JP4893474B2 - フィラメントランプおよび光照射式加熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィラメントランプおよび光照射式加熱処理装置に関し、特に、被処理体を加熱するために用いられるフィラメントランプおよび該フィラメントランプを備えた光照射式加熱処理装置に関する。

一般に、半導体製造工程においては、成膜、酸化、窒化、膜安定化、シリサイド化、結晶化、注入イオン活性化等の様々なプロセスにおいて、加熱処理が採用されている。半導体製造工程における歩留まりや品質の向上には、急速に半導体ウエハ等の被処理体の温度を上昇させたり下降させたりする急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が望ましい。ＲＴＰにおいては、白熱ランプ等の光源からの光照射を用いた光照射式加熱処理装置（以下、単に加熱処理装置ともいう）が広く用いられている。

光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなる白熱ランプは、投入電力の９０％以上が全放射され、被処理体を接触することなく加熱することが可能であることから、光を熱として利用できる代表的なランプである。このような白熱ランプを、ガラス基板や半導体ウエハの加熱用熱源として使用した場合、抵抗加熱法に比して被処理体の温度を高速にて昇降温させることができる。すなわち、光照射式加熱処理によれば、例えば、被処理体を１０００℃以上の温度にまで、数秒から数十秒で昇温させることが可能であり、光照射停止後、被照射体は急速に冷却される。

ここで、被処理体が、例えば、半導体ウエハ（シリコンウエハ）であるとき、半導体ウエハを１０５０℃以上に加熱する際に半導体ウエハに温度分布の不均一が生じると、半導体ウエハにスリップと呼ばれる現象、すなわち、結晶転移の欠陥が発生し不良品となるおそれがある。そのため、光照射式加熱処理装置を用いて半導体ウエハのＲＴＰを行う場合は、半導体ウエハ全面の温度分布が均一になるように、加熱、高温保持、冷却を行う必要がある。すなわち、ＲＴＰにおいては、被処理体の高精度な温度均一性が求められている。

光照射式加熱処理において、例えば、半導体ウエハ全面の物理特性が均一である場合に、半導体ウエハ全面での放射照度が均一になるように光照射を行っても、半導体ウエハの温度は均一とはならず、半導体ウエハ周辺部の温度が低くなる。これは、半導体ウエハの周辺部において、半導体ウエハ側面等から熱が放射されるためである。このような熱放出の結果、半導体ウエハには温度分布が生じる。上記したように、半導体ウエハを１０５０℃以上に加熱する際、半導体ウエハに温度分布の不均一が生じると、半導体ウエハにスリップが発生する。

従って、半導体ウエハの温度分布を均一にするには、半導体ウエハ側面等からの熱放射による温度低下を補償するために、ウエハ周辺部表面における放射照度を、ウエハ中央部表面における放射照度よりも大きくなるように、光照射をすることが好ましい。

従来の加熱処理装置として、特許文献１には、ガラス基板や半導体ウエハの加熱に白熱ランプから放射される光を利用する加熱処理装置が開示されている。
図１５は、特許文献１に示されるような従来技術に係る加熱処理装置２００の断面図である。同図に示すように、光透過性材料で形成されたチャンバー２０１内に被処理体２０２を収納し、このチャンバー２０１外の上下両段に複数本の加熱用白熱ランプ２０３、２０４を上下で対向し、かつ互いに交差するように配置し、これらの加熱用白熱ランプ２０３、２０４によって被処理体２０２を両面から光照射して加熱するように構成されている。

図１６は、図１５に示した加熱処理装置を簡略化して上下両段に設けられる加熱用白熱ランプ２０３、２０４と被処理体２０２とを取出して示した斜視図である。同図に示すように、上下両段に設けられる加熱用白熱ランプ２０３，２０４は、管軸が交差するように配置されているので、被処理体２０２を均一に加熱することができる。また、この装置によれば、被処理体２０２の周辺部での放熱作用による温度低下を防止することができる。例えば、被処理体２０２に対して、上段の両端にある加熱用白熱ランプＬ１、Ｌ２のランプ出力を中央部の加熱用ランプＬ３のランプ出力に比べて大きくし、下段の両端にある加熱用白熱ランプＬ４、Ｌ５のランプ出力を中央部の加熱用白熱ランプＬ６のランプ出力に比べて大きく設定する。これにより、被処理体２０２の周辺部での放熱作用による温度低下の分を補償し、被処理体２０２の中央部と周辺部との温度差を小さくして、被処理体２０２の温度分布を均一にすることが可能である。

しかし、上記従来の加熱処理装置においては以下に示すような問題が生じることが判明した。具体的には、例えば、被処理体２０２が半導体ウエハである場合、半導体ウエハ表面にスパッタリング法等により金属酸化物等からなる膜が形成されていたり、また、イオン注入により不純物添加物がドーピングされていることが一般的である。このような金属酸化物の膜厚や不純物イオンの密度には、ウエハ表面上で場所的な分布を有する。このような場所的分布は、必ずしも半導体ウエハの中心に対して中心対称ではない。不純物イオン密度を例に取ると、例えば、図１６に示すように、半導体ウエハの中心に対して中心対称ではない狭小な特定領域２０２１とその他の領域２０２２とで不純物イオン密度が異なる場合がある。このような特定領域２０２１とその他の領域２０２２に対して同一の放射照度となるように光照射しても、特定領域２０２１とその他の領域２０２２とでは、温度上昇速度に差異が生じることがあり、特定領域２０２１の温度とその他の領域２０２２の温度とは必ずしも一致しない。

上記従来の加熱処理装置２００によれば、被処理体２０２の周辺部における熱放射による温度低下の影響を補償して周辺部での温度低下を防止し、被処理体２０２の温度分布を均一にすることは比較的容易である。しかしながら、例えば、図１６に示すように、全長がランプの発光長よりも短いような半導体ウエハの狭小な特定領域２０２１については、この特定領域２０２１の特性に対応した光強度で光照射を行った場合、特定領域２０２１以外の領域２０２２も光照射されてしまう。そのため、特定領域２０２１とその他の領域２０２２とが適切な温度状態となるように制御することができない。すなわち、例えば、両者の温度が均一となるように狭小な特定領域２０２１における放射照度を制御することはできない。よって、被処理体２０２の処理温度に不所望な温度分布が生じることになり、光加熱処理後、被処理体２０２に所望の物理特性を付与することが困難になるという問題が生じる。

図１７は、特許文献２に示されるような従来技術に係る熱処理装置３００の断面図である。同図に示すように、この熱処理装置３００は、ランプハウス３０１内に、Ｕ字形状を有しフィラメント３０２１への給電装置が発光管の両端部に設けられているダブルエンドランプ３０２２を紙面に対し平行方向および垂直部方向に複数個並べて構成される第１のランプユニット３０２と、第１のランプユニット３０２の下方側に配設された、直線形状を有しフィラメント３０３１への給電装置が発光管の両端部に設けられているダブルエンドランプ３０３２を紙面に沿って紙面と垂直方向に複数個並べて構成される第２のランプユニット３０３とを備えており、第２のランプユニット３０３の下方に配設された半導体ウエハ等の被処理体３０４に対し加熱処理を行なうものである。

特許文献２には、被処理体３０４において、他の部分に比して温度が低くなる傾向にある、被処理体３０４を戴置するサポートリング３０５との接続部の温度を上昇させるために、接続部の上方に位置する第１のランプユニット３０２に属するＵ字形状のランプを高出力にするよう制御する機構を備えていることが記載されている。また、特許文献２には、この熱処理装置３００は、概略、以下のように使用することが記載されている。まず、被処理体３０４である半導体ウエハの加熱領域を中心対称で同心の複数のゾーンに分割する。そして、第１、第２のランプユニット３０２、３０３の各ランプによる照度分布を組み合わせて、各ゾーンに各々対応する半導体ウエハの中心に対して中心対称である合成照度分布パターンを形成して、各ゾーンの温度変化に応じた加熱を行うというものである。その際、ランプからの光の照度バラつきの影響を抑制するために、被処理体３０４である半導体ウエハを回転させている。すなわち、同心に配置される各ゾーンを個別の照度で加熱することが可能となっている。

従って、特許文献２に示される熱処理装置３００は、被処理体３０４における狭小な特定領域が半導体ウエハの中心に対して中心対称である場合については温度制御が可能である。しかし、特定領域が半導体ウエハの中心に対して中心対称でない場合については、被処理体３０４である半導体ウエハを回転させているので、上記の問題点を良好に解決することはできない。

また、この熱処理装置３００は、実用上、以下に示すような問題点が生じるおそれがあると考えられる。具体的には、Ｕ字形状を有するランプは、水平部３０２３と一対の垂直部３０２４とから構成されているが、発光に寄与するのは内部にフィラメント３０２１が配設される水平部３０２３のみであることから、個々のランプは無視できない程度の空間を介在して離間して配置されることとなり、この空間の直下に対応する部分では温度分布が生じるものと考えられる。

すなわち、この熱処理装置３００は、各ゾーンに対応する、第１、第２のランプユニット３０２、３０３の各ランプによる照度分布を組み合わせて半導体ウエハ中心対称の合成照度分布を形成したとしても、上記空間の直下に対応する部分では照度が比較的急峻に変化（低下）する。よって、各ゾーンの温度変化に応じた加熱を行おうとしても、上記空間の直下に対応する部分近傍で生じる温度分布を小さくすることは、比較的難しいものと考えられる。さらに、この加熱処理装置３００は、近年、ランプユニットを配設するためのスペース（主として高さ方向）を極力小さくする傾向にあることから、Ｕ字形状を有するランプを使用すると、ランプの垂直部３０２４に対応するスペースが必要となるため、小スペース化の観点からは好ましくない。

図１８は、本件出願人が上記の問題点を解決するために先の出願で提案した、特許文献３に示されるフィラメントランプ４００の斜視図である。このフィラメントランプ４００は概略以下のように構成されている。フィラメントランプ４００の発光管４０１の両端には、金属箔４０２１〜４０２４が埋設された封止部４０３１、４０３２が形成されている。発光管４０１内には、フィラメント４０４１、４０５１とフィラメント４０４１、４０５１に給電するためのリード４０４２〜４０４３、４０５２〜４０５３とから構成されるフィラメント体４０４、４０５が複数配設されている（図１８では２個）。ここで、各フィラメント体４０４、４０５は、発光管４０１内に複数配設した際、フィラメント４０４１、４０５１が発光管４０１の長手方向に順次配置されるように構成されている。

一方のフィラメント体４０４におけるフィラメント４０４１の一端に繋がるリード４０４２は、発光管４０１の一端側の封止部４０３１に埋設された金属箔４０２１に電気的に接続されている。また、一方のフィラメント体４０４におけるフィラメント４０４１の他端に繋がるリード４０４３は、絶縁体４０９の貫通穴４０９１を通って、他方のフィラメント体４０５のフィラメント４０５１と対向する箇所の外側が絶縁管４０４４で被覆され、発光管４０１の他端側の封止部４０３２に埋設された金属箔４０２２に電気的に接続されている。同様に、他方のフィラメント体４０５におけるフィラメント４０５１の一端に繋がるリード４０５２は、発光管４０１の他端側の封止部４０３２に埋設された金属箔４０２３に電気的に接続されている。また、他方のフィラメント体４０５におけるフィラメント４０５１の他端に繋がるリード４０５３は、絶縁体４０９の貫通穴４０９２を通って、一方のフィラメント体４０４のフィラメント４０４１と対向する箇所の外側が絶縁管４０５４で被覆され、発光管４０１の一端側の封止部４０３１に埋設された金属箔４０２４に電気的に接続されている。

