JP2002270530A

JP2002270530A - 加熱装置、熱処理装置及びランプ冷却方法

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Publication number: JP2002270530A
Application number: JP2001071353A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Shimizu; 正裕清水; Minoru Yazawa; 実矢沢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-20
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP4969732B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、加熱部の短命の防止する冷却を
可能にすると共に、かかる冷却の効率を上げ経済性に優
れた加熱装置、熱処理装置、及び冷却方法を提供する。【解決手段】本発明の例示的一態様としての加熱装置
は、ランプとランプハウスからなる加熱装置であって、
前記ランプハウスは、電力を供給される電極部と当該電
極部と電気的に接続され発光する発光部とを含む前記ラ
ンプを収納するランプ収納部と、前記ランプ収納部の近
傍に設けられ、前記発光部を冷却する冷却部とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶基板、ガラ
ス基板などの被処理体を加熱処理する加熱装置及び熱処
理装置に関する。本発明は、例えば、メモリやＩＣなど
の半導体装置の製造に適した急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａ
ｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置に
好適である。ここで、ＲＴＰは、急速熱アニーリング
（ＲＴＡ）、急速クリーニング（ＲＴＣ）、急速熱化学
気相成長（ＲＴＣＶＤ）、急速熱酸化（ＲＴＯ）、及び
急速熱窒化（ＲＴＮ）などを含む技術である。

【０００３】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
には、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処
理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッ
チング処理、窒化処理等の各種の熱処理が複数回に亘っ
て繰り返される。

【０００４】半導体製造処理の歩留まりと品質を向上さ
せるため等の目的から急速に被処理体の温度を上昇及び
下降させるＲＴＰ技術が注目されている。従来のＲＴＰ
装置は、典型的に、被処理体（例えば、半導体ウェハ、
フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光
ディスク用基板）を載置するサポートリング（ガードリ
ングその他の名称で呼ばれる場合もある。）と、これら
を収納する枚葉式チャンバ（処理室）と、処理室に配置
されたウインドウと、ウインドウの外部上部又は上下部
に配置された加熱用ランプ（例えば、ハロゲンランプ）
と、ランプの被処理体とは反対側に配置されたリフレク
タ（反射板）とを有している。

【０００５】リフレクタは、例えば、アルミニウム製
で、その反射部には、典型的に、金メッキが施されてい
る。リフレクタには、リフレクタのランプによる温度破
損（例えば、高温による金メッキ剥離）と冷却時にリフ
レクタが冷却を妨げないようにするための冷却機構（冷
却管など）が設けられている。ＲＴＰ技術で要求される
急速昇温は、ランプのパワー密度とランプから被処理体
への光照射の指向性に依存する。

【０００６】ウインドウは石英より形成（以下、石英ウ
インドウ）され、板状に構成されたり、被処理体を内部
に収納可能な管状に構成されたりする。処理室が真空ポ
ンプにより排気されて内部が減圧環境に維持される場合
には、石英ウインドウは数１０ｍｍ（例えば、３０乃至
４０ｍｍ）の肉厚を有して減圧と大気との差圧を維持す
る。石英ウインドウは、温度が上昇することで発生する
各温度差による熱応力を防ぐために、肉薄で耐圧可能な
湾曲状に加工される場合もある。

【０００７】ハロゲンランプは、被処理体を均一に加熱
するために複数個配列され、リフレクタによって、ハロ
ゲンランプからの赤外線を一様に被処理体に向かって放
射する。ハロゲンランプ及びリフレクタは一のランプ保
持部として一体的に構成される。処理室は、典型的に、
その側壁において被処理体を導出入するゲートバルブに
接続され、また、その側壁において熱処理に使用される
処理ガスを導入するガス供給ノズルと接続される。

【０００８】被処理体の温度は処理の品質（例えば、成
膜処理における膜厚など）に影響を与えるために正確に
把握される必要があり、高速昇温及び高速冷却を達成す
るために被処理体の温度を測定する温度測定装置が処理
室に設けられる。温度測定装置は熱電対によって構成さ
れてもよいが、被処理体と接触させねばいけないことか
ら被処理体が熱電対を構成する金属によって汚染される
おそれがある。そこで、被処理体の裏面から放射される
赤外線強度を検出し、その放射強度を以下の数式１に示
す式に則って被処理体の放射率εを求めて温度換算する
ことによって被処理体の温度を算出するパイロメータが
温度測定装置として従来から提案されている。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここで、Ｅ_BB（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの
放射強度、Ｅ_m（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定され
た放射強度、εは被処理体の放射率である。

【００１１】動作においては、被処理体はゲートバルブ
から処理室に導入されて、中空のサポートリングにその
周辺が支持される。熱処理時には、ガス供給ノズルよ
り、窒素ガスや酸素ガス等の処理ガスが導入される。一
方、ハロゲンランプから照射される赤外線は被処理体に
吸収されて被処理体の温度は上昇する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】近年のＲＴＰは被処理
体の高品質処理とスループットの向上から急速昇温の要
請がますます高まっている。例えば、温度上昇を現在の
９０℃／ｓｅｃから２５０℃／ｓｅｃにするなどであ
る。かかる急速昇温を実現させるためには、ランプはよ
り大きなパワーで加熱されることが必要となる。しか
し、ランプを大きなパワーで加熱すると同時に、リフレ
クタは大きなパワーで加熱され熱変形等により劣化する
という原因を有していた。よって、リフレクタの短命の
原因となっていた。このような問題を解決するために、
従来では冷却機構をランプ近傍に設け、当該冷却機構に
よってリフレクタを冷却する方法が提案されている。

【００１３】しかし、かかる冷却機構はリフレクタの熱
変形を防止する程度になされるもので、ランプの短命と
なる原因を考慮してなされているものではなかった。例
えば、ハロゲンランプにおいては、ランプは２００℃以
下で黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプの内
壁に付着し黒くなる現象）を、９００℃以上で失透（発
光部が白くなる現象）を起こす。また、ランプと電気的
に接合する封止部は、例えばモリブデンより形成されて
いる。ランプの加熱により、モリブデンは３５０℃を超
えると酸化膜を形成し、かかる酸化膜が封止部を破壊す
るといった問題を有していた。このような問題はランプ
の短命の原因となり、結果として起こり得るランプの交
換頻度の増加は経済的に好ましいことではい。

【００１４】一方、ランプはランプハウス（ランプ保持
部）に収納されている。ランプ保持部にはランプを収納
する溝等が形成されており、かかる溝にランプを収納し
ていた。かかる溝はランプの加熱によるランプの熱膨張
を考慮して、かかる熱膨張時においてランプと溝が一致
するように形成されていた。従って、ランプが膨張して
いないときはランプと溝との間に隙間が形成されてお
り、上述した冷却機構の冷却効率を低下させるという問
題を有していた。冷却効率の低下は、ランプ及びリフレ
クタの冷却が不十分となるため好ましいことではない。
また、冷却に使用される電力の消費をロスするものであ
り、不経済である。

【００１５】そこで、このような課題を解決する新規か
つ有用な加熱装置、熱処理装置、及び冷却方法を提供す
ることを本発明の概括的目的とする。

【００１６】より特定的には、加熱部の短命の防止する
冷却を可能にすると共に、かかる冷却の効率を上げ経済
性に優れた加熱装置、熱処理装置、及び冷却方法を提供
することを本発明の例示的目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
の例示的一態様としての加熱装置は、ランプとランプハ
ウスからなる加熱装置であって、前記ランプハウスは、
電力を供給される電極部と当該電極部と電気的に接続さ
れ発光する発光部とを含む前記ランプを収納するランプ
収納部と、前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記発
光部を冷却する冷却部とを有する。かかる加熱装置はラ
ンプの発光部を冷却することが可能であって、発光部の
黒化及び失透を防止することができる。かかる構成は、
ランプの短命を防止する上で効果的である。また、ラン
プの電極部を冷却する第２の冷却部を更に設ける構成も
可能である。かかる第２の冷却部は電極部に使用される
電極部の酸化速度を抑制し、電極部の酸化膜の形成に伴
う破損を防止する。よって、ランプの長寿命化に寄与す
る。なお、上述の冷却機構は、水冷及び空冷機構を適用
することができる。

【００１８】また、本発明の例示的一態様としての冷却
方法は、電力を供給される電極部と当該電極部と電気的
に接続され発光する発光部とを含み被処理体を加熱する
ためのハロゲンランプと前記電極部及び前記発光部を冷
却可能な冷却機構とを有し当該被処理体に所定の熱処理
を行う熱処理装置のランプ冷却方法であって、前記発光
部の管壁温度を測定する工程と、前記発光部を冷却し当
該発光部を所定の温度に維持する工程とを有する。かか
る加熱装置はランプの発光部を冷却することが可能であ
って、発光部の黒化及び失透を防止することができる。
また、発光部は２５０乃至９００℃で冷却することで、
ランプをハロゲンサイクル範囲内に維持しランプの長寿
命化に達成する。また、電極部を所定の温度範囲内に維
持するように冷却する工程を有してもよい。かかる構成
においては、電極部は２５０乃至３５０℃で冷却するこ
とで、ランプは電極部の酸化防止及びハロゲンサイクル
の範囲内の共通温度に維持され長寿命化を達成すること
ができる。

【００１９】更に、本発明の別の例示的一態様としての
熱処理装置は、電力を供給される電極部と当該電極部と
電気的に接続し発光する発光部とを含み被処理体を加熱
するランプと、前記ランプを収納するランプ収納部と、
前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記発光部を冷却
する冷却部と、前記冷却部を制御する制御部とを有す
る。かかる熱処理装置は上述の加熱装置を有し同様の作
用を奏するとともに、上述の冷却方法を達成可能であっ
て、また同様の作用を奏する。

【００２０】更に、本発明の別の側面としての加熱装置
は、ランプとランプハウスとからなる加熱装置であっ
て、前記ランプハウスは、前記ランプのランプ光を所定
方向に射出可能に前記ランプを収納するランプ収納部
と、前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記ランプを
冷却する冷却部とを有し、前記ランプ収納部は前記ラン
プが熱膨張した状態、又は熱膨張していない状態であっ
ても当該ランプの側面と常に接触した状態を維持可能で
ある。かかる加熱装置はランプ収納部においてランプと
常時接触した状態を維持可能であり、ランプとランプ収
納部は常に接触された状態を維持する。よって、ランプ
が熱膨張していないときであってもランプ収納部と接触
した部分を有する。

