CN101409208A - 白炽灯及光照射式加热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种白炽灯及使用该灯的光照射型加热处理装置，在独立供电型的白炽灯中，可使各灯丝线圈的温度成为预定的温度。本发明的白炽灯，在一端形成有封装部(31、32)的发光管(30)的内部，在线圈状的灯丝(41、42、43)的两端连结对该灯丝提供电力的一对导线(411、412、421、422、431、432)所构成的多个灯丝体被配设成，各自的灯丝(41、42、43)沿着发光管(30)的管轴延伸，各自的导线对在封装部配设的各自的导电性构件进行电性连接，各自的灯丝(41、42、43)中，至少1个(42)由单线所构成，并且至少2个(41、43)由束线所构成，在上述束线间设有上述单线。

Description

白炽灯及光照射式加热处理装置

技术领域

本发明关于独立供电型的白炽灯及将多支此白炽灯并列配置的光照射式加热处理装置。

背景技术

一般，在半导体制造工程中，硅氧化膜形成、杂质扩散等的各种工艺中，要求急速加热处理及被处理体的均等加热。

在专利文献1记载有下述光照射式加热处理装置，构成为：为了对被处理体照射来自于各灯丝的光来加热被处理体，将在各自的发光管的内部配置有相互全长不同的线圈状的灯丝的多个白炽灯配置成灯丝对应被处理体的形状构成面状光源。

图11为表示专利文献1所记载的在发光管内配置有多个灯丝、可对各自的灯丝供给能进行控制的电力的白炽灯的结构的立体图。

如同图所示，在白炽灯100的发光管101的两端，形成有封装部102a、102b，该封装部埋设有金属箔103a、103b、103c、103d、103e、103f。在发光管101内，配设有3个灯丝体，该灯丝体由线圈状的灯丝104a、104b、104c，及对灯丝104a、104b、104c进行供电用的导线105a、105b、105c、105d、105e、105f所构成。在此，各灯丝体的结构为在发光管101内配设有多个时，灯丝104a、104b、104c被依次配置于发光管101的长度方向。

位于发光管101内的左侧的第1灯丝104a的一端上连结的导线105a，电性连接于在发光管101的一端侧的封装部102a中埋设的金属箔103a。另外，在第1灯丝104a的另一端上连结的导线105f通过绝缘体109a的贯通孔1091a、设置于与其他的灯丝体的灯丝104b相对的部位的绝缘管106c、绝缘体109b的贯通孔1091b、及设置于与其他的灯丝体的灯丝104c相对的部位的绝缘管106f，来与在发光管101的另一端侧的封装部102b中埋设的金属箔103f电性连接。

位于发光管101内的中央的第2灯丝104b的一端上连结的导线105c通过绝缘体109a的贯通孔1092a、设置于与其他的灯丝体的灯丝104a相对的部位的绝缘管106a，来与在发光管101的一端侧的封装部102a中埋设的金属箔103b电性连接。另外，第2灯丝104b的另一端上连结的导线105e通过绝缘体109b的贯通孔1092b、及设置于与其他的灯丝体的灯丝104c相对的部位的绝缘管106e，来与在发光管101的另一端侧的封装部102b中埋设的金属箔103e电性连接。

位于发光管101内的右侧的第3灯丝104c的一端上连结的导线105b，通过绝缘体109b的贯通孔1093b、设置于与其他的灯丝体的灯丝104b相对的部位的绝缘管106d、绝缘体109a的贯通孔1093a、及设置于与其他的灯丝体的灯丝104a相对的部位的绝缘管106b，来与在发光管101的一端侧的封装部102a中埋设的金属箔103c电性连接。另外，第3灯丝104a的另一端上连结的导线105d与在发光管101的另一端侧的封装部102b中埋设的金属箔103d电性连接。

另外，在埋设于封装部102a、102b的金属箔103a、103b、103c，103d、103e、103f中，在与连接有灯丝体的导线105a、105b、105c、105d、105e、105f的端部相反侧的端部，以从封装部102a，102b朝外部突出的方式连接有外部导线107a、107b、107c、107d、107e、107f。因此，在各灯丝体，经由金属箔103a、103b、103c、103d、103e、103f，对应于各灯丝体，连结有2条外部导线107a、107b、107c、107d、107e、107f。供电装置110、111、112，经由外部导线107a、107b、107c、107d、107e、107f，分别连接于每个灯丝104a、104b、104c。藉此，白炽灯100可对各灯丝体中的灯丝104a、104b，104c，分别进行供电。

再者，各灯丝104a、104b，104c通过在发光管101的内壁与绝缘管106a、106b、106c，106d、106e、106f之间夹持而设置的环状的锚(anchor)108，支承成不与发光管101接触。在此，在灯丝104a、104b、104c发光时，当灯丝104a、104b、104c与发光管101的内壁接触时，在接触部分的发光管101的光透过性，会因灯丝104a、104b、104c的热造成在发光管101产生失透而损失。锚108是用来防止这种缺失的。多个锚108相对于各灯丝104a、104b、104c，配设于发光管101的长度方向。另外，当制作白炽灯100时，为了使多个灯丝体容易插入至发光管101内，锚108具有某种程度的弹性。另外，在发光管101的内壁与绝缘管106a、106b、106c、106d、106e、106f之间的空间与锚108之间，设有某种程度的间隙。