また、封止部４０３１、４０３２に埋設された金属箔４０２１〜４０２４において、フィラメント体４０４、４０５のリード４０４２〜４０４３、４０５２〜４０５３が接続された端部とは反対側の端部には、封止部４０４、４０５から外部に突出するように外部リード４０６１〜４０６４が接続されている。よって、各フィラメント体４０４、４０５には金属箔４０２１〜４０２２、４０２３〜４０２４を介して２本の外部リード４０６１〜４０６２、４０６３〜４０６４が連結される。給電装置４０７１、４０７２は、外部リード４０６１〜４０６２、４０６３〜４０６４を介して各フィラメント４０４１、４０５１毎に接続される。これにより、フィラメントランプ４００は、各フィラメント体４０４、４０５におけるフィラメント４０４１、４０５１に個別に給電可能となっている。

なお、各フィラメント４０４１、４０５１は、発光管４０１の内壁と絶縁管４０４４、４０５４との間に挟まれるように設けられた環状のアンカー４０８によって、発光管４０１と接触しないように支持されている。ここで、フィラメント発光時にフィラメント４０４１、４０５１と発光管４０１内壁とが接触すると、接触部分における発光管４０１の光透過性はフィラメント４０４１、４０５１の熱により発光管４０１に失透が生じるために損なわれる。アンカー４０８は、こういった不具合を防止するためのものである。アンカー４０８は、各フィラメント４０４１、４０５１に対して発光管４０１の長手方向に複数個配設される。また、フィラメントランプ４００を製作するとき、複数のフィラメント体４０４，４０５が発光管４０１内に容易に挿入されるように、アンカー４０８は、ある程度弾性を有している。また、発光管４０１の内壁と絶縁管４０４４、４０５４との間の空間とアンカー４０８との間には、ある程度の隙間が設けられている。

このフィラメントランプ４００は、発光管４０１内に複数のフィラメント４０４１、４０５１を有し、各フィラメント４０４１、４０５１の発光等の制御を個別に行うことが可能な構造となっている。このようなフィラメントランプ４００を並列に配列した光源部を有する光照射式加熱処理装置を用いれば、従来のような、発光管内に１つのフィラメントを有するフィラメントランプを使用する場合と比べて、光照射される被処理体の被照射領域に対応してフィラメントを高密度に配置することが可能となる。

そのため、上記のようなフィラメントランプを用いた光照射式加熱処理装置によれば、複数のフィラメントに対して個別に給電できることから、基板状の被処理体上における特定領域が基板形状に対し非対称である場合においても、特定領域に対して所望の光強度で光照射することが可能となる。よって、熱処理される基板状の被処理体上における場所的な温度変化の度合いの分布が基板形状に対し非対称である場合においても、被処理体を均一に加熱することが可能となり、被処理体の全体にわたって、均一な温度分布を実現することができると期待される。

さらに、上記のようなフィラメントランプを用いた光照射式加熱処理装置は、特許文献２に記載されているＵ字形状を有するランプを使用する光照射式加熱処理装置と比べて、光照射式加熱処理装置に搭載するフィラメントランプを直管状にすることが可能であるため、Ｕ字形状ランプの垂直部に対応するスペースが不要となり、加熱処理装置を小型化することができると期待される。

特開平７−３７８３３号 特開２００２−２０３８０４号 特開２００６−２７９００８号

本件発明者等は、図１８に示すようなフィラメントランプを搭載した光照射式加熱処理装置を作製して実際にフィラメントランプを点灯させたところ、以下のような問題が生じることが判明した。上記のフィラメントランプにおいては、発光管の内部に配置される複数のフィラメントに連結されたリードの各々が絶縁管によって被覆されている。ところが、フィラメントランプの点灯時に、フィラメントから放射される光を吸収して絶縁管が高温状態になることが原因となって、以下に説明するような問題が生じることが判明した。

すなわち、絶縁管を備えたフィラメントランプを搭載した光照射式加熱処理装置においては、フィラメントから放射される光に加えて、高温状態になった絶縁管から放射される光が被処理体に照射される。しかし、このフィラメントランプにおいては、絶縁管が発光管の内面から離間した状態で発光管内に配置されており、絶縁管の温度上昇を回避しようがないことから、高温状態の絶縁管からの光放射を抑制することはできない。しかも、この絶縁管から放射される光の放射強度は、絶縁管の温度に依存して変動するものであって、絶縁管とこの絶縁管に近接するフィラメントとの離間距離、絶縁管の肉厚、フィラメントに投入される電力量等の様々な要因により影響を受けるために、各々の絶縁管から放射される光の強度を一律に制御することは極めて困難である。

従って、図１８に示すような1フィラメントランプを使用した光照射式加熱処理装置においては、各フィラメントランプの各絶縁管から放射強度の異なる光が被処理体に照射されることになるため、同一仕様にて作製された光照射式加熱処理装置をそれぞれ同一の稼動条件で稼動させて各々の被処理体について加熱処理を行ったとしても、各々の被処理体における温度上昇速度にバラツキが生じるために、所望とする物理特性を得ることができない、という問題があった。

ここで、「同一仕様」とは、各々の光照射式加熱処理装置において、フィラメントランプに配置されるフィラメント体の個数およびランプユニットに配置されるフィラメントランプの本数が同一であることを意味し、同一仕様を有する各々の光照射式加熱処理装置おいては、ランプユニットにおけるフィラメントランプの配置方法が同一である。また、「同一の稼動条件」とは、ランプユニットに配置された各々のフィラメントランプにおいて投入される電力が同一であり、各々の光照射式加熱処理装置において被処理体が配置される雰囲気、例えば、ガスの種類、ガスの雰囲気が同一であることを意味する。

このような問題は、被処理体を高速で昇温するために、発光管内に配置されたフィラメントに、例えば、フィラメント単位長さ当たりの電力が８０Ｗ／ｃｍ以上もの大電力が投入されるフィラメントランプ、または、被処理体の温度を高精度に制御することを目的として、限られたスペースに多数のフィラメントランプを配置するために、発光管の内径がフィラメントの外径に対して２．５倍以下であって、具体的には、内径がφ１２ｍｍ以下の発光管の内部に４本以上のフィラメントが配設されたフィラメントランプにおいて、顕著に生じていた。

上記の問題は、単純には、発光管内から絶縁管を排除すれば回避することができる。しかしながら、絶縁管を排除して発光管内にリードを剥きだしの状態にすると、発光管の内部には多数のフィラメント体が配置されているので、高温となったフィラメントと当該フィラメントの周囲に隣接して配設される各々のリードとの間、および、フィラメントの周囲に配設される複数のリードのうち近接するリード同士の間で不所望な放電が生じ、リードが溶断することによってフィラメントランプが使用不能に陥るおそれがある。その他の方法として、内径の大きい発光管を使用して、隣接する絶縁管とフィラメントとの離間距離を大きくすることにより、絶縁管が高温状態となることを回避することも考えられる。しかしながら、発光管の内径を大きくすることは、各フィラメントランプを各々の管軸が平行となるよう並列に配置した際に、管軸に直交する方向で隣接するフィラメント間の離間距離が大きくなって、被処理体上における放射照度分布の悪化を招くおそれがあり、また、所望とする本数のフィラメントランプを配置しようとすれば光照射式加熱処理装置が大型化するため、実際には採用することはできない。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、フィラメントとこのフィラメントの周囲に配設される各リードとの間において、および、フィラメントの周囲に配設される各リード間において、不所望な放電が生じることのないよう、これらの間の絶縁を確保すると共に、フィラメント以外から不要な光が放射されるおそれのないフィラメントランプを提供することにある。また、本発明の他の目的は、被処理体上の放射照度分布を所望の分布とすることができ、被処理体の加熱処理にバラツキを生じるおそれのない光照射式加熱処理装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、少なくとも一端に封止部が形成された発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントの両端に該各々のフィラメントに電力を供給する一対のリードが連結されてなる複数のフィラメント体が、前記各々のフィラメントが前記発光管の管軸に沿って伸びるよう順次に並んで配設され、前記各々のフィラメント体における各々のリードが前記封止部に配設された複数の各々の導電性部材に対して電気的に接続されて前記各々のフィラメントに対して各々独立に給電されるフィラメントランプにおいて、前記発光管の内部に、前記各々のリードを挿通する開口を備え、前記発光管の内面に近接するよう管軸に沿って配置され、前記各々のフィラメントと前記各々のリードとの間に介在する絶縁壁と、前記発光管と前記絶縁壁とにより区画され、前記発光管の管軸に沿って伸びるように形成され、前記各々のリードに対応して設けられた複数のリード収容空間とを備え、前記各々のフィラメントに接続された各々のリードが、前記絶縁壁の前記開口を通って、前記各々のリード収容空間に、互いに短絡することなく配置されることを特徴とするフィラメントランプである。
第２の手段は、第１の手段において、前記絶縁壁が、前記発光管と同軸上に設けられた内管からなることを特徴とするフィラメントランプである。
第３の手段は、第２の手段において、前記内管の外面に、互いに周方向に離間して前記発光管の管軸に沿って伸び、前記各々のフィラメントに連結される各々のリードに対応して設けられた複数の溝部が形成され、前記各々のリード収容空間は、前記各々の溝部と前記発光管の内面とにより形成されることを特徴とするフィラメントランプである。
第４の手段は、第２の手段において、前記発光管の内面に、互いに周方向に離間して前記発光管の管軸に沿って伸び、前記各々のフィラメントに連結される各々のリードに対応して設けられた複数の溝部が形成され、前記各々のリード収容空間は、前記各々の溝部と前記内管の外面とにより形成されることを特徴とするフィラメントランプである。
第５の手段は、第２の手段ないし第４の手段のいずれか１つの手段において、前記内管は、前記フィラメントからの放射光を遮蔽することなく出射するための開口が形成されていることを特徴とするフィラメントランプである。
第６の手段は、第１の手段において、前記発光管の内面に、互いに周方向に離間して前記発光管の管軸に沿って伸び、前記各々のフィラメントに連結される各々のリードに対応して設けられた複数の溝部が形成され、前記絶縁壁は、互いに前記各々のフィラメントを挟んで対向して配置された一対の板状体からなり、前記各々のリード収容空間は、前記各々の溝部と前記板状体とにより形成されることを特徴とするフィラメントランプである。
第７の手段は、第１の手段ないし第６の手段のいずれか１つの手段において、前記発光管と前記絶縁壁とが、溶着されていることを特徴とするフィラメントランプである。
第８の手段は、第１の手段ないし第６の手段のいずれか１つの手段において、前記発光管と前記絶縁壁とが、発光管の管軸に沿って溶着されていることを特徴とするフィラメントランプである。
第９の手段は、第１の手段ないし第８の手段のいずれか１つの手段において、前記各々のリード収容空間は、前記発光管の管軸に直交する断面において、フィラメントに対して直交する２本の外接線と前記発光管の管壁とにより囲まれる、少なくとも前記フィラメントを含む領域以外の領域に、当該フィラメント以外の他のフィラメントに係るリードのすべてが位置されるよう、形成されていることを特徴とするフィラメントランプである。
第１０の手段は、第１の手段ないし第９の手段のいずれか１つの手段において、前記封止部は、棒状のシール用絶縁体が配設されると共に、前記複数の導電性部材を前記シール用絶縁体の外周に間隔を設けて配列し、前記発光管と前記シール用絶縁体とが前記導電性部材を介して気密に封止されて形成されていることを特徴とするフィラメントランプである。
第１１の手段は、第１の手段ないし第１０の手段のいずれか１つの手段に記載のフィラメントランプが配置されてなる光源部を備え、該光源部から放射される光を被処理体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする光照射式加熱処理装置である。
第１２の手段は、第１の手段ないし第１０の手段のいずれか１つの手段に記載のフィラメントランプの複数が並列に配置されてなるランプユニットを備え、該ランプユニットから放射される光を被処理体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする光照射式加熱処理装置である。

