JP5104229B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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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係わり、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)が好ましい。RTPにおいては、白熱ランプ等の光源からの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。
光照射式加熱処理装置に使用されるランプとして、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントを配設したフィラメントランプは、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ものとしては代表的なランプであり、このようなフィラメントランプを、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。即ち、光照射式加熱処理においては、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、光照射停止後、被処理体を急速に冷却することが可能である。
しかしながら、同じ製造ロットで作製した複数のフィラメントランプを平行に並べて、各々のフィラメントランプに対して同じ電力を供給して点灯させることにより、被処理体を加熱した場合、各々のフィラメントランプから放射される光の照度がバラツクため、被処理体の表面の温度が均一になるよう被処理体を加熱することができないという不具合が発生した。このような不具合が生じるのは、フィラメントの製造上のバラツキ、例えば、素材の太さや長さ、コイルの巻径、素材の抵抗値、フィラメントランプの発光管の内部に封入されたハロゲンガスの圧力の影響を受けて、各々のフィラメントランプにおける各々のフィラメントの色温度が異なっていることに原因があるものと考えられる。
特許文献1には、モリブデン線またはタングステン線等からなる複数の加熱手段(フィラメント)に対して、各々の加熱手段に電力を供給する給電手段と、各々の加熱手段の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、加熱手段の抵抗値と加熱手段の温度との相関関係を記憶する抵抗率記憶手段と、求めた抵抗率と抵抗率記憶手段の記憶内容とに基づいて各々の加熱手段の温度を求めると共に、求めた温度に基づいて各々の加熱手段の温度が所定の温度となるように給電手段を制御して各々の加熱手段に供給される電力を制御する制御手段と、からなる温度制御装置が開示されている。
特許文献1に開示される温度制御装置によれば、モリブデン線またはタングステン線等からなる各々の加熱手段の色温度を当該加熱手段の抵抗値に基づいて算出すると共に、制御手段によって各々の加熱手段の色温度が同じになるよう各々の加熱手段に供給する電力を調整することにより、各々の加熱手段の色温度を一定にすることができるので、上記したような各々のフィラメントの色温度がバラツクことに起因する不具合の発生を回避することができるものと考えられる。
特開2000−339039号公報
特許文献1の温度制御装置においては、加熱手段の抵抗値と加熱手段の温度との相関関係が常に一定であるという前提に基づいて、加熱手段の抵抗値に基づいて加熱手段の温度を求めている。しかし、実際のフィラメントランプにおいては、フィラメントの素材の結晶状態が、2000Kを越えるような高温に曝されることによって経時的に変化し、これに伴ってフィラメントの抵抗値が経時的に変化することが多々ある。
このように、フィラメントの抵抗値が経時変化した場合には、加熱手段の抵抗値と加熱手段の温度との相関関係が常に一定であるという上記の前提条件が成立しなくなるため、測定した加熱手段の抵抗値に基づいて算出した加熱手段の温度が不正確になるという問題がある。従って、特許文献1に開示された温度制御装置によっても、各々のフィラメントランプにおける各々のフィラメントの色温度を正確に求めることはできず、各々のフィラメントランプから放射される光の照度を均一にすることができず、表面の温度が均一となるように被処理体を加熱することができないという問題があった。
