JPS5938584A - 照射加熱炉の運転方法 - 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】 本発明は白熱電球を光照射源とする照射加熱炉の運転方
法に関するものである。

一般に加熱処理を行なうための装置のうち、白熱電球よ
シ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）白熱電球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）白熱電球に供給する電力を制御することによシ、加
熱温度の制御を容易に行なうことができる。

３）白熱電球よシの放射光による非接触加熱であるので
、被処理物を汚染することがない。

４）始動後の立ち上がり時間が短く、エネルギー効率が
大きい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
トが低い。

そして照射加熱炉は、鋼材等の熱処理及び乾燥、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
最近においては、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
、イオン打ち込み層の結晶欠陥の回復工程、電気的活性
化のための熱処理工程、更にはシリコンウェハーの表層
を窒化若しくは酸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、従来から用いられている電気炉
、高周波炉等に代わって、照射加熱炉の利用が検討され
ている。これは、照射加熱炉においては、被処理物を汚
染し或いは電気的に悪影響を与えることが寿いこと、消
費電力が小さいこと等のほか、従来の加、＠炉では大面
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。

斯かる照射加熱炉においては、被処理物を搬送する搬送
機構が適宜設けられており、この搬送機構ｊりによって
被処理物が搬送され、加熱処理が施される。即ち、被処
理物の受取位置で移送台上に被処理物が保持され、次い
で移送台が照射加熱炉内に搬入さｉＬｌ　この照射加熱
炉内において移送台上の被処理物が白熱電球よシの光照
射を受けて加熱処理され、そして移送台が照射加熱炉外
の被処理物の引渡位置まで搬出され、この引渡位置で移
送台から被処理物が除かれてこれで一回の加熱処理工程
が終了する。そして移送台を再び受取位置まで搬送し、
この受取位置で次の被処理物を受取り上述と同様にして
次の被処理物の加熱処理工程が行なわれる。

このようにして被処理物の加熱処理が行なわれるが、被
処理物の種類によってはその加熱温度及び加熱時間が厳
密に規制されたものであることが要求さｉするため、各
被処理物を同一の条件下で加熱処理することが必要であ
る。

これを達成するためには、例えば光照射源として用いら
れるノ・ロゲン白熱電球などの白熱戊球ケ常時一定の電
力で点灯せしめておいて、照射加熱炉内だおける光照射
エネルギーを一定化１７、この状態で被処理物を一定の
時間だけ照射加熱炉内に保持して加熱処理を行なう方法
が考えられるが、この方法では、被処理物が照射加熱炉
内に存在しない、いわば待機期間中にも、白熱電球が、
被処理物の加熱処理を行なっているときと同じ電力で点
灯されるため、徒費される゛４力が相当に大きい欠点が
ある。

一方、消費゛心力の節減を図るために、被処理物が照射
加熱炉内に搬入された後、白熱電球を一定の電力で点灯
せしめて一定の時間だけ加熱処理を行ない、この加熱処
理時間以外の期間中は白熱電球を消灯せしめる方法も考
えられるが、この方法では次のような欠点がある。即ち
、白熱電球忙おいては、元々フィラメントコイルの材料
の素線径に不均一さがあって部分的に素線径の小さい個
所が生じている上、使用によシ、フィラメントコイルの
コイルピッチの不揃いに起因するフィラメントコイルの
材質金属の蒸発量の不均一さ、戒すはハロゲン白熱電球
であればハロゲンサイクルの局所的な偏り、その他の原
因からフィラメントコイルの素線径に不均一さが生じて
部分的に素線径の小さい個所が生ずるようになるため、
例えば多数の被処理物を次々に加熱処理する場合などの
ように、白熱電球を、点灯と消灯を頻繁に繰返して使用
するときには、点灯前のフィラメントコイルの抵抗値と
定常点灯時のフィラメントコイルの抵抗値との間に大き
な差があるため、点灯する瞬間の度毎に定常点灯電流の
数倍（７〜工２倍程度）の大きさの突入電流がフィラメ
ントコイルに流れ、この大きな突入電流によってフィラ
メントコイルの部分的に素線径の小さい個所が他の部分
よりも高温となシ、このため当該個所における材質金属
の蒸発量が加速度的に大きくなり、遂には当該個所が焼
断するようになって白熱電球に長い使用寿命が得られず
、結局早期に白熱電球の交換が必要となって、この結果
長期的観点でのランニングコストが高く々ってしまう。