請求項１に記載の発明によれば、発光管の管軸に直交する方向において隣接するフィラメントと各々のリードとの間で不所望な放電が生じるおそれがなく、しかも、絶縁壁の熱が発光管へと伝達されて空気中に放熱されるために、従来のフィラメントランプと異なり絶縁壁が高温状態になることがないので、フィラメント以外から不要な光が放射されるおそれがない。しかも、各々のリードが、リード収容空間に互いに短絡することなく配置されるので、隣接するリード同士の間で不所望な放電が生じることを抑制することができ、フィラメントランプの点灯時にリードが溶断するおそれがなく、長時間にわたり安定してフィラメントランプを点灯することができる。
請求項２および請求項３に記載の発明によれば、各々のリードを所望の位置に確実に配置することができ、しかも、フィラメントランプの点灯時に、各々のリードが熱膨張・収縮を繰り返しても、リードの周方向への移動が規制されるために、リードが初期の位置からずれることがなく、放射照度分布が経時的に変化するおそれがないために、初期の放射照度分布を長期的に維持することができる。
請求項４に記載の発明によれば、各々のリードを所望の位置に確実に配置することができると共に、リードの周方向への移動が規制されるために、初期の放射照度分布を長期的に維持することができ、しかも、引き抜きまたは射出成形という非切削的加工方法を採用することができるので、フィラメントランプの製造時に発光管が破損する心配がなく、生産性が向上させることができる。
。
請求項５に記載の発明によれば、絶縁壁によってフィラメントから放射された光が減衰することなく放射されるために、フィラメントに対する投入電力を過剰に大きくすることなく所望の加熱処理を行うことができる。
請求項６に記載の発明によれば、絶縁壁によってフィラメントから放射された光が減衰しないため、フィラメントに対する投入電力を過剰に大きくすることなく所望の加熱処理を行うことができ、しかも、フィラメントランプの製造時において、内管の内部にフィラメントを挿入して、各々のリードを絶縁壁に形成された各々の開口に挿通して絶縁壁の外方に引出す作業を簡易に行うことができる。
請求項７および請求項８に記載の発明によれば、絶縁壁から発光管への熱伝達が促進されるために、絶縁壁が高温状態になることをより確実に防止することができ、フィラメント以外からの不要な光が放射されるおそれがない。特に、発光管の内面と絶縁壁とが発光管の管軸に沿って溶着されるので、発光管と絶縁壁との溶着面積を大きくすることができ、絶縁壁から発光管への熱伝達がさらに促進され、しかも、フィラメントランプの点灯時に発光管に比して絶縁壁の方が高温状態になり、発光管以上に絶縁壁が発光管の管軸方向に膨張しても、発光管と絶縁壁との間に働く剪断力が分散されるので溶着部分が破損するおそれがない。
請求項９に記載の発明によれば、被処理体上に投影される各々のリードによる影が実用上は問題にならない位置にリードを配置することができるために、被処理体上の放射照度分布に悪影響を与えるおそれがない。
請求項１０に記載の発明によれば、多数の導電性部材をシール用絶縁体の外周面を利用して互いに接触することなく配設することができるので、複雑な物理特性を有する被処理体に対して高精度な温度制御を行うためのものとして、多数のフィラメント体を備えるフィラメントランプであっても、封止部を大きくすることなしに、各フィラメント体に対する独立した給電構造を形成することができる。
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項９のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプを用いることによって、光照射式加熱処理装置毎に被処理体上の放射照度分布にバラツキが生じることを解消した光照射式加熱処理装置を実現することができる。
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項９のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプで構成されたランプユニットを用いることによって、光照射式加熱処理装置毎に被処理体上の放射照度分布にバラツキが生じることをより一層解消した光照射式加熱処理装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態を図１から図６を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ１の斜視図である。
同図に示すように、フィラメントランプ１は、例えば、石英ガラス等の光透過性材料からなる直管状の発光管２を備え、発光管２の両端部においてシール用絶縁体６ａ、６ｂと発光管２とを溶着することによって気密に封止された封止部５ａ、５ｂが形成されている。発光管２の内部には、例えば、石英ガラス等の光透過性材料からなり、発光管２よりも管軸方向の全長の短い、直管状の絶縁壁としての内管３が、発光管２の内面に近接するよう発光管２と同軸上に配置されていると共に、ハロゲンガスが封入されている。この内管３の内部において、例えば、５つのフィラメント体４１〜４５が配設され、各々のフィラメント体４１〜４５における各々のフィラメント４１１〜４５１が管軸方向に順次に並んで管軸方向に伸びている。

図２は、本実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図３は、フィラメントランプ１の内管３に対するフィラメント体４１〜４５の配置を示す斜視図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）は径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図２（ｂ）のＣから見たフィラメントランプ１の正面図とからなる図である。

図２および図３に示すように、内管３の外面には、フィラメント体４１〜４５と同数の溝部３１１〜３１５が互いに周方向に離間して管軸に沿って伸びるよう形成され、各々の溝部３１１〜３１５には、各々のフィラメント４１１〜４５１の両端に連結された各々のリード４１２〜４５２を挿通するための開口３２１ａ、３２１ｂ、開口３２２ａ、３２２ｂ、開口３２３ａ、３２３ｂ、開口３２４ａ、３２４ｂ、開口３２５ａ、３２５ｂが２つずつ設けられている。このような内管３は、直管状に形成された石英ガラスに対して切削加工を施すことによって、各リード４１２〜４５２を挿通するための開口３２１ａ、３２１ｂ、開口３２２ａ、３２２ｂ、開口３２３ａ、３２３ｂ、開口３２４ａ、３２４ｂ、開口３２５ａ、３２５ｂを有する溝部３１１〜３１５が形成されている。

このような内管３を発光管２の内面に近接した状態で配置することにより、図２に示されるように、発光管２の内面と内管３に設けられた各溝部３１１〜３１５とにより区画された、フィラメント体４１〜４５のリード４１２〜４５２を収容するためのリード収容空間１１１〜１１５が形成されている。

内管３の内部に配置された各フィラメント体４１〜４５は、コイル状のフィラメント４１１〜４５１と、フィラメント４１１〜４５１の両端に連結された給電用のリード４１２〜４５２とにより構成されている。各リード４１２〜４５２は、フィラメント４１１〜４５１の端部に連結されて管軸に直交する方向に伸びるフィラメント連結部４１２１ａ〜４５２１ａ、４１２１ｂ〜４５２１ｂと、フィラメント連結部４１２１ａ〜４５２１ａ、４１２１ｂ〜４５２１ｂに連続して管軸に沿って伸びるリード水平部４１２２ａ〜４５２２ａ、４１２２ｂ〜４５２２ｂと、リード水平部４１２２ａ〜４５２２ａ、４１２２ｂ〜４５２２ｂに連続して管軸に直交する方向に伸びると共に、封止部５ａ、５ｂに固定された内部リード７１ａ〜７５ａ、７１ｂ〜７５ｂに連結される内部リード連結部４１２３ａ〜４５２３ａ、４１２３ｂ〜４５２３ｂとからなる。このようなフィラメント体４１〜４５の個数は、被処理体の寸法・物理特性等に応じて適宜に調整される。

各フィラメント体４１〜４５は、内管３の内部に全てのフィラメント４１１〜４５１が収容されて、各フィラメント４１１〜４５１が発光管２の中心軸上に位置した状態で、内管３に対して取付けられる。すなわち、図３に示されるように、フィラメント４１１〜４５１の一端に連結された一方のリードは、フィラメント連結部４１２１ａ〜４５２１ａが、管軸に直交する方向に伸びると共に内管３の溝部３１１〜３１５に設けられた一方の開口３２１ａ〜３２５ａに挿通され、リード水平部４１２２ａ〜４５２２ａが、内管３の溝部３１１〜３１５に配置されると共に内管３の外端面から一方の封止部５ａに向けて管軸方向外方に向けて突出している。さらに、フィラメント４１１〜４５１の他端に連結された他方のリードは、フィラメント連結部４１２１ｂ〜４５２１ｂが、管軸に直交する方向に伸びると共に一方のリードと同一の溝部３１１〜３１５に設けられた他方の開口３２１ｂ〜３２５ｂに挿通され、リード水平部４１２２ｂ〜４５２２ｂが、一方のリードと同一の溝部３１１〜３１５に配置されると共に内管３の外端面から他方の封止部５ｂに向けて管軸方向外方に突出している。

各々のフィラメント４１１〜４５１は、内管３の内部において、内管３の内壁に押し当てられるように設けられた図示されていない環状のアンカーによって、内管３の内壁と接触することのないよう支持されている。アンカーは、各フィラメント４１１〜４５１に対して１つずつ一体的に固定されている。このようなアンカーを設けることにより、発光時に高温となる各フィラメント４１１〜４５１が内管３の内壁に接触することに起因して内管３が失透する、という不具合が発生することを防止することができる。

発光管２の両端に形成された封止部５ａ、５ｂは、例えば、石英ガラスからなる円柱状のシール用絶縁体６ａ、６ｂを発光管構成材料の内部に挿入して配置した状態で、発光管２の構成材料の外周面をバーナー等で加熱することにより、他の箇所よりも外径が小さくなるよう形成されたシュリンクシール構造を有している。各シール用絶縁体６ａ、６ｂの外周面には、フィラメント体４１〜４５の個数と同数の、例えば、５つの金属箔８１ａ〜８５ａ、８１ｂ〜８５ｂが概ね等間隔にてシール用絶縁体６ａ、６ｂの長手方向に沿って平行に配設され、各金属箔８１ａ〜８５ａ、８１ｂ〜８５ｂは、折れ曲がりを回避するため、シール用絶縁体６ａ、６ｂよりも管軸方向の全長が小さいものが用いられている。