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、フィラメントランプにおけるフィラメントの抵抗値が経時的に変化した場合であっても、フィラメントの色温度を正確に求めるための構成を備えた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、複数のフィラメントランプにおける各々のフィラメントの抵抗値が経時的に変化した場合であっても、各々の抵抗値の経時的な変化に影響を受けることなく各々のフィラメントの色温度を正確に求めることのできる光照射式加熱処理装置を提供することにある。さらには、フィラメントを所定の温度に制御することのできる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、コイル状のフィラメントの両端に該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フィラメント体が、前記フィラメントが発光管の管軸に沿って伸びるよう配設され、前記各々のリードが封止部に配設された各々の導電性部材に対して電気的に接続されたフィラメントランプにおいて、前記フィラメントと平行に発光管の管軸に沿って伸び、かつフィラメントから放射される光を受けて高温状態になって熱により劣化しないように、フィラメントから離間して配置される、前記フィラメント体とは別体の導電性材料からなる検知線が配設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の手段にいて、前記発光管の内部には、前記フィラメントを該発光管内の所定の位置に支持するための環状のアンカーが該フィラメントと一体的に設けられ、前記検知線は絶縁材料よりなる保護管によって被覆され、該保護管が前記アンカーに対して接続されることを特徴とするフィラメントランプである。
の手段は、第1の手段または第2の手段において、前記フィラメント体は、複数本配設されてなり、前記各フィラメント体の各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、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ていることを特徴とするィラメントランプである。
の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれかに記載のフィラメントランプを備えた光照射式加熱処理装置であつて、前記フィラメントに電力を供給する給電手段と、前記検知線の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、前記検知線の抵抗値と前記検知線の色温度との相関関係を記憶すると共に、前記検知線の色温度と前記フィラメントの色温度との相関関係を記憶する記憶手段と、前記抵抗値測定手段によって測定された検知線の抵抗値と前記記憶手段の記憶内容とに基づいて前記フィラメントの色温度を求める制御手段とを備えることを特徴とする光照射式加熱処理装置である。
の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれかに記載のフィラメントランプを備えた光照射式加熱処理装置であつて、前記フィラメントに電力を供給する給電手段と、前記検知線の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、前記検知線の抵抗値と前記フィラメントの色温度との相関関係を記憶する記憶手段と、前記抵抗値測定手段によって測定された検知線の抵抗値と前記記憶手段の記憶内容とに基づいて前記フィラメントの色温度を求める制御手段とを備えることを特徴とする光照射式加熱処理装置である。
の手段は、第の手段において、前記制御手段は、前記求められたフィラメントの色温度とフィラメントの目標到達温度とを対比し、前記フィラメントが目標到達温度となるように、前記フィラメントに供給される電力を調整するように制御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および請求項に記載の発明によれば、検知線は、フィラメントランプの点灯時において、フィラメントが高温状態になったとしても、フィラメントから所定の距離だけ離間して配置されているので、フィラメントよりも相対的に低温状態に維持されるため、結晶状態が変化する等の高温に曝されることに伴って発生する経時変化の影響を受けることがない。
請求項に記載の発明によれば、フィラメントランプの点灯時において、検知線の抵抗値と検知線の色温度との相関関係がフィラメントの色温度以外の影響を受けることなく、常に一定の関係に維持され、また、検知線の色温度とフィラメントの色温度との相関関係は、常に一定の関係に維持されているので、検知線の抵抗値に基いて点灯時のフィラメントの色温度を正確に算出することができる。