【００２１】更に、本発明の別の側面としての熱処理装
置は、被処理体を加熱するランプと、前記ランプのラン
プ光を所定方向に射出可能に前記ランプを収納するラン
プ収納部と、前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記
ランプを冷却する冷却部と、前記冷却部を制御する制御
部とを有する熱処理装置であって、前記ランプ収納部は
前記ランプが熱膨張した状態、又は熱膨張していない状
態であっても当該ランプの側面と常に接触した状態を維
持可能である。かかる熱処理装置は上述の加熱装置を有
し同様の作用を奏すると共に、かかる接触面積において
効率よく冷却することが可能である。従って、ランプの
長寿命化が達成可能であり、経済的に好ましい。

【００２２】本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添
付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明
らかにされるであろう。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の例示的な熱処理装置１００について説明する。な
お、各図において同一の参照符号は同一部材を表してい
る。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを
付したものはアルファベットのない参照番号の変形例で
あり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番
号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括す
るものとする。ここで、図１は、本発明の例示的一態様
としての熱処理装置１００の概略断面図である。図１に
示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチ
ャンバー）１１０と、ウインドウ１２０と、加熱部１４
０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、
永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０
と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。な
お、図１において、加熱部１４０及びランプ１３０の形
状は簡略化されていることに理解されたい。なお、かか
る構成は後述する図面及び本明細書において更に明らか
となるであろう。

【００２４】処理室１１０は、例えば、ステンレススチ
ールやアルミニウム等により成形され、ウインドウ１２
０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁
１１２とウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理
を施すための処理空間を画定している。処理空間には、
半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリン
グ１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部
１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの
回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガ
ス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処
理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持さ
れる。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバル
ブは図１においては省略されている。

【００２５】処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６
ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接
続されており冷却プレートとして機能する。必要があれ
ば、冷却プレート１１４は温度制御機構を有してもよ
い。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度セ
ンサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を
供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコ
ール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度セ
ンサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など
周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例え
ば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとして
から構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御
することによって冷却管１１６を流れる水温を調節する
ことができる。

【００２６】ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的
に取り付けられて、処理室１１０内の減圧環境と大気と
の差圧を維持すると共に後述するランプ１３０からの光
を透過する。ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、
厚さ約５乃至１０ｍｍ、例えば５ｍｍの円筒形のプレー
ト１２１であって、透光性セラミックスより形成され
る。本実施例において、プレート１２１に使用される透
光性セラミックスはＡｌ ₂Ｏ₃より構成されるが、後述す
るようにこれに限定されるものではない。

【００２７】セラミックスは原料粉末を焼結して得られ
る多結晶体で、その微細構造は一般に結晶粒、結晶粒界
のほかに析出物及び気孔（空孔）からなっている。基本
的にセラミックスは不透光性を示すが、焼結プロセス、
原料粉末、及び添加物をコントロールし、微細構造を変
化させることでセラミックスを透明化することが可能と
なる。なお、透光性を示すセラミックスを一般的に透光
性セラミックスと称する。透光性セラミックスの微構造
は気孔や析出物などがほとんど存在せず結晶粒界のみよ
り成る。これにより、透光性セラミックス中を通過する
光は物質によるエネルギーの損失がほとんど引き起こさ
れず、拡散光とならずに物体中を通過可能となり透光性
を示す。一方、物質中の電子遷移に基づく光エネルギー
の吸収現象も透光性を示す要因の一つであり、所望する
波長領域に吸収現象の要素を持っていない材料がセラミ
ックスの透明化の対象となる。なお、透光性セラミック
スは当業界のいかなる技術をも適用可能であり、本明細
書における詳細な説明は省略する。

【００２８】透光性セラミックスは高温強度が大きく、
また焼結体の気孔率がほとんど０であることから、平滑
な表面が得られガス放出がないなどの特徴を有する。な
お、本発明において使用されるプレート１２１に好適な
透光性セラミックスは、更に以下のような性質を有す
る。第１に、透過率波長依存度が石英と同等以上であ
る。例えば、石英は０．３乃至２.５μｍの波長を有す
る光を８０乃至９０％以上透過する。第２に、曲げ強度
が石英の最大曲げ応力σ_MAX＝６８ＭＰａより優れてい
る。第３に、熱伝導率が石英の熱伝導率（１．４乃至
１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）より優れていること。第４に、製造
性が良いことが挙げられる。

【００２９】プレート１２１は上述したようにＡｌ₂Ｏ₃
より構成される透光性セラミックスであり、文献による
と厚さ５ｍｍのプレート１２１では波長領域３．５乃至
６．０μｍにおいて８０％以上の透過率を示す。また、
Ａｌ₂Ｏ₃の最大曲げ応力σ_MA _Xは５００ＭＰａであり、
石英より向上している。従って、プレート１２１は従来
のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム
型に形成される必要がなく、平面形状を有する。ドーム
型に形成される石英ウインドウは被処理体をランプから
離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化さ
せるという問題があったが、本実施例はかかる問題を解
決している。

【００３０】ウインドウ１２０と同条件である周囲固
定、等分布荷重ｐの円板（半径ａ、厚さｔ）において、
かかる円板に働く最大曲げ応力σ_MAXは次式で求められ
る。

【００３１】

【数２】

【００３２】周囲固定、等分布荷重の円板において半径
が同一である場合、最大曲げ応力は板圧の２乗に反比例
する。従って、石英の約７．４倍の最大曲げ応力を有す
る本発明のプレート１２１は、石英に対して板圧を約１
／２．７倍にすることが可能である。その結果、本発明
のプレート１２１は従来の石英の約１／３程度の厚さで
同様な強度を得ることができるため、ウインドウ１２０
の薄型化が可能となる。

【００３３】本実施例のプレート１２１の厚さは５乃至
１０ｍｍ以下、例えば約５ｍｍであり、従来の石英ウイ
ンドウの厚さである３０乃至４０ｍｍよりも小さい。こ
の結果、本実施例のウインドウ１２０は、従来の石英ウ
インドウよりも後述するランプ１３０からの光の吸収量
が小さい。よって、第１に、後述するランプ１３０から
の被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することが
できるので高速昇温を低消費電力で達成することができ
る。即ち、従来はランプ光が石英ウインドウに吸収され
て被処理体Ｗへの照射効率を低下させる問題があったが
本実施例はそれを解決している。第２に、プレート１２
１の表裏面での温度差（即ち、熱応力差）を従来よりも
低く維持することができるために破壊しにくい。即ち、
従来は石英ウインドウのランプに対向する面とその反対
側の面で温度差が生じて、ＲＴＰのような急速昇温時に
は表裏面での熱応力差から石英ウインドウが破壊し易い
という問題があったが本実施例はそれを解決している。
第３に、ウインドウ１２０の温度上昇は従来の石英ウイ
ンドウよりも低いために成膜処理の場合にその表面に堆
積膜や反応副生成物が付着することを防止することがで
き、温度再現性を確保することができると共に処理室１
１０のクリーニングの頻度を減少することができる。即
ち、従来は石英ウインドウの温度が上昇し、特に、成膜
処理の場合には、その表面に堆積膜や反応副生成物が付
着してしまい温度再現性を確保できないと共に処理室の
クリーニングの頻度が増加するという問題があったが、
本実施例はそれを解決している。

【００３４】また、プレート１２１の熱伝導率は３４Ｗ
／ｍ・Ｋであり、従来の石英ウインドウの熱伝導率であ
る１．４乃至１．９Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。石英と比較
しても１８乃至２４倍高い値を示す。この結果、本実施
例のウインドウ１２０は、石英ウインドウよりも加熱時
のウインドウ１２０内の温度格差が小さい。よって、ラ
ンプ１３０からのエネルギーは被処理体Ｗへ均一に到達
し、被処理体Ｗを均一に加熱することが可能となる。従
って、被処理体Ｗへ均一な加熱をすることが可能であっ
て、従来と比べ高品質な被処理体Ｗを提供することが可
能となる。

【００３５】更に、透光性セラミックスより構成される
プレート１２１は石英と比べて加工が容易であり、製造
性に優れる。後述するように、プレート１２１の内部に
冷却管を配置する構成も可能である。

【００３６】本実施例において、プレート１２１はＡｌ
₂Ｏ₃より構成されるが、上述した様に本発明はかかる部
材に限定されるものではない。プレート１２１は上述し
たような作用と効果を有するに足りるものであって、本
実施例に適用可能な透光性セラミックスは、例えば、Ａ
ｌＮ、Ｓｃ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｃａ₅（ＰＯ₄）₃ＯＨ、Ｓｉ₃
Ｎ₄、ＰＬＺＴ−８／６５／３５、Ｙ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｔ
ｈＯ₂−５ｍｏｌ％Ｙ ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃−１０ｍｏｌ％Ｔｈ
Ｏ₂等が考えられる。

【００３７】以下、図２乃至図３を参照して、本実施例
のウインドウ１２０の変形例としてのウインドウ１２０
Ａを説明する。ここで、図２は図１に示すウインドウ１
２０の変形例であるウインドウ１２０Ａの底面図であ
る。図３は、図２に示すウインドウ１２０ＡのＡ−Ａ断
面の一部拡大断面図である。本実施例のウインドウ１２
０Ａは、図２に示すプレート１２１の直下に断面矩形の
アルミニウム又はステンレススチール（ＳＵＳ）製の補
強材（又は柱）１２４を有する。図２において、例示的
に、補強材１２４は直線的に複数形成されている。な
お、かかるウインドウ１２０Ａを使用する場合、ランプ
１３０は直線的に配列されることが好ましく、補強材１
２４はランプ１３０の真下を避ける（即ち、ランプ１３
０のランプ光が補強材によって遮蔽されない）ように配
置される。但し、補強材１２４は曲げ等の形状を有して
もよく、本実施例の加熱部１４０のようにランプ１３０
が同心円状に配置される場合、ランプ１３０の真下を避
けるように曲げ加工を施せばよい。補強材１２４は熱伝
導率がよく、また、処理室と同様の材質であるので被処
理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材１２４によ
りウインドウ１２０Ａのプレート１２１の厚さは５乃至
１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましく
は、例えば、約３ｍｍとなり、上述の長所を更に顕著に
有する。本実施例で、補強材１２４の断面寸法は、図３
において高さ約１８ｍｍ、幅約１２ｍｍであり、水冷管
１２５の径は６ｍｍ程度であるがこれに限定されるもの
ではない。図３に矢印で示すように、ランプ１３０から
の光は補強材１２４の側面で反射されて下方に配置され
た図示しない被処理体Ｗに導入される。