因为白炽灯100不是以1个供电装置对各灯丝104a、104b、104c进行供电，而是能以供电装置110、111、112，对各灯丝104a、104b、104c分别独立供电，所以，能够调整放射照度分布，使得温度分布变成为均等，能够达到高速且均等的加热。

另一方面，在将半导体晶片(硅晶片)加热处理至1050℃以上时，当在半导体晶片产生温度分布不均时，则有可能在半导体晶片产生被称为滑移(slip)的现象即结晶转移的缺陷，成为不良品。因此，在使用光照射式加热处理装置进行半导体晶片等被处理体的RTP(快速热处理：RapidThermal Processing)的情况下，为了使被处理体全面的温度分布变成均等，需要进行加热、高温保持、冷却，在被处理体的RTP中，要求高精度的温度均等性。为了达成这样的急速热处理，使用下述光照射式加热处理装置，来对被处理体，照射来自于各灯丝的光，进行被处理体的加热，该光照射式加热处理装置构成为：将在各自的发光管的内部配置有相互全长不同的线圈状的灯丝的多个白炽灯配置成灯丝对应于被处理体的形状而构成面状光源。

即，为了加热被处理体、使被处理体的表面的温度分布变成均等而导入至灯丝的电力密度(导入至每灯丝单位长度的电力值)，考虑热放射是从被处理体的外周缘产生，将其调整成：比起被处理体的中央侧，导入至与外周缘侧的区域对应的灯丝的电力密度变大。具体而言，使与被处理体的外周缘侧的区域对应而配置的灯丝的额定电力密度比与被处理体的中央侧的区域对应而配置的灯丝的额定电力密度大。例如，在使用如图11所示的这样的白炽灯100的情况时，为了均等地加热被处理体，能够使与被处理体的外周缘部对应的灯丝104a、104c的电力密度比与被处理体的中央部对应的灯丝104b高。

[专利文献1]日本特开2006-279008公报

但是，即使使用如图11所示的这样的具有独立供电型的多个灯丝的白炽灯100，也有无法将半导体晶片等被处理体均等加热的情况。即，明确得知：当被独立供电的各灯丝的平均单位长度的灯丝的质量与表面积相同时，为了均等地加热被处理体，而使与被处理体的外周缘部对应的灯丝104a、104c的平均单位长度的电力密度比与中央部对应的灯丝104b更高时，比起与被处理体的中央部对应的灯丝104b，与外周缘部对应的灯丝104a、104c所放射的光的光谱会偏向短波长侧，在全放射能量中所占的短波长侧的能量比率大。

图12是比较使总放射能量相同的情况(等同于使电力密度相同)的分光放射能量的图，在同图中显示，即使所放射的总能量相同，若色温度(即灯丝的表面温度)不同，则在每波长中所见的分光放射能量也会不同。再者，色温度是指以黑体的温度表现光的颜色。在灯丝的材质相同(在本例为钨)的情况下，灯丝的表面温度值与来自于灯丝的光的色温度值为1∶1对应，预先求得表面温度与由该表面所放射的光的色温度的关系，所以，计测光的色温度，将该色温度置换成灯丝的表面温度来处理也不会有影响。

即，当平均单位长度的灯丝的质量与表面积为相同时，若对灯丝的平均单位长度所供电的电力密度高则灯丝的温度上升，若供电的电力密度则灯丝的温度降低。由同图得知，伴随着温度的上升、降低，例如若增高电力密度时则灯丝的温度上升，产生由该灯丝所放射的光的波长朝短波长侧转移的现象。

图13是显示Si、GaAs、Ge的各波长的透过率的图，纵轴显示光的透过率(％)，横轴显示光的波长(μm)。

如同图所示，当被处理体为Si时，可知具有透过率从1μm至1.2μm由0％急遽地变化成100％的吸光度特性(对光的波长的透过率)。即得知，Si强力地吸收1.1μm以下的波长的光，几乎可使超过1.1μm的波长的光透过。

因此，在被处理体为Si的情况时，当从与被处理体的中央部对应的灯丝超过1.1μm的波长的光的放射强度强、从与被处理体的外周缘部对应的灯丝1.1μm以下的波长的放射强度强时，相对于与被处理体的中央部对应的灯丝的平均单位长度的电力密度和与被处理体的外周缘部对应的灯丝的平均单位长度的电力密度的比，被处理体的外周缘部与中央部的加热量的比不成比例关系。即，由于所放射的光的波长不同，故透过被处理体的中央部的光多，吸收少，因此被缓慢地加热，但透过被处理体的外周缘部的光少，吸收多，故被急遽地加热。因此，在被处理体的中央部与外周缘部之间产生温度差，所以无法将被处理体均等地加热。

发明内容

本发明的目的是，鉴于上述的问题点，提供一种在独立供电型的白炽灯中，能够使各灯丝线圈的温度为预定的温度的白炽灯及使用此白炽灯的光照射型加热处理装置。

本发明为了解决上述课题，而采用以下的手段。

即，第1手段为，一种白炽灯，在至少一端形成有封装部的发光管的内部，在线圈状的灯丝的两端连结对该灯丝供给电力的一对导线而构成的多个灯丝体配设为各自的灯丝沿着发光管的管轴延伸，各自的导线对在封装部配设的各自的导电性构件形成电性连接，上述各自的灯丝中，至少1个由单线所构成，并且至少2个由束线所构成，在上述束线间设有上述至少1个单线。

