聚光鏡加熱爐的制作方法
聚光鏡加熱爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射而照射于被加熱物，由該二次反射鏡反射而照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。由此，在通過聚光的紅外線進(jìn)行加熱的裝置中，即便是使用旋轉(zhuǎn)橢圓面的裝置也能保持加熱性能并進(jìn)行小型化。
【專利說明】聚光鏡加熱爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種使用于材料加工等的加熱爐，涉及用于由紅外線進(jìn)行加熱的聚光鏡加熱爐。
【背景技術(shù)】
[0002]如專利文獻(xiàn)I至3所記載，作為用于制造單晶的裝置，已知有一種聚光鏡加熱爐，通過朝向成為對(duì)象的氧化鋁等的燒結(jié)體和晶種使紅外線聚光而進(jìn)行加熱。
[0003]這種聚光鏡加熱爐在沿垂直方向移動(dòng)的載物臺(tái)上設(shè)置氧化鋁等的燒結(jié)體和晶種，在沿水平方向包圍該晶種的位置上設(shè)置由旋轉(zhuǎn)橢圓面構(gòu)成的反射鏡，在該旋轉(zhuǎn)橢圓面的一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置鹵素?zé)舻鹊墓庠?，使燒結(jié)體和晶種位于旋轉(zhuǎn)橢圓面的另一個(gè)焦點(diǎn)。
[0004]而且，其為以使從光源放射的紅外線直接或介由反射鏡的反射面，而使焦點(diǎn)正中該燒結(jié)體和晶種的方式進(jìn)行聚光并進(jìn)行加熱的加熱爐，以及在加熱時(shí)通過使該載物臺(tái)下降而使單晶生長的裝置。
[0005]另外，如專利文獻(xiàn)4所記載，已知有在內(nèi)面為旋轉(zhuǎn)橢圓面的反射面的一個(gè)焦點(diǎn)上放置被加熱物臺(tái)，將設(shè)置在反射面內(nèi)的加熱器作為面光源，通過使所放射的紅外線直接以及被該橢圓面反射而加熱該被加熱物臺(tái)上的被加熱物。
[0006]而且，如專利文獻(xiàn)5所記載，作為使用于半導(dǎo)體制造的加熱爐，已知有將硅片放在石英板上，從石英板對(duì)其進(jìn)行加熱的電阻加熱型爐。但是，即使在熱源為紅外線時(shí)，也由于將石英板插入爐內(nèi)，因此該爐內(nèi)的尺寸是能夠?qū)陨系某叽绲奈矬w進(jìn)行加熱的尺寸，電阻加熱也在升溫之前需要較長時(shí)間，一個(gè)加熱工序無法在短時(shí)間內(nèi)得以操作。
[0007]而且，還已知有一種加熱處理裝置，在加熱晶片表面時(shí)，為了對(duì)可充分覆蓋晶片口徑的范圍進(jìn)行紅外線照射，與晶片表面平行地設(shè)置如下面，即在與所放置的晶片表面相對(duì)的晶片的垂直上方位置上設(shè)置多個(gè)紅外線燈而成的面，通過這種裝置加熱晶片表面。
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本國特開2007-145611號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本國特許第3668738號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:W02005/075713號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)4:日本國特開2008-107050號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)5:日本國特開2000-223488號(hào)公報(bào)
[0013]現(xiàn)有的聚光鏡方式加熱爐是在橢圓鏡的凹面的一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置紅外線光源，從該光源被該凹面反射且直接從上方或側(cè)方加熱設(shè)置在另一個(gè)焦點(diǎn)上的被加熱物。
[0014]另外，如專利文獻(xiàn)I至3所記載的發(fā)明那樣，構(gòu)成為在被切斷的旋轉(zhuǎn)橢圓面的一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置光源，在另一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置被加熱物的結(jié)構(gòu)時(shí)，以共通的焦點(diǎn)即被加熱物為中心，在其周圍形成從一個(gè)焦點(diǎn)形成的圓。
[0015]在這種結(jié)構(gòu)的情況下，由于相對(duì)于平面形狀的被加熱物專門從橫向360°進(jìn)行加熱，因此將該被加熱物設(shè)置為水平時(shí)，盡管專門使紅外線照射于該被加熱物的周圍，相對(duì)于平面所吸收的熱量還是降低。另外，假使垂直或傾斜地設(shè)置被加熱物，則該被加熱物的兩個(gè)面專門被加熱，無法高效地加熱特定的單面。
[0016]其結(jié)果，由于被加熱物以外的裝置也被加熱而變?yōu)楦邷?，因此作為用于?duì)其進(jìn)行冷卻的空冷或水冷的冷卻系統(tǒng)，需要更大規(guī)模的裝置，結(jié)果用于供給冷卻所需的能量、空氣、水等的設(shè)備也不得不變大。尤其是在為了冷卻加熱源而流過空氣時(shí)，即便使空氣流向被旋轉(zhuǎn)橢圓面包圍的容積較大的空間，也由于停留在該空氣的一部分直接接觸加熱源而發(fā)揮冷卻的能力，因此很難實(shí)現(xiàn)高效的冷卻。
[0017]而且，在被旋轉(zhuǎn)橢圓面鏡夾持的地方設(shè)置被加熱物的結(jié)構(gòu)中，由于除上述冷卻所需的較大的設(shè)備以外，相對(duì)于被加熱物的尺寸使用相當(dāng)大的旋轉(zhuǎn)橢圓面鏡，因此裝置小型化存在極限。
[0018]雖然利用在晶片的垂直上方位置上設(shè)置多個(gè)與所放置的晶片等的表面相對(duì)的紅外線燈而構(gòu)成的加熱裝置，可以比較均勻地加熱晶片，但是無法不阻礙紅外線照射便與晶片表面相對(duì)地設(shè)置為了在加熱中向晶片表面供給氣體并進(jìn)行處理而應(yīng)設(shè)置在晶片上方的氣體供給單元。另外，為了均勻地進(jìn)行加熱，與被加熱物相比需要增大紅外線燈的設(shè)置面。因此，尤其是從設(shè)置在加熱裝置的周緣部上的紅外線燈放射的能量的大部分并未僅照射于被加熱物，還加熱被加熱物周邊的部件。而且，被加熱物的加熱不僅來自紅外線燈的放射，由來自被加熱的周邊部件的傳導(dǎo)引起的加熱也達(dá)到無法忽視的程度，其結(jié)果，變得很難控制被加熱物的加熱溫度。因此，為了更正確地進(jìn)行控制，需要增大加熱爐的內(nèi)部空間，結(jié)果加熱爐整體過度大型化。
[0019]而且，與被加熱物的上方相對(duì)地設(shè)置紅外線燈等的加熱裝置時(shí)，則很難在被加熱物的上方設(shè)置加熱狀態(tài)的監(jiān)控、氣體供給、操作用機(jī)械手等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0020](第I聚光鏡方式加熱爐)
[0021]1.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0022]照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
[0023]2.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0024]反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射而照射于被加熱物，由該二次反射鏡反射而照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
[0025](第2聚光鏡方式加熱爐)
[0026]3.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0027]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，
[0028]該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡，
[0029]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面，
[0030]構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
[0031]4.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0032]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，
[0033]該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡，
[0034]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于與放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)不同的位置，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面，
[0035]構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
[0036]5.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0037]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，
[0038]該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡，
[0039]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于經(jīng)過放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)的法線上，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面，
[0040]構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸相對(duì)于該被加熱面的該法線傾斜定位。
[0041]6.根據(jù)方案3至5中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，構(gòu)成一次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下。
[0042]7.根據(jù)方案3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使光源位于連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上。
[0043]8.根據(jù)方案3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)不在同一直線上。
[0044]9.根據(jù)方案3至8中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱物表面與連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線所成的角度為20?70°。
[0045](第3聚光鏡方式加熱爐)
[0046]10.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0047]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，[0048]該反射鏡裝置組合一次反射鏡和二次反射鏡而成，使將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為該一次反射鏡，使將旋轉(zhuǎn)拋物面體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)拋物面鏡為該二次反射鏡，
[0049]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置聚光鏡裝置，使二次反射鏡即旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的轉(zhuǎn)軸與放置在爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)位于I條直線上，朝向被加熱物設(shè)置有二次反射鏡的開口部，使光照射于被加熱面，
[0050]二次反射鏡的該轉(zhuǎn)軸并未相對(duì)于被加熱物表面垂直。
[0051]11.根據(jù)方案10所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，一次反射鏡的焦點(diǎn)與其橢圓面的最短距離比二次反射鏡的焦點(diǎn)與其拋物面的最短距離大。
[0052]12.根據(jù)方案10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
[0053]13.根據(jù)方案10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)不位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
[0054]14.根據(jù)方案10至13中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱面的法線與二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸所成的角度為20?70°。
[0055](第4聚光鏡方式加熱爐)
[0056]15.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0057]該反射鏡裝置具有將如下環(huán)的內(nèi)面的一部分作為反射面的一次反射鏡，S卩，使處于與經(jīng)過該被加熱面中心的法線相同的平面內(nèi)，且不與該法線交叉的封閉的曲線以該法線為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的環(huán)，
[0058]在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿該環(huán)的圓周方向的一部分或全部設(shè)置光源，
[0059]而且，該被加熱物被設(shè)置在與該法線垂直但不與環(huán)交叉的平面上，在連結(jié)該被加熱面中心和該光源的最短的直線與該反射面的交點(diǎn)附近的該反射面上設(shè)置狹縫，用于向被加熱物照射光，
[0060]在形成該狹縫的第一反射面的端部上連接形成第二反射面的反射面。
[0061]16.根據(jù)方案15所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，該法線與連結(jié)該光源和被加熱物表面中心的線所成的角度為20?70°。
[0062]17.根據(jù)方案15或16所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿圓周設(shè)置環(huán)狀光源，
[0063]關(guān)于使來自該環(huán)狀光源的光集中于被加熱面的反射板，相對(duì)于該環(huán)狀光源構(gòu)成的圓周垂直地設(shè)置其反射面。
[0064]18.根據(jù)方案I至17中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，使該反射鏡和被加熱物的相對(duì)位置可變。[0065]19.根據(jù)方案I至18中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可以從被加熱物的正上方、斜上方及側(cè)方的至少I個(gè)方向確認(rèn)被加熱物的溫度、形成被膜時(shí)的膜厚等的被加熱物的狀態(tài)。
[0066]20.根據(jù)方案I至19中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可使該被加熱物旋轉(zhuǎn)。
[0067]本發(fā)明的第I聚光鏡方式加熱爐是采用由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成的裝置作為反射鏡裝置，通過使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射，并最終從相對(duì)于被加熱物表面并不垂直的方向進(jìn)行照射，從而用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐。而且，即便是該并不垂直的方向，也不是從與被加熱物表面平行的方向進(jìn)行照射。
[0068]由于本發(fā)明并不是現(xiàn)有的在旋轉(zhuǎn)橢圓面上使紅外線反射，并從被加熱物的側(cè)方進(jìn)行加熱的裝置的結(jié)構(gòu)，因此通過避免用于加熱的裝置位于所加熱的被加熱物的側(cè)方或被加熱物表面的延長線上，從而能夠從側(cè)方確認(rèn)被加熱物的狀態(tài)，即使在加熱中也能夠掌握CVD爐、單晶培養(yǎng)裝置等的運(yùn)行狀況。
[0069]而且，由于相對(duì)于被加熱物表面從并不垂直的方向照射紅外線而進(jìn)行加熱，因此能夠使紅外線燈及環(huán)狀反射面的位置位于不是被加熱物表面的正對(duì)面的地方，反射鏡裝置的尺寸與采用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)橢圓面時(shí)相比較小，可以使紅外線燈及環(huán)狀反射面與被加熱物之間更窄。
[0070]如此，使裝置小型化時(shí)，紅外線燈的輸出變小，與此同時(shí)反射鏡的尺寸也變小，但是，由于原本加熱被加熱物自身所需的能量不變，因此結(jié)果被加熱物自身所接收的能量的密度不變或反而增大。
[0071]例如為CVD爐時(shí)，可以使氣體從通過CVD進(jìn)行處理的被加熱物表面的正面流動(dòng)接觸，可以使基于CVD的優(yōu)質(zhì)薄膜在所加熱的被加熱物上成膜。
[0072]第2聚光鏡方式加熱爐具有由一次反射鏡及二次反射鏡將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面而成的2個(gè)反射鏡構(gòu)成的反射鏡裝置。構(gòu)成該一次反射鏡的旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下。
[0073]尤其是第2聚光鏡方式加熱爐既可以使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)，另外，也可以位于與放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)不同的地方，例如經(jīng)過被加熱物表面的中心點(diǎn)的法線上。
[0074]根據(jù)第2聚光鏡方式加熱爐，能夠均勻地加熱被加熱物表面的尤其需要的某一部分，另外，也可以相對(duì)于被加熱物表面以不使光的焦點(diǎn)對(duì)齊的狀態(tài)進(jìn)行照射，此時(shí)，可以更加均勻地加熱被加熱物表面。
[0075]而且，由于通過使構(gòu)成一次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下，從而可以將光源即紅外線燈置于更接近球的旋轉(zhuǎn)橢圓體的一個(gè)焦點(diǎn)，因此能夠使由一次反射鏡反射后而朝向二次反射鏡的反射面的成分更多。
[0076]也就是說，由于一次反射鏡與二次反射鏡相比，焦點(diǎn)附近的橢圓面是更長半徑的接近球的面，因此將光源燈設(shè)置于一次反射鏡時(shí)，與直接將光源設(shè)置于二次反射鏡的焦點(diǎn)時(shí)相比，可以在更多的反射面上使從燈放射的光反射，因此能夠向被加熱物照射更強(qiáng)的光，可以高效地進(jìn)行加熱。[0077]另外，使一次反射鏡和二次反射鏡連接，使光源位于連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上，由此從光源不被任何一個(gè)反射鏡反射而直接照射于被加熱物的光的成分變多，可以更加高效地加熱被加熱物表面。
[0078]使一次反射鏡和二次反射鏡連接,使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)不在同一直線上時(shí)，則能夠任意變更一次反射鏡相對(duì)于二次反射鏡的朝向，能夠使反射鏡裝置小型化，或根據(jù)聚光鏡方式加熱爐的整體形狀，任意變更反射鏡裝置的形狀。
[0079]而且，雖然任何一個(gè)方式的聚光鏡方式加熱爐都能夠以被加熱物表面的被加熱面呈水平的方式形成并設(shè)置，但是被加熱物的被加熱物面也能夠以并不水平的狀態(tài)而被放置。
[0080]在此，一次反射鏡和二次反射鏡的接合部的開口部的尺寸也可以較大。該開口部越大，則未由一次反射鏡反射的成分越多。
[0081]相反開口部越小，則能夠使從紅外線燈等的光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射并加熱被加熱物表面的成分越多。
[0082]另外，第3聚光鏡方式加熱爐除在使二次反射鏡為由旋轉(zhuǎn)拋物面鏡構(gòu)成的方面與第2聚光鏡方式加熱爐不同以外則與第2聚光鏡方式加熱爐共通。
