JP4682953B2 - フィラメントランプおよび光照射式加熱処理装置 - Google Patents
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Description
このような光照射式の加熱処理装置によれば、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ると共に、光照射を停止することにより、被処理体を急速に冷却(降温)させることが可能である。
このような問題を解決するために、半導体ウエハの周辺部の表面における放射照度を半導体ウエハの中央部の表面における放射照度よりも大きくなるように光照射することによって、半導体ウエハの側面等からの熱放射による温度低下を補償して半導体ウエハにおける温度分布を均一にすることが行われている。
このような特定領域においては、他の領域と同一の放射照度となるように光照射した場合であっても、温度上昇速度に差異が生じることがあり、特定領域の温度とその他の領域の温度とは必ずしも一致しない。
従って、上記従来の加熱処理装置30においては、被処理体Wの処理温度に不所望な温度分布が生じることになり、被処理体W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。
このような加熱処理装置40によれば、被処理体Wの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されており、これにより、被処理体Wの温度状態を均一にすることが可能である、とされている。
すなわち、各ゾーンに対応する、第1のランプユニット42および第2のランプユニット46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の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)するため、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、このような加熱処理装置40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30は、フィラメントランプの一例における構成の概略を示す説明用斜視図である。 このフィラメントランプ50は、両端が気密に封止された直管状の発光管51を備えてなり、この発光管51内には、各々コイル状のフィラメントとフィラメントに給電するためのリードとからなるフィラメント体53A,53Bの複数(図30においては2個)が、フィラメントが発光管51の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配置されている。
また、他方のフィラメント体53Bにおけるフィラメント54Bの一端に連結される一端側のリード56Bは、発光管51の一端側の封止部52Aに埋設された金属箔57Bを介して外部リード58Bに電気的に接続されており、また、他方のフィラメント体53Bにおけるフィラメント54Bの他端に連結される他端側のリード55Bは、絶縁体61に形成された貫通穴62B内を挿通されて発光管51の他端側の封止部52Bに埋設された金属箔57Cを介して外部リード58Cに電気的に接続されている。他端側リード55Bにおける一方のフィラメント体53Aのフィラメント54Aと対向する部分には、絶縁管60Bが設けられている。
63Aおよび63Bは給電装置であって、一方の給電装置63Aは外部リード58A,58Dを介して一方のフィラメント体53Aに接続されていると共に、他方の給電装置63Bは外部リード58B,58Cを介して他方のフィラメント体53Bに接続されており、これにより、各フィラメント体53A,53Bにおけるフィラメント54A,54Bに個別に給電可能とされている。
また、59は、発光管51の内壁と絶縁管60A,60Bとの間の位置において、発光管51の管軸方向に並設された環状のアンカーであって、各フィラメント54A,54Bは、それぞれ、例えば3個のアンカーによって発光管51と接触しないよう支持されている。
従って、このような光照射式加熱処理装置によれば、複数のフィラメント54A,54Bに対して個別に給電できて各フィラメント54A,54Bの発光等の制御を個別に行うことができることから、例えば平板状の被処理体上における特定領域が被処理体の形状に対し非対称である場合においても、当該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結果、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被処理体の形状に対して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、従って、被処理体における被照射面の全体にわたって、均一な温度分布を実現することができる。
さらに、例えば特許文献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の加熱処理装置と比較したとき、光照射式の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。
