JPS627475B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は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ための装置のうち、ラ
ンプよりの放射光を被加熱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 ランプよりの放射光による非接触加熱である
ので、被加熱物を汚染することがない。

３ 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。

４ 直接通電路、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、プラスチツク成型、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、更にはシリコンウエハーの表層を窒
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、高周波炉等に代わつて、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、被加熱物を汚染し或いは電気的に悪影響
を与えることがないこと、消費電力が小さいこと
等の利点があるからである。

以上のように照射加熱炉は種々の特長を有し、
広く産業界において用いられているが、従来の照
射加熱炉においては、被加熱物の全体を均一であ
つてしかも所要の高温にまで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
等より成る封体を具えた、点光源又は線光源を形
成するものであつて単独では二次元的な広がりを
もつた面光源を形成することはできず、従つて被
加熱物の一部分を均一に加熱することはできて
も、被加熱物全体を均一であつてしかも所要の高
温にまで加熱することができない。

本発明は以上の如き事情に基いてなされたもの
であつて、被加熱物の形状に拘らず被加熱物を均
一に若しくは所望の温度分布でしかも全体を確実
に所要の高温にまで加熱することができ、ランプ
の使用寿命の長い新規な照射加熱炉を提供するこ
とを目的とし、その特徴とするところは、各々反
射鏡の前面において複数のランプを並置して成る
面光源ユニツトの複数を、加熱空間を囲むよう上
下に伸びる軸に沿つて配設し、隣接する面光源ユ
ニツトに係る反射鏡の互いに隣接する側縁を保持
具により互いに連結して成る多面状光源を有し、 前記ランプの各々は、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ト
を当該封体の管軸に沿つて設けて成り、且つ前記
上下に伸びる軸に対して直角方向に伸びるよう配
置されると共にその両端の封止部が前記保持具を
越えて加熱空間の外部に位置され、 隣接する面光源ユニツトに係るランプは互いに
異なるレベルに位置され、 各面光源ユニツトにおけるランプは複数のグル
ープに分けられ、このグループ別に供給される電
力を調整する電力調整機構を設けた点にある。

以下図面によつて本発明装置を蒸着法に適用す
る場合の一実施例について説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る照
射加熱炉の構成を示し、この実施例において、１
は被加熱物が位置される加熱空間Ｓを囲むよう棒
状管形ハロゲンランプなどのランプＬにより形成
された例えば筒状の多面状光源であり、この多面
状光源１は、第３図に詳しく示すように、ランプ
Ｌの複数がランプ軸方向が同一となるように並ん
で配置されて形成された面光源ユニツト１０の複
数（この例においては５個）が、それぞれ加熱空
間Ｓの上方及び四側方に配置されて、上下に伸び
る軸Ｐに沿つた下端開口の四角筒状に形成されて
いる。これらの面光源ユニツト１０は、各ランプ
Ｌが前記軸Ｐに対して直角方向に伸びるよう組合
されている。ここで直角方向とは厳密な直角のみ
を意味するものではなく直角若しくはほぼ直角を
含む概念である。即ちランプＬだけを見た場合に
各ランプＬは井桁状に上下方向に伸びるよう配置
され、各ランプＬの両端における封止部５２，５
２は加熱空間Ｓ外に突出して伸びており、この封
止部５２，５２は後述する保持具１４により各ラ
ンプＬが互に当該封止部５２，５２を照射しない
よう遮蔽されている。各々の面光源ユニツト１０
において、各ランプＬの背後にはアルミニウム製
でその反射面が金メツキにより形成された反射鏡
１１が配置され、この反射鏡１１には各ランプＬ
と対向する面にランプＬの軸方向に沿つて伸びる
配光用凹面反射部１２が設けられている。この凹
面反射部１２の中央には長さ方向に沿つて伸び、
反射鏡１１の背壁において外部空間と連通する空
気流通部１３が形成されている。１４は面光源ユ
ニツト１０の各々を連結しこれらを保持する保持
具であり、第２図から明らかなように、この保持
具１４には、互いに隣接する面光源ユニツトに係
る反射鏡１１，１１の互いに隣接する側縁が接続
されて互いに一体的に連結され、また隣接する面
光源ユニツト１０，１０に係るランプＬは、その
両端の封止部５２，５２が確実に前記保持具１４
を越えて加熱空間Ｓの外部に位置されるよう、互
いに異なるレベルに位置されて当該保持具１４に
よつて保持されている。上方の面光源ユニツト１
０には保持具１４に一体的に連結された、反射鏡
１１の側壁及び背壁を取囲む導風部材１５により
導風路Ｗが形成され、この導風部材１５の上部開
口には排気用フアン１６が取付けられている。１
７は導風部材１５の下底部に設けた空気流通孔で
ある。１８は多面状光源１の下端開口を塞ぐと共
に多面状光源１を支持する支持底板であり、この
支持底板１８には図示はしていないが被加熱物出
入口が設けられており、そしてこの支持底板１８
の中央には蒸着用ガス出入口１９が設けられてい
る。そして前記多面状光源１において、図示はし
ていないが各反射鏡１１を冷却するための水冷機
構が設けられている。