[0083]相對(duì)于第2聚光鏡方式加熱爐，第3聚光鏡方式加熱爐的特征在于，由于由二次反射鏡反射的光的成分是相互平行的成分，因此在被加熱物表面，光不僅不聚焦，照射于被加熱物表面的光還包含平行光的成分，因此，能夠更加均勻地加熱被加熱物的表面。
[0084]在該第3聚光鏡方式加熱爐中，由于一次反射鏡的焦點(diǎn)與其橢圓面的最短距離比二次反射鏡的焦點(diǎn)與其拋物面的最短距離大，由此可以將光源即紅外線燈置于更接近球的旋轉(zhuǎn)橢圓體的一個(gè)焦點(diǎn)，因此能夠使由一次反射鏡反射后而朝向二次反射鏡的反射面的成分更多。
[0085]而且，與第2聚光鏡方式加熱爐一樣，使一次反射鏡和二次反射鏡連接，使光源位于二次反射鏡的旋轉(zhuǎn)拋物面的轉(zhuǎn)軸的延長線上，由此從光源不被任何一個(gè)反射鏡反射而直接照射于被加熱物的光的成分變多，可以更加高效地加熱被加熱物表面。
[0086]使一次反射鏡和二次反射鏡連接,使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的該轉(zhuǎn)軸不在同一直線上時(shí)，則能夠任意變更一次反射鏡相對(duì)于二次反射鏡的朝向，能夠使反射鏡裝置小型化，或根據(jù)聚光鏡方式加熱爐的整體形狀，變更反射鏡裝置的形狀。
[0087]第4聚光鏡方式加熱爐在由內(nèi)面為反射面的環(huán)狀的一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成的反射鏡裝置的結(jié)構(gòu)以及與被加熱物的被加熱面的位置關(guān)系上具有特征。
[0088]具體而言是一種聚光鏡方式加熱爐，該反射鏡裝置具有將如下環(huán)的內(nèi)面的一部分作為反射面的一次反射鏡，即，使處于與經(jīng)過該被加熱面中心的法線相同的平面內(nèi)，且不與該法線交叉的封閉的曲線以該法線為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的環(huán)，
[0089]在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿該環(huán)的圓周方向的一部分或全部設(shè)置光源，
[0090]而且，可以將該被加熱物設(shè)置于該反射鏡之外，即不是包含環(huán)的平面上的位置，在連結(jié)該被加熱面中心和該光源的最短的直線與該反射面的交點(diǎn)附近的該反射面上設(shè)置狹縫，用于向被加熱物照射光，[0091]在形成該狹縫的第一反射面的端部上連接形成第二反射面的反射面。
[0092]在第4聚光鏡方式加熱爐中，由環(huán)狀一次反射鏡反射的光經(jīng)由狹縫而由二次反射鏡反射，其后照射于被加熱物表面，由此，相對(duì)于該被加熱物表面從多個(gè)方向照射光。因此，即使在很難僅由來自某一方向的光均勻地加熱該被加熱物表面的情況下，也能夠利用來自多個(gè)方向的加熱而更加均勻地進(jìn)行加熱。
[0093]另外，該二次反射鏡的反射面也可以是使橢圓、拋物線繞該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的面的一部分，此時(shí)，可以使該橢圓、該拋物線的焦點(diǎn)位于光源的地方。
[0094]另外，該封閉的曲線為橢圓時(shí)，其是以連結(jié)該橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線的朝向被加熱物方向的延長線正中被加熱物表面中心的方式傾斜而成的橢圓，以該延長線與橢圓的交點(diǎn)為中心在橢圓上設(shè)置開口部。進(jìn)而設(shè)置狹縫，其是以使將該2個(gè)焦點(diǎn)中的從被加熱物看去較遠(yuǎn)的橢圓的焦點(diǎn)作為共通的焦點(diǎn)的拋物線的一部分，從該開口部朝向被加熱物開口的方式復(fù)合而成的狹縫。
[0095]而且，在該橢圓的位于離被加熱物并不近的焦點(diǎn)上設(shè)置光源，使另一個(gè)焦點(diǎn)與構(gòu)成二次反射鏡的橢圓或拋物線的焦點(diǎn)共通，由此，可以使從光源放射的光更加高效地被二次反射鏡反射，并照射于被加熱物表面。
[0096]另外，在圖9中也可以使該共通的焦點(diǎn)為橢圓的離被加熱物近的焦點(diǎn)。
[0097]在該第4聚光鏡方式加熱爐中，當(dāng)該封閉的平面為橢圓時(shí)，其結(jié)果，所得到的反射鏡是與經(jīng)過被加熱物中心的法線垂直，繞位于該橢圓及該拋物線之外的垂直軸旋轉(zhuǎn)而成的內(nèi)面為反射面的橢圓體鏡和拋物面鏡復(fù)合而成的反射鏡，同時(shí)可以具有示出其共通的焦點(diǎn)，并且沿以垂直軸為中心的圓周上設(shè)置光源而成的聚光鏡。
[0098]該光源可以使用將點(diǎn)光源排列在圓周上的光源、使用2個(gè)半圓型的光源，或者使用圓形的光源。
[0099]如此構(gòu)成的本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐是在內(nèi)面上構(gòu)成一次反射面的截面為橢圓等的形狀的環(huán)狀體與構(gòu)成二次反射面的反射面復(fù)合而成，使從設(shè)置在該環(huán)狀體內(nèi)的光源放射的光直接或由該一次反射面及/或二次反射面反射而朝向被加熱物臺(tái)上的被加熱物進(jìn)行照射的聚光鏡方式加熱爐。
[0100]根據(jù)該第4聚光鏡方式加熱爐，由于可以相對(duì)于被加熱物表面從更多的方向進(jìn)行加熱，因此能夠更加均勻地加熱被加熱物表面。
[0101]由于這些第I至第4的4種方式的加熱爐都令用于加熱的光源位于被加熱物的斜上方，從斜上方加熱被加熱物表面，因此可以在被加熱物的正上方、下方及側(cè)方形成空間。因此，能夠在上方設(shè)置例如石英管而流通用于處理的氣體，或設(shè)置溫度等的測(cè)定、控制單元。另外，能夠在設(shè)置于側(cè)方的空間內(nèi)對(duì)搬運(yùn)被加熱物的單元進(jìn)行設(shè)置等，可有效活用被加熱物周圍的空間，能夠更加高效地進(jìn)行從將被加熱物導(dǎo)入裝置內(nèi)的階段到取出至裝置外的階段的一系列動(dòng)作。
[0102]另外，根據(jù)這些聚光鏡方式加熱爐，可以在被加熱物的斜上方設(shè)置多個(gè)光源，由此從光源放射的能量的大部分照射于被加熱物表面，并且能夠以環(huán)繞斜上方一周的方式從各個(gè)方向朝向被加熱物放射光。
[0103]此時(shí)，從被加熱物表面上的某一部分觀察的距光源的距離為，某一方向的光源較遠(yuǎn)，但是其反向的光源則較近，該傾向在被加熱物表面上的哪個(gè)部分上都相同。于是，結(jié)果無論被加熱物表面上的哪個(gè)部分累計(jì)從多個(gè)方向照射的光而合計(jì)的能量都是均勻的，因此，無論被加熱物表面上的哪個(gè)部分都被均勻地加熱。
[0104]另外，根據(jù)第I至3聚光鏡方式加熱爐，由于所使用的光源不為環(huán)狀，因此例如使用3套聚光鏡裝置時(shí)，各套以120°的間隔而被設(shè)置，因此，相對(duì)于被加熱物表面也從斜上方的3個(gè)方向照射光，實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)沒有不均的加熱，這與實(shí)質(zhì)上從360°的所有方向照射光并無不同。
[0105]如此，由于能夠相對(duì)于被加熱物表面，實(shí)質(zhì)上從斜上方360°的方向進(jìn)行加熱，因此能夠更加均勻地進(jìn)行加熱。
[0106]另外，根據(jù)第4聚光鏡方式加熱爐，通過從更接近于360°的方向進(jìn)行加熱，可以與第I至3聚光鏡方式加熱爐相比從多個(gè)方向進(jìn)行加熱。此時(shí)，即使反射鏡整體所接收的所有熱量與第I至3聚光鏡方式加熱爐沒有差別，也由于反射鏡自身的容積較大，因此加熱溫度變?yōu)楦蜏兀诶鋮s裝置變得簡便方面較為優(yōu)異。
[0107]也就是說，從一個(gè)方向的斜上方朝向被加熱物照射光時(shí)，在被加熱物表面上產(chǎn)生距光源的距離近的部分和遠(yuǎn)的部分。作為其結(jié)果，由于被加熱物的距光源近的部分被光的能量密度較高的部分照射，被加熱物的距光源遠(yuǎn)的部分被光的能量密度較低的部分照射，因此結(jié)果被加熱物的距光源近的部分快速被加熱且被加熱至高溫，但是遠(yuǎn)的部分的溫度上升的速度相對(duì)較小，結(jié)果在被加熱物上的被加熱面中加熱有可能產(chǎn)生不均。
[0108]光源在被加熱面上聚焦時(shí)加熱產(chǎn)生不均的傾向變得顯著，而光源不在被加熱面上聚焦時(shí)，則由于模糊 的光源影像顯現(xiàn)在被加熱物表面上，從而被加熱物表面更加容易被均勻地加熱。但是，由于出現(xiàn)未照射于被加熱面的成分，因此從光源放射的光有可能不會(huì)高效地射中被加熱物表面。
[0109]除由這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行的被加熱物的均勻的加熱以外，通常光源通過燈絲的加熱而發(fā)光，由于燈絲不完全是點(diǎn)光源，因此可知在本發(fā)明中，二次反射鏡既可以嚴(yán)格地在被加熱物上聚焦，也可以不聚焦。
[0110]在未聚焦的所謂的散焦的狀態(tài)下照射光時(shí)，該燈絲的影像未聚合在被加熱物上。于是，不會(huì)產(chǎn)生使燈絲的形狀反映在被加熱物上這樣的光的照射不均，在該方面也能夠更加均勻地加熱被加熱物表面。
[0111]當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)橢圓面在被加熱物上聚焦時(shí)，則燈絲的影像有可能聚合在被加熱物上，但是包括散焦的情況而從多個(gè)方向?qū)⒐庹丈湓诒患訜嵛锷蠒r(shí)，則各自聚焦而導(dǎo)致影像重疊，結(jié)果可以使光均勻地照射在被加熱物上。
[0112]此時(shí)與在上述第2聚光鏡方式加熱爐中散焦的狀態(tài)一樣，能夠利用第2及第3聚光鏡方式加熱爐，在散焦的狀態(tài)下將光照射在被加熱物上，作為結(jié)果可均勻地進(jìn)行加熱。
[0113]根據(jù)本發(fā)明，由于被加熱物被均勻地加熱的同時(shí)，從被加熱物看去光源存在于斜上方，因此能夠在被加熱物的正上方、側(cè)方及下方、以及光源和反射鏡以外的斜方設(shè)置空間，可利用該空間進(jìn)行石英管的設(shè)置、氣體的導(dǎo)入、加工?移動(dòng)用夾具的配置及其操作、被加熱物的移動(dòng)、溫度、氣體供給量等的檢測(cè)和控制等的操作。而且，能夠如CVD等那樣加熱被設(shè)置為水平的被加熱物的上面。
[0114]此外，雖然在現(xiàn)有的使用旋轉(zhuǎn)橢圓面的加熱裝置中，僅停留在來自被加熱物的橫向或完全垂直的方向的加熱，限定于單晶生長裝置等的用途，但是如本發(fā)明這樣從被加熱物的斜上方進(jìn)行加熱時(shí)，除上述用途以外，還能夠如CVD等那樣加熱被設(shè)置為水平的被加熱物的上面。
[0115]另外，與現(xiàn)有的將不是被加熱物的上方而是在水平位置上以360°包圍的方式設(shè)置的旋轉(zhuǎn)橢圓體作為反射面時(shí)相比，由于可以使反射面整體的直徑小徑化，因此裝置整體也能實(shí)現(xiàn)更加小型化。
[0116]而且，既可以使晶片等的被加熱物旋轉(zhuǎn)，也可以不旋轉(zhuǎn)。另外，即使在石英管內(nèi)使氣體(主氣體、輔助氣體)接觸晶片等，也由于被加熱物以外未被加熱，因此可以削減氣體分解所引起的石英管內(nèi)壁的堆積物。
[0117]并且，所使用的能量較少即可，而且，反射面等的加熱所消耗的能量也更加少量，因此能夠減小冷卻系統(tǒng)，使裝置整體更加小型化。而且，根據(jù)第4聚光鏡方式加熱爐，雖然光源被設(shè)置在環(huán)狀反射面內(nèi)的較窄的空間內(nèi)，但是向該環(huán)狀反射面內(nèi)導(dǎo)入空氣時(shí)，能夠使空氣高效地與光源接觸而進(jìn)行冷卻。
[0118]另外，雖然作為光源可使用紅外線燈，作為光可使用紅外線，但是作為光不限定于紅外線，只要是通過照射被加熱物而加熱被加熱物的光即可。另外，作為用于放射這種光的光源也不限定于紅外線燈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0119]圖1 (a)是本發(fā)明的第I及第2聚光鏡方式加熱爐。
[0120]圖1(b)是本發(fā)明的第I及第2聚光鏡方式加熱爐的概念圖。
[0121]圖2是從上方觀察使用3個(gè)反射鏡裝置的第I及第2聚光鏡方式加熱爐的圖。
[0122]圖3是表示本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐所使用的一次反射鏡與光源的關(guān)系的圖。
[0123]圖4是表示本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐所使用的一次反射鏡與光源的關(guān)系的圖。
[0124]圖5是本發(fā)明的第I及第2聚光鏡方式加熱爐。
[0125]圖6 (a)是本發(fā)明的第I及第3聚光鏡方式加熱爐。
[0126]圖6(b)是本發(fā)明的第I及第3聚光鏡方式加熱爐的概念圖。
[0127]圖7是本發(fā)明的第I及第3聚光鏡方式加熱爐。
[0128]圖8是本發(fā)明的第I及第4聚光鏡方式加熱爐。
[0129]圖9是本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐中的光路圖。
[0130]圖10是本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐的俯視圖。
[0131]圖11是本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐的俯視圖。
[0132]圖12是使用本發(fā)明的裝置而構(gòu)成的晶體生長裝置的模式圖。
[0133]符號(hào)說明
[0134]1-聚光鏡方式加熱爐；2_紅外線燈；3_被加熱物；4_ 一次反射鏡和二次反射鏡的連接部；5_開口部；6_石英管；7_聚光鏡裝置；M1- —次反射鏡；M2- 二次反射鏡；M3- —次反射鏡；M4- 二次反射鏡；M5- 二次反射鏡；M6- 二次反射鏡；M7-環(huán)狀反射面；M8_ 二次反射鏡；F1- —次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)；F2- —次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)；F3- 二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)；F4-二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)；F5-二次反射鏡的焦點(diǎn)；F6-二次反射鏡的焦點(diǎn)；101_聚光鏡方式加熱爐；102-被加熱物；103-紅外線燈；104-氣體；105-外殼；106-環(huán)狀反射面；107-管；Θ I及2-使各模式中的貢獻(xiàn)于加熱的紅外線放射的角度；111-狹縫；112-電源線；113-冷卻水套；114-蓋部件；115-冷卻水供給管；116-冷卻水供給端口； 117-冷卻水排水管；118-冷卻水排水端口 ；203-紅外線燈；206-環(huán)狀反射面；207-石英管；208_固定單元；209-原料棒；210-晶種棒。
【具體實(shí)施方式】
[0135]下面，對(duì)于使光源為紅外線燈，使光為紅外線的情況，參照【專利附圖】
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【附圖說明】本發(fā)明。在采用其它光源、其它光等時(shí)，也能夠采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
[0136]根據(jù)被加熱物的物性、材料等，由于存在能夠被紅外線以外的光加熱的物質(zhì)，因此在該情況下本發(fā)明所使用的光包含紅外線以外的光。
[0137](第I聚光鏡方式加熱爐)
[0138]第I聚光鏡方式加熱爐是具備包含以下說明的第2至第4聚光鏡方式加熱爐的結(jié)構(gòu)的聚光鏡方式加熱爐。
[0139]為此，作為例子根據(jù)圖1(a)說明第I聚光鏡方式加熱爐。
[0140]本發(fā)明的第I聚光鏡方式加熱爐是用于通過由反射鏡裝置使從光源放射的光反射至被加熱物3表面而進(jìn)行照射并加熱的加熱爐。
[0141]反射鏡裝置是由一次反射鏡Ml及二次反射鏡M2構(gòu)成的裝置，將紅外線燈2等的光源設(shè)置在一次反射鏡Ml內(nèi)，使從該光源放射的光在一次反射鏡Ml內(nèi)面反射，該反射光被引導(dǎo)至二次反射鏡M2內(nèi)，被該二次反射鏡M2內(nèi)面的反射面反射，并從開口部5射出而照射于被加熱物3的表面。
[0142]此時(shí)，由于二次反射鏡M2即便其一部分也不位于被加熱物3的表面的正對(duì)面，因此從二次反射鏡M2的開口部5放射的光全都不會(huì)垂直照射于被加熱物3的表面。
[0143]以下方面可以說是之后第2至4聚光鏡裝置也共通的事項(xiàng)。
[0144]本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐可以使用于CVD裝置、晶體生長裝置等通常用于進(jìn)行伴隨加熱的處理的裝置。尤其是可以使用于由光進(jìn)行加熱的用途。
[0145]以及通過由二次反射鏡的反射面進(jìn)行反射而照射于被加熱物3來加熱被加熱物3的加熱爐。在這種加熱的同時(shí)，或者加熱的前后，從上方朝向被加熱物供給氣體104，或用未圖示的夾具進(jìn)行加工，或者在側(cè)方設(shè)置窗口，由此能夠在任意的條件下加熱被加熱物3并確認(rèn)加熱中的被加熱物103的狀態(tài)。
[0146]其為晶體培養(yǎng)裝置時(shí)，如模式圖12所示，在聚光鏡裝置之間插入石英管207，在該管內(nèi)將多晶原料棒209和晶種棒210分別固定于上下固定單元208，對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。然后，與圖1(a)的裝置一樣，從紅外線燈203放射的紅外線由一次反射鏡及二次反射鏡進(jìn)行反射，能夠邊加熱上述多晶原料棒209和晶種棒210，邊使這些原料棒209和晶種棒210向下方移動(dòng)，并生成單晶。
[0147]本發(fā)明中使用的聚光鏡方式加熱爐是使用放射光的光源，利用該放射的光加熱被加熱物的裝置。
[0148]雖然作為該光源通常使用紅外線燈，但是不限定于此，可以任意使用能夠在由光進(jìn)行加熱的加熱爐中使用的光源。
[0149]本發(fā)明中的反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，該光源被設(shè)置為使燈絲等位于一次反射鏡的內(nèi)部。該一次反射鏡和二次反射鏡通過相互設(shè)置為可使光通過的開口部連接。因此，從光源放射的光的大部分成分被一次反射鏡反射，其后被二次反射鏡反射，由此被放射至反射鏡裝置之外，從而照射于被加熱物表面。
[0150]也就是說，一次反射鏡是用于使從光源放射的光最初反射的反射鏡，二次反射鏡是用于使由一次反射鏡反射的光接著反射的反射鏡。
[0151]當(dāng)然，從光源放射的光的一部分也可以未被一次反射鏡反射，而直接被二次反射鏡反射，并照射于被加熱物表面。
[0152]另外，根據(jù)反射鏡裝置的結(jié)構(gòu)，從光源放射的光的一部分也可能既未被一次反射鏡反射，也未直接被二次反射鏡反射，而直接照射于被加熱物表面。
[0153]關(guān)于這些反射鏡由公知的材料形成即可，可以采用金屬基材其自身，或者在金屬基材內(nèi)面上作為反射面而設(shè)置其它的金屬層的形式等具有公知反射性的結(jié)構(gòu)。
[0154]另外，作為一次及二次反射鏡以及由它們構(gòu)成的反射鏡裝置，雖然也可以用切削等的制造方法而由金屬等的塊進(jìn)行制造，但是也可以分成多個(gè)塊，按每個(gè)該塊進(jìn)行制造，通過組裝這些塊而進(jìn)行制造。
[0155]而且，在本發(fā)明中，需要避免相對(duì)于被加熱物表面從垂直方向照射光。此時(shí)的避免從垂直方向照射光表不相對(duì)于被加熱物表面從傾斜方向，換言之以有限的角度照射光。
[0156]假使相對(duì)于被加熱物表面從垂直方向照射光時(shí)，貝1J 二次反射鏡的一部分置于與被加熱物表面相對(duì)的正對(duì)面的位置上。如CVD等那樣，在加熱被加熱物表面并供給氣體等而進(jìn)行處理的情況下，即使二次反射鏡的一部分存在于該被加熱物表面的正對(duì)面的位置上時(shí)，也很難順暢地進(jìn)行該氣體的供給。
[0157]因此，在本發(fā)明中，通過避免相對(duì)于被加熱物表面從垂直方向照射光，可以順暢地進(jìn)行CVD等。
[0158]當(dāng)然，在本發(fā)明中相對(duì)于被加熱物表面通常不會(huì)從正側(cè)面，也就是不會(huì)從包含被加熱物表面的平面方向照射光的主成分。這是因?yàn)樵谶@種情況下，被加熱物表面不會(huì)被高效地加熱。
[0159](第2聚光鏡方式加熱爐)
[0160]圖1 (a)及2是關(guān)于本發(fā)明的第2聚光鏡方式加熱爐的圖，圖1 (a)是其剖視圖，是使用2套或4套聚光鏡裝置7而構(gòu)成的聚光鏡方式加熱爐的例子。為了反射從紅外線燈2放射的紅外線，作為一次反射鏡Ml及二次反射鏡M2使用內(nèi)面為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體。
[0161]圖1(b)中示出該第2聚光鏡方式加熱爐所使用的反射鏡裝置的概念。在該圖1(b)中，光源位于反射面為旋轉(zhuǎn)橢圓體的一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)Fl。從該光源放射的光通過一次反射鏡Ml而進(jìn)行反射，在另一個(gè)焦點(diǎn)F2成像。該焦點(diǎn)F2與反射面為旋轉(zhuǎn)橢圓體的二次反射鏡M2的焦點(diǎn)F3共通，在該焦點(diǎn)F2且F3結(jié)合的光再次擴(kuò)散。
