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

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。
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。
第４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。
第５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。
第６の手段は、第５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３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４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５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６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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