KR20080104955A - 필라멘트 램프 및 광조사식 가열 처리 장치 - Google Patents

Abstract

필라멘트와 리드간 및 리드끼리간의 원하지 않은 방전을 방지하고, 필라멘트 이외로부터 원하지 않은 광 방사를 방지한다.

발광관(2) 내부에, 각 필라멘트(411~451)의 양단에 한 쌍의 리드(412~452)가 연결되어 이루어지는 복수의 필라멘트체(41~45)가, 발광관의 관축을 따라 순차적으로 나란히 배치되고, 각 리드가 시일링부(5)에 있어서 전기적으로 접속되어 각 필라멘트에 대해서 각각 독립적으로 급전되는 필라멘트 램프(1)에 있어서, 발광관 내부에, 각 리드를 삽입 관통하는 개구를 구비하고, 발광관의 내면에 근접하도록 관축을 따라서 배치되며, 각 필라멘트와 각 리드 사이에 개재하는 절연벽(내관 : 3)과, 발광관과 절연벽에 의해 구획되고 각 리드에 대응하여 설치된 복수의 리드 수용 공간(111~115)을 구비하고, 각 리드가, 절연벽의 개구를 통하여 각 리드 수용 공간에 서로 단락하지 않고 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

필라멘트 램프 및 광조사식 가열 처리 장치{FILAMENT LAMP AND LIGHT IRRADIATION TYPE HEATING APPARATUS}

본 발명은, 필라멘트 램프 및 광조사식 가열 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 피처리체를 가열하기 위해서 이용되는 필라멘트 램프 및 이 필라멘트 램프를 구비한 광조사식 가열 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 공정에 있어서는, 성막, 산화, 질화, 막안정화, 실리사이드화, 결정화, 주입 이온 활성화 등의 여러 가지 프로세스에 있어서 가열 처리가 채용되고 있다. 반도체 제조 공정에서의 수율이나 품질의 향상에는, 급속히 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 온도를 상승시키거나 하강시키거나 하는 급속 열처리(RTP：Rapid Thermal Processing)가 바람직하다. RTP에 있어서는, 백열 램프 등의 광원으로부터의 광조사를 이용한 광조사식 가열 처리 장치(이하, 단순히 가열 처리 장치라고도 함)가 널리 이용되고 있다.

광 투과성 재료로 이루어지는 발광관의 내부에 필라멘트가 배치되어 이루어지는 백열 램프는, 투입 전력의 90％ 이상이 전체 방사되고, 피처리체를 접촉하지 않고 가열하는 것이 가능하기 때문에, 광을 열로서 이용할 수 있는 대표적인 램프 이다. 이러한 백열 램프를, 글래스 기판이나 반도체 웨이퍼의 가열용 열원으로서 사용한 경우, 저항 가열법에 비교하여 피처리체의 온도를 고속으로 승강온시킬 수 있다. 즉, 광조사식 가열 처리에 의하면, 예를 들어, 피처리체를 1000℃ 이상의 온도까지, 수 초에서 수십 초로 승온시키는 것이 가능하고, 광조사 정지 후, 피조사체는 급속히 냉각된다.

여기서, 피처리체가, 예를 들어, 반도체 웨이퍼(실리콘 웨이퍼)일 때, 반도체 웨이퍼를 1050℃ 이상으로 가열할 때에 반도체 웨이퍼에 온도 분포의 불균일이 생기면, 반도체 웨이퍼에 슬립이라 불리는 현상, 즉, 결정 전이의 결함이 발생하여 불량품이 될 우려가 있다. 그 때문에, 광조사식 가열 처리 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼의 RTP를 행하는 경우에는, 반도체 웨이퍼 전면의 온도 분포가 균일하게 되도록, 가열, 고온 유지, 냉각을 행할 필요가 있다. 즉, RTP에 있어서는, 피처리체의 고정밀한 온도 균일성이 요구되고 있다.

광조사식 가열 처리에 있어서, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 전면의 물리 특성이 균일한 경우에, 반도체 웨이퍼 전면에서의 방사 조도가 균일해지도록 광조사를 행해도, 반도체 웨이퍼의 온도는 균일하게는 되지 않고, 반도체 웨이퍼 주변부의 온도가 낮아진다. 이것은, 반도체 웨이퍼의 주변부에 있어서, 반도체 웨이퍼 측면 등으로부터 열이 방사되기 때문이다. 이러한 열방출의 결과, 반도체 웨이퍼에는 온도 분포가 생긴다. 상기한 바와 같이, 반도체 웨이퍼를 1050℃ 이상으로 가열할 때, 반도체 웨이퍼에 온도 분포의 불균일이 생기면, 반도체 웨이퍼에 슬립이 발생한다.

따라서, 반도체 웨이퍼의 온도 분포를 균일하게 하려면, 반도체 웨이퍼 측면 등으로부터의 열방사에 의한 온도 저하를 보상하기 위해서, 웨이퍼 주변부 표면에서의 방사 조도를, 웨이퍼 중앙부 표면에서의 방사 조도보다도 커지도록 광조사를 하는 것이 바람직하다.

종래의 가열 처리 장치로서, 특허문헌 1에는, 글래스 기판이나 반도체 웨이퍼의 가열에 백열 램프로부터 방사되는 광을 이용하는 가열 처리 장치가 개시되고 있다.

도 15는, 특허문헌 1에 나타낸 바와 같은 종래 기술에 따른 가열 처리 장치(200)의 단면도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 광 투과성 재료로 형성된 챔버(201) 내에 피처리체(202)를 수납하고, 이 챔버(201) 외의 상하 양단에 복수 개의 가열용 백열 램프(203, 204)를 상하로 대향하고, 또한 서로 교차하도록 배치하며, 이들의 가열용 백열 램프(203, 204)에 의해서 피처리체(202)를 양면으로부터 광조사하여 가열하도록 구성되어 있다.

