JP2014107358A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板をランプにより加熱する加熱装置において、リフレクタの開口部から漏れる光を減少させ、エネルギー効率を向上する。
【解決手段】加熱装置としてのエピタキシャル成長装置１の反応室１０には、シリコンウェーハＷが収容される。反応室１０の上下には、シリコンウェーハＷを加熱するランプ３が配置される。ランプ３及び反応室１０を取り囲むように第１リフレクタ４が配置される。第１リフレクタ４には、冷却部５からの冷気を第１リフレクタの内側に導入し、導入した冷気を第１リフレクタ４の外側に排出するための複数の開口部３００が形成されている。各開口部３００の外側には、入射した光を再帰反射する再帰反射鏡７が配置される。再帰反射鏡７は、全方向からの入射光に対して再帰反射性を有する全方向再帰反射鏡又は一部方向からの入射光に対して再帰反射性を有する部分再帰反射鏡である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板を加熱しながら該半導体基板上にエピタキシャル成長膜を成膜するエピタキシャル成長装置など、半導体基板をランプにより加熱する加熱装置に関する。

従来、エピタキシャル成長装置など、反応室内に収容された半導体基板を、反応室外に配置されたハロゲンランプ等のランプにより加熱する加熱装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の加熱装置では、ランプの光を効率良く半導体基板（反応室内）に照射するために、通常、ランプ及び反応室を取り囲むようにリフレクタが配置されている。

ここで、図１３を参照して従来の加熱装置の構成を説明する。図１３は、加熱装置としての典型的なランプ加熱式エピタキシャル成長装置１００の垂直断面図を示している。半導体基板Ｗは回転可能なサセプタ２１に支持され、これを取り囲むように反応室１０が気密に形成される。反応室１０の壁の少なくとも一部は透明な材料で形成され、反応室１０の外側にランプ３とリフレクタ４が配置される。反応ガスは左側のインジェクタ２２から反応室１０に入り、半導体基板Ｗ上にエピタキシャル成長膜を残して右側の排気口２３から排出される。

このとき、反応室１０を構成する透明な壁の温度が過度に上昇すると反応生成物が透明な壁にも析出して不透明になり、半導体基板Ｗを必要な温度に加熱できなくなる。また、リフレクタ４の温度が過度に上昇すると反射率を高めるために施した表面被覆が剥がれたり、リフレクタ４自体が溶解したりしてしまい、やはり半導体基板Ｗを必要な温度に加熱できなくなる。

そこで、多くの場合、リフレクタ４に複数の開口部３００を設け、リフレクタ４の外側に設置したブロワ等から構成された冷却部５によって一部の開口部３００に空気を送り込み、他の開口部３００から排出することによって反応室１０外壁及びリフレクタ４の温度上昇を抑制している。なお、図１３には、冷却部５による空気の流れを曲線矢印で示している。

特開平５−１１４５７１号公報

しかしながら、リフレクタに開口部を設けることはエネルギー効率の観点からは好ましいことではない。リフレクタに取り囲まれた内部ではランプから放出された光や被加熱物から放出された光が複雑に反射し、一部が開口部に到達して漏れ出してしまう。なお、図１３には、開口部３００から漏れ出した光を直線矢印で示している。漏れ出した光はそれだけでエネルギーのロスであるばかりかでなく、周囲の物体を無用に加熱してしまうため、それらを冷却するための仕組みが必要になり追加のエネルギーを消費する。さらに、最終的にはこれらの熱を室外に排出する必要があるため、空調設備の消費エネルギーをも増大させてしまう。