単に、フィラメント54A,54Bに対して高い電力を投入した場合には、フィラメント54A,54Bが過剰に高温となって溶断してしまうおそれがあるため、素線径の大きいフィラメント構成材をコイル状に巻回することによりフィラメント54A,54Bを構成することが必要であると共に、フィラメント54A,54Bの抵抗はフィラメント構成材の断面積に反比例するので、フィラメント54A,54Bの抵抗が小さくなるのを避けるためには、太径のフィラメント構成材の素線径を大きくする場合には、フィラメント構成材の全長を十分に確保する必要がある。
しかし、フィラメント54A,54Bの軸方向の長さにはその構成上制約があるため、長いフィラメント構成材を使用しながら、フィラメント54A,54Bの軸方向長さを所定の長さにおさめるためには、フィラメント54A,54Bの巻径を大きくせざるを得ない。
また、本発明の他の目的は、上記フィラメントランプを備え、被処理体を均一に加熱することができるとともに、小型化することが可能な光照射式加熱処理装置を提供することにある。
各リードは、フィラメントコイルのコイル軸方向に伸び、その一端が封止部に支持されたリード本体部と、このリード本体部の他端に連続する鉤状部とを有し、
鉤状部は、フィラメントコイルのコイル軸方向に直交する方向に伸びる径方向部と、フィラメントコイルのコイル軸方向に伸びるフィラメント連結部とを有し、
フィラメント連結部がフィラメントコイルの端部における内部空間内に挿入されて外周面がフィラメントコイルの内面に当接状態で配置されると共に径方向部がフィラメントコイルのコイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態で径方向外方に突出して伸びるよう係止され、フィラメントコイルとリードとが連結されており、
隣接するフィラメントコイルの間の位置には、リードの鉤状部の一部が係合される被係合部による位置決め機構が形成された板状の支持部材が配設されており、この支持部材によって支持されることによりフィラメントコイルが発光管に対して位置決めされていることを特徴とする。
しかも、フィラメント連結部がフィラメントコイルの内部空間内に挿入されて当接状態で配置されると共に径方向部がコイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態とされてフィラメントとリードとが連結されていることにより、フィラメントの軸方向に対する変位およびフィラメントの径方向に対する変位が規制された状態とされるので、素線径およびコイル巻き径が大きいフィラメントとリードとを連結させる場合であっても、リードの線径をフィラメントの内径に適合するよう大きくすることなしに両者を確実に連結することができ、従って、大電力をフィラメントに投入することができる構成のものでありながら、隣接するフィラメント間で短絡が生じることを確実に防止することができる。
また、フィラメントランプの輸送時あるいは使用時において、フィラメントとリードの連結部位に衝撃が加わった場合であっても、フィラメントがリードから脱落するおそれがない。
しかも、各フィラメントランプそれ自体の特性により、大電力をフィラメントに投入することができるので、更なる歩留まりおよび品質の向上を図ることができる。
図1は、本発明のフィラメントランプの一例における構成の概略を示す説明用斜視図、図2は、複数のフィラメント体の配置パターンおよび構成を簡略化して示す説明図である。
このフィラメントランプ10は、両端部が溶着されて封止部12a,12bが形成された、例えば石英ガラスなどの光透過性材料からなる直管状の発光管11を備えてなり、この発光管11の内部には、複数例えば3つのフィラメント体14,15,16が発光管11の管軸方向に並列状態で配設されていると共にハロゲンガスが封入されている。
鉤状部140aは、リード本体部142aに連続してリード本体部142aに直交する方向に伸びるよう折り曲げられた径方向部143aと、この径方向部143aに連続する、コイル軸がリード本体部142aと並行して伸びるコイル状のフィラメント連結部141aと、このフィラメント連結部141aに連続してそのコイル軸方向に直交する方向に伸び、先端部がコイル軸方向に伸びるよう折り曲げられたL字状部144aとにより構成されている。
フィラメント連結部141aは、フィラメントコイル14bのコイル内径に適合する外径を有する。
また、リード14cについても同様に、フィラメント連結部141cがフィラメントコイル14bの内部に当接状態で配置されると共に、径方向部143cがフィラメントコイル14bのコイルピッチ間隙においてフィラメントコイル14bの径方向外方に突出するよう当該コイルピッチ間隙に係るコイル部分に挟まれた状態とされ、これにより、リード14cとフィラメントコイル14bとの連結が達成されている。
これらの切欠き部は、例えば切欠き部191と194、192と195、193と196の対が、支持部材19bの中心を通る仮想線の略同一線上に位置されている。
また、他の支持部材19a,19c,19dも、支持部材19bと同一の構成を有する。
フィラメント体14の他端側のリード14aは、発光管11の他端側の封止部12aに気密に埋設された金属箔13aを介して外部リード18aに電気的に接続されている。また、一端側のリード14cは、支持部材19c,19dにおけるリードの鉤状部の位置決めに寄与しない切り欠き部内を挿通されて発光管11の管軸に沿って伸び、発光管11の一端側の封止部12bに気密に埋設された金属箔13dを介して外部リード18dに電気的に接続されている。
