JP5311285B2

JP5311285B2 - フィラメントランプ

Info

Publication number: JP5311285B2
Application number: JP2009069403A
Authority: JP
Inventors: 賢二谷野; 明信中島
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: JP2010225342A

Description

この発明は、フィラメントランプに関し、特に、半導体ウェハの加熱や太陽電池製造過程での加熱、又は液晶の加熱処理などに用いられるフィラメントランプに係わる。

例えば、半導体製造工程における光照射式加熱装置は、成膜、拡散、アニール等、広範囲に渡って利用されており、いずれの処理も板状の被処理物等の半導体ウェハを急速に加熱し、１０００℃以上にまで数秒間〜数十秒間で昇温させるものが要求されている。近年は一層の高速昇温が要求されてきており、ランプに投入される電力も大電力化してきている。スパイクアニールと呼ばれる処理においては、２００℃／秒を超える高速で昇温させ、目的温度に達したら直ちに冷却することが行われている。このスパイクアニールにより非常に薄い拡散層（シャロージャンクション）を形成させることができ、半導体素子の性能を向上させることができる。

また、加熱時に、半導体ウェハの温度分布が不均一になると、半導体ウェハにスリップと呼ばれる現象、即ち、結晶転移の欠陥が発生し、不良品となるおそれがある。従って、光照射式加熱装置を用いて半導体ウェハを加熱処理する場合には、半導体ウェハの温度分布が均一になるようにすることが不可欠の要因となる。温度分布を均一にする提案として、特開２００６−２７９００８号公報には１本の発光管内に独立に給電可能な複数のフィラメントを具備したフィラメントランプが提案されており、これにより部分的にフィラメントに入力する電力を変えることができ、高均一な温度分布になるよう調整することができる。

図４は、かかる従来のフィラメントランプ１を示す斜視図である。
両端が封止部３ａ、３ｂで気密に封止された直管状の発光管２内には、コイル状のフィラメント１４、１５、１６が発光管２の管軸方向に伸びるよう順次に並んで配置され、各フィラメント１４、１５、１６の両端には、それぞれ給電用の内部リード１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂが連結されていて、図示しない個別の給電装置に接続されている。

このようなフィラメント配置とすることにより、各フィラメントは独立して給電されるため、被照射領域での温度分布の均一性を確保できるという効果を奏するものである。

しかしながら、該従来技術においては、中央に配置されたフィラメント１５と、その両側に配置されたフィラメント１４、１６との間には、内部リード１４ｂ、１５ａおよび内部リード１５ｂ、１６ａが配線されるので、これらの隣接する各フィラメント１４、１５、１６を密接して配置できず、どうしても一定の間隙が形成されることになる。
そして、該間隙には発光部材が存在せず非発光部となるので、間隙の両側のフィラメント端部での重ね合わせ温度の低下が避けられず、局所的な温度低下が生じるという問題があった。

この温度低下は、主に、中央フィラメント１５の両端部での温度低下に由来する。この熱分布特性が図５に示されていて、中央フィラメント１５の両端部１５ｃ、１５ｄで大きな温度低下があり（同図Ａ）、その結果、両側のフィラメント１４、１６の温度との重ね合わせ温度において、局所的な温度低下（同図Ｂ）ができるからである。

なお、図５の熱分布特性は、中央フィラメント１５の全長が３００ｍｍ、両側のフィラメント１４、１６の全長が５０ｍｍ、これらの間隙が７ｍｍであり、消費電力２８０Ｗ、照射距離４０ｍｍの例である。

特開２００６−２７９００８号

この発明が解決しようとする課題は、発光管の内部に管軸方向に順次並んで配設され、各々が独立して給電される３つのフィラメントを備えたフィラメントランプにおいて、中央フィラメントと隣接する両側フィラメント間での局所的な温度低下を防止せんとするものである。

上記課題を解決するために、この発明に係るフィラメントランプは、発光管の内部に管軸方向に順次並んで配設され、各々が独立して給電される３つのフィラメントを備えたフィラメントランプにおいて、中央に配置されたフィラメントは複数の分割されたコイル・セグメントからなり、隣接するコイル・セグメントが連結部によって接続されていることを特徴とする。

また、中央に配置されたフィラメントの端部と、その両側に配置されたフィラメントの端部との間隙を、前記中央に配置されたフィラメントを構成する隣接したコイル・セグメント間の間隙より小さくしたことを特徴とする。

この発明のフィラメントランプによれば、中央に配置されたフィラメントが複数のコイル・セグメントからなるので、該中央フィラメントの端部に位置するコイル・セグメントによって、中央フィラメントの端部での温度低下が抑えられ、結果として、中央フィラメントとその両側に位置するフィラメントとの間で生じる局所的な温度低下を抑制することができるという効果を奏するものである。