도 16은, 도 15에 나타낸 가열 처리 장치를 간략화하여 상하 양단에 설치되는 가열용 백열 램프(203, 204)와 피처리체(202)를 취출하여 나타낸 사시도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 상하 양단에 설치되는 가열용 백열 램프(203, 204)는, 관축이 교차하도록 배치되어 있으므로, 피처리체(202)를 균일하게 가열할 수 있다. 또, 이 장치에 의하면, 피처리체(202)의 주변부에서의 방열 작용에 의한 온도 저하를 방지할 수 있다. 예를 들어, 피처리체(202)에 대해서, 상단의 양단에 있는 가열용 백열 램프(L1, L2)의 램프 출력을 중앙부의 가열용 램프(L3)의 램프 출력에 비해 크게 하고, 하단의 양단에 있는 가열용 백열 램프(L4, L5)의 램프 출력을 중앙부의 가열용 백열 램프(L6)의 램프 출력에 비해 크게 설정한다. 이것에 의해, 피처리체(202)의 주변부에서의 방열 작용에 의한 온도 저하의 분을 보상하고, 피처리체(202)의 중앙부와 주변부의 온도차를 작게 하여, 피처리체(202)의 온도 분포를 균일하게 하는 것이 가능하다.

그러나, 상기 종래의 가열 처리 장치에 있어서 이하에 나타내는 문제가 생기는 것이 판명되었다. 구체적으로는, 예를 들어, 피처리체(202)가 반도체 웨이퍼인 경우, 반도체 웨이퍼 표면에 스퍼터링법 등에 의해 금속 산화물 등으로 이루어지는 막이 형성되어 있거나, 또한 이온 주입에 의해 불순물 첨가물이 도핑되고 있는 것이 일반적이다. 이러한 금속 산화물의 막두께나 불순물 이온의 밀도에는, 웨이퍼 표면 상에서 장소적인 분포를 가진다. 이러한 장소적인 분포는, 반드시 반도체 웨이퍼의 중심에 대해서 중심 대칭은 아니다. 불순물 이온 밀도를 예로 들면, 예를 들어, 도 16에 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼의 중심에 대해 중심 대칭이 아닌 협소한 특정 영역(2021)과 그 외의 영역(2022)에서 불순물 이온 밀도가 상이한 경우가 있다. 이러한 특정 영역(2021)과 그 외의 영역(2022)에 대해서 동일한 방사 조도가 되도록 광조사해도, 특정 영역(2021)과 그 외의 영역(2022)에서는, 온도 상승 속도에 차이가 생기는 일이 있고, 특정 영역(2021)의 온도와 그 외의 영역(2022)의 온도는 반드시 일치하지 않는다.

상기 종래의 가열 처리 장치(200)에 의하면, 피처리체(202)의 주변부에서의 열방사에 의한 온도 저하의 영향을 보상하여 주변부에서의 온도 저하를 방지하고, 피처리체(202)의 온도 분포를 균일하게 하는 것은 비교적 용이하다. 그러나, 예를 들어, 도 16에 나타내는 바와 같이, 전체 길이가 램프의 발광 길이보다도 짧은 반도체 웨이퍼의 협소한 특정 영역(2021)에 대해서는, 이 특정 영역(2021)의 특성에 대응한 광 강도로 광조사를 행한 경우, 특정 영역(2021) 이외의 영역(2022)도 광조사된다. 그 때문에, 특정 영역(2021)과 그 외의 영역(2022)이 적절한 온도 상태가 되도록 제어할 수 없다. 즉, 예를 들어, 양자의 온도가 균일해지도록 협소한 특정 영역(2021)에서의 방사 조도를 제어할 수 없다. 따라서, 피처리체(202)의 처리 온도에 원하지 않은 온도 분포가 생기게 되고, 광 가열 처리 후, 피처리체(202)에 원하는 물리 특성을 부여하는 것이 곤란해진다는 문제가 생긴다.

도 17은, 특허 문헌 2에 나타나는 종래 기술에 따른 열처리 장치(300)의 단면도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 이 열처리 장치(300)는 램프 하우스(301) 내에 U자형상을 갖고 필라멘트(3021)로의 급전 장치가 발광관의 양단부에 설치되어 있는 더블 엔드 램프(3022)를 지면에 대해 평행 방향 및 수직부 방향으로 복수 개 나열하여 구성되는 제1 램프 유닛(302)과, 제1 램프 유닛(302)의 아래쪽에 배치된, 직선 형상을 갖고 필라멘트(3031)로의 급전 장치가 발광관의 양단부에 설치되어 있는 더블 엔드 램프(3032)를 지면을 따라서 지면과 수직 방향으로 복수 개 나열하여 구성되는 제2 램프 유닛(303)을 구비하고 있고, 제2 램프 유닛(303)의 아래쪽에 배치된 반도체 웨이퍼 등의 피처리체(304)에 대해 가열 처리를 행하는 것이다.