[0162]其后，光再次在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)F4成像，該焦點(diǎn)F4可以位于被加熱物3的表面上。
[0163]此時(shí)，雖然使焦點(diǎn)F4位于被加熱物上，但是在其它方式中，也可以不使F4位于被加熱物上，其中可位于被加熱物表面的法線上。如此，上述一次及二次反射鏡都是將以橢圓體的長軸為轉(zhuǎn)軸而構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面而構(gòu)成的反射鏡，從設(shè)置在一次反射鏡的焦點(diǎn)Fl上的紅外線燈2向被加熱物放射的紅外線直接以及由反射面反射而照射于被加熱物。[0164]圖1 (a)所示的本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐I是一次反射鏡Ml的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡M2的2個(gè)焦點(diǎn)位于I條直線上的裝置，是使一次反射鏡和二次反射鏡直線連接的形式的圖。
[0165]在一次反射鏡Ml內(nèi)，從紅外線燈2放射的紅外線首先主要在一次反射鏡Ml的內(nèi)面進(jìn)行反射。在一次反射鏡Ml內(nèi)設(shè)置有紅外線燈2，使紅外線燈2的燈絲位于一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)F1。被一次反射鏡Ml的內(nèi)面反射的紅外線在旋轉(zhuǎn)橢圓體的另一個(gè)焦點(diǎn)F2暫時(shí)會(huì)聚。
[0166]由于該會(huì)聚的位置即另一個(gè)焦點(diǎn)F2是與二次反射鏡M2的一個(gè)焦點(diǎn)F3相同的位置，因此對(duì)二次反射鏡M2進(jìn)行觀察時(shí)，就像將紅外線燈的燈絲設(shè)置于該一個(gè)焦點(diǎn)F3 —樣。在該一個(gè)焦點(diǎn)F3暫時(shí)會(huì)聚的紅外線再次發(fā)散而被二次反射鏡M2的內(nèi)面反射。
[0167]然后，被旋轉(zhuǎn)橢圓體即二次反射鏡M2的內(nèi)面反射的紅外線在二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4再次會(huì)聚。
[0168]此時(shí)，使被加熱物3位于二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4時(shí)，該被加熱物利用會(huì)聚的紅外線而被急速加熱且被加熱至高溫。
[0169]因此，在一次反射鏡Ml上為了設(shè)置紅外線燈2而需要開孔，進(jìn)而，還需要設(shè)置為了與二次反射鏡M2之間形成光路所需的一次反射鏡和二次反射鏡的連接部4。
[0170]同樣，在二次反射鏡M2上為了設(shè)置從一次反射鏡Ml導(dǎo)入紅外線所需的光路而必須設(shè)置與一次反射鏡Ml之間的連接部4，在二次反射鏡M2上必須設(shè)置用于向被加熱物3照射紅外線的開口部5，使二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4位于被加熱物3表面上，或者位于連結(jié)被加熱物表面的中心和二次反射鏡M2的一個(gè)焦點(diǎn)F3的直線上。
[0171]在上述構(gòu)成中，在一次反射鏡Ml及二次反射鏡M2上盡可能增大設(shè)置在它們的內(nèi)面上的反射面的面積是為了將由紅外線燈2產(chǎn)生的紅外線有效利用為用于加熱被加熱物3的能量而所需要的。而且，在照射對(duì)象的物質(zhì)較小時(shí)，尤其是設(shè)置于二次反射鏡的開口部5的開口越小越好。因此，優(yōu)選二次反射鏡M2呈盡可能細(xì)長的形狀。
[0172]因此，在一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)Fl上設(shè)置紅外線燈2時(shí)，一次反射鏡Ml的橢圓的長軸相對(duì)于短軸的比越盡可能接近1，則如圖3所示，從焦點(diǎn)放射的紅外線的一部分因紅外線燈2自身成為障礙而被紅外線燈自身吸收，或者原本不反射的光線的量就越少。因此，更多的紅外線能夠射中一次反射鏡Ml的內(nèi)面并被反射而朝向二次反射鏡M2。但是，由于上述比過于接近I時(shí)則一次反射鏡Ml變?yōu)榻咏谇颍虼擞锌赡軟]有保持能夠向二次反射鏡M2供給足夠光量的紅外線程度的橢圓形狀。
[0173]模式化表示的圖3是一次反射鏡Ml的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比較小而更接近I的例子，從設(shè)置在一個(gè)焦點(diǎn)Fl上的紅外線燈的燈絲放射的紅外線能夠僅使朝向明顯小于60°的角度Θ I的成分朝向紅外線燈2自身放射，而使剩余的超過300°的寬闊范圍的紅外線成分被一次反射鏡Ml的內(nèi)面反射。
[0174]但是,如同樣模式化表不的圖4那樣,在一次反射鏡Ml的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比較大時(shí)，一次反射鏡Ml的形狀呈細(xì)長，呈焦點(diǎn)與內(nèi)面接近的形狀。因此，可知將紅外線燈2設(shè)置于一個(gè)焦點(diǎn)Fl時(shí)，則與圖3中所示的例子相比，明顯所放射的紅外線的較多，也就是以Θ 2的更廣角度放射的成分未到達(dá)反射面，在圖4中只有大致250°范圍程度的紅外線到達(dá)反射面。[0175]其結(jié)果，可以理解盡可能減小一次反射鏡Ml的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比是為了加熱而有效活用從紅外線燈2放射的紅外線，也就是為了更高效地加熱被加熱物而所需要的。而且，由于紅外線燈自身吸收的熱量被削減，因此存在聚光鏡裝置自身的溫度上升也被抑制的傾向。
[0176]另外，通過減小這種長徑相對(duì)于短徑的比，結(jié)果紅外線燈2和一次反射鏡Ml的內(nèi)面的距離變長，因此，可以使一次反射鏡Ml被局部加熱的溫度更低。
[0177]該一次反射鏡Ml的長徑相對(duì)于短徑的比優(yōu)選為1.1?2.0,更優(yōu)選為1.1?1.5。
[0178]而且，二次反射鏡M2如上所述，設(shè)置有用于向被加熱物3放射紅外線的開口部5。
[0179]例如在為了對(duì)被加熱物3邊供給氣體邊進(jìn)行處理，而從被加熱物3的上方至下方設(shè)置石英管6等時(shí)，二次反射鏡M2與該石英管6等干涉是必須避免的事項(xiàng)。
[0180]因此，設(shè)置于二次反射鏡M2的該開口部5不僅僅是為了放射紅外線而設(shè)置的，還要求考慮該石英管6等的尺寸或位置、移動(dòng)范圍等而進(jìn)行設(shè)置。優(yōu)選考慮上述事項(xiàng)而設(shè)置的該開口部5盡可能小。由此，可以削減從反射鏡M2射出的紅外線發(fā)散而未照射于被加熱物3的成分，可以使更多的紅外線照射于被加熱物3，從而貢獻(xiàn)于溫度上升。此外，還能夠削減未照射于被加熱物3而加熱其周圍的紅外線成分。
[0181]如此，不限于該石英管，在對(duì)被加熱物進(jìn)行加熱以外的某種處理時(shí)，能夠以該處理單元不與二次反射鏡M2干涉的程度設(shè)置開口部5。
[0182]在本發(fā)明的聚光鏡式加熱爐I中，既能夠以二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4位于被加熱物上的方式設(shè)置二次反射鏡M2，或者，只要使被加熱物3表面的中央部位于連結(jié)二次反射鏡M2的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上，則F4也不必一定位于被加熱物3上。
[0183]也就是說，也可以在紅外線燈2的燈絲很難在被加熱物3表面上成像并均勻地加熱時(shí)，為了在燈絲的影像未成像的范圍內(nèi)更加均勻地進(jìn)行加熱，以另一個(gè)焦點(diǎn)F4不位于被加熱物3上反而進(jìn)行散焦的方式，使被加熱物3的中央部位于連結(jié)被加熱物3的中心以及二次反射鏡M2的2個(gè)焦點(diǎn)F3及F4的直線上，同時(shí)使二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)不位于被加熱物3上。
[0184]圖2是本發(fā)明的其它例的聚光鏡方式加熱爐的概略俯視圖，通過設(shè)置3個(gè)聚光鏡裝置7，利用未圖示的單元使這些聚光鏡裝置7及/或被加熱物能夠任意沿垂直方向及水平方向移動(dòng)，從而可調(diào)整該被加熱物表面的中心部和二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)的位置關(guān)系。另外，由于圖2中在3個(gè)聚光鏡裝置7之間形成空間，因此也可以根據(jù)需要在該空間內(nèi)設(shè)置用于冷卻聚光鏡裝置7的裝置、或者用于被加熱物的搬運(yùn)、處理等的裝置。
[0185]圖5中示出本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐的其它方式。盡管該圖5所示的聚光鏡方式加熱爐與圖1(a)及2所示的聚光鏡方式加熱爐在基本結(jié)構(gòu)上共通，但是在一次反射鏡M3和二次反射鏡M4的連接方式上具有不同的形式。也就是說，一次反射鏡M3和二次反射鏡M4是構(gòu)成它們的旋轉(zhuǎn)橢圓體的各自的焦點(diǎn)不位于I條直線上，且連接為一次反射鏡M3相對(duì)于二次反射鏡M4向上方折彎，由此連結(jié)一次反射鏡M3的橢圓的焦點(diǎn)的直線與連結(jié)二次反射鏡M4的橢圓的焦點(diǎn)的直線的2條直線之間不在同一直線上的例子。
[0186]該例與如圖1(a)及2所記載的2條直線位于同一直線上的裝置不同。通過具備這種形式，從而能夠使聚光鏡方式加熱爐I的寬度方向的尺寸更小，由于通過垂直地設(shè)置一次反射鏡M3及所使用的紅外線燈2，從而能夠從上方進(jìn)行紅外線燈2交換等的裝置維護(hù)等，因此變得更加容易，且設(shè)置用于冷卻的裝置時(shí)的作業(yè)性也提高。
[0187]另外，在并未如圖5所示使一次反射鏡M3豎起，而是設(shè)置為橫向放倒時(shí)，可以降低反射鏡裝置整體的高度，而且，還能夠相對(duì)于一次反射鏡M3從正側(cè)方設(shè)置紅外線燈，從橫向進(jìn)行維護(hù)變得容易，且設(shè)置用于冷卻的裝置時(shí)的作業(yè)性也同樣地提高。
[0188](第3聚光鏡方式加熱爐)
[0189]關(guān)于本發(fā)明的第3聚光鏡方式加熱爐，如圖6(a)及7所示，雖然只看附圖則其構(gòu)成與第2聚光鏡方式加熱爐相同，以圖1 (a)及5所示的構(gòu)成為基礎(chǔ)，但是第3聚光鏡方式加熱爐I使第2聚光鏡方式加熱爐I中使用的二次反射鏡M2及M4不為旋轉(zhuǎn)橢圓鏡，而是替換為旋轉(zhuǎn)拋物面鏡M5或M6，由此構(gòu)成第3聚光鏡方式加熱爐I。
[0190]圖6 (b)中示出該第3聚光鏡方式加熱爐所使用的反射鏡裝置的概念。在該圖6 (b)中，光源位于反射面為旋轉(zhuǎn)橢圓體的一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)Fl。從該光源放射的光通過一次反射鏡Ml而被反射，在另一個(gè)焦點(diǎn)F2成像。該焦點(diǎn)F2與反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面體的二次反射鏡M2的焦點(diǎn)F3共通，在該焦點(diǎn)F2且F3結(jié)合的光再次擴(kuò)散。
[0191]其后，通過由二次反射鏡反射從而光成為平行光，在該平行光的狀態(tài)下照射在被加熱物3的表面上。
[0192]由于該旋轉(zhuǎn)拋物面鏡M5及M6的焦點(diǎn)F3與一次反射鏡Ml及M3的另一個(gè)焦點(diǎn)共通，因此與第2聚光鏡方式加熱爐相同，從紅外線燈放射的紅外線被導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的二次反射鏡M5或M6。暫時(shí)被導(dǎo)入該二次反射鏡M5及M6的旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的焦點(diǎn)的紅外線直接從這些二次反射鏡M5或M6的被加熱側(cè)開口部5放射出，或者，在由二次反射鏡M5或M6的內(nèi)面反射后從被加熱物開口部5放射出。
[0193]對(duì)于該第3聚光鏡方式加熱爐I,也與第2聚光鏡方式加熱爐I 一樣,設(shè)置于二次反射鏡M5及M6的該被加熱側(cè)開口部5并不僅僅是為了放射紅外線而設(shè)置的，而是要求考慮附屬于該石英管等裝置的部件或設(shè)備的尺寸、位置或移動(dòng)等而進(jìn)行設(shè)置。從如下方面出發(fā)優(yōu)選考慮上述事項(xiàng)而設(shè)置的該被加熱側(cè)開口部5設(shè)置于盡可能遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的位置，即削減從二次反射鏡M5及M6射出的紅外線的發(fā)散的量，使更多的紅外線照射于被加熱物，并貢獻(xiàn)于溫度上升。
[0194]由于在本發(fā)明的第3聚光鏡方式加熱爐I中，也與第2聚光鏡方式加熱爐I 一樣，在聚光鏡裝置7之間形成空間，因此也可以根據(jù)需要在該空間內(nèi)設(shè)置用于冷卻聚光鏡裝置7的裝置、或者用于被加熱物的搬運(yùn)、處理等的裝置。
[0195](第4聚光鏡方式加熱爐)
[0196]示出圖8對(duì)第4聚光鏡方式加熱爐進(jìn)行說明。
[0197]首先，在這種聚光鏡方式加熱爐101中對(duì)構(gòu)成環(huán)狀反射面106的曲面進(jìn)行說明。
[0198]本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐在聚光鏡方式加熱爐中形成環(huán)狀反射面，其形成由橢圓面等的封閉的空間構(gòu)成的一次反射鏡，紅外線燈被設(shè)置在封閉的空間內(nèi)。與此同時(shí)，其以如下裝置為基礎(chǔ)，即在連結(jié)紅外線燈和被加熱物之間的直線與環(huán)狀反射面交叉的部分的環(huán)狀反射面上形成狹縫，其形成構(gòu)成拋物線面等的形狀的二次反射面，使從紅外線燈103放射的紅外線直接照射于被加熱物，或者在由環(huán)狀反射面及/或拋物面構(gòu)成的鏡子上反射而照射于被加熱物。此外，也可以是使反射面形成為環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，以包圍氣體流路或石英管等的管107。[0199]圖8是第4聚光鏡方式加熱爐的一個(gè)例子的截面的概念圖，用于反射從紅外線燈103放射的紅外線的內(nèi)面為反射面。雖然圖8所示的截面為橢圓面等的封閉的反射面106與截面為由拋物線構(gòu)成的拋物面111復(fù)合而成的環(huán)狀體(以下稱為“環(huán)狀反射面”)僅示出一部分，但是圖示的反射面106是環(huán)狀反射面的一部分，朝向被加熱物從紅外線燈103放射的紅外線直接以及由環(huán)狀反射面反射而照射于被加熱物102。
[0200]該橢圓面等的反射面106、由拋物面等構(gòu)成的狹縫111與上述的第2及第3聚光鏡方式加熱爐不同，并不是以連結(jié)橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線、拋物線的對(duì)稱軸為中心旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)橢圓面、旋轉(zhuǎn)拋物面，而是以不與橢圓交叉的轉(zhuǎn)軸、相對(duì)于拋物線的對(duì)稱軸傾斜交叉的軸為中心旋轉(zhuǎn)而成的橢圓面等的環(huán)形空間、旋轉(zhuǎn)而成的拋物面。
[0201]由于在該第4聚光鏡方式加熱爐中，被加熱物102的整個(gè)面也需要被均勻地加熱，因此被橢圓面等的反射面106反射的紅外線也可以不是在被加熱物102的面上聚焦，而是成為具有一定程度的擴(kuò)散的光。另外，如果即便在聚焦時(shí)也能均勻地加熱被加熱物102的整個(gè)面，則也可以在被加熱物上聚焦。
[0202]反射面106的截面為橢圓面時(shí)，當(dāng)紅外線燈103位于橢圓的焦點(diǎn)中的遠(yuǎn)離被加熱物的焦點(diǎn)時(shí)，則所放射的紅外線在位于離被加熱物更近的位置的另一個(gè)焦點(diǎn)上聚焦。結(jié)果，假使在使被加熱物102的面為另一個(gè)焦點(diǎn)而在該被加熱物上聚焦時(shí)，則無法在被加熱物102的面上發(fā)生加熱溫度的不均時(shí)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?br> [0203]因而，由于不需要一定在被加熱物102表面上聚焦，因此能夠以使橢圓繞設(shè)置于橢圓外的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)橢圓面為基礎(chǔ)構(gòu)成環(huán)狀反射面，不在被加熱物表面上聚焦而照射紅外線。
[0204]另外，當(dāng)然不限定于橢圓，只要是任意封閉的曲線等的封閉的線即可。
[0205]而且，如圖8的剖視圖所示，本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐101的反射面106是旋轉(zhuǎn)橢圓鏡和旋轉(zhuǎn)拋物鏡復(fù)合而成的環(huán)狀反射面，在經(jīng)過其間的中心，被與環(huán)垂直的平面切斷的截面中，示出以包圍紅外線燈103的方式封閉的曲線。
[0206]另外，該紅外線燈103構(gòu)成為從燈內(nèi)的燈絲放射紅外線，燈絲不是點(diǎn)光源而是一定程度的面光源或線光源。旋轉(zhuǎn)橢圓鏡和旋轉(zhuǎn)拋物鏡復(fù)合而成的環(huán)狀反射面使該橢圓向被加熱物傾斜，由此該拋物線也處于向被加熱物開口地傾斜的狀態(tài)。
[0207]在圖8中，在連結(jié)設(shè)置有紅外線燈103的橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)和另一個(gè)焦點(diǎn)以及被加熱物102的中心的線上與表示橢圓的線的交點(diǎn)附近的部分上，設(shè)置有由旋轉(zhuǎn)拋物面構(gòu)成的狹縫111，能夠使紅外線通過，該橢圓在該狹縫111的部分中斷，從紅外線燈103看去被加熱物設(shè)置在狹縫111的延長線上。
[0208]在圖8中，從提高能效的觀點(diǎn)出發(fā)希望從紅外線燈103向各個(gè)方向放射的光朝向環(huán)狀反射面106以盡可能少的反射次數(shù)照射于被加熱物102。因此，雖然希望環(huán)狀反射面106的切斷面的一部分如上所述成為橢圓形狀，但是也可以具有類似的任意形狀。
[0209]另外，理所當(dāng)然也可以是沿著由構(gòu)成圖8所示的拋物面的該狹縫111的壁面反射而照射于被加熱物102這樣的光路的紅外線。
[0210]與這種裝置中的第2及第3聚光鏡方式加熱爐一樣，可以將石英管等的管107設(shè)置為在聚光鏡方式加熱爐101的中央部貫穿環(huán)狀反射面的環(huán)的中心。通過設(shè)置管107，可以在加熱的同時(shí)，或者加熱的前后，從管107內(nèi)的上方或下方朝向被加熱物供給氣體104。[0211]當(dāng)然，既可以使被加熱物位于該管107內(nèi)，也可以使管107的端部位于被加熱物的上方或下方。雖未圖示，但是可以使用夾具加工被加熱物，或者通過在側(cè)方設(shè)置窗口，從而在任意條件下加熱被加熱物102并確認(rèn)加熱中的被加熱物102的狀態(tài)。
[0212]作為模式圖在圖9中示出圖8所示的聚光鏡方式加熱爐101中使用的具體的反射面的一個(gè)例子。
[0213]圖9所示的反射面如(a)至(C)所示,具有使以F5和F6為焦點(diǎn)的截面為橢圓的橢圓鏡等的環(huán)狀反射面106和作為焦點(diǎn)共有該橢圓的焦點(diǎn)的一個(gè)即F6的截面為圖8中的拋物線的二次反射鏡M8即拋物面鏡等的狹縫111復(fù)合而成的形狀。
[0214]例如，使環(huán)狀反射面M7為橢圓時(shí)，環(huán)狀反射面M7中由實(shí)線表示的部分是構(gòu)成用于使紅外線反射的鏡子的部分，但是由虛線表示的部分實(shí)際上并不是鏡子，而是形成開口部，是為了表現(xiàn)為圖9中的橢圓鏡而畫出的橢圓的一部分。
[0215]同樣，表示圖8所示的拋物面鏡的M8的狹縫111中由實(shí)線表示的部分是構(gòu)成用于使紅外線反射的鏡子的部分，但是由虛線表示的部分實(shí)際上并不是鏡子，盡管構(gòu)成拋物線，但是在圖9中是為了表示狹縫111是拋物面鏡而畫出的拋物線的一部分。
[0216]在圖9中，分情況示出從設(shè)置于F5的紅外線燈放射的紅外線沿著哪個(gè)路徑從反射鏡向被加熱物放射。如(a)所示，從紅外線燈放射的紅外線的一部分未由該狹縫111內(nèi)面反射，或者反射而成為平行光并經(jīng)過狹縫111而直接照射于被加熱物。
[0217]另外，從紅外線燈放射的紅外線的大部分如(b)及(C)般射中環(huán)狀反射面M7，其由二次反射鏡即M8的旋轉(zhuǎn)拋物面反射I次以上并經(jīng)過該狹縫111而照射于被加熱物102。
[0218]在(b)中，示出從設(shè)置于F5的紅外線燈向與狹縫111相反側(cè)放射的紅外線被橢圓鏡等的環(huán)狀反射面M7反射I次后，直接或者被狹縫111反射而朝向被加熱物前進(jìn)的光路的情況。