開口部からのエネルギーロスを低減するため、図１３に示すように、ランプ３及び反応室１０を取り囲む第１リフレクタ４とは別の第２リフレクタ９（平面鏡）を、開口部３００を塞がないように第１リフレクタ４とは離間して設置することも考えられる。しかし、図１３に示すように、第２リフレクタ９から開口部３００に戻る光はほとんど無く、効果が無い。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板をランプにより加熱する加熱装置において、リフレクタの開口部から漏れる光を減少させ、エネルギー効率を向上することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の加熱装置は、半導体基板が収容される反応室と、
その反応室の外側に配置されて前記半導体基板を加熱するランプと、
前記ランプ及び前記反応室を取り囲むように配置され、開口部が設けられた第１リフレクタと、
前記開口部の外側で前記開口部からの光が入射し反射する位置に配置された再帰反射性を有する第２リフレクタと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１リフレクタの開口部外側の、開口部からの光が入射し反射する位置に、再帰反射性を有する第２リフレクタが配置されているので、開口部から漏れ出た光を第２リフレクタで再帰反射させて再び開口部に、つまり第１リフレクタの内側に戻すことができる。これにより、開口部から漏れ出る光が実質的に減少し、加熱装置のエネルギー効率を向上できる。また、開口部を第２リフレクタで塞いでいるわけではないので、開口部を設けた目的が妨げられることはない。

本発明における前記第２リフレクタは、前記開口部の方向に再帰反射性を有するリフレクタとすることができる。これにより、開口部から漏れ出た光を第２リフレクタにて開口部の方向に再帰反射させ、その反射光を開口部に戻すことができる。

また、本発明における前記第２リフレクタは、全方向再帰反射鏡又は断面Ｖ字状の溝が形成された部分再帰反射鏡とすることができる。これにより、第２リフレクタが、入射光の全方向成分に対して再帰反射性を有する全方向再帰反射鏡の場合には、開口部から漏れ出た光（入射光）を第２リフレクタで再帰反射させて、その反射光を入射光と同じ経路で開口部に戻すことができる。また、第２リフレクタが部分再帰反射鏡の場合には、一部方向に再帰反射性を有したリフレクタを構成できる。この場合、第２リフレクタの形状は断面Ｖ字状とすれば良いので、第２リフレクタを単純な形状にでき、第２リフレクタの製作が格段に容易になる。

本発明における前記ランプは複数配置されるとともに、それら複数のランプは円形に配列され、前記第１リフレクタは、前記ランプの配列と軸を共通にする略軸対称形とされる。これにより、軸対称形に構成された第１リフレクタの開口部から漏れる光を減少させ、エネルギー効率を向上できる。

本発明はさらに、前記第１リフレクタの外側に配置され、第１の前記開口部から前記第１リフレクタの内側に冷気を導入し、導入された冷気を第２の前記開口部から排出することで前記反応室の外壁及び前記第１リフレクタを冷却する冷却手段を備える。これにより、反応室外壁及び第１リフレクタの温度上昇を抑制することと、開口部からのエネルギーロスを低減することの両立を図ることができる。

本発明の加熱装置が前記半導体基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置である。これにより、エピタキシャル成長装置におけるエネルギーロスを低減できる。

ランプ加熱式エピタキシャル成長装置１の垂直断面図である。 第１実施形態における第２下リフレクタ７２と下面開口部３０２との周辺を簡略化して示した図である。 全方向再帰反射鏡７５の表面の典型的な形状を示した図である。 第２実施形態における第２下リフレクタ７２と下面開口部３０２との周辺を簡略化して示しした図である。 部分再帰反射鏡７６の斜視図である。 部分再帰反射鏡７６の径方向の断面形状を説明する図である。 部分再帰反射鏡７６の周方向の断面形状を説明する図である。 Ｖ字溝７００における光の反射の様子を示した図である。 Ｖ字溝７００の径方向断面図であり、再帰反射する範囲１１１と再帰反射しない範囲１１２を示している。 第２下側方リフレクタ７４と下側面開口部３０４との周辺を簡略化して示した図である。 第１リフレクタ４及び部分再帰反射鏡７７を上下方向から見た図である。 平面鏡、全方向再帰反射鏡、部分再帰反射鏡の反射の違い表した図である。 従来のランプ加熱式エピタキシャル成長装置１００の垂直断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る加熱装置の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の加熱装置としてのランプ加熱式エピタキシャル成長装置１（以下、単にエピタキシャル成長装置という）の垂直断面図を示している。エピタキシャル成長装置１は、シリコンウェーハＷの表面にシリコン単結晶膜を気相成長（エピタキシャル成長）させる気相成長装置である。エピタキシャル成長装置１には、透明な材料（例えば透明石英）で気密に形成された反応室１０が設けられている。その反応室１０の内部には、シリコンウェーハＷを水平に支持する平面視円状のサセプタ２１が設けられている。そのサセプタ２１の裏面中心には上下方向に延びた軸２４が取り付けられ、サセプタ２１はその軸２４によって回転可能に支持される。