특허 문헌 2에는, 피처리체(304)에 있어서, 다른 부분에 비하여 온도가 낮아 지는 경향에 있는, 피처리체(304)를 적재하는 서포트 링(305)과의 접속부의 온도를 상승시키기 위해서, 접속부의 위쪽에 위치하는 제1 램프 유닛(302)에 속하는 U자형상의 램프를 고출력으로 하도록 제어하는 기구를 구비하고 있는 것이 기재되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는 이 열처리 장치(300)는, 대략, 이하와 같이 사용하는 것이 기재되어 있다. 우선, 피처리체(304)인 반도체 웨이퍼의 가열 영역을 중심 대칭에서 동심인 복수의 존으로 분할한다. 그리고, 제1, 제2 램프 유닛(302, 303)의 각 램프에 의한 조도 분포를 조합하여, 각 존에 각각 대응하는 반도체 웨이퍼의 중심에 대해 중심 대칭인 합성 조도 분포 패턴을 형성하고, 각 존의 온도 변화에 따른 가열을 행한다는 것이다. 그 때, 램프로부터의 광의 조도 불균일의 영향을 억제하기 위해서, 피처리체(304)인 반도체 웨이퍼를 회전시키고 있다. 즉, 동심에 배치되는 각 존을 개별의 조도로 가열하는 것이 가능해지고 있다.

따라서, 특허 문헌 2에 나타나는 열처리 장치(300)는, 피처리체(304)에서의 협소한 특정 영역이 반도체 웨이퍼의 중심에 대해 중심 대칭인 경우에 대해서는 온도 제어가 가능하다. 그러나, 특정 영역이 반도체 웨이퍼의 중심에 대해 중심 대칭이 아닌 경우에 대해서는, 피처리체(304)인 반도체 웨이퍼를 회전시키고 있으므로, 상기의 문제점을 양호하게 해결할 수 없다.

또, 이 열처리 장치(300)는, 실용상, 이하에 나타내는 문제점이 생길 우려가 있다고 생각된다. 구체적으로는, U자형상을 갖는 램프는, 수평부(3023)와 한 쌍의 수직부(3024)로 구성되어 있지만, 발광에 기여하는 것은 내부에 필라멘트(3021)가 배치되는 수평부(3023)뿐이기 때문에, 개개의 램프는 무시할 수 없을 정도의 공간 을 개재하여 이간되어 배치되게 되고, 이 공간의 직하에 대응하는 부분에서는 온도 분포가 생기는 것이라고 생각된다.

즉, 이 열처리 장치(300)는, 각 존에 대응하는, 제1, 제2 램프 유닛(302, 303)의 각 램프에 의한 조도 분포를 조합하여 반도체 웨이퍼 중심 대칭의 합성 조도 분포를 형성했다고 해도, 상기 공간의 직하에 대응하는 부분에서는 조도가 비교적 험난하게 변화(저하)한다. 따라서, 각 존의 온도 변화에 따른 가열을 행하고자 해도, 상기 공간의 직하에 대응하는 부분 근방에서 생기는 온도 분포를 작게 하는 것은, 비교적 어려운 것이라고 생각된다. 또한, 이 가열 처리 장치(300)는, 최근, 램프 유닛을 배치하기 위한 공간(주로 높이 방향)을 최대한 작게 하는 경향이 있기 때문에, U자형상을 갖는 램프를 사용하면, 램프의 수직부(3024)에 대응하는 공간이 필요해지므로, 적은 공간화의 관점에서는 바람직하지 않다.

도 18은, 본건 출원인이 상기의 문제점을 해결하기 위해서 전의 출원에서 제안한, 특허 문헌 3에 나타나는 필라멘트 램프(400)의 사시도이다. 이 필라멘트 램프(400)는 대략 이하와 같이 구성되어 있다. 필라멘트 램프(400)의 발광관(401)의 양단에는, 금속박(4021~4024)이 매설된 시일링부(4031, 4032)가 형성되어 있다. 발광관(401) 내에는, 필라멘트(4041, 4051)와 필라멘트(4041, 4051)에 급전하기 위한 리드(4042~4043, 4052~4053)로 구성되는 필라멘트체(404, 405)가 복수 매설되어 있다(도 18에서는 2개). 여기서, 각 필라멘트체(404, 405)는, 발광관(401) 내에 복수 배치했을 때, 필라멘트(4041, 4051)가 발광관(401)이 길이 방향으로 차례차례 배치되도록 구성되어 있다.

한 쪽의 필라멘트체(404)에서의 필라멘트(4041)의 일단에 연결되는 리드(4042)는, 발광관(401)의 일단측의 시일링부(4031)에 매설된 금속박(4021)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 한 쪽의 필라멘트체(404)에서의 필라멘트(4041)의 타단에 연결되는 리드(4043)는, 절연체(409)의 관통 구멍(4091)을 통과하여, 다른 쪽의 필라멘트체(405)의 필라멘트(4051)와 대향하는 개소의 외측이 절연관(4044)으로 피복되고, 발광관(401)의 타단측의 시일링부(4032)에 매설된 금속박(4022)에 전기적으로 접속되어 있다. 동일하게 다른 쪽의 필라멘트체(405)에서의 필라멘트(4051)의 일단에 연결되는 리드(4052)는, 발광관(401)의 타단측의 시일링부(4032)에 매설된 금속박(4023)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 다른 쪽의 필라멘트체(405)에서의 필라멘트(4051)의 타단에 연결되는 리드(4053)는, 절연체(409)의 관통 구멍(4092)을 통과하여, 한 쪽의 필라멘트체(404)의 필라멘트(4041)와 대향하는 개소의 외측이 절연관(4054)으로 피복되고, 발광관(401)의 일단측의 시일링부(4031)에 매설된 금속박(4024)에 전기적으로 접속되어 있다.

