(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプとランプハウスからなる加熱装置であって、
前記ランプハウスは、
電力を供給される電極部と当該電極部と電気的に接続され発光する発光部とを含む前記ランプを収納するランプ収納部と、
複数の隣接する前記ランプ収納部の間に配置された隔壁と、
前記隔壁内の前記発光部に対応する場所に設けられ、前記発光部を冷却する第１の冷却管と、
前記隔壁内の前記電極部に対応する場所に設けられ、前記電極部を冷却する第２の冷却管と、を有し、
前記ランプ収納部は、前記ランプが熱膨張した状態で当該ランプの側面と接触し、かつ、熱膨張していない状態であっても当該ランプの側面と接触した状態を維持可能である加熱装置。
【請求項２】
前記ランプはハロゲンランプである請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記第１の冷却管及び前記第２の冷却管は水冷機構を有する請求項１記載の加熱装置。
【請求項４】
前記第１の冷却管は空冷機構を有する請求項１記載の加熱装置。
【請求項５】
前記ランプは当該ランプの外周部にねじ山を有し、
前記ランプ収納部は前記ランプのねじ山と適合するねじ山を有する請求項１記載の加熱装置。
【請求項６】
前記ランプ収納部は当該ランプ収納部に内接する複数の薄板を有し、
前記薄板を弾性変形させることで前記ランプを保持する請求項１記載の加熱装置。
【請求項７】
電力を供給される電極部と当該電極部と電気的に接続し発光する発光部とを含み被処理体を加熱するランプと、
前記ランプを収納するランプ収納部と、
複数の隣接する前記ランプ収納部の間に配置された隔壁と、
前記隔壁内の前記発光部に対応する場所に設けられ、前記発光部を冷却する第１の冷却管と、
前記隔壁内の前記電極部に対応する場所に設けられ、前記電極部を冷却する第２の冷却管と、
前記発光部及び前記電極部の温度を測定する温度計と、
前記温度計によって測定された前記温度によって前記発光部及び前記電極部を所定の温度に維持するよう前記第１の冷却管及び前記第２の冷却管の温度を制御する制御部とを有し、
前記ランプ収納部は、前記ランプが熱膨張した状態で当該ランプの側面と接触し、かつ、熱膨張していない状態であっても当該ランプの側面と接触した状態を維持可能である熱処理装置。
【請求項８】
請求項７記載の熱処理装置のランプ冷却方法であって、
前記発光部の管壁温度を測定する工程と、
前記発光部を冷却し当該発光部を所定の温度に維持する工程とを有する冷却方法。
【請求項９】
前記発光部の前記管壁の温度は２５０乃至９００℃である請求項８記載の冷却方法。
【請求項１０】
前記冷却方法は、
前記電極部の封止部温度を測定する工程と、
前記電極部を冷却し前記封止部を所定の温度に維持する工程とを更に有する請求項８記載の冷却方法。
【請求項１１】
前記電極部の前記封止部の温度は２５０乃至３５０℃である請求項１０記載の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶基板、ガラス基板などの被処理体を加熱処理する加熱装置及び熱処理装置に関する。本発明は、例えば、メモリやＩＣなどの半導体装置の製造に適した急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置に好適である。ここで、ＲＴＰは、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）、急速クリーニング（ＲＴＣ）、急速熱化学気相成長（ＲＴＣＶＤ）、急速熱酸化（ＲＴＯ）、及び急速熱窒化（ＲＴＮ）などを含む技術である。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の熱処理が複数回に亘って繰り返される。
【０００４】
半導体製造処理の歩留まりと品質を向上させるため等の目的から急速に被処理体の温度を上昇及び下降させるＲＴＰ技術が注目されている。従来のＲＴＰ装置は、典型的に、被処理体（例えば、半導体ウェハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板）を載置するサポートリング（ガードリングその他の名称で呼ばれる場合もある。）と、これらを収納する枚葉式チャンバ（処理室）と、処理室に配置されたウインドウと、ウインドウの外部上部又は上下部に配置された加熱用ランプ（例えば、ハロゲンランプ）と、ランプの被処理体とは反対側に配置されたリフレクタ（反射板）とを有している。
【０００５】
リフレクタは、例えば、アルミニウム製で、その反射部には、典型的に、金メッキが施されている。リフレクタには、リフレクタのランプによる温度破損（例えば、高温による金メッキ剥離）と冷却時にリフレクタが冷却を妨げないようにするための冷却機構（冷却管など）が設けられている。ＲＴＰ技術で要求される急速昇温は、ランプのパワー密度とランプから被処理体への光照射の指向性に依存する。
【０００６】
ウインドウは石英より形成（以下、石英ウインドウ）され、板状に構成されたり、被処理体を内部に収納可能な管状に構成されたりする。処理室が真空ポンプにより排気されて内部が減圧環境に維持される場合には、石英ウインドウは数１０ｍｍ（例えば、３０乃至４０ｍｍ）の肉厚を有して減圧と大気との差圧を維持する。石英ウインドウは、温度が上昇することで発生する各温度差による熱応力を防ぐために、肉薄で耐圧可能な湾曲状に加工される場合もある。
【０００７】
ハロゲンランプは、被処理体を均一に加熱するために複数個配列され、リフレクタによって、ハロゲンランプからの赤外線を一様に被処理体に向かって放射する。ハロゲンランプ及びリフレクタは一のランプ保持部として一体的に構成される。処理室は、典型的に、その側壁において被処理体を導出入するゲートバルブに接続され、また、その側壁において熱処理に使用される処理ガスを導入するガス供給ノズルと接続される。
【０００８】
被処理体の温度は処理の品質（例えば、成膜処理における膜厚など）に影響を与えるために正確に把握される必要があり、高速昇温及び高速冷却を達成するために被処理体の温度を測定する温度測定装置が処理室に設けられる。温度測定装置は熱電対によって構成されてもよいが、被処理体と接触させねばいけないことから被処理体が熱電対を構成する金属によって汚染されるおそれがある。そこで、被処理体の裏面から放射される赤外線強度を検出し、その放射強度を以下の数式１に示す式に則って被処理体の放射率εを求めて温度換算することによって被処理体の温度を算出するパイロメータが温度測定装置として従来から提案されている。
【０００９】
【数１】
0004969732.tif 000002
【００１０】
ここで、ＥBB（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅm（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【００１１】
動作においては、被処理体はゲートバルブから処理室に導入されて、中空のサポートリングにその周辺が支持される。熱処理時には、ガス供給ノズルより、窒素ガスや酸素ガス等の処理ガスが導入される。一方、ハロゲンランプから照射される赤外線は被処理体に吸収されて被処理体の温度は上昇する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＲＴＰは被処理体の高品質処理とスループットの向上から急速昇温の要請がますます高まっている。例えば、温度上昇を現在の９０℃／ｓｅｃから２５０℃／ｓｅｃにするなどである。かかる急速昇温を実現させるためには、ランプはより大きなパワーで加熱されることが必要となる。しかし、ランプを大きなパワーで加熱すると同時に、リフレクタは大きなパワーで加熱され熱変形等により劣化するという原因を有していた。よって、リフレクタの短命の原因となっていた。このような問題を解決するために、従来では冷却機構をランプ近傍に設け、当該冷却機構によってリフレクタを冷却する方法が提案されている。
【００１３】
しかし、かかる冷却機構はリフレクタの熱変形を防止する程度になされるもので、ランプの短命となる原因を考慮してなされているものではなかった。例えば、ハロゲンランプにおいては、ランプは２００℃以下で黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプの内壁に付着し黒くなる現象）を、９００℃以上で失透（発光部が白くなる現象）を起こす。また、ランプと電気的に接合する封止部は、例えばモリブデンより形成されている。ランプの加熱により、モリブデンは３５０℃を超えると酸化膜を形成し、かかる酸化膜が封止部を破壊するといった問題を有していた。このような問題はランプの短命の原因となり、結果として起こり得るランプの交換頻度の増加は経済的に好ましいことではい。
【００１４】
一方、ランプはランプハウス（ランプ保持部）に収納されている。ランプ保持部にはランプを収納する溝等が形成されており、かかる溝にランプを収納していた。かかる溝はランプの加熱によるランプの熱膨張を考慮して、かかる熱膨張時においてランプと溝が一致するように形成されていた。従って、ランプが膨張していないときはランプと溝との間に隙間が形成されており、上述した冷却機構の冷却効率を低下させるという問題を有していた。冷却効率の低下は、ランプ及びリフレクタの冷却が不十分となるため好ましいことではない。また、冷却に使用される電力の消費をロスするものであり、不経済である。
【００１５】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用な加熱装置、熱処理装置、及び冷却方法を提供することを本発明の概括的目的とする。
【００１６】
