CN104011491A - 聚光镜加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，反射镜装置由一次反射镜及二次反射镜构成，使从光源放射的光依次被一次反射镜及二次反射镜反射而照射于被加热物，由该二次反射镜反射而照射于被加热物表面的光并未相对于该被加热物表面垂直地进行照射。由此，在通过聚光的红外线进行加热的装置中，即便是使用旋转椭圆面的装置也能保持加热性能并进行小型化。

Description

聚光镜加热炉

技术领域

本发明是一种使用于材料加工等的加热炉，涉及用于由红外线进行加热的聚光镜加热炉。

背景技术

如专利文献1至3所记载，作为用于制造单晶的装置，已知有一种聚光镜加热炉，通过朝向成为对象的氧化铝等的烧结体和晶种使红外线聚光而进行加热。

这种聚光镜加热炉在沿垂直方向移动的载物台上设置氧化铝等的烧结体和晶种，在沿水平方向包围该晶种的位置上设置由旋转椭圆面构成的反射镜，在该旋转椭圆面的一个焦点上设置卤素灯等的光源，使烧结体和晶种位于旋转椭圆面的另一个焦点。

而且，其为以使从光源放射的红外线直接或介由反射镜的反射面，而使焦点正中该烧结体和晶种的方式进行聚光并进行加热的加热炉，以及在加热时通过使该载物台下降而使单晶生长的装置。

另外，如专利文献4所记载，已知有在内面为旋转椭圆面的反射面的一个焦点上放置被加热物台，将设置在反射面内的加热器作为面光源，通过使所放射的红外线直接以及被该椭圆面反射而加热该被加热物台上的被加热物。

而且，如专利文献5所记载，作为使用于半导体制造的加热炉，已知有将硅片放在石英板上，从石英板对其进行加热的电阻加热型炉。但是，即使在热源为红外线时，也由于将石英板插入炉内，因此该炉内的尺寸是能够对晶片以上的尺寸的物体进行加热的尺寸，电阻加热也在升温之前需要较长时间，一个加热工序无法在短时间内得以操作。

而且，还已知有一种加热处理装置，在加热晶片表面时，为了对可充分覆盖晶片口径的范围进行红外线照射，与晶片表面平行地设置如下面，即在与所放置的晶片表面相对的晶片的垂直上方位置上设置多个红外线灯而成的面，通过这种装置加热晶片表面。

专利文献1：日本国特开2007-145611号公报

专利文献2：日本国特许第3668738号公报

专利文献3：WO2005/075713号公报

专利文献4：日本国特开2008-107050号公报

专利文献5：日本国特开2000-223488号公报

现有的聚光镜方式加热炉是在椭圆镜的凹面的一个焦点上设置红外线光源，从该光源被该凹面反射且直接从上方或侧方加热设置在另一个焦点上的被加热物。

另外，如专利文献1至3所记载的发明那样，构成为在被切断的旋转椭圆面的一个焦点上设置光源，在另一个焦点上设置被加热物的结构时，以共通的焦点即被加热物为中心，在其周围形成从一个焦点形成的圆。

在这种结构的情况下，由于相对于平面形状的被加热物专门从横向360°进行加热，因此将该被加热物设置为水平时，尽管专门使红外线照射于该被加热物的周围，相对于平面所吸收的热量还是降低。另外，假使垂直或倾斜地设置被加热物，则该被加热物的两个面专门被加热，无法高效地加热特定的单面。

其结果，由于被加热物以外的装置也被加热而变为高温，因此作为用于对其进行冷却的空冷或水冷的冷却系统，需要更大规模的装置，结果用于供给冷却所需的能量、空气、水等的设备也不得不变大。尤其是在为了冷却加热源而流过空气时，即便使空气流向被旋转椭圆面包围的容积较大的空间，也由于停留在该空气的一部分直接接触加热源而发挥冷却的能力，因此很难实现高效的冷却。

而且，在被旋转椭圆面镜夹持的地方设置被加热物的结构中，由于除上述冷却所需的较大的设备以外，相对于被加热物的尺寸使用相当大的旋转椭圆面镜，因此装置小型化存在极限。

虽然利用在晶片的垂直上方位置上设置多个与所放置的晶片等的表面相对的红外线灯而构成的加热装置，可以比较均匀地加热晶片，但是无法不阻碍红外线照射便与晶片表面相对地设置为了在加热中向晶片表面供给气体并进行处理而应设置在晶片上方的气体供给单元。另外，为了均匀地进行加热，与被加热物相比需要增大红外线灯的设置面。因此，尤其是从设置在加热装置的周缘部上的红外线灯放射的能量的大部分并未仅照射于被加热物，还加热被加热物周边的部件。而且，被加热物的加热不仅来自红外线灯的放射，由来自被加热的周边部件的传导引起的加热也达到无法忽视的程度，其结果，变得很难控制被加热物的加热温度。因此，为了更正确地进行控制，需要增大加热炉的内部空间，结果加热炉整体过度大型化。

而且，与被加热物的上方相对地设置红外线灯等的加热装置时，则很难在被加热物的上方设置加热状态的监控、气体供给、操作用机械手等。

发明内容

(第1聚光镜方式加热炉)

1.一种用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

照射于被加热物表面的光并未相对于该被加热物表面垂直地进行照射。

2.一种用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

反射镜装置由一次反射镜及二次反射镜构成，使从光源放射的光依次被一次反射镜及二次反射镜反射而照射于被加热物，由该二次反射镜反射而照射于被加热物表面的光并未相对于该被加热物表面垂直地进行照射。

(第2聚光镜方式加热炉)

3.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合2个将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜而成，使其中一个旋转椭圆体镜为一次反射镜，使另一个为二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的一个焦点相同的位置，设置反射镜装置，使二次反射镜的另一个焦点位于放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点，在二次反射镜的另一个焦点侧设置有可以朝向被加热面使光通过的开口部，使光照射于被加热面，

构成二次反射镜的椭圆体的长轴并未相对于该被加热面垂直。

4.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合2个将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜而成，使其中一个旋转椭圆体镜为一次反射镜，使另一个为二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的一个焦点相同的位置，设置反射镜装置，使二次反射镜的另一个焦点位于与放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点不同的位置，在二次反射镜的另一个焦点侧设置有可以朝向被加热面使光通过的开口部，使光照射于被加热面，

构成二次反射镜的椭圆体的长轴并未相对于该被加热面垂直。

5.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合2个将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜而成，使其中一个旋转椭圆体镜为一次反射镜，使另一个为二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的一个焦点相同的位置，设置反射镜装置，使二次反射镜的另一个焦点位于经过放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点的法线上，在二次反射镜的另一个焦点侧设置有可以朝向被加热面使光通过的开口部，使光照射于被加热面，

构成二次反射镜的椭圆体的长轴相对于该被加热面的该法线倾斜定位。

6.根据方案3至5中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，构成一次反射镜的椭圆的长径相对于短径的比为构成二次反射镜的椭圆的长径相对于短径的比以下。

7.根据方案3至6中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使光源位于连结二次反射镜的椭圆的2个焦点的直线上。

8.根据方案3至6中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使一次反射镜的椭圆的2个焦点和二次反射镜的椭圆的2个焦点不在同一直线上。

9.根据方案3至8中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，被加热物表面与连结二次反射镜的椭圆的2个焦点的线所成的角度为20～70°。

(第3聚光镜方式加热炉)

10.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合一次反射镜和二次反射镜而成，使将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜为该一次反射镜，使将旋转抛物面体的内面作为反射面的旋转抛物面镜为该二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的2个焦点内的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的焦点相同的位置，设置聚光镜装置，使二次反射镜即旋转抛物面镜的转轴与放置在炉内的被加热物的被加热面的中心点位于1条直线上，朝向被加热物设置有二次反射镜的开口部，使光照射于被加热面，

二次反射镜的该转轴并未相对于被加热物表面垂直。

11.根据方案10所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，一次反射镜的焦点与其椭圆面的最短距离比二次反射镜的焦点与其抛物面的最短距离大。

12.根据方案10或11所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使一次反射镜的2个焦点位于旋转抛物面镜即二次反射镜的转轴的延长线上。