또, 시일링부(4031, 4032)에 매설된 금속박(4021~4024)에 있어서, 필라멘트체(404, 405)의 리드(4042~4043, 4052~4053)가 접속된 단부와는 반대측의 단부에는, 시일링부(404, 405)로부터 외부에 돌출하도록 외부 리드(4061~4064)가 접속되어 있다. 따라서, 각 필라멘트체(404, 405)에는 금속박(4021~4022, 4023~4024)을 통해 2개의 외부 리드(4061~4062, 4063~4064)가 연결된다. 급전 장치(4071, 4072)는, 외부 리드(4061~4062, 4063~4064)를 통해 각 필라멘트(4041, 4051)마다 접속된다. 이것에 의해, 필라멘트 램프(400)는, 각 필라멘트체(404, 405)에서의 필라멘 트(4041, 4051)에 개별적으로 급전 가능해지고 있다.

또한, 각 필라멘트(4041, 4051)는, 발광관(401)의 내벽과 절연관(4044, 4054) 사이에 끼워지도록 설치된 환상의 앵커(408)에 의해서, 발광관(401)과 접촉하지 않도록 지지되고 있다. 여기서, 필라멘트 발광 시에 필라멘트(4041, 4051)와 발광관(401) 내벽이 접촉하면, 접촉 부분에서의 발광관(401)의 광 투과성은 필라멘트(4041, 4051)의 열에 의해 발광관(401)에 실투가 생기기 때문에 손상된다. 앵커(408)는, 이러한 불편을 방지하기 위한 것이다. 앵커(408)는, 각 필라멘트(4041, 4051)에 대해서 발광관(401)의 길이 방향으로 복수 개 배치된다. 또, 필라멘트 램프(400)를 제작할 때, 복수의 필라멘트체(404, 405)가 발광관(401) 내에 용이하게 삽입되도록 앵커(408)는 어느 정도 탄성을 갖고 있다. 또, 발광관(401)의 내벽과 절연관(4044, 4054) 사이의 공간과 앵커(408) 사이에는, 어느 정도의 틈새가 설치되어 있다.

이 필라멘트 램프(400)는, 발광관(401) 내에 복수의 필라멘트(4041, 4051)를 갖고, 각 필라멘트(4041, 4051)의 발광 등의 제어를 개별적으로 행하는 것이 가능한 구조로 되어 있다. 이러한 필라멘트 램프(400)를 병렬로 배열한 광원부를 갖는 광조사식 가열 처리 장치를 이용하면, 종래와 같은, 발광관 내에 1개의 필라멘트를 갖는 필라멘트 램프를 사용하는 경우와 비교하여, 광조사되는 피처리체의 피조사 영역에 대응하여 필라멘트를 고밀도로 배치하는 것이 가능해진다.

그 때문에, 상기와 같은 필라멘트 램프를 이용한 광조사식 가열 처리 장치에 의하면, 복수의 필라멘트에 대하여 개별적으로 급전할 수 있기 때문에, 기판형상의 피처리체 상에서의 특정 영역이 기판 형상에 대하여 비대칭인 경우에 있어서도, 특정 영역에 대하여 원하는 광강도로 광조사하는 것이 가능해진다. 따라서, 열처리되는 기판형상의 피처리체 상에서의 장소적인 온도 변화의 정도의 분포가 기판 형상에 대하여 비대칭인 경우에 있어서도, 피처리체를 균일하게 가열하는 것이 가능해지고, 피처리체의 전체에 걸쳐서 균일한 온도 분포를 실현할 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 상기와 같은 필라멘트 램프를 이용한 광조사식 가열 처리 장치는 특허문헌 2에 기재되어 있는 U자형상을 갖는 램프를 사용하는 광조사식 가열 처리 장치와 비교하여 광조사식 가열 처리 장치에 탑재하는 필라멘트 램프를 직관형상으로 하는 것이 가능하기 때문에, U자형상 램프의 수직부에 대응하는 공간이 불필요해지고, 가열 처리 장치를 소형화할 수 있다고 기대된다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 평 7－37833호

[특허 문헌 2] 일본 공개특허공보 2002－203804호

[특허 문헌 3] 일본 공개특허공보 2006－279008호

본건 발명자들은, 도 18에 나타내는 필라멘트 램프를 탑재한 광조사식 가열 처리 장치를 제작하여 실제로 필라멘트 램프를 점등시킨 바, 이하와 같은 문제가 생기는 것이 판명되었다. 상기의 필라멘트 램프에 있어서는, 발광관의 내부에 배치되는 복수의 필라멘트에 연결된 리드의 각각이 절연관에 의해서 피복되어 있다. 그런데, 필라멘트 램프의 점등 시에 필라멘트로부터 방사되는 광을 흡수하여 절연관이 고온 상태가 되는 것이 원인이 되어, 이하에 설명하는 문제가 생기는 것이 판명되었다.

즉, 절연관을 구비한 필라멘트 램프를 탑재한 광조사식 가열 처리 장치에 있어서는, 필라멘트로부터 방사되는 광에 더하여 고온 상태가 된 절연관으로부터 방사되는 광이 피처리체에 조사된다. 그러나, 이 필라멘트 램프에 있어서는, 절연관이 발광관의 내면으로부터 이간된 상태로 발광관 내에 배치되어 있고, 절연관의 온도 상승을 회피할 방법이 없기 때문에, 고온 상태의 절연관으로부터의 광 방사를 억제할 수는 없다. 게다가, 이 절연관으로부터 방사되는 광의 방사 강도는, 절연관의 온도에 의존하여 변동되는 것으로, 절연관과 이 절연관에 근접하는 필라멘트의 이간 거리, 절연관의 두께, 필라멘트에 투입되는 전력량 등의 여러 가지 요인에 의해 영향을 받기 때문에, 각각의 절연관으로부터 방사되는 광의 강도를 일률적으로 제어하는 것은 극히 곤란하다.