フィラメント体15の他端側のリード15aは、支持部材19aにおけるリードの鉤状部の位置決めに寄与しない切り欠き部内を挿通されて発光管11の管軸に沿って伸び、発光管11の他端側の封止部12aに気密に埋設された金属箔13bを介して外部リード18bに電気的に接続されている。また、一端側のリード15cは、支持部材19dにおけるリードの鉤状部の位置決めに寄与しない切り欠き部内を挿通されて発光管11の管軸に沿って伸び、発光管11の一端側の封止部12bに気密に埋設された金属箔13eを介して外部リード18eに電気的に接続されている。
フィラメント体16の他端側のリード16aは、支持部材19bの切欠き部195内および支持部材19aにおけるリードの鉤状部の位置決めに寄与しない切欠き部内を挿通されて発光管11の管軸に沿って伸び、発光管11の他端側の封止部12aに気密に埋設された金属箔13cを介して外部リード18cに電気的に接続されている。
フィラメント体16の一端側のリード16cは、発光管11の一端側の封止部12bに気密に埋設された金属箔13fを介して外部リード18fに電気的に接続されている。
具体的には、図2に示すように、フィラメント体14における一端側のリード14cには、フィラメント体15のフィラメントコイル15bおよびフィラメント体16のフィラメントコイル16bと対向する箇所に、絶縁管25c,25eが設けられている。
また、フィラメント体15における一端側のリード15cには、フィラメント体16のフィラメントコイル16bと対向する箇所に、絶縁管25fが設けられており、他端側のリード15aには、フィラメント体14のフィラメントコイル14bと対向する箇所に、絶縁管25aが設けられている。
さらに、フィラメント体16における他端側のリード16aには、フィラメント体14のフィラメントコイル14bおよびフィラメント体15のフィラメントコイル15bと対向する箇所に、絶縁管25b,25dが設けられている。
アンカー17は、フィラメントランプ10を作製するに際して、複数のフィラメント体を発光管11内に容易に挿入して配設することができる程度の弾性を有する。
例えば、上記フィラメントランプ10の下方に被照射体を設置し、フィラメント体14におけるフィラメントコイル14b直下の被処理体上の放射照度を、フィラメント体15におけるフィラメントコイル15b直下の被処理体上の放射照度よりも大きくする必要がある場合には、給電装置7aからフィラメント体14に給電する電力を、給電装置7bからフィラメント体15に給電する電力より大きくなるよう、可変電源である給電装置7aを調整すればよい。
具体的には、例えば、フィラメントコイル14b,15b,16bから放射された光が、図1の下方に設置された被処理体を照射する場合、フィラメントコイル14bから放射される光の一部がリード15a,リード16aにより遮光されないように、支持部材19a,19bに設けられた位置決め機構を構成する切欠き部のうち、リード15a,リード16aの通過部として機能している切欠き部の位置が決定される。また、フィラメントコイル15bから放射される光の一部がリード14c,リード16aにより遮光されないように、支持部材19b,19cに設けられた位置決め部である切欠き部のうち、リード14c,リード16aの通過部として機能している切欠き部の位置が決定される。さらに、フィラメントコイル16bから放射される光の一部がリード14c,リード15cにより遮光されないように、支持部材19c,19dに設けられた位置決め部である切欠き部のうち、リード14c,リード15cの通過部として機能している切欠き部の位置が決定される。
このように構成することにより、一のフィラメントから放射された光の一部が、他のフィラメントのリードおよび絶縁管によって遮光されることを防止することができる。
しかも、リード14a,14cにおけるフィラメント連結部141a、141cがフィラメントコイル14bの内部空間内に挿入されて当接状態で配置されると共に鉤状部140a,140cがコイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態とされてフィラメントコイル14bとリード14a,14cとが連結されていることにより、フィラメントコイル14bの軸方向に対する変位およびフィラメントコイル14bの径方向に対する変位が規制された状態とされるので、素線径およびコイル巻き径が大きいフィラメントコイル14bとリード14a,14cとを連結させる場合であっても、リード14a,14cの線径をフィラメントコイル14bの内径に適合するよう大きくすることなしに両者を確実に連結することができる。例えば素線径が0.5mm、コイル巻き径が4.3mmであるフィラメントコイルと、線径が0.8mmであるリードとであっても、両者を確実に連結することができる。 また、フィラメントコイル15b,16bについても同様である。
従って、例えば4kW以上もの大電力をフィラメントコイル14b,15b,16bに投入することができて各フィラメントコイル14b,15b,16bを所期の発熱状態となるよう急速に立ち上げることができる構成のものでありながら、ランプ点灯時に高温状態となるフィラメントの熱的影響を受けてリードの外周を被覆している絶縁管25a,25b,25c,25d,25e,25fが溶融することがないよう十分な大きさの間隔を確保した状態で、各フィラメント体14,15,16を発光管11内に配設することができるので、隣接するフィラメント間で短絡が生じることを確実に防止することができる。
