を高真空度に維持できる。
【実施例】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施例について詳
細に説明する。 第1図で示すように、図示の実施例では、加熱物aが配
置される第一のチェンバー1と、これに隣接する第二の
チェンバー2とを備える。第一のチェンバー1は、フラ
ンジ6を介して排気手段であるところのターボ分子ポン
プ等の真空ポンプ18に接続され、この真空ポンプ18での
排気により、同第一のチェンバー1の中が減圧される。
また、第二のチェンバー2は、円筒形の第一の隔壁19と
これに連続する第二の隔壁20及び前記第一の隔壁19の上
端を塞ぐように取り付けられた円板状の保持部3とによ
り、前記第一のチェンバー1と気密に区画されている。 前記第一のチェンバー1の隔壁及び第二のチェンバー2
の隔壁19は、比較的熱伝導良好な例えばアルミニウム等
で形成されており、第二のチェンバー2の隔壁19は、こ
れにより熱伝導の悪い例えばチタンやステンレス等で形
成されている。第1図と第2図で示された保持部3は、
モリブデン等の導電性高融点材料かなる円板状のもの
で、円筒形の隔壁19の上端面を閉じるように取り付けら
れている。 前記第一のチェンバー1の保持部3の真上に立ち上がっ
た円筒部の上面にフランジ7が形成され、このフランジ
7にガスケットを介して別のフランジ22が取り付けら
れ、これにスクリューシャフト10の螺合されている。同
スクリューシャフト10の上端には、これを手動回転させ
るためのハンドル11が取り付けられ、同シャフト10の下
端には、吸熱ブロック23が取り付けられ、これが保持部
3の真上に配置されている。この吸熱ブロック23は、ア
ルミニウムや銅等の熱伝導良好な金属で形成され、スク
リューシャフト10を最も下げたとき、その下面の周囲か
ら下方に突出された先端部分が、保持部3の周辺部に接
触する。スクリューシャフト10を囲むようにしてベロー
ズ9が設けられ、その上端と下端とがフランジ22と吸熱
ブロック23に各々固着されている。これにより、ベロー
ズ9の中は、チェンバー1に対して気密に仕切られてい
る。前記フランジ22に冷却水の導入パイプ8aと排出パイ
プ8bとが取り付けられ、これらがベローズ9の中に導入
されている。さらに、これらパイプ8a、8bは、冷却器21
に接続されている。チェンバー1の前記保持部3の側方
には、ビューイングポート12が設けられ、ここで保持部
3の状態を監視することができる。 他方、第二のチェンバー2側には、電源15で与えられる
電流により、熱電子を放出する電子銃4が配置されてお
り、電源15と電子銃4との接続は、チェンバー2の下端
に設けた端子13、13′を介して行なわれている。この電
子銃4の下には、負電圧に印加された反射板5が配置さ
れると共に、前記保持部3は正電圧に維持され、前記電
子銃4との間に加速電圧24が印加される。これにより前
記電子銃4から発射された熱電子は、保持部3側にのみ
放出される。電子銃4から放出された熱電子が保持部3
の下面に入射すると、熱電子の衝撃エネルギーにより、
保持部3が加熱される。その時の熱量は、電子銃4に与
えられる電流と電子銃4に対して保持部3に加えられる
加速電圧との積に比例する。 この装置を使用して加熱物aを加熱する場合は、まず保
持部3の上に加熱物aを載せ、真空ポンプ17、18を作動
させて第一と第二のチェンバー1、2を各々排気、減圧
する。そして、各々のチェンバー1、2が適当な真空度
に達したとき、電子銃4に電流を流すと共に、保持部3
と電子銃4との間に加速電圧を印加することにより、保
持部3を電子衝撃により加熱し、その上の加熱物aを加
熱する。 このとき、吸熱ブロック23は、第1図及び第2図で示す
ように、保持部3から離しておく。また、ベローズ9の
中にパイプ8a、8bを通して冷却器21から冷却水を循環さ
せて、吸熱ブロック23を予め冷却しておく。 前記加熱物aの加熱処理を終わり、これを冷却するとき
は、まず電子銃4への電流の供給を停止し、さらにスク
リューシャフト11を回転して吸熱ブロック23を下げ、こ
れを保持部3に接触させる。すると、加熱物a及び保持
部3の熱が吸熱ブロック23に吸収され、これがベローズ
9の中に循環する冷却水に吸収されて、チェンバー1の
外の冷却器21側に送られる。このため、加熱物a及び保
持部3の温度が急激に低下し、これを室温まで短時間に
