JPS5824787A - 加熱用面光源装置 - 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】 本発明は、面光源装置及びとＯＷｉ光源装置を有する照
射加熱炉に関するものである。

一般に加熱処理を行なう丸めの装置のうち、ランプよ）
の放射光を被処理物に照射する照射加熱炉は、次の如き
特長を有する。

１）ランプ自・体の熱容量が極めて小さいため、加熱温
度の急速な上昇及び低下が可能である・２）ランプに供
給する電力を制御することＫより、加熱湿度の制御を容
易に行なうことができる。

３）ランプよシの放射光による非接触加熱であるので、
彼ｔ＆理物を汚染することがな−０４）始動後の立ち上
が〕時間が短く、エネルギー効率が大き−ため消費エネ
ルギーが少ない・５）直接通電炉、高周波炉等に比して
装置が小型でコストが低−〇 そして照射加熱炉は、鋼材等の熱処理及び乾燥、（３） プラスチック成型、熱特性試験装置等に利用されている
。特に最近にお−てけ、半導体の製造における加熱が必
要とされる工程、例えば不純物拡散工程、化学的気相成
長工程、イオン打ち込み屡の結晶欠陥の回復工程、電気
的活性化のため０熱処理工程、更Ｋｔｊシリコンウェハ
ーの麦層を窒化若しく＃１ｍ化せしめるための熱処理工
程を遂行する場合の加熱炉として、従来から用−られて
−る電気炉、高周波炉等に代わって、照射加熱炉の利用
が検討されて−る。これは、照射加熱炉においては、被
処理物を汚染し或ｖｈｋｉ電気的に悪影響を与えること
がな−こと、消費電力が小さ−こと等のほか、従来の加
熱装置では大面積の被処理物を均一に加熱することがで
きず、最近における半導体の大面積化に対応することが
できないからである。

以上のように照射加熱炉は種々の特長を有し、広〈産業
界にお−て用いられているが、従来の照射加熱炉におい
ては、大面積の被処理物を均−Ｋ。

しかも昇温か速くて高温に照射加熱することができない
欠点がある。即ち、ランプは石英ガラス等よ）成る封体
を具えた、点光源又社線光源を形成するものであって単
独では二次元的表広がシをもった面光源を形成すること
はできず、従って微小領域を均一に加熱することはでき
ても、大面積領域を均一に加熱することができない。

本発明は以上の如き事情ＫＭφて々されたものであって
、大面積領域に対して均一な照射エネルギー密度で放射
光を照射することのできる面光源装置を提供することを
目的とする。

本発明の他の目的は、大面積の被処理物を均一な照射エ
ネルギー密度で加熱することのできる照射加熱炉を提供
するＫある。

本発明面光源装置の基本的特徴は、長形な棒状管形封体
内に非発光部と発光部とを交互に具えたフイラメン）を
当該封体の管軸に沿って設けて成るランプＯＩＦ数を、
ミラーに近接して、互にその管軸が平行となるよう並設
して成る点にある。

以下図面によって本発明の一実施例にりいて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る照射加熱炉の（５） 構成を示し、この実施例においては、第２図にも示すよ
うに、被処理物が位置される照射空間１の上方及び下方
を蔽うようそれぞれ主ミラー２及び３を配設する。これ
ら主ミラー２及び３の各々の反射面Ｋｔｆ、各々半円形
の＊＊＊の凹溝−が並んで形成され、各々当該主ミラー
２及び３の横方向（第１図では左右方向であシ、第２図
では紙面に直角な方向）Ｋその全長に亘って伸びて−る
Ｏこの主ミラー２及び３の横方向−側縁ＫＦｉ、第１の
風路部材４を接続してこの第１０風路部材４ＫＦｉ送風
ｇｓｓを接続すると共に、前記主ミラー２及び３の横方
向他側縁Ｋｔｊ、第２の風路部材６を接続してこの第２
の風路部材６には排風器７を接続する。前記第１の風路
部材４の出口近傍及び第２の風路部材６０入ロ近傍には
それぞれ一方のランプ支持具８及び他方のランプ支持具
９を設け、これらランプ支持具８及び９によル、各々前
記主文ラー２及び３における樋状の凹溝−に沿って伸び
るよう長尺な棒状のハロゲンランプ１００両端を支持し
、以ってランプ１０が照射空間ＩＫ面するよ（６） う配設する。更に前記ランプ支持具８及び９は、前記照
射空間１０両側方を蔽うよう配置した、内面にミラー面
を有する側方ミラー２０及び２１　Ｋネジ２４により固
定され、前記側方ミラー２０及び２１の各々の上縁及び
下縁におｐて第３図に示すように前記凹溝−に対応した
位置に形成したランプ受容溝２２と協働して、凹溝状の
押え部２３によシ、ランプ１０をその封止部１２　ｍ　
１２　Ｋ近−管形部分において保持し、以って第１図に
示したようにランプ１０の各封止部１２．１２＃ｆ外方
、即ち第１の風路部材４及び第２の風路部材６内に露出
するようにし、この露出した封止部１２．１２より伸び
る外部リード１４．１４には、第１の風路部材４及び第
２０風路部材６の壁を、テフロン等の絶縁材２５．２５
を介して貫通して伸びる電流供給線２６．２６を接続す
る。そして前記主ミラー２及び３、並びに側方ミラー２
０及び２１ＫＦｉ水冷機構、具体的にＦｉ仁れら主ミラ
ー２及び３並びに側方ミラー２０及び２１の材料部材の
内部を通る導水路Ｗを形威し、これに冷却水供給機構を
接続す（７） る。