請求項に記載の発明によれば、検知線の抵抗値とフィラメントの色温度との相関関係がフィラメントの色温度以外の影響を受けることなく、常に一定の関係に維持されているので、検知線の抵抗値に基いて点灯時のフィラメントの色温度を正確に算出することができる。
請求項に記載の発明によれば、算出されたフィラメントの色温度に基づいて、各フィラメントを目標到達温度となるように正確に制御することが可能となる。
本発明の第1の実施形態を図1ないし図11を用いて説明する。
図1は、第1の実施形態に係るフィラメントランプ10の概略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10は、可視光を透過する材料よりなる発光管11を備え、発光管11の両端には、所定の枚数の金属箔13が埋設された封止部11Aが形成されている。発光管11の内部には、コイル状のフィラメント12Aとフィラメント12Aの両端に接続された一対のリード12Bとからなるフィラメント体12が、発光管11の管軸に沿って伸びるよう配置されている。フィラメント12Aと各リード12Bとは、それぞれタングステンによって構成されている。各リード12Bは、一端部がフィラメント12Aに接続され、他端部が封止部11Aに埋設された各金属箔13の一端部に接続されている。各金属箔13の他端部には、封止部11Aから外部に伸びて出る各外部リード14の一端部が接続されている。一対の外部リード14の他端部は、後述する図3に示した給電手段35に接続されており、フィラメント12Aに対して給電手段35から給電可能に構成されている。
図2は、図1に示したフィラメント12Aと検知線15との位置関係を示す要部拡大図である。
同図に示すように、フィラメント12Aの近傍には、温度の影響を受けて抵抗値が変化する材料、所謂導電性部材からなるフィラメント12Aと物理的に別体の検知線15が、フィラメント12Aと平行に発光管11の管軸に沿って伸びるよう配置されている。検知線15は、フィラメント12Aと同じくタングステンによって構成されている。検知線15は、発光管11の管軸に沿って検知線15と平行に伸びる、石英ガラス等の絶縁材料よりなる保護管16によって被覆され、フィラメントランプ10の点灯時に、フィラメント12Aから放射される光を受けて高温状態になって熱により劣化することのないよう、フィラメント12Aから離間して配置されている。具体的には、検知線15は、100%負荷時に550℃〜1700℃の範囲(例えば、220W/cmの時には、4.5mm)になる距離を隔てて配置されている。保護管16は、石英ガラス等の透明体で構成され、フィラメント12Aの電位が高い場合に、フィラメント12Aと検知線15間の放電を防止するために設けられ、フィラメント12Aの電位が低く放電の発生するおそれのない場合は不要である。
また、図1に示すように、検知線15は、一端部が発光管11の一端側の封止部11Aに埋設された金属箔13の一端部に接続され、他端部が発光管11の他端側の封止部11Aに埋設された金属箔13の一端部に接続されている。検知線15が接続された各金属箔13の他端部には、発光管11の外端面から発光管11の外方に伸びて出る各検知線用外部リード17の先端部が接続されている。各検知線用外部リード17は、後述する図3に示した抵抗値測定手段36に接続されており、抵抗値測定手段36によって検知線15の抵抗値を測定することができるようになっている。
図3は、図1に示したフィラメントランプ10を用いた光照射式加熱処理装置30の概略構成を示す図である。
同図に示すように、フィラメントランプ10が、各々の管軸が平行となるようチャンバ31内に配置されている。チャンバ31は、フィラメントランプ10を収容するランプ収容空間31Aと被処理体33が配置される加熱処理空間31Bとから構成され、両空間31A,31Bは光取出し窓32によって仕切られている。被処理体33は、加熱処理空間31Bにおいて、ガードリング34により支持されている。必要に応じて、ランプ収容空間31Aには、不図示の手段によってフィラメントランプ10を冷却するために冷却風が導入される。
各フィラメントランプ10の各フィラメント12Aには、各給電手段35がそれぞれ接続されている。各フィラメントランプ10の各検知線15には、各検知線15の抵抗値を測定するための抵抗値測定手段36が接続されている。抵抗値測定手段36は、例えば、各フィラメントランプ10における各フィラメント12Aの近傍に位置する各検知線15の電流と電圧とを測定することにより、各検知線15の抵抗値を測定する。制御手段38には、抵抗値測定手段36と記憶手段37とが接続されている。