【００３８】かかる補強材１２４は、内部に冷却管（水
冷管）１２５を有し、ウインドウ１２０Ａの強度を更に
高めている。本実施例の冷却管１２５は、補強材１２４
とプレート１２１の両方を冷却する機能を有する。冷却
管１２５はプレート１２１を冷却し、ランプ光による熱
変形を防止する効果を有する。また、補強材１２４がア
ルミニウム製であれば２００乃至７００℃で溶けたり変
形したりするので適当な温度制御が必要だからである。
冷却管１２５による温度制御は冷却管１１６と同様でも
よいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用すること
ができる。

【００３９】以下、図４を参照して、本実施例のウイン
ドウ１２０の別の変形例としてのウインドウ１２０Ｂを
説明する。ここで、図４は、図１に示すウインドウ１２
０の変形例であるウインドウ１２０Ｂの一部拡大断面図
である。本実施例のウインドウ１２０Ｂは、透光性セラ
ミックスより形成された２枚の薄いプレート１２６及び
１２７より構成されるプレート１２１と、かかるプレー
ト１２６及び１２７の間に配置された冷却管１２５とを
有する。

【００４０】プレート１２１は、図中の点線で示したプ
レート１２６と１２７を張り合わせる貼り合せ面１２８
に対しプレート１２６及び１２７が線対称に構成され
る。プレート１２６及び１２７には冷却管１２５に適合
する溝が形成され、かかる溝に冷却管１２８を配し両面
から張り合わされる。なお、溝はランプ１３０の各ラン
プの間であって、ランプの真下を避けるように配置され
る。透光性セラミックスは石英に比べて局部的な加工が
容易であるという長所を有し、かかる構成が可能とな
る。また、プレート１２６及び１２７を張り合わせたと
きのプレート１２１の厚さは、ウインドウ１２０のプレ
ート１２１と同一であることが好ましい。

【００４１】冷却管１２５は断面形状が円もしくは楕円
より形成された冷却管であって、プレート１２６及び１
２７の間に配される。冷却管１２５はプレート１２６及
び１２７の間に配されるため、ウインドウ１２０Ａと比
べてプレート１２１の冷却効率を向上するという長所を
有する。なお、冷却管１２５は上述したウインドウ１２
０Ａと同様の効果を有するものであり、ここでの詳細な
説明は省略する。

【００４２】以下、図５乃至図１０を参照して、本発明
の加熱部１４０を説明する。ここで、図５は、図１に示
す加熱部１４０の概略底面図であり、図６は、図５に示
す加熱部１４０の一部を示す拡大断面図である。図７
は、図５に示すランプ加熱部１４０よりランプ１３０を
はずしたときの図６に対応する図である。図８は、図６
に示すランプ１３０ａの概略断面図である。図９は、図
６に示すランプ１３０ｂの概略断面である。図１０は、
図６に示すランプ１３０の概略底面図である。なお、図
５乃至図１０におてい加熱部１４０及びランプ１３０は
多少誇張して描かれており、本発明を特徴的に表すもの
であることに理解されたい。加熱部１４０は２種類のラ
ンプ１３０ａ及びランプ１３０ｂと、ランプハウスとし
てのランプ保持部１４２とを有し、被処理体Ｗに所定の
熱処理を施す加熱装置として機能する。ここで、ランプ
１３０はランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂを総括する
ものとする。本実施例において、加熱部１４０はランプ
１３０の照射面と被処理体Ｗまでの距離が約４０ｍｍと
なるように被処理体Ｗから離間されている。

【００４３】ランプ１３０は、本実施例ではシングルエ
ンド型であるが、電熱線ヒータ等その他のエネルギー源
を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図
６に示すように、一の電極部１３２を有する種類のラン
プをいう。ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する機能を
有し本実施例ではハロゲンランプであるが、加熱部１４
０に適用可能なランプがこれに限定されるものではな
い。また、ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０
によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述す
るように制御部３００により制御され、それに応じた電
力をランプ１３０に供給する。なお、本実施例におい
て、ランプ１３０ｂのパワー密度はランプ１３０ａのパ
ワー密度より大きくなるように制御部３００により電力
が制御される。より詳細には、ランプ１３０ｂはランプ
１３０ａの２乃至３倍のパワー密度を有する。

【００４４】図５に示すように、本実施例では、ランプ
１３０はほぼ円形の被処理体Ｗに対応させてほぼ同心円
状に配置されている（図５において、ランプ１３０はそ
の数が省略して描かれている）。また、ランプ１３０は
被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置に大口径のランプ
１３０ａが、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの端
部近傍に対応する位置に小口径のランプ１３０ｂが配置
される。なお、ランプ１３０の配置についてはランプ保
持部１４２において述べるものとし、ここでの詳細な説
明は省略する。

【００４５】典型的に、ランプ１３０は一の電極部１３
２と、中間部１３４と、中間部１３４を介し電極部１３
２に接続される発光部１３６とを含み、発光部１３６は
中間部１３４を介し電極部１３２に接続するフィラメン
ト１３７のコイル１３８部分と、リフレクタ１３９とを
有する。

【００４６】本実施例において、ランプ１３０はランプ
保持部１４２の後述する溝１４３と内接する側面部分に
ねじ山（おねじ）１３１が形成される。ねじ山１３１
は、本実施例においては三角ねじであって、略三角形状
のねじ山が形成される。なお、ねじ山１３１の形状はか
かる形状に限定されるものではなく、四角ねじ又は台形
ねじ等であってもよい。但し、ねじ山１３１はランプ１
３０の例示的な形態を示したものであり、ランプ１３０
が形状においてこれに限定するものではない。後述する
ようにねじ山１３１がないランプ１３０Ｂであってもよ
い。

【００４７】本実施例では、例示的に、ランプ１３０ａ
の電極部１３２の高さは約２５ｍｍ、中間部１３４の高
さは約４５ｍｍ、発光部１３６の高さは約２５ｍｍであ
る。また、中間部１３４の直径は約１０ｍｍ、発光部１
３６の直径は約４０ｍｍである。一方、例示的に、ラン
プ１３０ｂの電極部１３２の高さは約２５ｍｍ、中間部
１２４の高さは約５５ｍｍ、発光部の高さ約１０ｍｍで
ある。また、中間部１３４の直径は約１０ｍｍ、発光部
１３６の直径は２０ｍｍである。

【００４８】電極部１３２は一対の電極１３３を有し、
ランプ保持部１４２を介しランプドライバ３１０と電気
的に接続する部分であって、かかる電極１３３がフィラ
メント１３７に電気的に接続されている。電極部１３２
へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定
され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制
御される。電極部１３２とランプドライバ３１０との間
は後述する封止部１４３ｃによって接続されている。

【００４９】中間部１３４は発光部１３６と一体、か
つ、気密的に形成され、かかる内部には窒素又はアルゴ
ン又はハロゲン気体が封入される。中間部１３４は電極
部１３２と発光部１３６の間に位置し所定の長さを有す
る円筒であって、電極部１３２と発光部１３６の間を離
間させる。中間部１３４は、かかる長さにおいて後述す
るランプ１３０の温度制御において好ましいという長所
を有する。なお、中間部１３４はかかる内部に位置する
フィラメント１３７も発光するため、当然発光部１３６
の一部である。しかし、本明細書では電極部１３２と発
光部１３６（最も強く発光する部分）が所定距離離間し
ているため、かかる領域を中間部１３４と定義したに過
ぎない事に理解されたい。本実施例において、中間部１
３４はセラミックより形成される。なお、中間部１３４
はセラミックの他に金属材料、例えばアルミニウムやＳ
ＵＳ（ステンレススチール）より形成されてもよい。

【００５０】発光部１３６は本実施例において中間部１
３４より大きな径の円筒形状であって、溝１４３に内接
する側面１３６ａと、被処理体Ｗと対面しランプ光が射
出される射出面１３６ｂより構成される。発光部１３６
はフィラメント１３７のコイル１３８部分とリフレクタ
１３９とを内部に有する。本実施例において、発光部１
３６の側面１３６ａは中間部１３４と同一材料より中間
部１３４と一体的に成形される。一方、発光部１３６の
射出面１３６ｂは石英、又は透光性セラミックスなどの
ランプ光を透過しやすい材料より形成さる。

【００５１】発光部１３６は、基本的に、側面１３６が
半球、半楕円球、及び円錐形状に形成されるが、ランプ
１３０の側面には後述するようなねじ山１３１が形成さ
れる。そこで、図６、図８及び図９に示すように、本実
施例では発光部１３６はかかるねじ山１３１を形成する
ために側面１３６ｂの形状が半球及び円錐形状とは異な
っており、例示的に変形されていることに理解された
い。また、後述するリフレクタ１３７の形状が側面１３
６ａと同一な形状ではなく半球形状を有するのは、側面
１３６ａの形状が例示的に変形されているに過ぎないか
らである。

【００５２】フィラメント１３７は、例えば、タングス
テン（Ｗ）から構成される。図８乃至図１０によく示さ
れるように、フィラメント１３７は電極１３３に接続す
ると共に発光部１３６において光源と成り得るコイル１
３８を構成する。かかるコイル１３８の軸心は被処理体
Ｗに対し平行するように形成される。フィラメント１３
７から発せられた光はコイル１３８の法線方向（コイル
１３８の軸心方向と直交する方向）に照射される。従っ
て、少なくともコイル１３８の被処理体Ｗと対面する側
からの光は被処理体Ｗに直接（リフレクタ１３９を介さ
ずに）照射されることとなる。かかる光はリフレクタ１
３９による反射損失が０であり、高エネルギーのまま被
処理体Ｗに照射される。一方、かかる光を除く光に関し
ては後述するリフレクタ１３９によって効率よく反射さ
れ被処理体Ｗへと照射される。