より特定的には、加熱部の短命の防止する冷却を可能にすると共に、かかる冷却の効率を上げ経済性に優れた加熱装置、熱処理装置、及び冷却方法を提供することを本発明の例示的目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の例示的一態様としての加熱装置は、ランプとランプハウスからなる加熱装置であって、前記ランプハウスは、電力を供給される電極部と当該電極部と電気的に接続され発光する発光部とを含む前記ランプを収納するランプ収納部と、複数の隣接する前記ランプ収納部の間に配置された隔壁と、前記隔壁内の前記発光部に対応する場所に設けられ、前記発光部を冷却する第１の冷却管と、前記隔壁内の前記電極部に対応する場所に設けられ、前記電極部を冷却する第２の冷却管と、を有し、前記ランプ収納部は、前記ランプが熱膨張した状態で当該ランプの側面と接触し、かつ、熱膨張していない状態であっても当該ランプの側面と接触した状態を維持可能であることを特徴とする。かかる加熱装置は第１の冷却管によりランプの発光部を冷却することが可能であって、発光部の黒化及び失透を防止することができる。よって、ランプの短命を防止する上で効果的である。また、第２の冷却管は電極部に使用される電極の酸化速度を抑制し、電極部の酸化膜の形成に伴う破損を防止する。よって、ランプの長寿命化に寄与する。また、かかる加熱装置はランプ収納部においてランプと常時接触した状態を維持可能であり、ランプとランプ収納部は常に接触された状態を維持する。よって、ランプが熱膨張していないときであってもランプ収納部と接触した部分を有することができ、かかる部分において効率よく冷却することが可能である。なお、上述の冷却機構は、水冷及び空冷機構を適用することができる。
【００１９】
本発明の別の例示的一態様としての熱処理装置は、電力を供給される電極部と当該電極部と電気的に接続し発光する発光部とを含み被処理体を加熱するランプと、前記ランプを収納するランプ収納部と、複数の隣接する前記ランプ収納部の間に配置された隔壁と、前記隔壁内の前記発光部に対応する場所に設けられ、前記発光部を冷却する第１の冷却管と、前記隔壁内の前記電極部に対応する場所に設けられ、前記電極部を冷却する第２の冷却管と、前記発光部及び前記電極部の温度を測定する温度計と、前記温度計によって測定された前記温度によって前記発光部及び前記電極部を所定の温度に維持するよう前記第１の冷却管及び前記第２の冷却管の温度を制御する制御部とを有し、前記ランプ収納部は、前記ランプが熱膨張した状態で当該ランプの側面と接触し、かつ、熱膨張していない状態であっても当該ランプの側面と接触した状態を維持可能であることを特徴とする。かかる熱処理装置は上述の加熱装置を有し同様の作用を奏するとともに、発光部を所定の温度（例えば、２５０乃至９００℃）に維持することで、ランプをハロゲンサイクル範囲内に維持することができ、ランプの長寿命化を達成することができる。また、電極部を所定の温度（例えば、２５０乃至３５０℃）に維持することで、ランプは電極部の酸化防止及びハロゲンサイクルの範囲内の共通温度に維持することができ、ランプの長寿命化を達成することができる。また、かかる熱処理装置はランプ収納部においてランプと常時接触した状態を維持可能であり、ランプとランプ収納部は常に接触された状態を維持する。よって、ランプが熱膨張していないときであってもランプ収納部と接触した部分を有することができ、かかる部分において効率よく冷却することが可能である。従って、ランプの長寿命化が達成可能であり、経済的に好ましい。
【００２０】
本発明の更に別の例示的一態様としての冷却方法は、上述の熱処理装置のランプ冷却方法であって、前記発光部の管壁温度を測定する工程と、前記発光部を冷却し当該発光部を所定の温度に維持する工程とを有する。かかる冷却方法はランプの発光部を冷却することが可能であって、発光部の黒化及び失透を防止することができる。また、発光部を所定の温度（例えば、２５０乃至９００℃）に維持することで、ランプをハロゲンサイクル範囲内に維持することができ、ランプの長寿命化を達成することができる。また、電極部を所定の温度（例えば、２５０乃至３５０℃）に維持することで、ランプは電極部の酸化防止及びハロゲンサイクルの範囲内の共通温度に維持することができ、ランプの長寿命化を達成することができる。
【００２２】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図１は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図１に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。なお、図１において、加熱部１４０及びランプ１３０の形状は簡略化されていることに理解されたい。なお、かかる構成は後述する図面及び本明細書において更に明らかとなるであろう。
【００２４】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２とウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図１においては省略されている。
【００２５】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機構を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００２６】
ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられて、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持すると共に後述するランプ１３０からの光を透過する。ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約５乃至１０ｍｍ、例えば５ｍｍの円筒形のプレート１２１であって、透光性セラミックスより形成される。本実施例において、プレート１２１に使用される透光性セラミックスはＡｌ2Ｏ3より構成されるが、後述するようにこれに限定されるものではない。
【００２７】
セラミックスは原料粉末を焼結して得られる多結晶体で、その微細構造は一般に結晶粒、結晶粒界のほかに析出物及び気孔（空孔）からなっている。基本的にセラミックスは不透光性を示すが、焼結プロセス、原料粉末、及び添加物をコントロールし、微細構造を変化させることでセラミックスを透明化することが可能となる。なお、透光性を示すセラミックスを一般的に透光性セラミックスと称する。透光性セラミックスの微構造は気孔や析出物などがほとんど存在せず結晶粒界のみより成る。これにより、透光性セラミックス中を通過する光は物質によるエネルギーの損失がほとんど引き起こされず、拡散光とならずに物体中を通過可能となり透光性を示す。一方、物質中の電子遷移に基づく光エネルギーの吸収現象も透光性を示す要因の一つであり、所望する波長領域に吸収現象の要素を持っていない材料がセラミックスの透明化の対象となる。なお、透光性セラミックスは当業界のいかなる技術をも適用可能であり、本明細書における詳細な説明は省略する。
【００２８】
透光性セラミックスは高温強度が大きく、また焼結体の気孔率がほとんど０であることから、平滑な表面が得られガス放出がないなどの特徴を有する。なお、本発明において使用されるプレート１２１に好適な透光性セラミックスは、更に以下のような性質を有する。第１に、透過率波長依存度が石英と同等以上である。例えば、石英は０．３乃至２.５μｍの波長を有する光を８０乃至９０％以上透過する。第２に、曲げ強度が石英の最大曲げ応力σMAX＝６８ＭＰａより優れている。第３に、熱伝導率が石英の熱伝導率（１．４乃至１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）より優れていること。第４に、製造性が良いことが挙げられる。
【００２９】
プレート１２１は上述したようにＡｌ2Ｏ3より構成される透光性セラミックスであり、文献によると厚さ５ｍｍのプレート１２１では波長領域３．５乃至６．０μｍにおいて８０％以上の透過率を示す。また、Ａｌ2Ｏ3の最大曲げ応力σMAXは５００ＭＰａであり、石英より向上している。従って、プレート１２１は従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状を有する。ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体をランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させるという問題があったが、本実施例はかかる問題を解決している。
【００３０】
ウインドウ１２０と同条件である周囲固定、等分布荷重ｐの円板（半径ａ、厚さｔ）において、かかる円板に働く最大曲げ応力σMAXは次式で求められる。
【００３１】
【数２】
0004969732.tif 000003
【００３２】
周囲固定、等分布荷重の円板において半径が同一である場合、最大曲げ応力は板圧の２乗に反比例する。従って、石英の約７．４倍の最大曲げ応力を有する本発明のプレート１２１は、石英に対して板圧を約１／２．７倍にすることが可能である。その結果、本発明のプレート１２１は従来の石英の約１／３程度の厚さで同様な強度を得ることができるため、ウインドウ１２０の薄型化が可能となる。
【００３３】
本実施例のプレート１２１の厚さは５乃至１０ｍｍ以下、例えば約５ｍｍであり、従来の石英ウインドウの厚さである３０乃至４０ｍｍよりも小さい。この結果、本実施例のウインドウ１２０は、従来の石英ウインドウよりも後述するランプ１３０からの光の吸収量が小さい。よって、第１に、後述するランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。即ち、従来はランプ光が石英ウインドウに吸収されて被処理体Ｗへの照射効率を低下させる問題があったが本実施例はそれを解決している。第２に、プレート１２１の表裏面での温度差（即ち、熱応力差）を従来よりも低く維持することができるために破壊しにくい。即ち、従来は石英ウインドウのランプに対向する面とその反対側の面で温度差が生じて、ＲＴＰのような急速昇温時には表裏面での熱応力差から石英ウインドウが破壊し易いという問題があったが本実施例はそれを解決している。第３に、ウインドウ１２０の温度上昇は従来の石英ウインドウよりも低いために成膜処理の場合にその表面に堆積膜や反応副生成物が付着することを防止することができ、温度再現性を確保することができると共に処理室１１０のクリーニングの頻度を減少することができる。即ち、従来は石英ウインドウの温度が上昇し、特に、成膜処理の場合には、その表面に堆積膜や反応副生成物が付着してしまい温度再現性を確保できないと共に処理室のクリーニングの頻度が増加するという問題があったが、本実施例はそれを解決している。