따라서, 도 18에 나타내는 1 필라멘트 램프를 사용한 광조사식 가열 처리 장 치에 있어서는, 각 필라멘트 램프의 각 절연관으로부터 방사 강도가 상이한 광이 피처리체에 조사되게 되기 때문에, 동일 사양에서 제작된 광조사식 가열 처리 장치를 각각 동일한 가동 조건으로 가동시켜 각각의 피처리체에 대해 가열 처리를 행하였다고 해도, 각각의 피처리체에서의 온도 상승 속도에 불균일이 생기기 때문에, 원하는 물리 특성을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

여기서, 「동일 사양」이란, 각각의 광조사식 가열 처리 장치에 있어서, 필라멘트 램프에 배치되는 필라멘트체의 개수 및 램프 유닛에 배치되는 필라멘트 램프의 개수가 동일한 것을 의미하고, 동일 사양을 갖는 각각의 광조사식 가열 처리 장치에 있어서는 램프 유닛에서의 필라멘트 램프의 배치 방법이 동일하다. 또한, 「동일한 가동 조건」이란 램프 유닛에 배치된 각각의 필라멘트 램프에 있어서 투입되는 전력이 동일하고, 각각의 광조사식 가열 처리 장치에 있어서 피처리체가 배치되는 분위기, 예를 들어, 가스의 종류, 가스의 분위기가 동일한 것을 의미한다.

이러한 문제는, 피처리체를 고속으로 승온하기 위해서, 발광관 내에 배치된 필라멘트에, 예를 들어, 필라멘트 단위 길이당 전력이 80W／㎝ 이상인 대전력이 투입되는 필라멘트 램프, 또는, 피처리체의 온도를 고정밀도로 제어하는 것을 목적으로 하여, 한정된 공간에 다수의 필라멘트 램프를 배치하기 위해서 발광관의 내경이 필라멘트의 외경에 대해서 2.5배 이하이고, 구체적으로는, 내경이 φ12㎜ 이하인 발광관의 내부에 4개 이상의 필라멘트가 배치된 필라멘트 램프에 있어서, 현저하게 생기고 있었다.

상기의 문제는, 단순하게는, 발광관 내로부터 절연관을 배제하면 회피할 수 있다. 그러나, 절연관을 배제하여 발광관 내에 리드를 박리 상태로 하면, 발광관의 내부에는 다수의 필라멘트체가 배치되어 있으므로, 고온이 된 필라멘트와 당해 필라멘트의 주위에 인접하여 배치되는 각각의 리드와의 사이, 및, 필라멘트의 주위에 배치되는 복수의 리드 중 근접하는 리드끼리의 사이에 원하지 않은 방전이 생기고, 리드가 용단하는 것에 의해서 필라멘트 램프가 사용 불능에 빠질 우려가 있다. 그 외의 방법으로서 내경이 큰 발광관을 사용하여, 인접하는 절연관과 필라멘트의 이간 거리를 크게 함으로써 절연관이 고온 상태가 되는 것을 회피하는 것도 생각된다. 그러나, 발광관의 내경을 크게 하는 것은, 각 필라멘트 램프를 각각의 관축이 평행해지도록 병렬로 배치했을 때에, 관축에 직교하는 방향에서 인접하는 필라멘트간의 이간 거리가 커져, 피처리체 상에서의 방사 조도 분포의 악화를 초래할 우려가 있고, 또, 원하는 갯수의 필라멘트 램프를 배치하고자 하면 광조사식 가열 처리 장치가 대형화하기 때문에 실제로는 채용할 수 없다.

본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 감안하여 필라멘트와 이 필라멘트의 주위에 배치되는 각 리드와의 사이에 있어서, 및, 필라멘트의 주위에 배치되는 각 리드 사이에 있어서, 원하지 않은 방전이 생기지 않도록, 이들 사이의 절연을 확보함과 더불어 필라멘트 이외로부터 불필요한 광이 방사될 우려가 없는 필라멘트 램프를 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 피처리체 상의 방사 조도 분포를 원하는 분포로 할 수 있고, 피처리체의 가열 처리에 불균일을 일으킬 우려가 없는 광조사식 가열 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용하였다.