前記ランプＬの具体的構造の一例を挙げると、
第４図に示すように、石英ガラス製の管形の封体
５１と、この封体５１の両端における封止部５
２，５２内に封着された金属箔５３，５３と、こ
の金属箔５３，５３よりそれぞれ封体５１外に伸
びる外部リード５４，５４と、前記金属箔５３，
５３よりそれぞれ封体５１内に伸びる内部リード
５５，５５と、これら内部リード５５，５５間に
接続され封体５１の管軸に沿つて配設されたフイ
ラメント５６と、フイラメントサポータ５７とよ
り成り、前記フイラメント５６は、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。そして封体５１内にはハロゲ
ンガスが封入されている。

３はランプＬを駆動するための電源部であり、
この電源部３には、ランプＬを複数のグループ別
に分け、このグループ別に供給する電力を調整す
る電力調整機構が設けられている。

２は加熱空間Ｓを外部雰囲気から区画するため
に設けられた例えば石英製の透明な区画材であ
り、この区画材２は多面状光源１に近接して配置
され、ランプＬの冷却風を案内する機能をも兼備
している。即ち、排気用フアン１６を回転させる
と、四側方に配置された面光源ユニツト１０の空
気流通部１３を通つて外部空間から空気が導入さ
れ、この空気が凹面反射部１２からランプＬの周
囲を通つて区画材２の外壁面に沿つて上方に流
れ、その一部は導風部材１５の空気流通孔１７か
ら導風路Ｗに流れ、他は上方の面光源ユニツト１
０のランプＬの周囲を通つて凹面反射部１２から
空気流通部１３を介して導風路Ｗに流れる。

４は被加熱物として加熱空間Ｓ内に上下に伸び
る軸Ｐと同軸に配置された例えばステンレス製の
両端開口の円筒状の蒸着用基板であり、この基板
４はその下端において支持底板１８に設けられた
支持台２０により支持されている。

以上の実施例において具体的数値例の一例を挙
げると、ランプＬは外径が10mm、全長が260mmで
あり、上方の面光源ユニツト１０には消費電力約
400WのランプＬが８本配置され、四側方の面光
源ユニツト１０の各々には消費電力約500Wのラ
ンプＬが12本配置されている。区画材２は外径が
200mm、厚さが３mmである。反射鏡１１において
は、凹面反射部１２の幅が20mm、長さが190mm
で、これら凹面反射部１２は22mmの間隔で並んで
いる。そして基板４は温度約760℃に加熱される
ようになつている。排気用フアン１６による排気
量は最大で10m³／分である。

上記構成の照射加熱炉において、蒸着法による
薄膜の形成が例えば次のようにして行なわれる。
即ち蒸着用ガス出入口１９から例えば反応ガスと
してテトラエトキシシランガスを加熱空間Ｓ内に
導入してこのガスを基板４の上部から外周壁に沿
つて流過せしめながら多面状光源１よりの光を基
板４に照射して当該基板４を加熱する。この基板
４の熱により基板４上の反応ガス即ちテトラエト
キシシランが熱分解してシリコン原子及び酸素原
子等が遊離し、このシリコン原子及び酸素原子が
基板４の外周壁に付着堆積するようになつて当該
基板４上に酸化シリコンの薄膜が形成される。因
みに上述の照射加熱炉によれば基板４上に酸化シ
リコンの薄膜を200Å／分の成長速度で±10％以
内の均一な膜厚の薄膜を形成することができた。

以上の実施例によれば、多面状光源１はその上
部及び四方側部において、ランプＬの複数が高密
度に並んで配置されているため、単独ではランプ
Ｌは線光源を形成するものであるが、加熱空間Ｓ
内における被加熱物に対してはランプＬの複数に
より事実上面光源が形成されることとなり、しか
もこの面光源が被加熱物の周囲全体に亘つて形成
されているため、どんな形状の被加熱物に対して
もその全体をむらなく光照射せしめることができ
るので、被加熱物の形状に拘らず被加熱物の全体
を確実に所要の高温にまで加熱することができ
る。そして各ランプＬは上下に伸びる軸Ｐに直角
方向即ち水平方向に伸びるように位置されている
ため、ランプＬとしてその封体５１内にハロゲン
ガスが封入されたハロゲンランプを支障なく用い
ることができ、このハロゲンランプは小型で高出
力のものを容易に製造することができるので、装
置全体として小型で高出力のものとすることがで
きる。これに対しハロゲンランプをその管軸が上
下に伸びるよう配置して使用した場合にはハロゲ
ンサイクルが部分的にかたよつて均等に行なわれ
ないためランプ寿命が早期に尽きてしまう問題が
生ずる。

