JPH02180784A

JPH02180784A - 静電浮遊炉

Info

Publication number: JPH02180784A
Application number: JP33257288A
Authority: JP
Inventors: Toshio Abe; 俊雄阿部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-13

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】〔産業上の利用分野〕この発明は微少重力環境において例えば半導体精製や結
晶成長などに使用される静電浮遊炉に関するものである
。

〔従来の技術〕

第７図は例えばＵｎｉｔｅｄ　５ｔａｔｅｓ　Ｐａｔｅ
ｎｔ　。

Ｐａｔｅｎｔ　Ｎｕｍｂｅｒ　４５２Ｌ８５４　、　Ｄ
ａｔｅ　ｏｆ　ＰａｔｅｎｔＪｕｎ、　４．１９８５　
　に示された従来の静電浮遊炉の構成を示すブロック図
であり１図において。

（１）は導体を球状にした電極で正三角錐（２）の各々
の頂点に配置される。電極（１）から等間隔の位置に試
料（３）が保持される。（４）は試料（３）の位置を検
出するため直交して設置されたＣＯＤカメラ。

（５）はＣＯＤカメラ（４）の位置信号を検出して３次
元の位置信号に変換する位置検出回路、（６）は３次元
位置信号によって、電極（１）へ印加する高電圧を制御
する制御回路である。

従来の静電浮遊炉は上記のように構成され。

電極（１）が作る静電場の中で、帯電した試料（３）が
クーロン力によって中心に保持される。電極（１）に印
加する電圧はＣＯＤカメラ（４）によって計測される位
置データに相応した値に制御回路（６）で決定される。

試料（３）の加熱機構を明らかにした文献は現在のとこ
ろ発表されていないが、光を用いた加熱や抵抗ヒータに
よる加熱が予定されているものと推定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の静電浮遊炉は、電極（１）が試料（
３）に比して大きく、イメージ炉による加熱を行う場合
に光がその表面で反射し、遮光するなどして集光効率を
非常に悪くする問題があった。

さらに、試料＋３１の雰囲気制御を行うとき石英管の中
に試料（３）を入れ、この中にガスを注入したりするの
であるが、この石英管と電極＋１１とが干渉し合って炉
の構成が困難となる課題があった。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、試料の加熱効率を高め、雰囲気制御を容易に行うこと
のできる静電浮遊装置を得ることを目的とする。

また、この発明の別の実施例では、上記目的に加え、試
料を石英管Ω中で回転させて、試料の撹拌や均熱化を行
うことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る静電浮遊炉は、光透過性の電極を蒸着し
た試料管の中に試料を入れて浮遊させ、イメージ炉で試
料を加熱するものである。

〔作　用〕

この発明においては石英管に入れられた試料が浮遊制御
されて保持され１回転楕円鏡で集光されて光が試料に照
射されて加熱される。電極は石英管に透明膜で形成され
ているので集光の障害とならない。

また、この発明の別の実施例では、試料を浮遊させ１回
転させながら加熱する。回転力は電極に交流電圧を印加
することで行われる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
り、（３１は試料、（４）は石英ガラス等の光透過性材
を円筒状に形成した試料管、（５）は試料管（４）の側
面に櫛状に貼られた光透過性の第１電極、（６）は試料
管１５３の両端部において、試料管（４）の全周にわた
って下方へ凹、あるいは凸になるように形成された網状
や渦巻状の光透過性材（ｌ　Ｔｏなど）の第２電極、（
７）は内側を回転楕円面鏡に形成したイメージミラー、
（８］はイメージミラー（７］の第１焦点に置かれたマ
イクロ波放電ランプ、（９）は導電性材の網でイメージ
ミラー（７）の内側全周にわたって接して取りつけられ
た電波遮蔽板、αＧはマグネトロンで導波管αＢを通し
て電波をキャピテイα２へ注入する。

（１３ａ）と（ｆ３ｂ）は位置検出装置（Ｐ　Ｓ　Ｄ）
であり、試料（３）を直交する軸あるいは交叉する軸で
視るように配置される。（１４ａ）と（１４ｂ）は位置
検出回路で位置検出装置（１３ａ）と（１３ｂ）に接続
される。ａ９は位置検出回路（１４ａ）と（１４ｂ）に
接続される制御装置、αＧは制御装置α９と第１電極（
５；と第２電極（６）に接続される高圧電源である。