また、両側に配置されたフィラメントの端部と中央に配置されたフィラメントの端部との間隙を、前記中央フィラメントを構成する隣接したコイル・セグメント間の間隙より小さくしたため、中央フィラメントのコイル・セグメント間には存在する素線による若干の発熱に対して、素線が存在しないことによる中央フィラメントと両側フィラメント間での温度低下を補って、温度分布の均一性に寄与するという効果もある。

本発明のフィラメントランプの斜視図図１の部分拡大説明図本発明のフィラメントランプにおける熱分布特性図従来技術の斜視図従来技術における熱分布特性図

図１は本発明のフィラメントランプを示す斜視図で、発光管２の内部には、３つのフィラメント２４、２５、２６が管軸方向に並んで配置されている。発光管２の両端封止部３ａ、３ｂの直近に配置された２つの両側フィラメント２４、２６の両端には、それぞれ内部リード２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂが連結され、両側フィラメント２４、２６の直近の同一封止部方向に延在して、該封止部３ａ、３ｂで保持されるとともに、２つのフィラメント２４、２６の間の中央部に位置するフィラメント２５の両端に連結された内部リード２５ａ、２５ｂが、発光管２の軸方向において互いに異なる方向に延在して両端の各封止部３ａ、３ｂで保持されている。
一方、中央フィラメント２５の内部リード２５ａ、２５ｂはそれぞれ両端の封止部３ａ、３ｂ方向に延在し、当該封止部３ａ、３ｂで金属箔２２ａ、２２ｂと接続するように保持されている。

前記中央フィラメント２５は、複数のコイル・セグメント２７ａ、２７ｂ、２７ｃ・・・からなり、該コイル・セグメント２７a、２７ｂ、２７ｃ・・・間は素線からなる連結部２８で接続されている。

そして、図２に示すように、中央フィラメント２５の端部とその両側のフィラメント２４、２６との間隙Ｌ１は、中央フィラメント２５の各コイル・セグメント２７ａ、２７ｂの間隔Ｌ２より小さくされている。

このような構成とすることにより、図３で示すような熱分布特性が得られる。
すなわち、中央フィラメント２５の各コイル・セグメント２７ａ、２７ｂ、２７ｃ・・・による熱分布プロファイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ・・・から得られる重ね合わせ温度分布３１においては、中央フィラメント２５の端部での温度低下は、従来技術での図５に示す温度低下（同図Ａ）よりも小さく抑えられる。
これは、中央フィラメント２５においては、その端部に位置するコイル・セグメント２７ａの存在によって、その熱分布プロファイル３０ａが得られることになり、これによって該端部での温度低下を小さく抑えた熱分布プロファイル３１が得られるからである。
その結果、中央フィラメント２５の熱分布プロファイル３１と両側のフィラメント２４、２６の熱分布プロファイル３２との重ね合わせ熱分布３３は、従来技術での図５に示す端部温度低下（同図Ｂ）に比較して、両端部での温度低下が小さく抑えられ、全体として均一度のレベルが向上したものとなる。

なお、図３に示す熱分布特性は、中央フィラメント２５を構成する各コイル・セグメント２７ａ、２７ｂ、２７ｃ・・・の長さが２９ｍｍ、各コイル・セグメント２７間の間隙が１０ｍｍであって、その他の仕様は図５の例と同様の例である。

また、図２に示すように、両側フィラメント２４（２６）と中央フィラメント２５との間隙Ｌ１を、中央フィラメント２５の各コイル・セグメント２７間の間隙Ｌ２より小さくしてあるので、その間での温度低下を抑え、コイル・セグメント２７同士を結ぶ連結部２８による熱分布プロファイル３５に基づく温度アップ分を補うことができ、全体の温度均一化を妨げないようにしている。

＜実施例＞
発光管：石英ガラス製、全長５６０ｍｍ、直径１３〜１６ｍｍ
フィラメント：タングステン素線
中央フィラメント：全長５０〜３２０ｍｍ、コイル・セグメント２９ｍ
ｍ×８個、電力３５０〜２１００Ｗ、連結部：１０
ｍｍ×７個
両側フィラメント：全長５０〜１５０ｍｍ、電力３５０〜８００Ｗ
フィラメント間の間隙：７ｍｍ

１フィラメントランプ
２発光管
２４、２６両側フィラメント
２５中央フィラメント
２７コイル・セグメント
２８連結部

Claims

発光管の内部に管軸方向に順次並んで配設され、各々が独立して給電される３つのフィラメントを備えたフィラメントランプにおいて、中央に配置されたフィラメントは複数の分割されたコイル・セグメントからなり、隣接するコイル・セグメントが連結部によって接続され、前記中央に配置されたフィラメントの端部と、その両側に配置されたフィラメントの端部との間隙が、前記中央に配置されたフィラメントを構成する隣接したコイル・セグメント間の間隙より小さいことを特徴とするフィラメントランプ。