제1 수단은, 적어도 일단에 시일링부가 형성된 발광관의 내부에, 각각 코일형상의 필라멘트의 양단에 이 각각의 필라멘트에 전력을 공급하는 한 쌍의 리드가 연결되어 이루어지는 복수의 필라멘트체가, 상기 각각의 필라멘트가 상기 발광관의 관축을 따라 신장되도록 순차적으로 나란히 배치되고, 상기 각각의 필라멘트체에서의 각각의 리드가 상기 시일링부에 배치된 복수의 각각의 도전성 부재에 대해서 전기적으로 접속되어 상기 각각의 필라멘트에 대해서 각각 독립적으로 급전되는 필라멘트 램프에 있어서, 상기 발광관의 내부에, 상기 각각의 리드를 삽입 관통하는 개구를 구비하고, 상기 발광관의 내면에 근접하도록 관축을 따라서 배치되며, 상기 각각의 필라멘트와 상기 각각의 리드 사이에 개재하는 절연벽과, 상기 발광관과 상기 절연벽에 의해 구획되고, 상기 발광관의 관축을 따라 신장되도록 형성되고, 상기 각각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 리드 수용 공간을 구비하고, 상기 각각의 필라멘트에 접속된 각각의 리드가, 상기 절연벽의 상기 개구를 통과하여 상기 각각의 리드 수용 공간에 서로 단락하지 않고 배치되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제2 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 절연벽이, 상기 발광관과 동축 상에 설치된 내관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제3 수단은, 제2 수단에 있어서, 상기 내관의 외면에, 서로 둘레방향으로 이간하여 상기 발광관의 관축을 따라 신장되고, 상기 각각의 필라멘트에 연결되는 각 각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 홈부가 형성되고, 상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 각각의 홈부와 상기 발광관의 내면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제4 수단은, 제2 수단에 있어서, 상기 발광관의 내면에, 서로 둘레방향으로 이간하여 상기 발광관의 관축을 따라 신장되고, 상기 각각의 필라멘트에 연결되는 각각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 홈부가 형성되고, 상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 각각의 홈부와 상기 내관의 외면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제5 수단은, 제2 수단 내지 제4 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 내관은, 상기 필라멘트로부터의 방사광을 차폐하지 않고 출사하기 위한 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제6 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 발광관의 내면에, 서로 둘레방향으로 이간하여 상기 발광관의 관축을 따라 신장되고, 상기 각각의 필라멘트에 연결되는 각각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 홈부가 형성되며, 상기 절연벽은, 서로 상기 각각의 필라멘트를 사이에 두고 대향하여 배치된 한 쌍의 판형상체로 이루어지고, 상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 각각의 홈부와 상기 판형상체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제7 수단은, 제1 수단 내지 제6 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 발광관과 상기 절연벽이, 용착되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제8 수단은, 제1 수단 내지 제6 수단의 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 발 광관과 상기 절연벽이, 발광관의 관축을 따라 용착되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제9 수단은, 제1 수단 내지 제8 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 발광관의 관축에 직교하는 단면에 있어서, 필라멘트에 대해서 직교하는 2개의 외접선과 상기 발광관의 관벽에 의해 둘러싸이는, 적어도 상기 필라멘트를 포함한 영역 이외의 영역에, 당해 필라멘트 이외의 다른 필라멘트에 관련된 리드의 모두가 위치되도록, 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제10 수단은, 제1 수단 내지 제9 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 시일링부는, 봉형상의 시일용 절연체가 배치됨과 더불어, 상기 복수의 도전성 부재를 상기 시일용 절연체의 외주에 간격을 두고 배열하고, 상기 발광관과 상기 시일용 절연체가 상기 도전성 부재를 통하여 기밀하게 시일링되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프이다.

제11 수단은, 제1 수단 내지 제10 수단 중 어느 하나의 수단에 기재된 필라멘트 램프가 배치되어 이루어지는 광원부를 구비하고, 이 광원부로부터 방사되는 광을 피처리체에 조사하여 피처리체를 가열하는 것을 특징으로 하는 광조사식 가열 처리 장치이다.

제12 수단은, 제1 수단 내지 제10 수단 중 어느 하나의 수단에 기재된 필라멘트 램프의 복수가 병렬로 배치되어 이루어지는 램프 유닛을 구비하고, 이 램프 유닛으로부터 방사되는 광을 피처리체에 조사하여 피처리체를 가열하는 것을 특징 으로 하는 광조사식 가열 처리 장치이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 발광관의 관축에 직교하는 방향에 있어서 인접하는 필라멘트와 각각의 리드 사이에서 원하지 않은 방전이 생길 우려가 없고, 게다가, 절연벽의 열이 발광관으로 전달되어 공기 중에 방열되기 때문에, 종래의 필라멘트 램프와 달리 절연벽이 고온 상태가 되는 일이 없기 때문에, 필라멘트 이외로부터 불필요한 광이 방사될 우려가 없다. 또한, 각각의 리드가, 리드 수용 공간에 서로 단락하지 않고 배치되므로, 인접하는 리드끼리의 사이에서 원하지 않은 방전이 생기는 것을 억제할 수 있고, 필라멘트 램프의 점등 시에 리드가 용단할 우려가 없어, 장시간에 걸쳐 안정되게 필라멘트 램프를 점등할 수 있다.

청구항 2 및 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 각각의 리드를 원하는 위치에 확실히 배치할 수 있고, 게다가 필라멘트 램프의 점등 시에, 각각의 리드가 열팽창·수축을 반복해도, 리드의 둘레 방향으로의 이동이 규제되기 때문에, 리드가 초기의 위치로부터 어긋나지 않고, 방사 조도 분포가 시간 경과적으로 변화될 우려가 없기 때문에, 초기의 방사 조도 분포를 장기적으로 유지할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 각각의 리드를 원하는 위치에 확실히 배치할 수 있음과 더불어, 리드의 둘레 방향으로의 이동이 규제되기 때문에, 초기의 방사 조도 분포를 장기적으로 유지할 수 있고, 게다가, 드로잉 또는 사출 성형이라는 비절삭적 가공 방법을 채용할 수 있으므로, 필라멘트 램프의 제조 시에 발광관이 파손될 걱정이 없어 생산성을 향상시킬 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 절연벽에 의해서 필라멘트로부터 방사된 광이 감쇠하지 않고 방사되기 때문에, 필라멘트에 대한 투입 전력을 과잉으로 크게 하지 않고 원하는 가열 처리를 행할 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 절연벽에 의해서 필라멘트로부터 방사된 광이 감쇠하지 않기 때문에, 필라멘트에 대한 투입 전력을 과잉으로 크게 하지 않고 원하는 가열 처리를 행할 수 있고, 게다가, 필라멘트 램프의 제조 시에 있어서 내관의 내부에 필라멘트를 삽입하여, 각각의 리드를 절연벽에 형성된 각각의 개구에 삽입 관통하여 절연벽의 바깥쪽에 인출하는 작업을 간단하게 행할 수 있다.