【００５３】リフレクタ１３９はコイル１３８を覆い、
被処理体Ｗから遠ざかる方向に凸となるような半球形状
を有する。リフレクタ１３９は光を被処理体Ｗに向けて
反射する反射部であって、より詳細には、発光部１３６
の側面１３６ａと同一形状に形成される。但し、図６、
図８及び図９では、発光部１３６がねじ山１３１を形成
するため、上述したように発光部１３６の形状が変更さ
れていることに理解されたい。また、リフレクタ１３９
の形状は半球形状に限定されず、発光部１３６の側面と
同一であるならばその他の形状を排除するものではな
い。例えば、リフレクタ１３９は半楕円球形状や円錐形
状であってもよい。また、リフレクタ１３９は図示しな
い貫通孔を有し、当該貫通孔よりフィラメント１３７が
電極１３３と接続することを許容し、コイル１３８を覆
っている。但し、当該貫通孔はリフレクタ１３９の反射
機能を妨げない程度の大きさに形成されることが好まし
い。更に、リフレクタ１３９のコイル１３８を覆ってい
る側の表面は可視光線及び赤外線を含む光を効率よく反
射する為のコーティング処理が施されている。かかるコ
ーティングの塗布材料としては金（Ａｕ）、金（Ａｕ）
及びロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎ
ｉ）を使用することが考えられる。

【００５４】リフレクタ１３９はフィラメント１３７の
コイル１３８より発せられる光を被処理体Ｗに向けて反
射すると共に、ランプ１３０の指向性を高める機能を有
する。リフレクタ１３９は、上述した形状によりフィラ
メント１３７のコイル１３８部分より放射された光を効
率よく、好ましくは少なくとも一回以下の反射で被処理
体Ｗに照射するとともに、ランプ光を被処理体に対し略
垂直となる方向に集光する。図１１及び図１２を参照す
るに、ランプ１３０の光路について説明する。ここで、
図１１は、図６に示すランプ１３０のフィラメント１３
７より放出される光Ｌ（ＬはＬ₁、Ｌ₂、及びＬ₃を総括
するものとする。）の光路を示した概略側面図である。
図１２は、図６に示すランプ１３０のフィラメント１３
７より放出される光Ｌの光路を示した別の概略側面図で
ある。コイル１３８の上面側（被処理体Ｗに対し対向す
る側）より放射された光Ｌ₁は被処理体Ｗから遠ざかる
方向、即ちリフレクタ１３９に向かう。上述したよう
に、リフレクタ１３９は光を被処理体Ｗに向かうように
反射させる為、かかる光Ｌ₁はリフレクタ１３９で一回
反射し被処理体Ｗへ向かう。なお、光Ｌ₁の一部は再び
フィラメント１３７に到達し被処理体Ｗに照射されない
ものがある。しかし、かかる光のエネルギーはコイル１
３８の加熱及び発光に寄与するため、相対的にエネルギ
ーのロスとは成り得ない。また、コイル１３８の側面側
より放射された光Ｌ₂はリフレクタ１３９に入射し、大
部分は被処理体Ｗへ照射され、残りは再びフィラメント
１３７にもどり上述したようにコイル１３８の発光に寄
与する。最後に、コイル１３８の下面側（被処理体Ｗに
対面する側）より放射された光Ｌ３はリフレクタ１３９
を介さずに被処理体Ｗに直接照射される。

【００５５】以上説明したように、本実施例のランプ１
３０はフィラメント１３７のコイル１３８部分を平行に
配置することで、光は被処理体Ｗに対し垂直方向に射出
される。一の光は被処理体Ｗに直接照射され、一方その
他の光はリフレクタ１３９に向かう。また、上述したよ
うにリフレクタ１３９の形状は光を被処理体Ｗに向けて
反射するように形成されている。よって、ランプ１３０
より射出される光は、一回の反射のみで被処理体に照射
される。また、ランプ１３０より放射される光はリフレ
クタ１３９の開口部分の接線方向の範囲内に集中する。
即ち、本実施例のランプ１３０は、図２６に示すような
従来のランプよりもリフレクタ１３９での反射回数が少
ないためエネルギー損失が少ないまま被処理体Ｗに伝達
され、指向性にも優れている。従来は光がリフレクタの
多重反射に伴う反射損失により、ランプ光のエネルギー
を低下させる問題があったが本実施例はそれを解決して
いる。よって、ランプ１３０は、被処理体Ｗへの照射効
率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低
消費電力で達成することができる。なお、リフレクタ１
３９が有する曲率、及び、開口はランプ１３０に求める
指向性により異なるものである。

【００５６】また、本実施例ではランプ保持部１４２の
後述する溝１４３に適用可能なねじ山１３１がランプ１
３０の側面に形成されるため、ランプ１３０の中間部１
３４及び発光部１３６は強度、及び加工性を考慮して上
述の部材より構成される。しかし、本発明のランプ１３
０はかかる部材に限定されず、ランプ１３０の中間部１
３４及び発光部１３６の全体を石英、又は透光性セラミ
ックスより形成してもよい。但し、かかる構成にした場
合、ランプ１３０にカバー材を設け当該カバーにおいて
ランプ保持部１４２に対するランプ１３０の強度、及び
加工性を得るものとしなければならないことは言うまで
もない。更に、かかるカバー材は後述するランプ１３０
の冷却を妨げないよう、熱伝導率の高い部材より選択さ
れることが好ましい。一方、ランプ１３０は、典型的
に、発光部１３６の側面１３６ｂを上述したように半球
又は円錐形状に形成してもよい。更に、ランプ１３０は
発光部１３６と中間部１３４が同一径を有する円筒形状
に形成されてもよい。しかしながら、上述したランプ１
３０の形状は後述する長所を数多く有するという利点が
ある。

【００５７】以下、図１３を参照して、本実施例のラン
プ１３０の変形例としてのランプ１３０Ａを説明する。
ここで、図１３は、図６に示すランプ１３０の変形例で
あるランプ１３０Ａの概略底面図である。ランプ１３０
Ａは複数のコイル１３８ａ乃至１３８ｃを構成するフィ
ラメント１３７Ａを有する。コイル１３８ａ乃至１３８
ｃは、上述したフィラメント１３７と同様に、被処理体
Ｗに対して平行になるように配置される。コイル１３８
ａ乃至１３８ｃを並列に配列することで、図１２よりラ
ンプ１３０Ａを見たとき、ランプ１３０Ａは発光部１３
６を面光源と見なすことができる。即ち、ランプ１３０
Ａはランプ１３０よりも照射エネルギーを増大させる。
よって、被処理体Ｗへの照射効率をランプ１３０よりも
向上することができるので高速昇温を達成することがで
きる。また、かかるランプ１３０Ａにおいても、ランプ
１３０で述べたようなリフレクタ１３９の反射損失が少
なく、かつ指向性を持たせたランプであることはいうま
でもない。

【００５８】なお、ランプ１３０Ａにおいて、フィラメ
ント１３７Ａを構成するコイル１３８ａ乃至１３８ｃの
数は例示的であり、所望する照射エネルギーにより適宜
変更可能である。また、フィラメント１３７Ａの配置及
び形状は、ランプ１３０Ａが被処理体Ｗに対して面光源
とみなせるに足りるものである。即ち、図１４乃至図１
７に示すようなフィラメント１３７の配置であっても良
い。ここで、図１４乃至図１６は、図１３に示すランプ
１３０Ａの有するフィラメント１３７Ａの変形例である
フィラメント１３７Ｂ乃至１３７Ｄを示す概略平面図で
ある。図１７は、図１６に示すフィラメント１３０Ｄを
示す概略側面図である。図１４は複数のコイル１３８ｄ
乃至１３９ｇが交差するように配置されたフィラメント
１３７Ｂである。図１５は幅広に形成されたコイル１３
８ｈを有するフィラメント１３７Ｃである。図１６乃至
図１７はコイル１３８ｉが被処理体Ｗに対し平行な面で
渦巻きを形成するフィラメント１３７Ｄである。上述し
た形状であっても、ランプ１３０Ａを面光源と見なせる
ことができ、ランプの照射エネルギーを上げることが可
能である。

【００５９】図５乃至図７、図１８を参照するに、ラン
プハウスとして機能するランプ保持部１４２は略直方体
形状を有し、各ランプ１３０を収納する溝１４３と、隔
壁１４８とを有している。ここで、図１８は、図６に示
すランプ保持部１４２のランプ１３０が熱膨張をしてい
ないときの一部拡大断面図である。

【００６０】溝１４３はランプを収納するランプ収納部
としての機能を有し、ランプ１３０ａを収納する溝１４
３ａと、ランプ１３０ｂを収納する溝１４３ｂより構成
される。なお、溝１４３は溝１４３ａ、溝１４３ｂを総
括するものとする。なお、溝１４３の詳細な形状につい
ては後述するものとし、以下溝１４３の配置について説
明する。

【００６１】図５によく示されるように、溝１４３ａは
ランプ保持部１４２の中心（図中、線Ｘと線Ｙの交差部
分）、即ち被処理体Ｗの中心に対応する部分から半径方
向に、サポートリング１５０の手前まで同心円を描くよ
うに形成される。より詳細には、溝１４３ａはランプ保
持部１４２の中心、及び、当該中心部分から半径が第１
の距離づつ大きく形成された複数の同心円の円周上に、
溝１４３ａの中心が位置するように複数の溝１４３ａが
形成される。かかる第１の距離は、ランプ１３０ａの放
射分布の半値幅（ランプ１３０ａの光強度がピーク値と
比較して半分の値になったときの放射分布の幅）の約
０.５乃至１.５倍に設定される。本実施例において、ラ
ンプ１３０ａは射出面１３６ｂからランプ光の放射方向
に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０か
ら被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約４０ｍｍ
を示す。なお、かかる幅は使用するランプによって異な
る値であって、本発明を限定するものではない。また、
本実施例では、後述する冷却管１４８を発光部１３６側
に有する為、第１の距離はランプ１３０ａの発光部１３
６の直径より大きな値である５０ｍｍ（半値幅４０ｍｍ
ラ１．２５）に設定される。なお、かかる同心円は後述
する溝１４３ｂと重ならない程度の位置まで広げられる
ものとする。また、一の円上に形成される各溝１４３ａ
の間隔は第１の距離ごとに形成されることが好ましい。

