JP4915532B2 - 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
図11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、この加熱処理装置200は、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。
第1の手段は、少なくとも一端に封止部が形成された長管状の発光管の内部に、コイル状のフィラメントと該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなる複数のフィラメント体が、各フィラメントが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、各フィラメント体における各々のリードが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各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、前記コイル状のフィラメントの内側に、前記各々のフィラメント体のリードが挿通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2の手段は、第1の手段において、前記フィラメントの内側に、フィラメントの中心軸に沿って伸びる絶縁支持体が配置され、当該絶縁支持体には、前記各々のフィラメント体のリードを挿通するための複数の通路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3の手段は、第1の手段または第2の手段において、前記封止部は、棒状のシール用絶縁体を配設すると共に、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導電性部材を介して気密に封止されて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1の手段ないし第3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5の手段は、第1の手段ないし第3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複数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2に記載の発明によれば、フィラメントの内側に配置された絶縁支持体が、点灯時にフィラメントからの光が照射されて高温状態になることによって発光したとしても、その発光による光の多くはフィラメントに遮蔽されてランプ外部に出ないので放射照度分布に影響しない。また、絶縁支持体から放射されてフィラメントのコイルの隙間を抜けてきた光はフィラメントの内側から放射された光であるから、光学的には実質的にフィラメントが発光しているものと同等と考えることができ、光放射照度分布に悪影響を与えるおそれがない。
請求項3に記載の発明によれば、封止部に棒状のシール用絶縁体を配設すると共に、複数の導電性部材を当該シール用絶縁体の外周に間隔を設けて配列し、発光管とシール用絶縁体とが両者間に導電性部材を介して気密に封止されるので、被処理体に対して高精度な温度制御を行うために、発光管の内部に多数のフィラメント体を配設したとしても、多数の導電性部材が互いに短絡することなく封止部の大きさを小さくすることができる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項1ないし請求項3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5に記載の発明によれば、請求項1ないし請求項3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。
図1は、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ1の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、フィラメントランプ1は、両端に封止部2a、2bが形成された、例えば、石英ガラス等の光透過性材料からなる長管状、例えば、直管状の発光管3を備えている。発光管3の内部には、ハロゲンガスが封入されると共に、例えば、5つのフィラメント体41、42、43、44、45が配設され、各々のフィラメント体41、42、43、44、45におけるコイル状の各々のフィラメント411、421、431、441、451が管軸方向に順次に並んで伸び、絶縁支持体9の外側に配設されている。フィラメント体41、42、43、44、45は、フィラメント411、421、431、441、451とフィラメント41、42、43、44、45の両端に連結された給電用のリード412a、422a、432a、442a、452aとリード412b、422b、432b、442b、452bとにより構成され、被処理体の寸法・物理特性等に応じて個数が適宜調整される。また、絶縁支持体9と一体的に固定された絶縁支持体サポートリング97a、97bが発光管3の内壁に押当てられることにより、絶縁支持体9が発光管3の内部に支持される。
これらの図に示すように、フィラメントランプ1は、複数のフィラメント体41、42、43、44、45に係る各々のリード412a、422a、432a、442a、452aとリード412b、422b、432b、442b、452bが絶縁支持体9に支持された状態で発光管3の内部に配置される。例えば、石英ガラス等の絶縁材料よりなる棒状の絶縁支持体9は、管軸方向に並んだ5つのコイル状のフィラメント411、421、431、441、451の全てを貫通して管軸方向に沿って伸び、その中心軸が各々のフィラメント411、421、431、441、451の中心軸に一致した状態となるよう配置されている。絶縁支持体9の内部には、各々のリード412a、422a、432a、442a、452aとリード412b、422b、432b、442b、452bを挿通するための通路91、92、93、94、95がリード412a、422a、432a、442a、452aとリード412b、422b、432b、442b、452bの本数に対応して設けられており、各々の通路91、92、93、94、95が、互いに管軸に沿って平行に伸びると共に各々の端面に同一周上に形成された導出口913a、923a、933a、943a、953aと導出口913b、923b、933b、943b、953bに通じている。