13.根据方案10或11所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使一次反射镜的2个焦点不位于旋转抛物面镜即二次反射镜的转轴的延长线上。

14.根据方案10至13中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，被加热面的法线与二次反射镜的转轴所成的角度为20～70°。

(第4聚光镜方式加热炉)

15.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

该反射镜装置具有将如下环的内面的一部分作为反射面的一次反射镜，即，使处于与经过该被加热面中心的法线相同的平面内，且不与该法线交叉的封闭的曲线以该法线为转轴旋转而成的环，

在形成环状的该一次反射镜的环内，沿该环的圆周方向的一部分或全部设置光源，

而且，该被加热物被设置在与该法线垂直但不与环交叉的平面上，在连结该被加热面中心和该光源的最短的直线与该反射面的交点附近的该反射面上设置狭缝，用于向被加热物照射光，

在形成该狭缝的第一反射面的端部上连接形成第二反射面的反射面。

16.根据方案15所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，该法线与连结该光源和被加热物表面中心的线所成的角度为20～70°。

17.根据方案15或16所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在形成环状的该一次反射镜的环内，沿圆周设置环状光源，

关于使来自该环状光源的光集中于被加热面的反射板，相对于该环状光源构成的圆周垂直地设置其反射面。

18.根据方案1至17中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在加热时，使该反射镜和被加热物的相对位置可变。

19.根据方案1至18中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在加热时，可以从被加热物的正上方、斜上方及侧方的至少1个方向确认被加热物的温度、形成被膜时的膜厚等的被加热物的状态。

20.根据方案1至19中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在加热时，可使该被加热物旋转。

本发明的第1聚光镜方式加热炉是采用由一次反射镜及二次反射镜构成的装置作为反射镜装置，通过使从光源放射的光依次被一次反射镜及二次反射镜反射，并最终从相对于被加热物表面并不垂直的方向进行照射，从而用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉。而且，即便是该并不垂直的方向，也不是从与被加热物表面平行的方向进行照射。

由于本发明并不是现有的在旋转椭圆面上使红外线反射，并从被加热物的侧方进行加热的装置的结构，因此通过避免用于加热的装置位于所加热的被加热物的侧方或被加热物表面的延长线上，从而能够从侧方确认被加热物的状态，即使在加热中也能够掌握CVD炉、单晶培养装置等的运行状况。

而且，由于相对于被加热物表面从并不垂直的方向照射红外线而进行加热，因此能够使红外线灯及环状反射面的位置位于不是被加热物表面的正对面的地方，反射镜装置的尺寸与采用现有的旋转椭圆面时相比较小，可以使红外线灯及环状反射面与被加热物之间更窄。

如此，使装置小型化时，红外线灯的输出变小，与此同时反射镜的尺寸也变小，但是，由于原本加热被加热物自身所需的能量不变，因此结果被加热物自身所接收的能量的密度不变或反而增大。

例如为CVD炉时，可以使气体从通过CVD进行处理的被加热物表面的正面流动接触，可以使基于CVD的优质薄膜在所加热的被加热物上成膜。

第2聚光镜方式加热炉具有由一次反射镜及二次反射镜将旋转椭圆体的内面作为反射面而成的2个反射镜构成的反射镜装置。构成该一次反射镜的旋转椭圆镜的椭圆的长径相对于短径的比为构成二次反射镜的椭圆的长径相对于短径的比以下。

尤其是第2聚光镜方式加热炉既可以使二次反射镜的另一个焦点位于放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点，另外，也可以位于与放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点不同的地方，例如经过被加热物表面的中心点的法线上。

根据第2聚光镜方式加热炉，能够均匀地加热被加热物表面的尤其需要的某一部分，另外，也可以相对于被加热物表面以不使光的焦点对齐的状态进行照射，此时，可以更加均匀地加热被加热物表面。

而且，由于通过使构成一次反射镜的椭圆的长径相对于短径的比为构成二次反射镜的椭圆的长径相对于短径的比以下，从而可以将光源即红外线灯置于更接近球的旋转椭圆体的一个焦点，因此能够使由一次反射镜反射后而朝向二次反射镜的反射面的成分更多。

也就是说，由于一次反射镜与二次反射镜相比，焦点附近的椭圆面是更长半径的接近球的面，因此将光源灯设置于一次反射镜时，与直接将光源设置于二次反射镜的焦点时相比，可以在更多的反射面上使从灯放射的光反射，因此能够向被加热物照射更强的光，可以高效地进行加热。

另外，使一次反射镜和二次反射镜连接，使光源位于连结二次反射镜的椭圆的2个焦点的直线上，由此从光源不被任何一个反射镜反射而直接照射于被加热物的光的成分变多，可以更加高效地加热被加热物表面。

使一次反射镜和二次反射镜连接，使一次反射镜的椭圆的2个焦点和二次反射镜的椭圆的2个焦点不在同一直线上时，则能够任意变更一次反射镜相对于二次反射镜的朝向，能够使反射镜装置小型化，或根据聚光镜方式加热炉的整体形状，任意变更反射镜装置的形状。

而且，虽然任何一个方式的聚光镜方式加热炉都能够以被加热物表面的被加热面呈水平的方式形成并设置，但是被加热物的被加热物面也能够以并不水平的状态而被放置。

在此，一次反射镜和二次反射镜的接合部的开口部的尺寸也可以较大。该开口部越大，则未由一次反射镜反射的成分越多。

相反开口部越小，则能够使从红外线灯等的光源放射的光依次被一次反射镜及二次反射镜反射并加热被加热物表面的成分越多。

另外，第3聚光镜方式加热炉除在使二次反射镜为由旋转抛物面镜构成的方面与第2聚光镜方式加热炉不同以外则与第2聚光镜方式加热炉共通。

相对于第2聚光镜方式加热炉，第3聚光镜方式加热炉的特征在于，由于由二次反射镜反射的光的成分是相互平行的成分，因此在被加热物表面，光不仅不聚焦，照射于被加热物表面的光还包含平行光的成分，因此，能够更加均匀地加热被加热物的表面。

在该第3聚光镜方式加热炉中，由于一次反射镜的焦点与其椭圆面的最短距离比二次反射镜的焦点与其抛物面的最短距离大，由此可以将光源即红外线灯置于更接近球的旋转椭圆体的一个焦点，因此能够使由一次反射镜反射后而朝向二次反射镜的反射面的成分更多。

而且，与第2聚光镜方式加热炉一样，使一次反射镜和二次反射镜连接，使光源位于二次反射镜的旋转抛物面的转轴的延长线上，由此从光源不被任何一个反射镜反射而直接照射于被加热物的光的成分变多，可以更加高效地加热被加热物表面。

使一次反射镜和二次反射镜连接，使一次反射镜的椭圆的2个焦点和二次反射镜的该转轴不在同一直线上时，则能够任意变更一次反射镜相对于二次反射镜的朝向，能够使反射镜装置小型化，或根据聚光镜方式加热炉的整体形状，变更反射镜装置的形状。

第4聚光镜方式加热炉在由内面为反射面的环状的一次反射镜及二次反射镜构成的反射镜装置的结构以及与被加热物的被加热面的位置关系上具有特征。

具体而言是一种聚光镜方式加热炉，该反射镜装置具有将如下环的内面的一部分作为反射面的一次反射镜，即，使处于与经过该被加热面中心的法线相同的平面内，且不与该法线交叉的封闭的曲线以该法线为转轴旋转而成的环，

在形成环状的该一次反射镜的环内，沿该环的圆周方向的一部分或全部设置光源，

而且，可以将该被加热物设置于该反射镜之外，即不是包含环的平面上的位置，在连结该被加热面中心和该光源的最短的直线与该反射面的交点附近的该反射面上设置狭缝，用于向被加热物照射光，

在形成该狭缝的第一反射面的端部上连接形成第二反射面的反射面。

在第4聚光镜方式加热炉中，由环状一次反射镜反射的光经由狭缝而由二次反射镜反射，其后照射于被加热物表面，由此，相对于该被加热物表面从多个方向照射光。因此，即使在很难仅由来自某一方向的光均匀地加热该被加热物表面的情况下，也能够利用来自多个方向的加热而更加均匀地进行加热。