【００３４】
また、プレート１２１の熱伝導率は３４Ｗ／ｍ・Ｋであり、従来の石英ウインドウの熱伝導率である１．４乃至１．９Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。石英と比較しても１８乃至２４倍高い値を示す。この結果、本実施例のウインドウ１２０は、石英ウインドウよりも加熱時のウインドウ１２０内の温度格差が小さい。よって、ランプ１３０からのエネルギーは被処理体Ｗへ均一に到達し、被処理体Ｗを均一に加熱することが可能となる。従って、被処理体Ｗへ均一な加熱をすることが可能であって、従来と比べ高品質な被処理体Ｗを提供することが可能となる。
【００３５】
更に、透光性セラミックスより構成されるプレート１２１は石英と比べて加工が容易であり、製造性に優れる。後述するように、プレート１２１の内部に冷却管を配置する構成も可能である。
【００３６】
本実施例において、プレート１２１はＡｌ2Ｏ3より構成されるが、上述した様に本発明はかかる部材に限定されるものではない。プレート１２１は上述したような作用と効果を有するに足りるものであって、本実施例に適用可能な透光性セラミックスは、例えば、ＡｌＮ、Ｓｃ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｃａ5（ＰＯ4）3ＯＨ、Ｓｉ3Ｎ4、ＰＬＺＴ−８／６５／３５、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｈＯ2−５ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3−１０ｍｏｌ％ＴｈＯ2等が考えられる。
【００３７】
以下、図２乃至図３を参照して、本実施例のウインドウ１２０の変形例としてのウインドウ１２０Ａを説明する。ここで、図２は図１に示すウインドウ１２０の変形例であるウインドウ１２０Ａの底面図である。図３は、図２に示すウインドウ１２０ＡのＡ−Ａ断面の一部拡大断面図である。本実施例のウインドウ１２０Ａは、図２に示すプレート１２１の直下に断面矩形のアルミニウム又はステンレススチール（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）１２４を有する。図２において、例示的に、補強材１２４は直線的に複数形成されている。なお、かかるウインドウ１２０Ａを使用する場合、ランプ１３０は直線的に配列されることが好ましく、補強材１２４はランプ１３０の真下を避ける（即ち、ランプ１３０のランプ光が補強材によって遮蔽されない）ように配置される。但し、補強材１２４は曲げ等の形状を有してもよく、本実施例の加熱部１４０のようにランプ１３０が同心円状に配置される場合、ランプ１３０の真下を避けるように曲げ加工を施せばよい。補強材１２４は熱伝導率がよく、また、処理室と同様の材質であるので被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材１２４によりウインドウ１２０Ａのプレート１２１の厚さは５乃至１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは、例えば、約３ｍｍとなり、上述の長所を更に顕著に有する。本実施例で、補強材１２４の断面寸法は、図３において高さ約１８ｍｍ、幅約１２ｍｍであり、水冷管１２５の径は６ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。図３に矢印で示すように、ランプ１３０からの光は補強材１２４の側面で反射されて下方に配置された図示しない被処理体Ｗに導入される。
【００３８】
かかる補強材１２４は、内部に冷却管（水冷管）１２５を有し、ウインドウ１２０Ａの強度を更に高めている。本実施例の冷却管１２５は、補強材１２４とプレート１２１の両方を冷却する機能を有する。冷却管１２５はプレート１２１を冷却し、ランプ光による熱変形を防止する効果を有する。また、補強材１２４がアルミニウム製であれば２００乃至７００℃で溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管１２５による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００３９】
以下、図４を参照して、本実施例のウインドウ１２０の別の変形例としてのウインドウ１２０Ｂを説明する。ここで、図４は、図１に示すウインドウ１２０の変形例であるウインドウ１２０Ｂの一部拡大断面図である。本実施例のウインドウ１２０Ｂは、透光性セラミックスより形成された２枚の薄いプレート１２６及び１２７より構成されるプレート１２１と、かかるプレート１２６及び１２７の間に配置された冷却管１２５とを有する。
【００４０】
プレート１２１は、図中の点線で示したプレート１２６と１２７を張り合わせる貼り合せ面１２８に対しプレート１２６及び１２７が線対称に構成される。プレート１２６及び１２７には冷却管１２５に適合する溝が形成され、かかる溝に冷却管１２８を配し両面から張り合わされる。なお、溝はランプ１３０の各ランプの間であって、ランプの真下を避けるように配置される。透光性セラミックスは石英に比べて局部的な加工が容易であるという長所を有し、かかる構成が可能となる。また、プレート１２６及び１２７を張り合わせたときのプレート１２１の厚さは、ウインドウ１２０のプレート１２１と同一であることが好ましい。
【００４１】
冷却管１２５は断面形状が円もしくは楕円より形成された冷却管であって、プレート１２６及び１２７の間に配される。冷却管１２５はプレート１２６及び１２７の間に配されるため、ウインドウ１２０Ａと比べてプレート１２１の冷却効率を向上するという長所を有する。なお、冷却管１２５は上述したウインドウ１２０Ａと同様の効果を有するものであり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４２】
以下、図５乃至図１０を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図５は、図１に示す加熱部１４０の概略底面図であり、図６は、図５に示す加熱部１４０の一部を示す拡大断面図である。図７は、図５に示すランプ加熱部１４０よりランプ１３０をはずしたときの図６に対応する図である。図８は、図６に示すランプ１３０ａの概略断面図である。図９は、図６に示すランプ１３０ｂの概略断面である。図１０は、図６に示すランプ１３０の概略底面図である。なお、図５乃至図１０におてい加熱部１４０及びランプ１３０は多少誇張して描かれており、本発明を特徴的に表すものであることに理解されたい。加熱部１４０は２種類のランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂと、ランプハウスとしてのランプ保持部１４２とを有し、被処理体Ｗに所定の熱処理を施す加熱装置として機能する。ここで、ランプ１３０はランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂを総括するものとする。本実施例において、加熱部１４０はランプ１３０の照射面と被処理体Ｗまでの距離が約４０ｍｍとなるように被処理体Ｗから離間されている。
【００４３】
ランプ１３０は、本実施例ではシングルエンド型であるが、電熱線ヒータ等その他のエネルギー源を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図６に示すように、一の電極部１３２を有する種類のランプをいう。ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する機能を有し本実施例ではハロゲンランプであるが、加熱部１４０に適用可能なランプがこれに限定されるものではない。また、ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。なお、本実施例において、ランプ１３０ｂのパワー密度はランプ１３０ａのパワー密度より大きくなるように制御部３００により電力が制御される。より詳細には、ランプ１３０ｂはランプ１３０ａの２乃至３倍のパワー密度を有する。
【００４４】
図５に示すように、本実施例では、ランプ１３０はほぼ円形の被処理体Ｗに対応させてほぼ同心円状に配置されている（図５において、ランプ１３０はその数が省略して描かれている）。また、ランプ１３０は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置に大口径のランプ１３０ａが、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの端部近傍に対応する位置に小口径のランプ１３０ｂが配置される。なお、ランプ１３０の配置についてはランプ保持部１４２において述べるものとし、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４５】
典型的に、ランプ１３０は一の電極部１３２と、中間部１３４と、中間部１３４を介し電極部１３２に接続される発光部１３６とを含み、発光部１３６は中間部１３４を介し電極部１３２に接続するフィラメント１３７のコイル１３８部分と、リフレクタ１３９とを有する。
【００４６】
本実施例において、ランプ１３０はランプ保持部１４２の後述する溝１４３と内接する側面部分にねじ山（おねじ）１３１が形成される。ねじ山１３１は、本実施例においては三角ねじであって、略三角形状のねじ山が形成される。なお、ねじ山１３１の形状はかかる形状に限定されるものではなく、四角ねじ又は台形ねじ等であってもよい。但し、ねじ山１３１はランプ１３０の例示的な形態を示したものであり、ランプ１３０が形状においてこれに限定するものではない。後述するようにねじ山１３１がないランプ１３０Ｂであってもよい。