[0219]在(c)中，示出從設(shè)置于F5的紅外線燈向紅外線燈側(cè)方的不是(a)或(b)方向的方向放射紅外線時(shí)，沿著紅外線被橢圓鏡等的環(huán)狀反射面M7反射I次，其后并不是直接照射于被加熱物，而是由狹縫111反射I次以上后照射于被加熱物的光路的情況。
[0220]如上所述，環(huán)狀反射面M7的切斷面是環(huán)狀反射面和狹縫復(fù)合而成的，紅外線燈103被設(shè)置于該橢圓等的環(huán)狀反射面的焦點(diǎn)，或者即便不是焦點(diǎn)也是接近焦點(diǎn)的位置。但是，由于被加熱物并不位于該橢圓的另一個(gè)焦點(diǎn)等，因此被環(huán)狀反射面M7反射的光并不會(huì)在被加熱物102的加熱面上聚焦，而是均勻地射中被加熱物102的表面，被加熱物102不會(huì)映射出紅外線燈的線圈形狀。
[0221]如上述(a)至(C)所示，由于可以使從紅外線燈放射的紅外線的大部分照射于被加熱物，因此能夠?qū)募t外線燈放射的能量的大部分消耗于加熱，從而明顯提高加熱效率。
[0222]當(dāng)然，雖然圖8及圖9中的環(huán)狀反射面是橢圓，但是也能夠以該橢圓形狀為基礎(chǔ)，使一部分的面呈直線等的非橢圓的形狀。
[0223]而且，圖9中所示的事項(xiàng)是對(duì)于本發(fā)明的第I至3聚光鏡方式加熱爐中的光的光路也可以依照的事項(xiàng)。
[0224]圖10是從下方觀察將用于構(gòu)成環(huán)狀反射面的部件組合后的加熱爐的圖，尤其右半部分是以紅外線燈103的部分切斷的圖。
[0225]圖10中環(huán)狀反射面并不是完全封閉的環(huán)，也可以具備2個(gè)大致一半的環(huán)狀反射面106，其能夠分別收容各I個(gè)連接于電源線的2個(gè)紅外線燈103，各個(gè)紅外線燈103通過未圖示的部件而被固定。如此，即便說是環(huán)狀，也在裝置的組裝上，或者紅外線燈的結(jié)構(gòu)上，無法成為延續(xù)360°的完全的環(huán)，有時(shí)也在紅外線燈的彎曲部附近使環(huán)中斷，但是該環(huán)的中斷停留于360度中的一部分，需要避免在被加熱物表面上產(chǎn)生加熱不均。
[0226]此外，通過在該紅外線燈103的固定部上在由環(huán)狀反射面106構(gòu)成的區(qū)域內(nèi)預(yù)先設(shè)置冷卻用空氣的供給口和排出口，從而防止加熱時(shí)的高溫加熱路自身的過熱。
[0227]而且，雖然圖10中未圖示，但是在下面上形成有狹縫，沿環(huán)狀反射面的環(huán)的周向延伸。
[0228]本發(fā)明中的環(huán)狀反射面106構(gòu)成為，反射面所構(gòu)成的環(huán)的直徑為120?160mm，經(jīng)過環(huán)狀反射面的環(huán)的中心，由與環(huán)垂直的面切斷的切斷面的長軸方向?yàn)?5?55mm，短軸方向?yàn)?5mm?45mm。哪一個(gè)過小都有可能無法保持紅外線燈與反射面的足夠的距離而無法插入，過大則聚光鏡方式加熱爐自身的小型化變得困難，說到底還依據(jù)紅外線燈的輸出，但是即使在幾秒以內(nèi)加熱至2000°C以上時(shí)該尺寸的反射面也已足夠。
[0229]構(gòu)成環(huán)狀反射面106的部件為鋁合金等即可，由穩(wěn)定且熱膨脹性小，耐熱性優(yōu)異的金屬部件構(gòu)成。因而，構(gòu)成該環(huán)狀反射面106的部件也是環(huán)狀的金屬部件，優(yōu)選由紅外線的反射效率高的金進(jìn)行電鍍。因此，可以在該環(huán)的中心插入石英管等，在石英管內(nèi)進(jìn)行單晶的生成等。另外，也可以進(jìn)行CVD等的處理。
[0230]為了實(shí)現(xiàn)上述處理，該環(huán)狀金屬部件自身的外徑為190?230mm，優(yōu)選為200?220mm,其厚度為60?80mm,優(yōu)選為65?75mm,其中心的孔部分的直徑為30?40mm。外徑的范圍反映形成在內(nèi)部的環(huán)狀反射面106的尺寸，是在該環(huán)狀反射面106的尺寸上加上金屬部件的壁厚等的尺寸，厚度也一樣是在環(huán)狀反射面106的厚度上加上金屬部件的壁厚等的尺寸。該環(huán)狀金屬部件的中心孔的外徑需要是能夠使石英管等的部件貫穿其中的尺寸。
[0231]設(shè)置于環(huán)狀反射面106的上述狹縫由拋物線形成，以能夠均勻地加熱被加熱物，具體而言，其被設(shè)置為能夠使連結(jié)紅外線燈103和被加熱物的線通過。而且，在該狹縫的內(nèi)面也與環(huán)狀反射面106的表面一起通過電鍍等方法而被紅外線反射率高的金等的材料包覆，以能夠反射紅外線。
[0232]而且，該狹縫被盡可能延伸至被加熱物是為了使紅外線更能照射被加熱物而所需要的。因此，環(huán)狀金屬部件的構(gòu)成狹縫的下部的部分以延伸的方式而形成。
[0233]為了高效的加熱及裝置的小型化，紅外線燈103與被加熱物中心的最短直線距離為70?95_，優(yōu)選為75?90mm，距狹縫上部為30?40_。
[0234]該距離變大時(shí)則很難高效的加熱及小型化，較小時(shí)則有可能很難進(jìn)行裝置的運(yùn)行、均勻的加熱。
[0235]考慮這種各個(gè)部件等的尺寸時(shí)，優(yōu)選本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐構(gòu)成為水平設(shè)置的被加熱物表面被以20?70°的角度照射的紅外線加熱。該角度小于20°時(shí)，則無法使從環(huán)狀反射面放射的紅外線高效地照射于被加熱物，紅外線有可能偏離被加熱物而照射于其它部件。另外，該角度為70°以上時(shí)，則很難確保能夠在被加熱物的垂線上設(shè)置夾具或設(shè)置供給氣體的裝置的空間。
[0236]圖10中具備電源線112的紅外線燈103在環(huán)狀反射面的一半上各設(shè)置I個(gè)，紅外線燈103在其兩端固定于加熱爐。根據(jù)這種構(gòu)成，在設(shè)置有2個(gè)紅外線燈103的狀態(tài)下，可以相對(duì)于被加熱物從大致所有方向進(jìn)行紅外線照射。紅外線燈103也可以不是2個(gè)，還可以盡量繞整個(gè)圓周在能夠設(shè)置紅外線燈103的范圍內(nèi)設(shè)置I個(gè)或分開設(shè)置3個(gè)以上。
[0237]由于環(huán)狀反射面106及環(huán)狀金屬部件在運(yùn)行中吸收來自紅外線燈的紅外線而被加熱，因此聚光鏡方式加熱爐中必須設(shè)置冷卻裝置。返回圖8，說明環(huán)狀反射面106等的裝置。
[0238]圖8中，為了冷卻構(gòu)成環(huán)狀反射面106的環(huán)狀金屬部件，預(yù)先在環(huán)狀金屬部件的外面設(shè)置用于流通冷卻水的冷卻水套113的槽部，設(shè)置與所安裝的蓋部件114之間形成的冷卻水套113，在該冷卻水套113上介由冷卻水供給端口 116連接有冷卻水供給管115。雖然僅在環(huán)狀金屬部件的上面流通冷卻水，但是也可以設(shè)置如下結(jié)構(gòu)，即在環(huán)狀金屬部件外周等的其它部分上也使冷卻水流通。
[0239]圖11中示出本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐101的上面。在顯現(xiàn)圓形的聚光鏡方式加熱爐101的上面分別介由冷卻水供給端口 116及冷卻水排水端口 118而連接有冷卻水供給管115及冷卻水排水管117。圖11所記載的虛線中包圍最大的區(qū)域的線雖然無法從上面看到但是表示環(huán)狀反射面106的位置，由其內(nèi)側(cè)的虛線包圍的區(qū)域表示冷卻水套113。
[0240]從冷卻水供給管115介由冷卻水供給端口 116而供給至冷卻水套113的水沿冷卻水套113內(nèi)流動(dòng)，在冷卻水套113內(nèi)冷卻環(huán)狀金屬部件，之后介由冷卻水排水端口 118而從冷卻水排水管117排出。
[0241]所排出的水被供給至未圖示的散熱器，在此通過由冷卻用空氣進(jìn)行空冷而被冷卻。該冷卻后的水沿著如下循環(huán)路徑，即再次介由連接于加熱爐的冷卻水供給管而被供給至冷卻水套。
[0242]當(dāng)然，雖然也可以供給至散熱器而不進(jìn)行循環(huán)，并從外部供給新的冷卻水，但是由于需要連接用于從裝置外部供給冷卻水的管，因此加熱爐的配置部分有可能會(huì)被限制，因此優(yōu)選介由散熱器等的冷卻裝置而由泵使冷卻水循環(huán)。
[0243]在本發(fā)明的第2至3聚光鏡方式加熱爐中，雖然紅外線燈103可以使用公知的紅外線燈，但是優(yōu)選為鹵素?zé)?，紅外線燈103也可以是通過燈絲放射紅外線的形式。
[0244]而且，鑒于必要性，例如也可以在用于將紅外線燈103固定于環(huán)狀反射面106的部件上設(shè)置開口部，用于導(dǎo)入、排出用于對(duì)環(huán)狀反射面106內(nèi)進(jìn)行冷卻的空氣。此時(shí)，由于冷卻用空氣能夠流過紅外線燈103和環(huán)狀反射面的間隙而對(duì)它們進(jìn)行冷卻，因此所供給的冷卻用空氣被高效地使用于冷卻。
[0245]另外，雖未圖示，但是本發(fā)明的第2至3聚光鏡方式加熱爐與公知的加熱爐一樣，具有在護(hù)罩內(nèi)被支撐部件支撐的結(jié)構(gòu)，收納聚光鏡方式加熱爐的護(hù)罩由頂板、前門、側(cè)板、背板、底板構(gòu)成，通過開閉該前門來進(jìn)行被加熱物等的插入、取出。也可以在頂板上設(shè)置開口部，用于插入在生成單晶時(shí)使用的石英管等的長尺寸部件，另外，可以在頂板、側(cè)板、背板、底板上設(shè)置令用于紅外線燈的電源線、用于供給、排出冷卻水的管、以及用于供給及排出用于使處理用氣體向聚光鏡方式加熱爐內(nèi)流通的氣體的管穿過的開口部，以及在用冷卻用空氣同時(shí)冷卻紅外線燈和反射面時(shí)，令用于供給、排出該冷卻用空氣的管穿過的開口部。
[0246]而且，在護(hù)罩上設(shè)置觀察窗時(shí)，則能夠從裝置外觀察被加熱物。
[0247]收納本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐的該護(hù)罩可設(shè)置在高架臺(tái)上。也可以在高架臺(tái)上設(shè)置加熱爐的電源或控制器、散熱器、冷卻水循環(huán)裝置、冷卻用空氣的供給裝置、被加熱物的移動(dòng)裝置等用于使加熱爐運(yùn)行的各種裝置。
[0248]其為單晶培養(yǎng)裝置時(shí)，如模式圖的圖12所示，插入石英管207，使其貫穿環(huán)狀反射面206的環(huán)中心，在該管內(nèi)將多晶原料棒209和晶種棒210分別固定于上下固定單元208，對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。然后，從紅外線燈203放射的紅外線由環(huán)狀反射面206反射，能夠邊加熱上述多晶原料棒209和晶種棒210，邊使這些原料棒209和晶種棒210向下方移動(dòng)，并開始生
成單晶。
[0249]如此，在本發(fā)明中，由于不是現(xiàn)有的在旋轉(zhuǎn)橢圓面上使紅外線反射而成的從側(cè)方進(jìn)行加熱的裝置的結(jié)構(gòu)，因此可以從所加熱的被加熱物的側(cè)方確認(rèn)被加熱物，即使在加熱中也能掌握CVD爐、單晶培養(yǎng)裝置的運(yùn)行狀況。
[0250]而且，由于相對(duì)于被加熱物從斜上方照射紅外線而進(jìn)行加熱，因此能夠使紅外線燈203及環(huán)狀反射面206的位置位于被加熱物的上方，環(huán)狀反射面206自身的尺寸與采用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)橢圓面時(shí)相比較小，可以使紅外線燈203及環(huán)狀反射面206與被加熱物之間更窄。
[0251]示出使用這種聚光鏡方式加熱爐進(jìn)行處理的方法。例如在圖12中，在設(shè)置有環(huán)狀反射面206的環(huán)狀金屬部件的中心部的孔中插入石英管207，例如從該石英管207的下部側(cè)的開口端插入固定被加熱物，并固定于來自紅外線燈203的紅外線所放射的位置。根據(jù)需要使該石英管207內(nèi)處于用處理氣體置換、供給氣體的狀態(tài)，另外，使冷卻水向冷卻水套供給、流通，通過紅外線燈203的固定部導(dǎo)入并流通用于冷卻紅外線燈203的空氣。
[0252]在該狀態(tài)下，接通紅外線燈203的電源并開始加熱，管理溫度并在進(jìn)行了規(guī)定處理時(shí)使加熱溫度下降。處理后，從石英管207的下端取出被加熱物，向下一個(gè)處理工序進(jìn)行搬運(yùn)。
[0253]接下來，在進(jìn)行加熱處理時(shí)，仍舊不停止用于冷卻的水或空氣的供給，從石英管207的下端插入下一個(gè)被加熱物，在固定之后進(jìn)行加熱。當(dāng)然，石英管207并不是必須使用的，可以根據(jù)需要任意決定是否使用。
[0254]作為被本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐加熱的被加熱物，只要是玻璃、半導(dǎo)體材料、金屬、陶瓷、樹脂等由通常加熱進(jìn)行加工的物質(zhì)則就成為對(duì)象。還能夠在LS1、MEMS等的制造工序的一部分等中進(jìn)行使用。
[0255]具體而言，可以作為蒸鍍裝置、CVD爐、單晶制造裝置等的伴隨加熱的裝置而使用。
[0256]雖然根據(jù)這些用途，以一定程度決定被加熱物的尺寸，但是在本發(fā)明中可處理任意尺寸的被加熱物，優(yōu)選直徑為50mm以下，更優(yōu)選為30mm以下，尤其優(yōu)選為15mm以下。
[0257]而且，作為被加熱物的形狀，只要被光照射的面是平面即可，另外，在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)則也可以是非平面的面。
[0258]另外，根據(jù)本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐，可以在從加熱開始的幾秒后將被加熱物表面的溫度加熱至2000°以上，可以提高對(duì)被加熱物進(jìn)行加熱處理的速度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
2.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射而照射于被加熱物，由該二次反射鏡反射而照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
3.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置 于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面， 構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
4.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于與放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)不同的位置，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面， 構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
5.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于經(jīng)過放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)的法線上，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面， 構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸相對(duì)于該被加熱面的該法線傾斜定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐,其特征在于,構(gòu)成一次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使光源位于連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)不在同一直線上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱物表面與連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線所成的角度為20~70°。
10.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合一次反射鏡和二次反射鏡而成，使將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為該一次反射鏡，使將旋轉(zhuǎn)拋物面體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)拋物面鏡為該二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置聚光鏡裝置，使二次反射鏡即旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的轉(zhuǎn)軸與放置在爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)位于I條直線上，朝向被加熱物設(shè)置有二次反射鏡的開口部，使光照射于被加熱面， 二次反射鏡的該轉(zhuǎn)軸并未相對(duì)于被加熱物表面垂直。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，一次反射鏡的焦點(diǎn)與其橢圓面的最短距離比二次反射鏡的焦點(diǎn)與其拋物線的最短距離大。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)不位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱面的法線與二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸所成的角度為20~70°。
15.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 該反射鏡裝置具有將如下環(huán)的內(nèi)面的一部分作為反射面的一次反射鏡，即，使處于與經(jīng)過該被加熱面中心的法線相同的平面內(nèi)，且不與該法線交叉的封閉的曲線以該法線為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的環(huán)， 在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿該環(huán)的圓周方向的一部分或全部設(shè)置光源，而且，該被加熱物被設(shè)置在與該法線垂直但不與環(huán)交叉的平面上，在連結(jié)該被加熱面中心和該光源的最短的直線與該反射面的交點(diǎn)附近的該反射面上設(shè)置狹縫，用于向被加熱物照射光， 在形成該狹縫的第一反射面的端部上連接形成第二反射面的反射面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，該法線與連結(jié)該光源和被加熱物表面中心的線所成的角度為20~70°。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿圓周設(shè)置環(huán)狀光源， 關(guān)于使來自該環(huán)狀光源的光集中于被加熱面的反射板，相對(duì)于該環(huán)狀光源構(gòu)成的圓周垂直地設(shè)置其反射面。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，使該反射鏡和被加熱物的相對(duì)位置可變。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可以從被加熱物的正上方、斜上方及側(cè)方的至少I個(gè)方向確認(rèn)被加熱物的溫度、形成被膜時(shí)的膜厚等的被加熱物的狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可使該被加熱物旋 轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】F27D11/02GK104011491SQ201280059406
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】池田伸一, 原史朗, 三原孝則, 羽深等, 坤邦·索瑪萬 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射而照射于被加熱物，由該二次反射鏡反射而照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。由此，在通過聚光的紅外線進(jìn)行加熱的裝置中，即便是使用旋轉(zhuǎn)橢圓面的裝置也能保持加熱性能并進(jìn)行小型化。
【專利說明】聚光鏡加熱爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種使用于材料加工等的加熱爐，涉及用于由紅外線進(jìn)行加熱的聚光鏡加熱爐。
【背景技術(shù)】
[0002]如專利文獻(xiàn)I至3所記載，作為用于制造單晶的裝置，已知有一種聚光鏡加熱爐，通過朝向成為對(duì)象的氧化鋁等的燒結(jié)體和晶種使紅外線聚光而進(jìn)行加熱。
