(57)【要約】【課題】５０φ程度の中面積の円板状材料を高速昇温、均一な温度分布で加熱処理できる新規な面加熱型赤外線放射加熱装置を提供する。【解決手段】複合型反射ミラー１及び赤外線ランプ４から構成され、複合型反射ミラー１は中空の円錐状反射ミラー２と円筒状反射ミラー３とを組み合わせてなっており、赤外線ランプ４から放射される赤外線が、直進光と、円錐状反射ミラー２で反射される反射光と、円筒状反射ミラー３で反射される斜反射光とを含み、加熱物１６を照射加熱するようにしてある。【選択図】    図１
2004303672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合型反射ミラー及び赤外線ランプから構成され、複合型反射ミラーは中空の円錐状反射ミラーと円筒状反射ミラーとを組み合わせてなっており、赤外線ランプから放射される赤外線が、直進光と、円錐状反射ミラーで反射される反射光と、円筒状反射ミラーで反射される斜反射光とを含み、加熱物を照射加熱するようにしてある面加熱型赤外線放射加熱装置。
【請求項２】
上記複合型反射ミラーの下部に円板状均熱機構を設置し、赤外線ランプより直進放射された赤外線と水平方向に放射し円錐状反射ミラーで反射した赤外線の放射強度を均一化して加熱物を照射し、加熱物全体を略均一に加熱するようにしてある上記請求項１に記載の面加熱型赤外線放射加熱装置。
【請求項３】
上記円板状均熱機構が、周囲が薄い透明支持板であり、この透明支持板に支持された透明支持板より厚みのある中央部均熱円板からなっている上記請求項２に記載の面加熱型赤外線放射加熱装置。
【請求項４】
上記複合型反射ミラーの下方に、上部に透明円板を設けた真空チャンバーを配置し、この真空チャンバー中に加熱物を入れ、上記赤外線ランプから放射した赤外線が上記透明円板を透過し加熱物を照射して加熱物全体を略均一な温度分布に加熱するようにしてある上記請求項１〜３の何れかに記載の面加熱型赤外線放射加熱装置。
【請求項５】
上記真空チャンバー内に、上記透明円板に固着して透明円柱を設けてある上記請求項４に記載の面加熱型赤外線放射加熱装置。
【請求項６】
上記請求項１〜５の何れかに記載の面加熱型赤外線放射加熱装置を上記真空チャンバーの上部及び下部の両方に取り付け、加熱物の上面及び下面の両面から赤外線を照射し加熱物全体を均一な温度分布に昇温加熱するようにしてある面加熱型赤外線放射加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中面積の円板状材料を高速に、均一な温度分布で加熱処理する面加熱型赤外線放射加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の面加熱型赤外線放射加熱装置は、複合型反射ミラー及び赤外線ランプから構成されており、複合型反射ミラーは中空の放物面状反射ミラーと円筒状反射ミラーとを組み合わせてなっており、該放物面状反射ミラーの焦点に赤外線ランプを設置し、該赤外線ランプから加熱物に赤外線を照射し、赤外線ランプから照射される赤外線が、直進光と、放物面状反射ミラーで反射される反射光と、円筒状反射ミラーで反射される斜反射光とを含み、加熱物を加熱することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−８２５８９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン、炭化珪素等の良質な半導体材料の開発には、クリーンな雰囲気中で半導体材料を高速昇温、均一な温度分布で加熱処理することがきわめて重要である。上記公知の従前装置でも、半導体材料を高速昇温、均一な温度分布で加熱処理することができるが、１０φ程度の小面積の円板状材料までしか加熱処理できないという課題がある。
本発明は、この課題に鑑み、５０φ程度の中面積の円板状材料を高速昇温、均一な温度分布で加熱処理できる新規な面加熱型赤外線放射加熱装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
そのために、本発明面加熱型赤外線放射加熱装置は、複合型反射ミラー及び赤外線ランプから構成され、複合型反射ミラーは中空の円錐状反射ミラーと円筒状反射ミラーとを組み合わせてなっており、赤外線ランプから放射される赤外線が、直進光と、円錐状反射ミラーで反射される反射光と、円筒状反射ミラーで反射される斜反射光とを含み、加熱物を照射加熱するようにしてある。