図4は、各検知線15の抵抗値と各検知線15の色温度との相関関係を示すグラフ、図5は各検知線15の色温度と各フィラメント12Aの色温度との相関関係を示すグラフであり、これらのグラフに示す相関関係は、記憶手段37にテーブル化されて記憶されている。
なお、図4に示す検知線15の抵抗値と検知線15の色温度との相関関係は、例えば、次のようにして求めることができる。線径、全長、材質が検知線15と同等である実験用検知線を用意する。この実験用検知線を市販の抵抗測定器に接続した状態で電気炉内に配置すると共に、電気炉の温度を複数通りに変化させる。抵抗測定器によって各温度毎に実験用検知線の抵抗値を測定すると同時に、各実験用検知線の色温度を電気炉に設けた窓から色温度計によって測定して、実験用検知線の抵抗値と実験用検知線の色温度との相関関係を求める。このようにして求めた図4に示した相関関係が、テーブル化されて記憶手段37に記憶される。
また、図5に示す検知線15の色温度とフィラメント12Aの色温度との相関関係は、例えば、次のようにして求めることができる。図1に示すフィラメントランプ10と同一の構成および同一の設計からなる実験用フィラメントランプを作製する。実験用フィラメントランプを、点灯時のフィラメントの色温度が複数通りに変化するよう、所定の点灯条件で点灯させる。その後、市販の色温度測定器を用いて、点灯時のフィラメントの色温度と点灯時の検知線の色温度とをそれぞれ測定して、実験用フィラメントランプにおける検知線の色温度とフィラメントの色温度との相関関係を求める。このようにして求めた図5に示す相関関係が、テーブル化されて記憶手段37に記憶される。
この場合、制御手段38は、記憶手段37に記憶されている図4に示したグラフの相関関係が記憶されたテーブルを読み出し、測定された各検知線15の抵抗値に対応する検知線15の色温度を算出し、さらに、記憶手段37に記憶されている図5に示したグラフの相関関係が記憶されたテーブルを読み出し、算出された検知線15の色温度に対応するフィラメント12Aの色温度を算出する。さらに、制御手段38は、各フィラメント12Aの目標到達温度が予め入力されているので、この目標到達温度と先に算出されたフィラメント12Aの色温度とを対比し、各々の給電手段35から各フィラメント12Aに対して供給する電力量を調整することによって、各フィラメント12Aが目標到達温度となるように制御する。
図6は、図3に示した光照射式加熱処理装置30におけるフィラメント12Aに対する色温度を制御するためのフローチャートを示す図であり、以下にこのフローチャートを用いて光照射式加熱処理装置30における処理手順について説明する。
(ステップ1)
制御手段38は、各給電手段35に対し点灯駆動信号を送信することにより、各フィラメントランプ10を点灯駆動する。
(ステップ2)
制御手段38は、抵抗値測定手段36に対し測定信号を送信することにより、各フィラメントランプ10における各検知線15の電圧値と電流値とに基いて各検知線15の抵抗値を測定すると共に、測定した抵抗値を制御手段38に入力する。
(ステップ3)
制御手段38は、記憶手段37に予め入力されている、検知線15の抵抗値と検知線15の色温度との相関関係を示す図4に示したグラフに対応するテーブルを読み出し、このテーブルに基いてステップ2で得られた各検知線15の抵抗値に対応する各検知線15の色温度を算出する。
(ステップ4)
さらに、制御手段38は、記憶手段37に予め入力されている、検知線15の色温度とフィラメント12Aの色温度との相関関係を示す図5に示したグラフに対応するテーブルを読み出し、このテーブルに基いてステップ3で得られた各検知線15の色温度に対応する各フィラメント12Aの色温度を算出する。
(ステップ5)
制御手段38は、予め入力されている目標到達温度と算出されたフィラメント12Aの色温度とを対比し、各々の給電手段35に対して電力調整信号を送信して、各フィラメント12Aに供給する電力量を調整することによって、各フィラメント12Aが目標到達温度となるように制御する。なお、この処理手順によれば、ステップ3において、検知線15の抵抗値と検知線15の色温度との相関関係を求めることができるので、検知線15の色温度が所定の範囲内にない場合は、警報を発する等の手段を採用することができる。
図7は、図4に示した各検知線15の抵抗値と各検知線15の色温度との相関関係を示すグラフおよび図5に示した各検知線15の色温度と各フィラメント12Aの色温度との相関関係を示すグラフに代えて、検知線15の抵抗値とフィラメント12Aの色温度との相関関係を示すグラフであり、このグラフに示す相関関係が、記憶手段37にテーブル化されて記憶される。