また、フィラメント体15,16についても、それぞれ、支持部材19b,19c,19dによって支持されていることにより、フィラメントコイル15b,16bの周方向の変位(移動)が規制されるので、フィラメント体15,16の位置決めを一層確実に行うことができる。
従って、各フィラメントコイル14b,15b,16bを発光管11内の所望の位置に高精度にかつ容易に配置することができると共に、各フィラメントコイル14b,15b,16bの位置が重力等の影響によって経時的に変位することを防止することができて長期間の間にわたって所期の性能を確実に維持することができる。
また、フィラメントコイル14b,15b,16bが断線するなどの不測の事態によってフィランメントランプの構成部材の一部を交換する必要が生じた場合においても、発光管11内に各フィラメントコイル14b,15b,16bを高い再現性で高精度に配置することができるため、例えばフィラメント体の交換前後における被処理体の表面上での放射照度分布の再現性を確保することができ、被処理体に対する適正な処理を行うことができる。
このリード14cは、リード本体部142cと、リード本体部142cに連続してリード本体部142cに直交する方向に伸びるよう折り曲げられた径方向部143c、この径方向部143cに連続する、コイル軸がリード本体部142cと並行に伸びるコイル状のフィラメント連結部141c、このフィラメント連結部141cに連続して一端側に傾斜しながらコイル軸方向に直交する方向に伸びる傾斜部145cおよびこの傾斜部145cに連続して先端部がコイル軸方向に伸びるよう折り曲げられたコ字状部146cからなる鉤状部140cとにより構成されており、径方向部143cの一端縁とコ字状部146cの一端縁とが同一線上に位置された状態とされている。
然るに、リード14が上記のような構成とされていることにより、図6を参照して説明すると、鉤状部140cを支持部材19bの所定の切欠き部196に係合させると共にリード本体部142cを当該切欠き部196と対をなす切欠き部193内に挿通させた際に、フィラメント連結部141cを支持部材19bの開口197内に配置することができるので、フィラメント連結部141cを支持部材19bの開口197外に配置した場合に比して、フィラメントランプ10の軸方向における照度分布を均一な状態とすることができる。
図8は、本発明の第2実施形態に係るフィラメントランプの一構成例におけるフィラメント体の構成を示す正面図、図9は、図8に示すフィラメント体におけるリードの構成を示す説明図であって、(A)正面図、(B)側面図であり、図10は、フィラメント体のリードとフィラメントとの連結部を示す拡大断面図である。
リード14cは、フィラメントコイル14bのコイル軸方向に伸びる線状のリード本体部142cと、このリード本体部142cに連続してリード本体部142cに直交する方向(フィラメントコイル14bのコイル軸に直交する方向)に伸びる径方向部143cおよびこの径方向部143cに接合された、フィラメントコイル14bのコイル軸方向に伸びる円板状のフィラメント連結部141cを有し、径方向部143cの先端部がコイル軸方向外方に向かって伸びるよう折り曲げられた鉤状部140cとにより構成されている。 また、リード14aについても、リード14cと同一の構成を有し、図8において、便宜上、リード14cと同一の構成部材には「c」を「a」に替えて同一の符号が付してある。
また、リード14aについても同様に、フィラメント連結部141aがフィラメントコイル14bの内部に当接状態で配置されると共に、鉤状部140aの径方向部143aがフィラメントコイル14bのコイルピッチ間隙においてフィラメントコイル14bの径方向外方に突出するよう当該コイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態とされ、これにより、リード14aとフィラメントコイル14bとの連結が達成されている。
また、他端側のリード14aにおける鉤状部140aが支持部材19aに対して同様に取り付けられており、これにより、フィラメント体14が発光管11に対して位置決めされた状態で支持される(図1参照)。
すなわち、フィラメント連結部141cを支持部材19bの開口197内に配置することにより、フィラメントランプ10の管軸方向において、光が放射されない領域(デッドゾーン)が支持部材19bの厚み相当の長さのみで済むことから、被処理物体上での照度分布への悪影響を最小限とすることができる。フィラメントコイル14bにおいて、フィラメント連結部141aに巻き付いている部分は、フィラメント連結部への熱伝導のためフィラメントの温度が上がらないという理由により、発光しないからである。
また、支持部材19bに開口部197が設けられていることにより、支持部材19bとフィラメントコイル14bとの間隔を大きくすることが可能となり、支持部材19bの熱的負荷を軽減することができる、という利点もある。
なお、以上においては、一のフィラメント体に着目して説明したが、他のフィラメント体についても、同様の効果が奏されることはいうまでもない。