[0003]這種聚光鏡加熱爐在沿垂直方向移動(dòng)的載物臺(tái)上設(shè)置氧化鋁等的燒結(jié)體和晶種，在沿水平方向包圍該晶種的位置上設(shè)置由旋轉(zhuǎn)橢圓面構(gòu)成的反射鏡，在該旋轉(zhuǎn)橢圓面的一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置鹵素?zé)舻鹊墓庠?，使燒結(jié)體和晶種位于旋轉(zhuǎn)橢圓面的另一個(gè)焦點(diǎn)。
[0004]而且，其為以使從光源放射的紅外線直接或介由反射鏡的反射面，而使焦點(diǎn)正中該燒結(jié)體和晶種的方式進(jìn)行聚光并進(jìn)行加熱的加熱爐，以及在加熱時(shí)通過使該載物臺(tái)下降而使單晶生長的裝置。
[0005]另外，如專利文獻(xiàn)4所記載，已知有在內(nèi)面為旋轉(zhuǎn)橢圓面的反射面的一個(gè)焦點(diǎn)上放置被加熱物臺(tái)，將設(shè)置在反射面內(nèi)的加熱器作為面光源，通過使所放射的紅外線直接以及被該橢圓面反射而加熱該被加熱物臺(tái)上的被加熱物。
[0006]而且，如專利文獻(xiàn)5所記載，作為使用于半導(dǎo)體制造的加熱爐，已知有將硅片放在石英板上，從石英板對(duì)其進(jìn)行加熱的電阻加熱型爐。但是，即使在熱源為紅外線時(shí)，也由于將石英板插入爐內(nèi)，因此該爐內(nèi)的尺寸是能夠?qū)陨系某叽绲奈矬w進(jìn)行加熱的尺寸，電阻加熱也在升溫之前需要較長時(shí)間，一個(gè)加熱工序無法在短時(shí)間內(nèi)得以操作。
[0007]而且，還已知有一種加熱處理裝置，在加熱晶片表面時(shí)，為了對(duì)可充分覆蓋晶片口徑的范圍進(jìn)行紅外線照射，與晶片表面平行地設(shè)置如下面，即在與所放置的晶片表面相對(duì)的晶片的垂直上方位置上設(shè)置多個(gè)紅外線燈而成的面，通過這種裝置加熱晶片表面。
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本國特開2007-145611號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本國特許第3668738號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:W02005/075713號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)4:日本國特開2008-107050號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)5:日本國特開2000-223488號(hào)公報(bào)
[0013]現(xiàn)有的聚光鏡方式加熱爐是在橢圓鏡的凹面的一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置紅外線光源，從該光源被該凹面反射且直接從上方或側(cè)方加熱設(shè)置在另一個(gè)焦點(diǎn)上的被加熱物。
[0014]另外，如專利文獻(xiàn)I至3所記載的發(fā)明那樣，構(gòu)成為在被切斷的旋轉(zhuǎn)橢圓面的一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置光源，在另一個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置被加熱物的結(jié)構(gòu)時(shí)，以共通的焦點(diǎn)即被加熱物為中心，在其周圍形成從一個(gè)焦點(diǎn)形成的圓。
[0015]在這種結(jié)構(gòu)的情況下，由于相對(duì)于平面形狀的被加熱物專門從橫向360°進(jìn)行加熱，因此將該被加熱物設(shè)置為水平時(shí)，盡管專門使紅外線照射于該被加熱物的周圍，相對(duì)于平面所吸收的熱量還是降低。另外，假使垂直或傾斜地設(shè)置被加熱物，則該被加熱物的兩個(gè)面專門被加熱，無法高效地加熱特定的單面。
[0016]其結(jié)果，由于被加熱物以外的裝置也被加熱而變?yōu)楦邷?，因此作為用于?duì)其進(jìn)行冷卻的空冷或水冷的冷卻系統(tǒng)，需要更大規(guī)模的裝置，結(jié)果用于供給冷卻所需的能量、空氣、水等的設(shè)備也不得不變大。尤其是在為了冷卻加熱源而流過空氣時(shí)，即便使空氣流向被旋轉(zhuǎn)橢圓面包圍的容積較大的空間，也由于停留在該空氣的一部分直接接觸加熱源而發(fā)揮冷卻的能力，因此很難實(shí)現(xiàn)高效的冷卻。
[0017]而且，在被旋轉(zhuǎn)橢圓面鏡夾持的地方設(shè)置被加熱物的結(jié)構(gòu)中，由于除上述冷卻所需的較大的設(shè)備以外，相對(duì)于被加熱物的尺寸使用相當(dāng)大的旋轉(zhuǎn)橢圓面鏡，因此裝置小型化存在極限。
[0018]雖然利用在晶片的垂直上方位置上設(shè)置多個(gè)與所放置的晶片等的表面相對(duì)的紅外線燈而構(gòu)成的加熱裝置，可以比較均勻地加熱晶片，但是無法不阻礙紅外線照射便與晶片表面相對(duì)地設(shè)置為了在加熱中向晶片表面供給氣體并進(jìn)行處理而應(yīng)設(shè)置在晶片上方的氣體供給單元。另外，為了均勻地進(jìn)行加熱，與被加熱物相比需要增大紅外線燈的設(shè)置面。因此，尤其是從設(shè)置在加熱裝置的周緣部上的紅外線燈放射的能量的大部分并未僅照射于被加熱物，還加熱被加熱物周邊的部件。而且，被加熱物的加熱不僅來自紅外線燈的放射，由來自被加熱的周邊部件的傳導(dǎo)引起的加熱也達(dá)到無法忽視的程度，其結(jié)果，變得很難控制被加熱物的加熱溫度。因此，為了更正確地進(jìn)行控制，需要增大加熱爐的內(nèi)部空間，結(jié)果加熱爐整體過度大型化。
[0019]而且，與被加熱物的上方相對(duì)地設(shè)置紅外線燈等的加熱裝置時(shí)，則很難在被加熱物的上方設(shè)置加熱狀態(tài)的監(jiān)控、氣體供給、操作用機(jī)械手等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0020](第I聚光鏡方式加熱爐)
[0021]1.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0022]照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
[0023]2.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0024]反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射而照射于被加熱物，由該二次反射鏡反射而照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
[0025](第2聚光鏡方式加熱爐)
[0026]3.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0027]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，
[0028]該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡，
[0029]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面，
[0030]構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
[0031]4.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0032]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，
[0033]該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡，
[0034]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于與放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)不同的位置，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面，
[0035]構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
[0036]5.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0037]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，
[0038]該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡，
[0039]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于經(jīng)過放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)的法線上，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面，
[0040]構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸相對(duì)于該被加熱面的該法線傾斜定位。
[0041]6.根據(jù)方案3至5中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，構(gòu)成一次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下。
[0042]7.根據(jù)方案3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使光源位于連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上。
[0043]8.根據(jù)方案3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)不在同一直線上。
[0044]9.根據(jù)方案3至8中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱物表面與連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線所成的角度為20?70°。
[0045](第3聚光鏡方式加熱爐)
[0046]10.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0047]具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置，[0048]該反射鏡裝置組合一次反射鏡和二次反射鏡而成，使將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為該一次反射鏡，使將旋轉(zhuǎn)拋物面體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)拋物面鏡為該二次反射鏡，
[0049]將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置聚光鏡裝置，使二次反射鏡即旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的轉(zhuǎn)軸與放置在爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)位于I條直線上，朝向被加熱物設(shè)置有二次反射鏡的開口部，使光照射于被加熱面，
[0050]二次反射鏡的該轉(zhuǎn)軸并未相對(duì)于被加熱物表面垂直。
[0051]11.根據(jù)方案10所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，一次反射鏡的焦點(diǎn)與其橢圓面的最短距離比二次反射鏡的焦點(diǎn)與其拋物面的最短距離大。
[0052]12.根據(jù)方案10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
[0053]13.根據(jù)方案10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)不位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
[0054]14.根據(jù)方案10至13中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱面的法線與二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸所成的角度為20?70°。
[0055](第4聚光鏡方式加熱爐)
[0056]15.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，
[0057]該反射鏡裝置具有將如下環(huán)的內(nèi)面的一部分作為反射面的一次反射鏡，S卩，使處于與經(jīng)過該被加熱面中心的法線相同的平面內(nèi)，且不與該法線交叉的封閉的曲線以該法線為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的環(huán)，
[0058]在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿該環(huán)的圓周方向的一部分或全部設(shè)置光源，
[0059]而且，該被加熱物被設(shè)置在與該法線垂直但不與環(huán)交叉的平面上，在連結(jié)該被加熱面中心和該光源的最短的直線與該反射面的交點(diǎn)附近的該反射面上設(shè)置狹縫，用于向被加熱物照射光，
[0060]在形成該狹縫的第一反射面的端部上連接形成第二反射面的反射面。
[0061]16.根據(jù)方案15所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，該法線與連結(jié)該光源和被加熱物表面中心的線所成的角度為20?70°。
[0062]17.根據(jù)方案15或16所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿圓周設(shè)置環(huán)狀光源，
[0063]關(guān)于使來自該環(huán)狀光源的光集中于被加熱面的反射板，相對(duì)于該環(huán)狀光源構(gòu)成的圓周垂直地設(shè)置其反射面。
[0064]18.根據(jù)方案I至17中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，使該反射鏡和被加熱物的相對(duì)位置可變。[0065]19.根據(jù)方案I至18中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可以從被加熱物的正上方、斜上方及側(cè)方的至少I個(gè)方向確認(rèn)被加熱物的溫度、形成被膜時(shí)的膜厚等的被加熱物的狀態(tài)。
[0066]20.根據(jù)方案I至19中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可使該被加熱物旋轉(zhuǎn)。
[0067]本發(fā)明的第I聚光鏡方式加熱爐是采用由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成的裝置作為反射鏡裝置，通過使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射，并最終從相對(duì)于被加熱物表面并不垂直的方向進(jìn)行照射，從而用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐。而且，即便是該并不垂直的方向，也不是從與被加熱物表面平行的方向進(jìn)行照射。
[0068]由于本發(fā)明并不是現(xiàn)有的在旋轉(zhuǎn)橢圓面上使紅外線反射，并從被加熱物的側(cè)方進(jìn)行加熱的裝置的結(jié)構(gòu)，因此通過避免用于加熱的裝置位于所加熱的被加熱物的側(cè)方或被加熱物表面的延長線上，從而能夠從側(cè)方確認(rèn)被加熱物的狀態(tài)，即使在加熱中也能夠掌握CVD爐、單晶培養(yǎng)裝置等的運(yùn)行狀況。
[0069]而且，由于相對(duì)于被加熱物表面從并不垂直的方向照射紅外線而進(jìn)行加熱，因此能夠使紅外線燈及環(huán)狀反射面的位置位于不是被加熱物表面的正對(duì)面的地方，反射鏡裝置的尺寸與采用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)橢圓面時(shí)相比較小，可以使紅外線燈及環(huán)狀反射面與被加熱物之間更窄。
[0070]如此，使裝置小型化時(shí)，紅外線燈的輸出變小，與此同時(shí)反射鏡的尺寸也變小，但是，由于原本加熱被加熱物自身所需的能量不變，因此結(jié)果被加熱物自身所接收的能量的密度不變或反而增大。
[0071]例如為CVD爐時(shí)，可以使氣體從通過CVD進(jìn)行處理的被加熱物表面的正面流動(dòng)接觸，可以使基于CVD的優(yōu)質(zhì)薄膜在所加熱的被加熱物上成膜。
[0072]第2聚光鏡方式加熱爐具有由一次反射鏡及二次反射鏡將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面而成的2個(gè)反射鏡構(gòu)成的反射鏡裝置。構(gòu)成該一次反射鏡的旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下。
[0073]尤其是第2聚光鏡方式加熱爐既可以使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)，另外，也可以位于與放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)不同的地方，例如經(jīng)過被加熱物表面的中心點(diǎn)的法線上。
[0074]根據(jù)第2聚光鏡方式加熱爐，能夠均勻地加熱被加熱物表面的尤其需要的某一部分，另外，也可以相對(duì)于被加熱物表面以不使光的焦點(diǎn)對(duì)齊的狀態(tài)進(jìn)行照射，此時(shí)，可以更加均勻地加熱被加熱物表面。
[0075]而且，由于通過使構(gòu)成一次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下，從而可以將光源即紅外線燈置于更接近球的旋轉(zhuǎn)橢圓體的一個(gè)焦點(diǎn)，因此能夠使由一次反射鏡反射后而朝向二次反射鏡的反射面的成分更多。
[0076]也就是說，由于一次反射鏡與二次反射鏡相比，焦點(diǎn)附近的橢圓面是更長半徑的接近球的面，因此將光源燈設(shè)置于一次反射鏡時(shí)，與直接將光源設(shè)置于二次反射鏡的焦點(diǎn)時(shí)相比，可以在更多的反射面上使從燈放射的光反射，因此能夠向被加熱物照射更強(qiáng)的光，可以高效地進(jìn)行加熱。[0077]另外，使一次反射鏡和二次反射鏡連接，使光源位于連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上，由此從光源不被任何一個(gè)反射鏡反射而直接照射于被加熱物的光的成分變多，可以更加高效地加熱被加熱物表面。
[0078]使一次反射鏡和二次反射鏡連接,使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)不在同一直線上時(shí)，則能夠任意變更一次反射鏡相對(duì)于二次反射鏡的朝向，能夠使反射鏡裝置小型化，或根據(jù)聚光鏡方式加熱爐的整體形狀，任意變更反射鏡裝置的形狀。
[0079]而且，雖然任何一個(gè)方式的聚光鏡方式加熱爐都能夠以被加熱物表面的被加熱面呈水平的方式形成并設(shè)置，但是被加熱物的被加熱物面也能夠以并不水平的狀態(tài)而被放置。
[0080]在此，一次反射鏡和二次反射鏡的接合部的開口部的尺寸也可以較大。該開口部越大，則未由一次反射鏡反射的成分越多。
[0081]相反開口部越小，則能夠使從紅外線燈等的光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射并加熱被加熱物表面的成分越多。
[0082]另外，第3聚光鏡方式加熱爐除在使二次反射鏡為由旋轉(zhuǎn)拋物面鏡構(gòu)成的方面與第2聚光鏡方式加熱爐不同以外則與第2聚光鏡方式加熱爐共通。
[0083]相對(duì)于第2聚光鏡方式加熱爐，第3聚光鏡方式加熱爐的特征在于，由于由二次反射鏡反射的光的成分是相互平行的成分，因此在被加熱物表面，光不僅不聚焦，照射于被加熱物表面的光還包含平行光的成分，因此，能夠更加均勻地加熱被加熱物的表面。
[0084]在該第3聚光鏡方式加熱爐中，由于一次反射鏡的焦點(diǎn)與其橢圓面的最短距離比二次反射鏡的焦點(diǎn)與其拋物面的最短距離大，由此可以將光源即紅外線燈置于更接近球的旋轉(zhuǎn)橢圓體的一個(gè)焦點(diǎn)，因此能夠使由一次反射鏡反射后而朝向二次反射鏡的反射面的成分更多。
[0085]而且，與第2聚光鏡方式加熱爐一樣，使一次反射鏡和二次反射鏡連接，使光源位于二次反射鏡的旋轉(zhuǎn)拋物面的轉(zhuǎn)軸的延長線上，由此從光源不被任何一個(gè)反射鏡反射而直接照射于被加熱物的光的成分變多，可以更加高效地加熱被加熱物表面。