冷却できる。 第1図に示す装置において、最大径φ70、厚さ10mmのモ
リブデン製保持部3の上に、60φ、厚さ5mmのシリコン
製加熱物aを載せて加熱処理する場合において、第一の
チェンバー1を予め10-10Torrまで減圧した状態で保持
部3の加熱を開始すると、保持部3の温度が1200℃に達
するまでに第一のチェンバー1の真空度は、約10-7Torr
まで低下する。しかし、そのまま加熱を続けながら、第
一のチェンバー1を減圧すると、3分程で再び10-9Torr
の真空度に戻る。さらに、加熱物aの加熱終了後、吸熱
ブロック23を保持部3に接触させると、加熱物aを1200
℃から常温まで約5分で冷却することができる。 これは、実際の処理サイクルの一例であるが、前記装置
を用いた場合、保持部3を1500℃まで加熱した状態で、
第一のチェンバー1を、10-8Torrの真空度とすることが
可能である。この場合、第二のチェンバー2は、電子衝
撃により、保持部3を加熱できる程度の10-6Torr以上の
真空度に維持されていればよい。 第4図に、本発明の他の実施例を示す。ここでは、保持
部3′がセラミクスからなる凹形の容器状となってお
り、この中に加熱物が収納される。また、電子銃4とな
るフィラメントは、前記保持部3′の外側を囲むように
形成されている。第4図において、5′は、前記8電子
銃を囲むように形成された反射板であり、これは負の電
位に維持される。また、保持部3′の外壁には導体膜22
が形成され、ここが正の電位に維持され、電子銃4との
間に加速電圧24が印加される。 本発明は、以上説明した実施例に限られず、例えば、第
二のチェンバー2は、真空ポンプ17等の排気手段を備え
るものに限らず、電子衝撃により、保持部3を加熱でき
る真空状態が得られれば、例えばガラス等に真空状態を
封じ込めた真空管であってもよい。吸熱ブロック23を冷
却する手段も、ベローズ9を用いた冷却水の循環系を用
いているが、例えば、ヒートパイプをチェンバー1の中
に導入して冷却する等、他の冷却手段を採用しても差し
支えない。また、図示の実施例では、手動操作を前提と
する装置に具体化されているが、当然のことながら、一
連の操作が自動化された装置にも適用できる。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、加熱物aを高温に
加熱しながら、同加熱物aが配置されたチェンバー1を
10-9Torrという高真空に維持することが可能である。ま
た、チェンバー1の小型化が可能となり、必要な真空度
まで減圧する時間を短縮することが可能な真空加熱装置
を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例を示す要部断面図、第2図
は、同実施例の要部拡大断面図、第3図は、真空加熱装
置における排気時間と到達真空度の関係の例を示すグラ
フ、第4図は、本発明の他の実施例を示す要部拡大断面
図である。 1…第一のチェンバー、2…第二のチェンバー 3、3′…保持部、4…電子銃、21…冷却器 23…吸熱ブロック

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱物(a)が収納されるチェンバー
    (1)と、該チェンバー(1)を減圧する排気手段と、
    前記加熱物(a)を加熱する手段とを備える真空加熱装
    置において、耐熱性を有し、加熱物(a)を保持する保
    持部(3)を備え、前記加熱物(a)を加熱する手段
    が、前記保持部(3)に向けて電子を衝撃することによ
    り、保持部(3)を介して加熱物(a)を加熱するもの
    からなると共に、この電子衝撃手段と保持部(3)の電
    子衝撃される面とが、加熱物(a)のある空間側と気密
    に区画された別の空間にあることを特徴とする真空加熱
    装置。
JP17418690A 1990-06-30 1990-06-30 真空加熱装置 Expired - Lifetime JPH0715352B2 (ja)

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JPH0462389A JPH0462389A (ja) 1992-02-27
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