【００６２】一方、溝１４３ｂはサポートリング１５０
と被処理体Ｗとが重なる部分、及び、その近傍に対応す
る位置に複数の同心円を描くように形成される。より詳
細には、溝１４３ｂは被処理体Ｗと後述するサポートリ
ング１５０の重なる領域であって、その略中心を示す第
一の円Ｃ₁、当該円Ｃ₁より半径が第２の距離だけ大きい
第２の円Ｃ₂と、円Ｃ₁より半径が第２の距離だけ小さい
第３の円Ｃ₃のそれぞれの円周上に位置するように配置
される。なお、第２の距離は、ランプ１３０ｂの放射分
布の半値幅の約０.５乃至１.５倍に設定される。ランプ
１３０ｂは射出面１３６ｂからランプ光の放射方向に約
４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被
処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約２０ｍｍを示
す。なお、かかる幅は使用するランプによって異なる値
であって、本発明を限定するものではない。溝１４３ａ
と同様に、冷却管を発光部１３６側に有する為、第２の
距離は２５ｍｍ（半値幅２０ｍｍラ１．２５）に設定さ
れる。また、一の円上に形成される溝１４３ｂの間隔は
第２の距離ごとに形成されることが好ましい。

【００６３】本実施例では、溝１４３ｂは３つの円
Ｃ₁、Ｃ₂、及びＣ₃上に形成されるが、かかる円（Ｃ₁、
Ｃ₂、Ｃ₃）の数は例示的である。溝１４３ｂは上述した
ように、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの重なる
部分、及び、その近傍をランプ１３０ｂが照射可能なよ
うに形成される。例えば、被処理体Ｗの端部が円Ｃ₂よ
り大きい場合は、円Ｃ₂の外側に第２の距離だけ大きい
半径を有する図示しない円上に溝１４３ｂが更に形成さ
れる。同様に、サポートリング１５０が円Ｃ₃より小さ
い場合は、円Ｃ₃の内側に第２の距離だけ小さい半径を
有する図示しない円上に溝１４３ｂが更に形成される。

【００６４】上述した構成において、ランプ保持部１４
２は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置にランプ１３
０ａを、被処理体Ｗとサポートリングの重なる部分及び
当該部分の近傍にランプ１３０ｂを配置可能とする。図
２１及び図２２を参照するに、かかる状態においてラン
プ１３０を照射すると、被処理体Ｗの中心部ではランプ
１３０ａにより大きな照射面積を得ることができる。一
方、被処理体Ｗの端部近傍ではランプ１３０ｂによりラ
ンプ１３０ａの照射面積よりも小さな照射面積を得るこ
とができる。ここで、図２１は、図１に示す加熱部１４
０のランプ１３０ａより被処理体Ｗに照射されるランプ
光を示した図である。図２２は、図１に示す加熱部１４
０のランプ１３０ｂより被処理体Ｗに照射されるランプ
光を示した図である。なお、図２１及び図２２はランプ
光を例示的に示したものであって、本実施例のランプ１
３０の数とは一致していない。

【００６５】本実施例では口径の小さなランプ１３０ｂ
をランプ１３０ａの周囲に配置することで、被処理体Ｗ
の端部及びサポートリング１５０が重なり合う部分、及
び当該部分の近傍である狭い領域を、効率よく照射する
ことが可能となる。また、上述したように、ランプ１３
０ｂに投入されている電力はランプ１３０ａに投入され
ている電力より大きい。一のランプより照射される単位
面積あたりのエネルギーはランプ１３０ｂの方が大き
い。従来の熱処理装置のランプ配置では一の種類のラン
プしか使用されておらず、被処理体Ｗの中心部と端部で
ランプの照射面積を制御することは不可能であった。被
処理体Ｗとサポートリング１５０が重なり合う部分１５
０、及び、当該部分の近傍はサポートリング１５０と被
処理体Ｗの比熱が異なる。より詳細には、サポートリン
グ１５０の比熱は被処理体Ｗの比熱より小さい。よっ
て、かかる部分は中心部と比べて温度が上昇し難いとい
った問題を有していた。しかし、本実施例では、温度上
昇のしにくい被処理体Ｗの端部である狭い領域を小口径
のランプ１３０ｂで照射することでランプ光が漏れるこ
となく効率よく加熱することができる。更に、ランプ１
３０ｂのパワー密度をあげることで中心部との加熱むら
を防止することができ、高品質な処理を行うことができ
る。また、比較的温度上昇のし易い中心付近に大口径の
ランプ１３０ａを使用することは、一のランプ１３０ａ
で広い照射面積を得ることができる。よって、中心付近
のランプ１３０の数を従来より減らすことができ、消費
電力の低減を可能とする。本実施例では異なる口径のラ
ンプ１３０を使用し、かつ投入電力を変化させることで
かかる問題を解決している。

【００６６】また、図２３を参照するに、半径方向に最
外部にあるランプ１３０ｂをランプ光が隣接するランプ
１３０ｂと被処理体Ｗ上で重なるように、ランプ１３０
ｂを傾斜させることも考えられる。ここで、図２３は、
図６に示すランプ１３０の配置の変形例を示した概略断
面図である。かかる構成は、被処理体Ｗの端部のランプ
の照射密度を高めるといった効果を有し、中心部との加
熱むらを防止する上で更に効果的である。

【００６７】なお、溝１４３の配置は同心円状に配置さ
れることに限定されず、上述したような条件を満たして
いるのであればその他の配置状態でもよく、例えば、直
線状や、渦巻状に配置されてもよい。また、本実施例で
はランプ１３０のリフレクタ１３９の開口形状が円であ
るため、ランプ光の照射形状は円である。しかし、被処
理体Ｗの中心部に照射面積の広いランプ、端部に照射面
積が小さいランプを配置するといった概念から考える
と、ランプ１３０は照射形状において限定を有するもの
ではない。例えば、照射面積が三角形になるようにラン
プ１３０及び／又はリフレクタ１３９の形状を変化させ
ても良い。なお、ランプ光の形状は三角形に限定され
ず、正方形、６角形のその他の多角形であってもよい。
また、これと同様な作用を奏するいかなる照射方法をも
適用することができる。

【００６８】以下、溝１４３の形状について説明する。
溝１４３はランプ１３０と同一な形状を有し、ランプ１
３０の電極部１３２を収納する部分１４３ｃと、中間部
１３４を収納する部分１４３ｄと、発光部１３６を収納
する部分１４３ｅからなる。部分１４３ｃは電極部１３
２と、図１には図示されて図６及び図７には図示されな
いランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間
を封止する封止部１４３ｃとして機能する。溝１４３は
ランプ１３０が内接する部分にランプ１３０に対応する
ねじ山（めねじ）１４７が形成されている。本実施例に
おいて、ねじ山１４７はランプ１３０と適合するような
三角ねじであって、略三角のねじ山が形成される。な
お、ねじ山の形状はかかる形状に限定されるものではな
く、ランプ１３０のねじ山１３１が四角ねじ又は台形ね
じ等であるなら、溝１４３のねじ山１４７もそれに対応
して形成される。なお、溝１４３はランプ１３０が熱膨
張したときに、ランプ１３０と最適に一致するようにね
じ山１４７が形成される。即ち、ランプ１３０が通常の
形態（熱膨張していない状態）であるとき、溝１４３に
形成されたねじ山１４７の外径、内径、及びねじ山のピ
ッチは、ランプ１３０のねじ山の外径、内径、及びねじ
山のピッチより若干大きい寸法を有する。但し、かかる
寸法の差はランプ１３０の挿入及び溝１３４との係合を
妨げない程度のものであると理解されたい。

【００６９】上述した構成において、溝１４３とランプ
１３０はナットとボルトの関係であって、ランプ保持部
１４２はランプ１３０を回転しながら溝１４３に挿入す
ることでねじ山が互いに係合し、ランプ１３０を保持す
る。図１８に示すように、ランプ１３０が通常の形態
（熱膨張していない）であるとき、ランプ１３０と溝１
４３の対応するねじ山は重力方向の面において接触して
いる。即ち、ランプ１３０と溝１４３はねじ山において
接触面積を確保している。かかる接触面積はランプ１３
０を保持するために必要であると同時に、以下の欠点を
解決するものである。従来のランプ保持部の溝はランプ
と同様な円筒形を有しており、ランプの熱膨張を考慮し
てランプが膨張により最大となる時に溝とランプが一致
するように形成されていた。即ち、従来ではランプが完
全に膨張しきっていないときには、溝との接触面積が少
なくランプを冷却するためにランプ保持部に配置されて
いる冷却管の冷却効率を低下するという欠点を有した
が、本実施例ではそれを解決している。また、溝１４３
のねじ山１４７はランプ１３０のねじ山より若干大きく
形成されているため、溝１４３とランプ１３０には多少
の空間を形成する。ランプ１３０が加熱され熱膨張して
いるとき、溝１４３とランプ１３０は一致するように形
成されており、かかる空間によりランプ１３０の膨張を
可能とする。

【００７０】更に、かかる形状のランプ１３０及び溝１
４３の形状は次の示すような長所を有する。上述した構
成のように、一部のランプの出力を上げることは、かか
るランプの劣化を早めることとなる。また、リフレクタ
も大きなパワーで加熱することにより劣化する。従っ
て、高出力ランプは低出力ランプよりも短命になる。同
様に、高出力ランプ用リフレクタは低出力ランプ用リフ
レクタよりも短命になる。この結果、従来のランプ保持
部（ランプ保持部）は寿命切れとなったランプ保持部周
辺のランプとリフレクタを交換するために、未だ使用可
能なランプ保持部中央のランプとリフレクタをも含めた
ランプ保持部を一体的に交換しなければならなくなり、
不経済であった。しかし、本実施例のランプ保持部１４
２の溝１４３とランプ１３０は、上述したようにナット
とボルトの関係であって、一のランプ１３０の取り外し
は容易である。従って、劣化したランプ１３０だけを取
り替えることで、未だ使用可能なランプ１３０を継続し
て使用することが可能である。従って、従来ではランプ
保持部を全体的に取り替えることでランプを全部取り替
える必要があり不経済であったが、本実施例ではかかる
課題を解決している。また、ランプ保持部全体を取り替
えることは作業が煩雑であるが、本実施例では劣化した
ランプだけを交換するだけであるのでメンテナンスの効
率を向上させるという更なる長所を有する。