[0086]使一次反射鏡和二次反射鏡連接,使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的該轉(zhuǎn)軸不在同一直線上時(shí)，則能夠任意變更一次反射鏡相對(duì)于二次反射鏡的朝向，能夠使反射鏡裝置小型化，或根據(jù)聚光鏡方式加熱爐的整體形狀，變更反射鏡裝置的形狀。
[0087]第4聚光鏡方式加熱爐在由內(nèi)面為反射面的環(huán)狀的一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成的反射鏡裝置的結(jié)構(gòu)以及與被加熱物的被加熱面的位置關(guān)系上具有特征。
[0088]具體而言是一種聚光鏡方式加熱爐，該反射鏡裝置具有將如下環(huán)的內(nèi)面的一部分作為反射面的一次反射鏡，即，使處于與經(jīng)過該被加熱面中心的法線相同的平面內(nèi)，且不與該法線交叉的封閉的曲線以該法線為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的環(huán)，
[0089]在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿該環(huán)的圓周方向的一部分或全部設(shè)置光源，
[0090]而且，可以將該被加熱物設(shè)置于該反射鏡之外，即不是包含環(huán)的平面上的位置，在連結(jié)該被加熱面中心和該光源的最短的直線與該反射面的交點(diǎn)附近的該反射面上設(shè)置狹縫，用于向被加熱物照射光，[0091]在形成該狹縫的第一反射面的端部上連接形成第二反射面的反射面。
[0092]在第4聚光鏡方式加熱爐中，由環(huán)狀一次反射鏡反射的光經(jīng)由狹縫而由二次反射鏡反射，其后照射于被加熱物表面，由此，相對(duì)于該被加熱物表面從多個(gè)方向照射光。因此，即使在很難僅由來自某一方向的光均勻地加熱該被加熱物表面的情況下，也能夠利用來自多個(gè)方向的加熱而更加均勻地進(jìn)行加熱。
[0093]另外，該二次反射鏡的反射面也可以是使橢圓、拋物線繞該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的面的一部分，此時(shí)，可以使該橢圓、該拋物線的焦點(diǎn)位于光源的地方。
[0094]另外，該封閉的曲線為橢圓時(shí)，其是以連結(jié)該橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線的朝向被加熱物方向的延長線正中被加熱物表面中心的方式傾斜而成的橢圓，以該延長線與橢圓的交點(diǎn)為中心在橢圓上設(shè)置開口部。進(jìn)而設(shè)置狹縫，其是以使將該2個(gè)焦點(diǎn)中的從被加熱物看去較遠(yuǎn)的橢圓的焦點(diǎn)作為共通的焦點(diǎn)的拋物線的一部分，從該開口部朝向被加熱物開口的方式復(fù)合而成的狹縫。
[0095]而且，在該橢圓的位于離被加熱物并不近的焦點(diǎn)上設(shè)置光源，使另一個(gè)焦點(diǎn)與構(gòu)成二次反射鏡的橢圓或拋物線的焦點(diǎn)共通，由此，可以使從光源放射的光更加高效地被二次反射鏡反射，并照射于被加熱物表面。
[0096]另外，在圖9中也可以使該共通的焦點(diǎn)為橢圓的離被加熱物近的焦點(diǎn)。
[0097]在該第4聚光鏡方式加熱爐中，當(dāng)該封閉的平面為橢圓時(shí)，其結(jié)果，所得到的反射鏡是與經(jīng)過被加熱物中心的法線垂直，繞位于該橢圓及該拋物線之外的垂直軸旋轉(zhuǎn)而成的內(nèi)面為反射面的橢圓體鏡和拋物面鏡復(fù)合而成的反射鏡，同時(shí)可以具有示出其共通的焦點(diǎn)，并且沿以垂直軸為中心的圓周上設(shè)置光源而成的聚光鏡。
[0098]該光源可以使用將點(diǎn)光源排列在圓周上的光源、使用2個(gè)半圓型的光源，或者使用圓形的光源。
[0099]如此構(gòu)成的本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐是在內(nèi)面上構(gòu)成一次反射面的截面為橢圓等的形狀的環(huán)狀體與構(gòu)成二次反射面的反射面復(fù)合而成，使從設(shè)置在該環(huán)狀體內(nèi)的光源放射的光直接或由該一次反射面及/或二次反射面反射而朝向被加熱物臺(tái)上的被加熱物進(jìn)行照射的聚光鏡方式加熱爐。
[0100]根據(jù)該第4聚光鏡方式加熱爐，由于可以相對(duì)于被加熱物表面從更多的方向進(jìn)行加熱，因此能夠更加均勻地加熱被加熱物表面。
[0101]由于這些第I至第4的4種方式的加熱爐都令用于加熱的光源位于被加熱物的斜上方，從斜上方加熱被加熱物表面，因此可以在被加熱物的正上方、下方及側(cè)方形成空間。因此，能夠在上方設(shè)置例如石英管而流通用于處理的氣體，或設(shè)置溫度等的測(cè)定、控制單元。另外，能夠在設(shè)置于側(cè)方的空間內(nèi)對(duì)搬運(yùn)被加熱物的單元進(jìn)行設(shè)置等，可有效活用被加熱物周圍的空間，能夠更加高效地進(jìn)行從將被加熱物導(dǎo)入裝置內(nèi)的階段到取出至裝置外的階段的一系列動(dòng)作。
[0102]另外，根據(jù)這些聚光鏡方式加熱爐，可以在被加熱物的斜上方設(shè)置多個(gè)光源，由此從光源放射的能量的大部分照射于被加熱物表面，并且能夠以環(huán)繞斜上方一周的方式從各個(gè)方向朝向被加熱物放射光。
[0103]此時(shí)，從被加熱物表面上的某一部分觀察的距光源的距離為，某一方向的光源較遠(yuǎn)，但是其反向的光源則較近，該傾向在被加熱物表面上的哪個(gè)部分上都相同。于是，結(jié)果無論被加熱物表面上的哪個(gè)部分累計(jì)從多個(gè)方向照射的光而合計(jì)的能量都是均勻的，因此，無論被加熱物表面上的哪個(gè)部分都被均勻地加熱。
[0104]另外，根據(jù)第I至3聚光鏡方式加熱爐，由于所使用的光源不為環(huán)狀，因此例如使用3套聚光鏡裝置時(shí)，各套以120°的間隔而被設(shè)置，因此，相對(duì)于被加熱物表面也從斜上方的3個(gè)方向照射光，實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)沒有不均的加熱，這與實(shí)質(zhì)上從360°的所有方向照射光并無不同。
[0105]如此，由于能夠相對(duì)于被加熱物表面，實(shí)質(zhì)上從斜上方360°的方向進(jìn)行加熱，因此能夠更加均勻地進(jìn)行加熱。
[0106]另外，根據(jù)第4聚光鏡方式加熱爐，通過從更接近于360°的方向進(jìn)行加熱，可以與第I至3聚光鏡方式加熱爐相比從多個(gè)方向進(jìn)行加熱。此時(shí)，即使反射鏡整體所接收的所有熱量與第I至3聚光鏡方式加熱爐沒有差別，也由于反射鏡自身的容積較大，因此加熱溫度變?yōu)楦蜏兀诶鋮s裝置變得簡便方面較為優(yōu)異。
[0107]也就是說，從一個(gè)方向的斜上方朝向被加熱物照射光時(shí)，在被加熱物表面上產(chǎn)生距光源的距離近的部分和遠(yuǎn)的部分。作為其結(jié)果，由于被加熱物的距光源近的部分被光的能量密度較高的部分照射，被加熱物的距光源遠(yuǎn)的部分被光的能量密度較低的部分照射，因此結(jié)果被加熱物的距光源近的部分快速被加熱且被加熱至高溫，但是遠(yuǎn)的部分的溫度上升的速度相對(duì)較小，結(jié)果在被加熱物上的被加熱面中加熱有可能產(chǎn)生不均。
[0108]光源在被加熱面上聚焦時(shí)加熱產(chǎn)生不均的傾向變得顯著，而光源不在被加熱面上聚焦時(shí)，則由于模糊 的光源影像顯現(xiàn)在被加熱物表面上，從而被加熱物表面更加容易被均勻地加熱。但是，由于出現(xiàn)未照射于被加熱面的成分，因此從光源放射的光有可能不會(huì)高效地射中被加熱物表面。
[0109]除由這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行的被加熱物的均勻的加熱以外，通常光源通過燈絲的加熱而發(fā)光，由于燈絲不完全是點(diǎn)光源，因此可知在本發(fā)明中，二次反射鏡既可以嚴(yán)格地在被加熱物上聚焦，也可以不聚焦。
[0110]在未聚焦的所謂的散焦的狀態(tài)下照射光時(shí)，該燈絲的影像未聚合在被加熱物上。于是，不會(huì)產(chǎn)生使燈絲的形狀反映在被加熱物上這樣的光的照射不均，在該方面也能夠更加均勻地加熱被加熱物表面。
[0111]當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)橢圓面在被加熱物上聚焦時(shí)，則燈絲的影像有可能聚合在被加熱物上，但是包括散焦的情況而從多個(gè)方向?qū)⒐庹丈湓诒患訜嵛锷蠒r(shí)，則各自聚焦而導(dǎo)致影像重疊，結(jié)果可以使光均勻地照射在被加熱物上。
[0112]此時(shí)與在上述第2聚光鏡方式加熱爐中散焦的狀態(tài)一樣，能夠利用第2及第3聚光鏡方式加熱爐，在散焦的狀態(tài)下將光照射在被加熱物上，作為結(jié)果可均勻地進(jìn)行加熱。
[0113]根據(jù)本發(fā)明，由于被加熱物被均勻地加熱的同時(shí)，從被加熱物看去光源存在于斜上方，因此能夠在被加熱物的正上方、側(cè)方及下方、以及光源和反射鏡以外的斜方設(shè)置空間，可利用該空間進(jìn)行石英管的設(shè)置、氣體的導(dǎo)入、加工?移動(dòng)用夾具的配置及其操作、被加熱物的移動(dòng)、溫度、氣體供給量等的檢測(cè)和控制等的操作。而且，能夠如CVD等那樣加熱被設(shè)置為水平的被加熱物的上面。
[0114]此外，雖然在現(xiàn)有的使用旋轉(zhuǎn)橢圓面的加熱裝置中，僅停留在來自被加熱物的橫向或完全垂直的方向的加熱，限定于單晶生長裝置等的用途，但是如本發(fā)明這樣從被加熱物的斜上方進(jìn)行加熱時(shí)，除上述用途以外，還能夠如CVD等那樣加熱被設(shè)置為水平的被加熱物的上面。
[0115]另外，與現(xiàn)有的將不是被加熱物的上方而是在水平位置上以360°包圍的方式設(shè)置的旋轉(zhuǎn)橢圓體作為反射面時(shí)相比，由于可以使反射面整體的直徑小徑化，因此裝置整體也能實(shí)現(xiàn)更加小型化。
[0116]而且，既可以使晶片等的被加熱物旋轉(zhuǎn)，也可以不旋轉(zhuǎn)。另外，即使在石英管內(nèi)使氣體(主氣體、輔助氣體)接觸晶片等，也由于被加熱物以外未被加熱，因此可以削減氣體分解所引起的石英管內(nèi)壁的堆積物。
[0117]并且，所使用的能量較少即可，而且，反射面等的加熱所消耗的能量也更加少量，因此能夠減小冷卻系統(tǒng)，使裝置整體更加小型化。而且，根據(jù)第4聚光鏡方式加熱爐，雖然光源被設(shè)置在環(huán)狀反射面內(nèi)的較窄的空間內(nèi)，但是向該環(huán)狀反射面內(nèi)導(dǎo)入空氣時(shí)，能夠使空氣高效地與光源接觸而進(jìn)行冷卻。
[0118]另外，雖然作為光源可使用紅外線燈，作為光可使用紅外線，但是作為光不限定于紅外線，只要是通過照射被加熱物而加熱被加熱物的光即可。另外，作為用于放射這種光的光源也不限定于紅外線燈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0119]圖1 (a)是本發(fā)明的第I及第2聚光鏡方式加熱爐。
[0120]圖1(b)是本發(fā)明的第I及第2聚光鏡方式加熱爐的概念圖。
[0121]圖2是從上方觀察使用3個(gè)反射鏡裝置的第I及第2聚光鏡方式加熱爐的圖。
[0122]圖3是表示本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐所使用的一次反射鏡與光源的關(guān)系的圖。
[0123]圖4是表示本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐所使用的一次反射鏡與光源的關(guān)系的圖。
[0124]圖5是本發(fā)明的第I及第2聚光鏡方式加熱爐。
[0125]圖6 (a)是本發(fā)明的第I及第3聚光鏡方式加熱爐。
[0126]圖6(b)是本發(fā)明的第I及第3聚光鏡方式加熱爐的概念圖。
[0127]圖7是本發(fā)明的第I及第3聚光鏡方式加熱爐。
[0128]圖8是本發(fā)明的第I及第4聚光鏡方式加熱爐。
[0129]圖9是本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐中的光路圖。
[0130]圖10是本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐的俯視圖。
[0131]圖11是本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐的俯視圖。
[0132]圖12是使用本發(fā)明的裝置而構(gòu)成的晶體生長裝置的模式圖。
[0133]符號(hào)說明
[0134]1-聚光鏡方式加熱爐；2_紅外線燈；3_被加熱物；4_ 一次反射鏡和二次反射鏡的連接部；5_開口部；6_石英管；7_聚光鏡裝置；M1- —次反射鏡；M2- 二次反射鏡；M3- —次反射鏡；M4- 二次反射鏡；M5- 二次反射鏡；M6- 二次反射鏡；M7-環(huán)狀反射面；M8_ 二次反射鏡；F1- —次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)；F2- —次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)；F3- 二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)；F4-二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)；F5-二次反射鏡的焦點(diǎn)；F6-二次反射鏡的焦點(diǎn)；101_聚光鏡方式加熱爐；102-被加熱物；103-紅外線燈；104-氣體；105-外殼；106-環(huán)狀反射面；107-管；Θ I及2-使各模式中的貢獻(xiàn)于加熱的紅外線放射的角度；111-狹縫；112-電源線；113-冷卻水套；114-蓋部件；115-冷卻水供給管；116-冷卻水供給端口； 117-冷卻水排水管；118-冷卻水排水端口 ；203-紅外線燈；206-環(huán)狀反射面；207-石英管；208_固定單元；209-原料棒；210-晶種棒。
【具體實(shí)施方式】
[0135]下面，對(duì)于使光源為紅外線燈，使光為紅外線的情況，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明。在采用其它光源、其它光等時(shí)，也能夠采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
[0136]根據(jù)被加熱物的物性、材料等，由于存在能夠被紅外線以外的光加熱的物質(zhì)，因此在該情況下本發(fā)明所使用的光包含紅外線以外的光。
[0137](第I聚光鏡方式加熱爐)
[0138]第I聚光鏡方式加熱爐是具備包含以下說明的第2至第4聚光鏡方式加熱爐的結(jié)構(gòu)的聚光鏡方式加熱爐。
[0139]為此，作為例子根據(jù)圖1(a)說明第I聚光鏡方式加熱爐。
[0140]本發(fā)明的第I聚光鏡方式加熱爐是用于通過由反射鏡裝置使從光源放射的光反射至被加熱物3表面而進(jìn)行照射并加熱的加熱爐。
[0141]反射鏡裝置是由一次反射鏡Ml及二次反射鏡M2構(gòu)成的裝置，將紅外線燈2等的光源設(shè)置在一次反射鏡Ml內(nèi)，使從該光源放射的光在一次反射鏡Ml內(nèi)面反射，該反射光被引導(dǎo)至二次反射鏡M2內(nèi)，被該二次反射鏡M2內(nèi)面的反射面反射，并從開口部5射出而照射于被加熱物3的表面。
[0142]此時(shí)，由于二次反射鏡M2即便其一部分也不位于被加熱物3的表面的正對(duì)面，因此從二次反射鏡M2的開口部5放射的光全都不會(huì)垂直照射于被加熱物3的表面。
[0143]以下方面可以說是之后第2至4聚光鏡裝置也共通的事項(xiàng)。
[0144]本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐可以使用于CVD裝置、晶體生長裝置等通常用于進(jìn)行伴隨加熱的處理的裝置。尤其是可以使用于由光進(jìn)行加熱的用途。
[0145]以及通過由二次反射鏡的反射面進(jìn)行反射而照射于被加熱物3來加熱被加熱物3的加熱爐。在這種加熱的同時(shí)，或者加熱的前后，從上方朝向被加熱物供給氣體104，或用未圖示的夾具進(jìn)行加工，或者在側(cè)方設(shè)置窗口，由此能夠在任意的條件下加熱被加熱物3并確認(rèn)加熱中的被加熱物103的狀態(tài)。
[0146]其為晶體培養(yǎng)裝置時(shí)，如模式圖12所示，在聚光鏡裝置之間插入石英管207，在該管內(nèi)將多晶原料棒209和晶種棒210分別固定于上下固定單元208，對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。然后，與圖1(a)的裝置一樣，從紅外線燈203放射的紅外線由一次反射鏡及二次反射鏡進(jìn)行反射，能夠邊加熱上述多晶原料棒209和晶種棒210，邊使這些原料棒209和晶種棒210向下方移動(dòng)，并生成單晶。
[0147]本發(fā)明中使用的聚光鏡方式加熱爐是使用放射光的光源，利用該放射的光加熱被加熱物的裝置。
[0148]雖然作為該光源通常使用紅外線燈，但是不限定于此，可以任意使用能夠在由光進(jìn)行加熱的加熱爐中使用的光源。
[0149]本發(fā)明中的反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，該光源被設(shè)置為使燈絲等位于一次反射鏡的內(nèi)部。該一次反射鏡和二次反射鏡通過相互設(shè)置為可使光通過的開口部連接。因此，從光源放射的光的大部分成分被一次反射鏡反射，其后被二次反射鏡反射，由此被放射至反射鏡裝置之外，從而照射于被加熱物表面。
[0150]也就是說，一次反射鏡是用于使從光源放射的光最初反射的反射鏡，二次反射鏡是用于使由一次反射鏡反射的光接著反射的反射鏡。
[0151]當(dāng)然，從光源放射的光的一部分也可以未被一次反射鏡反射，而直接被二次反射鏡反射，并照射于被加熱物表面。
[0152]另外，根據(jù)反射鏡裝置的結(jié)構(gòu)，從光源放射的光的一部分也可能既未被一次反射鏡反射，也未直接被二次反射鏡反射，而直接照射于被加熱物表面。
[0153]關(guān)于這些反射鏡由公知的材料形成即可，可以采用金屬基材其自身，或者在金屬基材內(nèi)面上作為反射面而設(shè)置其它的金屬層的形式等具有公知反射性的結(jié)構(gòu)。
[0154]另外，作為一次及二次反射鏡以及由它們構(gòu)成的反射鏡裝置，雖然也可以用切削等的制造方法而由金屬等的塊進(jìn)行制造，但是也可以分成多個(gè)塊，按每個(gè)該塊進(jìn)行制造，通過組裝這些塊而進(jìn)行制造。
[0155]而且，在本發(fā)明中，需要避免相對(duì)于被加熱物表面從垂直方向照射光。此時(shí)的避免從垂直方向照射光表不相對(duì)于被加熱物表面從傾斜方向，換言之以有限的角度照射光。
[0156]假使相對(duì)于被加熱物表面從垂直方向照射光時(shí)，貝1J 二次反射鏡的一部分置于與被加熱物表面相對(duì)的正對(duì)面的位置上。如CVD等那樣，在加熱被加熱物表面并供給氣體等而進(jìn)行處理的情況下，即使二次反射鏡的一部分存在于該被加熱物表面的正對(duì)面的位置上時(shí)，也很難順暢地進(jìn)行該氣體的供給。
[0157]因此，在本發(fā)明中，通過避免相對(duì)于被加熱物表面從垂直方向照射光，可以順暢地進(jìn)行CVD等。
[0158]當(dāng)然，在本發(fā)明中相對(duì)于被加熱物表面通常不會(huì)從正側(cè)面，也就是不會(huì)從包含被加熱物表面的平面方向照射光的主成分。這是因?yàn)樵谶@種情況下，被加熱物表面不會(huì)被高效地加熱。
[0159](第2聚光鏡方式加熱爐)
[0160]圖1 (a)及2是關(guān)于本發(fā)明的第2聚光鏡方式加熱爐的圖，圖1 (a)是其剖視圖，是使用2套或4套聚光鏡裝置7而構(gòu)成的聚光鏡方式加熱爐的例子。為了反射從紅外線燈2放射的紅外線，作為一次反射鏡Ml及二次反射鏡M2使用內(nèi)面為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體。
[0161]圖1(b)中示出該第2聚光鏡方式加熱爐所使用的反射鏡裝置的概念。在該圖1(b)中，光源位于反射面為旋轉(zhuǎn)橢圓體的一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)Fl。從該光源放射的光通過一次反射鏡Ml而進(jìn)行反射，在另一個(gè)焦點(diǎn)F2成像。該焦點(diǎn)F2與反射面為旋轉(zhuǎn)橢圓體的二次反射鏡M2的焦點(diǎn)F3共通，在該焦點(diǎn)F2且F3結(jié)合的光再次擴(kuò)散。
[0162]其后，光再次在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)F4成像，該焦點(diǎn)F4可以位于被加熱物3的表面上。
[0163]此時(shí)，雖然使焦點(diǎn)F4位于被加熱物上，但是在其它方式中，也可以不使F4位于被加熱物上，其中可位于被加熱物表面的法線上。如此，上述一次及二次反射鏡都是將以橢圓體的長軸為轉(zhuǎn)軸而構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面而構(gòu)成的反射鏡，從設(shè)置在一次反射鏡的焦點(diǎn)Fl上的紅外線燈2向被加熱物放射的紅外線直接以及由反射面反射而照射于被加熱物。[0164]圖1 (a)所示的本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐I是一次反射鏡Ml的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡M2的2個(gè)焦點(diǎn)位于I條直線上的裝置，是使一次反射鏡和二次反射鏡直線連接的形式的圖。