ここにおいて、ランプｌＯは、第４図に示すように、石
英ガラスよ構成る管形の封体１１と、この封体１１の両
端における封止部１２．１２内に封着された金属箔よ〕
成る導電部材１３．１３と、この導電部材１３．１３よ
シそれぞれ封体１１外に伸びる外部リード１４．１４と
、前記導電部材１３゜１３よルそれぞれ封体１１内に伸
びる内部リード１５．１．５と、これら内部リード１５
．１５間に接続され封体１１の管軸に沿って配設された
フィラメント１６と、フィラメントサポータ１７とより
成〕、前記フィラメント１６　＃ｉ、非発光部Ｎと発光
部Ｒとを交互に具え、両端には端部非発光部Ｎ′。

Ｎ′を有する。そして具体的数値例の一例を挙−ると、
主ミラー２１１び３の凹溝ｍの直径−１１１２０■、Ｗ
４−する凹溝間の中心間距離−、Ｈ２１ｍ１１１．ラン
プｌＯの全長に、Ｆｉ３３５■、封体□１１の管形部分
の外径りはｌＱｓａｍ、フイラメン）１６０両端両端光
部γへＮ′の各々の長さに意は３７■、アイラメ２４１
６０両端非発光部）ｆ’、）ｉ’　をｌｋ−た長さに、
は２３０■、特開昭５８−２４７８７（３） ランプ１０の定格ａ２３０Ｖ−３２００Ｗ、照射空１＄
Ｉ１１を介して対向するランプ１℃の相互間の離間距離
り。

１ｉｇＱｗ、側方ミラー２０及び２１の相互間の１関距
離１．ｔｌｊ２３０■であ）、各凹溝■′に対し、その
凹溝に優る半円の中心から底部方向に１〜２■変位した
位置に管軸が位置されることとなるよう、ランプｌＯが
配設される。第１の駅路部材４及び第２の風路部材６に
接続される送風器及び排風器は最大風量が８ｍ”７％の
ものである。よってランプ１０を点灯せしめるととによ
り、主ミラー２及び】並びに側方ミラー２０及び２１に
よる反射も加わって照射空間ＩＫクランプ０よりの光が
放射され、例えば第１図において紙面に直角な方向にお
ける開口（第２図参照）３０．３１を介して被処理物を
例えけ通過せしめるようベル）コンベア等の移送機構に
よ）照射空間ｌ内に位置せしめることＫよシ、当該被処
理物の加熱処理が行なわれる。

