JPH0462389A - 真空加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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し−ターにより、加熱物を加熱す
る構造を育する。 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（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、現在量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−’Ｔｏｒｒ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−’Ｔｏｒｒ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？こ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らばな
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間接手段により
、保持部３を解して加熱するものからなることを特徴と
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。 【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−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。 前記第一のチャンバー１の隔壁及び第二のチャンバー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、第二のチャンバー２の隔壁１９は
、これ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が螺合されている。 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
導入バイブ８ａと排出バイブ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
らバイブ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
ボート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。その時の熱圏は、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（。 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、さらにスウ
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
、これら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１０ｍ
ｍ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−”　Ｔｏｒｒ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７！ｌ（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程度で再び１０−’Ｔ。 ｒｒ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″Ｃまで加熱した状
態で、第一のチェンバー１を、１０−”Ｔｏｒｒ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１　（１’Ｔｏｒｒ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６　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２
２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、倒えば、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、ヒートバイブをチェンバー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
、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 特許出願人　助川電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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間接手段
   により、保持部３を解して加熱するものからなることを
   特徴とする真空加熱装置。