そして各ランプＬが既述のように部分発光型の
ものであるので、ランプＬの管軸方向における発
光強度分布を自在に設定でき、従つて、多面状光
源１において、被加熱物の水平方向における光照
射強度を調整されたものとすることができ、この
結果被加熱物の水平方向における加熱温度を厳密
に均一若しくは所望の温度分布とすることができ
る。

そして電力調整機構により各ランプＬに供給す
る電力をグループ別に調整することにより、各ラ
ンプＬの並ぶ方向即ち上下方向における発光強度
分布を自在に設定できるので、多面状光源１にお
いて、被加熱物の上下方向における光照射強度を
調整されたものとすることができ、この結果被加
熱物の上下方向における加熱温度をも厳密に均一
若しくは所望の温度分布とすることができる。

そして各ランプＬの封止部５２，５２は加熱空
間Ｓ外に突出して位置され、保持具１４により各
ランプＬから封止部５２，５２に向かう光を遮蔽
しているので、封止部５２，５２が高温に加熱さ
れて損傷するということがなく、ランプＬの寿命
の短縮化が防止され、長い使用寿命が得られる。

そして区画材２を設けて加熱空間Ｓの雰囲気を
ランプ冷却風と隔離することにより、被加熱物の
加熱状態を乱すことがなく安定した加熱を行なう
ことができ、またこの区画材２が既述のようにラ
ンプ冷却風を案内する機能を兼備している場合に
は、他に特別な冷却風路を形成する必要がないの
で便利である。

以上本発明の一実施例を蒸着法に適用する場合
について説明したが、本発明は上述の実施例に限
定されず種々変更を加えることができる。例えば
被加熱物は多種多様のものを自由に選択すること
ができ、種々の分野の加熱処理に適用できる。そ
して多面状光源１の形状は四角筒状の他五角以上
の筒状としてもよく、或いは筒状とせず一部が開
口していてもよい。また場合によつては上方の面
光源ユニツト１０は省略してもよい。或いは下方
に面光源ユニツト１０を配置して上方から被加熱
物の出し入れを行なうように構成してもよい。ま
たランプＬとしてはハロゲンランプ以外のランプ
を使用してもよい。

以上のように本発明は、各々反射鏡の前面にお
いて複数のランプを並置して成る面光源ユニツト
の複数を、加熱空間を囲むよう上下に伸びる軸に
沿つて配設し、隣接する面光源ユニツトに係る反
射鏡の互いに隣接する側縁を保持具により互いに
連結して成る多面状光源を有し、 前記ランプの各々は、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ト
を当該封体の管軸に沿つて設けて成り、且つ前記
上下に伸びる軸に対して直角方向に伸びるよう位
置されると共にその両端の封止部が前記保持具を
越えて加熱空間の外部に位置され、 隣接する面光源ユニツトに係るランプは互いに
異なるレベルに位置され、 各面光源ユニツトにおけるランプは複数のグル
ープに分けられ、このグループ別に供給される電
力を調整する電力調整機構を設けたことを特徴と
する照射加熱炉であるから、被加熱物の形状に拘
らず被加熱物を均一に若しくは所望の温度分布で
しかも全体を確実に所要の高温にまで加熱するこ
とができ、ランプの使用寿命の長い新規な照射加
熱炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明照射加熱炉
の一実施例の概略を示す説明用縦断側面図及び説
明用横断平面図、第３図は面光源ユニツトの一例
を示す説明図、第４図はランプの構成の一例を示
す説明図である。 Ｓ……加熱空間、１……多面状光源、Ｌ……ラ
ンプ、１０……面光源ユニツト、１１……反射
鏡、１２……凹面反射部、１３……空気流通部、
１４……保持具、１５……導風部材、Ｗ……導風
路、１６……排気用フアン、１７……空気流通
孔、１８……支持底板、１９……蒸着用ガス出入
口、２……区画材、４……基板、２０……支持
台、５１……封体、５２……封止部、５３……金
属箔、５４……外部リード、５５……内部リー
ド、５６……フイラメント、５７……フイラメン
トサポータ、Ｎ……非発光部、Ｒ……発光部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々反射鏡の前面において複数のランプを並
   置して成る面光源ユニツトの複数を、加熱空間を
   囲むよう上下に伸びる軸に沿つて配設し、隣接す
   る面光源ユニツトに係る反射鏡の互いに隣接する
   側縁を保持具により互いに連結して成る多面状光
   源を有し、 前記ランプの各々は、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ト
   を当該封体の管軸に沿つて設けて成り、且つ前記
   上下に伸びる軸に対して直角方向に伸びるよう位
   置されると共にその両端の封止部が前記保持具を
   越えて加熱空間の外部に位置され、 隣接する面光源ユニツトに係るランプは互いに
   異なるレベルに位置され、 各面光源ユニツトにおけるランプは複数のグル
   ープに分けられ、このグループ別に供給される電
   力を調整する電力調整機構を設けたことを特徴と
   する照射加熱炉。