【００７１】以下、図１９及び図２０を参照し、ランプ
保持部１４２の溝１４３の変形例である溝１４３Ａにつ
いて説明する。ここで、図１９は、図５に示す加熱部１
４０のランプ保持部１４２の構造を示す概略断面図であ
る。図２０は、図５に示す加熱部のランプ保持部１４２
の構造を示す概略底面図である。なお、図２０では、ラ
ンプ１３０は取り外されている。また、溝１４３Ａに適
用可能なランプ１３０にはねじ山１３１は必要とされ
ず、ねじ山１３１が形成されていないランプ１３０Ｂを
使用する。

【００７２】溝１４３Ａはランプ１３０Ｂより多少大き
めな形状を有しランプ１３０Ｂを収納する。また、溝１
４３Ａは当該溝１３４Ａに内接する複数の薄板１４４を
有し、かかる薄板１４４は板ばねの機能を有し、かつ、
ランプ１３０Ｂを保持する。

【００７３】薄板１４４は、本実施例においては矩形に
形成され、アルミニウム又はステンレススチールより成
形される。薄板１４４は部材の長手方向の両端が略Ｌ字
形状になるような曲げ加工が施されている。更に、薄板
１４４は曲率を有し、かかる曲率はランプ１３０Ｂの側
面の曲率と同一に形成される。図１７及び図１８によく
示されるように、薄板１４４は溝１４３Ａに内接され、
例えば溶接等の手段によって略Ｌ字形状の先端が溝１４
３Ａに接合される。薄板１４４は、かかる状態において
溝１４３Ａと薄板１４４の間に空間１４５を形成する。
空間１４５は、上述した薄板１４４の曲げ加工により発
生するスペースであり、薄板１４４の曲げ開始位置によ
って所望の大きさに設定することが可能である。空間１
４５は、後述するようにランプ１３０Ｂの熱膨張に対し
薄板１４４が伸縮可能なスペースであるように設定され
る。薄板１４４は隣り合う薄板１４４と所定のギャップ
１４６を保ちながら、溝１４３Ａの円周に沿って８枚配
置される。かかる構成において、薄板１４４は溝１４３
Ａ内で略八角形を形成する。なお、ギャップ１４６は薄
板１４４が半径方向に伸縮する際、隣接する薄板１４４
同士が接触しない程度に設定される。更に、薄板１４４
は溝１４３Ａの側面に沿って３枚、同様に配置される。
即ち、本実施例において、溝１４３Ａは計２４枚（８ラ
３枚）の薄板１４４を有する。また、溝１４３Ａは薄板
１４４を有する状態で、ランプ１３０Ｂと同一、又はし
まりばめとなるように構成される。

【００７４】かかる構成において、溝１４３Ａは薄板１
４４を介し、ランプ１３０Ｂを保持する。より詳細に
は、薄板１４４が画定する空間にランプ１３０Ｂを強く
押し込むことで、ランプ１３０Ｂは溝１４３Ａに挿入さ
れる。このとき、溝１４３Ａはランプ１３０Ｂの挿入に
伴い弾性変形し、薄板１４４より構成される壁面に内接
する。従って、ランプ１３０Ｂは薄板１４４の復元力及
び摩擦力によって保持され、薄板１４４と全面において
接触している状態となる。また、ランプ１３０Ｂが熱膨
張した場合であっても、溝１４３Ａは薄板１４４がラン
プ１３０Ｂに追従し伸縮することでランプ１３０Ｂを保
持する。即ち、従来ではランプが完全に膨張しきってい
ないときには、溝との接触面積が少なく後述する冷却管
の冷却効率が低下するという欠点を有したが、本実施例
ではそれを解決している。また、かかる構成でもランプ
１３０の部分的な交換は可能であり、劣化したランプ１
３０だけを取り替えることで、未だ使用可能なランプ１
３０を継続して使用することが可能である。また、ラン
プ保持部全体を取り替えることは作業が煩雑であるが、
本実施例では劣化したランプだけを交換するだけである
のでメンテナンスの効率を向上させるという更なる長所
を有する。

【００７５】なお、本実施例において明細書中に記載し
た薄板１４４の枚数及び形状は例示的であり、上述した
記載に限定されない。例えば、薄板１４４が形成する画
定する空間は多角形であっても良い。しかし、ランプ１
３０との接触面積を増やすためにも多角形は略円と見な
せることが好ましい。

【００７６】以上、ランプ１３０を保持する溝１４３の
好ましい形態について説明したが本発明はこれに限定さ
れず、上述の作用及び効果を達成可能であればその他の
形態を排除するものではない。また、溝１４３の形態は
ランプ１３０に限定されず、当該周知のいかなるランプ
にも適用可能である。

【００７７】隔壁１４８は図６及び図７に示すように、
同心円上に整列する複数の隣接する溝１４３の間に配置
されている。本実施例において、隔壁１４８は溝１４３
ａの部分１４３ｃ間では約５０ｍｍ、部分１４３ｅ間で
は約１０ｍｍである。また、溝１４３ｂの部分１４３ｃ
間では約１５ｍｍ、部分１４３ｅの間では約５ｍｍであ
る。隔壁１４８には、隔壁１４８に沿って一対の冷却管
（水冷管）１４８ａ及び１４８ｂが内接されている（な
お、冷却管１４８は冷却管１４８ａ及び冷却管１４８ｂ
を総括するものとする）。より詳細には、冷却管１４８
ａはランプ１３０の電極部１３２に対応する場所に位置
し、冷却管１４８ｂはランプ１３０の発光部１３６に対
応する場所に位置する。

【００７８】冷却管１４８は図示しない温度制御機構に
接続される。温度制御機構は、例えば、制御部３００
と、温度センサ又は温度計と、ヒータとを有し、水道な
どの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他
の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使
用してもよい。温度センサは、例えば、ＰＴＣサーミス
タ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用する
ことができ、温度センサ又は温度計はランプ１３０の電
極部１３２及び発光部１３６の壁面温度を測定する。ヒ
ータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ
線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の
大きさを制御することによって冷却管１４８を流れる水
温を調節することができる。

【００７９】冷却管１４８ａは、電極１３３がモリブデ
ンから構成される場合は、モリブデンの酸化による電極
部１３３及び封止部１４３ｃの破壊を防止するために封
止部１４３ｃの温度を３５０℃以下に維持する。また、
冷却管１４８ｂは、中間部１３４及び発光部１３６がハ
ロゲンサイクルを維持するように発光部１３４の温度を
２５０乃至９００℃に維持する。ここで、ハロゲンサイ
クルとは、フィラメント１３７を構成するタングステン
が蒸発しハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲ
ン化合物が生成され、ランプ１３０内を浮遊する。ラン
プ１３０が２５０乃至９００℃に維持された場合、タン
グステン−ハロゲン化合物はその状態を維持する。ま
た、対流によって、タングステン−ハロゲン化合物がフ
ィラメント１３７付近に運ばれると、高温のためにタン
グステンとハロゲンガスに分解される。その後、タング
ステンはフィラメント１３７に沈殿し、ハロゲンガスは
再び同じ反応を繰り返すことである。なお、ランプ１３
０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４
が白くなる現象）が発生し、２５０℃を下回ると黒化
（タングステン−ハロゲン化合物がランプ１３０の内壁
に付着し黒くなる現象）が発生する。

【００８０】本実施例では、冷却管１４９ａをハロゲン
サイクルの範囲温度及びモリブデンの酸化防止の共通温
度、好ましくは２５０乃至３５０℃、冷却管１４９ｂを
ハロゲンサイクルの範囲温度、好ましくは８００乃至９
００℃に維持する。ここで、発光部１３６の冷却温度は
２５０乃至９００℃の範囲で可能であるが、冷却効率を
考えた上で冷却温度をハロゲンサイクルの上限に設定し
たほうが少ない電力で冷却可能となるからである。冷却
管１４９ａはハロゲンサイクル並びにモリブデンの酸化
防止のための共通温度であり、また冷却管１４９ｂによ
り発光部１３６はハロゲンサイクル温度内に維持され
る。また、冷却管１４９ａ及び１４９ｂによりランプ１
３０にはランプ１３０の中間部１３４の長さのため温度
勾配が生じ、かかる温度勾配（２５０乃至９５０℃）は
ランプ１３０全体をハロゲンサイクル温度内に維持す
る。即ち、発光部１３６と封止部１４３ｃが近いと発光
部１３６の温度（８００乃至９５０℃）が封止部１４３
ｃの温度（２５０乃至３５０℃）に影響する恐れがある
が、本実施例ではランプ１３０に中間部１３４を設ける
ことでそれを防止している。

【００８１】本実施例では、ランプ１３０は失透及び黒
化の発生を抑えることができる。また、電極１３３のモ
リブデンの酸化により電極部１３２及び封止部１４３ｃ
が破損することを防止する。更に、ランプ１３０はハロ
ゲンサイクルの範囲内にあるように冷却される。従来の
ランプ１３０の冷却機構は単に封止部１４３ｃを冷却す
るだけであって、上述のようにハロゲンサイクルを考慮
したランプ１３０の冷却は行われていなかった。従っ
て、かかる冷却管１４８はランプ１３０の寿命を長くす
るといった長所を有し、経済的に優れている。なお、溝
１４３とランプ１３０との接触面積は上述したように従
来より大きく、冷却効率を十分に得ることが可能であ
る。

【００８２】なお、例示的に、ランプ１３０の発光部１
３６に相当する部分の隔壁１４８を設けずに、かかる部
分を空間とし発光部１３６を空冷にするとした冷却方法
も考えられる。なお、封止部１４３ｃは上述する冷却管
１４９ａにより冷却するものとする。発光部１３６は８
００乃至９００℃と冷却温度が比較的高いため、かかる
部分は空冷であっても冷却可能であり、上述した構成と
同様な作用及び効果を得ることができる。当該周知の空
冷機構、例えばブロアによって強制的に発光部１３６を
冷却するような方法を使用しても良い。更に、例示的
に、隔壁１４８に封止部１４３ｃ及び発光部１３６を冷
却可能な共通の冷却管を設けた冷却方法も考えられる。
かかる構成においては、冷却管はモリブデンの酸化防
止、並びにハロゲンサイクル範囲に共通である温度、例
えば２５０乃至３５０℃になるように冷却される。この
ような構成であっても、上述した冷却管１４９と同様な
効果を得ることができる。