本発明は以上の如き事情に基いてなさｙｔたものであっ
て、白熱電球を光照射源とする照射加熱炉の運転方法に
おいて、被処理物の加熱処理を常に同一の条件下におい
て繰返して行なうことができ、しかも光照射源である白
熱電球の徒費電力を大きくすることなく白熱電球の使用
寿命を長くすることができる照射加熱炉の運転方法を提
供することを目的とし、その特徴とするところは、白熱
電球を光照射源とする照射加熱炉の運転方法において、
被処理物を照射加熱炉内ＫＭ人せしめる当該搬入忙同期
して白熱電球を一定の動作曲線に沿って動作せしめて被
処理物を光照射して加熱する被処理物加熱工程を含み、
前記白熱電球を前記動作曲線忙沿って動作せしめる当該
動作に先行して当該白熱電球に微小電流を流して微小点
灯せしめる点にある。

以下、図面を参照しながら本発明方法の一実施例につい
て説明する。

第１図及び第２図は、本発明において用いられる照射加
熱炉の一例を示す。１は照射空間２の上方及び下方にお
いて一方向（第１図において左右方向）Ｋ伸びるよう配
設された、例えばノ・ロゲン白熱電球などの白熱電球を
示し、上方及び下方にそれぞれ１２本並設されておシ、
このうち端部側に位置する白熱電球１０１，１０２，１
０３，１０４　は照射空間２において被処理物が位置さ
れるレベルＰＫ接近するよう変位せしめて設けられてい
る。

３及び４は白熱電球１を支持するための支持具であり、
この支持具３及び４はそれぞれ後述する側方ミラー５及
び６に固定されている。

７及び８は白熱電球１の背後に設けられた主ミラーであ
り、５及び６Ｆｉ照射空間１の両側方を蔽うよう設けら
れた側方ミラーである。これら主ミ２−７及び８、並び
に側方ミラー５及び６の各々の内部には、冷却水が流過
するための導水路Ｗが形成されている。

９及び１０は主ミラー７及び８の横方向−側縁忙接続さ
れた風路部材であり、一方の風路部材９には送風器１１
が接続され、他方の風路部材１０には排風器１２が接続
されておシ、第１図において矢印で示したように、送風
器１１から冷却風が送られ、この冷却風が白熱電球１の
封体に沿って流れて当該封体を冷却しながら排風器１２
１Ｃ至る０１３（第２図参照）は被処理物が保持される
移送台を示し、この移送台１３は、第３図に示すように
移送機構１４によって、未処理の被処理物を受取る受取
位置１７から搬送され、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図参耶）１５及び１６の一
方の開口１５から照射加熱炉内に搬入され、次いで照射
加熱炉内の照射空間２における被処理物が位置されるレ
ベルＰに沿った処理位置１８において所定時間の開停止
され、その後他方の開口１６から搬出される。そして搬
出された移送台１３け被処理物を引渡す引渡位置１９を
経由して再び元の受取位置１７まで搬送され、これによ
９１回の搬送プロセスが終了する。

そしてこのような同一の搬送プロセスが被処理物の加熱
処理を行なう度毎に繰返して行なわれる。

本発明の一実施例においては上記構成の照射加熱炉を次
のようにして運転する。即ち、先ず受取位＋１１７にお
いて被処理物を移送台１３上に保持せしめる。そして移
送台１３を照射加熱炉内如搬入して照射空間２における
処理位置１８において所定時間の開停止せしめる。この
停止せ［７める時間は後述の光照射して加熱処理するに
要する時間と同じか若しくはこの時間よりも若干長いも
のとする。一方、白熱市５球１においては、被処理物が
移送台１３上に保持された時点、若しくけ被処理物が保
持された移送台１３が受取位置１７から移４１１シ始め
た時点、或いは移送台１３が一方の開口１５を通過して
照射加熱炉内に搬入する時点に、即ち少なくとも後述す
る、白熱電球１を一定の動作曲線に沿って動作せしめて
ネ皮処理物を光照射して加熱する被処理物加熱工程に先
立って、当該白熱電球ＩＫ微小電流を流して微小点灯せ
しめておき、そしてその後移送台１３の照射加熱炉内へ
の搬入に同期して、例えば移送台１３が照射空間２にお
ける処理位置１８に停止した時点から白熱電球１を一定
の動作曲線に沿って動作せしめて本点灯状態とし、この
本点灯状態の白熱電球１よりの光照射により処理位置１
８に位置された移送台１３上の被処理物を前記動作曲線
によって定められる時間の間加熱処理する。