【００４７】
本実施例では、例示的に、ランプ１３０ａの電極部１３２の高さは約２５ｍｍ、中間部１３４の高さは約４５ｍｍ、発光部１３６の高さは約２５ｍｍである。また、中間部１３４の直径は約１０ｍｍ、発光部１３６の直径は約４０ｍｍである。一方、例示的に、ランプ１３０ｂの電極部１３２の高さは約２５ｍｍ、中間部１２４の高さは約５５ｍｍ、発光部の高さ約１０ｍｍである。また、中間部１３４の直径は約１０ｍｍ、発光部１３６の直径は２０ｍｍである。
【００４８】
電極部１３２は一対の電極１３３を有し、ランプ保持部１４２を介しランプドライバ３１０と電気的に接続する部分であって、かかる電極１３３がフィラメント１３７に電気的に接続されている。電極部１３２へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。電極部１３２とランプドライバ３１０との間は後述する封止部１４３ｃによって接続されている。
【００４９】
中間部１３４は発光部１３６と一体、かつ、気密的に形成され、かかる内部には窒素又はアルゴン又はハロゲン気体が封入される。中間部１３４は電極部１３２と発光部１３６の間に位置し所定の長さを有する円筒であって、電極部１３２と発光部１３６の間を離間させる。中間部１３４は、かかる長さにおいて後述するランプ１３０の温度制御において好ましいという長所を有する。なお、中間部１３４はかかる内部に位置するフィラメント１３７も発光するため、当然発光部１３６の一部である。しかし、本明細書では電極部１３２と発光部１３６（最も強く発光する部分）が所定距離離間しているため、かかる領域を中間部１３４と定義したに過ぎない事に理解されたい。本実施例において、中間部１３４はセラミックより形成される。なお、中間部１３４はセラミックの他に金属材料、例えばアルミニウムやＳＵＳ（ステンレススチール）より形成されてもよい。
【００５０】
発光部１３６は本実施例において中間部１３４より大きな径の円筒形状であって、溝１４３に内接する側面１３６ａと、被処理体Ｗと対面しランプ光が射出される射出面１３６ｂより構成される。発光部１３６はフィラメント１３７のコイル１３８部分とリフレクタ１３９とを内部に有する。本実施例において、発光部１３６の側面１３６ａは中間部１３４と同一材料より中間部１３４と一体的に成形される。一方、発光部１３６の射出面１３６ｂは石英、又は透光性セラミックスなどのランプ光を透過しやすい材料より形成さる。
【００５１】
発光部１３６は、基本的に、側面１３６が半球、半楕円球、及び円錐形状に形成されるが、ランプ１３０の側面には後述するようなねじ山１３１が形成される。そこで、図６、図８及び図９に示すように、本実施例では発光部１３６はかかるねじ山１３１を形成するために側面１３６ｂの形状が半球及び円錐形状とは異なっており、例示的に変形されていることに理解されたい。また、後述するリフレクタ１３７の形状が側面１３６ａと同一な形状ではなく半球形状を有するのは、側面１３６ａの形状が例示的に変形されているに過ぎないからである。
【００５２】
フィラメント１３７は、例えば、タングステン（Ｗ）から構成される。図８乃至図１０によく示されるように、フィラメント１３７は電極１３３に接続すると共に発光部１３６において光源と成り得るコイル１３８を構成する。かかるコイル１３８の軸心は被処理体Ｗに対し平行するように形成される。フィラメント１３７から発せられた光はコイル１３８の法線方向（コイル１３８の軸心方向と直交する方向）に照射される。従って、少なくともコイル１３８の被処理体Ｗと対面する側からの光は被処理体Ｗに直接（リフレクタ１３９を介さずに）照射されることとなる。かかる光はリフレクタ１３９による反射損失が０であり、高エネルギーのまま被処理体Ｗに照射される。一方、かかる光を除く光に関しては後述するリフレクタ１３９によって効率よく反射され被処理体Ｗへと照射される。
【００５３】
リフレクタ１３９はコイル１３８を覆い、被処理体Ｗから遠ざかる方向に凸となるような半球形状を有する。リフレクタ１３９は光を被処理体Ｗに向けて反射する反射部であって、より詳細には、発光部１３６の側面１３６ａと同一形状に形成される。但し、図６、図８及び図９では、発光部１３６がねじ山１３１を形成するため、上述したように発光部１３６の形状が変更されていることに理解されたい。また、リフレクタ１３９の形状は半球形状に限定されず、発光部１３６の側面と同一であるならばその他の形状を排除するものではない。例えば、リフレクタ１３９は半楕円球形状や円錐形状であってもよい。また、リフレクタ１３９は図示しない貫通孔を有し、当該貫通孔よりフィラメント１３７が電極１３３と接続することを許容し、コイル１３８を覆っている。但し、当該貫通孔はリフレクタ１３９の反射機能を妨げない程度の大きさに形成されることが好ましい。更に、リフレクタ１３９のコイル１３８を覆っている側の表面は可視光線及び赤外線を含む光を効率よく反射する為のコーティング処理が施されている。かかるコーティングの塗布材料としては金（Ａｕ）、金（Ａｕ）及びロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）を使用することが考えられる。
【００５４】
リフレクタ１３９はフィラメント１３７のコイル１３８より発せられる光を被処理体Ｗに向けて反射すると共に、ランプ１３０の指向性を高める機能を有する。リフレクタ１３９は、上述した形状によりフィラメント１３７のコイル１３８部分より放射された光を効率よく、好ましくは少なくとも一回以下の反射で被処理体Ｗに照射するとともに、ランプ光を被処理体に対し略垂直となる方向に集光する。図１１及び図１２を参照するに、ランプ１３０の光路について説明する。ここで、図１１は、図６に示すランプ１３０のフィラメント１３７より放出される光Ｌ（ＬはＬ1、Ｌ2、及びＬ3を総括するものとする。）の光路を示した概略側面図である。図１２は、図６に示すランプ１３０のフィラメント１３７より放出される光Ｌの光路を示した別の概略側面図である。コイル１３８の上面側（被処理体Ｗに対し対向する側）より放射された光Ｌ1は被処理体Ｗから遠ざかる方向、即ちリフレクタ１３９に向かう。上述したように、リフレクタ１３９は光を被処理体Ｗに向かうように反射させる為、かかる光Ｌ1はリフレクタ１３９で一回反射し被処理体Ｗへ向かう。なお、光Ｌ1の一部は再びフィラメント１３７に到達し被処理体Ｗに照射されないものがある。しかし、かかる光のエネルギーはコイル１３８の加熱及び発光に寄与するため、相対的にエネルギーのロスとは成り得ない。また、コイル１３８の側面側より放射された光Ｌ2はリフレクタ１３９に入射し、大部分は被処理体Ｗへ照射され、残りは再びフィラメント１３７にもどり上述したようにコイル１３８の発光に寄与する。最後に、コイル１３８の下面側（被処理体Ｗに対面する側）より放射された光Ｌ３はリフレクタ１３９を介さずに被処理体Ｗに直接照射される。
【００５５】
以上説明したように、本実施例のランプ１３０はフィラメント１３７のコイル１３８部分を平行に配置することで、光は被処理体Ｗに対し垂直方向に射出される。一の光は被処理体Ｗに直接照射され、一方その他の光はリフレクタ１３９に向かう。また、上述したようにリフレクタ１３９の形状は光を被処理体Ｗに向けて反射するように形成されている。よって、ランプ１３０より射出される光は、一回の反射のみで被処理体に照射される。また、ランプ１３０より放射される光はリフレクタ１３９の開口部分の接線方向の範囲内に集中する。即ち、本実施例のランプ１３０は、図２６に示すような従来のランプよりもリフレクタ１３９での反射回数が少ないためエネルギー損失が少ないまま被処理体Ｗに伝達され、指向性にも優れている。従来は光がリフレクタの多重反射に伴う反射損失により、ランプ光のエネルギーを低下させる問題があったが本実施例はそれを解決している。よって、ランプ１３０は、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。なお、リフレクタ１３９が有する曲率、及び、開口はランプ１３０に求める指向性により異なるものである。
【００５６】
また、本実施例ではランプ保持部１４２の後述する溝１４３に適用可能なねじ山１３１がランプ１３０の側面に形成されるため、ランプ１３０の中間部１３４及び発光部１３６は強度、及び加工性を考慮して上述の部材より構成される。しかし、本発明のランプ１３０はかかる部材に限定されず、ランプ１３０の中間部１３４及び発光部１３６の全体を石英、又は透光性セラミックスより形成してもよい。但し、かかる構成にした場合、ランプ１３０にカバー材を設け当該カバーにおいてランプ保持部１４２に対するランプ１３０の強度、及び加工性を得るものとしなければならないことは言うまでもない。更に、かかるカバー材は後述するランプ１３０の冷却を妨げないよう、熱伝導率の高い部材より選択されることが好ましい。一方、ランプ１３０は、典型的に、発光部１３６の側面１３６ｂを上述したように半球又は円錐形状に形成してもよい。更に、ランプ１３０は発光部１３６と中間部１３４が同一径を有する円筒形状に形成されてもよい。しかしながら、上述したランプ１３０の形状は後述する長所を数多く有するという利点がある。
【００５７】
以下、図１３を参照して、本実施例のランプ１３０の変形例としてのランプ１３０Ａを説明する。ここで、図１３は、図６に示すランプ１３０の変形例であるランプ１３０Ａの概略底面図である。ランプ１３０Ａは複数のコイル１３８ａ乃至１３８ｃを構成するフィラメント１３７Ａを有する。コイル１３８ａ乃至１３８ｃは、上述したフィラメント１３７と同様に、被処理体Ｗに対して平行になるように配置される。コイル１３８ａ乃至１３８ｃを並列に配列することで、図１２よりランプ１３０Ａを見たとき、ランプ１３０Ａは発光部１３６を面光源と見なすことができる。即ち、ランプ１３０Ａはランプ１３０よりも照射エネルギーを増大させる。よって、被処理体Ｗへの照射効率をランプ１３０よりも向上することができるので高速昇温を達成することができる。また、かかるランプ１３０Ａにおいても、ランプ１３０で述べたようなリフレクタ１３９の反射損失が少なく、かつ指向性を持たせたランプであることはいうまでもない。
【００５８】