[0165]在一次反射鏡Ml內(nèi)，從紅外線燈2放射的紅外線首先主要在一次反射鏡Ml的內(nèi)面進(jìn)行反射。在一次反射鏡Ml內(nèi)設(shè)置有紅外線燈2，使紅外線燈2的燈絲位于一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)F1。被一次反射鏡Ml的內(nèi)面反射的紅外線在旋轉(zhuǎn)橢圓體的另一個(gè)焦點(diǎn)F2暫時(shí)會(huì)聚。
[0166]由于該會(huì)聚的位置即另一個(gè)焦點(diǎn)F2是與二次反射鏡M2的一個(gè)焦點(diǎn)F3相同的位置，因此對(duì)二次反射鏡M2進(jìn)行觀察時(shí)，就像將紅外線燈的燈絲設(shè)置于該一個(gè)焦點(diǎn)F3 —樣。在該一個(gè)焦點(diǎn)F3暫時(shí)會(huì)聚的紅外線再次發(fā)散而被二次反射鏡M2的內(nèi)面反射。
[0167]然后，被旋轉(zhuǎn)橢圓體即二次反射鏡M2的內(nèi)面反射的紅外線在二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4再次會(huì)聚。
[0168]此時(shí)，使被加熱物3位于二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4時(shí)，該被加熱物利用會(huì)聚的紅外線而被急速加熱且被加熱至高溫。
[0169]因此，在一次反射鏡Ml上為了設(shè)置紅外線燈2而需要開孔，進(jìn)而，還需要設(shè)置為了與二次反射鏡M2之間形成光路所需的一次反射鏡和二次反射鏡的連接部4。
[0170]同樣，在二次反射鏡M2上為了設(shè)置從一次反射鏡Ml導(dǎo)入紅外線所需的光路而必須設(shè)置與一次反射鏡Ml之間的連接部4，在二次反射鏡M2上必須設(shè)置用于向被加熱物3照射紅外線的開口部5，使二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4位于被加熱物3表面上，或者位于連結(jié)被加熱物表面的中心和二次反射鏡M2的一個(gè)焦點(diǎn)F3的直線上。
[0171]在上述構(gòu)成中，在一次反射鏡Ml及二次反射鏡M2上盡可能增大設(shè)置在它們的內(nèi)面上的反射面的面積是為了將由紅外線燈2產(chǎn)生的紅外線有效利用為用于加熱被加熱物3的能量而所需要的。而且，在照射對(duì)象的物質(zhì)較小時(shí)，尤其是設(shè)置于二次反射鏡的開口部5的開口越小越好。因此，優(yōu)選二次反射鏡M2呈盡可能細(xì)長的形狀。
[0172]因此，在一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)Fl上設(shè)置紅外線燈2時(shí)，一次反射鏡Ml的橢圓的長軸相對(duì)于短軸的比越盡可能接近1，則如圖3所示，從焦點(diǎn)放射的紅外線的一部分因紅外線燈2自身成為障礙而被紅外線燈自身吸收，或者原本不反射的光線的量就越少。因此，更多的紅外線能夠射中一次反射鏡Ml的內(nèi)面并被反射而朝向二次反射鏡M2。但是，由于上述比過于接近I時(shí)則一次反射鏡Ml變?yōu)榻咏谇颍虼擞锌赡軟]有保持能夠向二次反射鏡M2供給足夠光量的紅外線程度的橢圓形狀。
[0173]模式化表示的圖3是一次反射鏡Ml的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比較小而更接近I的例子，從設(shè)置在一個(gè)焦點(diǎn)Fl上的紅外線燈的燈絲放射的紅外線能夠僅使朝向明顯小于60°的角度Θ I的成分朝向紅外線燈2自身放射，而使剩余的超過300°的寬闊范圍的紅外線成分被一次反射鏡Ml的內(nèi)面反射。
[0174]但是,如同樣模式化表不的圖4那樣,在一次反射鏡Ml的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比較大時(shí)，一次反射鏡Ml的形狀呈細(xì)長，呈焦點(diǎn)與內(nèi)面接近的形狀。因此，可知將紅外線燈2設(shè)置于一個(gè)焦點(diǎn)Fl時(shí)，則與圖3中所示的例子相比，明顯所放射的紅外線的較多，也就是以Θ 2的更廣角度放射的成分未到達(dá)反射面，在圖4中只有大致250°范圍程度的紅外線到達(dá)反射面。[0175]其結(jié)果，可以理解盡可能減小一次反射鏡Ml的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比是為了加熱而有效活用從紅外線燈2放射的紅外線，也就是為了更高效地加熱被加熱物而所需要的。而且，由于紅外線燈自身吸收的熱量被削減，因此存在聚光鏡裝置自身的溫度上升也被抑制的傾向。
[0176]另外，通過減小這種長徑相對(duì)于短徑的比，結(jié)果紅外線燈2和一次反射鏡Ml的內(nèi)面的距離變長，因此，可以使一次反射鏡Ml被局部加熱的溫度更低。
[0177]該一次反射鏡Ml的長徑相對(duì)于短徑的比優(yōu)選為1.1?2.0,更優(yōu)選為1.1?1.5。
[0178]而且，二次反射鏡M2如上所述，設(shè)置有用于向被加熱物3放射紅外線的開口部5。
[0179]例如在為了對(duì)被加熱物3邊供給氣體邊進(jìn)行處理，而從被加熱物3的上方至下方設(shè)置石英管6等時(shí)，二次反射鏡M2與該石英管6等干涉是必須避免的事項(xiàng)。
[0180]因此，設(shè)置于二次反射鏡M2的該開口部5不僅僅是為了放射紅外線而設(shè)置的，還要求考慮該石英管6等的尺寸或位置、移動(dòng)范圍等而進(jìn)行設(shè)置。優(yōu)選考慮上述事項(xiàng)而設(shè)置的該開口部5盡可能小。由此，可以削減從反射鏡M2射出的紅外線發(fā)散而未照射于被加熱物3的成分，可以使更多的紅外線照射于被加熱物3，從而貢獻(xiàn)于溫度上升。此外，還能夠削減未照射于被加熱物3而加熱其周圍的紅外線成分。
[0181]如此，不限于該石英管，在對(duì)被加熱物進(jìn)行加熱以外的某種處理時(shí)，能夠以該處理單元不與二次反射鏡M2干涉的程度設(shè)置開口部5。
[0182]在本發(fā)明的聚光鏡式加熱爐I中，既能夠以二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)F4位于被加熱物上的方式設(shè)置二次反射鏡M2，或者，只要使被加熱物3表面的中央部位于連結(jié)二次反射鏡M2的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上，則F4也不必一定位于被加熱物3上。
[0183]也就是說，也可以在紅外線燈2的燈絲很難在被加熱物3表面上成像并均勻地加熱時(shí)，為了在燈絲的影像未成像的范圍內(nèi)更加均勻地進(jìn)行加熱，以另一個(gè)焦點(diǎn)F4不位于被加熱物3上反而進(jìn)行散焦的方式，使被加熱物3的中央部位于連結(jié)被加熱物3的中心以及二次反射鏡M2的2個(gè)焦點(diǎn)F3及F4的直線上，同時(shí)使二次反射鏡M2的另一個(gè)焦點(diǎn)不位于被加熱物3上。
[0184]圖2是本發(fā)明的其它例的聚光鏡方式加熱爐的概略俯視圖，通過設(shè)置3個(gè)聚光鏡裝置7，利用未圖示的單元使這些聚光鏡裝置7及/或被加熱物能夠任意沿垂直方向及水平方向移動(dòng)，從而可調(diào)整該被加熱物表面的中心部和二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)的位置關(guān)系。另外，由于圖2中在3個(gè)聚光鏡裝置7之間形成空間，因此也可以根據(jù)需要在該空間內(nèi)設(shè)置用于冷卻聚光鏡裝置7的裝置、或者用于被加熱物的搬運(yùn)、處理等的裝置。
[0185]圖5中示出本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐的其它方式。盡管該圖5所示的聚光鏡方式加熱爐與圖1(a)及2所示的聚光鏡方式加熱爐在基本結(jié)構(gòu)上共通，但是在一次反射鏡M3和二次反射鏡M4的連接方式上具有不同的形式。也就是說，一次反射鏡M3和二次反射鏡M4是構(gòu)成它們的旋轉(zhuǎn)橢圓體的各自的焦點(diǎn)不位于I條直線上，且連接為一次反射鏡M3相對(duì)于二次反射鏡M4向上方折彎，由此連結(jié)一次反射鏡M3的橢圓的焦點(diǎn)的直線與連結(jié)二次反射鏡M4的橢圓的焦點(diǎn)的直線的2條直線之間不在同一直線上的例子。
[0186]該例與如圖1(a)及2所記載的2條直線位于同一直線上的裝置不同。通過具備這種形式，從而能夠使聚光鏡方式加熱爐I的寬度方向的尺寸更小，由于通過垂直地設(shè)置一次反射鏡M3及所使用的紅外線燈2，從而能夠從上方進(jìn)行紅外線燈2交換等的裝置維護(hù)等，因此變得更加容易，且設(shè)置用于冷卻的裝置時(shí)的作業(yè)性也提高。
[0187]另外，在并未如圖5所示使一次反射鏡M3豎起，而是設(shè)置為橫向放倒時(shí)，可以降低反射鏡裝置整體的高度，而且，還能夠相對(duì)于一次反射鏡M3從正側(cè)方設(shè)置紅外線燈，從橫向進(jìn)行維護(hù)變得容易，且設(shè)置用于冷卻的裝置時(shí)的作業(yè)性也同樣地提高。
[0188](第3聚光鏡方式加熱爐)
[0189]關(guān)于本發(fā)明的第3聚光鏡方式加熱爐，如圖6(a)及7所示，雖然只看附圖則其構(gòu)成與第2聚光鏡方式加熱爐相同，以圖1 (a)及5所示的構(gòu)成為基礎(chǔ)，但是第3聚光鏡方式加熱爐I使第2聚光鏡方式加熱爐I中使用的二次反射鏡M2及M4不為旋轉(zhuǎn)橢圓鏡，而是替換為旋轉(zhuǎn)拋物面鏡M5或M6，由此構(gòu)成第3聚光鏡方式加熱爐I。
[0190]圖6 (b)中示出該第3聚光鏡方式加熱爐所使用的反射鏡裝置的概念。在該圖6 (b)中，光源位于反射面為旋轉(zhuǎn)橢圓體的一次反射鏡Ml的一個(gè)焦點(diǎn)Fl。從該光源放射的光通過一次反射鏡Ml而被反射，在另一個(gè)焦點(diǎn)F2成像。該焦點(diǎn)F2與反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面體的二次反射鏡M2的焦點(diǎn)F3共通，在該焦點(diǎn)F2且F3結(jié)合的光再次擴(kuò)散。
[0191]其后，通過由二次反射鏡反射從而光成為平行光，在該平行光的狀態(tài)下照射在被加熱物3的表面上。
[0192]由于該旋轉(zhuǎn)拋物面鏡M5及M6的焦點(diǎn)F3與一次反射鏡Ml及M3的另一個(gè)焦點(diǎn)共通，因此與第2聚光鏡方式加熱爐相同，從紅外線燈放射的紅外線被導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的二次反射鏡M5或M6。暫時(shí)被導(dǎo)入該二次反射鏡M5及M6的旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的焦點(diǎn)的紅外線直接從這些二次反射鏡M5或M6的被加熱側(cè)開口部5放射出，或者，在由二次反射鏡M5或M6的內(nèi)面反射后從被加熱物開口部5放射出。
[0193]對(duì)于該第3聚光鏡方式加熱爐I,也與第2聚光鏡方式加熱爐I 一樣,設(shè)置于二次反射鏡M5及M6的該被加熱側(cè)開口部5并不僅僅是為了放射紅外線而設(shè)置的，而是要求考慮附屬于該石英管等裝置的部件或設(shè)備的尺寸、位置或移動(dòng)等而進(jìn)行設(shè)置。從如下方面出發(fā)優(yōu)選考慮上述事項(xiàng)而設(shè)置的該被加熱側(cè)開口部5設(shè)置于盡可能遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的位置，即削減從二次反射鏡M5及M6射出的紅外線的發(fā)散的量，使更多的紅外線照射于被加熱物，并貢獻(xiàn)于溫度上升。
[0194]由于在本發(fā)明的第3聚光鏡方式加熱爐I中，也與第2聚光鏡方式加熱爐I 一樣，在聚光鏡裝置7之間形成空間，因此也可以根據(jù)需要在該空間內(nèi)設(shè)置用于冷卻聚光鏡裝置7的裝置、或者用于被加熱物的搬運(yùn)、處理等的裝置。
[0195](第4聚光鏡方式加熱爐)
[0196]示出圖8對(duì)第4聚光鏡方式加熱爐進(jìn)行說明。
[0197]首先，在這種聚光鏡方式加熱爐101中對(duì)構(gòu)成環(huán)狀反射面106的曲面進(jìn)行說明。
[0198]本發(fā)明的第4聚光鏡方式加熱爐在聚光鏡方式加熱爐中形成環(huán)狀反射面，其形成由橢圓面等的封閉的空間構(gòu)成的一次反射鏡，紅外線燈被設(shè)置在封閉的空間內(nèi)。與此同時(shí)，其以如下裝置為基礎(chǔ)，即在連結(jié)紅外線燈和被加熱物之間的直線與環(huán)狀反射面交叉的部分的環(huán)狀反射面上形成狹縫，其形成構(gòu)成拋物線面等的形狀的二次反射面，使從紅外線燈103放射的紅外線直接照射于被加熱物，或者在由環(huán)狀反射面及/或拋物面構(gòu)成的鏡子上反射而照射于被加熱物。此外，也可以是使反射面形成為環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，以包圍氣體流路或石英管等的管107。[0199]圖8是第4聚光鏡方式加熱爐的一個(gè)例子的截面的概念圖，用于反射從紅外線燈103放射的紅外線的內(nèi)面為反射面。雖然圖8所示的截面為橢圓面等的封閉的反射面106與截面為由拋物線構(gòu)成的拋物面111復(fù)合而成的環(huán)狀體(以下稱為“環(huán)狀反射面”)僅示出一部分，但是圖示的反射面106是環(huán)狀反射面的一部分，朝向被加熱物從紅外線燈103放射的紅外線直接以及由環(huán)狀反射面反射而照射于被加熱物102。
[0200]該橢圓面等的反射面106、由拋物面等構(gòu)成的狹縫111與上述的第2及第3聚光鏡方式加熱爐不同，并不是以連結(jié)橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線、拋物線的對(duì)稱軸為中心旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)橢圓面、旋轉(zhuǎn)拋物面，而是以不與橢圓交叉的轉(zhuǎn)軸、相對(duì)于拋物線的對(duì)稱軸傾斜交叉的軸為中心旋轉(zhuǎn)而成的橢圓面等的環(huán)形空間、旋轉(zhuǎn)而成的拋物面。
[0201]由于在該第4聚光鏡方式加熱爐中，被加熱物102的整個(gè)面也需要被均勻地加熱，因此被橢圓面等的反射面106反射的紅外線也可以不是在被加熱物102的面上聚焦，而是成為具有一定程度的擴(kuò)散的光。另外，如果即便在聚焦時(shí)也能均勻地加熱被加熱物102的整個(gè)面，則也可以在被加熱物上聚焦。
[0202]反射面106的截面為橢圓面時(shí)，當(dāng)紅外線燈103位于橢圓的焦點(diǎn)中的遠(yuǎn)離被加熱物的焦點(diǎn)時(shí)，則所放射的紅外線在位于離被加熱物更近的位置的另一個(gè)焦點(diǎn)上聚焦。結(jié)果，假使在使被加熱物102的面為另一個(gè)焦點(diǎn)而在該被加熱物上聚焦時(shí)，則無法在被加熱物102的面上發(fā)生加熱溫度的不均時(shí)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?br> [0203]因而，由于不需要一定在被加熱物102表面上聚焦，因此能夠以使橢圓繞設(shè)置于橢圓外的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)橢圓面為基礎(chǔ)構(gòu)成環(huán)狀反射面，不在被加熱物表面上聚焦而照射紅外線。
[0204]另外，當(dāng)然不限定于橢圓，只要是任意封閉的曲線等的封閉的線即可。
[0205]而且，如圖8的剖視圖所示，本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐101的反射面106是旋轉(zhuǎn)橢圓鏡和旋轉(zhuǎn)拋物鏡復(fù)合而成的環(huán)狀反射面，在經(jīng)過其間的中心，被與環(huán)垂直的平面切斷的截面中，示出以包圍紅外線燈103的方式封閉的曲線。
[0206]另外，該紅外線燈103構(gòu)成為從燈內(nèi)的燈絲放射紅外線，燈絲不是點(diǎn)光源而是一定程度的面光源或線光源。旋轉(zhuǎn)橢圓鏡和旋轉(zhuǎn)拋物鏡復(fù)合而成的環(huán)狀反射面使該橢圓向被加熱物傾斜，由此該拋物線也處于向被加熱物開口地傾斜的狀態(tài)。
[0207]在圖8中，在連結(jié)設(shè)置有紅外線燈103的橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)和另一個(gè)焦點(diǎn)以及被加熱物102的中心的線上與表示橢圓的線的交點(diǎn)附近的部分上，設(shè)置有由旋轉(zhuǎn)拋物面構(gòu)成的狹縫111，能夠使紅外線通過，該橢圓在該狹縫111的部分中斷，從紅外線燈103看去被加熱物設(shè)置在狹縫111的延長線上。
[0208]在圖8中，從提高能效的觀點(diǎn)出發(fā)希望從紅外線燈103向各個(gè)方向放射的光朝向環(huán)狀反射面106以盡可能少的反射次數(shù)照射于被加熱物102。因此，雖然希望環(huán)狀反射面106的切斷面的一部分如上所述成為橢圓形狀，但是也可以具有類似的任意形狀。
[0209]另外，理所當(dāng)然也可以是沿著由構(gòu)成圖8所示的拋物面的該狹縫111的壁面反射而照射于被加熱物102這樣的光路的紅外線。
[0210]與這種裝置中的第2及第3聚光鏡方式加熱爐一樣，可以將石英管等的管107設(shè)置為在聚光鏡方式加熱爐101的中央部貫穿環(huán)狀反射面的環(huán)的中心。通過設(shè)置管107，可以在加熱的同時(shí)，或者加熱的前后，從管107內(nèi)的上方或下方朝向被加熱物供給氣體104。[0211]當(dāng)然，既可以使被加熱物位于該管107內(nèi)，也可以使管107的端部位于被加熱物的上方或下方。雖未圖示，但是可以使用夾具加工被加熱物，或者通過在側(cè)方設(shè)置窗口，從而在任意條件下加熱被加熱物102并確認(rèn)加熱中的被加熱物102的狀態(tài)。
[0212]作為模式圖在圖9中示出圖8所示的聚光鏡方式加熱爐101中使用的具體的反射面的一個(gè)例子。
[0213]圖9所示的反射面如(a)至(C)所示,具有使以F5和F6為焦點(diǎn)的截面為橢圓的橢圓鏡等的環(huán)狀反射面106和作為焦點(diǎn)共有該橢圓的焦點(diǎn)的一個(gè)即F6的截面為圖8中的拋物線的二次反射鏡M8即拋物面鏡等的狹縫111復(fù)合而成的形狀。
[0214]例如，使環(huán)狀反射面M7為橢圓時(shí)，環(huán)狀反射面M7中由實(shí)線表示的部分是構(gòu)成用于使紅外線反射的鏡子的部分，但是由虛線表示的部分實(shí)際上并不是鏡子，而是形成開口部，是為了表現(xiàn)為圖9中的橢圓鏡而畫出的橢圓的一部分。
[0215]同樣，表示圖8所示的拋物面鏡的M8的狹縫111中由實(shí)線表示的部分是構(gòu)成用于使紅外線反射的鏡子的部分，但是由虛線表示的部分實(shí)際上并不是鏡子，盡管構(gòu)成拋物線，但是在圖9中是為了表示狹縫111是拋物面鏡而畫出的拋物線的一部分。
[0216]在圖9中，分情況示出從設(shè)置于F5的紅外線燈放射的紅外線沿著哪個(gè)路徑從反射鏡向被加熱物放射。如(a)所示，從紅外線燈放射的紅外線的一部分未由該狹縫111內(nèi)面反射，或者反射而成為平行光并經(jīng)過狹縫111而直接照射于被加熱物。
[0217]另外，從紅外線燈放射的紅外線的大部分如(b)及(C)般射中環(huán)狀反射面M7，其由二次反射鏡即M8的旋轉(zhuǎn)拋物面反射I次以上并經(jīng)過該狹縫111而照射于被加熱物102。
[0218]在(b)中，示出從設(shè)置于F5的紅外線燈向與狹縫111相反側(cè)放射的紅外線被橢圓鏡等的環(huán)狀反射面M7反射I次后，直接或者被狹縫111反射而朝向被加熱物前進(jìn)的光路的情況。
[0219]在(c)中，示出從設(shè)置于F5的紅外線燈向紅外線燈側(cè)方的不是(a)或(b)方向的方向放射紅外線時(shí)，沿著紅外線被橢圓鏡等的環(huán)狀反射面M7反射I次，其后并不是直接照射于被加熱物，而是由狹縫111反射I次以上后照射于被加熱物的光路的情況。
[0220]如上所述，環(huán)狀反射面M7的切斷面是環(huán)狀反射面和狹縫復(fù)合而成的，紅外線燈103被設(shè)置于該橢圓等的環(huán)狀反射面的焦點(diǎn)，或者即便不是焦點(diǎn)也是接近焦點(diǎn)的位置。但是，由于被加熱物并不位于該橢圓的另一個(gè)焦點(diǎn)等，因此被環(huán)狀反射面M7反射的光并不會(huì)在被加熱物102的加熱面上聚焦，而是均勻地射中被加熱物102的表面，被加熱物102不會(huì)映射出紅外線燈的線圈形狀。
[0221]如上述(a)至(C)所示，由于可以使從紅外線燈放射的紅外線的大部分照射于被加熱物，因此能夠?qū)募t外線燈放射的能量的大部分消耗于加熱，從而明顯提高加熱效率。
[0222]當(dāng)然，雖然圖8及圖9中的環(huán)狀反射面是橢圓，但是也能夠以該橢圓形狀為基礎(chǔ)，使一部分的面呈直線等的非橢圓的形狀。