上記構成によれば、棒状０ランプｌＯの複数がその管軸
が互に平行となるよう高密度に並設されて―るため、単
独ではランプ１０＃１線光源を形成（９） するものではあるが、照射空間１内における被処理物に
対してはそれら複数のランプ１０が事実上面光源を形成
することとなると共に、隣接するランプ１０相互間の間
隙の輻ｓｔ−均等に若しくは適当に設定することＫよっ
てランプ１０の並設方向にお社る照度分布を均一なもの
とすることができ、他方、各ランプ１０は、そのフイフ
メン）１６が非発光部Ｎと発光部ｌとを交互に有するも
のであるので、各ランプ１０の長さ方向における照度分
布をも均一とすることができ、結局大面積の被処理物を
均一性の高−照射エネルギー密度で加熱することができ
る。具体的に説明すると、既述の具体例のランプ１０に
よれけ、当該ランプ１０の管軸よシ４５＋１１１１関し
たレベ／Ｉ／にお妙る照度パターンは第６図（イ）に示
すように＼フイラメン）１６における長さの太き一端部
発光部凰’、ｍｌ’によシ、両端部の照度が中央部よ）
高いものとなるが、このランプ１０を既述Ｏ歇値例０！
！ｉ溝■と組み合せることにより、同一のレベルにおけ
る照度パターンは、第６図（Ｗ）Ｋ示すように全体に平
ｆｆ１Ｊ均（１０） 射エネルギー密度で照射が行なわれ、被−理物の全面を
均一に加熱することができる。

ところで、前記実施例において、各ランプ１０は、第１
の風路部材４の出口近傍に位置する一端から封体１１の
長さ方向に沿って流れる送ＪＩ器５による風と、第２の
風路部材６０入ロ近傍に位置する他端を通って封体１１
０長さ方向に沿って流れる排風ＩＳ！７による風とＫよ
シ、封体１１の全長に亘って強制的に冷却され、同時に
主ミラー２及び３もその全長に亘って強制的に冷却され
、従って送風器５及び排風器７の風量を同−若しくは互
に近似したものとしておくことによシ、照射空間１内に
被処理物がある゛場合においてｔ又な一場合にお−ても
、封体１１及び主ミラー２及び３の冷却状態に大きな変
動を招くことがなくそれらを常に良好に安定して冷却す
ることができる。また、ランプ１００封止部１２．１！
鯰傭方瑠ラー２０及２１を越えてその外方に位置されて
−るため他の（１１） ランプよルの直射光の照射を受けな−こと、ランプｌＯ
がフイラメン）１６の端部非発光ｆＭＷ　、　ｙ　ｌを
取シ囲む管壁部分にお−て、水冷機構を有する側方ミラ
ー２０及び２１、並びＫこれと協働するランプ支持具８
及び９によシ保持されているため、当該ランプ１０の封
体１１の中央部よ〕の熱伝導が阻止されること、及び封
止部１２．１１がＩＩＩ。

風路部材４及び第２の風路部材６内に露出して位置する
ため有効に冷却されることから、当該ランプ１０の封止
部１２，１２における劣化が著しく抑制される。従って
当該ランプ１０が大出力のものであっても、又隣接する
ものの離間距離を小さくして高密度に配設しても、それ
らランプ１０の封体１１や封止ｌ５１２．１２が過度の
高温になることが防止され、それらランプ１００使用寿
命が短縮されることはな−０ ここで、上記実施例における昇温テス）例を挙けると、
各ランプＩＯＫ定格の　４　の１６００Ｗの電力を供給
した場合の加熱温度変化を、厚さ４５０ＩＡｍの４イン
チ平方のシリコンウェハーに熱ｉ対特１ｍ昭５８−２４
７８７（４）’） を接着して測定したところ、測定温度変化は第５図に示
すように、ランプ１０の点灯１１１０秒閤を経過する壕
で［１４００℃もの高温に達し、又定格である３２００
Ｗの電力を供給した場合は、点灯後３秒間を経過するま
でに１４００℃に達し、何れの場合にも最終的Ｋｔ−Ｊ
、短時間でシリコンウェハーの表層は全面に亘って溶融
した。このように１シリコンウニ八−を溶融せしめ得る
程に高一温度が得られることは半導体−ＩＩＩの製造プ
ルセスにお−ては極めて重要であシ、これＫよシ、従来
の照射炉に２つては不可能であった大面積、短時間昇温
を達成することが可能となる。

尚、他の効果を附記すると、前記ランプ１ｏの各々は、
従来におけるように両端封止部に口金を設けてこの口金
を介してランプを支持する方式によらずＫ、封体１１の
両端封止・部１２，１２の近傍における管形部分の外壁
面を介して、ランプ支持具８及び９によ〕支持されてい
るため、封止部１２．１２を裸の吠態で露出せしめてお
くことができ、従って当該封止部１２，１２の放熱が極
めて有（１３） 効に行なわれ、封止１１１２．１２内に封着した導電部
材１３．１３が酸化断線することが防止され、従ってラ
ンプの使用寿命が短縮されることがな−。