なお、図7に示す検知線15の抵抗値とフィラメント12Aの色温度との相関関係は、例えば、次のようにして求めることができる。実験用フィラメントランプを種々の電力条件でフィラメントの色温度を変化させて点灯させた状態で、種々のフィラメントの色温度毎に、上記の実験用フィラメントランプに設けた検知線の抵抗値を測定すると共に、フィラメントの色温度を色温度計で測定して、実験用フィラメントランプに設けた実験用検知線の抵抗値とフィラメントの色温度との相関関係を求める。このようにして求めた図7に示した相関関係が、テーブル化されて記憶手段37に記憶される。
この場合、制御手段38は、記憶手段37に記憶されている図7に示したグラフの相関関係が記憶されたテーブルを読み出し、測定された各検知線15の抵抗値に対応するフィラメント12Aの色温度を算出する。制御手段38は、各フィラメント12Aの目標到達温度が予め入力されているので、この目標到達温度と算出されたフィラメント12Aの色温度とを対比し、各々の給電手段35から各フィラメント12Aに対して供給する電力量を調整することによって、各フィラメント12Aが目標到達温度となるように制御する。
図8は、図3に示した光照射式加熱処理装置30におけるフィラメント12Aに対する色温度を制御するためのフローチャートを示す図であり、以下にこのフローチャートを用いて光照射式加熱処理装置の処理手順について説明する。
(ステップ1)
制御手段38は、各給電手段35に対し点灯駆動信号を送信することにより、各フィラメントランプ10を点灯駆動する。
(ステップ2)
制御手段38は、抵抗値測定手段36に対し測定信号を送信することにより、各フィラメントランプ10における各検知線15の電圧値と電流値とに基いて各検知線15の抵抗値を測定すると共に、測定した抵抗値を制御手段38に入力する。
(ステップ3)
制御手段38は、記憶手段37に予め入力されている、検知線15の抵抗値とフィラメント12Aの色温度との相関関係を示す図7に示したグラフに対応するテーブルを読み出し、このテーブルに基いてステップ2で得られた各検知線15の抵抗値に対応する各フィラメント12Aの色温度を算出する。
(ステップ4)
制御手段38は、予め入力されている目標到達温度と算出されたフィラメント12Aの色温度とを対比し、各々の給電手段35に対して電力調整信号を送信して、各フィラメント12Aに供給する電力量を調整することによって、各フィラメント12Aが目標到達温度となるように制御する。
以上のごとく、本発明の光照射式加熱処理装置30によれば、フィラメント12Aとは別体の各検知線15の抵抗値を測定することによって各フィラメント12Aの色温度を算出しているので、以下の理由により、各フィラメント12Aの点灯時の色温度を確実に算出することができる。
即ち、検知線15は、フィラメントランプ10の点灯時において、フィラメント12Aが高温状態になったとしても、フィラメント12Aから所定の距離だけ離間して配置されていることにより、フィラメント12Aよりも相対的に低温状態に維持されるため、高温に曝されることにより素材の結晶状態が変化することがない。
そのため、フィラメントランプ10の点灯時において、図4に示すように検知線の抵抗値と検知線の色温度との相関関係がフィラメントの色温度以外の影響を受けることなく、常に一定の関係に維持され、また、図5に示すように検知線の色温度とフィラメントの色温度との相関関係は、常に一定の関係に維持されている。従って、図4および図5に示す相関関係が常に一定の関係にあることにより、検知線15の抵抗値に基いて点灯時のフィラメント12Aの色温度を正確に算出することができる。
また、図7に示すように検知線の抵抗値とフィラメントの色温度との相関関係がフィラメントの色温度以外の影響を受けることがなく、一定の関係に維持されることにより、検知線15の抵抗値に基いて点灯時のフィラメント12Aの色温度を正確に算出することができる。
一方、従来装置においては、フィラメント自体の抵抗値を測定すると共にこの抵抗値に基いてフィラメントの色温度を算出するものであるため、フィラメントランプの点灯時において、フィラメントが高温状態になってフィラメントの素材の結晶状態等が変化するおそれがある。この場合には、フィラメントの抵抗値とフィラメントの色温度との相関関係が経時的に変化する。即ち、点灯初期におけるフィラメントの抵抗値とフィラメントの色温度との相関関係と、点灯から所定時間が経過した後におけるフィラメントの抵抗値とフィラメントの色温度との相関関係とが相違していることがあり得る。そのため、従来装置においては、点灯初期におけるフィラメントの抵抗値とフィラメントの色温度との相関関係に基いてフィラメントの色温度を算出しているために、この相関関係が経時的に変化した場合には、フィラメントの色温度を正確に算出することができない。
図9ないし図12は、図2に示したフィラメント12Aと検知線15との配置関係と異なるフィラメント12Aと検知線15との配置関係のバリエーションを示す図である。