図13は、本発明の第3実施形態に係るフィラメントランプの一構成例におけるフィラメント体の構成を示す正面図、図14は、図13に示すフィラメント体におけるリードとフィラメントとの連結部を示す拡大断面図である。
リード14aは、フィラメントコイル14bのコイル軸方向に伸びる線状のリード本体部142aと、このリード本体部142aに連続してリード本体部142aに直交する方向(フィラメントコイル14bのコイル軸方向に直交する方向)に伸びる径方向部143aおよびこの径方向部143aに接合された、フィラメントコイル14bのコイル軸方向に伸びる棒状のフィラメント連結部141aを有し、径方向部143aの先端部がコイル軸方向外方に伸びるよう折り曲げられた鉤状部140aとにより構成されている。
また、リード14cについても、リード14aと同一の構成を有し、図13において、便宜上、リード14aと同一の構成部材には「a」を「c」に替えて同一の符号が付してある。
また、リード14cについても同様に、フィラメント連結部141cがフィラメントコイル14bの内部空間内に挿入されて外周面がフィラメントコイル14bの内面に当接状態で配置されると共に、鉤状部140cの径方向部143cがフィラメントコイル14bのコイルピッチ間隙においてフィラメントコイル14bの径方向外方に突出するよう当該コイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態とされ、これにより、リード14cとフィラメントコイル14bとの連結が達成されている。
このリード14aは、図16(B)に示すように、フィラメント連結部構成材21の溝部148aにリード構成材20の径方向部143aが配置され、平面部147aと溝部148aとの境界部Eにおいて、径方向部143aとフィラメント連結部構成材21とが例えば溶接により接合されて、構成されている。フィラメント連結部構成材21における平面部147aに溝部148aが形成されていることにより、フィラメント連結部141aを径方向部143aに容易に接合することができる。
図17は、本発明の第4実施形態に係るフィラメントランプの一例におけるフィラメント体を構成するリードの構成を示す(A)正面図、(B)リードの作製方法を示す説明図である。
このリード14aは、線状のリード本体部142aと、このリード本体部142aに直交する方向(フィラメントコイル14bのコイル軸に直交する方向)に伸びる径方向部143aおよびこの径方向部143aと一体に成形された、リード本体部142aと並行に伸びる棒状のフィラメント連結部141aを有し、径方向部143aの先端部がリード本体142aと並行に伸びるよう折り曲げられた鉤状部140aとにより構成されている。 このリード14aは、リード本体部構成材22の一端部に、例えば金型法により作製された断面形状がF字状の鉤状部構成材23における径方向部分の基端部が当接された状態において、リード本体部構成材22と鉤状部構成材23とを例えば溶接することにより接合し、これにより、得ることができる。ここに、リード本体部構成材22と鉤状部構成材23との溶接部Wpは、フィラメント連結部141aと十分に離間した位置に形成されている。
2以上の構成部材が溶接により接合されてリード14aが形成されているという構成上、溶接部Wpは、溶接されていない箇所に比べて、高温状態となった際の熱的ストレスによって破壊されやすく、特に、ランプ点灯時においては、フィラメント連結部141aが高温状態になりやすい。
然るに、溶接部Wpがフィラメント連結部141aと十分に離間した位置に形成されていることにより、ランプ点灯時に過剰に高温状態となることを防止することができるので、熱的ストレスによって破壊されることを防止することができる。
図18は、本発明の第5実施形態に係るフィラメントランプの一例におけるフィラメント体の構成を示す正面図、図19は、図18に示すフィラメント体の側面図、図20は、図18に示すフィラメント体におけるフィラメントコイルとリードとの連結部を示す拡大断面図である。
このフィラメント体14は、フィラメントコイル14bとこのフィラメントコイル14bの他端部に連結された給電用のリード14aおよびフィラメントコイル14bの一端部に連結されたリード14cとにより構成されている。
鉤状部140aは、リード本体部142aに連続してリード本体部142aに直交する方向に伸びるよう折り曲げられた径方向部143aと、この径方向143aに連続して、全体がフィラメントコイル14bのコイル軸方向に伸びるよう形成されたフィラメント連結部141aと、このフィラメント連結部141aに連続してそのコイル軸方向に直交する方向に伸び、先端部がコイル軸方向に伸びるよう折り曲げられたL字状部144aとにより構成されている。
フィラメント連結部141aは、フィラメントコイル14bのコイル内径に適合する外径を有する弧状湾曲部149aを有する。
また、リード14cについても、リード14aと同一の構成を有し、図18において、便宜上、リード14aと同一の構成部材には「a」を「c」に替えて同一の符号が付してある。
また、リード14cについても同様に、フィラメント連結部141cがフィラメントコイル14bの内部に当接状態で配置されると共に、鉤状部140cの径方向部143cおよびL字状部144cがフィラメントコイル14bのコイルピッチ間隙においてフィラメントコイル14bの径方向外方に突出するよう当該コイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態とされ、これにより、リード14cとフィラメントコイル14bとの連結が達成されている。