この効果は、前記封止部１２．１２を冷却員路内に位Ｗ
ゼしめておくことＫより確実に且っ顕著に得られる０そ
してランプ１０を支持するランプ支持具８及び９Ｆｉ、
それらを直接水冷する水冷機構によっても強制的に冷却
することができ、ランプ１゜よ）の熱によって変形する
等の悪影響を防止することができる０このようにランプ
１０をその管は部分にお―て支持することは、当該支持
された管１１部分が封体内部の最冷点と表〕、ハロゲン
ランプにあってはその最冷点の麹度がへ四ゲンサイクル
を維持する上で必要とされる１２″Ｏ℃以上の温度とさ
れなければ危ら１に−が、大出力のへｐゲンランプにお
いては、上記最冷点の温度は１２０℃以下となることは
なく、従ってへロゲン量イクルが阻害されることはな一
０併せて、半導体の照射炉による熱処理にお−ては、ラ
ンプに口金が設けられて−るとそれよ）゛発生する接続
剤層等の車検が牛（１４） 導体の特性に重大な悪影響を与えることと々るが、封止
部１２．１２が裸のままでよ−ので、そのような問題が
生ずることもない。

以上のように１本発明面光源装置は、長形な棒状管彫封
体内に非発光部と発光部とを交互に具えたフイラメン）
を当該封体の管軸に沿って設けて成るランプの一複数を
、ミラーに近接して、互にその管軸が平行となるよう並
設して成るものであるから、事実上面光源が構成されて
大面積領域に対して均一な原炭エネルギー密度で放射光
を照射することができると共に、冷却機構を附加して照
射加熱炉を構成せしめると、大面積の被処理物を均一な
照射エネルギー密度で短時間のうちに加熱することがで
き、従って半導体の加熱処理に好適であシ、しかもラン
プの使用寿命が←養樗鳴→叫短縮されることが＆−０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の面光源装置を有する照射加熱炉の一実
施例を示す説明用断面図、第２１１は第１図のランプ及
びミラーにつ−ての横方向から見え（１０７ 説明用断面図、第３［はランプの支持にクーての説明図
、第４図は本発明にお−て゛用−られるランプの説明図
、第５図は本発明照射加熱炉の具体的装置における加熱
温ＦｆｌＦ化につ−ての特性向Ｉ１８！！１１第６図（
イ）及び（ロ）はそれぞれ第４８！ｆｆのランプ単独及
びミラーと組み合せた場合の照度パターンを示す特性−
！Ｉ図である。 １・・・照射空間　　　　　２．３・・・主ミラー４・
・・第１の風路部材　　５・・・送風器６・・・第２の
風路部材　　７・・・排風器８．９−−・ランプ支持具 １０・・・ハｐゲンランプ　１２・・・封止部１６・−
・フィラメント ２０．２１・−・側方ミラー　２３・・・押え部ｌ・・
・凹溝 持開昭５８−２４７８７（５） ３ 第　３　図 第　５　図 点ｎ１号内（牧）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）長形な棒状管Ｗｉ封体内に非発光部と発光部とを交
   互に具えたフイラメン）を当該封体の管軸に沿って設叶
   て威るランプのＩＩＷｋを、ミラーに近接して、互にそ
   の管軸が平行となるよう並設して成ることを装置とする
   面光源装置。 ２）ミラーの反射ＩＮＫ、ランプの長手方向に沿って樋
   吠Ｏ凹溝が・形成されて成る特許請求の範囲１１１１項
   記載Ｏ面光１１１装櫃・ ３）前記ランプを冷却するための冷却機構を特徴とする
   特許請求０１ＥＩ！第ｉｌｌ又はｇｚ項記＊０面光源装
   置。 ４）長形な律状管影鉗体内に非発光部と発光部とを交互
   に具え九フイラメン）を＊＊封体の管軸に沿って設けて
   成るランプの複数を、ミラーに近接して、互にその管軸
   が平行となるよう並設し゛て成る面光源装置と、 〔２ン 該面光源装置を冷却する冷却機構とを具えて成ることを
   特徴とする照射加熱炉。