第2手段是在第1手段中，其特征为，上述束线被捻合。

第3手段是在第1手段中，其特征为，上述束线由2至4条导线束所构成。

第4手段是一种光照射式加热处理装置，其特征为，并列配置有多支第1手段至第3手段中的任一手段所记载的白炽灯。

若根据本发明的话，通过将白炽灯的灯丝的一部分做成为束线，能够增加平均单位长度的灯丝的表面积。这能够在例如平均单位长度的质量相同的灯丝时、即电阻值相等的状态下，比起由单线所构成的灯丝的表面积，能将由束线所构成的灯丝的表面积增大。从灯丝的单位长度所放射的能量，为对从灯丝的单位表面积所放射的能量乘上灯丝平均单位长度的表面积的值。另一方面，可知：从灯丝的单位表面积所放射的能量会依据灯丝的表面温度改变，依据斯蒂芬-波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律，与温度的4次方成比例。因从灯丝的单位长度所放射的能量是与被导入至灯丝的电力密度大致等值(因热传导从灯丝逃至导线的热、因导线与灯丝等的接合部的电阻所引起的电力损失等成为差异)，所以，通过使对应于被处理体的中央部的灯丝与对应于被处理体的外周缘部的灯丝的电力密度的比与表面积的比相同，从而能够使灯丝的温度(即从灯丝所放射的光的色温度)大致相同，因此，能够使从灯丝所放射的光的光谱近似。此时，通过使用束线来调整导线束的数量，从而能够某种程度自由地设定灯丝的电阻值，因此，能够消除灯丝变得过粗而与发光管接触或灯丝的刚性降低变得无法维持线圈形状的缺失，可设计成期望的电力密度。

另外，若根据本发明的话，通过作成为将束线捻合所构成的捻线，比起仅将导线束束集的情况，能够增长灯丝平均单位长度的导线束长度，所以，能够增大灯丝的电阻值而提升电力密度，使得设计的自由度变广，能够对应各种的被处理体。进而，即使使用细的导线束，也能提升灯丝的刚性，所以能够防止灯丝因本身的重量产生变形的缺失。

另外，当将束线作成为5条以上时，与其他的束线相对的外周面增加，灯丝的平均单位长度相对于质量的表面积变小。因此，通过将束线作成为2～4条，能效率良好地增大表面积并且防止非期望的质量的增加，且可防止电阻值的非期望的降低，并且能够防止因灯丝的自重所引起的变形。

另外，对应于被处理体的外周缘侧的区域所配置的各自的灯丝，与对应于被处理体的中央侧的区域所配置的各自的灯丝，通过从灯丝所放射的光的色温度(即灯丝的表面温度)相同，从而能够使被照射于被处理体的光的光谱相同，可使被处理体的全带域的光的吸收均等。

另外，通过采用并列配置有多支白炽灯的光照射式加热处理装置，能够达到被处理体的急速加热及均等加热。

附图说明

图1是并列配置多个本发明的独立供电型的白炽灯所构成的光照射式加热处理装置2的断面图。

图2是从图1所示的光照射式加热处理装置2的纸面上方，经由并列配置的多个白炽灯，观看被处理体的图。

图3是显示在图1所示的光照射式加热处理装置2中使用的白炽灯1的结构的立体图。

图4(a)、(b)是图3所示的灯丝41、42、43的一部分放大图。

图5(a)、(b)是显示图3所示的导线411、412、431、432与内部导线413、414、433、434的连接部的侧面放大图及及从纸面下方观看的连接部的放大图。

图6是与图5的连接部结构不同的图3所示的导线411(412、431、432)与内部导线413(414、433、434)的连接部的放大图。

图7是与图4所示的由束线所构成的灯丝41、43的结构不同的灯丝41、43的一部分放大图。

图8(a)、(b)是对构成图3所示的由束线所构成的灯丝41、43的导线束的适当条数进行显示的灯丝41、43的断面图、及为了进行对比而对作为构成图3所示的由束线所构成的灯丝41、43的导线束的条数的不适当条数进行显示的灯丝41、43的断面图。

图9是省略图2所示的第1灯单元5，从第2灯单元6观看被处理体7的图。

图10是替换图9，省略图2所示的第1灯单元5，从第2灯单元6观看被处理体7，显示分割为与被处理体7的外周缘部对应的区域Y1、与被处理体7的中间部对应的区域Y2、和与中央部对应的区域Y3的情况的第2灯单元的结构的图。

图11是显示在现有技术的发光管内配置多个灯丝，能对各自的灯丝供给可控制的电力的白炽灯的结构的立体图。

图12是比较使总放射能量相同的情况(等同于使电力密度相同)的分光放射能量的图。

图13是显示Si、GaAs、Ge的各波长的透过率的图。

符号说明

1：白炽灯

2：光照射式加热处理装置

3：石英窗

4：室(chamber)