第２図は試料管１４）の構成図で、試料（３）を中央部
に浮遊させ内蔵する試料管（４）の外表面に、ＩＴＯな
どの導電材で形成された透明な第１電極＋５１が３個、
１２０°間隔で配置され、端部に同様の第２電極（６）
が２個設けられている。

第３図は位置検出装置［１３と位置検出回路Ｉの構成を
示すブロック図で、鰭はレンズ、αｅは赤外線透過フィ
ルタ、α９は位置検出素子であり。

これらで位置−検出装置α３が構成される。

さらに、■はプリアンプ、ＱυはＹ軸信号、ＹｌとＹｌ
及びＸ軸信号、×１と×２を加算する加算回路、ｃ！３
はＹｌとＹｌ及び×１と×２の減算回路、的は補正回路
、（２４１は（Ｙ、−Ｙｌ）と（’ｖ’ｉ＋Ｙ２）及び
（Ｘ、　−Ｘ２）と（Ｘ、＋Ｘ２）　１７）割算回路で
ある。

第４図は高圧電源αｅの構成の一例を示すブロック図で
、ＱｓはＤ／Ａコンバータ、■は高圧発振トランス、＠
は高圧整流部、＠は電圧検出回路、ｃ！９は誤差増幅器
、■は基準電圧部であり。

これらで高圧電源αｅが構成される。

第５図は制御装置ａ９の構成の一例を示すブロック図で
、　ｏｎは３次元位置検出回路で位置検出回路＋１４１
１７）位置信号＋　ＸＩ　＊　Ｘ２　ｓ　Ｙｌ　＋　Ｙ
ｌが人力される。（至）はプリアンプ、田は設定回路（
財）の設定値と位置信号が入力される偏差検出回路。

（至）は微分積分アンプ（至）と偏差検出回路儲から入
力される加算アンプ、■は比例出力回路で制御信号（１
〜（６を出力する。

上記のように構成された静電浮遊炉において。

試料（３）が予備加熱されて５００°位になった状態で
試料管（４）の内部に封入される。一方、マグネトロン
Ｑｌから注入された電波でマイクロ波放電ランプ（８］
が発光し、この光がイメージミラー（７１で反射して試
１１４　（３１へ集光される。そして加熱が続き、昇温
して行く。この間に、試料（３）の位置が微少な重力変
動で移動するため１位置検出装置（１３ａ）と（ｆ３ｂ
）でＸ、Ｙ方向の位置を検出して、３次元位置ｘ、ｙ、
ｚを検出する。

この計算は第３図、第５図の回路にて行われる。

３次元位置のずれは制御装置αＳで制御量にＰＩＤ側に
よって換算され制御信号（１〜（６が高圧電源ａＳへ入
力される。ここで適切な高圧電圧が第１電極（５）と第
２電極（６）の各々に印加され試料（３）の位置が制御
される。

なお、上記実施例ではマイクロ波放電ランプ＋８）を光
源として用いたが、ハロゲンランプやキセノンランプを
用いても同様の動作を行える。

さて、この発明は上記のようにイメージミラー（７）を
１個で構成しているのであるが、第６図の別の発明のよ
うに第２のイメージミラー（至）をイメージミラー（７
）の長軸方向に第２焦点を共有して取付け、第２のイメ
ージミラー（至）の端部にプラズマ放電ランプ＋８）を
取りつける。両台のプラズマ放電ランプ（８）から発し
た光は第２の焦点に置かれた試料（４１の上に集光しこ
れを加熱する。

光が全方向から照射されるので均一な温度分布となる。

さらに、上記の別の実施例においても、マイクロ波放電
ランプをハロゲンランプやキセノンランプに替えても同
様の動作を行える。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、イメージミラーの内側
で第１焦点を含む端部６ζ電波遮蔽板を取りつけてキャ
ビティを構成し、この中にプラズマ放電ランプを置いて
電波を注入して発光させ、第２焦点に置かれた試料管の
中に浮遊する試料を加熱する。プラズマ放電ランプは直
径り月０〜３０１ｍ＋と太き（均一な球面発光をするの
で、試料を全周にわたり均一に加熱することができる。