另外，该二次反射镜的反射面也可以是使椭圆、抛物线绕该转轴旋转而成的面的一部分，此时，可以使该椭圆、该抛物线的焦点位于光源的地方。

另外，该封闭的曲线为椭圆时，其是以连结该椭圆的2个焦点的线的朝向被加热物方向的延长线正中被加热物表面中心的方式倾斜而成的椭圆，以该延长线与椭圆的交点为中心在椭圆上设置开口部。进而设置狭缝，其是以使将该2个焦点中的从被加热物看去较远的椭圆的焦点作为共通的焦点的抛物线的一部分，从该开口部朝向被加热物开口的方式复合而成的狭缝。

而且，在该椭圆的位于离被加热物并不近的焦点上设置光源，使另一个焦点与构成二次反射镜的椭圆或抛物线的焦点共通，由此，可以使从光源放射的光更加高效地被二次反射镜反射，并照射于被加热物表面。

另外，在图9中也可以使该共通的焦点为椭圆的离被加热物近的焦点。

在该第4聚光镜方式加热炉中，当该封闭的平面为椭圆时，其结果，所得到的反射镜是与经过被加热物中心的法线垂直，绕位于该椭圆及该抛物线之外的垂直轴旋转而成的内面为反射面的椭圆体镜和抛物面镜复合而成的反射镜，同时可以具有示出其共通的焦点，并且沿以垂直轴为中心的圆周上设置光源而成的聚光镜。

该光源可以使用将点光源排列在圆周上的光源、使用2个半圆型的光源，或者使用圆形的光源。

如此构成的本发明的第4聚光镜方式加热炉是在内面上构成一次反射面的截面为椭圆等的形状的环状体与构成二次反射面的反射面复合而成，使从设置在该环状体内的光源放射的光直接或由该一次反射面及/或二次反射面反射而朝向被加热物台上的被加热物进行照射的聚光镜方式加热炉。

根据该第4聚光镜方式加热炉，由于可以相对于被加热物表面从更多的方向进行加热，因此能够更加均匀地加热被加热物表面。

由于这些第1至第4的4种方式的加热炉都令用于加热的光源位于被加热物的斜上方，从斜上方加热被加热物表面，因此可以在被加热物的正上方、下方及侧方形成空间。因此，能够在上方设置例如石英管而流通用于处理的气体，或设置温度等的测定、控制单元。另外，能够在设置于侧方的空间内对搬运被加热物的单元进行设置等，可有效活用被加热物周围的空间，能够更加高效地进行从将被加热物导入装置内的阶段到取出至装置外的阶段的一系列动作。

另外，根据这些聚光镜方式加热炉，可以在被加热物的斜上方设置多个光源，由此从光源放射的能量的大部分照射于被加热物表面，并且能够以环绕斜上方一周的方式从各个方向朝向被加热物放射光。

此时，从被加热物表面上的某一部分观察的距光源的距离为，某一方向的光源较远，但是其反向的光源则较近，该倾向在被加热物表面上的哪个部分上都相同。于是，结果无论被加热物表面上的哪个部分累计从多个方向照射的光而合计的能量都是均匀的，因此，无论被加热物表面上的哪个部分都被均匀地加热。

另外，根据第1至3聚光镜方式加热炉，由于所使用的光源不为环状，因此例如使用3套聚光镜装置时，各套以120°的间隔而被设置，因此，相对于被加热物表面也从斜上方的3个方向照射光，实质上实现没有不均的加热，这与实质上从360°的所有方向照射光并无不同。

如此，由于能够相对于被加热物表面，实质上从斜上方360°的方向进行加热，因此能够更加均匀地进行加热。

另外，根据第4聚光镜方式加热炉，通过从更接近于360°的方向进行加热，可以与第1至3聚光镜方式加热炉相比从多个方向进行加热。此时，即使反射镜整体所接收的所有热量与第1至3聚光镜方式加热炉没有差别，也由于反射镜自身的容积较大，因此加热温度变为更低温，在冷却装置变得简便方面较为优异。

也就是说，从一个方向的斜上方朝向被加热物照射光时，在被加热物表面上产生距光源的距离近的部分和远的部分。作为其结果，由于被加热物的距光源近的部分被光的能量密度较高的部分照射，被加热物的距光源远的部分被光的能量密度较低的部分照射，因此结果被加热物的距光源近的部分快速被加热且被加热至高温，但是远的部分的温度上升的速度相对较小，结果在被加热物上的被加热面中加热有可能产生不均。

光源在被加热面上聚焦时加热产生不均的倾向变得显著，而光源不在被加热面上聚焦时，则由于模糊的光源影像显现在被加热物表面上，从而被加热物表面更加容易被均匀地加热。但是，由于出现未照射于被加热面的成分，因此从光源放射的光有可能不会高效地射中被加热物表面。

除由这种机构进行的被加热物的均匀的加热以外，通常光源通过灯丝的加热而发光，由于灯丝不完全是点光源，因此可知在本发明中，二次反射镜既可以严格地在被加热物上聚焦，也可以不聚焦。

在未聚焦的所谓的散焦的状态下照射光时，该灯丝的影像未聚合在被加热物上。于是，不会产生使灯丝的形状反映在被加热物上这样的光的照射不均，在该方面也能够更加均匀地加热被加热物表面。

当然，旋转椭圆面在被加热物上聚焦时，则灯丝的影像有可能聚合在被加热物上，但是包括散焦的情况而从多个方向将光照射在被加热物上时，则各自聚焦而导致影像重叠，结果可以使光均匀地照射在被加热物上。

此时与在上述第2聚光镜方式加热炉中散焦的状态一样，能够利用第2及第3聚光镜方式加热炉，在散焦的状态下将光照射在被加热物上，作为结果可均匀地进行加热。

根据本发明，由于被加热物被均匀地加热的同时，从被加热物看去光源存在于斜上方，因此能够在被加热物的正上方、侧方及下方、以及光源和反射镜以外的斜方设置空间，可利用该空间进行石英管的设置、气体的导入、加工·移动用夹具的配置及其操作、被加热物的移动、温度、气体供给量等的检测和控制等的操作。而且，能够如CVD等那样加热被设置为水平的被加热物的上面。

此外，虽然在现有的使用旋转椭圆面的加热装置中，仅停留在来自被加热物的横向或完全垂直的方向的加热，限定于单晶生长装置等的用途，但是如本发明这样从被加热物的斜上方进行加热时，除上述用途以外，还能够如CVD等那样加热被设置为水平的被加热物的上面。

另外，与现有的将不是被加热物的上方而是在水平位置上以360°包围的方式设置的旋转椭圆体作为反射面时相比，由于可以使反射面整体的直径小径化，因此装置整体也能实现更加小型化。

而且，既可以使晶片等的被加热物旋转，也可以不旋转。另外，即使在石英管内使气体(主气体、辅助气体)接触晶片等，也由于被加热物以外未被加热，因此可以削减气体分解所引起的石英管内壁的堆积物。

并且，所使用的能量较少即可，而且，反射面等的加热所消耗的能量也更加少量，因此能够减小冷却系统，使装置整体更加小型化。而且，根据第4聚光镜方式加热炉，虽然光源被设置在环状反射面内的较窄的空间内，但是向该环状反射面内导入空气时，能够使空气高效地与光源接触而进行冷却。

另外，虽然作为光源可使用红外线灯，作为光可使用红外线，但是作为光不限定于红外线，只要是通过照射被加热物而加热被加热物的光即可。另外，作为用于放射这种光的光源也不限定于红外线灯。