封止部５ａ、５ｂには、各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２に連結される各内部リード７１ａ〜７５ａ、７１ｂ〜７５ｂと、各給電装置に接続される各外部リード９１ａ〜９５ａ、９１ｂ〜９５ｂとが各金属箔８１ａ〜８５ａ、８１ｂ〜８５ｂに接続された状態で固定されている。各々の内部リード７１ａ〜７５ａ、７１ｂ〜７５ｂは、基端側が封止部５ａ、５ｂに埋設されると共に各金属箔８１ａ〜８５ａ、８１ｂ〜８５ｂの先端側に、例えば、溶接により接続されており、発光管２内に突出した先端側が各フィラメント体４１〜４５の各リード４１２〜４５２に、例えば、溶接により接続されている。各々の外部リード９１ａ〜９５ａ、９１ｂ〜９５ｂは、先端側が封止部５ａ、５ｂに埋設されると共に各金属箔８１ａ〜８５ａ、８１ｂ〜８５ｂの基端側に、例えば、溶接により接続されており、基端側が発光管２の外端から管軸方向外方に突出している。なお、内部リード７１ａ〜７５ａと金属箔８１ａ〜８５ａと外部リード９１ａ〜９５ａとで導電性部材１０１ａ〜１０５ａが構成され、内部リード７１ｂ〜７５ｂと金属箔８１ｂ〜８５ｂと外部リード９１ｂ〜９５ｂとで導電性部材１０１ｂ〜１０５ｂが構成される。

図４（ａ）は図１に示した封止部５ａ内の拡大斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’で切断した封止部５ａ内の断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’で切断した封止部５ａ内の断面図である。
図４を用いて封止部５ａ内の構成をさらに詳細に説明すると、シール用絶縁体６ａには、フィラメント体４１〜４５側の外周面において互いに周方向に離間して管軸に沿って伸びる複数の溝部６１１ａ〜６１５ａと、外部リード９１ａ〜９５ａ側の外周面において互いに周方向に離間して管軸に沿って伸びる複数の溝部６２１ａ〜６２５ａとが形成されることにより、各内部リード７１ａ〜７５ａと各外部リード９１ａ〜９５ａを位置決めするための各突当面が形成されている。各内部リード７１ａ〜７５ａは、溝部６１１ａ〜６１５ａに沿って基端側の外端面が突当面に当接するよう配置され、各外部リード９１ａ〜９５ａは、溝部６２１ａ〜６２５ａに沿って先端側の外端面が突当面に当接するよう配置されている。これにより各内部リード７１ａ〜７５ａおよび各外部リード９１ａ〜９５ａの最外面が、シール用絶縁体６ａの胴部と同一円周上に位置する状態とされる。このように配置された各内部リード７１ａ〜７５ａおよび各外部リード９１ａ〜９５ａが、シール用絶縁体６ａの胴部の外周面に配置された各金属箔８１ａ〜８５ａに対して接続されている。発光管２の各外端面から突出した各々の外部リード９１ａ〜９５ａは、不図示の給電装置の各々に接続されており、各フィラメント体４１〜４５における各フィラメント４１１〜４５１に独立に電力を給電することにより、各フィラメント４１１〜４５１の点灯制御を個別に行うことができる。なお、封止部５ｂ内においても上記で説明した封止部５ａ内と同様に構成されている。

このように、シール用絶縁体６ａ、６ｂを発光管２の内部に配置して封止部５ａ、５ｂを形成することにより、円柱状のシール用絶縁体６ａ、６ｂの外周面を利用して多数枚の金属箔８１ａ〜８５ａ、８１ｂ〜８５ｂを互いに接触することなく配設することができる。そのため、多数のフィラメント体４１〜４５を備えるフィラメントランプ１であっても、封止部５ａ、５ｂを大きくすることなしに、各フィラメント体４１〜４５に対して独立して給電する構造を確実に形成することができる。特に、ピンチシール法によって扁平な形状の封止部を形成することに比べれば、多数枚の金属箔を配設した場合であっても、封止部の大きさを小さくすることができるので、省スペース化の観点で好ましい。

また、このようなシール用絶縁体６ａ、６ｂを用いて構成された封止部５ａ、５ｂを備えるフィラメントランプ１によれば、シール用絶縁体６ａ、６ｂに設けられた各溝部６１１ａ〜６１５ａ、６１１ｂ〜６１５ｂに固定された各内部リード７１ａ〜７５ａ、７１ｂ〜７５ｂに対して、内管３の各溝部３１１〜３１５に配置された各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２が固定されるために、フィラメントランプ１の輸送時または点灯時にフィラメントランプ１に対して振動や衝撃が加わったとしても、内管３が周方向に旋回することを規制することができる。特に、内管３の外端面から封止部５ａ、５ｂに向けて突出する各リード４１２〜４５２の全長を短縮すれば、内管３が周方向に旋回することをより確実に防止することができるため、管軸に沿って並んだ５つのフィラメント体４１〜４５のうち両端側に位置する２つのフィラメントの各々における封止部側の外端面よりも、内管の外端面の方が封止部寄りに配置されていることが好ましい。

このようなフィラメントランプ１においては、フィラメント（例えばフィラメント４１１）に対して、当該フィラメント（フィラメント４１１）以外の他のフィラメント（例えばフィラメント４２１〜４５１）に係るリード（リード４２２〜４５２）の全てが、発光管２の内部における特定の領域内に位置されていることが好ましい。以下に、具体例を図５を用いて説明する。
図５は、フィラメント４１１〜４５１とリード４１２〜４５２の位置関係を説明するための、本実施形態の発明に係る径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。
同図に示すように、例えばフィラメント４１１の中心軸に直交する平面による切断面において、フィラメント４１１に対して直交する２本の外接線Ｘ、Ｙと発光管２の管壁とにより囲まれる、少なくともフィラメント４１１を含む領域（以降、有効光取り出し領域とも言う）以外の領域に、当該フィラメント４１１以外の他のフィラメント４２１〜４５１に係るリード４２２〜４５２の全てが位置された状態とされている。また、フィラメント４１１〜４５１に係る各々のリード４１２〜４５２は、フィラメント４１１〜４５１に対して極力対称に配置されていると共に、有効光取り出し領域と対向する領域にもリード４１２〜４５２が存在しない状態とされている。

このようなフィラメント４１１〜４５１とリード４１２〜４５２との位置関係を実現するために、発光管２の内部に配置した内管３には、フィラメント４１１〜４５１に対して直交する２本の外接線Ｘ、Ｙと発光管２の管壁とにより囲まれる、少なくともフィラメント４１１〜４５１を含む領域を除く領域にのみ、リード収容空間１１１〜１１５を形成するための溝部３１１〜３１５が形成されている。さらに、シール用絶縁体６ａ、６ｂには、内管３に設けられた各溝部３１１〜３１５に対応して、内部リード７１ａ〜７５ａ、７１ｂ〜７５ｂを配置するための溝部６１１ａ〜６１５ａ、６１１ｂ〜６１５ｂが形成されている。

このようなフィラメント４１１〜４５１とリード４１２〜４５２との位置関係を実現することにより、フィラメント（例えばフィラメント４１１）から直接的に放射される光を、他のフィラメント（例えばフィラメント４２１〜４５１）に係るリード（リード４２２〜４５２）によって遮られることがなく有効に取り出すことができるので、被処理体上に投影されるリード（リード４２２〜４５２）の影により被処理体における放射照度分布が悪化するおそれがない。特に、発光管２内に配置されるフィラメント体４１〜４５の個数が４つ以上であり、かつ、フィラメント４１１〜４５１とリード４１２〜４５２との共通外接線のなす角度が１０°〜６０°の範囲内で構成されるフィラメントランプ１においては、被処理体上に投影されるリード４１２〜４５２の影による影響が顕著になるため、上記した位置関係を満たすようフィラメント４１１〜４５１とリード４１２〜４５２とを配置することが特に有効である。

このようなフィラメントランプ１の数値例を以下に示す。
発光管２は、外径がφ１０ｍｍ〜φ４０ｍｍ程度、全長が数十ｍｍ〜８００ｍｍ程度であり、被処理体の大きさ、フィラメントランプ１から被処理体までの距離、ランプユニット内でのランプ配置によって決定される。各々のフィラメント体４１〜４５は、直径がφ０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度の素線を用いる。本実施例ではφ３００mmのシリコンウェハを距離５０mmで照射する場合において、発光管外径２８ｍｍ、全長５６０ｍｍ、フィラメント素線径０．５ｍｍを使用し、各フィラメント４１１〜４５１の最大全長が１４０ｍｍ、外径がφ８ｍｍに形成された各フィラメント４１１〜４５１の両端に、外径がフィラメント素線よりも大径の、例えばφ０．８ｍｍのリード４１２〜４５２が接続される。フィラメント外径はφ８ｍｍに限らず、必要電力とフィラメント温度に従って、φ４ｍｍ程度〜φ２０ｍｍ程度となる。フィラメント１本当たりの最大定格電流値は、必要な被処理物の昇温特性とシール部の金属箔の許容電流値に従って決められ、本実施例では２５Ａである。

内管３は、本実施例では、例えば外径がφ２４〜φ２４．５ｍｍ、全長が４００〜４７０ｍｍであり、発光管２の内面からの離間距離は０．７ｍｍ以下であること好ましい。内管３の外面と発光管２の内面との離間距離は、内管３の溝部３１１〜３１５と発光管２の内面とによりリード収容空間１１１〜１１５を形成するために、少なくとも各リード４１２〜４５２の外径よりも小さいことが必要であるが、熱伝達の影響を考慮すると、発光管２の外径に対して０．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、内管３に設けられた各溝部３１１〜３１５は、幅が１．３〜１．５ｍｍ、深さが１．０〜１．６ｍｍであって、互いに２ｍｍ以上の距離を隔てて離間して形成されている。隣接する溝部３１１〜３１５同士の離間距離は、放電開始電圧より大きく、かつ、リード４１２〜４５２が前記有効光取出し領域以外の領域に収まるように設定する。本実施例の場合、ランプ内にアルゴンガスを封入し、圧力を０．５気圧としているため、商用電力である２００Vで放電せずに使用するためには溝部３１１〜３１５同士の離間距離は０．５ｍｍ以上必要であり、余裕率を考慮して１ｍｍ以上とするのが好ましい。また、上記有効光取出し領域以外の領域にリード４１２〜４５２を収めるため、図５の左半分に示すように片側に３本のリード４３２、４４２、４５２を外径φ２４ｍｍの内管に配置させる場合は、前記離間距離は７．５ｍｍ以下であることが好ましい。

内管３の外面が発光管２の内面に当接しているか、または、内管３の外面と発光管２の内面との離間距離が０．５ｍｍ以下である場合には、フィラメント４１１〜４５１からの放射光が内管３に照射されても、内管３に近接する発光管２に内管３の熱が伝達されるために、内管３が高温状態になることを確実に防止することができる。また、内管３に形成された隣接する溝部３１１〜３１５同士の離間距離が１ｍｍ以上である場合には、隣接するリード４１２〜４５２間で不所望な放電が形成されることを確実に防止することができる。

以上のごとく、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ１によれば、基本的には、複数の各々のフィラメント４１１〜４５１に対して、封止部５ａ、５ｂに配設された各々の導電性部材１０１ａ〜１０５ａ、１０１ｂ〜１０５ｂを介して独立に給電される構成であるから、熱処理される被処理体上における場所的な温度変化の度合いの分布が基板形状に対し非対称である場合においても、被処理体を均一に加熱することができるため、被処理体の全体にわたって均一な温度分布を実現することができる。