例えば上記第1実施形態〜第5実施形態に係るフィラメントランプは、隣接するフィラメント間の位置に板状の支持部材が配設された構成のものについて説明したが、フィラメントコイルがリードによって特定の支持構造で連結されていれば、図21に示すように、支持部材を有さない構成とすることができる。図21において、25は絶縁管である。
このような構成のフィラメントランプにおいては、各フィラメント体におけるリードは、例えば図22乃至図24に示すような構成のものを用いることができる。具体的には、このフィラメント体14におけるリード14a (14c)は、1本の線条材により形成されており、連結されるフィラメント14bのコイル軸方向に伸びるコイル状のフィラメント連結部141a(141c)と、このフィラメント連結部141a(141c)の一端部に連続してフィラメント連結部141a(141c)のコイル軸方向に直交する方向に伸びる径方向部143a(143c)と、この径方向部143a(143c)に連続してフィラメント連結部141a(141c)のコイル軸方向に伸びる線状のリード本体部142a(142c)とにより構成されている。 このフィラメント体14においては、フィラメントコイル14bの他端部をリード14aの径方向部143aに対して捩じ込むことにより、フィラメント連結部141aがフィラメントコイル14bの他端部における内部空間内に挿入されてその外周面がフィラメントコイル14bの内面に当接状態で配置されると共に、径方向部143aがフィラメントコイル14bのコイルピッチ間隙においてフィラメントコイル14bの径方向外方に突出するよう当該コイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態とされ、これにより、リード14aとフィラメントコイル14bとの連結が達成されている。
また、一端側のリード14cについても同様にして、リード14cとフィラメントコイル14bとの連結が達成されている。
このような構成のフィラメント体を備えてなるフィラメントランプにおいても、上記のものと同様の実用上十分な効果が得られる。
さらに、封止部に気密に埋設される導電性部材は、金属箔に限らず、板状体、棒状体等のものであってもよい。
図25は、本発明の光照射式加熱処理装置の一例における構成の概略を示す正面断面図、図26は、図25に示す光照射式加熱処理装置の光源部を構成する第1のランプユニットおよび第2のランプユニットにおける、フィラメントランプの配列例を示す平面図である。
この光照射式加熱処理装置100は、内部空間が例えば石英からなる窓板4によって上下に区画されてランプユニット収容空間S1および加熱処理空間S2が形成されたチャンバ300を備えている。
第1のランプユニット200Aを構成する各フィラメントランプ10と、第2のランプユニット200Bを構成する各フィラメントランプ10とは、ランプ中心軸が互いに交差する状態とされている。
反射鏡201は、例えば無酸素銅からなる母材に金がコートされてなるものであり、反射断面が、例えば円の一部、楕円の一部、放物線の一部または平板状などから選ばれる形状を有する。
第1の固定台650,651は導電性部材からなる導電台66と、セラミックス等の絶縁部材からなる保持台67とにより構成されており、保持台67は、チャンバ300の内壁に設けられており、導電台66を保持している。
第1のランプユニット200Aを構成するフィラメントランプ10の本数をn1、フィラメントランプ10が有するフィラメント体の個数をm1とするとき、各フィラメント体全てに独立に電力が供給される構成とされている場合には、n1×m1組の、一対の第1の固定台650、651が必要とされる。
第2のランプユニット200Bを構成するフィラメントランプ10の本数をn2、フィラメントランプ10が有するフィラメント体の個数をm2とするとき、各フィラメント全てに独立に電力が供給される構成とされている場合には、n2×m2組の、一対の第2の固定台が必要とされる。
この実施例においては、電源供給ポート71は、第1のランプ固定台650の導電台66と電気的に接続されており、この第1のランプ固定台650の導電台66は、例えばフィラメントコイル14bにリード14aを介して接続された外部リード18a(図1参照)と電気的に接続されている。
また、電源供給ポート72は、第1のランプ固定台651の導電台66と電気的に接続されており、この第1のランプ固定台651の導電台66は、例えば、フィラメントコイル14bにリード14cを介して外部リード18d(図1参照)と電気的に接続されている。
これにより、電源部7における給電装置7aに対して、第1のランプユニット200Aにおける1つのフィラメントランプ10のフィラメント体14が電気的に接続される。また、このフィラメントランプ10の他のフィラメント15b,16bについても、他の一対の電源供給ポート71、72より、各々、給電装置に対して同様の電気的接続がなされる。
そして、第1のランプユニット200Aを構成する他のフィラメントランプ10の各フィラメントおよび第2のランプユニット200Bを構成する各フィラメントランプ10の各フィラメントについても、各々、給電装置に対して同様の電気的接続がなされる。