5：第1灯单元

6：第2灯单元

7：被处理体

8：反射镜

9：冷却风单元

10：冷却风供给喷嘴

11：喷出口

12：冷却风排出口

13、14：固定台

15：导电台

16：保持台

17：电源部

18、19：电源供给端口

20：处理台

21：温度测定部

22：温度计

23：温度控制部

24：主控制部

25：工艺气体单元

26：气体供给喷嘴

27：喷出口

28：排出口

30：发光管

31、32：封装部

33、34：密封用绝缘体

41、42、43：灯丝

411、412、421、422、431、432：导线

413、423、433、414、424、434：内部导线

415、416、425、426、435、436：金属箔

417、418、427、428、437、438：外部导线

1k～1t：白炽灯

1a1～1f2：白炽灯

S1：灯单元收容空间

S2：加热处理空间

Z1、Z2：区域

Y1～Y3：区域

具体实施方式

使用图1至图10，说明本发明的一个实施方式。

图1是并列配置有多支本实施方式的独立供电型的白炽灯所构成的光照射式加热处理装置的断面图，图2是从图1所示的光照射式加热处理装置的纸面上方，经由并列配置的多个白炽灯，观看被处理体的图。

如图1所示，此光照射式加热处理装置2是具有利用使光透过的、例如石英玻璃所构成的石英窗3从而分割成灯单元收容空间S1与加热处理空间S2的室4。通过将从配置于灯单元收容空间S1的第1灯单元5及第2灯单元6所放出的光经由石英窗3照射至配置于加热处理空间S2的被处理体7，来实施被处理体7的加热处理。

被收容于灯单元收容空间S1的第1灯单元5与第2灯单元6是以预定的间隔将例如10支的各自的白炽灯1并列配置来构成的。如图2所示，构成第1灯单元5的白炽灯1的管轴方向配置为：相对于构成第2灯单元6的白炽灯1的管轴方向交叉。再者，并非一定需要如图2所示地配设2段的灯单元，也可以是仅具备1段的灯单元的结构。

在第1灯单元5侧的外方(图1的纸面上方)及灯单元5、6的四方的侧面(图1的纸面左右)，配置有反射镜8。反射镜8为例如在由无氧铜所构成的母材上涂布金的构造，未图示的反射剖面具有圆的一部分、楕圆的一部分、抛物线的一部分或平板等的形状。反射镜8将从第1灯单元5及第2灯单元6朝上方照射的光向被处理体7侧反射。即，从第1灯单元5及第2灯单元6所放出的光，直接或由反射镜8反射，对被处理体7进行照射。

在灯单元收容空间S1，来自于冷却风单元9的冷却风，从设置于室4的冷却风供给喷嘴10的喷出口11被导入。被导入至灯单元收容空间S1的冷却风，对第1灯单元5及第2灯单元6的各白炽灯1喷吹，来冷却构成各白炽灯1的发光管。在此，各白炽灯1的封装部，比起其他的部位，耐热性低。因此，冷却风供给喷嘴10的喷出口11，优选与各白炽灯1的封装部相对地配置，优先地冷却各白炽灯1的封装部。

对各白炽灯1喷吹而因热交换成为高温的冷却风，从设置于室4的冷却风排出口12排出。再者，冷却风的流动，考虑为被热交换而成为高温的冷却风不会相反地将各白炽灯1加热。冷却风的风的流动设定为：使反射镜8也同时冷却。再者，在反射镜8由省略图示的水冷机构进行水冷的情况时，也可以不必须设定风的流动来使反射镜8也同时冷却。

另外，因来自于被加热的被处理体7的辐射热，在石英窗3产生蓄热。因从蓄热的石英窗3二次放射的热线，会有被处理体7接受到非期望的加热作用的情况。在此情况下，因被处理体7的温度控制性的冗余度(例如比起设定温度，被处理体7的温度成为更高温的这种的过冲)，蓄热的石英窗3自身的温度的参差不齐所造成的被处理体7的温度均等性降低等的缺失产生。另外，被处理体7的降温速度的提升变得困难。因此，为了抑制这些缺失，优选在石英窗3的附近也设置如图1所示的这样的冷却风供给喷嘴10的喷出口11，通过来自于冷却风单元9的冷却风，来冷却石英窗3。

第1灯单元5的各白炽灯1通过一对第1固定台13、14支承。第1固定台13、14由以导电性构件所形成的导电台15、和以陶瓷等的绝缘构件所形成的保持台16构成。保持台16设置于室4的内壁，来保持导电台15。当将构成第1灯单元5的白炽灯1的支数设为n1，将白炽灯1所具有的灯丝的数量设为ml，对所有的各灯丝独立地供电的情况时，一对第1固定台13、14的组数为n1×m1组。另一方面，第2灯单元6的各白炽灯1通过未图示的第2固定台支承。第2固定台与第1固定台13、14同样地，由未图示的导电台、保持台构成。当将构成第2灯单元6的白炽灯1的支数设为n2、白炽灯1所具有的灯丝的数量设为m2，对所有的各灯丝独立地供电的情况时，一对第2固定台的组数为n2×m2组。

在室4，设有在来自于电源部17的供电装置的供电线上连接的一对电源供给端口18、19。再者，在图1，显示了1组电源供给端口18、19，但对应于白炽灯1的数量、各白炽灯1内的灯丝的数量等，决定电源供给端口的数量。在图1，电源供给端口18、19电性连接于第1灯固定台13、14的导电台15。第1灯固定台13、14的导电台15例如与外部导线电性连接。通过这种结构，能够从电源部17的供电装置对第1灯单元5的1个白炽灯1的灯丝进行供电。再者，关于白炽灯1的其他的灯丝，另外，第1灯单元5的其他的白炽灯1的各灯丝、第2灯单元6的各白炽灯1的各灯丝，也由其他的一对电源供给端口分别进行同样的电性连接。