本発明によれば、複合型反射ミラーに中空の円錐状反射ミラーと円筒状反射ミラーとを組み合わせて、赤外線ランプから放射される赤外線を直進光と、円錐状反射ミラーで反射される上記直進光と平行する反射光と、円筒状反射ミラーで反射される斜反射光とによって、５０φ程度の中面積の円板状材料を高速で昇温し、加熱処理できる。
【０００６】
また、本発明は、上記複合型反射ミラーの下部に円板状均熱機構を設置し、赤外線ランプより直進放射された赤外線と水平方向に放射し円錐状反射ミラーで反射した赤外線の放射強度を均一化して加熱物を照射し、加熱物全体を略均一に加熱するようにしてある。
本発明によれば、複合型反射ミラーの下部に円板状均熱機構を設置し、赤外線ランプより直進放射された赤外線と、赤外線ランプから水平方向に放射し円錐状反射ミラーで反射した赤外線の放射強度を均一化して、加熱物を照射し、加熱物全体を略均一に加熱するようにしてあるから、５０φ程度の中面積の円板状材料を高速度でしかも略均一な温度分布で昇温し、加熱処理できる。
【０００７】
さらに、本発明は、上記円板状均熱機構が、周囲が薄い透明支持板であり、この透明支持板に支持された透明支持板より厚みのある中央部均熱円板からなっているものである。
本発明によれば、円板状均熱機構を、周囲が薄い透明支持板であり、この透明支持板に支持された、この透明支持板より厚みのある中央部均熱円板により構成してあるから、中央部均熱円板を透過する赤外線の照射強度を弱めて周囲の薄い透明支持板を透過する赤外線の照射強度と略均一化し、加熱物全体の加熱を略均一化し、５０φ程度の中面積の円板状材料を高速度で略均一な温度分布で昇温し、加熱処理できる。
【０００８】
また、本発明では、上記複合型反射ミラーの下方に、上部に透明円板を設けた真空チャンバーを配置し、この真空チャンバー中に加熱物を入れ、上記赤外線ランプから放射した赤外線が上記透明円板を透過し加熱物を照射して加熱物全体を略均一な温度分布に加熱するようにしてある。
本発明では、真空チャンバー中に加熱物を入れ、この真空チャンバー内で加熱物を照射して加熱物全体を略均一な温度分布に加熱するから、加熱効率を高め、高速でクリーンな雰囲気中で加熱物全体を加熱できる。
【０００９】
さらに、本発明では、上記真空チャンバー内に、上記透明円板に固着して透明円柱を設けてあるものである。
本発明では、真空チャンバー内に、上記透明円板に固着して透明円柱を設けてあるから、赤外線ランプから放射される斜照射光あるいは円筒状反射ミラーで反射される斜反射光を透明円柱の外壁内面で全反射し、赤外線ランプからの赤外線を加熱物の外側に放射せず、直進光と共に加熱物を照射し、加熱物全体の加熱を均一化し、加熱効率を高めて、高速で均一な温度分布で昇温し、クリーンな雰囲気中で加熱処理できる。
【００１０】
また、本発明では、上記請求項１〜５の何れかに記載の面加熱型赤外線放射加熱装置を上記真空チャンバーの上部及び下部の両方に取り付け、加熱物の上面及び下面の両面から赤外線を照射し加熱物全体を均一な温度分布に昇温加熱するようにしてある。
本発明では、加熱物の上面、下面の両方から赤外線を照射し加熱物全体を均一な温度分布に昇温加熱するから、きわめて高速にかつ高効率に加熱処理できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。図中符号１が複合型反射ミラーで、これは上部に位置する中空の円錐状反射ミラー２とこの円錐状反射ミラー２に連設する中空の円筒状反射ミラー３とを組み合わせて構成してある。そして円錐状反射ミラー２の中心部に赤外線ランプ４を設けてある。
この複合型反射ミラー１は、後述する円筒状真空チャンバー５の上部蓋６上に固定してある。この円筒状真空チャンバー５の上部蓋６には透孔窓７を設け、この透孔窓７位置に透明円板８をＯリング３１により真空シールし押えリング１３により固設してある。この透明円板８がＯリング３１により真空シールし押えリング１３により固設された透孔窓７の直径は上記複合型反射ミラー１の円筒状反射ミラー３の内径と等しくしてあり、赤外線ランプ４からの赤外線が透孔窓７の透明円板を透過して後述する加熱物を照射するようにしてある。
【００１２】
赤外線ランプ４から放射される赤外線は、赤外線ランプ４から直接照射される直進光と、赤外線ランプ４から直接照射される斜照射光と、円錐状反射ミラー２で反射される反射光と、円筒状反射ミラー３で反射される斜反射光とを含む。円錐状反射ミラー２で反射される反射光は大部分が赤外線ランプ４から直接照射される直進光と平行する直進光となり、中面積の円板状材料からなる加熱物を照射する。