청구항 7 및 청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 절연벽으로부터 발광관으로의 열전달이 촉진되기 때문에, 절연벽이 고온 상태가 되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있고, 필라멘트 이외로부터의 불필요한 광이 방사될 우려가 없다. 특히, 발광관의 내면과 절연벽이 발광관의 관축을 따라 용착되므로, 발광관과 절연벽의 용착 면적을 크게 할 수 있고, 절연벽으로부터 발광관으로의 열전달이 더욱 촉진되며, 또한, 필라멘트 램프의 점등 시에 발광관에 비하여 절연벽 쪽이 고온 상태가 되고, 발광관 이상으로 절연벽이 발광관의 관축 방향으로 팽창해도, 발광관과 절연벽 사이에 작용하는 전단력이 분산되므로 용착 부분이 파손될 우려가 없다.

청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 피처리체 상에 투영되는 각각의 리드에 의한 그림자가 실용 상은 문제가 되지 않는 위치에 리드를 배치할 수 있기 때문에, 피처리체 상의 방사 조도 분포에 악영향을 줄 우려가 없다.

청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 다수의 도전성 부재를 시일용 절연체의 외주면을 이용하여 서로 접촉하지 않고 배치할 수 있으므로, 복잡한 물리 특성을 갖는 피처리체에 대해서 고정밀의 온도 제어를 행하기 위한 것으로서, 다수의 필라멘트체를 구비하는 필라멘트 램프라도, 시일링부를 크게 하지 않고 각 필라멘트체에 대한 독립된 급전 구조를 형성할 수 있다.

청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 9의 어느 하나의 청구항에 기재된 필라멘트 램프를 이용함으로써, 광조사식 가열 처리 장치마다 피처리체 상의 방사 조도 분포에 불균일이 생기는 것을 해소한 광조사식 가열 처리 장치를 실현할 수 있다.

청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 9의 어느 하나의 청구항에 기재된 필라멘트 램프로 구성된 램프 유닛을 이용함으로써, 광조사식 가열 처리 장치마다 피처리체 상의 방사 조도 분포에 불균일이 생기는 것을 보다 한층 해소한 광조사식 가열 처리 장치를 실현할 수 있다.

본 발명의 제1 실시형태를 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다.

도 1은, 본 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)의 사시도이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 필라멘트 램프(1)는, 예를 들어, 석영 유리 등의 광 투과성 재료로 이루어지는 직관형상의 발광관(2)을 구비하고, 발광관(2)의 양단부에 있어서 시일용 절연체(6a, 6b)와 발광관(2)을 용착함으로써 기밀하게 시일링된 시일링부(5a, 5b)가 형성되어 있다. 발광관(2)의 내부에는, 예를 들어, 석영 유리 등의 광 투과성 재료로 이루어지고, 발광관(2)보다도 관축 방향의 전체 길 이가 짧은, 직관형상의 절연벽으로서의 내관(3)이, 발광관(2)의 내면에 근접하도록 발광관(2)과 동축 상에 배치되어 있음과 더불어 할로겐 가스가 봉입되어 있다. 이 내관(3)의 내부에 있어서, 예를 들어, 5개의 필라멘트체(41~45)가 배치되고, 각각의 필라멘트체(41~45)에서의 각각의 필라멘트(411~451)가 관축 방향으로 순차적으로 나란히 관축 방향으로 신장되어 있다.

도 2는 본 실시형태의 발명에 따른 직경방향 및 관축방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 3은 필라멘트 램프(1)의 내관(3)에 대한 필라멘트체(41~45)의 배치를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2a, 2b는 직경방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 A-A'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도와, 도 2b의 B-B'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도와, 도 2b의 C에서 본 필라멘트 램프(1)의 정면도로 이루어지는 도면이다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 내관(3)의 외면에는 필라멘트체(41~45)와 같은 수의 홈부(311~315)가 서로 둘레방향으로 이간하여 관축을 따라 신장하도록 형성되고, 각각의 홈부(311~315)에는, 각각의 필라멘트(411~451)의 양단에 연결된 각각의 리드(412~452)를 삽입 관통하기 위한 개구(321a, 321b), 개구(322a, 322b), 개구(323a, 323b), 개구(324a, 324b), 개구(325a, 325b)가 2개씩 설치되어 있다. 이러한 내관(3)은, 직관형상으로 형성된 석영 유리에 대해서 절삭 가공을 실시함으로써, 각 리드(412~452)를 삽입 관통하기 위한 개구(321a, 321b), 개구(322a, 322b), 개구(323a, 323b), 개구(324a, 324b), 개구(325a, 325b)를 갖는 홈부(311~315)가 형성되어 있다.

이러한 내관(3)을 발광관(2)의 내면에 근접한 상태로 배치함으로써, 도 2에 나타내는 바와 같이, 발광관(2)의 내면과 내관(3)에 설치된 각 홈부(311~315)에 의해 구획된, 필라멘트체(41~45)의 리드(412~452)를 수용하기 위한 리드 수용 공간(111~115)이 형성되어 있다.

내관(3)의 내부에 배치된 각 필라멘트체(41~45)는, 코일형상의 필라멘트(411~451)와, 필라멘트(411~451)의 양단에 연결된 급전용 리드(412~452)로 의해 구성되어 있다. 각 리드(412~452)는, 필라멘트(411~451)의 단부에 연결되어 관축에 직교하는 방향으로 신장하는 필라멘트 연결부(4121a~4521a, 4121b~4521b)와, 필라멘트 연결부(4121a~4521a, 4121b~4521b)에 연속하여 관축을 따라 신장하는 리드 수평부(4122a~4522a, 4122b~4522b)와, 리드 수평부(4122a~4522a, 4122b~4522b)에 연속하여 관축에 직교하는 방향으로 신장됨과 더불어, 시일링부(5a, 5b)에 고정된 내부 리드(71a~75a, 71b~75b)에 연결되는 내부 리드 연결부(4123a~4523a, 4123b~4523b)로 이루어진다. 이러한 필라멘트체(41~45)의 개수는, 피처리체의 치수·물리 특성 등에 따라 적절하게 조정된다.