しかも、発光管２の内面に近接するように内管３が配設されているので、フィラメントランプ１の点灯時に管状の絶縁壁３が高温状態となることが防止されるために、フィラメント４１１〜４５１以外から不要な光が放射されるという不具合を確実に解消することができる。
さらには、各フィラメント４１１〜４５１と各リード４１２〜４５２との間に内管３が介在しており、各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２が、内管３に設けられた各溝部３１１〜３１５と発光管２の内面とにより区画されたリード収容空間１１１〜１１５に互いに短絡することなく配置されるので、各フィラメント（例えばフィラメント４１１）とこのフィラメント（フィラメント４１１）に近接するリード（リード４２２〜４５２）との間、および隣接するリード４１２〜４５２同士の間で不所望な放電が発生することを確実に防止することができる。
さらにまた、各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２が、内管３に設けられた各溝部３１１〜３１５と発光管２の内面とにより区画されたリード収容空間１１１〜１１５に配置されているので、フィラメントランプ１の点灯時に各リード４１２〜４５２が熱膨張・収縮を繰り返しても、各リード４１２〜４５２の周方向への移動が規制されるために、各リード４１２〜４５２が初期の位置からずれることがない。従って、放射照度分布が経時的に変化するおそれがないために、初期の放射照度分布を長期的に維持することができる。

また、第１の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１においては、図６に示されるような構成を採用することもできる。
図６は、内管構成材１２１、１２２に対するフィラメント体４１〜４５の配置を示す斜視図である。同図に示すように、図３に示したような内管３に代えて、径方向において２つに分割され、径方向の断面が半円状の各内管構成材１２１、１２２を、発光管２の内面に近接した状態で配置したものである。一方の内管構成材１２１の外周面には、互いに周方向に離間して管軸に沿って伸びる２つの溝部３１１、３１２が形成されており、一方の内管構成材１２１と同様にして、他方の内管構成材１２２の外周面に３つの溝部３１３、３１４、３１５が形成されている。各内管構成材１２１、１２２に設けられた各溝部３１１〜３１２、３１３〜３１５には、各々２つずつの開口３２１ａ、３２１ｂ、開口３２２ａ、３２２ｂ、開口３２３ａ、３２３ｂ、開口３２４ａ、３２４ｂ、開口３２５ａ、３２５ｂが形成されている。

このように、複数に分割した内管構成材１２１、１２２を用いることにより、内管構成材１２１、１２２の各溝部３１１〜３１２、３１３〜３１５に設けられた各開口３２１ａ、３２１ｂ、開口３２２ａ、３２２ｂ、開口３２３ａ、３２３ｂ、開口３２４ａ、３２４ｂ、開口３２５ａ、３２５ｂに対し各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２を通す作業を、内管構成材１２１、１２２毎に個別に行うことができる。従って、多数のフィラメント体４１〜４５を備えるフィラメントランプ１においては、複数に分割されていない直管状の内管３を使用する場合に比べ、各フィラメント体４１〜４５の各リード４１２〜４５２を内管構成材１２１、１２２の各開口３２１ａ、３２１ｂ、開口３２２ａ、３２２ｂ、開口３２３ａ、３２３ｂ、開口３２４ａ、３２４ｂ、開口３２５ａ、３２５ｂに通す作業を効率良く行うことができる。なお、発光管２の内部において、一方の内管構成材１２１と他方の内管構成材１２２とを離間して配置することにより、フィラメントランプ１の点灯時に各内管構成材１２１、１２２が円周方向に膨張したとしても、対向する内管構成材１２１、１２２の間の空間によって各内管構成材１２１、１２２の膨張が吸収されるために、内管構成材１２１、１２２が破損することを確実に防止することができる。

本発明の第２の実施形態を図７を用いて説明する。
図７は、本実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図７（ａ）、（ｂ）は径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図７（ｂ）のＢ−Ｂ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図７（ｂ）のＣから見たフィラメントランプ１の正面図とからなる図である。

図７に示すように、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ１は、第１の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１のように、内管３に形成された複数の各々の溝部３１１〜３１５と発光管２の内面とによりリード収容空間１１１〜１１５が形成される形態には限られない。このフィラメントランプ１は、発光管１３の内面に互いに周方向に離間して管軸に沿って伸びる複数の溝部１３１〜１３５が形成されており、この発光管１３の内面に近接するよう内管１４を配置することにより、発光管１３の各溝部１３１〜１３５と内管１４の外周面とにより区画された複数のリード収容空間１１１〜１１５が形成されている。発光管１３の内周面に形成された各溝部１３１〜１３５は、図５において説明したように、フィラメント（例えばフィラメント４１１）とこのフィラメント（フィラメント４１１）以外の他のフィラメント（フィラメント４２１〜４５１）に係る各リード（リード４２２〜４５２）との位置関係を満たしている。

このフィラメントランプ１の内管１４には、発光管１３の内面に設けられた各溝部１３１〜１３５に対応する箇所の各々に、各リード４１２〜４５２を挿通するための開口１４１ａ、１４１ｂ、開口１４２ａ、１４２ｂ、開口１４３ａ、１４３ｂ、開口１４４ａ、１４４ｂ、開口１４５ａ、１４５ｂが２つずつ形成されている。なお、内管１４は、外周面に溝部が設けられていない構成でも良いし、発光管１３の各溝部１３１〜１３５に対応して外周面に溝部を設けた構成としても良い。

各フィラメント体４１〜４５は、内管１４の内部に全てのフィラメント４１１〜４５１が収容されて、各フィラメント４１１〜４５１が発光管１３の中心軸上に位置した状態で、内管１４に対して取付けられている。すなわち、図７に示すように、フィラメント４１１〜４５１の一端に連結された一方のリードにおけるフィラメント連結部４１２１ａ〜４５２１ａが管軸に直交する方向に伸びると共に、内管１４に設けられた開口１４１ａ〜１４５ａを通過し、一方のリードにおけるリード水平部４１２２ａ〜４５２２ａが、発光管１３の溝部１３１〜１３５に配置されると共に内管１４の外端面から一方の封止部５ａに向けて管軸方向外方に向けて突出している。さらに、フィラメント４１１〜４５１の他端に連結された他方のリードにおけるフィラメント連結部４１２１ｂ〜４５２１ｂが、管軸に直交する方向に伸びると共に、内管１４に設けられた開口１４１ｂ〜１４５ｂを通過し、他方のリードにおけるリード水平部４１２２ｂ〜４５２２ｂが、一方のリードにおけるリード水平部４１２２ａ〜４５２２ａと同一の溝部１３１〜１３５に配置されると共に内管１４の外端面から他方の封止部５ｂに向けて管軸方向外方に向けて突出している。

以上のごとく、第２の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１によれば、基本的には、第１の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１と同一の効果を期待することができる。さらには、内周面に各溝部１３１〜１３５を備える発光管１３を、引き抜きまたは射出成形という手法によって構成することができ、発光管１３の内面に事後的に切削等の機械的加工を施すことによって溝部を形成する必要がないために、製造に要するコスト・労力と切削加工時の破損のリスクを低減することができる。

本発明の第３の実施形態を図８を用いて説明する。
図８は、本実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図８（ａ）、（ｂ）は径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ’方向から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図８（ｂ）のＢ−Ｂ’方向から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図８（ｂ）のＣ方向から見たフィラメントランプ１の正面図とが各々合成して示した。
図８に示すように、このフィラメントランプ１は、発光管１３の内面に互いに周方向に離間して管軸に沿って伸びる複数の溝部１３１〜１３５が形成され、この発光管１３の内面に近接するよう内管１５を配置することにより、発光管１５の各溝部１３１〜１３５と内管１５の外周面とにより区画された複数のリード収容空間１１１〜１１５が形成されている。発光管１３の内周面に形成された各溝部１３１〜１３５は、図５において説明したと同様に、フィラメント（例えばフィラメント４１１）とこのフィラメント（フィラメント４１１）以外の他のフィラメント（フィラメント４２１〜４５１）に係る各リード（リード４２２〜４５２）との位置関係を満たしている。

さらに、このフィラメントランプ１の内管１５は、発光管１３の管軸に沿って伸びる方向に、光出射側に管軸に直交する方向の断面がＣ字状の開口１５８が形成されており、発光管１３の内周面の各溝部１３１〜１３５に対応する各々の箇所に、各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２を挿通するための開口１５１ａ、１５１ｂ、開口１５２ａ、１５２ｂ、開口１５３ａ、１５３ｂ、開口１５４ａ、１５４ｂ、開口１５５ａ、１５５ｂが２つずつ形成されている。さらに、開口１５８の開口端は、図５に示される有効光取り出し領域を除く領域に位置している。具体的には、内管１５には、フィラメント４１１〜４５１に対する２本の各々の外接線Ｘ、Ｙと内管１５の各々の開口端とを結ぶ２直線でなす角が８０〜９０°となるよう開口１５８が形成されている。

このフィラメントランプ１の各フィラメント体４１〜４５の取り付け方法は、第２の実施形態における図７に示したフィラメントランプ１と共通している。なお、発光管１３の内周面に各溝部１３１〜１３５を形成することに代えて、図８に示した内管１５の外周面に対し各溝部を形成することもできる。

以上のごとく、第３の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１によれば、基本的には、第２の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１と同一の効果を期待することができる。しかも、フィラメント４１１〜４５１から放射された光が内管１５に吸収または反射されることがないため、フィラメント４１１〜４５１に投入する電力を最小限に抑えることができる。

本発明の第４の実施形態を図９を用いて説明する。
図９は、本実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図９（ａ）は、図９（ｃ）のＡ−Ａ’において径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ｃ）のＢ−Ｂ’において径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＰ−Ｐ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図９（ｂ）のＱ−Ｑ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図９（ｂ）のＲ−Ｒ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図と、図９（ａ）のＳから見たフィラメントランプ１の正面図とからなる図である

図９に示すように、このフィラメントランプ１は、管軸に直交する断面が方形状に形成された直管状の発光管１６の内部に、５つのフィラメント体４１〜４５が配設され、各フィラメント体４１〜４５における各々のフィラメント４１１〜４５１が管軸方向に順次に並んで管軸方向に伸びており、発光管１６の両側の内壁に沿って各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２が配置されている。発光管１６の両端に形成された各封止部５ａ、５ｂは、第１ないし第３の実施形態において示した各封止部５ａ、５ｂと同様に、管軸に直交する方向の断面が円形状となるよう形成されている。発光管１６の内部には、互いに各フィラメント４１１〜４５１を挟んで離間した状態で発光管１６の管軸に沿って伸びる、管軸に直交する方向の断面が方形状である一対の絶縁壁１７１、１７２が配置されている。各絶縁壁１７１、１７２は、石英ガラス等の絶縁材料からなり、各フィラメント４１１〜４５１と各リード４１２〜４５２との間に介在した状態で、発光管１６の両側の内壁に沿って配置されている。