なお、ランプ１３０Ａにおいて、フィラメント１３７Ａを構成するコイル１３８ａ乃至１３８ｃの数は例示的であり、所望する照射エネルギーにより適宜変更可能である。また、フィラメント１３７Ａの配置及び形状は、ランプ１３０Ａが被処理体Ｗに対して面光源とみなせるに足りるものである。即ち、図１４乃至図１７に示すようなフィラメント１３７の配置であっても良い。ここで、図１４乃至図１６は、図１３に示すランプ１３０Ａの有するフィラメント１３７Ａの変形例であるフィラメント１３７Ｂ乃至１３７Ｄを示す概略平面図である。図１７は、図１６に示すフィラメント１３０Ｄを示す概略側面図である。図１４は複数のコイル１３８ｄ乃至１３９ｇが交差するように配置されたフィラメント１３７Ｂである。図１５は幅広に形成されたコイル１３８ｈを有するフィラメント１３７Ｃである。図１６乃至図１７はコイル１３８ｉが被処理体Ｗに対し平行な面で渦巻きを形成するフィラメント１３７Ｄである。上述した形状であっても、ランプ１３０Ａを面光源と見なせることができ、ランプの照射エネルギーを上げることが可能である。
【００５９】
図５乃至図７、図１８を参照するに、ランプハウスとして機能するランプ保持部１４２は略直方体形状を有し、各ランプ１３０を収納する溝１４３と、隔壁１４８とを有している。ここで、図１８は、図６に示すランプ保持部１４２のランプ１３０が熱膨張をしていないときの一部拡大断面図である。
【００６０】
溝１４３はランプを収納するランプ収納部としての機能を有し、ランプ１３０ａを収納する溝１４３ａと、ランプ１３０ｂを収納する溝１４３ｂより構成される。なお、溝１４３は溝１４３ａ、溝１４３ｂを総括するものとする。なお、溝１４３の詳細な形状については後述するものとし、以下溝１４３の配置について説明する。
【００６１】
図５によく示されるように、溝１４３ａはランプ保持部１４２の中心（図中、線Ｘと線Ｙの交差部分）、即ち被処理体Ｗの中心に対応する部分から半径方向に、サポートリング１５０の手前まで同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４３ａはランプ保持部１４２の中心、及び、当該中心部分から半径が第１の距離づつ大きく形成された複数の同心円の円周上に、溝１４３ａの中心が位置するように複数の溝１４３ａが形成される。かかる第１の距離は、ランプ１３０ａの放射分布の半値幅（ランプ１３０ａの光強度がピーク値と比較して半分の値になったときの放射分布の幅）の約０.５乃至１.５倍に設定される。本実施例において、ランプ１３０ａは射出面１３６ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約４０ｍｍを示す。なお、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。また、本実施例では、後述する冷却管１４９を発光部１３６側に有する為、第１の距離はランプ１３０ａの発光部１３６の直径より大きな値である５０ｍｍ（半値幅４０ｍｍ×１．２５）に設定される。なお、かかる同心円は後述する溝１４３ｂと重ならない程度の位置まで広げられるものとする。また、一の円上に形成される各溝１４３ａの間隔は第１の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００６２】
一方、溝１４３ｂはサポートリング１５０と被処理体Ｗとが重なる部分、及び、その近傍に対応する位置に複数の同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４３ｂは被処理体Ｗと後述するサポートリング１５０の重なる領域であって、その略中心を示す第一の円Ｃ1、当該円Ｃ1より半径が第２の距離だけ大きい第２の円Ｃ2と、円Ｃ1より半径が第２の距離だけ小さい第３の円Ｃ3のそれぞれの円周上に位置するように配置される。なお、第２の距離は、ランプ１３０ｂの放射分布の半値幅の約０.５乃至１.５倍に設定される。ランプ１３０ｂは射出面１３６ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約２０ｍｍを示す。なお、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。溝１４３ａと同様に、冷却管を発光部１３６側に有する為、第２の距離は２５ｍｍ（半値幅２０ｍｍラ１．２５）に設定される。また、一の円上に形成される溝１４３ｂの間隔は第２の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００６３】
本実施例では、溝１４３ｂは３つの円Ｃ1、Ｃ2、及びＣ3上に形成されるが、かかる円（Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3）の数は例示的である。溝１４３ｂは上述したように、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの重なる部分、及び、その近傍をランプ１３０ｂが照射可能なように形成される。例えば、被処理体Ｗの端部が円Ｃ2より大きい場合は、円Ｃ2の外側に第２の距離だけ大きい半径を有する図示しない円上に溝１４３ｂが更に形成される。同様に、サポートリング１５０が円Ｃ3より小さい場合は、円Ｃ3の内側に第２の距離だけ小さい半径を有する図示しない円上に溝１４３ｂが更に形成される。
【００６４】
上述した構成において、ランプ保持部１４２は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置にランプ１３０ａを、被処理体Ｗとサポートリングの重なる部分及び当該部分の近傍にランプ１３０ｂを配置可能とする。図２１及び図２２を参照するに、かかる状態においてランプ１３０を照射すると、被処理体Ｗの中心部ではランプ１３０ａにより大きな照射面積を得ることができる。一方、被処理体Ｗの端部近傍ではランプ１３０ｂによりランプ１３０ａの照射面積よりも小さな照射面積を得ることができる。ここで、図２１は、図１に示す加熱部１４０のランプ１３０ａより被処理体Ｗに照射されるランプ光を示した図である。図２２は、図１に示す加熱部１４０のランプ１３０ｂより被処理体Ｗに照射されるランプ光を示した図である。なお、図２１及び図２２はランプ光を例示的に示したものであって、本実施例のランプ１３０の数とは一致していない。
【００６５】
本実施例では口径の小さなランプ１３０ｂをランプ１３０ａの周囲に配置することで、被処理体Ｗの端部及びサポートリング１５０が重なり合う部分、及び当該部分の近傍である狭い領域を、効率よく照射することが可能となる。また、上述したように、ランプ１３０ｂに投入されている電力はランプ１３０ａに投入されている電力より大きい。一のランプより照射される単位面積あたりのエネルギーはランプ１３０ｂの方が大きい。従来の熱処理装置のランプ配置では一の種類のランプしか使用されておらず、被処理体Ｗの中心部と端部でランプの照射面積を制御することは不可能であった。被処理体Ｗとサポートリング１５０が重なり合う部分１５０、及び、当該部分の近傍はサポートリング１５０と被処理体Ｗの比熱が異なる。より詳細には、サポートリング１５０の比熱は被処理体Ｗの比熱より小さい。よって、かかる部分は中心部と比べて温度が上昇し難いといった問題を有していた。しかし、本実施例では、温度上昇のしにくい被処理体Ｗの端部である狭い領域を小口径のランプ１３０ｂで照射することでランプ光が漏れることなく効率よく加熱することができる。更に、ランプ１３０ｂのパワー密度をあげることで中心部との加熱むらを防止することができ、高品質な処理を行うことができる。また、比較的温度上昇のし易い中心付近に大口径のランプ１３０ａを使用することは、一のランプ１３０ａで広い照射面積を得ることができる。よって、中心付近のランプ１３０の数を従来より減らすことができ、消費電力の低減を可能とする。本実施例では異なる口径のランプ１３０を使用し、かつ投入電力を変化させることでかかる問題を解決している。
【００６６】
また、図２３を参照するに、半径方向に最外部にあるランプ１３０ｂをランプ光が隣接するランプ１３０ｂと被処理体Ｗ上で重なるように、ランプ１３０ｂを傾斜させることも考えられる。ここで、図２３は、図６に示すランプ１３０の配置の変形例を示した概略断面図である。かかる構成は、被処理体Ｗの端部のランプの照射密度を高めるといった効果を有し、中心部との加熱むらを防止する上で更に効果的である。
【００６７】
なお、溝１４３の配置は同心円状に配置されることに限定されず、上述したような条件を満たしているのであればその他の配置状態でもよく、例えば、直線状や、渦巻状に配置されてもよい。また、本実施例ではランプ１３０のリフレクタ１３９の開口形状が円であるため、ランプ光の照射形状は円である。しかし、被処理体Ｗの中心部に照射面積の広いランプ、端部に照射面積が小さいランプを配置するといった概念から考えると、ランプ１３０は照射形状において限定を有するものではない。例えば、照射面積が三角形になるようにランプ１３０及び／又はリフレクタ１３９の形状を変化させても良い。なお、ランプ光の形状は三角形に限定されず、正方形、６角形のその他の多角形であってもよい。また、これと同様な作用を奏するいかなる照射方法をも適用することができる。
【００６８】
以下、溝１４３の形状について説明する。溝１４３はランプ１３０と同一な形状を有し、ランプ１３０の電極部１３２を収納する部分１４３ｃと、中間部１３４を収納する部分１４３ｄと、発光部１３６を収納する部分１４３ｅからなる。部分１４３ｃは電極部１３２と、図１には図示されて図６及び図７には図示されないランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部１４３ｃとして機能する。溝１４３はランプ１３０が内接する部分にランプ１３０に対応するねじ山（めねじ）１４７が形成されている。本実施例において、ねじ山１４７はランプ１３０と適合するような三角ねじであって、略三角のねじ山が形成される。なお、ねじ山の形状はかかる形状に限定されるものではなく、ランプ１３０のねじ山１３１が四角ねじ又は台形ねじ等であるなら、溝１４３のねじ山１４７もそれに対応して形成される。なお、溝１４３はランプ１３０が熱膨張したときに、ランプ１３０と最適に一致するようにねじ山１４７が形成される。即ち、ランプ１３０が通常の形態（熱膨張していない状態）であるとき、溝１４３に形成されたねじ山１４７の外径、内径、及びねじ山のピッチは、ランプ１３０のねじ山の外径、内径、及びねじ山のピッチより若干大きい寸法を有する。但し、かかる寸法の差はランプ１３０の挿入及び溝１３４との係合を妨げない程度のものであると理解されたい。