ここで動作曲線Ｍは、例えば白熱電球］に加える鑞圧値
の時間的変化を示す曲線で表わすことができ、その例を
挙げると、第４図に示した方形波（実線で示す）、第５
図に示した三角波（実線でおいて亀及びｂはそれぞれ、
各回の加熱処理工程における動作曲線の開始時点及び終
了時点を表わし、この動作曲線の開始時点−から終了時
点Ｔｂ１７ｍ至るまでの時間間隔Ｔｅは被処理物を加熱
処理する忙要する時間によって定められ、各回の加熱処
理工程において白熱電球１は全く同一の動作曲線忙沿っ
て本点灯状態とされる。Ｎは白熱電球１に微小電流を流
して微小点灯せしめるときに白熱電球１に加える電圧の
電圧面ｌｓ（破線で示す）を示し、第４図においては微
小点灯時における電圧が一定の例、第５図においては微
小点灯時における電圧が直線的に増加する例、第６図に
おいては微小点灯時における電圧が階段状に増加する例
、第７図においては微小点灯時における電圧が曲線的に
増加する例を示し、これら微小点灯時における電圧曲線
Ｎの具体的波形と前記動作曲線Ｍの具体的波形との組合
せＦｉ第４図〜第７図に示した例以外に適宜選択するこ
とができる。

ここで微小点灯状態おいて白熱電球１に流す微小筒１流
の大きさは白熱電球１の例えば本点灯時に流れる電流の
大きさに基いて定めることができるが、この微小点灯か
ら本点灯へ移行するときに流れる突入電流の大きさが本
点灯時に流れる電流の約４倍程度以下となるよう釦微小
電流の大きさを定めることが好ましく、具体的には白熱
電球１のフィラメントコイルの材質がタングステンよシ
成る場合（（は、本点灯時にはそのフィラメントコイル
の温度が２５００’に程度となるので、タングステンの
抵抗の温度係数を考慮すれば微小点灯時におけるフィラ
メントコイルの温度が約８００〜１１００°に程度とな
るような微小電流を流すようにすればよい。

更に具体的に説明すると、例えば第８図において曲線Ｑ
ｉで示す電圧・電流特性及び曲線Ｑ２で示すフィラメン
トコイルの抵抗特性を有する〕・ロゲン白熱電球（定格
消費電力２１５０Ｗ）を用いた照射加熱炉において、第
４図に示した方形波で表わされる動作曲線Ｍにおいてそ
のピーク値が１８０ｖである’３Ｆ１１動作曲線Ｍに沿
って動作せしめて本点灯せしめる場合には、本点灯時に
は約１１．７Ａの電流が流れ、このときのフィラメント
コイルの抵抗値は約１５．４Ωとなる。そこでこの本点
灯に先行して微小電流を流して微小点灯せしめるために
白熱電球に加える電圧の大きさは、フィラメントコイル
の抵抗値が本点灯時における抵抗値（約１５．４Ω）の
約にの値（約３．８４Ω）以上となるような値（この場
合には約１（１５Ｖ）とすればよく、このような大きさ
の電圧によって微小電流を流して微小点灯せしめるよう
Ｋすれば、微小点灯から本点灯へ移行せしめる際に瞬時
に動作曲線Ｍのピーク電圧（１８０Ｖ）を印加せしめて
もこのとき流れる突入電流の大きさは４６．８　（１８
０÷３．８４　）Ａ程度であシ、本点灯時陀流れる電流
（１１，７Ａ）の４倍程度となる。

以上忙おいて９本点灯状態とけ、加熱処理に必要とされ
る予め設定された発光出方で点灯される状態をいい、必
ずしも白熱電球１がその定格電力で点灯されることを表
わすものではない〇そ（−てこのような加熱処理が終了
した後、移送台１３を照射加熱炉外へ搬出し、引渡位置
１９において加熱処理済の被処理物を取除き、再び元の
受取（ｉｔｌｆ＋７まで搬送する。このようにして−の
被処理物の加熱処理工程が終了したら、次の被処理物が
受取位置１７において移送台１３に保持され上述と全く
同一の方法で加熱処理を行なう。

ここで前記動作曲線に沿って動作された白熱電球１０当
該動作終了後から次の加熱処理工程における微小点灯状
態に至るまでの開は、微ＩＪｓ点灯状態としておくか、
或いは一旦消灯せしめておいてもよい。

このような運転方法によれば、各被処理物加熱工程にお
いて、白熱電球１を常に一定の動作曲線に沿って動作せ
しめるため、被処理物の加熱処理の度毎に、照射加熱炉
内における白熱電球ｌの光照射状態を全く同一の状態と
することができ、このため被処理物の加熱処理を常に同
一の条件下で行なうことができ、この結果加熱処理後の
被処理物の品質が均一なものとなって信頼性の旨い加熱
処理を行なうことができる。そして白熱電球１を一定の
動作曲線に沿って動作せしめて本点灯状態に移行せしめ
る前に、白熱電球１に微小電流を流して微小点灯せしめ
ているため、この微小点灯状態において白熱電球１のフ
ィラメントコイルはある程度温度が高くその抵抗値が消
灯時に比して大きくなっておシ、このためこの微、Ｊ＼
点灯状態から本点灯状態へ移行せしめるときに流れる突
入電流が小さく抑制され、従ってフィラメントコイルの
材質に部分的に素線径の小さｂ個所があってその個所が
他の部分よシも高温になってもその程度が小さくなって
フィラメントコイルの損耗が小さく抑制され、この結果
白熱電球の使用寿命を長いものとすることができる。そ
して白熱電球１は加熱処理中のみ本点灯状態とされるた
め、白熱電球の使用寿命を長くするため釦微小点灯せし
める期間があるとはいうものの微小点灯に要する消費電
力が小さいことから徒費される電力を大きくすることが
防止される。