このような構成とされていることにより、各フィラメント体におけるフィラメントを選択的に発光させることにより、あるいは各フィラメント体への供給電力の大きさを個別に調整することにより、被処理体W上の放射照度分布を任意に、かつ、高精度に設定することができる。
具体的には、チャンバ300の外部に設けられた冷却風ユニット8からの冷却風がチャンバ300に設けられた冷却風供給ノズル81の吹出し口82を介してランプユニット収容空間S1に導入され、当該冷却風が第1のランプユニット200Aおよび第2のランプユニット200Bにおける各フィラメントランプ10に吹き付けられることにより、各フィラメントランプ10における発光管11が冷却され、その後、熱交換により高温になった冷却風がチャンバ300に形成された冷却風排出口83から外部に排出される。
なお、ランプユニット収容空間S1に導入される冷却風の流れは、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10を加熱しないよう、また、反射鏡201も同時に冷却するよう、設定されている。また、反射鏡201が図示を省略した水冷機構により水冷される構成のものである場合には、必ずしも反射鏡201も同時に冷却されるように冷却風の流れが設定されていなくともよい。
処理台5は、例えば被処理体Wが半導体ウエハである場合には、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)などのセラミック材料、または石英、シリコン(Si)からなる薄板の環状体であって、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なるガードリング構造のものにより構成されていることが好ましい。
処理台5は、処理台5それ自体も光照射によって高温とされるので、対面する半導体ウエハの外周縁が補助的に放射加熱され、これにより、半導体ウエハの外周縁からの熱放射などに起因する半導体ウエハの周縁部の温度低下が補償される。
主制御部3は、被処理体W上の各測定地点における温度情報に基づいて、被処理体W上の温度が所定の温度で均一な分布状態となるように指令を温度制御部92に送出する機能を有する。
温度制御部92は、主制御部3からの指令に基づいて、電源部7からの各フィラメントランプのフィラメントコイルに供給される電力の大きさを制御する機能を有する。
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800が接続される。
プロセスガスユニット800からのプロセスガス、パージガスはチャンバ300に設けられたガス供給ノズル84の吹出し口85を介して加熱処理空間S2内に導入されると共に排出口86を介して外部に排出される。
また、光照射式加熱処理装置100の高さ方向における、ランプユニットの配設スペースも小さくて済むため、光照射式加熱処理装置100を小型化することができる。
各フィラメントランプは、リードにおけるフィラメント連結部がフィラメントコイルの内部空間内に挿入されて当接状態で配置されると共に鉤状部がコイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態とされてフィラメントコイルとリードとが連結されていることにより、フィラメントコイルの軸方向に対する変位およびフィラメントコイルの径方向に対する変位が規制された状態とされるので、素線径およびコイル巻き径が大きいフィラメントコイルとリードとを連結させる場合であっても、リードの線径をフィラメントコイルの内径に適合するよう大きくすることなしに両者を確実に連結することができる。
従って、大電力をフィラメントコイルに投入することができて各フィラメントコイルを所期の発熱状態となるよう急速に立ち上げることができる構成のものでありながら、ランプ点灯時に高温状態となるフィラメントコイルの熱的影響を受けてリードの外周を被覆している絶縁管が溶融することがないよう十分な大きさの間隔を確保した状態で、各フィラメント体を発光管内に配設することができるので、隣接するフィラメント体間で短絡が生じることを確実に防止することができる。
また、フィラメントコイルからの放射光がリードに遮られる割合が少なくなり、被処理体の表面面上での放射照度分布に対する悪影響の程度を抑制することができ、特に、発光管内に多数のフィラメント体が配設されてなるものである場合に有用である。
従って、各フィラメントを発光管内の所望の位置に高精度にかつ容易に配置することができると共に、各フィラメントの位置が経時的に変位することを防止することができて長期間の間にわたって所期の性能を確実に維持することができる。
また、フィラメントが断線するなどの不測の事態によってフィランメントランプの構成部材の一部を交換する必要が生じた場合においても、発光管内に各フィラメント体を高い再現性で高精度に配置することができるため、例えばフィラメント体の交換前後における被処理体の表面上での放射照度分布の再現性を確保することができ、被処理体に対する適正な処理を行うことができる。
4 窓板
5 処理台
7 電源部
7a 第1の給電装置
7b 第2の給電装置
7c 第3の給電装置
71,72 一対の電源供給ポート
650、651 一対の第1の固定台