[0223]而且，圖9中所示的事項(xiàng)是對(duì)于本發(fā)明的第I至3聚光鏡方式加熱爐中的光的光路也可以依照的事項(xiàng)。
[0224]圖10是從下方觀察將用于構(gòu)成環(huán)狀反射面的部件組合后的加熱爐的圖，尤其右半部分是以紅外線燈103的部分切斷的圖。
[0225]圖10中環(huán)狀反射面并不是完全封閉的環(huán)，也可以具備2個(gè)大致一半的環(huán)狀反射面106，其能夠分別收容各I個(gè)連接于電源線的2個(gè)紅外線燈103，各個(gè)紅外線燈103通過未圖示的部件而被固定。如此，即便說是環(huán)狀，也在裝置的組裝上，或者紅外線燈的結(jié)構(gòu)上，無法成為延續(xù)360°的完全的環(huán)，有時(shí)也在紅外線燈的彎曲部附近使環(huán)中斷，但是該環(huán)的中斷停留于360度中的一部分，需要避免在被加熱物表面上產(chǎn)生加熱不均。
[0226]此外，通過在該紅外線燈103的固定部上在由環(huán)狀反射面106構(gòu)成的區(qū)域內(nèi)預(yù)先設(shè)置冷卻用空氣的供給口和排出口，從而防止加熱時(shí)的高溫加熱路自身的過熱。
[0227]而且，雖然圖10中未圖示，但是在下面上形成有狹縫，沿環(huán)狀反射面的環(huán)的周向延伸。
[0228]本發(fā)明中的環(huán)狀反射面106構(gòu)成為，反射面所構(gòu)成的環(huán)的直徑為120?160mm，經(jīng)過環(huán)狀反射面的環(huán)的中心，由與環(huán)垂直的面切斷的切斷面的長軸方向?yàn)?5?55mm，短軸方向?yàn)?5mm?45mm。哪一個(gè)過小都有可能無法保持紅外線燈與反射面的足夠的距離而無法插入，過大則聚光鏡方式加熱爐自身的小型化變得困難，說到底還依據(jù)紅外線燈的輸出，但是即使在幾秒以內(nèi)加熱至2000°C以上時(shí)該尺寸的反射面也已足夠。
[0229]構(gòu)成環(huán)狀反射面106的部件為鋁合金等即可，由穩(wěn)定且熱膨脹性小，耐熱性優(yōu)異的金屬部件構(gòu)成。因而，構(gòu)成該環(huán)狀反射面106的部件也是環(huán)狀的金屬部件，優(yōu)選由紅外線的反射效率高的金進(jìn)行電鍍。因此，可以在該環(huán)的中心插入石英管等，在石英管內(nèi)進(jìn)行單晶的生成等。另外，也可以進(jìn)行CVD等的處理。
[0230]為了實(shí)現(xiàn)上述處理，該環(huán)狀金屬部件自身的外徑為190?230mm，優(yōu)選為200?220mm,其厚度為60?80mm,優(yōu)選為65?75mm,其中心的孔部分的直徑為30?40mm。外徑的范圍反映形成在內(nèi)部的環(huán)狀反射面106的尺寸，是在該環(huán)狀反射面106的尺寸上加上金屬部件的壁厚等的尺寸，厚度也一樣是在環(huán)狀反射面106的厚度上加上金屬部件的壁厚等的尺寸。該環(huán)狀金屬部件的中心孔的外徑需要是能夠使石英管等的部件貫穿其中的尺寸。
[0231]設(shè)置于環(huán)狀反射面106的上述狹縫由拋物線形成，以能夠均勻地加熱被加熱物，具體而言，其被設(shè)置為能夠使連結(jié)紅外線燈103和被加熱物的線通過。而且，在該狹縫的內(nèi)面也與環(huán)狀反射面106的表面一起通過電鍍等方法而被紅外線反射率高的金等的材料包覆，以能夠反射紅外線。
[0232]而且，該狹縫被盡可能延伸至被加熱物是為了使紅外線更能照射被加熱物而所需要的。因此，環(huán)狀金屬部件的構(gòu)成狹縫的下部的部分以延伸的方式而形成。
[0233]為了高效的加熱及裝置的小型化，紅外線燈103與被加熱物中心的最短直線距離為70?95_，優(yōu)選為75?90mm，距狹縫上部為30?40_。
[0234]該距離變大時(shí)則很難高效的加熱及小型化，較小時(shí)則有可能很難進(jìn)行裝置的運(yùn)行、均勻的加熱。
[0235]考慮這種各個(gè)部件等的尺寸時(shí)，優(yōu)選本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐構(gòu)成為水平設(shè)置的被加熱物表面被以20?70°的角度照射的紅外線加熱。該角度小于20°時(shí)，則無法使從環(huán)狀反射面放射的紅外線高效地照射于被加熱物，紅外線有可能偏離被加熱物而照射于其它部件。另外，該角度為70°以上時(shí)，則很難確保能夠在被加熱物的垂線上設(shè)置夾具或設(shè)置供給氣體的裝置的空間。
[0236]圖10中具備電源線112的紅外線燈103在環(huán)狀反射面的一半上各設(shè)置I個(gè)，紅外線燈103在其兩端固定于加熱爐。根據(jù)這種構(gòu)成，在設(shè)置有2個(gè)紅外線燈103的狀態(tài)下，可以相對(duì)于被加熱物從大致所有方向進(jìn)行紅外線照射。紅外線燈103也可以不是2個(gè)，還可以盡量繞整個(gè)圓周在能夠設(shè)置紅外線燈103的范圍內(nèi)設(shè)置I個(gè)或分開設(shè)置3個(gè)以上。
[0237]由于環(huán)狀反射面106及環(huán)狀金屬部件在運(yùn)行中吸收來自紅外線燈的紅外線而被加熱，因此聚光鏡方式加熱爐中必須設(shè)置冷卻裝置。返回圖8，說明環(huán)狀反射面106等的裝置。
[0238]圖8中，為了冷卻構(gòu)成環(huán)狀反射面106的環(huán)狀金屬部件，預(yù)先在環(huán)狀金屬部件的外面設(shè)置用于流通冷卻水的冷卻水套113的槽部，設(shè)置與所安裝的蓋部件114之間形成的冷卻水套113，在該冷卻水套113上介由冷卻水供給端口 116連接有冷卻水供給管115。雖然僅在環(huán)狀金屬部件的上面流通冷卻水，但是也可以設(shè)置如下結(jié)構(gòu)，即在環(huán)狀金屬部件外周等的其它部分上也使冷卻水流通。
[0239]圖11中示出本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐101的上面。在顯現(xiàn)圓形的聚光鏡方式加熱爐101的上面分別介由冷卻水供給端口 116及冷卻水排水端口 118而連接有冷卻水供給管115及冷卻水排水管117。圖11所記載的虛線中包圍最大的區(qū)域的線雖然無法從上面看到但是表示環(huán)狀反射面106的位置，由其內(nèi)側(cè)的虛線包圍的區(qū)域表示冷卻水套113。
[0240]從冷卻水供給管115介由冷卻水供給端口 116而供給至冷卻水套113的水沿冷卻水套113內(nèi)流動(dòng)，在冷卻水套113內(nèi)冷卻環(huán)狀金屬部件，之后介由冷卻水排水端口 118而從冷卻水排水管117排出。
[0241]所排出的水被供給至未圖示的散熱器，在此通過由冷卻用空氣進(jìn)行空冷而被冷卻。該冷卻后的水沿著如下循環(huán)路徑，即再次介由連接于加熱爐的冷卻水供給管而被供給至冷卻水套。
[0242]當(dāng)然，雖然也可以供給至散熱器而不進(jìn)行循環(huán)，并從外部供給新的冷卻水，但是由于需要連接用于從裝置外部供給冷卻水的管，因此加熱爐的配置部分有可能會(huì)被限制，因此優(yōu)選介由散熱器等的冷卻裝置而由泵使冷卻水循環(huán)。
[0243]在本發(fā)明的第2至3聚光鏡方式加熱爐中，雖然紅外線燈103可以使用公知的紅外線燈，但是優(yōu)選為鹵素?zé)?，紅外線燈103也可以是通過燈絲放射紅外線的形式。
[0244]而且，鑒于必要性，例如也可以在用于將紅外線燈103固定于環(huán)狀反射面106的部件上設(shè)置開口部，用于導(dǎo)入、排出用于對(duì)環(huán)狀反射面106內(nèi)進(jìn)行冷卻的空氣。此時(shí)，由于冷卻用空氣能夠流過紅外線燈103和環(huán)狀反射面的間隙而對(duì)它們進(jìn)行冷卻，因此所供給的冷卻用空氣被高效地使用于冷卻。
[0245]另外，雖未圖示，但是本發(fā)明的第2至3聚光鏡方式加熱爐與公知的加熱爐一樣，具有在護(hù)罩內(nèi)被支撐部件支撐的結(jié)構(gòu)，收納聚光鏡方式加熱爐的護(hù)罩由頂板、前門、側(cè)板、背板、底板構(gòu)成，通過開閉該前門來進(jìn)行被加熱物等的插入、取出。也可以在頂板上設(shè)置開口部，用于插入在生成單晶時(shí)使用的石英管等的長尺寸部件，另外，可以在頂板、側(cè)板、背板、底板上設(shè)置令用于紅外線燈的電源線、用于供給、排出冷卻水的管、以及用于供給及排出用于使處理用氣體向聚光鏡方式加熱爐內(nèi)流通的氣體的管穿過的開口部，以及在用冷卻用空氣同時(shí)冷卻紅外線燈和反射面時(shí)，令用于供給、排出該冷卻用空氣的管穿過的開口部。
[0246]而且，在護(hù)罩上設(shè)置觀察窗時(shí)，則能夠從裝置外觀察被加熱物。
[0247]收納本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐的該護(hù)罩可設(shè)置在高架臺(tái)上。也可以在高架臺(tái)上設(shè)置加熱爐的電源或控制器、散熱器、冷卻水循環(huán)裝置、冷卻用空氣的供給裝置、被加熱物的移動(dòng)裝置等用于使加熱爐運(yùn)行的各種裝置。
[0248]其為單晶培養(yǎng)裝置時(shí)，如模式圖的圖12所示，插入石英管207，使其貫穿環(huán)狀反射面206的環(huán)中心，在該管內(nèi)將多晶原料棒209和晶種棒210分別固定于上下固定單元208，對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。然后，從紅外線燈203放射的紅外線由環(huán)狀反射面206反射，能夠邊加熱上述多晶原料棒209和晶種棒210，邊使這些原料棒209和晶種棒210向下方移動(dòng)，并開始生
成單晶。
[0249]如此，在本發(fā)明中，由于不是現(xiàn)有的在旋轉(zhuǎn)橢圓面上使紅外線反射而成的從側(cè)方進(jìn)行加熱的裝置的結(jié)構(gòu)，因此可以從所加熱的被加熱物的側(cè)方確認(rèn)被加熱物，即使在加熱中也能掌握CVD爐、單晶培養(yǎng)裝置的運(yùn)行狀況。
[0250]而且，由于相對(duì)于被加熱物從斜上方照射紅外線而進(jìn)行加熱，因此能夠使紅外線燈203及環(huán)狀反射面206的位置位于被加熱物的上方，環(huán)狀反射面206自身的尺寸與采用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)橢圓面時(shí)相比較小，可以使紅外線燈203及環(huán)狀反射面206與被加熱物之間更窄。
[0251]示出使用這種聚光鏡方式加熱爐進(jìn)行處理的方法。例如在圖12中，在設(shè)置有環(huán)狀反射面206的環(huán)狀金屬部件的中心部的孔中插入石英管207，例如從該石英管207的下部側(cè)的開口端插入固定被加熱物，并固定于來自紅外線燈203的紅外線所放射的位置。根據(jù)需要使該石英管207內(nèi)處于用處理氣體置換、供給氣體的狀態(tài)，另外，使冷卻水向冷卻水套供給、流通，通過紅外線燈203的固定部導(dǎo)入并流通用于冷卻紅外線燈203的空氣。
[0252]在該狀態(tài)下，接通紅外線燈203的電源并開始加熱，管理溫度并在進(jìn)行了規(guī)定處理時(shí)使加熱溫度下降。處理后，從石英管207的下端取出被加熱物，向下一個(gè)處理工序進(jìn)行搬運(yùn)。
[0253]接下來，在進(jìn)行加熱處理時(shí)，仍舊不停止用于冷卻的水或空氣的供給，從石英管207的下端插入下一個(gè)被加熱物，在固定之后進(jìn)行加熱。當(dāng)然，石英管207并不是必須使用的，可以根據(jù)需要任意決定是否使用。
[0254]作為被本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐加熱的被加熱物，只要是玻璃、半導(dǎo)體材料、金屬、陶瓷、樹脂等由通常加熱進(jìn)行加工的物質(zhì)則就成為對(duì)象。還能夠在LS1、MEMS等的制造工序的一部分等中進(jìn)行使用。
[0255]具體而言，可以作為蒸鍍裝置、CVD爐、單晶制造裝置等的伴隨加熱的裝置而使用。
[0256]雖然根據(jù)這些用途，以一定程度決定被加熱物的尺寸，但是在本發(fā)明中可處理任意尺寸的被加熱物，優(yōu)選直徑為50mm以下，更優(yōu)選為30mm以下，尤其優(yōu)選為15mm以下。
[0257]而且，作為被加熱物的形狀，只要被光照射的面是平面即可，另外，在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)則也可以是非平面的面。
[0258]另外，根據(jù)本發(fā)明的聚光鏡方式加熱爐，可以在從加熱開始的幾秒后將被加熱物表面的溫度加熱至2000°以上，可以提高對(duì)被加熱物進(jìn)行加熱處理的速度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
2.一種用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 反射鏡裝置由一次反射鏡及二次反射鏡構(gòu)成，使從光源放射的光依次被一次反射鏡及二次反射鏡反射而照射于被加熱物，由該二次反射鏡反射而照射于被加熱物表面的光并未相對(duì)于該被加熱物表面垂直地進(jìn)行照射。
3.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置 于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面， 構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
4.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于與放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)不同的位置，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面， 構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長軸并未相對(duì)于該被加熱面垂直。
5.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合2個(gè)將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡而成，使其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為一次反射鏡，使另一個(gè)為二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置反射鏡裝置，使二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)位于經(jīng)過放置在加熱爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)的法線上，在二次反射鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)側(cè)設(shè)置有可以朝向被加熱面使光通過的開口部，使光照射于被加熱面， 構(gòu)成二次反射鏡的橢圓體的長軸相對(duì)于該被加熱面的該法線傾斜定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐,其特征在于,構(gòu)成一次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比為構(gòu)成二次反射鏡的橢圓的長徑相對(duì)于短徑的比以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使光源位于連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的直線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)和二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)不在同一直線上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱物表面與連結(jié)二次反射鏡的橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)的線所成的角度為20~70°。
10.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 具有I個(gè)以上在內(nèi)部設(shè)置有光源的反射鏡裝置， 該反射鏡裝置組合一次反射鏡和二次反射鏡而成，使將旋轉(zhuǎn)橢圓體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)橢圓體鏡為該一次反射鏡，使將旋轉(zhuǎn)拋物面體的內(nèi)面作為反射面的旋轉(zhuǎn)拋物面鏡為該二次反射鏡， 將光源設(shè)置于一次反射鏡，使光源位于一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)，同時(shí)使設(shè)置于一次反射鏡的開口部和設(shè)置于二次反射鏡的開口部相互連接，使另一個(gè)焦點(diǎn)位于與二次反射鏡的焦點(diǎn)相同的位置，設(shè)置聚光鏡裝置，使二次反射鏡即旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的轉(zhuǎn)軸與放置在爐內(nèi)的被加熱物的被加熱面的中心點(diǎn)位于I條直線上，朝向被加熱物設(shè)置有二次反射鏡的開口部，使光照射于被加熱面， 二次反射鏡的該轉(zhuǎn)軸并未相對(duì)于被加熱物表面垂直。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，一次反射鏡的焦點(diǎn)與其橢圓面的最短距離比二次反射鏡的焦點(diǎn)與其拋物線的最短距離大。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，連接一次反射鏡和二次反射鏡，使一次反射鏡的2個(gè)焦點(diǎn)不位于旋轉(zhuǎn)拋物面鏡即二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸的延長線上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，被加熱面的法線與二次反射鏡的轉(zhuǎn)軸所成的角度為20~70°。
15.一種聚光鏡方式加熱爐，是通過反射鏡裝置反射從光源放射的光而照射于被加熱物，用于加熱被加熱物的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于， 該反射鏡裝置具有將如下環(huán)的內(nèi)面的一部分作為反射面的一次反射鏡，即，使處于與經(jīng)過該被加熱面中心的法線相同的平面內(nèi)，且不與該法線交叉的封閉的曲線以該法線為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的環(huán)， 在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿該環(huán)的圓周方向的一部分或全部設(shè)置光源，而且，該被加熱物被設(shè)置在與該法線垂直但不與環(huán)交叉的平面上，在連結(jié)該被加熱面中心和該光源的最短的直線與該反射面的交點(diǎn)附近的該反射面上設(shè)置狹縫，用于向被加熱物照射光， 在形成該狹縫的第一反射面的端部上連接形成第二反射面的反射面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，該法線與連結(jié)該光源和被加熱物表面中心的線所成的角度為20~70°。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在形成環(huán)狀的該一次反射鏡的環(huán)內(nèi)，沿圓周設(shè)置環(huán)狀光源， 關(guān)于使來自該環(huán)狀光源的光集中于被加熱面的反射板，相對(duì)于該環(huán)狀光源構(gòu)成的圓周垂直地設(shè)置其反射面。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，使該反射鏡和被加熱物的相對(duì)位置可變。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可以從被加熱物的正上方、斜上方及側(cè)方的至少I個(gè)方向確認(rèn)被加熱物的溫度、形成被膜時(shí)的膜厚等的被加熱物的狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任意一項(xiàng)所述的聚光鏡方式加熱爐，其特征在于，在加熱時(shí)，可使該被加熱物旋 轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】F27D11/02GK104011491SQ201280059406
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】池田伸一, 原史朗, 三原孝則, 羽深等, 坤邦·索瑪萬 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所
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