附图说明

图1(a)是本发明的第1及第2聚光镜方式加热炉。

图1(b)是本发明的第1及第2聚光镜方式加热炉的概念图。

图2是从上方观察使用3个反射镜装置的第1及第2聚光镜方式加热炉的图。

图3是表示本发明的聚光镜方式加热炉所使用的一次反射镜与光源的关系的图。

图4是表示本发明的聚光镜方式加热炉所使用的一次反射镜与光源的关系的图。

图5是本发明的第1及第2聚光镜方式加热炉。

图6(a)是本发明的第1及第3聚光镜方式加热炉。

图6(b)是本发明的第1及第3聚光镜方式加热炉的概念图。

图7是本发明的第1及第3聚光镜方式加热炉。

图8是本发明的第1及第4聚光镜方式加热炉。

图9是本发明的第4聚光镜方式加热炉中的光路图。

图10是本发明的第4聚光镜方式加热炉的俯视图。

图11是本发明的第4聚光镜方式加热炉的俯视图。

图12是使用本发明的装置而构成的晶体生长装置的模式图。

符号说明

1-聚光镜方式加热炉；2-红外线灯；3-被加热物；4-一次反射镜和二次反射镜的连接部；5-开口部；6-石英管；7-聚光镜装置；M1-一次反射镜；M2-二次反射镜；M3-一次反射镜；M4-二次反射镜；M5-二次反射镜；M6-二次反射镜；M7-环状反射面；M8-二次反射镜；F1-一次反射镜的一个焦点；F2-一次反射镜的另一个焦点；F3-二次反射镜的一个焦点；F4-二次反射镜的另一个焦点；F5-二次反射镜的焦点；F6-二次反射镜的焦点；101-聚光镜方式加热炉；102-被加热物；103-红外线灯；104-气体；105-外壳；106-环状反射面；107-管；θ1及2-使各模式中的贡献于加热的红外线放射的角度；111-狭缝；112-电源线；113-冷却水套；114-盖部件；115-冷却水供给管；116-冷却水供给端口；117-冷却水排水管；118-冷却水排水端口；203-红外线灯；206-环状反射面；207-石英管；208-固定单元；209-原料棒；210-晶种棒。

具体实施方式

下面，对于使光源为红外线灯，使光为红外线的情况，参照附图说明本发明。在采用其它光源、其它光等时，也能够采用本发明的结构。

根据被加热物的物性、材料等，由于存在能够被红外线以外的光加热的物质，因此在该情况下本发明所使用的光包含红外线以外的光。

(第1聚光镜方式加热炉)

第1聚光镜方式加热炉是具备包含以下说明的第2至第4聚光镜方式加热炉的结构的聚光镜方式加热炉。

为此，作为例子根据图1(a)说明第1聚光镜方式加热炉。

本发明的第1聚光镜方式加热炉是用于通过由反射镜装置使从光源放射的光反射至被加热物3表面而进行照射并加热的加热炉。

反射镜装置是由一次反射镜M1及二次反射镜M2构成的装置，将红外线灯2等的光源设置在一次反射镜M1内，使从该光源放射的光在一次反射镜M1内面反射，该反射光被引导至二次反射镜M2内，被该二次反射镜M2内面的反射面反射，并从开口部5射出而照射于被加热物3的表面。

此时，由于二次反射镜M2即便其一部分也不位于被加热物3的表面的正对面，因此从二次反射镜M2的开口部5放射的光全都不会垂直照射于被加热物3的表面。

以下方面可以说是之后第2至4聚光镜装置也共通的事项。

本发明的聚光镜方式加热炉可以使用于CVD装置、晶体生长装置等通常用于进行伴随加热的处理的装置。尤其是可以使用于由光进行加热的用途。

以及通过由二次反射镜的反射面进行反射而照射于被加热物3来加热被加热物3的加热炉。在这种加热的同时，或者加热的前后，从上方朝向被加热物供给气体104，或用未图示的夹具进行加工，或者在侧方设置窗口，由此能够在任意的条件下加热被加热物3并确认加热中的被加热物103的状态。

其为晶体培养装置时，如模式图12所示，在聚光镜装置之间插入石英管207，在该管内将多晶原料棒209和晶种棒210分别固定于上下固定单元208，对其进行驱动。然后，与图1(a)的装置一样，从红外线灯203放射的红外线由一次反射镜及二次反射镜进行反射，能够边加热上述多晶原料棒209和晶种棒210，边使这些原料棒209和晶种棒210向下方移动，并生成单晶。

本发明中使用的聚光镜方式加热炉是使用放射光的光源，利用该放射的光加热被加热物的装置。

虽然作为该光源通常使用红外线灯，但是不限定于此，可以任意使用能够在由光进行加热的加热炉中使用的光源。

本发明中的反射镜装置由一次反射镜及二次反射镜构成，该光源被设置为使灯丝等位于一次反射镜的内部。该一次反射镜和二次反射镜通过相互设置为可使光通过的开口部连接。因此，从光源放射的光的大部分成分被一次反射镜反射，其后被二次反射镜反射，由此被放射至反射镜装置之外，从而照射于被加热物表面。

也就是说，一次反射镜是用于使从光源放射的光最初反射的反射镜，二次反射镜是用于使由一次反射镜反射的光接着反射的反射镜。

当然，从光源放射的光的一部分也可以未被一次反射镜反射，而直接被二次反射镜反射，并照射于被加热物表面。

另外，根据反射镜装置的结构，从光源放射的光的一部分也可能既未被一次反射镜反射，也未直接被二次反射镜反射，而直接照射于被加热物表面。

关于这些反射镜由公知的材料形成即可，可以采用金属基材其自身，或者在金属基材内面上作为反射面而设置其它的金属层的形式等具有公知反射性的结构。

另外，作为一次及二次反射镜以及由它们构成的反射镜装置，虽然也可以用切削等的制造方法而由金属等的块进行制造，但是也可以分成多个块，按每个该块进行制造，通过组装这些块而进行制造。

而且，在本发明中，需要避免相对于被加热物表面从垂直方向照射光。此时的避免从垂直方向照射光表示相对于被加热物表面从倾斜方向，换言之以有限的角度照射光。

假使相对于被加热物表面从垂直方向照射光时，则二次反射镜的一部分置于与被加热物表面相对的正对面的位置上。如CVD等那样，在加热被加热物表面并供给气体等而进行处理的情况下，即使二次反射镜的一部分存在于该被加热物表面的正对面的位置上时，也很难顺畅地进行该气体的供给。

因此，在本发明中，通过避免相对于被加热物表面从垂直方向照射光，可以顺畅地进行CVD等。

当然，在本发明中相对于被加热物表面通常不会从正侧面，也就是不会从包含被加热物表面的平面方向照射光的主成分。这是因为在这种情况下，被加热物表面不会被高效地加热。

(第2聚光镜方式加热炉)

图1(a)及2是关于本发明的第2聚光镜方式加热炉的图，图1(a)是其剖视图，是使用2套或4套聚光镜装置7而构成的聚光镜方式加热炉的例子。为了反射从红外线灯2放射的红外线，作为一次反射镜M1及二次反射镜M2使用内面为反射面的旋转椭圆体。

图1(b)中示出该第2聚光镜方式加热炉所使用的反射镜装置的概念。在该图1(b)中，光源位于反射面为旋转椭圆体的一次反射镜M1的一个焦点F1。从该光源放射的光通过一次反射镜M1而进行反射，在另一个焦点F2成像。该焦点F2与反射面为旋转椭圆体的二次反射镜M2的焦点F3共通，在该焦点F2且F3结合的光再次扩散。

其后，光再次在二次反射镜的另一个焦点F4成像，该焦点F4可以位于被加热物3的表面上。

此时，虽然使焦点F4位于被加热物上，但是在其它方式中，也可以不使F4位于被加热物上，其中可位于被加热物表面的法线上。如此，上述一次及二次反射镜都是将以椭圆体的长轴为转轴而构成的旋转椭圆体的内面作为反射面而构成的反射镜，从设置在一次反射镜的焦点F1上的红外线灯2向被加热物放射的红外线直接以及由反射面反射而照射于被加热物。

图1(a)所示的本发明的聚光镜方式加热炉1是一次反射镜M1的2个焦点和二次反射镜M2的2个焦点位于1条直线上的装置，是使一次反射镜和二次反射镜直线连接的形式的图。

在一次反射镜M1内，从红外线灯2放射的红外线首先主要在一次反射镜M1的内面进行反射。在一次反射镜M1内设置有红外线灯2，使红外线灯2的灯丝位于一次反射镜M1的一个焦点F1。被一次反射镜M1的内面反射的红外线在旋转椭圆体的另一个焦点F2暂时会聚。