上記の通り複合型反射ミラー１は、真空チャンバー５の上部蓋６に固定してあるが、複合型反射ミラー１と真空チャンバー５の上部蓋６との間に円板状均熱機構９を設けてある。この円板状均熱機構９は、周囲が薄い透明支持板１０であり、この透明支持板１０に支持された透明支持板１０より厚みのある中央部均熱円板１１からなっており、この円板状均熱機構は、その薄い透明支持板１０の周囲を複合型反射ミラー１の円筒状反射ミラー２の下部と真空チャンバー５の上部蓋６との間に挟持して支持してある。
【００１３】
上記の通り、円筒状反射ミラー２の下部と真空チャンバー５の上部蓋６との間に円板状均熱機構９の薄い透明支持板１０の周囲を挟持するために、上記上部蓋６に透明円板８を押えて固定する押えリング１３を設けてあり、この押えリング１３上に薄い透明支持板１０の周囲を挟持してある。
また、真空チャンバー５の上部蓋６は、真空チャンバー５に着脱自在としてあり、複合型反射ミラー１を上部蓋６上に固定したまま、この上部蓋６を真空チャンバー５から離脱して真空チャンバー５の上部を開放し、この開放部から後述する加熱物１６を出し入れできるようにしてある。
【００１４】
上記真空チャンバー５の上部蓋６にＯリング３１により真空シールし押えリング１３により固設した透明円板８には、真空チャンバー５内に位置付けられる透明円柱１２を固着してある。
真空チャンバー５の下方には、上方の複合型反射ミラー１と赤外線ランプ４及び円板状均熱機構９と対称的に下方の複合型反射ミラー１と赤外線ランプ４及び円板状均熱機構９を設けてある。そのために、真空チャンバー５の底板１５には上記蓋６と全く同様に透孔窓７を設け、透明円板８を押えリング１３で固定してあり、透明円板８には真空チャンバー５内に位置付けられる透明円柱１２を固着してある。
また、真空チャンバー５内には加熱物１６を載置する加熱物載置台１４を設けてある。この加熱物載置台１４は中央に透孔１７を設け、この透孔１７の縁に加熱物１６を載置するようにしてある。
さらに、複合型反射ミラー１中には複合型反射ミラー１を冷却するための冷却水を流すようにしてあり、冷却水入口１８から冷却水を送り込み、冷却水出口１９から冷却水が出てゆくようにしてある。
【００１５】
図３に本発明面加熱型赤外線放射加熱装置の外観図を示してある。図に示すように本発明面加熱型赤外線放射加熱装置は支持架台２０に支持されている。具体的には支持架台２０の上部水平台２１の中央に真空チャンバー５を支持し、下方の複合型反射ミラー１を下向きに支持させてある。
上記上部水平台２１上に少なくとも２本の螺子軸２２，２２を起立させ、夫々の螺子軸２２，２２を回転自在にしてある。夫々の螺子軸２２，２２に螺子２３，２３を形成してあり、何れかの螺子軸２２の下端にベベルギヤー２４を固着し、上部水平台２１上に軸支台２５を設け、この軸支台２５に回転自在に軸支した水平軸２６にベベルギヤー２４を設け、これらベベルギヤー２４，２４を噛合せて水平軸２６に設けた操作ハンドル２７を回転することにより螺子軸２２を回転するようにしてある。２本の螺子軸２２，２２は、同期作動するようにその上端でエンドレスチェーン２８により連繋してある。
【００１６】
上記夫々の螺子軸２２の螺子２３，２３には、雌螺子２９，２９を螺合してあり、真空チャンバー５の上部蓋６に固設した連結支持板３０に上記雌螺子２９を連結してある。この構成により、螺子軸２２，２２を回転して雌螺子２９，２９を上下動し、真空チャンバー５の上部蓋６と上方の複合型反射ミラー１を上下動し、真空チャンバー５の上部蓋６を開閉するようにしてある。
【００１７】
上記の通りの構成からなる本発明面加熱型赤外線放射加熱装置で加熱物１６を加熱する場合には、上記した通り真空チャンバー５の上部蓋６を開放し、加熱物載置台１４に加熱物１６を載置する。その後上部蓋６を下降して閉じ、真空チャンバー５内の空気を真空ポンプにより排気し、真空チャンバー５内を真空とする。しかる後赤外線ランプ４を点灯して赤外線を放射する。この赤外線ランプ４から放射される赤外線は、赤外線ランプ４から加熱物１６に直進する直進光と、赤外線ランプ４から加熱物１６に直接照射される斜照射光と、円錐状反射ミラー２で反射されて加熱物１６に照射される直進光と斜照射光と、さらに円筒状反射ミラー３で反射される斜反射光とを含む。
【００１８】