另外，在加热处理空间S2，设有固定被处理体7的处理台20。例如在被处理体7为半导体晶片的情况时，处理台20优选为由钼、钨、钽这样的高熔点金属材料、碳化硅(SiC)等的陶瓷材料、或石英、硅(Si)所构成的薄板的环状体，且在其圆形开口部的内周部形成有对半导体晶片进行支承的阶差部的护环构造。作为被处理体7的半导体晶片配置为将半导体晶片嵌入于此圆环状的护环(guard ring)的圆形开口部，由上述阶差部支承。处理台20本身也会因光照射而成为高温，辅助性地对相对的半导体晶片的外周缘进行放射加热，来补偿来自于半导体晶片的外周缘的热放射。由此，抑制因来自于半导体晶片的外周缘的热放射等所引起的半导体晶片外周缘部的温度降低。

在设置于处理台20的被处理体7的光照射面的背面侧，接近被处理体7设有温度测定部21。温度测定部21是用来监视被处理体7的温度分布的，对应于被处理体7的尺寸来配置设定其数量。温度测定部21使用例如热电偶、放射温度计等。由温度测定部21监视的温度信息被传送至温度计22。温度计22根据由各温度测定部21所传送的温度信息，算出各温度测定部21的测定地点的温度，并且将所算出的温度信息经由温度控制部23传送至主控制部24。主控制部24根据被处理体7上的各测定地点的温度信息，对温度控制部23送出指令以使被处理体7上的温度在预定的温度下均等。温度控制部23根据此指令，控制从电源部17供给至各白炽灯1的灯丝的电力。例如主控制部24，在从温度控制部23获得某测定地点的温度比预定的温度低的温度信息的情况时，为了使接近该测定地点的灯丝的发光部所放射的光增加，对温度控制部23送出指令以增加对该灯丝线圈的供电量。温度控制部23根据从主控制部24所送出的指令，增加从电源部17供给至连接于该灯丝的电源供给端口18、19的电力。再者，温度控制部23的温度控制是在某预定的温度范围上的微调整用，而不调整对应于后述的被处理体7的中央部的灯丝与对应于外周缘部的灯丝的电力比这种的大的电力差。

主控制部24，在第1及第2灯单元5、6的白炽灯1的点灯中，通过对冷却风单元9送出指令，控制使发光管、石英窗3不会成为高温状态。另外，对应于加热处理的种类，在加热处理空间S2，也可以连接导入和排出工艺气体的工艺气体单元25。例如在进行热氧化工艺的情况，连接向加热处理空间S2导入和排出氧气、及用来清洗加热处理空间S2的清洗气体(例如氮气)的工艺气体单元25。来自于工艺气体单元25的工艺气体、消洗气体从设置于室4的气体供给喷嘴26的喷出口27导入至加热处理空间S2。另外，排气从排出口28进行。

图3是显示在图1所示的光照射式加热处理装置2中使用的白炽灯1的结构的立体图。

如同图所示，白炽灯1，具备例如由石英玻璃等的光透过性材料所构成的直管状的发光管30，在发光管30的两端部，通过熔融圆柱状的密封用绝缘体33、34与发光管30，从而形成被气密地封装的封装部31、32。在发光管30的内部，封入有卤素气体，具有线圈状的灯丝41、42、43的多个灯丝体依次地排列配设于发光管30的管轴方向。

在灯丝41、42、43各自的两端，电性连接有棒状的内部导线413、423、433、414、424、434。内部导线413、423、433、414、424、434沿着发光管30的管轴方向配设，与埋设于封装部31、32的由例如钼所构成的金属箔415、416、(未图示的425，426)、435、436电性连接。从封装部31、32的端部，电性连接于金属箔415、416、(未图示的425、426)、435、436的外部导线417、418、427、428、437、438突出设置着。

灯丝体由沿着管轴方向延伸而卷绕成线圈状的灯丝41、42、43、和连结于灯丝41、42、43的两端的供电用导线411、412、421、422、431、432所构成。各导线411、412、421、422、431、432连结于灯丝41、42、43的端部，朝与管轴正交的方向延伸，并连接于内部导线413、423、433、414、424、434。这样的灯丝体的数量，对应于被处理体的尺寸、物理特性等进行适宜地调整。

各灯丝体安装为各灯丝41、42、43位于发光管30的中心轴上，具体而言，各灯丝41、42、43在发光管30的内部，通过在发光管30的内壁上压接而设置的未图示的环状的锚，支承成不与发光管30的内壁接触。通过设置这样的锚，能够防止下述的缺失产生：即因在发光时成为高温的各灯丝41、42、43与发光管30的内壁接触所造成发光管30失透。