【００８３】次に、放射温度計２００を説明する。放射
温度計２００は被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対
側に設けられている。本発明は放射温度計２００がラン
プ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するもので
はないが、ランプ１３０の光が放射温度計２００に入射
することを防止することが好ましい。

【００８４】放射温度計２００は処理室１１０の底部１
１４に取り付けられている。底部１１４の処理室１１０
内部を向く面は金メッキなどが施されて反射板（高反射
率面）として機能する。これは、かかる面を黒色などの
低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１
３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなる
ためである。底部１１４は円筒形状の貫通孔を有する。
放射温度計２００は当該周知のいかなる技術も適用可能
であり、本明細書での詳細な説明は省略する。放射温度
計２００は制御部３００に接続され、かかる制御部３０
０は被処理体Ｗの温度Ｔを算出する。なお、この演算は
放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよ
い。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを
得ることができる。

【００８５】制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを
備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３
１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィ
ードバック制御する。本実施例において、制御部３００
はランプ１３０の電力が一度投入されたら、ランプドラ
イバ３１０を制御しランプ１３０の温度をハロゲンサイ
クル範囲内に維持し続ける。即ち、熱処理装置１００を
含む図示しないクラスターツールのメイン電源がオンと
なり、その後、熱処理に伴いランプドライバ３１０が駆
動された時点から熱処理装置１００を含むクラスターツ
ールのメイン電源がオフとなるまでランプドライバ３１
０には電力が投入され続ける。このとき、同時にランプ
ドライバ３１０を介しランプ１３０にも電力が投入され
続ける。なお、上述したように、ランプ１３０はハロゲ
ンサイクルの範囲内で制御される。従って、ランプ１３
０は加熱時には約９００℃まで上昇し、冷却時であって
も２５０℃を維持される。かかる温度範囲内で、被処理
体Ｗの熱処理を行う。なお、かかるランプ１３０の温度
制御は冷却管１４９ｂに接続された温度制御機構の温度
センサ又は温度計を使用し、かかる温度によって投入電
力を変化させるフィードバック制御でもよい。また、ラ
ンプ１３０の温度と投入電力の関数を予め実験より算出
し、かかる関数を使用しランプ１３０の温度を予想して
電力を投入しても良い。

【００８６】従来の熱処理装置１００は、熱処理動作以
外ではランプドライバ３１０及びランプ１３０には電源
は投入されておらず、加熱時に再びランプドライバ３１
０を駆動しランプ１３０に所望の電力を供給するように
制御されていた。しかし、ランプ１３０のフィラメント
１３７は室温において抵抗が非常に小さく、電圧印加の
瞬間は回路短絡に近い状態となる。かかる状態において
は、外部回路抵抗がある場合であっても定格電流値の７
乃至１０倍、外部回路抵抗がない場合においては１３乃
至１７倍の電流が流れるラッシュ電流現象が発生する。
被処理体Ｗの温度の昇降に応じてランプ１３０の点消灯
を急激に行う熱処理装置において、その都度ラッシュ電
流現象を派生させることは、ランプ及びランプドライバ
３１０の劣化の原因となっていた。

【００８７】本実施例では、ランプ１３０に電源が投入
されるのは熱処理装置１００を含むクラスターツールの
起動に伴う必要最低限のものであり、被処理体Ｗの温度
の昇降に対応して電源をオン／オフするものではない。
即ち、本実施例は上述した課題を解決しており、ランプ
１３０及びランプドライバ３１０の長寿命化を達成可能
とする。また、ランプ１３０はハロゲンサイクルの範囲
内で制御されている為、かかる理由からもランプ１３０
の長寿命化に効果的である。

【００８８】なお、ランプ１３０の冷却用に冷却管１４
９が配置されているが、ランプドライバ３１０と合せて
制御することで、ランプ１３０をハロゲンサイクルの範
囲で維持することを更に容易にする。また、本実施例
は、冷却管１４９を使用しランプ１３０の温度を制御す
る方法、又は、ランプドライバ３１０でランプ１３０の
温度を制御する方法のどちらか一方のみを使用する冷却
方法を排除するものではない。

【００８９】また、制御部３００は、後述するように、
モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を
送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。更に、制御部
３００は、温度制御機構と共同しランプ１３０の温度を
認識してヒータを制御することによってランプ１３０の
温度をフィードバック制御する。

【００９０】ガス導入部１８０は、例えば、図示しない
ガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガ
ス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、
熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。な
お、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側
壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入され
ているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘ
ッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガス
を導入してもよい。

【００９１】アニールであればガス源はＮ₂、Ａｒな
ど、酸化処理であればＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、ＮＯ₂、窒化処
理であればＮ₂、ＮＨ₃など、成膜処理であればＮＨ₃、
ＳｉＨ₂Ｃｌ₂やＳｉＨ₄などを使用するが、処理ガスは
これらに限定されないことはいうまでもない。マスフロ
ーコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッ
ジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バ
ルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移
動を検出することによって流量測定して流量調節バルブ
を制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプ
を使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケ
ット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不
純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐
食に起因するダストパーティクルを防止するために配管
は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ
（テフロン（登録商標））、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢ
Ｉその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨
処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フ
ィルタを備えたりしている。

【００９２】排気部１９０は、本実施例ではガス導入部
１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は
限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（タ
ーボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポ
ンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧
力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処
理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環
境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例え
ば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。

【００９３】以下、被処理体Ｗの回転機構について図１
を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や
製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの
表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要
求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、
例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱
応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするな
ど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供すること
ができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ
１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガ
ス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処
理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。
回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３
０により均一に加熱されることを可能にする。

【００９４】被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング
１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳ
ＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、
モータ３３０とを有する。

【００９５】サポートリング１５０は、耐熱性に優れた
セラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形
リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体
Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状
に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる
切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計され
ているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被
処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必
要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定
する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。
サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱
による均熱の悪化を防止する。

【００９６】サポートリング１５０は、その端部におい
て支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポ
ートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラス
などの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２な
どを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円
筒形状の不透明な石英リング部材として構成されてい
る。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０
の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧
環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。
支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられてい
る。

【００９７】同心円的に配置されたリング状の永久磁石
１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石
１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３
３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータド
ライバ３２０は制御部３００によって制御される。

【００９８】この結果、永久磁石１７０が回転すると磁
気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転
し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回
転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、
実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすよう
に、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ
周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの
材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定
されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２
は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でも
よい。

【００９９】次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説
明する。動作に伴い熱処理装置１００を含むクラスター
ツールの電源がオンされる。クラスターツールなどの搬
送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介し
て処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送
アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図
示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から
（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて
被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持
は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送ア
ームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバ
ルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホー
ムポジションに移動してもよい。

【０１００】一方、リフタピン昇降系は、その後、図示
しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、
これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定
の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベロ
ーズを使用することができ、これにより昇降動作中に処
理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内
の雰囲気が外部に流出するのを防止する。

【０１０１】その後、熱処理装置１００は加熱処理を行
う。図２４を参照するに、制御部３００は、第１に、ラ
ンプドライバ３１０を駆動し、ランプ１３０に電力を供
給する（ステップ１０００乃至１００５）。ここで、図
２４は、本発明のランプ１３０の駆動を示した制御フロ
ーチャートである。これに応答して、制御部３００は、
更にランプドライバ３１０を介しランプ１３０の電力供
給量を上げる（ステップ１０１０）。次に、制御部３０
０は、ランプ１３０の温度（例えば、発光部１３６の温
度）がハロゲンサイクルの上限値である９００℃になっ
たら、制御部３００はランプドライバ３１０を介しラン
プ１３０の電力の供給量をかかる値で維持する（ステッ
プ１０１５及び１０２５）。そして、制御部３００は被
処理体Ｗを、所定の温度（例えば、約８００℃）になる
まで加熱する（ステップ１０３０）。なお、ランプ１３
０が９００℃になる前に、被処理体Ｗの温度が所定の温
度に達した場合（ステップ１０２０）は、その時点で後
述する所定の熱処理を行う（ステップ１０３２）。

【０１０２】ランプ１３０から放射された熱線はウイン
ドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に
照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ高速昇温
する。一般に被処理体Ｗの周辺部はその中心側と比較し
て放熱量が多くなる傾向があるが、本実施例のランプ１
３０は同心円状に配置したランプ１３０ａ及びランプ１
３０ｂにより高い指向性と温度制御能力を提供する。

【０１０３】更に、制御部３００は温度制御機構を制御
し、ランプ１３０を冷却する。制御部３００は図示しな
い温度計の情報によりフィードバック制御を行い、封止
部１４３ｃが２５０乃至３５０℃、例えば３００℃にな
るように冷却管１４９ａの温度を制御する。より詳細に
は、図２５を参照し、制御部３００は封止部１４３ｃの
温度を測定し、３５０℃以下であるか確認する（ステッ
プ１５００乃至１５０５）。ここで、図２５は、本発明
のランプ１３０の冷却を示した制御フローチャートであ
る。封止部１４３ｃの温度が３５０℃以上であるなら冷
却管１４９ａを使用し、封止部１４３ｃの冷却を開始す
る（ステップ１５１０）。制御部３００は再び、封止部
１４３ｃの温度を測定し、封止部１４３ｃの温度が２５
０℃以下であるか確認する（ステップ１５１５乃至１５
２０）。封止部１４３ｃの温度が２５０℃以下であるな
ら冷却を停止し（ステップ１５２５）、そうでなければ
２５０℃になるまで冷却は続けられる。上述した工程を
繰り返すことで、封止部１４３ｃは２５０乃至３５０℃
の範囲に維持される。

【０１０４】更に、発熱部１３６も同様にフィードバッ
ク制御を行い（ステップ１５３０乃至１５５５）、発熱
部１３６が８００乃至９００℃、例えば８５０℃になる
ように冷却管１４９ｂの温度を制御する。かかる制御
は、ランプ１３０の電極部１３２の電極１３３を構成す
るモリブデンの酸化を防止する。また、ランプ１３０の
発光部１３６をハロゲンサイクル内で制御する。この結
果、ランプ１３０は破損の原因となりうる要素が減少さ
れ、ランプ１３０の長寿命化を達成できる。