さらに、電極が試料管の周囲に透光性を持って形成され
ているので、イメージミラーの集光性能を乱すことがな
く効率の高い加熱を行える効果がある。

さらにまた、試料の位置検出を位置検出素子を用いて行
うため、ＣＣＯカメラを用いる従来装置に比べ１００倍
も高速に位置を検出でき。

もって試料をより安定に位置制御できる効果がある。

以上の効果は宇宙における微少重力下での材料製造にお
いて極めて重大な効果となる。それは試料の表面の熱分
布が不均一の場合、マランゴニ対流が生じ材料の結晶成
長を乱し、微少重力の効果を阻害するからであり、でき
る限り均一な加熱を行う必要があるからである。

さらに、集光効率が高いことは電力の節約になり、また
浮遊位置をきめ細く高速に制御することは１重力外乱を
生じないことになるからである。

また、この発明の他の実施例で、プラズマ放電ランプを
２個用いて試料を両側から加熱するので試料の熱分布を
さらに均一にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成ブロック図、第
２図は試料管の構成図、第３図は位置検出装置と位置検
出回路の構成ブロック図。第４図は高圧電源の構成ブロック図、第５図は制御装置
の構成ブロック図、第６図は別の発明の一実施例を示す
構成ブロック図、第７図は従来の静電浮遊炉を示す構成
ブロック図である。図において９口）は電極、（２）は正三角錐、（３１は
試料、（４）はＣＣＯカメラ、得】は位置検出回路。（６）は制御回路、（７；はイメージミラー、（８）は
マイクロ波放電ランプ、（９）は電池遮蔽板、　＋１（
Ｉはマグネットロン、συは導波管、１１２はキャビテ
ィ、　Ｉ３は位置検出装置、　（１４１は位置検出回路
、＋１９は制御装置、σθは高圧電源、Ｕηはレンズ、
　Ｑｌは赤外線透過フィルタ、ａ９は位置検出素子、■
はプリアンプ、Ｑυは加算回路、＠は減算回路、０は補
正回路、＠は割算回路、■はＤ／Ａコンバータ。 ■は高圧発振トランス、＠は高圧整流部、＠は電圧検出
回路、Ｉ２１は誤差増幅器、（至）は基準電圧部、　Ｏ
ｒＪは３次元位置検出回路、（至）はプリアンプ。 ■は偏差検出回路、（財）は設定回路、（至）は加算ア
ンプ、（至）は微分、積分アンプ、（９）は比例出力回
路、Ｇｌは第２のイメージミラーである。なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転楕円体の内側に反射面を有するイメージミラ
ーと、この第１焦点に置かれたマイクロ波放電ランプと
、イメージミラーの第１焦点側端部において、イメージ
ミラーの内面に円周状の縁が接するように取付られた電
波遮蔽板とこの電波遮蔽板とイメージミラーとで形成さ
れたキャビティに電波を注入するマグネトロンと、光透
過性材を円筒に形成しイメージミラーの第２焦点に置か
れた試料管と、この試料管の側面に付着された光透過性
の第１電極と、試料管の両端部において、この全周にわ
たって下方へ凹あるいは凸に形成された光透過性の第２
電極と、試料管に封入された試料を含む２つの軸上に置
かれた２台の位置検出装置と、これに接続され位置デー
タを処理して試料の３次元位置を出力する位置検出回路
と、この３次元位置から制御量を出力する制御装置と、
上記第１電極と第２電極に接続されてこの制御量に相応
する高電圧を発生する高圧電源とを備えたことを特徴と
する静電浮遊炉。
（２）回転楕円体の内側に反射面を有するイメージミラ
ーと、この第２焦点を共有する第２のイメージミラーと
双方の第１焦点に置かれたマイクロ波放電ランプと、イ
メージミラーの双方の第１焦点側端部において、イメー
ジミラーの内面に円周状の縁が接するように取付られた
２枚の電波遮蔽板と、この電波遮蔽板とイメージミラー
とで形成された２個のキャビティに電波を注入するマグ
ネトロンと、光透過性材を円筒に形成し双方のイメージ
ミラーが共有する第２焦点に置かれた試料管と、この試
料管の側面に付着された光透過性の第１電極と、試料管
の両端部において、この全周にわたって下方へ凹あるい
は凸に形成された光透過性の第２電極と、試料管に封入
された試料を含む２つの軸上に置かれた２台の位置検出
装置と、これに接続され位置データを処理して試料の３
次元位置を出力する位置検出回路と、この３次元位置か
ら制御量を出力する制御装置と、上記第１電極と第２電
極に接続されてこの制御量に相応する高電圧を発生する
高圧電源とを備えたことを特徴とする静電浮遊炉。