反応室１０の水平方向の一端側（図１では左側）には、反応室１０内に反応ガス（例えばトリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば水素）を含む気相成長ガスを供給するインジェクタ（ガス供給口）２２が設けられている。インジェクタ２２からの気相成長ガスがシリコンウェーハＷの表面に供給され、その気相成長ガスによりシリコンウェーハＷの表面にシリコン単結晶膜（エピタキシャル成長膜）が気相成長する。インジェクタ２２の反対側（図１では右側）には排気口２３が設けられており、シリコンウェーハＷを通過したガスはその排気口２３から反応室１０外に排出される。

反応室１０の上下には、エピタキシャル成長膜を成膜する際にシリコンウェーハＷを気相成長温度（例えば１０５０〜１１８０℃）に加熱するランプ３が設けられている。そのランプ３としては例えばハロゲンランプが採用される。ランプ３は、反応室１０の上側に配置された複数の上側ランプ３１と、反応室１０の下側に配置された複数の下側ランプ３２とを含む。複数の上側ランプ３１は、水平に、かつ、軸２４の軸線１５の回りに円形に配列されている。同様に、複数の下側ランプ３２は、水平に、かつ、軸線１５の回りに円形に配列されている。

ランプ３からの光を効率良く反応室１０内に照射するために、ランプ３及び反応室１０を取り囲むように、第１リフレクタ（反射鏡、平面鏡）４が配置されている。詳細には、反応室１０の上側にて、上側ランプ３１から反応室１０の上面１１までの領域を取り囲むように上側リフレクタ４１が配置されている。また、反応室１０の下側にて、下側ランプ３２から反応室１０の下面１２までの領域を取り囲むように下側リフレクタ４２が配置されている。上側リフレクタ４１は、上側ランプ３１の配列と軸を共通にする略軸対称形に、つまり軸線１５に対して略対称形に形成されている。同様に、下側リフレクタ４２は、下側ランプ３２の配列と軸を共通にする略軸対称形に、つまり軸線１５に対して略対称形に形成されている。

また、第１リフレクタ４には複数の開口部３００が設けられている。詳細には、上側リフレクタ４１には、径方向（軸線１５に直交する方向）の中央付近の位置（図１の紙面左側に配置された上側ランプ３１と紙面右側に配置された上側ランプ３１の間の位置）に開口部３０１（以下、上面開口部という）が設けられている。また、上側リフレクタ４１の側面下部に開口部３０３（以下、上側面開口部３０３）が設けられている。下側リフレクタ４２には、径方向の中央付近の位置（図１の紙面左側に配置された下側ランプ３２と紙面右側に配置された下側ランプ３２の間の位置）に開口部３０２（以下、下面開口部という）が設けられている。また、下側リフレクタ４２の側面上部に開口部３０４（以下、下側面開口部という）が設けられている。

各開口部３０１〜３０４は、軸線１５に対する周方向の全周に亘って形成されている（周方向に延びる形で形成されている）。また、上面開口部３０１の開口は上方に向いている。下面開口部３０２の開口は下方に向いている。側面開口部３０３、３０４の開口は側方に向いている。