このフィラメントランプ１の構成について、以下にさらに詳しく説明する。発光管１６の内周面においては、互いに周方向に離間して管軸に沿って伸びる、各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２を配置するための複数の溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３が形成されている。これらの溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３は、図５に示される、フィラメント（例えばフィラメント４１１）とこのフィラメント（フィラメント４１１）以外の他のフィラメント（フィラメント４２１〜４５１）に係る各リード（リード４２２〜４５２）との位置関係を満たしている。さらに、各絶縁壁１７１、１７２は、発光管１６の各溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３に対応する各々の箇所に、２つずつの開口１７１１ａ、１７１１ｂ、開口１７１２ａ、１７１２ｂ、開口１７２１ａ、１７２１ｂ、開口１７２２ａ、１７２２ｂ、開口１７２３ａ、１７２３ｂが形成され、管軸に直交する方向の外端部が、図５に示される有効光取り出し領域を除く領域に位置するよう発光管１６の内部に配置されている。

発光管１６の内部においては、各リード４１２〜４５２を配置するための各溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３が内面に形成されることにより、管軸に直交する断面が凹凸状に形成された一対の第１の凹凸面１６１と第２の凹凸面１６２が、各フィラメント４１１〜４５１を挟んだ両側に対向している。さらに、発光管１６の内部には、第１の凹凸面１６１、第２の凹凸面１６２の他に、各絶縁壁１７１、１７２を配置するための溝部１６３１〜１６３２、１６４１〜１６４２が形成されることにより、管軸に直交する断面が凹凸状に形成された一対の第３の凹凸面１６３と第４の凹凸面１６４が、各フィラメント４１１〜４５１を挟んだ両側に対向している。第３の凹凸面１６３と第４の凹凸面１６４に形成された各凸面は、管軸に直交する方向において、各絶縁壁１７１、１７２の管軸に直交する方向の幅よりもやや狭い距離を隔てて対向している。

各絶縁壁１７１、１７２は、管軸に対し直交する方向における各外端面が第３の凹凸面１６３と第４の凹凸面１６４における各凹面に隣接し、一方の側端面が第３の凹凸面１６３と第４の凹凸面１６４における各凸面に隣接し、さらに、他方の側端面が第１の凹凸面１６１と第２の凹凸面１６２に隣接して配置され、これにより、発光管１６の内部において周方向に旋回することが規制された状態とされている。発光管１６の内部においては、第１の凹凸面１６１と第２の凹凸面１６２に設けられた各溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３の全てを塞ぐように各絶縁壁１７１、１７２が配置されることにより、発光管１６内面の各溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３と各絶縁壁１７１、１７２の他方の側端面とにより区画される、各フィラメント４１１〜４５１における各リード４１２〜４５２を収容するための各リード収容空間１１１〜１１５が形成される。

各フィラメント体４１〜４５は、両側に絶縁壁１７１、１７２が位置すると共に、各フィラメント４１１〜４５１が発光管１６の中心軸上に位置した状態で、以下のようにして取付けられている。すなわち、図９に示すように、フィラメント４１１〜４５１の一端に連結された一方のリードにおけるフィラメント連結部４１２１ａ〜４５２１ａが、管軸に直交する方向に伸びると共に絶縁壁１７１、１７２に設けられた一方の開口１７１１ａ〜１７１２ａ、１７２１ａ〜１７２３ａに挿通され、一方のリードにおけるリード水平部４１２２ａ〜４５２２ａが、発光管１６の内面の溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３に配置されると共に絶縁壁１７１、１７２の管軸方向の外端面から一方の封止部５ａに向けて管軸方向外方に向けて突出している。さらに、フィラメント４１１〜４５１の他端に連結された他方のリードにおけるフィラメント連結部４１２１ｂ〜４５２１ｂが、管軸に直交する方向に伸びると共に絶縁壁１７１、１７２に設けられた他方の開口１７１１ｂ〜１７１２ｂ、１７２１ｂ〜１７２３ｂに挿通され、他方のリードにおけるリード水平部４１２２ｂ〜４５２２ｂが、一方のリードにおけるリード水平部４１２２ａ〜４５２２ａと同一の溝部１６１１〜１６１２、１６２１〜１６２３に配置されると共に絶縁壁１７１、１７２の管軸方向の外端面から他方の封止部５ｂに向けて管軸方向外方に向けて突出している。

このようなフィラメントランプ１に係る数値例を以下に説明する。なお、各フィラメント体４１〜４５における各フィラメント４１１〜４５１および各リード４１２〜４５２に係る数値は、第１の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１と共通している。発光管１６は、管軸に直交する方向の幅が１０ｍｍ〜４０ｍｍ、管軸方向の全長が数十〜８００ｍｍ程度であり、被処理体の大きさ、ランプから被処理体までの距離、ランプユニット内でのランプ配置によって決定される。本実施例では例えば幅が２８ｍｍ、全長が５６０ｍｍである。絶縁壁１７１、１７２は、管軸に直交する方向の幅（図９（ｂ）の断面図の上下方向）が２４．５〜２５．５ｍｍ、管軸方向の全長が（図９（ｂ）の断面図の奥行き方向）が４００〜４７０ｍｍ、厚み（図９（ｂ）の断面図の左右方向）が０．５〜１．２ｍｍである。絶縁壁１７１、１７２は、第１の凹凸面１６１および第２の凹凸面１６２における各凸面に対し、少なくとも各リード４１２〜４５２の外径よりも小さい距離を隔てて隣接している必要があるが、第１の凹凸面１６１および第２の凹凸面１６２における各凸面に当接しているか、または、第１の凹凸面１６１および第２の凹凸面１６２における各凸面から０．７ｍｍ以下の距離を隔てて離間していることが好ましい。第１の凹凸面１６１、第２の凹凸面１６２は、各凸面が２４ｍｍの距離を隔てて対向している。

上記のごとく、第４の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１によれば、基本的には、第１ないし第３の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１と同様の効果を期待することができる。しかも、発光管１６が、管軸に対し直交する方向の断面が例えば長方形や正方形である角筒状のものであるために、角筒と等しい外径を有する円筒状の発光管を用いる場合に比べ、発光管内に多数のリードを容易に配置することができることから、被処理体において高精度な温度制御を実現可能なフィラメントランプを容易に作製することができる。

上記の第１ないし第４の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１においては、発光管の内面に管状の絶縁壁または板状の絶縁壁を近接した状態で配置して、管状の絶縁壁または板状の絶縁壁の熱を発光管に伝達させることにより、管状の絶縁壁または板状の絶縁壁が高温状態になることを防止している。しかし、以下の図１０ないし図１２に示すフィラメントランプ１の構成を採用することにより、より効率的に管状の絶縁壁または板状の絶縁壁の熱を発光管へ伝達することができる。

本発明の第５の実施形態を図１０を用いて説明する。
図１０は、本実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１０（ａ）は、図１０（ｃ）のＡ−Ａ’において径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ｃ）のＢ−Ｂ’において径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１０（ｃ）は管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。
図１０に示すように、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ１は、第１の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１に対して改良を加えたものであって、発光管２と内管３とを溶着していることを除く他の構成は、第１の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１と共通している。このフィラメントランプ１は、発光管２の内面に近接するよう同軸上に内管３を配置して、発光管２の外周面をバーナー等で加熱することにより、発光管２と内管３とが部分的に周方向に溶着されている。図１０（ａ）に示すように、発光管２と内管３とが溶着された箇所においては、発光管２の内面に内管３の外周面が当接した状態となり、その一方で、図１０（ｂ）に示すように、発光管２と内管３とが溶着されていない箇所においては、発光管２の内周面と内管３の外周面との間に空間が形成されている。

このように、発光管２と内管３とを溶着することによって、内管３の熱が溶着領域１８から優先的に発光管２に伝達されるために、内管３が高温状態になることをより確実に防止することができる。しかも、発光管２に対して内管３が固定されるために、内管３が周方向に旋回することをより確実に規制することができるので、各フィラメント体４１〜４５における各リード４１２〜４５２の位置が変動することによって被処理体における放射照度分布が悪化するおそれがなく、初期の放射照度分布を長期間に渡って維持することができる。特に、内管３に形成された各溝部３１１〜３１５と発光管２の内面とにより各リード収容空間１１１〜１１５が形成されるフィラメントランプ１においては、発光管２と内管３とを溶着することが好ましい。溶着領域１８の面積は、フィラメント４１１〜４５１への投入電力を考慮することにより決定される。

図１０に示されるように、発光管２と内管３とは、管軸方向で隣接するフィラメント４１１〜４５１間に存在する空間に対応する領域、すなわち、一方のフィラメント（例えばフィラメント４２１）における外端面に対して管軸に直交する方向に引いた外接線と、一方のフィラメント（フィラメント４２１）の外端面に対向する他方のフィラメント（例えばフィラメント４３１）の外端面に対して管軸に直交する方向に引いた外接線とにより、発光管２および内管３の管壁を含むよう囲まれる溶着領域１８においてのみ周方向に溶着され、溶着領域１８を除く他の領域においては溶着されていない。このように構成することにより、主にフィラメント４１１〜４５１とフィラメント４１１〜４５１間の光らない部分に対向する発光管２が収縮変形するので、ガラスの曲がり部による不所望の光の集光や拡散を最小限にできるという効果を期待することができる。

当然のことながら、第１の実施形態の図６において示したような、周方向において複数に分割された内管構成材１２１、１２２を用いたフィラメントランプ１や、第２の実施形態の図７において示したような、内面に複数の溝部１３１〜１３５が設けられた発光管１３を用いたフィラメントランプ１において、発光管２と内管構成部材１２１、１２２または発光管１３と内管３とを溶着させることによっても、前記と同様の効果を期待することができる。

本発明の第６の実施形態を図１１を用いて説明する。
図１１は、本実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１１（ａ）は、図１１（ｃ）のＡ−Ａ’において径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ｃ）のＢ−Ｂ’において径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１１（ｃ）は管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。
図１１に示すように、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ１は、第３の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１に対して改良を加えたものであって、発光管１３と内管１５とを溶着していることを除く他の構成は、第３の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１と共通している。このフィラメントランプ１は、発光管１３の内面に近接するよう同軸上に内管１５を配置して、発光管１３の外周面を発光管１３の管軸方向にバーナー等で加熱することにより、発光管１３と内管１５とが部分的に管軸方向に溶着されている。図１１（ａ）に示すように、発光管１３と内管１５とが溶着された箇所においては、発光管１３の内面に内管１５の外周面が当接した状態となり、その一方で、図１１（ｂ）に示すように、発光管１３と内管１５とが溶着されていない箇所においては、発光管１３の内周面と内管１５の外周面との間に空間が形成されている。

本実施形態の発明に係るフィラメントランプ１によれば、発光管１３と内管１５とが管軸方向に溶着されていることにより、以下の効果を期待することができる。第１に、溶着面積を増加させることができるので、内管１５から発光管１３への熱伝達がより促進され、内管１５が高温状態になることをさらに確実に防止することができる。第２に、フィラメントランプ１の点灯時に、発光管１３に比べて内管１５の方が高温になって、管軸方向における熱膨張量が発光管１３に比べて内管１５の方が大きくなることにより、発光管１３と内管１５との間に働く剪断力により溶着部分が破損する、というおそれを確実に解消することができる。特に、４つ以上のフィラメント体４１〜４５を備えることにより、管軸方向の全長が大きい発光管１３を用いる場合においては、発光管１３と内管１５とを管軸方向に溶着することが好ましい。