【００６９】
上述した構成において、溝１４３とランプ１３０はナットとボルトの関係であって、ランプ保持部１４２はランプ１３０を回転しながら溝１４３に挿入することでねじ山が互いに係合し、ランプ１３０を保持する。図１８に示すように、ランプ１３０が通常の形態（熱膨張していない）であるとき、ランプ１３０と溝１４３の対応するねじ山は重力方向の面において接触している。即ち、ランプ１３０と溝１４３はねじ山において接触面積を確保している。かかる接触面積はランプ１３０を保持するために必要であると同時に、以下の欠点を解決するものである。従来のランプ保持部の溝はランプと同様な円筒形を有しており、ランプの熱膨張を考慮してランプが膨張により最大となる時に溝とランプが一致するように形成されていた。即ち、従来ではランプが完全に膨張しきっていないときには、溝との接触面積が少なくランプを冷却するためにランプ保持部に配置されている冷却管の冷却効率を低下するという欠点を有したが、本実施例ではそれを解決している。また、溝１４３のねじ山１４７はランプ１３０のねじ山より若干大きく形成されているため、溝１４３とランプ１３０には多少の空間を形成する。ランプ１３０が加熱され熱膨張しているとき、溝１４３とランプ１３０は一致するように形成されており、かかる空間によりランプ１３０の膨張を可能とする。
【００７０】
更に、かかる形状のランプ１３０及び溝１４３の形状は次の示すような長所を有する。上述した構成のように、一部のランプの出力を上げることは、かかるランプの劣化を早めることとなる。また、リフレクタも大きなパワーで加熱することにより劣化する。従って、高出力ランプは低出力ランプよりも短命になる。同様に、高出力ランプ用リフレクタは低出力ランプ用リフレクタよりも短命になる。この結果、従来のランプ保持部（ランプ保持部）は寿命切れとなったランプ保持部周辺のランプとリフレクタを交換するために、未だ使用可能なランプ保持部中央のランプとリフレクタをも含めたランプ保持部を一体的に交換しなければならなくなり、不経済であった。しかし、本実施例のランプ保持部１４２の溝１４３とランプ１３０は、上述したようにナットとボルトの関係であって、一のランプ１３０の取り外しは容易である。従って、劣化したランプ１３０だけを取り替えることで、未だ使用可能なランプ１３０を継続して使用することが可能である。従って、従来ではランプ保持部を全体的に取り替えることでランプを全部取り替える必要があり不経済であったが、本実施例ではかかる課題を解決している。また、ランプ保持部全体を取り替えることは作業が煩雑であるが、本実施例では劣化したランプだけを交換するだけであるのでメンテナンスの効率を向上させるという更なる長所を有する。
【００７１】
以下、図１９及び図２０を参照し、ランプ保持部１４２の溝１４３の変形例である溝１４３Ａについて説明する。ここで、図１９は、図５に示す加熱部１４０のランプ保持部１４２の構造を示す概略断面図である。図２０は、図５に示す加熱部のランプ保持部１４２の構造を示す概略底面図である。なお、図２０では、ランプ１３０は取り外されている。また、溝１４３Ａに適用可能なランプ１３０にはねじ山１３１は必要とされず、ねじ山１３１が形成されていないランプ１３０Ｂを使用する。
【００７２】
溝１４３Ａはランプ１３０Ｂより多少大きめな形状を有しランプ１３０Ｂを収納する。また、溝１４３Ａは当該溝１３４Ａに内接する複数の薄板１４４を有し、かかる薄板１４４は板ばねの機能を有し、かつ、ランプ１３０Ｂを保持する。
【００７３】
薄板１４４は、本実施例においては矩形に形成され、アルミニウム又はステンレススチールより成形される。薄板１４４は部材の長手方向の両端が略Ｌ字形状になるような曲げ加工が施されている。更に、薄板１４４は曲率を有し、かかる曲率はランプ１３０Ｂの側面の曲率と同一に形成される。図１７及び図１８によく示されるように、薄板１４４は溝１４３Ａに内接され、例えば溶接等の手段によって略Ｌ字形状の先端が溝１４３Ａに接合される。薄板１４４は、かかる状態において溝１４３Ａと薄板１４４の間に空間１４５を形成する。空間１４５は、上述した薄板１４４の曲げ加工により発生するスペースであり、薄板１４４の曲げ開始位置によって所望の大きさに設定することが可能である。空間１４５は、後述するようにランプ１３０Ｂの熱膨張に対し薄板１４４が伸縮可能なスペースであるように設定される。薄板１４４は隣り合う薄板１４４と所定のギャップ１４６を保ちながら、溝１４３Ａの円周に沿って８枚配置される。かかる構成において、薄板１４４は溝１４３Ａ内で略八角形を形成する。なお、ギャップ１４６は薄板１４４が半径方向に伸縮する際、隣接する薄板１４４同士が接触しない程度に設定される。更に、薄板１４４は溝１４３Ａの側面に沿って３枚、同様に配置される。即ち、本実施例において、溝１４３Ａは計２４枚（８ラ３枚）の薄板１４４を有する。また、溝１４３Ａは薄板１４４を有する状態で、ランプ１３０Ｂと同一、又はしまりばめとなるように構成される。
【００７４】
かかる構成において、溝１４３Ａは薄板１４４を介し、ランプ１３０Ｂを保持する。より詳細には、薄板１４４が画定する空間にランプ１３０Ｂを強く押し込むことで、ランプ１３０Ｂは溝１４３Ａに挿入される。このとき、溝１４３Ａはランプ１３０Ｂの挿入に伴い弾性変形し、薄板１４４より構成される壁面に内接する。従って、ランプ１３０Ｂは薄板１４４の復元力及び摩擦力によって保持され、薄板１４４と全面において接触している状態となる。また、ランプ１３０Ｂが熱膨張した場合であっても、溝１４３Ａは薄板１４４がランプ１３０Ｂに追従し伸縮することでランプ１３０Ｂを保持する。即ち、従来ではランプが完全に膨張しきっていないときには、溝との接触面積が少なく後述する冷却管の冷却効率が低下するという欠点を有したが、本実施例ではそれを解決している。また、かかる構成でもランプ１３０の部分的な交換は可能であり、劣化したランプ１３０だけを取り替えることで、未だ使用可能なランプ１３０を継続して使用することが可能である。また、ランプ保持部全体を取り替えることは作業が煩雑であるが、本実施例では劣化したランプだけを交換するだけであるのでメンテナンスの効率を向上させるという更なる長所を有する。
【００７５】
なお、本実施例において明細書中に記載した薄板１４４の枚数及び形状は例示的であり、上述した記載に限定されない。例えば、薄板１４４が形成する画定する空間は多角形であっても良い。しかし、ランプ１３０との接触面積を増やすためにも多角形は略円と見なせることが好ましい。
【００７６】
以上、ランプ１３０を保持する溝１４３の好ましい形態について説明したが本発明はこれに限定されず、上述の作用及び効果を達成可能であればその他の形態を排除するものではない。また、溝１４３の形態はランプ１３０に限定されず、当該周知のいかなるランプにも適用可能である。
【００７７】
隔壁１４８は図６及び図７に示すように、同心円上に整列する複数の隣接する溝１４３の間に配置されている。本実施例において、隔壁１４８は溝１４３ａの部分１４３ｃ間では約５０ｍｍ、部分１４３ｅ間では約１０ｍｍである。また、溝１４３ｂの部分１４３ｃ間では約１５ｍｍ、部分１４３ｅの間では約５ｍｍである。隔壁１４８には、隔壁１４８に沿って一対の冷却管（水冷管）１４９ａ及び１４９ｂが内接されている（なお、冷却管１４９は冷却管１４９ａ及び冷却管１４９ｂを総括するものとする）。より詳細には、冷却管１４９ａはランプ１３０の電極部１３２に対応する場所に位置し、冷却管１４９ｂはランプ１３０の発光部１３６に対応する場所に位置する。
【００７８】
冷却管１４９は図示しない温度制御機構に接続される。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサ又は温度計と、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、例えば、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができ、温度センサ又は温度計はランプ１３０の電極部１３２及び発光部１３６の壁面温度を測定する。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１４９を流れる水温を調節することができる。
【００７９】
冷却管１４９ａは、電極１３３がモリブデンから構成される場合は、モリブデンの酸化による電極部１３３及び封止部１４３ｃの破壊を防止するために封止部１４３ｃの温度を３５０℃以下に維持する。また、冷却管１４９ｂは、中間部１３４及び発光部１３６がハロゲンサイクルを維持するように発光部１３４の温度を２５０乃至９００℃に維持する。ここで、ハロゲンサイクルとは、フィラメント１３７を構成するタングステンが蒸発しハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成され、ランプ１３０内を浮遊する。ランプ１３０が２５０乃至９００℃に維持された場合、タングステン−ハロゲン化合物はその状態を維持する。また、対流によって、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント１３７付近に運ばれると、高温のためにタングステンとハロゲンガスに分解される。その後、タングステンはフィラメント１３７に沈殿し、ハロゲンガスは再び同じ反応を繰り返すことである。なお、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生し、２５０℃を下回ると黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプ１３０の内壁に付着し黒くなる現象）が発生する。
【００８０】