形成于发光管30的两端的封装部31、32通过在将例如由石英玻璃所构成的圆柱状的密封用绝缘体33、34插入并配置到发光管30的内部的状态下，将发光管30的内部减压，以喷灯(burner)等加热发光管30的外周面，从而成为比其他的部位外径变小的收缩构造。在各密封用绝缘体33、34的外周面，大致以等间隔，沿着密封用绝缘体33、34的长度方向，平行地配设有与灯丝体的数量相同数量例如3个金属箔415、(未图示的425)、435、416、(未图示的426)、436。各金属箔415、416、(未图示的425、426)、435、436，为了回避折曲，使用管轴方向的全长比密封用绝缘体33、34小的部件。另外，为了对各灯丝41、42、43进行独立供电，各金属箔415、416、(未图示的425、426)、435、436电性分离地配设。

在封装部31、32，在各灯丝体的各导线411、412、421、422、431、432上连结的各内部导线413、414、423、424、433、434和在未图示的各供电装置上连接的各外部导线417、418、427、428、437、438以连接于各金属箔415、416、(未图示的425、426)、435、436的状态下被固定。各内部导线413、414、423、424、433、434，基端侧埋设于封装部31、32，并且通过例如熔接连接于各金属箔415、416、(未图示的425、426)、435、436的前端侧，朝发光管30内突出的前端侧通过例如熔接等连接于各导线411、412、421、422、431，432。各外部导线417、418、427、428、437、438，前端侧埋设于封装部31、32，并且通过例如熔接等连接于各金属箔415、416、(未图示的425、426)、435、436的基端侧，基端侧从发光管30的外侧朝管轴方向外方突出。再者，以内部导线413、414、423、424、433、434，及金属箔415、416、(未图示的425、426)、435、436，及外部导线417、418、427、428、437、438构成导电性构件。

图4(a)是图3所示的灯丝42的一部分放大图，图4(b)是图3所示的灯丝41、43的一部分放大图。

位于图3所示的白炽灯1的发光管30的两端的灯丝41、43，是将多条(例如4条)如图4(b)所示的单线的导线束进行束集的束线卷绕成线圈状的部件。另外，在位于发光管30的中央部、且由束线所构成的灯丝41与灯丝43之间，配设有如图4(a)所示的将单线卷绕成线圈状的灯丝42。

图5(a)是图3所示的导线411、412、431、432和内部导线413、414、433、434的连接部的侧面放大图，图5(b)是从纸面下方观看图5(a)的连接部的图。

连结于由束线所构成的灯丝41、43的导线411、412、431、432和内部导线413、414、433、434如图5(a)、(b)所示，通过折返内部导线413、414、433、434并将导线411、412、431、432的端部进行铆接来电性连接。在导线411、412、431、432与内部导线413、414、433、434的连接部，如图5(a)、(b)所示，将构成导线411、412、431、432的束线分开，并将多条(例如4条)导线束分别铆接于内部导线413、414、433、434。

图6是结构与图5的连接部不同的图3所示的导线411、412、431、432与内部导线413、414、433、434的连接部的放大图。

也可以代替图5(a)、(b)所示的连接部的结构，如图6所示，由束线所构成的灯丝41、43的导线411、412、431、432与内部导线413、414、433、434的电性连接，保持束集的状态下铆接于内部导线413、414、433、434。

图7是与图4(b)所示的由束线所构成的灯丝41、43的结构不同的灯丝41、43的一部分放大图。

也可以代替图4(b)所示的束线的结构，如图7所示，对由束线所构成的灯丝41、43使用捻线。即，灯丝41、43是将平行地排列导线束而成的束线以例如绞合的方式捻成捻线、并将此捻线卷绕成为线圈状的部件。捻合的束线，比起仅将导线束束集的情况，能够增长灯丝平均单位长度的导线束长度，因此，可增大灯丝的电阻值，提升电力密度，使得设计的自由度变广，能够对应各种的被处理体。另外，因即使使用细的导线束也能提升灯丝的刚性，所以能够防止灯丝因自重产生变形的缺失。

另外，如图7所示，当灯丝41、43使用捻合的束线时，能够增大灯丝41、43的平均单位长度的表面积。例如灯丝41、42、43的平均单位长度的质量相同时，比起由单线所构成的灯丝42的表面积，能够使由捻合的束线所构成的灯丝41、43的表面积变得更大。即，比起由单线所构成的灯丝42、由捻合的束线所构成的灯丝41、43平均单位长度的表面积更大的白炽灯1，比起由单线所构成的灯丝42、由束线所构成的灯丝41、43平均单位长度的额定电力密度更大，从而能够使得由单线所构成的灯丝42的温度(即，从灯丝42所放射的光的色温度)与由捻合的束线所构成的灯丝41、43的温度(即，从灯丝41、43所放射的光的色温度)近似。与此相伴，可使从单线及捻合的束线的灯丝41、42、43所放射的光的光谱近似。

图8(a)是对构成图3所示的由束线所构成的灯丝41、43的导线束的适当条数进行显示的灯丝41、43的断面图，图8(b)是为了与图8(a)进行对比，对作为构成图3所示的由束线所构成的灯丝41、43的导线束的条数的不适当条数进行显示的灯丝41、43的断面图。

如图8(a)所示，通过以2～4条导线束构成束线，能够相对于灯丝平均单位长度的质量，理想地增大与发光管30的内壁相对的灯丝表面的表面积。这是因如图8(b)的比较例所示，当束集5条以上的导线束时，在导线束间相对的表面积增加，所以造成相对于平均单位长度的质量，与发光管30的内壁相对的表面积比2～4条的束线小。即，在使束集5条以上的导线束的白炽灯1与束集2～4条导线束的白炽灯1的与发光管30的内壁相对的表面积相同的情况时，束集5条以上的导线束的白炽灯1，其平均单位长度的质量会变大。当平均单位长度的质量大时，有可能灯丝41、43因自重而产生变形。