因みに、定格消費電力２１５０Ｗ（定格電圧１８０ｖ、
定格電流１２Ａ）のハロゲン白熱電球を用いた照射加熱
炉において当該白熱電球を定格電圧及び定格電流で連続
点灯せしめた場合に約２０００時間の使用寿命（但し、
ここで使用寿命とは明るさが初期の明るさの９５％程度
となる時期をいう）を有するが、この同じ照射加熱炉に
おいて白熱電球を点灯条件を変えて、例えば１０秒間の
定格点灯と、これに続く１５秒間の元金消灯との点灯及
び消灯を繰返して運転した場合には、その使用寿命が大
幅に小さくなり約１０００〜１５００時間でフィラメン
トコイルが焼断してしまう。ところが、この同じ照射加
熱炉において白熱電球を本発明方法に従って例えば１０
秒間の定格点灯と、これに続いて定格電流の約にの電流
値の電流を１５秒間流す微小点灯とを繰返して運転した
場合にはその使用寿命は連続点灯せしめた場合と同様に
約２０００時間であシ、使用寿命の短縮化を招くことは
なかった。

以上の実施例において用いられた照射加熱炉は、その移
送機構において移送台１３を一方の開口１５から他方の
開口１６へ通過せしめるようにしているが、例えば移送
台１３を何れか一方の開口から搬入及び搬出するように
してもよい。

以上において、被処理物の主に周辺を加熱するための補
助加熱源が例えば移送台１３に設けである場合には、白
熱電球１の点灯動作に連動して一定の加熱状態が繰返さ
れるように補助加熱源を動作せしめればよい。

以上説明したように本発明は、白熱電球を光照射源とす
る照射加熱炉の運転方法において、被処理物を照射加熱
炉内に搬入せしめる当該搬入に同期して白熱電球を一定
の動作曲線に沿って動作せしめて被処理物を光照射して
加熱する被処理物加熱工程を含み、前記白熱電球を前記
動作曲線に沿って動作せしめる当該動作に先行して当該
白熱電球に微小電流を流して微小点灯せしめることを特
徴とする照射加熱炉の運転方法であるから、被処理物の
加熱処理を常に同一の条件下において繰返して行なう仁
とができ、しかも光照射源である白熱電球の徒費電力を
大きくすることなく白熱電球の使用寿命を長くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は照射加熱炉の構成の一例を示す説明用断面図、
第２図は白熱電球及びミラーについての横方向から見た
説明用断面図、第３図は移送機構を模式的に示す説明図
、第４図〜第７図はそれぞれ白熱電球の本点灯時におけ
る動作曲線及び微小点灯時における電圧曲線の例を示す
説明用線図、第８図はハロゲン白熱電球の電圧・電流特
性及び当該白熱電球のフィラメントコイルの抵抗特性の
一例を示す曲線図である。 ■−・・白熱電球　　　　　２・・・照射空間３．４・
・・支持具　　　　５，６・・・側方ミラー７．８・・
・主ミラー　　　Ｗ・・・導水路９．１０・・・風路部
材　　　１１・・・送風器１２・・・排風器　　　　　
１３・・・移送台１４・・・移送機構　　　　１５．１
６川開ロ１７・・・受取位置　　　　１８・・・処理位
置１９−・・引渡位置 第８図 手続補正書　輸発） 昭和５８年７月４　日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １　事件の表示 昭和　５７年　　　特許願第　１４９０５５６２、発明
の名称　　　照射加熱炉の運転方法３、　補正をする者 事件との関係　　＠−討、法要りん ４、代理人 ５、　補正命令の日付

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ）白熱電球を光照射源とする照射加熱炉の運転方法に
   おいて、被処理物を照射加熱炉内に搬入せしめる当該搬
   入に同期して白熱電球を一定の動作曲線に沿つて動作せ
   しめて被処理物を光照射して加熱する被処理物加熱工程
   を含み、前記白熱電球を前記動作曲線に沿って動作せし
   める当該動作に先行して当該白熱電球に微小電流を流し
   て微小点灯せしめることｆ：特徴とする照射加熱炉の運
   転方法。