本実施例では、冷却管１４９ａをハロゲンサイクルの範囲温度及びモリブデンの酸化防止の共通温度、好ましくは２５０乃至３５０℃、冷却管１４９ｂをハロゲンサイクルの範囲温度、好ましくは８００乃至９００℃に維持する。ここで、発光部１３６の冷却温度は２５０乃至９００℃の範囲で可能であるが、冷却効率を考えた上で冷却温度をハロゲンサイクルの上限に設定したほうが少ない電力で冷却可能となるからである。冷却管１４９ａはハロゲンサイクル並びにモリブデンの酸化防止のための共通温度であり、また冷却管１４９ｂにより発光部１３６はハロゲンサイクル温度内に維持される。また、冷却管１４９ａ及び１４９ｂによりランプ１３０にはランプ１３０の中間部１３４の長さのため温度勾配が生じ、かかる温度勾配（２５０乃至９５０℃）はランプ１３０全体をハロゲンサイクル温度内に維持する。即ち、発光部１３６と封止部１４３ｃが近いと発光部１３６の温度（８００乃至９５０℃）が封止部１４３ｃの温度（２５０乃至３５０℃）に影響する恐れがあるが、本実施例ではランプ１３０に中間部１３４を設けることでそれを防止している。
【００８１】
本実施例では、ランプ１３０は失透及び黒化の発生を抑えることができる。また、電極１３３のモリブデンの酸化により電極部１３２及び封止部１４３ｃが破損することを防止する。更に、ランプ１３０はハロゲンサイクルの範囲内にあるように冷却される。従来のランプ１３０の冷却機構は単に封止部１４３ｃを冷却するだけであって、上述のようにハロゲンサイクルを考慮したランプ１３０の冷却は行われていなかった。従って、かかる冷却管１４９はランプ１３０の寿命を長くするといった長所を有し、経済的に優れている。なお、溝１４３とランプ１３０との接触面積は上述したように従来より大きく、冷却効率を十分に得ることが可能である。
【００８２】
なお、例示的に、ランプ１３０の発光部１３６に相当する部分の隔壁１４８を設けずに、かかる部分を空間とし発光部１３６を空冷にするとした冷却方法も考えられる。なお、封止部１４３ｃは上述する冷却管１４９ａにより冷却するものとする。発光部１３６は８００乃至９００℃と冷却温度が比較的高いため、かかる部分は空冷であっても冷却可能であり、上述した構成と同様な作用及び効果を得ることができる。当該周知の空冷機構、例えばブロアによって強制的に発光部１３６を冷却するような方法を使用しても良い。更に、例示的に、隔壁１４８に封止部１４３ｃ及び発光部１３６を冷却可能な共通の冷却管を設けた冷却方法も考えられる。かかる構成においては、冷却管はモリブデンの酸化防止、並びにハロゲンサイクル範囲に共通である温度、例えば２５０乃至３５０℃になるように冷却される。このような構成であっても、上述した冷却管１４９と同様な効果を得ることができる。
【００８３】
次に、放射温度計２００を説明する。放射温度計２００は被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。本発明は放射温度計２００がランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではないが、ランプ１３０の光が放射温度計２００に入射することを防止することが好ましい。
【００８４】
放射温度計２００は処理室１１０の底部１１４に取り付けられている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面は金メッキなどが施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、かかる面を黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。底部１１４は円筒形状の貫通孔を有する。放射温度計２００は当該周知のいかなる技術も適用可能であり、本明細書での詳細な説明は省略する。放射温度計２００は制御部３００に接続され、かかる制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。
【００８５】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。本実施例において、制御部３００はランプ１３０の電力が一度投入されたら、ランプドライバ３１０を制御しランプ１３０の温度をハロゲンサイクル範囲内に維持し続ける。即ち、熱処理装置１００を含む図示しないクラスターツールのメイン電源がオンとなり、その後、熱処理に伴いランプドライバ３１０が駆動された時点から熱処理装置１００を含むクラスターツールのメイン電源がオフとなるまでランプドライバ３１０には電力が投入され続ける。このとき、同時にランプドライバ３１０を介しランプ１３０にも電力が投入され続ける。なお、上述したように、ランプ１３０はハロゲンサイクルの範囲内で制御される。従って、ランプ１３０は加熱時には約９００℃まで上昇し、冷却時であっても２５０℃を維持される。かかる温度範囲内で、被処理体Ｗの熱処理を行う。なお、かかるランプ１３０の温度制御は冷却管１４９ｂに接続された温度制御機構の温度センサ又は温度計を使用し、かかる温度によって投入電力を変化させるフィードバック制御でもよい。また、ランプ１３０の温度と投入電力の関数を予め実験より算出し、かかる関数を使用しランプ１３０の温度を予想して電力を投入しても良い。
【００８６】
従来の熱処理装置１００は、熱処理動作以外ではランプドライバ３１０及びランプ１３０には電源は投入されておらず、加熱時に再びランプドライバ３１０を駆動しランプ１３０に所望の電力を供給するように制御されていた。しかし、ランプ１３０のフィラメント１３７は室温において抵抗が非常に小さく、電圧印加の瞬間は回路短絡に近い状態となる。かかる状態においては、外部回路抵抗がある場合であっても定格電流値の７乃至１０倍、外部回路抵抗がない場合においては１３乃至１７倍の電流が流れるラッシュ電流現象が発生する。被処理体Ｗの温度の昇降に応じてランプ１３０の点消灯を急激に行う熱処理装置において、その都度ラッシュ電流現象を派生させることは、ランプ及びランプドライバ３１０の劣化の原因となっていた。
【００８７】
本実施例では、ランプ１３０に電源が投入されるのは熱処理装置１００を含むクラスターツールの起動に伴う必要最低限のものであり、被処理体Ｗの温度の昇降に対応して電源をオン／オフするものではない。即ち、本実施例は上述した課題を解決しており、ランプ１３０及びランプドライバ３１０の長寿命化を達成可能とする。また、ランプ１３０はハロゲンサイクルの範囲内で制御されている為、かかる理由からもランプ１３０の長寿命化に効果的である。
【００８８】
なお、ランプ１３０の冷却用に冷却管１４９が配置されているが、ランプドライバ３１０と合せて制御することで、ランプ１３０をハロゲンサイクルの範囲で維持することを更に容易にする。また、本実施例は、冷却管１４９を使用しランプ１３０の温度を制御する方法、又は、ランプドライバ３１０でランプ１３０の温度を制御する方法のどちらか一方のみを使用する冷却方法を排除するものではない。
【００８９】
また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。更に、制御部３００は、温度制御機構と共同しランプ１３０の温度を認識してヒータを制御することによってランプ１３０の温度をフィードバック制御する。
【００９０】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【００９１】
アニールであればガス源はＮ2、Ａｒなど、酸化処理であればＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯ2、窒化処理であればＮ2、ＮＨ3など、成膜処理であればＮＨ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2やＳｉＨ4などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【００９２】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。
【００９３】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図１を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【００９４】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。
【００９５】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱による均熱の悪化を防止する。
【００９６】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２などを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられている。
【００９７】
同心円的に配置されたリング状の永久磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【００９８】
この結果、永久磁石１７０が回転すると磁気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でもよい。
【００９９】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。動作に伴い熱処理装置１００を含むクラスターツールの電源がオンされる。クラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【０１００】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【０１０１】