另外，当灯丝平均单位长度的质量变大时，意味着灯丝线的总剖面积增加，灯丝的平均单位长度的电阻值变小。由于在相同的电力密度下，电阻值小时，会有大电流流动，所以当质量过度变大时，大电流在灯丝中流动，造成规定值以上的大电流流动于灯封装部的金属箔，使得寿命变短，产生断路不良等的缺失。因此，由束线所构成的灯丝41、43，通过束集2～4条导线束，从而可防止灯丝41、43的变形和非期望的电阻值降低，并且可理想地增加灯丝41、43点灯时的灯丝平均单位长度所放射的放射能量。

即，当使束线的导线束数量为5条以上时，则在导线束间相对的外周面增加，灯丝41、43的相对于平均单位长度的质量的表面积变小，所以，通过使束线的导线束数量为2～4条，从而能够防止灯丝41、43的非期望的质量的增加，能够防止灯丝41、43因自重所引起的变形与非期望的电阻值降低。

图9是省略图2所示的第1灯单元5，从第2灯单元6观看被处理体7的图。

在本发明的光照射式加热处理装置2，当对被处理体7进行加热处理时，分割成与被处理体7的外周缘侧对应的区域(环状区域)Z1和与被处理体7的中央部侧对应的区域(圆状区域)Z2这2个区域，对各区域Z1、Z2，进行各白炽灯1k～1t的点灯控制，使得在被处理体7获得预定的温度分布。本发明的白炽灯1，用于在如图9所示的各区域Z1、Z2的白炽灯1m～1r。即，在外周缘侧的区域Z1，配置有图3所示的白炽灯1的由束线所构成的灯丝41、43，在该中央部的区域Z2，配置有由单线所构成的灯丝42。

在以均等的放射照度，对被处理体7整体照射光的情况时，被处理体7的外周部，由于有来自于端面的放射所产生的热释出，所以比起中央部，温度降低。因此，外周缘部的区域Z1，需要以比中央部的区域Z2更大的放射照度进行照射。因此，对由束线所构成的灯丝41、43，比起由单线所构成的灯丝42，以平均单位长度的电力密度更大的方式进行供电。

由束线所构成的灯丝41、43，比起由单线所构成的灯丝42，灯丝平均单位长度的表面积变大，所以，在相同的灯丝温度下，比起由单线所构成的灯丝42的灯丝平均单位长度所放射的放射能量，来自于由束线所构成的灯丝41、43的灯丝平均单位长度所放射的放射能量变大。通过将灯丝平均单位长度的表面积较大地设定以补偿因来自于被处理体7的端面的放热所引起的温度降低量，从而能够使由单线所构成的灯丝42的温度(即，从灯丝42所放射的光的色温度)与由束线所构成的灯丝41、43的温度(即，从灯丝41、43所放射的光的色温度)近似，也能够使所放射的光的光谱近似。此时，来自于由束线所构成的灯丝41、43的灯丝平均单位长度所放射的放射能量，比起来自于由单线所构成的灯丝42的放射能量大，所以，配置有由束线所构成的灯丝41、43的被处理体7的外周缘部，能以比该中央部更大的放射照度进行加热。由此，能够加热使被处理体7整体成为均等的温度。

并且，通过以束线用来形成对被处理体7的外周缘部进行加热的灯丝41、43，从而即使不增大束线所构成的线圈的内径尺寸，亦可增大表面积，所以，不需要非期望地放大发光管30的内径尺寸。由此，能够密接地配置图2所示的各个白炽灯1，所以，能够提高放射照度，可达到被处理体7的急速加热。

在图1，当白炽灯1点灯时，主控制部24依据通过温度计22所获得的被处理体7上的各测定地点的温度信息，将指令传送至温度控制部23，使被处理体7上的温度在预定的温度上均等。详细地，为了使被处理体7的中央部与外周缘部的温度变成均等，可对供给至分割成为2个的各区域Z1、Z2的各灯丝的电能进行微调整。在温度控制部23，可预先设定成为到达目标的温度信息。

在本发明的白炽灯1，与外周缘部的区域Z1对应的各白炽灯1m～1r的由束线所构成的各灯丝41、43的平均单位长度的放射能量变成相等，并且光谱也成为相同。另外，与中央部的区域Z2对应的各白炽灯1m～1r的由单线所构成的各灯丝42的平均单位长度的放射能量变成相等，并且光谱也成为相同。进而，能够使区域Z1的各灯丝的电力密度比区域Z2的各灯丝的电力密度大，并且使光谱相同。因此，可设定放射照度，使得在将被处理体7的外周缘部与中央部的光的吸收率保持成相同的状态下，外周缘部的放射照度变得比中央部强，可加热使被处理体7的表面的温度分布形成为均等。