【０１０５】同時に、制御部３００はモータドライバ３
２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令す
る。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３
３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回
転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が
回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転
する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処
理期間中に均一に維持される。

【０１０６】加熱中は、ウインドウ１２０はプレート１
２１の厚さが比較的薄く、かつ熱伝導率が高いので幾つ
かの長所を有する。これらの長所は、（１）ランプ１３
０からの光を均一に透過するので、被処理体Ｗに熱斑が
発生しにくい、（２）ランプ１３０からの光をあまり吸
収しないので被処理体Ｗへの照射効率を低下しない、
（３）プレート１２１の表裏面で温度差が小さいので熱
応力破壊が発生しにくい、（４）成膜処理の場合でもプ
レート１２１の温度上昇が少ないためにその表面に堆積
膜や反応副生成物が付着しにくい、（５）透光性セラミ
ックスは曲げ強度が強くウインドウ１２０の強度を高め
ているのでプレート１２０が薄くても処理室１１０内の
減圧環境と大気圧との差圧を維持することができる、を
含む。

【０１０７】被処理体Ｗの温度は放射温度計２００によ
り測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいて
ランプドライバ３１０をフィードバック制御する。被処
理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一
であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計
２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その
中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が
被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、
制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３
０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令
することもできる。

【０１０８】次いで、図示しないガス導入部から流量制
御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の
熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると（ステップ１
０３２）、制御部３００はランプドライバ３１０を介し
ランプ１３０の電力供給量を下げる（ステップ１０３
５）。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ
１３０が２５０℃になったかをチェックする（ステップ
１０４０）。もし、ランプ１３０の温度が２５０℃にな
ったら、制御部３００は電力の供給量をかかる値で維持
する（ステップ１０４５）。そうでないならば、電力の
供給量を更に下げ、ランプ１３０の温度を２５０℃まで
下げる。

【０１０９】熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の
手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラス
ターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必
要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成
膜装置など）に搬送する。更に、制御部３００は次の熱
処理命令を受けた場合は上述の工程を繰り返し、熱処理
を行う。このとき、ランプ１３０の制御はステップ１０
１０より繰り返される（ステップ１０５０）。熱処理命
令がなければランプ１３０への電力供給は停止され、ラ
ンプドライバ３１０の駆動も停止される（ステップ１０
５５乃至１０６０）。

【０１１０】上述した一連の熱処理方法は、ランプ１３
０及びランプドラバ３１０に電源が投入されるのは熱処
理動作開始の１回のみの必要最低限のものであり、被処
理体Ｗの温度の昇降に対応して電源をオン／オフするも
のではない。即ち、かかる熱処理方法はラッシュ電流減
少を少なくとも一回に抑え、ランプ１３０及びランプド
ライバ３１０の長寿命化を達成可能とする。また、ラン
プ１３０はハロゲンサイクルの範囲内で制御されている
為、かかる理由からもランプ１３０の長寿命化に効果的
である。

【０１１１】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が
可能である。

【０１１２】

【発明の効果】本発明の例示的一態様である加熱装置及
び熱処理装置によれば、第１の冷却管及び第２の冷却管
によって加熱部を冷却することがでる。なお、第１の冷
却管は２５０乃至３５０℃の範囲で冷却を行い、モリブ
デンの酸化膜形成による封止部の破壊を防止する。ま
た、第２の冷却管は２５０乃至９００℃の範囲で冷却を
行い、ランプの環境をハロゲンサイクル内に維持する。
従って、ランプの劣化を防止し、長寿命化が達成可能と
なる。

【０１１３】また、ランプと溝との接触状態を常に維持
するためランプの冷却効率を落とすことがない。従っ
て、ランプの長寿命化に寄与すると共に、冷却に要する
電力消費の低減を達成することができる。

【０１１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の例示的一態様としての熱処理装置の
概略断面図である。

【図２】図１に示すウインドウの変形例であるウイン
ドウの底面図である。

【図３】図２に示すウインドウのＡ−Ａ断面の一部拡
大断面図である。

【図４】図１に示すウインドウの変形例であるウイン
ドウの一部拡大断面図である。

【図５】図１に示す加熱部の概略底面図である。

【図６】図５に示す加熱部の一部を示す拡大断面図で
ある。

【図７】図５に示すランプ加熱部よりランプをはずし
たときの図６に対応する図である。

【図８】図６に示すランプの概略断面図である。

【図９】図６に示すランプの概略断面である。

【図１０】図６に示すランプの概略底面図である。

【図１１】図６に示すランプのフィラメントより放出
される輻射光の光路を示した概略側面図である。

【図１２】図６に示すランプのフィラメントより放出
される輻射光の光路を示した別の概略側面図である。

【図１３】図６に示すランプの変形例であるランプの
概略底面図である。

【図１４】図１３に示すランプの有するフィラメント
の変形例であるフィラメントを示す概略平面図である。

【図１５】図１３に示すランプの有するフィラメント
の変形例であるフィラメントを示す概略平面図である。

【図１６】図１３に示すランプを示すランプの有する
フィラメントの変形例であるフィラメントを示す概略平
面図である。

【図１７】図１６に示すフィラメントを示す概略側面
図である。

【図１８】図６に示すランプ保持部のランプが熱膨張
をしていないときの拡大断面図である。

【図１９】図５に示す加熱部のランプ保持部のより詳
細な構造を示す概略断面図である。

【図２０】図５に示す加熱部のランプ保持部のより詳
細な構造を示す概略底面図である。

【図２１】図１に示す加熱部のランプより被処理体Ｗ
に照射されるランプ光を示した図である。

【図２２】図１に示す加熱部のランプより被処理体Ｗ
に照射されるランプ光を示した図である。

【図２３】図６に示すランプの配置の変形例を示した
概略断面図である。

【図２４】本発明のランプの駆動を示した制御フロー
チャートである。

【図２５】本発明のランプの冷却を示した制御フロー
チャートである。

【図２６】従来のランプ形状を示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１００熱処理装置１１０処理室１２０ウインドウ１２１プレート１２４補強材１２５冷却管１３０ランプ１３１ねじ山１３２電極部１３４中間部１３６発光部１４０加熱部１４２ランプ保持部１４３溝１４７ねじ山１５０サポートリング１６０ベアリング１７０永久磁石１８０ガス導入部１９０排気部２００放射温度計２１０ロッド２２０光ファイバ２３０フォトディテクタ３００制御部３１０ランプドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K058 AA45 CA62 CA69 CA70 CA91 EA23 5F045 EC03 EJ03 EJ09 EK12 EM10 GB05 GB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ランプとランプハウスからなる加熱装置
であって、前記ランプハウスは、電力を供給される電極部と当該電極部と電気的に接続さ
れ発光する発光部とを含む前記ランプを収納するランプ
収納部と、前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記発光部を冷却
する冷却部とを有する加熱装置。
【請求項２】前記ランプはハロゲンランプである請求
項１記載の加熱装置。
【請求項３】前記冷却部は第１の冷却部であって、前
記ランプハウスは前記電極部を冷却する第２の冷却部を
更に有する請求項１記載の加熱装置。
【請求項４】前記第１の冷却部及び前記第２の冷却部
は水冷機構を有する請求項３記載の加熱装置。
【請求項５】前記第１の冷却部は空冷機構を有する請
求項３記載の加熱装置。
【請求項６】電力を供給される電極部と当該電極部と
電気的に接続され発光する発光部とを含み被処理体を加
熱するためのハロゲンランプと前記電極部及び前記発光
部を冷却可能な冷却機構とを有し当該被処理体に所定の
熱処理を行う熱処理装置のランプ冷却方法であって、前記発光部の管壁温度を測定する工程と、前記発光部を冷却し当該発光部を所定の温度に維持する
工程とを有する冷却方法。
【請求項７】前記発光部の前記管壁の温度は２５０乃
至９００℃である請求項６記載の冷却方法。
【請求項８】前記冷却方法は、前記電極部の封止部温度を測定する工程と、前記電極部を冷却し前記封止部を所定の温度に維持する
工程とを更に有する請求項６記載の冷却方法。
【請求項９】前記電極部の前記封止部の温度は２５０
乃至３５０℃である請求項８記載の冷却方法。
【請求項１０】電力を供給される電極部と当該電極部
と電気的に接続し発光する発光部とを含み被処理体を加
熱するランプと、前記ランプを収納するランプ収納部と、前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記発光部を冷却
する冷却部と、前記冷却部を制御する制御部とを有する熱処理装置。
【請求項１１】前記熱処理装置は前記発光部の管壁温
度を測定する温度計を有し、前記制御部は前記温度計によって測定された前記管壁温
度によって前記発光部を所定の温度に維持するよう前記
冷却部を制御する請求項１０記載の熱処理装置。
【請求項１２】ランプとランプハウスとからなる加熱
装置であって、前記ランプハウスは、前記ランプのランプ光を所定方向に射出可能に前記ラン
プを収納するランプ収納部と、前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記ランプを冷却
する冷却部とを有し、前記ランプ収納部は前記ランプが熱膨張した状態、又は
熱膨張していない状態であっても当該ランプの側面と常
に接触した状態を維持可能である加熱装置。
【請求項１３】前記ランプは当該ランプの外周部にね
じ山を有し、前記ランプ収納部は前記ランプのねじ山と適合するねじ
山を有する請求項１２記載の加熱装置。
【請求項１４】前記ランプ収納部は当該ランプ収納部
に内接する複数の薄板を有し、前記薄板を弾性変形させることで前記ランプを保持する
請求項１２記載の加熱装置。
【請求項１５】被処理体を加熱するランプと、前記ランプのランプ光を所定方向に射出可能に前記ラン
プを収納するランプ収納部と、前記ランプ収納部の近傍に設けられ、前記ランプを冷却
する冷却部と、前記冷却部を制御する制御部とを有する熱処理装置であ
って、前記ランプ収納部は前記ランプが熱膨張した状態、又は
熱膨張していない状態であっても当該ランプの側面と常
に接触した状態を維持可能である熱処理装置。