その後、熱処理装置１００は加熱処理を行う。図２４を参照するに、制御部３００は、第１に、ランプドライバ３１０を駆動し、ランプ１３０に電力を供給する（ステップ１０００乃至１００５）。ここで、図２４は、本発明のランプ１３０の駆動を示した制御フローチャートである。これに応答して、制御部３００は、更にランプドライバ３１０を介しランプ１３０の電力供給量を上げる（ステップ１０１０）。次に、制御部３００は、ランプ１３０の温度（例えば、発光部１３６の温度）がハロゲンサイクルの上限値である９００℃になったら、制御部３００はランプドライバ３１０を介しランプ１３０の電力の供給量をかかる値で維持する（ステップ１０１５及び１０２５）。そして、制御部３００は被処理体Ｗを、所定の温度（例えば、約８００℃）になるまで加熱する（ステップ１０３０）。なお、ランプ１３０が９００℃になる前に、被処理体Ｗの温度が所定の温度に達した場合（ステップ１０２０）は、その時点で後述する所定の熱処理を行う（ステップ１０３２）。
【０１０２】
ランプ１３０から放射された熱線はウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ高速昇温する。一般に被処理体Ｗの周辺部はその中心側と比較して放熱量が多くなる傾向があるが、本実施例のランプ１３０は同心円状に配置したランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂにより高い指向性と温度制御能力を提供する。
【０１０３】
更に、制御部３００は温度制御機構を制御し、ランプ１３０を冷却する。制御部３００は図示しない温度計の情報によりフィードバック制御を行い、封止部１４３ｃが２５０乃至３５０℃、例えば３００℃になるように冷却管１４９ａの温度を制御する。より詳細には、図２５を参照し、制御部３００は封止部１４３ｃの温度を測定し、３５０℃以下であるか確認する（ステップ１５００乃至１５０５）。ここで、図２５は、本発明のランプ１３０の冷却を示した制御フローチャートである。封止部１４３ｃの温度が３５０℃以上であるなら冷却管１４９ａを使用し、封止部１４３ｃの冷却を開始する（ステップ１５１０）。制御部３００は再び、封止部１４３ｃの温度を測定し、封止部１４３ｃの温度が２５０℃以下であるか確認する（ステップ１５１５乃至１５２０）。封止部１４３ｃの温度が２５０℃以下であるなら冷却を停止し（ステップ１５２５）、そうでなければ２５０℃になるまで冷却は続けられる。上述した工程を繰り返すことで、封止部１４３ｃは２５０乃至３５０℃の範囲に維持される。
【０１０４】
更に、発熱部１３６も同様にフィードバック制御を行い（ステップ１５３０乃至１５５５）、発熱部１３６が８００乃至９００℃、例えば８５０℃になるように冷却管１４９ｂの温度を制御する。かかる制御は、ランプ１３０の電極部１３２の電極１３３を構成するモリブデンの酸化を防止する。また、ランプ１３０の発光部１３６をハロゲンサイクル内で制御する。この結果、ランプ１３０は破損の原因となりうる要素が減少され、ランプ１３０の長寿命化を達成できる。
【０１０５】
同時に、制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【０１０６】
加熱中は、ウインドウ１２０はプレート１２１の厚さが比較的薄く、かつ熱伝導率が高いので幾つかの長所を有する。これらの長所は、（１）ランプ１３０からの光を均一に透過するので、被処理体Ｗに熱斑が発生しにくい、（２）ランプ１３０からの光をあまり吸収しないので被処理体Ｗへの照射効率を低下しない、（３）プレート１２１の表裏面で温度差が小さいので熱応力破壊が発生しにくい、（４）成膜処理の場合でもプレート１２１の温度上昇が少ないためにその表面に堆積膜や反応副生成物が付着しにくい、（５）透光性セラミックスは曲げ強度が強くウインドウ１２０の強度を高めているのでプレート１２０が薄くても処理室１１０内の減圧環境と大気圧との差圧を維持することができる、を含む。
【０１０７】
被処理体Ｗの温度は放射温度計２００により測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいてランプドライバ３１０をフィードバック制御する。被処理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令することもできる。
【０１０８】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると（ステップ１０３２）、制御部３００はランプドライバ３１０を介しランプ１３０の電力供給量を下げる（ステップ１０３５）。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０が２５０℃になったかをチェックする（ステップ１０４０）。もし、ランプ１３０の温度が２５０℃になったら、制御部３００は電力の供給量をかかる値で維持する（ステップ１０４５）。そうでないならば、電力の供給量を更に下げ、ランプ１３０の温度を２５０℃まで下げる。
【０１０９】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。更に、制御部３００は次の熱処理命令を受けた場合は上述の工程を繰り返し、熱処理を行う。このとき、ランプ１３０の制御はステップ１０１０より繰り返される（ステップ１０５０）。熱処理命令がなければランプ１３０への電力供給は停止され、ランプドライバ３１０の駆動も停止される（ステップ１０５５乃至１０６０）。
【０１１０】
上述した一連の熱処理方法は、ランプ１３０及びランプドラバ３１０に電源が投入されるのは熱処理動作開始の１回のみの必要最低限のものであり、被処理体Ｗの温度の昇降に対応して電源をオン／オフするものではない。即ち、かかる熱処理方法はラッシュ電流減少を少なくとも一回に抑え、ランプ１３０及びランプドライバ３１０の長寿命化を達成可能とする。また、ランプ１３０はハロゲンサイクルの範囲内で制御されている為、かかる理由からもランプ１３０の長寿命化に効果的である。
【０１１１】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明の例示的一態様である加熱装置及び熱処理装置によれば、第１の冷却管及び第２の冷却管によって加熱部を冷却することがでる。なお、第１の冷却管は２５０乃至３５０℃の範囲で冷却を行い、モリブデンの酸化膜形成による封止部の破壊を防止する。また、第２の冷却管は２５０乃至９００℃の範囲で冷却を行い、ランプの環境をハロゲンサイクル内に維持する。従って、ランプの劣化を防止し、長寿命化が達成可能となる。
【０１１３】
また、ランプと溝との接触状態を常に維持するためランプの冷却効率を落とすことがない。従って、ランプの長寿命化に寄与すると共に、冷却に要する電力消費の低減を達成することができる。
【０１１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図２】  図１に示すウインドウの変形例であるウインドウの底面図である。
【図３】  図２に示すウインドウのＡ−Ａ断面の一部拡大断面図である。
【図４】  図１に示すウインドウの変形例であるウインドウの一部拡大断面図である。
【図５】  図１に示す加熱部の概略底面図である。
【図６】  図５に示す加熱部の一部を示す拡大断面図である。
【図７】  図５に示すランプ加熱部よりランプをはずしたときの図６に対応する図である。
【図８】  図６に示すランプの概略断面図である。
【図９】  図６に示すランプの概略断面である。
【図１０】  図６に示すランプの概略底面図である。
【図１１】  図６に示すランプのフィラメントより放出される輻射光の光路を示した概略側面図である。
【図１２】  図６に示すランプのフィラメントより放出される輻射光の光路を示した別の概略側面図である。
【図１３】  図６に示すランプの変形例であるランプの概略底面図である。
【図１４】  図１３に示すランプの有するフィラメントの変形例であるフィラメントを示す概略平面図である。
【図１５】  図１３に示すランプの有するフィラメントの変形例であるフィラメントを示す概略平面図である。
【図１６】  図１３に示すランプを示すランプの有するフィラメントの変形例であるフィラメントを示す概略平面図である。
【図１７】  図１６に示すフィラメントを示す概略側面図である。
【図１８】  図６に示すランプ保持部のランプが熱膨張をしていないときの拡大断面図である。
【図１９】  図５に示す加熱部のランプ保持部のより詳細な構造を示す概略断面図である。
【図２０】  図５に示す加熱部のランプ保持部のより詳細な構造を示す概略底面図である。
【図２１】  図１に示す加熱部のランプより被処理体Ｗに照射されるランプ光を示した図である。
【図２２】  図１に示す加熱部のランプより被処理体Ｗに照射されるランプ光を示した図である。
【図２３】  図６に示すランプの配置の変形例を示した概略断面図である。
【図２４】  本発明のランプの駆動を示した制御フローチャートである。
【図２５】  本発明のランプの冷却を示した制御フローチャートである。
【図２６】  従来のランプ形状を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１００          熱処理装置
１１０          処理室
１２０          ウインドウ
１２１          プレート
１２４          補強材
１２５          冷却管
１３０          ランプ
１３１          ねじ山
１３２          電極部
１３４          中間部
１３６          発光部
１４０          加熱部
１４２          ランプ保持部
１４３          溝
１４７          ねじ山
１５０          サポートリング
１６０          ベアリング
１７０          永久磁石
１８０          ガス導入部
１９０          排気部
２００          放射温度計
２１０          ロッド
２２０          光ファイバ
２３０          フォトディテクタ
３００          制御部
３１０          ランプドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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