本发明的白炽灯1由1个发光管30、设置于发光管30的内部且被独立地供电的至少3个的灯丝41、42、43所构成，灯丝41、42、43的至少1个由单线所构成，并且至少2个由束线所构成，由束线所构成的灯丝41、43之间，设有至少1个由单线所构成的灯丝42，比起由单线所构成的灯丝42的额定电力密度，由束线所构成的灯丝41、43的额定电力密度较高。其结果，因为使由束线所构成的灯丝41、43的平均单位长度的表面积比由单线所构成的灯丝42更大，所以，即使为高电力密度，也能使灯丝温度与单线的灯丝42相同。

即，比起由单线所构成的灯丝42，由束线所构成的灯丝41、43的平均单位长度的表面积较大的白炽灯1，通过比起由单线所构成的灯丝42，使由束线所构成的灯丝41、43的平均单位长度的额定电力密度与表面积的比率同等量地增大，从而可使由单线所构成的灯丝42的温度(即，灯丝42所放射的光的色温度)与由束线所构成的灯丝41、43的温度(即，灯丝41、43所放射的光的色温度)近似。与此相伴，可使单线及束线的灯丝41、42、43所放射的光的光谱近似。

在本发明的光照射式加热处理装置2，因为在内部并列配置多支白炽灯1，所以，能够实现被处理体7的急速加热及均等加热。进而，在属于灯单元5、6的所有的灯丝的温度(即，灯丝所放射的光的色温度)变成均等的预定的条件下，属于灯单元5、6的所有的白炽灯1被点灯驱动。因此，与外周缘部的区域Z1对应的各白炽灯1k～1t的由束线所构成的灯丝41、43、44、45，平均单位长度的放射能量变得相等，并且光谱也成为相等。另外，与中央部的区域Z2对应的各白炽灯1m～1r的由单线所构成的灯丝42，平均单位长度的放射能量变得相等，并且光谱也成为相等。进而，可使区域Z1的各灯丝的电力密度比区域Z2的各灯丝的电力密度大，并且能使光谱相同。因此，在将被处理体7的外周缘部与中央部的光的吸收率保持成相同的状态下，外周缘部的放射照度比起中央部强，能够加热被处理体7使被处理体7的表面的温度分布成为均等。

图10是代替图9，省略图2所示的第1灯单元5，从第2灯单元6观看被处理体7的图，显示被处理体7的加热区域分割成对应于外周缘部的区域(环状区域)Y1、对应于被处理体7的中间部的区域(环状区域)Y2、和对应于中央部的区域(圆状区域)Y3的情况的第2灯单元。

此灯单元显示，白炽灯1的灯丝为仅由束线所构成的白炽灯1a1～1a3、1e1～1f2，白炽灯1的灯丝为在1个束线与1个束线之间配置有单线的白炽灯1a4～1a5、1e3～1e4，以及白炽灯1的灯丝为在1个束线与1个束线之间配置有3个单线的白炽灯1b1～1e2。

在被处理体7的尺寸大的情况时，在中央部与外周缘部的2个区域，会有温度的均等度的精度不足的情况。其原因可以考虑到例如导入至加热处理空间S2的工艺气体的流动的影响(气体流速分布、气体的温度等)在被处理体上的部位的参差不齐、伴随着被处理体7的大型化而大型化的石英窗3的冷却的参差不齐所产生的石英窗3的蓄热的位置的参差不齐等。当具有上述这种参差不齐的因素时，产生进一步将被处理体7的中央部分割、进行温度微调整的需要。

图10是被处理体7特别大的情况时，除了中央部与外周缘部外，在其中间设置中间部，做成3个的同心圆状的区域Y1、Y2、Y3的情况的一例。如此，通过将中央部进一步分割，设置中间部的区域Y2，能够进行在被处理体7大的情况时所必要的温度均等度的微调整。排列于中央部的白炽灯1b1～1e2，在其内部配设5个灯丝，其外侧的中间部的白炽灯1a4～1a5、1e3～1e4配设有3个灯丝，对应于外周缘部的白炽灯1a1～1a3、1e1～1f2配设有1个灯丝。在此情况时，配设有5个灯丝的白炽灯，其中央的3个灯丝由通常的单线的灯丝所构成，两端的2个灯丝由束线所构成。如以上所述这样，中央部与中间部是为了进行温度的微调整而被分割的区域Y2、Y3，进行微调整所必要的电力差为数％左右，所以，不需要对应于中央部的灯丝与对应于外周缘部的灯丝的电力比这样的大的电力差。因此，对应于中央部的灯丝和对应于中间部的灯丝都作为由单线所构成的灯丝来构成，微调整从电源部所供给的电力，从而不会大幅改变从灯丝所放射的光的色温度，能够进行充分的温度的微调整。

Claims (4)

1.一种白炽灯，在形成有封装部的发光管的内部，在线圈状的灯丝的两端连结对该灯丝供给电力的一对导线而构成的多个灯丝体，配设为各自的灯丝沿着发光管的管轴延伸，各自的导线对在封装部配设的各自的导电性构件进行电性连接，其特征在于，

上述灯丝体具有由单线所构成的灯丝、和由束线所构成的灯丝，

在由单线所构成的灯丝的两端，连接有由束线所构成的灯丝。

2.如权利要求1所记载的白炽灯，其特征在于，

上述束线被捻合。

3.如权利要求1所记载的白炽灯，其特征在于，

上述束线由2至4条导线束所构成。

4.一种光照射式加热处理装置，其特征在于，

并列配置有多支权利要求1所记载的白炽灯。

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