反応室１０、ランプ３、第１リフレクタ４及び後述する第２リフレクタ７は、金属製のケース６に収容されている。そのケース６の内部には各開口部３０１〜３０４と繋がったダクト６５が形成されている。そのダクト６５にはブロワ、コンプレッサ、熱交換器等から構成された冷却部５が繋がっている。その冷却部５は、ダクト６５を介して第１リフレクタ４の内側に冷気を導入して、反応室１０の外壁及び第１リフレクタ４を冷却する冷却手段として機能する。本実施形態では、冷却部５からの冷気は、図１３の曲線矢印のように流れる。すなわち、冷却部５からの冷気は、ダクト６５を流れて側面開口部３０３、３０４から第１リフレクタ４の内側に導入される。導入された冷気は、上面開口部３０１、下面開口部３０２から第１リフレクタ４の外側に排出され、ダクト６５を介して再び冷却部５に戻る。この冷却部５により、反応室１０の外壁及び第１リフレクタ４の過昇温を防止し、シリコンウェーハＷを必要な温度に加熱できなくなることを防止している。

各開口部３０１〜３０４からランプ３の光が漏れるのを抑えるために、第１リフレクタ４の外側の各開口部３０１〜３０４周辺には第２リフレクタ７が配置されている。詳細には、ケース６の上面６１の、上面開口部３０１と対向する位置（上面開口部３０１から漏れ出た光が入射し反射する位置）にリフレクタ７１（以下、第２上リフレクタという）が配置されている。また、ケース６の下面６２の、下面開口部３０２と対向する位置（下面開口部３０２から漏れ出た光が入射し反射する位置）にリフレクタ７２（以下、第２下リフレクタという）が配置されている。また、ケース６の側面６３の、上側面開口部３０３と対向する位置（上側面開口部３０３から漏れ出た光が入射し反射する位置）にリフレクタ７３（以下、第２上側方リフレクタという）が配置されている。また、側面６４の、下側面開口部３０４と対向する位置（下側面開口部３０４から漏れ出た光が入射し反射する位置）にリフレクタ７４（以下、第２下側方リフレクタという）が配置されている。

それらリフレクタ７１〜７４は、全方向からの入射光に対して（入射光の全方向成分に対して）再帰反射性を有する反射鏡（以下、全方向再帰反射鏡という）である。ここで、図２は、リフレクタ７１〜７４を代表して第２下リフレクタ７２と、下面開口部３０２との周辺を簡略化して示した図である。その第２下リフレクタ７２は全方向再帰反射鏡７５である。そのため、下面開口部３０２のＡ点から漏れ出た光Ｌ１は、全方向再帰反射鏡７５にて光Ｌ１の入射方向と同じ方向に反射する。つまり、全方向再帰反射鏡７５で反射した反射光Ｌ２は、入射光Ｌ１と同じ経路を進んで、再び下面開口部３０２のＡ点に戻る。

同様に、第２上リフレクタ７１は全方向再帰反射鏡であるので、上面開口部３０１から漏れ出た光は、第２上リフレクタ７１（全方向再帰反射鏡）にて入射方向と同じ方向に反射して、再び上面開口部３０１に戻る。第２上側方リフレクタ７３は全方向再帰反射鏡であるので、上側面開口部３０３から漏れ出た光は、第２上側方リフレクタ７３にて入射方向と同じ方向に反射して、再び上側面開口部３０３に戻る。第２下側方リフレクタ７４は全方向再帰反射鏡であるので、下側面開口部３０４から漏れ出た光は、第２下側方リフレクタ７４にて入射方向と同じ方向に反射して、再び下側面開口部３０４に戻る。なお、図１には、各開口部３０１〜３０４から漏れ出た光の経路を直線矢印で示している。

各全方向再帰反射鏡７５（リフレクタ７１〜７４）は、必要な面積になるように、小片の再帰反射鏡を組み合わせて構成されている。小片の再帰反射鏡は、例えば、市販の樹脂製の再帰反射鏡を鋳型にして電気鋳造法で基材を製作し、その基材の表面に金メッキを施すことで、製作される。つまり、小片の再帰反射鏡（全方向再帰反射鏡７５）は金属製である。これにより、ランプ３による熱に耐えることができる（耐熱性のある）再帰反射鏡を構成できる。鋳型に使用する市販の再帰反射鏡としては例えば自転車やガードレールの存在を示す反射板等に使用される、レトロリフレクタ（コーナーキューブ）を多数敷き詰めたレトロリフレクタアレイが採用される。