由于该会聚的位置即另一个焦点F2是与二次反射镜M2的一个焦点F3相同的位置，因此对二次反射镜M2进行观察时，就像将红外线灯的灯丝设置于该一个焦点F3一样。在该一个焦点F3暂时会聚的红外线再次发散而被二次反射镜M2的内面反射。

然后，被旋转椭圆体即二次反射镜M2的内面反射的红外线在二次反射镜M2的另一个焦点F4再次会聚。

此时，使被加热物3位于二次反射镜M2的另一个焦点F4时，该被加热物利用会聚的红外线而被急速加热且被加热至高温。

因此，在一次反射镜M1上为了设置红外线灯2而需要开孔，进而，还需要设置为了与二次反射镜M2之间形成光路所需的一次反射镜和二次反射镜的连接部4。

同样，在二次反射镜M2上为了设置从一次反射镜M1导入红外线所需的光路而必须设置与一次反射镜M1之间的连接部4，在二次反射镜M2上必须设置用于向被加热物3照射红外线的开口部5，使二次反射镜M2的另一个焦点F4位于被加热物3表面上，或者位于连结被加热物表面的中心和二次反射镜M2的一个焦点F3的直线上。

在上述构成中，在一次反射镜M1及二次反射镜M2上尽可能增大设置在它们的内面上的反射面的面积是为了将由红外线灯2产生的红外线有效利用为用于加热被加热物3的能量而所需要的。而且，在照射对象的物质较小时，尤其是设置于二次反射镜的开口部5的开口越小越好。因此，优选二次反射镜M2呈尽可能细长的形状。

因此，在一次反射镜M1的一个焦点F1上设置红外线灯2时，一次反射镜M1的椭圆的长轴相对于短轴的比越尽可能接近1，则如图3所示，从焦点放射的红外线的一部分因红外线灯2自身成为障碍而被红外线灯自身吸收，或者原本不反射的光线的量就越少。因此，更多的红外线能够射中一次反射镜M1的内面并被反射而朝向二次反射镜M2。但是，由于上述比过于接近1时则一次反射镜M1变为接近于球，因此有可能没有保持能够向二次反射镜M2供给足够光量的红外线程度的椭圆形状。

模式化表示的图3是一次反射镜M1的椭圆的长径相对于短径的比较小而更接近1的例子，从设置在一个焦点F1上的红外线灯的灯丝放射的红外线能够仅使朝向明显小于60°的角度θ1的成分朝向红外线灯2自身放射，而使剩余的超过300°的宽阔范围的红外线成分被一次反射镜M1的内面反射。

但是，如同样模式化表示的图4那样，在一次反射镜M1的椭圆的长径相对于短径的比较大时，一次反射镜M1的形状呈细长，呈焦点与内面接近的形状。因此，可知将红外线灯2设置于一个焦点F1时，则与图3中所示的例子相比，明显所放射的红外线的较多，也就是以θ2的更广角度放射的成分未到达反射面，在图4中只有大致250°范围程度的红外线到达反射面。

其结果，可以理解尽可能减小一次反射镜M1的椭圆的长径相对于短径的比是为了加热而有效活用从红外线灯2放射的红外线，也就是为了更高效地加热被加热物而所需要的。而且，由于红外线灯自身吸收的热量被削减，因此存在聚光镜装置自身的温度上升也被抑制的倾向。

另外，通过减小这种长径相对于短径的比，结果红外线灯2和一次反射镜M1的内面的距离变长，因此，可以使一次反射镜M1被局部加热的温度更低。

该一次反射镜M1的长径相对于短径的比优选为1.1～2.0，更优选为1.1～1.5。

而且，二次反射镜M2如上所述，设置有用于向被加热物3放射红外线的开口部5。

例如在为了对被加热物3边供给气体边进行处理，而从被加热物3的上方至下方设置石英管6等时，二次反射镜M2与该石英管6等干涉是必须避免的事项。

因此，设置于二次反射镜M2的该开口部5不仅仅是为了放射红外线而设置的，还要求考虑该石英管6等的尺寸或位置、移动范围等而进行设置。优选考虑上述事项而设置的该开口部5尽可能小。由此，可以削减从反射镜M2射出的红外线发散而未照射于被加热物3的成分，可以使更多的红外线照射于被加热物3，从而贡献于温度上升。此外，还能够削减未照射于被加热物3而加热其周围的红外线成分。

如此，不限于该石英管，在对被加热物进行加热以外的某种处理时，能够以该处理单元不与二次反射镜M2干涉的程度设置开口部5。

在本发明的聚光镜式加热炉1中，既能够以二次反射镜M2的另一个焦点F4位于被加热物上的方式设置二次反射镜M2，或者，只要使被加热物3表面的中央部位于连结二次反射镜M2的2个焦点的直线上，则F4也不必一定位于被加热物3上。

也就是说，也可以在红外线灯2的灯丝很难在被加热物3表面上成像并均匀地加热时，为了在灯丝的影像未成像的范围内更加均匀地进行加热，以另一个焦点F4不位于被加热物3上反而进行散焦的方式，使被加热物3的中央部位于连结被加热物3的中心以及二次反射镜M2的2个焦点F3及F4的直线上，同时使二次反射镜M2的另一个焦点不位于被加热物3上。

图2是本发明的其它例的聚光镜方式加热炉的概略俯视图，通过设置3个聚光镜装置7，利用未图示的单元使这些聚光镜装置7及/或被加热物能够任意沿垂直方向及水平方向移动，从而可调整该被加热物表面的中心部和二次反射镜的另一个焦点的位置关系。另外，由于图2中在3个聚光镜装置7之间形成空间，因此也可以根据需要在该空间内设置用于冷却聚光镜装置7的装置、或者用于被加热物的搬运、处理等的装置。

图5中示出本发明的聚光镜方式加热炉的其它方式。尽管该图5所示的聚光镜方式加热炉与图1(a)及2所示的聚光镜方式加热炉在基本结构上共通，但是在一次反射镜M3和二次反射镜M4的连接方式上具有不同的形式。也就是说，一次反射镜M3和二次反射镜M4是构成它们的旋转椭圆体的各自的焦点不位于1条直线上，且连接为一次反射镜M3相对于二次反射镜M4向上方折弯，由此连结一次反射镜M3的椭圆的焦点的直线与连结二次反射镜M4的椭圆的焦点的直线的2条直线之间不在同一直线上的例子。

该例与如图1(a)及2所记载的2条直线位于同一直线上的装置不同。通过具备这种形式，从而能够使聚光镜方式加热炉1的宽度方向的尺寸更小，由于通过垂直地设置一次反射镜M3及所使用的红外线灯2，从而能够从上方进行红外线灯2交换等的装置维护等，因此变得更加容易，且设置用于冷却的装置时的作业性也提高。

另外，在并未如图5所示使一次反射镜M3竖起，而是设置为横向放倒时，可以降低反射镜装置整体的高度，而且，还能够相对于一次反射镜M3从正侧方设置红外线灯，从横向进行维护变得容易，且设置用于冷却的装置时的作业性也同样地提高。

(第3聚光镜方式加热炉)

关于本发明的第3聚光镜方式加热炉，如图6(a)及7所示，虽然只看附图则其构成与第2聚光镜方式加热炉相同，以图1(a)及5所示的构成为基础，但是第3聚光镜方式加热炉1使第2聚光镜方式加热炉1中使用的二次反射镜M2及M4不为旋转椭圆镜，而是替换为旋转抛物面镜M5或M6，由此构成第3聚光镜方式加热炉1。

图6(b)中示出该第3聚光镜方式加热炉所使用的反射镜装置的概念。在该图6(b)中，光源位于反射面为旋转椭圆体的一次反射镜M1的一个焦点F1。从该光源放射的光通过一次反射镜M1而被反射，在另一个焦点F2成像。该焦点F2与反射面为旋转抛物面体的二次反射镜M2的焦点F3共通，在该焦点F2且F3结合的光再次扩散。