66 導電台
67 保持台
8 冷却風ユニット
800 プロセスガスユニット
81 冷却風供給ノズル
82 吹出し口
83 冷却風排出口
84 ガス供給ノズル
85 吹出し口
86 排出口
9 温度計
91 温度測定部
92 温度制御部
10 フィラメントランプ
11 発光管
12a,12b 封止部
13a,13b,13c,13d,13e,13f 金属箔
14,15,16 フィラメント体
14a,15a,16a リード
14b,15b,16b フィラメントコイル
14c,15c,16c リード
140a,140c 鉤状部
141a,141c フィラメント連結部
142a,142c リード本体部
143a,143c 径方向部
144a,144c L字状部
145c 傾斜部
146c コ字状部
147a 平面部
148a 溝部
149a,149c 弧状湾曲部
17 アンカー
18a,18b,18c,18d,18e,18f 外部リード
19a,19b,19c,19d 支持部材
191,192,193,194,195,196 切欠き部
197 開口
20 リード構成材
21 フィラメント連結部構成材
22 リード本体部構成材
23 鉤状部構成材
Wp 溶接部
25,25a,25b,25c,25d,25e,25f 絶縁管
100 光照射式加熱処理装置
200A 第1のランプユニット
200B 第2のランプユニット
201 反射鏡
300 チャンバ
S1 ランプユニット収容空間
S2 加熱処理空間
30 加熱処理装置
31 チャンバ
32,33 白熱ランプ
W 被処理物
WA 特定領域
WB 周辺部
40 加熱処理装置
41 ランプハウス
42 第1のランプユニット
43 ダブルエンドランプ
44A 一対の垂直部
44B 水平部
45 フィラメント
47 ダブルエンドランプ
46 第2のランプユニット
48 サポートリング
50 フィラメントランプ
51 発光管
52A,52B 封止部
53A,53B フィラメント体
54A,54B フィラメント
55A,55B 他端側リード
56A,56B 一端側リード
57A,57B,57C,57D 金属箔
58A,58B,58C,58D 外部リード
59 アンカー
60A,60B 絶縁管
61 絶縁体
62A,62B 貫通穴
63A,63B 給電装置
Claims (5)
- 両端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々フィラメントコイルと当該フィラメントコイルに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントコイルのコイル軸が発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されて各フィラメントコイルに対してそれぞれ独立に給電されるフィラメントランプであって、
各リードは、フィラメントコイルのコイル軸方向に伸び、その一端が封止部に支持されたリード本体部と、このリード本体部の他端に連続する鉤状部とを有し、
鉤状部は、フィラメントコイルのコイル軸方向に直交する方向に伸びる径方向部と、フィラメントコイルのコイル軸方向に伸びるフィラメント連結部とを有し、
フィラメント連結部がフィラメントコイルの端部における内部空間内に挿入されて外周面がフィラメントコイルの内面に当接状態で配置されると共に径方向部がフィラメントコイルのコイルピッチ間隙に係るコイル部分間に挟まれた状態で径方向外方に突出して伸びるよう係止され、フィラメントコイルとリードとが連結されており、
隣接するフィラメントコイルの間の位置には、リードの鉤状部の一部が係合される被係合部による位置決め機構が形成された板状の支持部材が配設されており、この支持部材によって支持されることによりフィラメントコイルが発光管に対して位置決めされていることを特徴とするフィラメントランプ。 - リードにおけるフィラメント連結部は、リードを構成する線条材の一部がコイル状に巻回されて形成されてい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。
- リードにおけるフィラメント連結部は、径方向部を有するリード構成材とは別個のフィラメント連結部構成材がリード構成材の径方向部に接合されて形成されてい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。
- リードは、フィラメントコイルのコイル軸方向に伸びる線状のリード本体部構成材と、リード本体部に直交する方向に伸びる径方向部およびこの径方向部に一体に形成された、リード本体部と並行に伸びる棒状のフィラメント連結部を有し、径方向部の先端部がリード本体部と並行に伸びるよう折り曲げられた鉤状部構成材とが接合されて形成されてい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。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のフィラメントランプが複数本並列に配置されてなるランプユニットを有し、当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。
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