以上説明したように、本実施形態では、各開口部３０１〜３０４に対向した位置に全方向再帰反射鏡７５が配置されているので、各開口部３０１〜３０４から漏れ出た光のほとんどを各開口部３０１〜３０４に、つまり第１リフレクタ４の内側に戻すことができる。よって、各開口部３０１〜３０４から漏れ出る光が実質的に減少し、ランプ３のエネルギー効率を向上できる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る加熱装置の第２実施形態を第１実施形態と異なる部分を中心にして説明する。本実施形態の加熱装置は、第１実施形態と同様に図１のエピタキシャル成長装置１である。第２リフレクタ７の構成が第１実施形態と異なっており、それ以外は第１実施形態と同じである。

図３は第１実施形態の第２リフレクタ７である全方向再帰反射鏡７５（図２参照）の表面の典型的な形状を示した図である。全方向からの入射光に対して（入射光の全方向成分に対して）再帰反射性を有する反射鏡を構成するためには、図３に示すように表面を複雑な形状にする必要がある。本実施形態では、第２リフレクタ７の形状を単純にして第２リフレクタ７の製作を容易にするために、第２リフレクタ７として、一部の方向からの入射光（入射光の一部方向成分）にのみ再帰反射性を有した反射鏡（以下、部分再帰反射鏡という）を採用している。以下、その部分再帰反射鏡の詳細を説明する。

リフレクタ７１〜７４のうち、上下のリフレクタ７１、７２は互いに同じ形状の部分再帰反射鏡であり、側方のリフレクタ７３、７４は互いに同じ形状の部分再帰反射鏡である。先ず、上下のリフレクタ７１、７２に使用される部分再帰反射鏡の詳細を説明する。図４は、第２下リフレクタ７２としての部分再帰反射鏡７６と、下面開口部３０２との周辺を簡略化して示した図である。また、図５は、図４の部分再帰反射鏡７６だけを抜き出した図（部分再帰反射鏡７６の斜視図）である。部分再帰反射鏡７６は、平面視円状であり、その中心７６１が軸線１５に一致するように、かつ、後述するＶ字溝７００が形成された側が下面開口部３０２に向くように、ケース６の下面６２に配置される。部分再帰反射鏡７６は、入射光のうち周方向Ｄ１（軸線１５に対する周方向）成分に対しては再帰反射性を有さず、径方向Ｄ２（軸線１５に直交する方向）成分に対して再帰反射性を有した反射鏡である。

図６は、部分再帰反射鏡７６の径方向Ｄ２の断面形状を説明する図であり、具体的には図６（Ａ）は部分再帰反射鏡７６の一部の斜視図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の平面１０１（溝７００に直交する平面）で切ったときの部分再帰反射鏡７６の断面図（径方向Ｄ２の断面図）である。図７は、部分再帰反射鏡７６の周方向Ｄ１の断面形状を説明する図であり、具体的には、図７（Ａ）は部分再帰反射鏡７６の一部の斜視図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の平面１０２（溝７００に平行な平面）で切ったときの部分再帰反射鏡７６の断面図（周方向Ｄ１の断面図）である。

図５〜図７に示すように、部分再帰反射鏡７６の表面には、周方向Ｄ１の全周に亘って（周方向Ｄ１に延びる形で）断面Ｖ字状の溝７００（以下、Ｖ字溝という）が形成されている。そのＶ字溝７００は平面視円環状に形成されている。また、Ｖ字溝７００は径方向Ｄ２に複数列形成されている。言い換えると、部分再帰反射鏡７６の中心７６１を同心として径が異なる平面視円環状の複数のＶ字溝７００が形成されている。なお、図５では、作図上の便宜のために径方向Ｄ２に３列のＶ字溝７００を図示しているが、実際は、Ｖ字溝７００は３列未満又は４列以上形成される場合もある。