其后，通过由二次反射镜反射从而光成为平行光，在该平行光的状态下照射在被加热物3的表面上。

由于该旋转抛物面镜M5及M6的焦点F3与一次反射镜M1及M3的另一个焦点共通，因此与第2聚光镜方式加热炉相同，从红外线灯放射的红外线被导入旋转抛物面镜的二次反射镜M5或M6。暂时被导入该二次反射镜M5及M6的旋转抛物面镜的焦点的红外线直接从这些二次反射镜M5或M6的被加热侧开口部5放射出，或者，在由二次反射镜M5或M6的内面反射后从被加热物开口部5放射出。

对于该第3聚光镜方式加热炉1，也与第2聚光镜方式加热炉1一样，设置于二次反射镜M5及M6的该被加热侧开口部5并不仅仅是为了放射红外线而设置的，而是要求考虑附属于该石英管等装置的部件或设备的尺寸、位置或移动等而进行设置。从如下方面出发优选考虑上述事项而设置的该被加热侧开口部5设置于尽可能远离焦点的位置，即削减从二次反射镜M5及M6射出的红外线的发散的量，使更多的红外线照射于被加热物，并贡献于温度上升。

由于在本发明的第3聚光镜方式加热炉1中，也与第2聚光镜方式加热炉1一样，在聚光镜装置7之间形成空间，因此也可以根据需要在该空间内设置用于冷却聚光镜装置7的装置、或者用于被加热物的搬运、处理等的装置。

(第4聚光镜方式加热炉)

示出图8对第4聚光镜方式加热炉进行说明。

首先，在这种聚光镜方式加热炉101中对构成环状反射面106的曲面进行说明。

本发明的第4聚光镜方式加热炉在聚光镜方式加热炉中形成环状反射面，其形成由椭圆面等的封闭的空间构成的一次反射镜，红外线灯被设置在封闭的空间内。与此同时，其以如下装置为基础，即在连结红外线灯和被加热物之间的直线与环状反射面交叉的部分的环状反射面上形成狭缝，其形成构成抛物线面等的形状的二次反射面，使从红外线灯103放射的红外线直接照射于被加热物，或者在由环状反射面及/或抛物面构成的镜子上反射而照射于被加热物。此外，也可以是使反射面形成为环状的结构，以包围气体流路或石英管等的管107。

图8是第4聚光镜方式加热炉的一个例子的截面的概念图，用于反射从红外线灯103放射的红外线的内面为反射面。虽然图8所示的截面为椭圆面等的封闭的反射面106与截面为由抛物线构成的抛物面111复合而成的环状体(以下称为“环状反射面”)仅示出一部分，但是图示的反射面106是环状反射面的一部分，朝向被加热物从红外线灯103放射的红外线直接以及由环状反射面反射而照射于被加热物102。

该椭圆面等的反射面106、由抛物面等构成的狭缝111与上述的第2及第3聚光镜方式加热炉不同，并不是以连结椭圆的2个焦点的线、抛物线的对称轴为中心旋转而成的旋转椭圆面、旋转抛物面，而是以不与椭圆交叉的转轴、相对于抛物线的对称轴倾斜交叉的轴为中心旋转而成的椭圆面等的环形空间、旋转而成的抛物面。

由于在该第4聚光镜方式加热炉中，被加热物102的整个面也需要被均匀地加热，因此被椭圆面等的反射面106反射的红外线也可以不是在被加热物102的面上聚焦，而是成为具有一定程度的扩散的光。另外，如果即便在聚焦时也能均匀地加热被加热物102的整个面，则也可以在被加热物上聚焦。

反射面106的截面为椭圆面时，当红外线灯103位于椭圆的焦点中的远离被加热物的焦点时，则所放射的红外线在位于离被加热物更近的位置的另一个焦点上聚焦。结果，假使在使被加热物102的面为另一个焦点而在该被加热物上聚焦时，则无法在被加热物102的面上发生加热温度的不均时进行恰当的处理。

因而，由于不需要一定在被加热物102表面上聚焦，因此能够以使椭圆绕设置于椭圆外的转轴旋转而成的旋转椭圆面为基础构成环状反射面，不在被加热物表面上聚焦而照射红外线。

另外，当然不限定于椭圆，只要是任意封闭的曲线等的封闭的线即可。

而且，如图8的剖视图所示，本发明的聚光镜方式加热炉101的反射面106是旋转椭圆镜和旋转抛物镜复合而成的环状反射面，在经过其间的中心，被与环垂直的平面切断的截面中，示出以包围红外线灯103的方式封闭的曲线。

另外，该红外线灯103构成为从灯内的灯丝放射红外线，灯丝不是点光源而是一定程度的面光源或线光源。旋转椭圆镜和旋转抛物镜复合而成的环状反射面使该椭圆向被加热物倾斜，由此该抛物线也处于向被加热物开口地倾斜的状态。

在图8中，在连结设置有红外线灯103的椭圆的一个焦点和另一个焦点以及被加热物102的中心的线上与表示椭圆的线的交点附近的部分上，设置有由旋转抛物面构成的狭缝111，能够使红外线通过，该椭圆在该狭缝111的部分中断，从红外线灯103看去被加热物设置在狭缝111的延长线上。

在图8中，从提高能效的观点出发希望从红外线灯103向各个方向放射的光朝向环状反射面106以尽可能少的反射次数照射于被加热物102。因此，虽然希望环状反射面106的切断面的一部分如上所述成为椭圆形状，但是也可以具有类似的任意形状。

另外，理所当然也可以是沿着由构成图8所示的抛物面的该狭缝111的壁面反射而照射于被加热物102这样的光路的红外线。

与这种装置中的第2及第3聚光镜方式加热炉一样，可以将石英管等的管107设置为在聚光镜方式加热炉101的中央部贯穿环状反射面的环的中心。通过设置管107，可以在加热的同时，或者加热的前后，从管107内的上方或下方朝向被加热物供给气体104。

当然，既可以使被加热物位于该管107内，也可以使管107的端部位于被加热物的上方或下方。虽未图示，但是可以使用夹具加工被加热物，或者通过在侧方设置窗口，从而在任意条件下加热被加热物102并确认加热中的被加热物102的状态。

作为模式图在图9中示出图8所示的聚光镜方式加热炉101中使用的具体的反射面的一个例子。

图9所示的反射面如(a)至(c)所示，具有使以F5和F6为焦点的截面为椭圆的椭圆镜等的环状反射面106和作为焦点共有该椭圆的焦点的一个即F6的截面为图8中的抛物线的二次反射镜M8即抛物面镜等的狭缝111复合而成的形状。

例如，使环状反射面M7为椭圆时，环状反射面M7中由实线表示的部分是构成用于使红外线反射的镜子的部分，但是由虚线表示的部分实际上并不是镜子，而是形成开口部，是为了表现为图9中的椭圆镜而画出的椭圆的一部分。

同样，表示图8所示的抛物面镜的M8的狭缝111中由实线表示的部分是构成用于使红外线反射的镜子的部分，但是由虚线表示的部分实际上并不是镜子，尽管构成抛物线，但是在图9中是为了表示狭缝111是抛物面镜而画出的抛物线的一部分。

在图9中，分情况示出从设置于F5的红外线灯放射的红外线沿着哪个路径从反射镜向被加热物放射。如(a)所示，从红外线灯放射的红外线的一部分未由该狭缝111内面反射，或者反射而成为平行光并经过狭缝111而直接照射于被加热物。

另外，从红外线灯放射的红外线的大部分如(b)及(c)般射中环状反射面M7，其由二次反射镜即M8的旋转抛物面反射1次以上并经过该狭缝111而照射于被加热物102。

在(b)中，示出从设置于F5的红外线灯向与狭缝111相反侧放射的红外线被椭圆镜等的环状反射面M7反射1次后，直接或者被狭缝111反射而朝向被加热物前进的光路的情况。

在(c)中，示出从设置于F5的红外线灯向红外线灯侧方的不是(a)或(b)方向的方向放射红外线时，沿着红外线被椭圆镜等的环状反射面M7反射1次，其后并不是直接照射于被加热物，而是由狭缝111反射1次以上后照射于被加热物的光路的情况。

