JPH0150837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光を透過する被加熱物を光を照射する
手段を用いて加熱する光照射加熱方法に関するも
のである。

一般に加熱処理を行なうための方法のうち、ラ
ンプよりの放射光を被加熱物に照射する光照射加
熱方法は、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 直接通電炉、高周波炉等に比して装置が小型
でコストが低い。

しかるに、被加熱物が光を透過するものである
場合にはこれに単に直接光を照射しても有効な加
熱処理を行なうことができない。

例えば半導体素子の製造プロセスにおける薄膜
形成工程においては、薄膜用物質を構成する原子
を含むガスを基板上に導入して、この基板上に当
該原子を付着堆積せしめて薄膜を形成するいわゆ
る蒸着法が広く用いられている。この蒸着法にお
いては薄膜用物質を構成する原子を含むガスを原
子状態に分解するために加熱することが必要であ
るが、この加熱方法としては従来抵抗加熱による
方法が知られている。

しかしながら、この抵抗加熱による方法におい
ては、熱源である抵抗発熱体それ自体が昇温及び
降温に比較的長時間かかるため迅速な加熱処理に
は不適当であること、抵抗発熱体の外側には通常
比較的厚い断熱材を設けることが必要であるため
装置が大型になること、そして小さな抵抗発熱体
のユニツトを多数設けて被加熱物の加熱温度を均
一若しくは所望の温度分布にしようとする場合に
は、必要な抵抗発熱体のユニツトの数が極めて大
きなものとなつて構成が複雑になり、しかも高い
精度で被加熱物の加熱温度を均一若しくは所望の
温度分布にすることができないこと、等の欠点が
ある。

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、光を透過する被加熱物を光照射加熱手
段を用いて効率的に加熱することができ、しかも
被加熱物の加熱温度を高い精度でかつ容易に均一
若しくは所望の温度分布にすることができる光照
射加熱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、光を透過する被加熱物が位置さ
れる加熱空間を囲むようランプにより形成した筒
状光源を配置し、前記被加熱物と前記筒状光源と
の間に、温度調整用の光透過部を設けた光吸収性
伝熱材を配置し、前記筒状光源よりの光を前記光
吸収性伝熱材に照射して昇温せしめ、この光吸収
性伝熱材により前記被加熱物を加熱する点にあ
る。

以下図面によつて、本発明方法を蒸着法に適用
する場合の一実施例について説明する。

第１図及び第２図はそれぞれ本発明方法の一実
施例に好適に用いることができる照射加熱炉の概
略を示す説明用縦断側面図及び説明用横断平面図
である。

１は光を透過する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により形成された筒状光源であり、この筒
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が上下に伸びる軸Ｐに対して直角若しくはほぼ
直角となるよう組合されている。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、この保持具１４は同時に各面光源
ユニツト１０におけるランプＬと反射鏡１１をも
保持している。上方の面光源ユニツト１０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。１７は導風
部材１５の下底部に設けた空気流通孔である。１
８は筒状光源１の下端開口を塞ぐと共に筒状光源
１を支持する支持底板であり、この支持底板１８
の中央にはガス出入口１９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は筒状光源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。

３は温度調整用の光透過部３２を設けた光吸収
性伝熱材であつて、加熱空間Ｓにおいて被加熱物
と筒状光源１との間に配置されている。この光吸
収性伝熱材３は、例えばインコネル製であつて、
その上端が閉塞され下端が開口された有底の円筒
状に形成され、その下端開口部が支持底板１８に
より保持されていて上下に伸びる軸Ｐに同軸に配
置されている。

温度調整用の光透過部３２は、第４図に詳しく
示すように、光吸収性伝熱材３の周壁３１に形成
された例えば貫通孔より成る。この例においては
円形の光透過部３２が光吸収性伝熱材３の周壁３
１に例えば上段、中段及び下段の３段に亘つて周
に沿つて均等の間隔に並んで設けられ、光透過部
３２の径の大きさは周方向には同じ大きさとさ
れ、上下方向においては上段から下段に向かうに
従つて小さくなつている。

４は薄膜構成原子を付着堆積せしめるための例
えば透明石英製の両端開口の円筒状の基板であ
り、この基板４は光吸収性伝熱材３内にこれと同
軸に位置され、基板４の外径の大きさはその周壁
が光吸収性伝熱材３に接近して位置する程度とさ
れる。２０は基板４を支持する支持台である。尚
支持底板１８のうち支持台２０が固定されている
部分のみを軸Ｐを中心に回転可能に形成して、当
該部分を回転させることにより基板４を回転させ
る場合もある。

前記ランプＬの具体的構造の一例を挙げると、
第５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。

前記筒状光源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。

具体的数値例の一例を挙げると、上方の面光源
ユニツト１０には消費電力約300W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420WのランプＬが12本配置
されている。光吸収性伝熱材３は外径125mm、高
さ255mm、厚さ２mmであり、基板４は外径100mm、
高さ150mmである。そして加熱空間Ｓの上方領域
は温度約600℃、下方領域は温度約650℃に加熱さ
れるようになつている。