上述したように、部分再帰反射鏡７６は、入射光のうち周方向Ｄ１成分に対して再帰反射性を有さない。このことを図７（Ｂ）を参照して説明すると、図７（Ｂ）に示すように、Ｖ字溝７００は、周方向Ｄ１に対しては平面状となっており平面鏡として機能するので、周方向Ｄ１に対しては入射光Ｌｉｎの角度と、反射光Ｌｏｕｔの角度は正負が反対になる。これに対して、部分再帰反射鏡７６は、入射光のうち径方向Ｄ２成分には再帰反射性を有する。このことを図６（Ｂ）を参照して説明すると、図６（Ｂ）に示すように、Ｖ字溝７００は、径方向Ｄ２に対してはＶ字状となっているので、径方向Ｄ２に対しては入射光Ｌｉｎの角度と反射光Ｌｏｕｔの角度が同じとなる。図６（Ｂ）では、入射光Ｌｉｎは、Ｖ字溝７００の一方の斜面７００ａに入射し、その斜面７００ａから他方の斜面７００ｂに進行し、斜面７００ｂにて入射光Ｌｉｎと同じ方向に反射光Ｌｏｕｔとして出射する。

Ｖ字溝７００の角度（Ｖ字溝７００の底部の角度）は９０°／ｎ（ｎは整数）の条件（レトロリフレクタの条件）を満たせばどの角度でも良いが、９０°とするのが好ましい。図８は、このことを説明するための図であり、具体的には、図８（Ａ）は上記ｎが１の場合（Ｖ字溝７００の角度が９０°の場合）のＶ字溝７００における光の反射の様子を示しており、図８（Ｂ）は上記ｎが２の場合（Ｖ字溝７００の角度が４５°の場合）のＶ字溝７００における光の反射の様子を示している。図８（Ａ）に示すように、ｎ＝１の場合には、斜面ＯＡは鏡面であるため、面ＯＡの鏡像ＯＡ’を形成する。斜面ＯＢもまた鏡面であるため、面ＯＢの鏡像ＯＢ’を形成する。このとき、入射光Ｐ１Ｐ２の経路は、光が鏡像中を直線すると考えると容易に求めることができる。すなわち、入射光Ｐ１Ｐ２は鏡像中を直進して辺ＯＢ’上の点Ｐ３’を通過するが、実際には辺ＯＢ上の対応する点Ｐ３を通過することになる。またさらに、鏡像中を進んだ入射光は面Ａ’Ｂ’上の点Ｐ４’を通過するが、これは実空間に対応する辺ＡＢ上の点Ｐ４を通過することになる。このとき、再帰反射となる条件はＡＯＡ’、ＢＯＢ’が直線であることなので、Ｖ字溝７００の角度は９０°となる。このように、Ｖ字溝７００の角度が９０°の場合には、Ｖ字溝７００での光の経路はＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４となる。

同様にしてｎ＝２の場合もＶ字溝７００での光の経路を求めると、図８（Ｂ）のようになり、具体的には、光の経路はＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５→Ｐ６となる。なお、図８（Ｂ）には、光が実際に通る各点Ｐ１〜Ｐ６に対応する鏡像点Ｐ１’〜Ｐ６’を図示している。このように、ｎ＝２以上の場合には、Ｖ字溝７００内部で反射する回数が多くなり反射率が低下するうえ、再帰反射する角度範囲が狭まるので、ｎ＝１、つまりＶ字溝７００の角度は９０°が最も適している。

なお、Ｖ字溝７００に入射した光は全て再帰反射するわけではなく、Ｖ字溝７００での入射位置によっては再帰反射しない場合もある。図９はそのことを説明するための図であり、Ｖ字溝７００の径方向断面図を示している。なお、図９のＶ字溝７００の角度は９０°としている。符号「１１１」は、ある入射角度θに対する再帰反射する範囲を示している。つまり、入射角度θの光Ｌ１１が範囲１１１内に入射した場合には、その入射光Ｌ１１と同じ向きの反射光Ｌ１２が出射する（つまり再帰反射する）。これに対し、符号「１１２」はある入射角度θに対する再帰反射しない範囲を示している。つまり、入射角度θの光Ｌ２１（破線で図示）が範囲１１２内に入射した場合には、その入射光Ｌ２１と異なる向きに反射光Ｌ２２（破線で図示）が出射する（つまり再帰反射しない）。