本発明の第７の実施形態を図１２を用いて説明する。
図１２は、本実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１２（ａ）は、径方向に切断したフィラメントランプ１の断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＴ−Ｔ’から見た管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。
図１２に示すように、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ１は、第４の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１に対して改良を加えたものであって、発光管１６と絶縁壁１７１、１７２とが管軸方向の全長にわたって溶着されていることを除く他の構成は、第４の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１と共通している。このフィラメントランプ１は、発光管１６の両側の内壁に沿って各フィラメント４１１〜４５１を挟んで一対の絶縁壁１７１、１７２を配置して、発光管１６の外周面を発光管１６の管軸方向にバーナー等で加熱することにより、発光管１６と各絶縁壁１７１、１７２とが管軸方向に溶着される。

本発明の第８の実施形態を図１３および図１４を用いて説明する。
図１３は、本実施形態の発明に係る光照射式加熱処理装置を示す正面断面図、図１４は、図１３に示した第１ランプユニットおよび第２のランプユニットの構成を示す平面図である。本実施形態の発明に係る光照射式加熱処理装置１００は、第１の実施形態から第７の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１を搭載して構成される。
図１３に示すように、この光照射式加熱処理装置１００は、石英窓１０１によりランプユニット収容空間Ｓ１と加熱処理空間Ｓ２とに分割されたチャンバ１０２を有する。ランプユニット収容空間Ｓ１に配置された第１のランプユニット１０３および第２のランプユニット１０４から放出される光を、石英窓１０１を介して加熱処理空間Ｓ２に設置される被処理体１０５に照射することにより、被処理体１０５の加熱処理が施される。

ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０３と第２のランプユニット１０４は、例えば、１０本の各々のフィラメントランプ１を所定の間隔で並列に配置して構成され、互いに対向するように配置される。図１４に示されるように、第１のランプユニット１０３を構成するフィラメントランプ１の管軸方向は、第２のランプユニット１０４を構成するフィラメントランプ１の管軸方向に対して交差するよう配置される。なお、必ずしも図１４に示すように２段のランプユニットを配設する必要はなく、１段のランプユニットのみを備える構成であっても良い。

第１のランプユニット１０３の上方には反射鏡１０６が配置される。反射鏡１０６は、例えば、無酸素銅からなる母材に金をコートした構造であり、反射断面が、円の一部、楕円の一部、放物線の一部または平板状等の形状を有する。反射鏡１０６は、第１のランプユニット１０３および第２のランプユニット１０４から上方に向けて照射された光を被処理体１０５側へ反射する。すなわち、第１のランプユニット１０３および第２のランプユニット１０４から放出される光は、直接または反射鏡１０６で反射されて、被処理体１０５に照射される。

ランプユニット収容空間Ｓ１には、冷却風ユニット１０７からの冷却風がチャンバ１０２に設けられた冷却風供給ノズル１０８の吹出し口１０９から導入される。ランプユニット収容空間Ｓ１に導入された冷却風は、第１のランプユニット１０３および第２のランプユニット１０４における各フィラメントランプ１に吹き付けられ、各フィラメントランプ１を構成する発光管を冷却する。ここで、各フィラメントランプ１の封止部は他の箇所に比して耐熱性が低い。そのため、冷却風供給ノズル１０８の吹出し口１０９は、各フィラメントランプ１の封止部に対向して配置し、各フィラメントランプ１の封止部を優先的に冷却するように構成することが望ましい。

各フィラメントランプ１に吹き付けられ、熱交換により高温になった冷却風は、チャンバ１０２に設けられた冷却風排出口１１０から排出される。なお、冷却風の流れは、熱交換されて高温になった冷却風が逆に各フィラメントランプ１を加熱しないように考慮される。上記冷却風は、反射鏡１０６も同時に冷却するように風の流れが設定される。なお、反射鏡１０６が図示を省略した水冷機構により水冷されるような場合は、必ずしも反射鏡１０６も同時に冷却するように風の流れを設定しなくともよい。

ところで、加熱される被処理体１０５からの輻射熱により石英窓１０１での蓄熱が発生する。蓄熱された石英窓１０１から２次的に放射される熱線により、被処理体１０５は不所望な加熱作用を受けることがある。この場合、被処理体１０５の温度制御性の冗長化（例えば、設定温度より被処理体１０５の温度が高温になるようなオーバーシュート）や、蓄熱される石英窓１０１自体の温度ばらつきに起因する被処理体１０５における温度均一性の低下等の不具合が発生する。また、被処理体１０５の降温速度の向上が難しくなる。よって、これらの不具合を抑制するため、図１３に示すような冷却風供給ノズル１０８の吹出し口１０９を石英窓１０１の近傍にも設け、冷却風ユニット１０７からの冷却風により石英窓１０１を冷却するようにすることが望ましい。

第１のランプユニット１０３の各フィラメントランプ１は、一対の第１の固定台１１１、１１２により支持される。第１の固定台１１１、１１２は導電性部材で形成された導電台１１３と、セラミックス等の絶縁部材で形成された保持台１１４とからなる。保持台１１４は、チャンバ１０２の内壁に設けられて導電台１１３を保持している。第１のランプユニット１０３を構成するフィラメントランプ１の本数をｎ１、フィラメントランプ１が有するフィラメント体の個数をｍ１として、各フィラメント体全てに独立に電力が供給される場合、一対の第１の固定台１１１、１１２の組数は、ｎ１×ｍ１組となる。一方、第２のランプユニット１０４の各フィラメントランプ１は、第２の固定台により支持される。第２の固定台は、第１の固定台１１１、１１２と同様、導電台、保持台とからなる。第２のランプユニット１０４を構成するフィラメントランプ１の本数をｎ２、フィラメントランプ１が有するフィラメント体の個数をｍ２として、各フィラメント全てに独立に電力が供給される場合、一対の第２の固定台の組数は、ｎ２×ｍ２組となる。

チャンバ１０２には、電源部１１５の給電装置からの給電線が接続される一対の電源供給ポート１１６、１１７が設けられる。なお、図１３では１組の電源供給ポート１１６、１１７が示されているが、フィラメントランプ１の個数、各フィラメントランプ１内のフィラメント体の個数等に応じて、電源供給ポートの個数は決められる。図１３では、電源供給ポート１１６、１１７は、第１のランプ固定台１１１、１１２の導電台１１３と電気的に接続される。第１のランプ固定台１１１、１１２の導電台１１３は、例えば、外部リードと電気的に接続される。このように構成することにより、電源部１１５における給電装置から、第１のランプユニット１０３における１つのフィラメントランプ１のフィラメント体への給電が可能となる。なお、フィラメントランプ１の他のフィラメント体、また、第１のランプユニット１０３における他のフィラメントランプ１の各フィラメント、第２のランプユニット１０４の各フィラメントランプ１の各フィラメントについても、他の一対の電源供給ポートより、各々同様の電気的接続がなされる。

また、加熱処理空間Ｓ２には、被処理体１０５が固定される処理台１１８が設けられている。例えば、被処理体１０５が半導体ウエハである場合、処理台１１８は、モリブデンやタングステン、タンタルのような高融点金属材料やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等のセラミック材料、または石英、シリコン（Ｓｉ）からなる薄板の環状体であり、その円形開口部の内周部に半導体ウエハを支持する段差部が形成されているガードリング構造であることが好ましい。被処理体１０５である半導体ウエハは、上記した円環状のガードリングの円形開口部に半導体ウエハを嵌め込むように配置され、上記段差部で支持される。処理台１１８は、自らも光照射によって高温となり対面する半導体ウエハの外周縁を補助的に放射加熱し、半導体ウエハの外周縁からの熱放射を補償する。これにより、半導体ウエハの外周縁からの熱放射等に起因する半導体ウエハ周縁部の温度低下が抑制される。

処理台１１８に設置される被処理体１０５の光照射面の裏面側には、温度測定部１１９が被処理体１０５に当接または近接して設けられている。温度測定部１１９は、被処理体１０５の温度分布をモニタするためのものであり、被処理体１０５の寸法に応じて個数、配置が設定される。温度測定部１１９は、例えば、熱電対や放射温度計が使用される。温度測定部１１９によりモニタされた温度情報は、温度計１２０に送出される。温度計１２０は、各温度測定部１１９により送出された温度情報に基づき、各温度測定部１１９の測定地点における温度を算出するとともに、算出された温度情報を温度制御部１２１を介して主制御部１２２に送出する。主制御部１２２は、被処理体１０５上の各測定地点における温度情報に基づき、被処理体１０５上の温度が所定の温度で均一となるように指令を温度制御部１２１に送出する。温度制御部１２１は、この指令に基づき、電源部１１５から各フィラメントランプ１のフィラメント体へ供給される電力を制御する。例えば、主制御部１２２は、ある測定地点の温度が所定の温度に比して低いという温度情報を温度制御部１２１から得た場合、当該測定地点に近接するフィラメント体の発光部から放射される光が増加するように、当該フィラメント体に対する給電量を増加させるよう温度制御部１２１に対し指令を送出する。温度制御部１２１は、主制御部１２２から送出された指令に基づいて、電源部１１５から当該フィラメント体に接続された電源供給ポート１１６、１１７に供給される電力を増加させる。

主制御部１２２は、第１および第２のランプユニット１０２、１０３におけるフィラメントランプ１の点灯中、冷却風ユニット１０７に指令を送出することにより、発光管、石英窓１０１が高温状態とならないようにする。また、加熱処理の種類に応じて、加熱処理空間Ｓ２には、プロセスガスを導入・排気するプロセスガスユニット１２３を接続してもよい。例えば、熱酸化プロセスを行なう場合は、加熱処理空間Ｓ２に酸素ガス、および、加熱処理空間Ｓ２をパージするためのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入・排気するプロセスガスユニットを接続する。プロセスガスユニット１２３からのプロセスガス、パージガスはチャンバ１０２に設けられたガス供給ノズル１２４の吹出し口１２５から加熱処理空間Ｓ２に導入される。また、排気は排出口１２６から行なわれる。

以上のような本発明の光照射式加熱処理装置１００によれば、以下の効果を奏することができる。光照射式加熱処理装置１００の光源部であるランプユニット１０３、１０４に搭載されるフィラメントランプ１には、発光管内部に第１の実施形態から第７の実施形態で示したフィラメント体と絶縁壁とからなる発光部が配置されており、フィラメントへ給電する電力を個別に調整することが可能であるので、上記光強度分布の設定は、発光管の軸方向についても調整可能である。よって、被処理体１０５表面における放射照度分布も、２次元方向に高精度に設定することが可能となるので、フィラメントランプの発光長よりも全長が短い狭小な特定領域（図１４に示すような領域１）に対しても、この特定領域（領域１）に限定して、この特定領域（領域１）上の放射照度を設定することが可能である。すなわち、この特定領域（領域１）とその他の領域（図１４に示すような領域２）において、それぞれの特性に対応した放射照度分布を設定することが可能となる。よって、上記特定領域（領域１）およびその他の領域（領域２）の温度が均一となるように制御することが可能となる。同様にして、被処理体１０５に場所的温度分布が発生することを抑制し、被処理体１０５全体にわたって均一な温度分布を得ることが可能となる。