図9ないし図12に示す検知線15は、フィラメント12Aよりも長い全長を有しており、フィラメント12Aの近傍にあって、フィラメント12Aの全長にわたる領域に対応して配置される。
図9に示した構成によれば、検知線15は、図2の場合と同様に、石英ガラス等の絶縁材料よりなる保護管16によって被覆されている。検知線15および保護管16は、コイル状のフィラメント12Aの内部に挿入され、フィラメント12Aの中心軸上に配置される。この構成によれば、フィラメント12Aの内部に検知線15および保護管16が配置されており、フィラメント12Aからの放射光が検知線15および保護管16によって遮られることがないので、被処理体の表面における照度分布への悪影響が少ない。
図10に示した構成によれば、フィラメント12Aを発光管内の所定の位置に支持するための環状のアンカー18がフィラメント12Aと一体的に設けられる。検知線15は、図2の場合と同様に、石英ガラス等の絶縁材料よりなる保護管16によって被覆される。保護管16は、アンカー18に対してアンカー線を巻き付けて接続される。図10の構成によれば、フィラメント12Aで発生した熱がアンカー18および保護管16を介して検知線15に伝導されるので、検知線15の温度がフィラメント12Aの温度に近づき易くなり、より高精度に検知線15の温度に基づいてフィラメント12Aの温度を求めることができる。勿論、検知線15は、フィラメントランプの点灯時に素材の結晶状態が変化することのないように、図4の相関関係に基づき、点灯時に過度に高温状態にならないようにしておく必要がある。
図11に示した構成によれば、検知線15と検知線15よりも直径の大きい一対の検知線用リード19とにより構成され、フィラメント12Aと平行に発光管11の管軸に沿って伸びると共に、径方向においてフィラメント12Aに隣接する検知線15の両端に、各リード12Bと平行に発光管11の管軸に沿って伸びると共に、径方向おいて各リード12Bに隣接する検知線用リード19が接続される。検知線用リード19の直径D2は、検知線15の直径D1との関係で、D2/D1≧10程度の関係を満たすことが好ましい。このように構成することにより、検知線15の感度を向上させ、さらには、影の影響を小さくする効果を期待することができる。
なお、図2,10,11の構成を採用したフィラメントランプは、検知線15によってフィラメント12Aから放射される光が遮られないよう、図12に示すように配置することが好ましい。即ち、各フィラメントランプ10は、発光管11の内部において、各検知線15がフィラメント12Aの直下の領域を除く領域に配置されていることが好ましい。ここで、フィラメント12Aの直下の領域とは、図12に示すフィラメントランプ10の断面において被処理体33をフィラメントランプ10の真下に配置した時、互いに直交する、コイル状のフィラメント12Aの径方向の外縁に接する2本の外接線と、発光管11の管壁とにより囲まれる領域のことを意味する。
次に、本発明の第2の実施形態を図13ないし図15を用いて説明する。
図13は、第2の実施形態に係るフィラメントランプ110の概略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110は、発光管111の内部に、コイル形状を有する各フィラメント112A,112B,112Cの両端に一対のリード113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112A,112B,112Cが発光管111の管軸に沿って順次並ぶように配置されている。各フィラメント112A,112B,112Cは、発光管111の管軸方向において所定距離だけ離間して配置された複数の環状のアンカー114が一体的に取付けられることにより、発光管111の内部空間において所定の位置に配置される。発光管111の両端には、発光管111の内部に配置されたシール用絶縁体115と発光管111の内表面とが、シール用絶縁体115の外周面に等間隔で離間して管軸に沿って伸びるよう配置されたフィラメント体と同数の金属箔116を介して、密着することにより、気密に封止された封止部119が形成されている。
各金属箔116の一端には、各フィラメント112A,112B,112Cのリード113に接続される各内部リード117が接続され、各金属箔116の他端には、発光管111の外端面から外方に伸びて出ると共に、不図示の給電装置に接続される各外部リード118が接続され、これにより、各外部リード118、各金属箔116、各内部リード117を介して、各フィラメント112A,112B,112Cに対して各給電装置から給電される。このようなフィラメントランプ110によれば、各フィラメント112A,112B,112Cに対し他のフィラメントと独立して給電することができるので、特願2005−19122に示されているように、被処理体の温度分布を均一にすることができる。