このように、光の入射角度θによって範囲１１１、１１２が変化し、それにともなって再帰反射した反射光と再帰反射しない反射光の混在状況が変化する。下記式１は、入射角度θにおける、入射光のエネルギーに対する、入射光と平行な方向の反射光（再帰反射した反射光）のエネルギーの割合Ｒを示している。割合Ｒ＝５０％となる入射角度θを求めると、θ＝２６．６°となる。よって、Ｖ字溝７００の角度が９０°の場合には、入射角度θが０〜２６．６°の範囲の光に対しては、再帰反射光の割合Ｒは５０％以上となり、入射光の大部分を再帰反射させることができる。

図４の説明に戻り、第２下リフレクタ７２としての部分再帰反射鏡７６は図５〜図９で説明した形状及び機能を有しているので、下面開口部３０２の点Ａから漏れ出た光Ｌ１は部分再帰反射鏡７６の点Ｂで反射して点Ａに戻らずに、点Ｂと軸線１５が作る平面に対して点Ａと対称な点Ａ’を通って第１リフレクタ４（下側リフレクタ４２）の内側に戻ることとなる。

第２上リフレクタ７１（図１参照）も図５〜図７の形状の部分再帰反射鏡７６が採用されている。そのため、上面開口部３０１から漏れ出た光は、第２上リフレクタ７１（部分再帰反射鏡７６）にて、再帰反射しない周方向成分と、再帰反射した径方向成分とからなる反射光として反射する。その反射光は、上面開口部３０１を通って第１リフレクタ４（上側リフレクタ４１）の内側に戻ることとなる。

第２上リフレクタ７１及び第２下リフレクタ７２で使用される部分再帰反射鏡７６は、例えば、円盤状のアルミ基材の表面に溝加工を施してＶ字溝７００を形成、その後、表面（Ｖ字溝７００）に金メッキを施すことで、製作される。これにより、耐熱性を有した再帰反射鏡を構成できる。

次に、側方のリフレクタ７３、７４に使用される部分再帰反射鏡の詳細を説明する。図１０は、第２下側方リフレクタ７４としての部分再帰反射鏡７７と、下側面開口部３０４との周辺を簡略化して示した図である。部分再帰反射鏡７７は、下側面開口部３０４を取り囲むように配置され、軸線１５を中心軸とする筒状に形成されている。部分再帰反射鏡７７の表面（下側面開口部３０４と対向する面）には、上述の部分再帰反射鏡７６と同じ形状のＶ字溝７００が形成されている。そのＶ字溝７００は、軸線１５に対する周方向Ｄ１の全周に亘って（周方向Ｄ１に延びる形で）形成されている。また、Ｖ字溝７００は、上下方向Ｄ３（周方向Ｄ１に上下に直交する方向）に複数列形成されている。

Ｖ字溝７００の上下方向Ｄ３の断面は図６（Ｂ）の断面である。Ｖ字溝７００の周方向Ｄ１の断面は図７（Ｂ）の断面である。よって、部分再帰反射鏡７７は、入射光のうち周方向Ｄ１成分に対しては再帰反射性を有さず、上下方向Ｄ３成分に対しては再帰反射性を有する。そのため、下側面開口部３０４の点Ａから漏れ出た光Ｌ４は部分再帰反射鏡７７の点Ｂで反射して点Ａに戻らずに、点Ｂと軸線１５が作る平面に対して点Ａと対称な下側面開口部３０４の点Ａ’を通って下側リフレクタ４２の内側に戻ることとなる。

第２上側方リフレクタ７３（図１参照）も図１０の部分再帰反射鏡７７が採用されている。そのため、上側面開口部３０３から漏れ出た光は、第２上側方リフレクタ７３（部分再帰反射鏡７７）にて、再帰反射しない周方向成分と、再帰反射した上下方向成分とからなる反射光として反射する。その反射光は、上側面開口部３０３を通って第１リフレクタ（上側リフレクタ４１）の内側に戻ることとなる。