さらに、本発明の光照射式加熱処理装置においては、発光管内に配置される各フィラメント同士の離間距離を極めて小さくできるフィラメントランプ１を使用することから、発光しない各フィラメント間の離間部の影響を小さくすることができ、被処理体１０５上での照度分布の不所望なバラツキを極めて小さくすることが可能である。また、光照射式加熱処理装置１００の高さ方向において複数の管状のフィラメントランプ１からなるランプユニット１０３、１０４を配設するスペースも小さくて済むため、光照射式加熱処理装置を小型化することができる。

しかも、この光照射式加熱処理装置に搭載されたフィラメントランプ１によれば、第１の実施形態から第７の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１において説明したように、フィラメントの各々の内側に配設された絶縁壁により、当該フィラメント以外の他のフィラメントに係る各々のリードが互いに短絡することなく支持されるので、発光管の内部に複数のフィラメント体が配設される構成であっても、各々のリード間の絶縁を確保することが容易でありながら、フィラメントからの放射光がリードによって遮られることがなく、所望の光放射照度分布を得ることができる。

なお、本発明の光照射式加熱処理装置においては、複数のフィラメントランプ１が並列に配置されて構成されたランプユニット１０３、１０４を加熱用光源として用いる場合について説明したが、必ずしもランプユニットを構成する必要はなく、単一のフィラメントランプ１によって光源部が構成されたものであっても良い。

さらに、本発明の光照射式加熱処理装置において加熱処理される被処理体１０５は、半導体ウェハに限定されるものではなく、例えば、太陽電池パネル用の多結晶シリコン基板やガラス基板またはセラミックス基板、液晶表示用のガラス基板等にも適用することができる。特に、太陽電池パネル用の各種材質の基板には四角形基板が多用されており、このような被処理体の加熱処理に用いられる光照射式加熱処理装置の多くのものは、四角形基板を水平移動させながら、管軸が基板移動方向と直交する方向に伸びるよう配置された単一のフィラメントランプによって、または、各々管軸が基板移動方向と直交する方向に伸びるよう並設された複数本のフィラメントランプによって、帯状の光を照射して加熱処理を行う構成とされている。このような場合には、４つ以上のフィラメント体が配設された、本発明に係るフィラメントランプ１が用いられることにより、基板の移動方向に平行な２辺部（帯状の両端部）の温度低下を補償しつつ、基板中央部（帯状の中央部）の放射照度分布を調整することができるので、より高精度の温度制御を確実に行うことができる。

第１の実施形態の発明に係るフィラメントランプ１の斜視図である。 第１の実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。 図１に示したフィラメントランプ１の内管３に対するフィラメント体４１〜４５の配置を示す斜視図である。 図１に示した封止部５ａ内の拡大斜視図および断面図である。 フィラメント４１１〜４５１とリード４１２〜４５２の位置関係を説明するために示したフィラメントランプ１の断面図である。 内管構成材１２１、１２２に対するフィラメント体４１〜４５の配置を示す斜視図である。 第２の実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。 第３の実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。 第４の実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。 第５の実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。 第６の実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。 第７の実施形態の発明に係る径方向および管軸方向に切断したフィラメントランプ１の断面図である。 第８の実施形態の発明に係る光照射式加熱処理装置を示す正面断面図である。 図１３に示した第１ランプユニットおよび第２のランプユニットの構成を示す平面図である。 従来技術に係る加熱処理装置２００の断面図である。 図１５に示した加熱処理装置を簡略化して上下両段に設けられる加熱用白熱ランプ２０３、２０４と被処理体２０２とを取出して示した斜視図である。 従来技術に係る熱処理装置３００の断面図である。 先願に係るフィラメントランプ４００の斜視図である。

符号の説明

１ フィラメントランプ
２ 発光管
３ 内管
３１１、３１２、３１３、３１４、３１５ 溝部
３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａ、３２５ａ 開口
３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂ、３２５ｂ 開口
４１、４２、４３、４４、４５ フィラメント体
４１１、４２１、４３１、４４１、４５１ フィラメント
４１２、４２２、４３２、４４２、４５２ リード
４１２１ａ、４２２１ａ、４３２１ａ、４４２１ａ、４５２１ａ フィラメント連結部
４１２２ａ、４２２２ａ、４３２２ａ、４４２２ａ、４５２２ａ リード水平部
４１２３ａ、４２２３ａ、４３２３ａ、４４２３ａ、４５２３ａ 内部リード連結部
４１２１ｂ、４２２１ｂ、４３２１ｂ、４４２１ｂ、４５２１ｂ フィラメント連結部
４１２２ｂ、４２２２ｂ、４３２２ｂ、４４２２ｂ、４５２２ｂ リード水平部
４１２３ｂ、４２２３ｂ、４３２３ｂ、４４２３ｂ、４５２３ｂ 内部リード連結部
５ａ、５ｂ 封止部
６ａ シール用絶縁体
６１１ａ、６１２ａ、６１３ａ、６１４ａ、６１５ａ 溝部
６２１ａ、６２２ａ、６２３ａ、６２４ａ、６２５ａ 溝部
６ｂ シール用絶縁体
６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂ、６１４ｂ、６１５ｂ 溝部
６２１ｂ、６２２ｂ、６２３ｂ、６２４ｂ、６２５ｂ 溝部
７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ、７５ａ 内部リード
７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂ 内部リード
８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ａ、８５ａ 金属箔
８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ、８４ｂ、８５ｂ 金属箔
９１ａ、９２ａ、９３ａ、９４ａ、９５ａ 外部リード
９１ｂ、９２ｂ、９３ｂ、９４ｂ、９５ｂ 外部リード
１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０５ａ 導電性部材
１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ 導電性部材
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５ リード収容空間
１２１、１２２ 内管構成材
１３ 発光管
１３１、１３２、１３３、１３４、１３５ 溝部
１４ 内管
１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ、１４４ａ、１４５ａ 開口
１４１ｂ、１４２ｂ、１４３ｂ、１４４ｂ、１４５ｂ 開口
１５ 内管
１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ、１５４ａ、１５５ａ 開口
１５１ｂ、１５２ｂ、１５３ｂ、１５４ｂ、１５５ｂ 開口
１５２ 開口
１６ 発光管１６
１６１ 第１の凹凸面
１６１１、１６１２ 溝部
１６２ 第２の凹凸面
１６２１、１６２２、１６２３ 溝部
１６３ 第３の凹凸面
１６３１、１６３２ 溝部
１６４ 第４の凹凸面
１６４１、１６４２ 溝部
１７１ 絶縁壁
１７１１ａ、１７１２ａ 開口
１７１１ｂ、１７１２ｂ 開口
１７２ 絶縁壁
１７２１ａ、１７２２ａ、１７２３ａ 開口
１７２１ｂ、１７２２ｂ、１７２３ｂ 開口
１８ 溶接領域
Ｘ、Ｙ 外接線
１００ 光照射式加熱処理装置
１０１ 石英窓
１０２ チャンバ
１０３ 第１のランプユニット
１０４ 第２のランプユニット
１０５ 被処理体
１０６ 反射鏡
１０７ 冷却風ユニット
１０８ 冷却風供給ノズル
１０９ 吹出し口
１１０ 冷却風排出口
１１１、１１２ 第１の固定台
１１３ 導電台
１１４ 保持台
１１５ 電源部
１１６、１１７ 電源供給ポート
１１８ 処理台
１１９ 温度測定部
１２０ 温度計
１２１ 温度制御部
１２２ 主制御部
１２３ プロセスガスユニット
１２４ ガス供給ノズル
１２５ 吹出し口
１２６ 排出口
Ｓ１、Ｓ２ ランプユニット収容空間

Claims (12)

1. 少なくとも一端に封止部が形成された発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントの両端に該各々のフィラメントに電力を供給する一対のリードが連結されてなる複数のフィラメント体が、前記各々のフィラメントが前記発光管の管軸に沿って伸びるよう順次に並んで配設され、前記各々のフィラメント体における各々のリードが前記封止部に配設された複数の各々の導電性部材に対して電気的に接続されて前記各々のフィラメントに対して各々独立に給電されるフィラメントランプにおいて、
   前記発光管の内部に、前記各々のリードを挿通する開口を備え、前記発光管の内面に近接するよう管軸に沿って配置され、前記各々のフィラメントと前記各々のリードとの間に介在する絶縁壁と、前記発光管と前記絶縁壁とにより区画され、前記発光管の管軸に沿って伸びるように形成され、前記各々のリードに対応して設けられた複数のリード収容空間とを備え、
   前記各々のフィラメントに接続された各々のリードが、前記絶縁壁の前記開口を通って、前記各々のリード収容空間に、互いに短絡することなく配置されることを特徴とするフィラメントランプ。
2. 前記絶縁壁が、前記発光管と同軸上に設けられた内管からなることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントランプ。
3. 前記内管の外面に、互いに周方向に離間して前記発光管の管軸に沿って伸び、前記各々のフィラメントに連結される各々のリードに対応して設けられた複数の溝部が形成され、
   前記各々のリード収容空間は、前記各々の溝部と前記発光管の内面とにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のフィラメントランプ。
4. 前記発光管の内面に、互いに周方向に離間して前記発光管の管軸に沿って伸び、前記各々のフィラメントに連結される各々のリードに対応して設けられた複数の溝部が形成され、
   前記各々のリード収容空間は、前記各々の溝部と前記内管の外面とにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のフィラメントランプ。
5. 前記内管は、前記フィラメントからの放射光を遮蔽することなく出射するための開口が形成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプ。
6. 前記発光管の内面に、互いに周方向に離間して前記発光管の管軸に沿って伸び、前記各々のフィラメントに連結される各々のリードに対応して設けられた複数の溝部が形成され、
   前記絶縁壁は、互いに前記各々のフィラメントを挟んで対向して配置された一対の板状体からなり、
   前記各々のリード収容空間は、前記各々の溝部と前記板状体とにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントランプ。
7. 前記発光管と前記絶縁壁とが、溶着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプ。
8. 前記発光管と前記絶縁壁とが、発光管の管軸に沿って溶着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプ。
9. 前記各々のリード収容空間は、前記発光管の管軸に直交する断面において、フィラメントに対して直交する２本の外接線と前記発光管の管壁とにより囲まれる、少なくとも前記フィラメントを含む領域以外の領域に、当該フィラメント以外の他のフィラメントに係るリードのすべてが位置されるよう、形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプ。
10. 前記封止部は、棒状のシール用絶縁体が配設されると共に、前記複数の導電性部材を前記シール用絶縁体の外周に間隔を設けて配列し、前記発光管と前記シール用絶縁体とが前記導電性部材を介して気密に封止されて形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプ。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプが配置されてなる光源部を備え、該光源部から放射される光を被処理体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする光照射式加熱処理装置。
12. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１つの請求項に記載のフィラメントランプの複数が並列に配置されてなるランプユニットを備え、該ランプユニットから放射される光を被処理体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする光照射式加熱処理装置。

Images