如上所述，环状反射面M7的切断面是环状反射面和狭缝复合而成的，红外线灯103被设置于该椭圆等的环状反射面的焦点，或者即便不是焦点也是接近焦点的位置。但是，由于被加热物并不位于该椭圆的另一个焦点等，因此被环状反射面M7反射的光并不会在被加热物102的加热面上聚焦，而是均匀地射中被加热物102的表面，被加热物102不会映射出红外线灯的线圈形状。

如上述(a)至(c)所示，由于可以使从红外线灯放射的红外线的大部分照射于被加热物，因此能够将从红外线灯放射的能量的大部分消耗于加热，从而明显提高加热效率。

当然，虽然图8及图9中的环状反射面是椭圆，但是也能够以该椭圆形状为基础，使一部分的面呈直线等的非椭圆的形状。

而且，图9中所示的事项是对于本发明的第1至3聚光镜方式加热炉中的光的光路也可以依照的事项。

图10是从下方观察将用于构成环状反射面的部件组合后的加热炉的图，尤其右半部分是以红外线灯103的部分切断的图。

图10中环状反射面并不是完全封闭的环，也可以具备2个大致一半的环状反射面106，其能够分别收容各1个连接于电源线的2个红外线灯103，各个红外线灯103通过未图示的部件而被固定。如此，即便说是环状，也在装置的组装上，或者红外线灯的结构上，无法成为延续360°的完全的环，有时也在红外线灯的弯曲部附近使环中断，但是该环的中断停留于360度中的一部分，需要避免在被加热物表面上产生加热不均。

此外，通过在该红外线灯103的固定部上在由环状反射面106构成的区域内预先设置冷却用空气的供给口和排出口，从而防止加热时的高温加热路自身的过热。

而且，虽然图10中未图示，但是在下面上形成有狭缝，沿环状反射面的环的周向延伸。

本发明中的环状反射面106构成为，反射面所构成的环的直径为120～160mm，经过环状反射面的环的中心，由与环垂直的面切断的切断面的长轴方向为45～55mm，短轴方向为35mm～45mm。哪一个过小都有可能无法保持红外线灯与反射面的足够的距离而无法插入，过大则聚光镜方式加热炉自身的小型化变得困难，说到底还依据红外线灯的输出，但是即使在几秒以内加热至2000℃以上时该尺寸的反射面也已足够。

构成环状反射面106的部件为铝合金等即可，由稳定且热膨胀性小，耐热性优异的金属部件构成。因而，构成该环状反射面106的部件也是环状的金属部件，优选由红外线的反射效率高的金进行电镀。因此，可以在该环的中心插入石英管等，在石英管内进行单晶的生成等。另外，也可以进行CVD等的处理。

为了实现上述处理，该环状金属部件自身的外径为190～230mm，优选为200～220mm，其厚度为60～80mm，优选为65～75mm，其中心的孔部分的直径为30～40mm。外径的范围反映形成在内部的环状反射面106的尺寸，是在该环状反射面106的尺寸上加上金属部件的壁厚等的尺寸，厚度也一样是在环状反射面106的厚度上加上金属部件的壁厚等的尺寸。该环状金属部件的中心孔的外径需要是能够使石英管等的部件贯穿其中的尺寸。

设置于环状反射面106的上述狭缝由抛物线形成，以能够均匀地加热被加热物，具体而言，其被设置为能够使连结红外线灯103和被加热物的线通过。而且，在该狭缝的内面也与环状反射面106的表面一起通过电镀等方法而被红外线反射率高的金等的材料包覆，以能够反射红外线。

而且，该狭缝被尽可能延伸至被加热物是为了使红外线更能照射被加热物而所需要的。因此，环状金属部件的构成狭缝的下部的部分以延伸的方式而形成。

为了高效的加热及装置的小型化，红外线灯103与被加热物中心的最短直线距离为70～95mm，优选为75～90mm，距狭缝上部为30～40mm。

该距离变大时则很难高效的加热及小型化，较小时则有可能很难进行装置的运行、均匀的加热。

考虑这种各个部件等的尺寸时，优选本发明的聚光镜方式加热炉构成为水平设置的被加热物表面被以20～70°的角度照射的红外线加热。该角度小于20°时，则无法使从环状反射面放射的红外线高效地照射于被加热物，红外线有可能偏离被加热物而照射于其它部件。另外，该角度为70°以上时，则很难确保能够在被加热物的垂线上设置夹具或设置供给气体的装置的空间。

图10中具备电源线112的红外线灯103在环状反射面的一半上各设置1个，红外线灯103在其两端固定于加热炉。根据这种构成，在设置有2个红外线灯103的状态下，可以相对于被加热物从大致所有方向进行红外线照射。红外线灯103也可以不是2个，还可以尽量绕整个圆周在能够设置红外线灯103的范围内设置1个或分开设置3个以上。

由于环状反射面106及环状金属部件在运行中吸收来自红外线灯的红外线而被加热，因此聚光镜方式加热炉中必须设置冷却装置。返回图8，说明环状反射面106等的装置。

图8中，为了冷却构成环状反射面106的环状金属部件，预先在环状金属部件的外面设置用于流通冷却水的冷却水套113的槽部，设置与所安装的盖部件114之间形成的冷却水套113，在该冷却水套113上介由冷却水供给端口116连接有冷却水供给管115。虽然仅在环状金属部件的上面流通冷却水，但是也可以设置如下结构，即在环状金属部件外周等的其它部分上也使冷却水流通。

图11中示出本发明的聚光镜方式加热炉101的上面。在显现圆形的聚光镜方式加热炉101的上面分别介由冷却水供给端口116及冷却水排水端口118而连接有冷却水供给管115及冷却水排水管117。图11所记载的虚线中包围最大的区域的线虽然无法从上面看到但是表示环状反射面106的位置，由其内侧的虚线包围的区域表示冷却水套113。

从冷却水供给管115介由冷却水供给端口116而供给至冷却水套113的水沿冷却水套113内流动，在冷却水套113内冷却环状金属部件，之后介由冷却水排水端口118而从冷却水排水管117排出。

所排出的水被供给至未图示的散热器，在此通过由冷却用空气进行空冷而被冷却。该冷却后的水沿着如下循环路径，即再次介由连接于加热炉的冷却水供给管而被供给至冷却水套。

当然，虽然也可以供给至散热器而不进行循环，并从外部供给新的冷却水，但是由于需要连接用于从装置外部供给冷却水的管，因此加热炉的配置部分有可能会被限制，因此优选介由散热器等的冷却装置而由泵使冷却水循环。

在本发明的第2至3聚光镜方式加热炉中，虽然红外线灯103可以使用公知的红外线灯，但是优选为卤素灯，红外线灯103也可以是通过灯丝放射红外线的形式。

而且，鉴于必要性，例如也可以在用于将红外线灯103固定于环状反射面106的部件上设置开口部，用于导入、排出用于对环状反射面106内进行冷却的空气。此时，由于冷却用空气能够流过红外线灯103和环状反射面的间隙而对它们进行冷却，因此所供给的冷却用空气被高效地使用于冷却。

另外，虽未图示，但是本发明的第2至3聚光镜方式加热炉与公知的加热炉一样，具有在护罩内被支撑部件支撑的结构，收纳聚光镜方式加热炉的护罩由顶板、前门、侧板、背板、底板构成，通过开闭该前门来进行被加热物等的插入、取出。也可以在顶板上设置开口部，用于插入在生成单晶时使用的石英管等的长尺寸部件，另外，可以在顶板、侧板、背板、底板上设置令用于红外线灯的电源线、用于供给、排出冷却水的管、以及用于供给及排出用于使处理用气体向聚光镜方式加热炉内流通的气体的管穿过的开口部，以及在用冷却用空气同时冷却红外线灯和反射面时，令用于供给、排出该冷却用空气的管穿过的开口部。

而且，在护罩上设置观察窗时，则能够从装置外观察被加热物。

收纳本发明的聚光镜方式加热炉的该护罩可设置在高架台上。也可以在高架台上设置加热炉的电源或控制器、散热器、冷却水循环装置、冷却用空气的供给装置、被加热物的移动装置等用于使加热炉运行的各种装置。