部分再帰反射鏡７７は、図１１（第１リフレクタ４及び部分再帰反射鏡７７を上下方向から見た図）に示すように、例えば、平板のアルミ基材に、直線状の溝加工を施して真っ直ぐに延びたＶ字溝７００を形成し、その後、表面（Ｖ字溝７００）に金メッキを施した平板状の反射鏡７７１を、周方向に複数枚並べることで、製作される。このように、真っ直ぐに延びたＶ字溝７００が周方向に複数組み合わさることで、周方向の全周に亘るＶ字溝７００を簡単に構成できる。

以上説明したように、本実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、第２リフレクタ７として部分再帰反射鏡７６、７７を採用しているので、全方向再帰反射鏡に比べて、第２リフレクタ７の形状を単純化でき、第２リフレクタ７を容易に製作できる。

なお、図１２は、平面鏡（図１２（Ａ））、第１実施形態の全方向再帰反射鏡（レトロリフレクタ）（図１２（Ｂ））、第２実施形態の部分再帰反射鏡（図１２（Ｃ））の反射の違いを表している。紙面に反射鏡が置かれており、読者の右手下から紙面に向かって入射光が照射されている。矢印の太さは読者と光線の距離を表していて、入射光が読者からだんだん離れて紙面に届く様子を矢印の先端を細くすることで表現している。図１２（Ａ）の平面鏡は反射の際にベクトルのＸ成分もＹ成分もそのまま、図１２（Ｂ）の全方向再帰反射鏡は反射の際にベクトルのＸ成分もＹ成分も正負が反転、図１２（Ｃ）の部分再帰反射鏡は反射の際にベクトルのＸ成分（周方向）はそのままでＹ成分（径方向）は正負が反転する。

本発明の効果を確認するために、本発明の２つの実施形態の適用前後で、被処理基板の温度を同じ温度（具体的には１１００℃）に維持するのに要した電力と、リフレクタを囲うシュラウド（具体的には図１のＥ点）の温度とを計測した。下記表１はその計測結果である。表１に示すように、本発明の適用によりどちらの実施形態においても電力が約５％削減され、シュラウド温度が約４℃低下した。

なお、本発明に係る加熱装置は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、シリコンウェーハのエピタキシャル成長装置に本発明を適用した例を説明したが、シリコンウェーハ以外の半導体基板（例えばＧａＰ基板等の化合物半導体基板）のエピタキシャル成長装置にも本発明を適用できる。また、エピタキシャル成長装置以外の加熱装置（例えばイオン注入後に半導体基板をアニールするアニール装置）にも本発明を適用できる。

１ エピタキシャル成長装置
１０ 反応室
３、３１、３２ ランプ
３００、３０１〜３０４ 開口部
４、４１、４２ 第１リフレクタ
５ 冷却部
７、７１〜７４ 第２リフレクタ（再帰反射鏡）
７５ 全方向再帰反射鏡
７６、７７ 部分再帰反射鏡
７００ Ｖ字溝

Claims (6)

1. 半導体基板が収容される反応室と、
   その反応室の外側に配置されて前記半導体基板を加熱するランプと、
   前記ランプ及び前記反応室を取り囲むように配置され、開口部が設けられた第１リフレクタと、
   前記開口部の外側で前記開口部からの光が入射し反射する位置に配置された再帰反射性を有する第２リフレクタと、
   を備えることを特徴とする加熱装置。
2. 前記第２リフレクタは、前記開口部の方向に再帰反射性を有するリフレクタであることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記第２リフレクタは、全方向再帰反射鏡又は断面Ｖ字状の溝が形成された部分再帰反射鏡であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 前記ランプは複数配置されるとともに、それら複数のランプは円形に配列され、
   前記第１リフレクタは、前記ランプの配列と軸を共通にする略軸対称形とされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加熱装置。
5. 前記第１リフレクタの外側に配置され、第１の前記開口部から前記第１リフレクタの内側に冷気を導入し、導入された冷気を第２の前記開口部から排出することで前記反応室の外壁及び前記第１リフレクタを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱装置。
6. 前記加熱装置が前記半導体基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加熱装置。