図14は、図13に示したフィラメントランプ110におけるフィラメント112A,112B,112Cと検知線150A,150B,150Cとの配置関係を示す要部拡大囲である。
同図に示すように、各々のフィラメント112A,112B,112Cに対応して、個別に対応する検知線150A,150B,150Cが設けられている。即ち、フィラメント112Aと平行に対応して検知線150Aが設けられ、フィラメント112Bと平行に対応して検知線150Bが設けられ、フィラメント112Cと平行に対応して検知線150Cが設けられている。検知線150A,150B,150Cの両端には、各々フィラメント112A,112B,112Cと平行に伸びる検知線用リード151A,151B、151Cが接続されている。検知線用リード151A,151B,151Cの直径D2は、検知線150A,150B,150Cの直径D1よりも大きくなっており、図11の構成と同一の関係を満たすよう構成されている。
図15は、図14に示したフィラメントと検知線との配置関係と異なる配置関係を示す図である。
図15に示される検知線150Dは、フィラメント112Aの中心軸方向において紙面の左半分の部位に対応して配置された軸方向部150D1を有しており、軸方向部150D1は、保護管160によって被覆されている。軸方向部150D1の軸方向におけるフィラメント112Aに隣接する部位の全長L1と、フィラメント112Aの全長L2との関係は、L1/L2≧0.2〜1.0の範囲となっていることが好ましい。この数値範囲を満たしていれば、フィラメント112Aの色温度を測定することが可能である。ただし、L1/L2が小さくなるに従い検知感度が小さくなるので、検知線150D1をフィラメント112Aの中心近くに配置したり、検知線150D1の径を小さくする等して抵抗値が大きくすることが好ましい。
図13に示した本実施形態に係るフィラメントランプ110においては、図15の構成を採用することが、次の理由により、特に好ましい。
図13に示したフィラメントランプ110によれば、発光管111の管軸方向において被処理体の表面の温度分布を精度よく制御するために、管軸方向に多数のフィラメントを順次に並べることにより、各フィラメントに独立して給電することになる。これに伴い、多数のフィラメント112A,112B,112Cとこのフィラメントと同数の検知線用リード151A,151B、151Cを設ける必要がある。しかし、発光管111の内部に多数の検知線を配置すると、図12に示すように、フィラメントの直下の領域を除く領域に検知線を配置することは極めて困難となって、検知線によって遮られる放射光の割合が大きくなる。従って、図15に示すように、フィラメントの直下の領域に配置されるフィラメントの全長を少しでも短くすることにより、フィラメントから放射される光が検知線によって遮られる割合を少なくすることが肝要である。
即ち、図15に示す構成によれば、フィラメント112Aの紙面において右半分の部位の直下には検知線が配置されないため、検知線によって遮られる光の割合を少ないものとすることができる。
第1の実施形態に係るフィラメントランプ10の概略構成を示す斜視図である。 図1に示したフィラメント12Aと検知線15との位置関係を示す要部拡大図である。 図1に示したフィラメントランプ10を用いた光照射式加熱処理装置30の概略構成を示す図である。 各検知線15の抵抗値と各検知線15の色温度との相関関係を示すグラフである。 各検知線15の色温度と各フィラメント12Aの色温度との相関関係を示すグラフである。 図3に示した光照射式加熱処理装置30におけるフィラメント12Aに対する色温度を制御するためのフローチャートを示す図である。 検知線15の抵抗値とフィラメント12Aの色温度との相関関係を示すグラフである。 図3に示した光照射式加熱処理装置30におけるフィラメント12Aに対する色温度を制御するためのフローチャートを示す図である。 図2に示した配置関係と異なるフィラメント12Aと検知線15との配置関係を示す図である。 図2に示した配置関係と異なるフィラメント12Aと検知線15との配置関係を示す図である。 図2に示した配置関係と異なるフィラメント12Aと検知線15との配置関係を示す図である。 図2に示した配置関係と異なるフィラメント12Aと検知線15との配置関係を示す図である。 第2の実施形態に係るフィラメントランプ110の概略構成を示す斜視図である。 図13に示したフィラメントランプ110におけるフィラメント112A,112B,112Cと検知線150A,150B,150Cとの配置関係を示す要部拡大囲である。 図14に示したフィラメントと検知線との配置関係と異なる配置関係を示す図である。