以上のような構成の照射加熱炉において、ガス
出入口１９から、例えばキヤリアガスとしての窒
素ガスに反応ガスとしてのシランガスを20重量％
混合して成るガス状の被加熱物を加熱空間Ｓ内に
全圧が1.5Torrとなるように導入し、筒状光源１
よりの光を光吸収性伝熱材３に照射してこの光吸
収性伝熱材３を昇温せしめ、この昇温された光吸
収性伝熱材３により前記ガス状の被加熱物を加熱
する。この加熱により基板４の外周壁に回り込ん
だ被加熱物中の反応ガス即ちシランガスが熱分解
してシリコン原子が生成し、このシリコン原子が
基板４の外周壁に付着堆積し、当該基板４上にア
モルフアス状のシリコン薄膜が形成される。

因みに上述の実施例によれば基板４上にアモル
フアス状のシリコン薄膜を2500Å／分の成長速度
で±５％以内の均一な膜厚の薄膜を形成すること
ができた。

このように本発明方法によれば、光を透過する
被加熱物はこれに単に直接光を照射するのみでは
十分な加熱を行なうことができないところ、温度
調整用の光透過部３２を設けた光吸収性伝熱材３
を加熱空間Ｓ内に配置して、これを筒状光源１に
より光照射して昇温せしめるようにしているた
め、光を透過する被加熱物例えばガス状の物質を
前記光吸収性伝熱材３よりの伝熱により十分な温
度にまで加熱することができる。そして、光吸収
性伝熱材３には温度調整用の光透過部３２が設け
られているので、この光吸収性伝熱材３よりの伝
熱が調整されたものとなるので、被加熱物の温度
を均一若しくは所望の温度分布とすることができ
る。即ち、光吸収性伝熱材３の光透過部３２にお
いては筒状光源１よりの光が透過するため、この
光透過部３２に対向する被加熱物への伝熱の程度
が小さくなり、結局光吸収性伝熱材３による伝熱
を光透過部３２に従つて制御されたものとするこ
とができる。そして光照射手段を用いた加熱方式
であるから、光吸収性伝熱材３を短時間で昇温、
降温せしめることができ、従来の抵抗加熱による
方法に比べて被加熱物を迅速に加熱処理すること
ができ、しかも抵抗加熱による方法において必要
とされるような大型の断熱材を必要としないた
め、装置の小型化を達成することができる。

以上本発明方法の一実施例について説明した
が、本発明方法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。例えば被加熱物とし
ては光を透過するものであればよく、ガス状の物
質の他石英ガラスなどより成る透明な物質例えば
透明石英容器などを選択することができる。そし
て筒状光源１の形状は四角筒状の他五角以上の筒
状としてもよく、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。また円環状のラン
プを用いて円筒状の光源とすることもできる。こ
のランプＬとしてはハロゲンランプ以外のランプ
を用いてもよい。そして光吸収性伝熱材３に設け
る温度調整用の光透過部３２の形状、数、大きさ
及び配置状態は被加熱物に必要とされる温度分布
に応じて適宜設定すればよく、またこの光透過部
３２は単なる貫通孔によるものの他光を透過する
透明板により構成してもよい。そしてこの光吸収
性伝熱材３としてはインコネル製のものに限定さ
れず他の金属製のものとしてもよく光吸収性が良
好なものが好ましい。

以上のように本発明方法によれば光を透過する
被加熱物が位置される加熱空間を囲むようランプ
により形成した筒状光源を配置し、前記被加熱物
と前記筒状光源との間に、温度調整用の光透過部
を設けた光吸収性伝熱材を配置し、前記筒状光源
よりの光を前記光吸収性伝熱材に照射して昇温せ
しめ、この光吸収性伝熱材により前記被加熱物を
加熱することを特徴とする光照射加熱方法である
から、光を透過する被加熱物を光照射加熱手段を
用いて効率的に加熱することができ、しかも被加
熱物の加熱温度を高い精度でかつ容易に均一若し
くは所望の温度分布にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明方法の一実
施例に好適に用いることができる照射加熱炉の概
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図は光吸収性伝熱材の一例を示す説明
図、第５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……筒状光源、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、１
８……支持底板、１９……ガス出入口、２……区
画材、３……光吸収性伝熱材、３２……光透過
部、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)

【特許請求の範囲】
1. １ 光を透過する被加熱物が位置される加熱空間
   を囲むようランプにより形成した筒状光源を配置
   し、前記被加熱物と前記筒状光源との間に、温度
   調整用の光透過部を設けた光吸収性伝熱材を配置
   し、前記筒状光源よりの光を前記光吸収性伝熱材
   に照射して昇温せしめ、この光吸収性伝熱材によ
   り前記被加熱物を加熱することを特徴とする光照
   射加熱方法。