図4に示す発光部は、図3に示した水平通路911aと911b、水平通路921aと921b、水平通路931aと931b、水平通路941aと941b、および水平通路951aと951bの各々を、1本の水平通路911、水平通路921、水平通路931、水平通路941、および水平通路951で構成した点で相違する。このように、各水平通路911、921、931、941、951を1本の貫通穴形状にすると、絶縁支持体9の水平通路911、921、931、941、951を引き抜きまたは射出成形等の安価で大量生産に好適な手法により製作することが可能となる。その結果、コストと加工時間を要する切削加工を大幅に減らすことができ、製造コストを低減させることができる。特に、絶縁支持体9の全長が200mmを超えるような長いランプではコストの削減効果は顕著である。
これらの図に示すように、絶縁支持体9は、管軸に沿って伸びて絶縁支持体9の一方の端面に形成された導出口913a、923a(導出口933a、943a、953aは不図示)に通じる水平通路911a、921a(水平通路931a、941a、951aは不図示)と、水平通路911a、921a(水平通路931a、941a、951aは不図示)に連続して管軸直交方向に開口し管軸に沿って伸びる、絶縁支持体9の側面に形成された水平開口溝961、962(水平開口溝963、964、965は不図示)と、水平開口溝961、962(水平開口溝963、964、965は不図示)に通じ管軸に沿って伸びる水平通路911b(水平通路921b、931b、941b、951bは不図示)と、水平通路911b(水平通路921b、931b、941b、951bは不図示)に通じ絶縁支持体9の他方の端面に形成された不図示の導出口913b、923b、933b、943b、953bとから構成される。このような絶縁支持体9は、例えば、石英ガラス等の絶縁材料からなる棒材に対して切削加工を施したり、または、成形型に対して溶融した石英ガラス等の溶融液を流し込んだ後に溶融液を冷却することによって、リードを挿通する複数の通路を備えた構成となるよう形成される。
これらの図に示すように、絶縁支持体9には、絶縁支持体9の一方の端面側から管軸直交方向に開口し管軸に沿ってフィラメント411、421、451(フィラメント431、441は不図示)を支持する絶縁支持体9の箇所まで伸びる水平開口溝961a、962a、963a、964a、965aと、絶縁支持体9の他方の端面側から管軸直交方向に開口し管軸に沿ってフィラメント411、421、451(フィラメント431、441は不図示)を支持する絶縁支持体9の箇所まで伸びる水平開口溝961b、963b、964b(水平開口溝962b、965bは不図示)とが形成される。このような絶縁支持体9は、例えば、石英ガラス等の絶縁材料からなる棒材に対して切削加工を施したり、または、成形型に対して溶融した石英ガラス等の溶融液を流し込んだ後に溶融液を冷却することによって形成される。
なお、上記では水平開口溝961aと水平開口溝961bは連結しない別個の溝として形成させたが、水平リード部4122aと水平リード部4122bによってフィラメント411が十分な強度で管軸方向にずれないように固定されている場合は、水平開口溝961aと水平開口溝961bとを連続した1つの水平開口溝として形成させてもよい。この場合は溝の形成を型を使った引き抜き法等で製作することができるようになり、加工コストを削減することができる。
発光管3は、外径がφ6mm〜φ40mm程度、全長は数十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、42、43、44、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、1つのフィラメントの最大全長が140mm、外径がφ8mmに形成されたフィラメントの両端に、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封止部2の金属箔61、62、63、64、65の許容電流値に従って決められ、本実施例では、25Aである。絶縁支持体9の外径は、フィラメント内径やフィラメントの数によって決められ、φ2〜φ18mm程度になり、全長はフィラメントの長さの総和より長くかつ発光管3内に入る長さに設定する。本実施例では、外径φ3.5mm、全長460mmの石英ガラス製の棒材から構成され、各々の通路91、92、93、94、95の径はリード412、422、432、442、452が貫通するようにリード412、422、432、442、452よりも大きな径で、例えば、φ1mmである。
図7は、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ1のフィラメント体41、42、43、44、45と絶縁支持体10とからなる発光部の構成を示す斜視図である。本実施形態の発明に係るフィラメントランプ1は、図1に示したフィラメント体と絶縁支持体とからなる発光部に代えて、図7に示したフィラメント体と絶縁支持体とからなる発光部を適用することによって可能となる。
同図に示すように、フィラメントランプ1のフィラメント体41、42、43、44、45と絶縁支持体10とからなる発光部は、管軸に沿って伸びる中心部材101の周囲に、管軸に沿って伸びる複数の絶縁管1021a、1022a、1023a、1024a、1025aと絶縁管1021b、1022b、1023b、1024b、1025bを同一円周上に配置した構成を有する絶縁支持体10を用いる以外、図2に示した構成と同様の構成を有している。絶縁支持体10は、管軸に沿って伸びる棒状の中心部材101と、中心部材101と平行に伸びて中心部材101の側面に配置された複数の絶縁管1021a、1022a、1023a、1024a、1025aと絶縁管1021b、1022b、1023b、1024b、1025bとから構成されている。中心部材101は石英ガラス、アルミナ等のセラミックス、タングステンやモリブデン等の高融点金属からなり、複数の絶縁管1021a、1022a、1023a、1024a、1025a、1021b、1022b、1023b、1024b、1025bは石英ガラス、アルミナ等のセラミックスからなる。本実施例では、両者共に石英ガラスを用いた。