上記の通りからなる赤外線照射光の放射強度分布は、中心部が強く、外周部は弱くなり、図２のａのようになる。そこで本発明装置では、複合型反射ミラー１と真空チャンバー５の上部蓋６に設けた透明円板８との間に設けた円板状均熱機構９により、中心部の赤外線を吸収し、全体の赤外線強度分布は図２のｂのような近似台形状になる。さらに本発明装置では、真空チャンバー５内の透明円柱１２によって、この透明円柱１２の外壁内面で全反射する照射光によって、加熱物１６の周囲を加熱し、加熱物への赤外線強度分布は図２のｃのような台形状となり、中面積の円板状加熱物をその全面に亘って等しく加熱することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明面加熱型赤外線放射加熱装置は、複合型反射ミラー及び赤外線ランプから構成され、複合型反射ミラーは中空の円錐状反射ミラーと円筒状反射ミラーとを組み合わせてなっており、赤外線ランプから放射される赤外線が、直進光と、円錐状反射ミラーで反射される反射光と、円筒状反射ミラーで反射される斜反射光とを含み、加熱物を照射加熱するようにしてあるから、赤外線ランプから放射される赤外線を直進光と、円錐状反射ミラーで反射される上記直進光と平行する反射光と、円筒状反射ミラーで反射される斜反射光とによって、５０φ程度の中面積の円板状材料を高速で昇温し、加熱処理できる。
【００２０】
また、本発明は、上記複合型反射ミラーの下部に円板状均熱機構を設置し、複合型反射ミラーと赤外線ランプより直進放射された赤外線と水平方向に放射し円錐状反射ミラーで反射した赤外線の放射強度を均一化して加熱物を照射し、加熱物全体を略均一に加熱するようにしてあるから、５０φ程度の中面積の円板状材料を高速度でしかも略均一な温度分布で昇温し、加熱処理できる。
【００２１】
さらに、本発明は、上記円板状均熱機構が、周囲が薄い透明支持板であり、この透明支持板に支持された透明支持板より厚みのある中央部透明円板からなっているものであるから、中央部透明円板を透過する赤外線の照射強度を弱めて周囲の薄い透明支持板を透過する赤外線の照射強度と略均一化し、加熱物全体の加熱を略均一化し、５０φ程度の中面積の円板状材料を高速度で略均一な温度分布で昇温し、加熱処理できる。
【００２２】
また、本発明では、上記複合型反射ミラーの下方に、上部に透明円板を設けた真空チャンバーを配置し、この真空チャンバー中に加熱物を入れ、上記赤外線ランプから放射した赤外線が上記透明円板を透過し加熱物を照射して加熱物全体を略均一な温度分布に加熱するようにしてあるから、加熱効率を高め、高速でクリーンな雰囲気中で加熱物全体を加熱できる。
【００２３】
さらに、本発明では、上記真空チャンバー内に、上記透明円板に固着して透明円柱を設けてあるものであるから、赤外線ランプから直接照射される斜照射光あるいは円筒状反射ミラーで反射される斜反射光を透明円柱の外壁内面で全反射し、赤外線ランプからの赤外線を加熱物の外側に放射せず、直進光と共に加熱物を照射し、加熱物全体の加熱を均一化し、加熱効率を高めて、高速で均一な温度分布で昇温し、クリーンな雰囲気中で加熱処理できる。
【００２４】
また、本発明では、上記請求項１〜５の何れかに記載の面加熱型赤外線放射加熱装置を上記真空チャンバーの上部及び下部の両方に取り付け、加熱物の上面及び下面の両面から赤外線を照射し加熱物全体を均一な温度分布に昇温加熱するようにしてあるから、きわめて高速にかつ高効率にしかもクリーンな雰囲気中で加熱処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明面加熱型赤外線放射加熱装置の実施例を示す断面正面図。
【図２】本発明加熱装置の赤外線照射の強度分布を示す図。
【図３】本発明面加熱型赤外線放射加熱装置の外観図。
【符号の説明】
１  複合型反射ミラー
２  円錐状反射ミラー
３  円筒状反射ミラー
４  赤外線ランプ
５  真空チャンバー
６  上部蓋
７  透孔窓
８  透明円板
９  円板状均熱機構
１０  透明支持板
１１  均熱円板
１２  透明円柱
１３  押えリング
１４  加熱物載置台
１５  底板
１６  加熱物
１７  透孔
１８  冷却水入口
１９  冷却水出口
２０  支持架台
２１  上部水平台
２２  螺子軸
２３  螺子
２４  ベベルギヤー
２５  軸支台
２６  水平軸
２７  操作ハンドル
２８  エンドレスチェーン
２９  雌螺子
３０  連結支持板
３１  Ｏリング
【図１】
2004303672.tif 000003
【図２】
2004303672.tif 000004
【図３】
2004303672.tif 000005