其为单晶培养装置时，如模式图的图12所示，插入石英管207，使其贯穿环状反射面206的环中心，在该管内将多晶原料棒209和晶种棒210分别固定于上下固定单元208，对其进行驱动。然后，从红外线灯203放射的红外线由环状反射面206反射，能够边加热上述多晶原料棒209和晶种棒210，边使这些原料棒209和晶种棒210向下方移动，并开始生成单晶。

如此，在本发明中，由于不是现有的在旋转椭圆面上使红外线反射而成的从侧方进行加热的装置的结构，因此可以从所加热的被加热物的侧方确认被加热物，即使在加热中也能掌握CVD炉、单晶培养装置的运行状况。

而且，由于相对于被加热物从斜上方照射红外线而进行加热，因此能够使红外线灯203及环状反射面206的位置位于被加热物的上方，环状反射面206自身的尺寸与采用现有的旋转椭圆面时相比较小，可以使红外线灯203及环状反射面206与被加热物之间更窄。

示出使用这种聚光镜方式加热炉进行处理的方法。例如在图12中，在设置有环状反射面206的环状金属部件的中心部的孔中插入石英管207，例如从该石英管207的下部侧的开口端插入固定被加热物，并固定于来自红外线灯203的红外线所放射的位置。根据需要使该石英管207内处于用处理气体置换、供给气体的状态，另外，使冷却水向冷却水套供给、流通，通过红外线灯203的固定部导入并流通用于冷却红外线灯203的空气。

在该状态下，接通红外线灯203的电源并开始加热，管理温度并在进行了规定处理时使加热温度下降。处理后，从石英管207的下端取出被加热物，向下一个处理工序进行搬运。

接下来，在进行加热处理时，仍旧不停止用于冷却的水或空气的供给，从石英管207的下端插入下一个被加热物，在固定之后进行加热。当然，石英管207并不是必须使用的，可以根据需要任意决定是否使用。

作为被本发明的聚光镜方式加热炉加热的被加热物，只要是玻璃、半导体材料、金属、陶瓷、树脂等由通常加热进行加工的物质则就成为对象。还能够在LSI、MEMS等的制造工序的一部分等中进行使用。

具体而言，可以作为蒸镀装置、CVD炉、单晶制造装置等的伴随加热的装置而使用。

虽然根据这些用途，以一定程度决定被加热物的尺寸，但是在本发明中可处理任意尺寸的被加热物，优选直径为50mm以下，更优选为30mm以下，尤其优选为15mm以下。

而且，作为被加热物的形状，只要被光照射的面是平面即可，另外，在不脱离本发明目的的范围内则也可以是非平面的面。

另外，根据本发明的聚光镜方式加热炉，可以在从加热开始的几秒后将被加热物表面的温度加热至2000°以上，可以提高对被加热物进行加热处理的速度。

Claims (20)

1.一种用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

照射于被加热物表面的光并未相对于该被加热物表面垂直地进行照射。

2.一种用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

反射镜装置由一次反射镜及二次反射镜构成，使从光源放射的光依次被一次反射镜及二次反射镜反射而照射于被加热物，由该二次反射镜反射而照射于被加热物表面的光并未相对于该被加热物表面垂直地进行照射。

3.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合2个将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜而成，使其中一个旋转椭圆体镜为一次反射镜，使另一个为二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的一个焦点相同的位置，设置反射镜装置，使二次反射镜的另一个焦点位于放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点，在二次反射镜的另一个焦点侧设置有可以朝向被加热面使光通过的开口部，使光照射于被加热面，

构成二次反射镜的椭圆的长轴并未相对于该被加热面垂直。

4.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合2个将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜而成，使其中一个旋转椭圆体镜为一次反射镜，使另一个为二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的一个焦点相同的位置，设置反射镜装置，使二次反射镜的另一个焦点位于与放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点不同的位置，在二次反射镜的另一个焦点侧设置有可以朝向被加热面使光通过的开口部，使光照射于被加热面，

构成二次反射镜的椭圆的长轴并未相对于该被加热面垂直。

5.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合2个将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜而成，使其中一个旋转椭圆体镜为一次反射镜，使另一个为二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的一个焦点相同的位置，设置反射镜装置，使二次反射镜的另一个焦点位于经过放置在加热炉内的被加热物的被加热面的中心点的法线上，在二次反射镜的另一个焦点侧设置有可以朝向被加热面使光通过的开口部，使光照射于被加热面，

构成二次反射镜的椭圆体的长轴相对于该被加热面的该法线倾斜定位。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，构成一次反射镜的椭圆的长径相对于短径的比为构成二次反射镜的椭圆的长径相对于短径的比以下。

7.根据权利要求3至6中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使光源位于连结二次反射镜的椭圆的2个焦点的直线上。

8.根据权利要求3至6中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使一次反射镜的椭圆的2个焦点和二次反射镜的椭圆的2个焦点不在同一直线上。

9.根据权利要求3至8中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，被加热物表面与连结二次反射镜的椭圆的2个焦点的线所成的角度为20～70°。

10.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

具有1个以上在内部设置有光源的反射镜装置，

该反射镜装置组合一次反射镜和二次反射镜而成，使将旋转椭圆体的内面作为反射面的旋转椭圆体镜为该一次反射镜，使将旋转抛物面体的内面作为反射面的旋转抛物面镜为该二次反射镜，

将光源设置于一次反射镜，使光源位于一次反射镜的2个焦点内的一个焦点，同时使设置于一次反射镜的开口部和设置于二次反射镜的开口部相互连接，使另一个焦点位于与二次反射镜的焦点相同的位置，设置聚光镜装置，使二次反射镜即旋转抛物面镜的转轴与放置在炉内的被加热物的被加热面的中心点位于1条直线上，朝向被加热物设置有二次反射镜的开口部，使光照射于被加热面，

二次反射镜的该转轴并未相对于被加热物表面垂直。

11.根据权利要求10所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，一次反射镜的焦点与其椭圆面的最短距离比二次反射镜的焦点与其抛物线的最短距离大。

12.根据权利要求10或11所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使一次反射镜的2个焦点位于旋转抛物面镜即二次反射镜的转轴的延长线上。

13.根据权利要求10或11所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，连接一次反射镜和二次反射镜，使一次反射镜的2个焦点不位于旋转抛物面镜即二次反射镜的转轴的延长线上。

14.根据权利要求10至13中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，被加热面的法线与二次反射镜的转轴所成的角度为20～70°。

15.一种聚光镜方式加热炉，是通过反射镜装置反射从光源放射的光而照射于被加热物，用于加热被加热物的聚光镜方式加热炉，其特征在于，

该反射镜装置具有将如下环的内面的一部分作为反射面的一次反射镜，即，使处于与经过该被加热面中心的法线相同的平面内，且不与该法线交叉的封闭的曲线以该法线为转轴旋转而成的环，

在形成环状的该一次反射镜的环内，沿该环的圆周方向的一部分或全部设置光源，

而且，该被加热物被设置在与该法线垂直但不与环交叉的平面上，在连结该被加热面中心和该光源的最短的直线与该反射面的交点附近的该反射面上设置狭缝，用于向被加热物照射光，

在形成该狭缝的第一反射面的端部上连接形成第二反射面的反射面。

16.根据权利要求15所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，该法线与连结该光源和被加热物表面中心的线所成的角度为20～70°。

17.根据权利要求15或16所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在形成环状的该一次反射镜的环内，沿圆周设置环状光源，

关于使来自该环状光源的光集中于被加热面的反射板，相对于该环状光源构成的圆周垂直地设置其反射面。

18.根据权利要求1至17中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在加热时，使该反射镜和被加热物的相对位置可变。

19.根据权利要求1至18中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在加热时，可以从被加热物的正上方、斜上方及侧方的至少1个方向确认被加热物的温度、形成被膜时的膜厚等的被加热物的状态。

20.根据权利要求1至19中任意一项所述的聚光镜方式加热炉，其特征在于，在加热时，可使该被加热物旋转。