図8は、本実施形態の発明に係るフィラメントランプ1のフィラメント体41、42、43、44、45と絶縁支持体12とからなる発光部の構成を示す斜視図である。本実施形態の発明に係るフィラメントランプ1は、図1に示したフィラメント体と絶縁支持体とからなる発光部に代えて、図8に示したフィラメント体と絶縁支持体とからなる発光部を適用することによって可能となる。
同図に示すように、フィラメントランプ1のフィラメント体と絶縁支持体とからなる発光部は、互いに管軸に沿って伸びると共にフィラメント体41、42、43、44、45の径方向に放射状に広がる区画壁1221、1222、1223、1224、1225を備える構成の絶縁支持体12を用いている以外は、図2に示した構成と同様の構成を有している。
図9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である。図10は、図9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3の実施形態の発明に係るフィラメントランプ1のいずれかを搭載して構成される。
図9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。
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。
2a、2b 封止部
3 発光管
41、42、43、44、45 フィラメント体
411、421、431、441、451 フィラメント
411a、411b、421a、421b、431a、431b、441a、441b、
451a、451b フィラメント
412、422、432、442、452 リード
412a、422a、432a、442a、452a リード
412b、422b、432b、442b、452b リード
4121a、4221a、4321a、4421a、4521a 鉛直リード部
4121b、4221b、4321b、4421b、4521b 鉛直リード部
4122a、4222a、4322a、4422a、4522a 水平リード部
4122b、4222b、4322b、4422b、4522b 水平リード部
5a、5b シール用絶縁体
61a、62a、63a、64a、65a 金属箔
61b、62b、63b、64b、65b 金属箔
71a、72a、73a、74a、75a 外部リード
71b、72b、73b、74b、75b)外部リード
81a、82a、83a、84a、85a 導電性部材
81b、82b、83b、84b、85b 導電性部材
9 絶縁支持体
91、92、93、94、95 通路
911、921、931、941、951、水平通路
911a、921a、931a、941a、951a 水平通路
911b、921b、931b、941b、951b 水平通路
912a、922a、932a、942a、952a 鉛直通路
912b、922b、932b、942b、952b 鉛直通路
913a、923a、933a、943a、953a 導出口
913b、923b、933b、943b、953b 導出口
913c、923c、933c、943c、953c 導出口
913d、923d、933d、943d、953d 導出口
961、962、963、964、965 水平開口溝
961a、962a、963a、964a、965a 水平開口溝
961b、962b、963b、964b、965b 水平開口溝
97a、97b 絶縁支持体サポートリング
10 絶縁支持体
101 中心部材
1021a、1022a、1023a、1024a、1025a 絶縁管
1021b、1022b、1023b、1024b、1025b 絶縁管
103a、103b 拘束部材
12 絶縁支持体
121 中央部
1221、1222、1223、1224、1225 区画壁
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 (5)
- 少なくとも一端に封止部が形成された長管状の発光管の内部に、コイル状のフィラメントと該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなる複数のフィラメント体が、各フィラメントが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、各フィラメント体における各々のリードが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各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、
前記コイル状のフィラメントの内側に、前記各々のフィラメント体のリードが挿通されていることを特徴とするフィラメントランプ。 - 前記フィラメントの内側に、フィラメントの中心軸に沿って伸びる絶縁支持体が配置され、当該絶縁支持体には、前記各々のフィラメント体のリードを挿通するための複数の通路が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。
- 前記封止部は、棒状のシール用絶縁体を配設すると共に、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導電性部材を介して気密に封止されて形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフィラメントランプ。
- 請求項1ないし請求項3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。
- 請求項1ないし請求項3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複数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。
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