符号の説明
10 フィラメントランプ
11 発光管
11A 封止部
12 フィラメント体
12A フィラメント
12B リード
13 金属箔
14 外部リード
15 検知線
16 保護管
17 検知線用外部リード
18 アンカー
19 検知線用リード
30 光照射式加熱処理装置
31 チャンバ
31A ランプ収容空間
31B 加熱処理空間
32 光取出し窓
33 被処理体
34 ガードリング
35 給電手段
36 抵抗値測定手段
37 記憶手段
38 制御手段
110 フィラメントランプ
111 発光管
112A,112B,112C フィラメント
113 リード
114 アンカー
115 シール用絶縁体
116 金属箔
117 内部リード
118 外部リード
119 封止部
150A,150B,150C,150D 検知線
150D1 軸方向部
151A,151B、151C 検知線用リード
160 保護管

Claims (6)

  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、コイル状のフィラメントの両端に該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フィラメント体が、前記フィラメントが発光管の管軸に沿って伸びるよう配設され、前記各々のリードが封止部に配設された各々の導電性部材に対して電気的に接続されたフィラメントランプにおいて、
    前記フィラメントと平行に発光管の管軸に沿って伸び、かつフィラメントから放射される光を受けて高温状態になって熱により劣化しないように、フィラメントから離間して配置される、前記フィラメント体とは別体の導電性材料からなる検知線が配設されていることを特徴とするフィラメントランプ。
  2. 前記発光管の内部には、前記フィラメントを該発光管内の所定の位置に支持するための環状のアンカーが該フィラメントと一体的に設けられ、前記検知線は絶縁材料よりなる保護管によって被覆され、該保護管が前記アンカーに対して接続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。
  3. 前記フィラメント体は、複数本配設されてなり、前記各フィラメント体の各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、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てい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
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のフィラメントランプを備えた光照射式加熱処理装置であつて、
    前記フィラメントに電力を供給する給電手段と、前記検知線の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、前記検知線の抵抗値と前記検知線の色温度との相関関係を記憶すると共に、前記検知線の色温度と前記フィラメントの色温度との相関関係を記憶する記憶手段と、前記抵抗値測定手段によって測定された検知線の抵抗値と前記記憶手段の記憶内容とに基づいて前記フィラメントの色温度を求める制御手段とを備えることを特徴とする光照射式加熱処理装置。
  5. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のフィラメントランプを備えた光照射式加熱処理装置であつて、
    前記フィラメントに電力を供給する給電手段と、前記検知線の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、前記検知線の抵抗値と前記フィラメントの色温度との相関関係を記憶する記憶手段と、前記抵抗値測定手段によって測定された検知線の抵抗値と前記記憶手段の記憶内容とに基づいて前記フィラメントの色温度を求める制御手段とを備えることを特徴とする光照射式加熱処理装置。
  6. 前記制御手段は、前記求められたフィラメントの色温度とフィラメントの目標到達温度とを対比し、前記フィラメントが目標到達温度となるように、前記フィラメントに供給される電力を調整するように制御することを特徴とする請求項5に記載の光照射式加熱処理装置。
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