각 필라멘트체(41~45)는, 내관(3)의 내부에 모든 필라멘트(411~451)가 수용되고, 각 필라멘트(411~451)가 발광관(2)의 중심축 상에 위치한 상태로, 내관(3)에 대해서 부착된다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 필라멘트(411~451)의 일단에 연결된 한 쪽의 리드는, 필라멘트 연결부(4121a~4521a)가 관축에 직교하는 방향으로 신장함과 더불어 내관(3)의 홈부(311~315)에 설치된 한 쪽의 개구(321a~325a)에 삽입 관통되고, 리드 수평부(4122a~4522a)가, 내관(3)의 홈부(311~315)에 배치됨과 더불어 내관(3)의 외단면으로부터 한 쪽의 시일링부(5a)를 향하여 관축 방향 바짝쪽을 향하여 돌출하고 있다. 또한, 필라멘트(411~451)의 타단에 연결된 다른 쪽의 리드는, 필라멘트 연결부(4121b~4521b)가, 관축에 직교하는 방향으로 신장함과 더불어 한 쪽의 리드와 동일한 홈부(311~315)에 설치된 다른 쪽의 개구(321b~325b)에 삽입 관통되고, 리드 수평부(4122b~4522b)가, 한 쪽의 리드와 동일한 홈부(311~315)에 배치됨과 더불어 내관(3)의 외단면으로부터 다른 쪽의 시일링부(5b)를 향하여 관축 방향 바깥쪽으로 돌출하고 있다.

각각의 필라멘트(411~451)는 내관(3)의 내부에 있어서, 내관(3)의 내벽에 눌러지도록 설치된 도시하지 않은 환상의 앵커에 의해서, 내관(3)의 내벽과 접촉하지 않도록 지지되고 있다. 앵커는 각 필라멘트(411~451)에 대해서 1개씩 일체적으로 고정되고 있다. 이러한 앵커를 설치함으로써, 발광 시에 고온이 되는 각 필라멘트(411~451)가 내관(3)의 내벽에 접촉함에 기인하여 내관(3)이 실투한다는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

발광관(2)의 양단에 형성된 시일링부(5a, 5b)는, 예를 들어, 석영 유리로 이루어지는 원주형상의 시일용 절연체(6a, 6b)를 발광관 구성 재료의 내부에 삽입하여 배치한 상태로, 발광관(2)의 구성 재료의 외주면을 버너 등으로 가열함으로써, 다른 개소보다도 외경이 작아지도록 형성된 슈링크 시일 구조를 갖고 있다. 각 시일용 절연체(6a, 6b)의 외주면에는, 필라멘트체(41~45)의 개수와 같은 수의, 예를 들어, 5개의 금속박(81a~85a, 81b~85b)이 대략 등간격으로 시일용 절연체(6a, 6b) 의 길이 방향을 따라서 평행하게 배치되고, 각 금속박(81a~85a, 81b~85b)은, 절곡이 회피되기 때문에 시일용 절연체(6a, 6b)보다도 관축 방향의 전체 길이가 작은 것이 이용되고 있다.

시일링부(5a, 5b)에는, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)에 연결되는 각 내부 리드(71a~75a, 71b~75b)와, 각 급전 장치에 접속되는 각 외부 리드(91a~95a, 91b~95b)가 각 금속박(81a~85a, 81b~85b)에 접속된 상태로 고정되어 있다. 각각의 내부 리드(71a~75a, 71b~75b)는, 기단측이 시일링부(5a, 5b)에 매설됨과 더불어 각 금속박(81a~85a, 81b~85b)의 선단측에, 예를 들어, 용접에 의해 접속되어 있고, 발광관(2) 내에 돌출된 선단측이 각 필라멘트체(41~45)의 각 리드(412~452)에, 예를 들어, 용접에 의해 접속되고 있다. 각각의 외부 리드(91a~95a, 91b~95b)는, 선단측이 시일링부(5a, 5b)에 매설됨과 더불어 각 금속박(81a~85a, 81b~85b)의 기단측에, 예를 들어, 용접에 의해 접속되어 있고, 기단측이 발광관(2)의 외단으로부터 관축 방향 바깥쪽으로 돌출되어 있다. 또한, 내부 리드(71a~75a)와 금속박(81a~85a)과 외부 리드(91a~95a)로 도전성 부재(101a~105a)가 구성되고, 내부 리드(71b~75b)와 금속박(81b~85b)과 외부 리드(91b~95b)로 도전성 부재(101b~105b)가 구성된다.

도 4a는 도 1에 나타낸 시일링부(5a) 내의 확대 사시도, 도 4b는 도 4a의 A－ A'에서 절단한 시일링부(5a) 내의 단면도, 도 4c는 도 4a의 B－B＇에서 절단한 시일링부(5a) 내의 단면도이다.

도 4를 이용하여 시일링부(5a) 내의 구성을 더욱 상세하게 설명하면, 시일용 절연체(6a)에는, 필라멘트체(41~45)측의 외주면에 있어서 서로 둘레방향으로 이간하여 관축을 따라 신장되는 복수의 홈부(611a~615a)와, 외부 리드(91a~95a)측의 외주면에 있어서 서로 둘레방향으로 이간하여 관축을 따라 신장되는 복수의 홈부(621a~625a)가 형성됨으로써, 각 내부 리드(71a~75a)와 각 외부 리드(91a~95a)를 위치 결정하기 위한 각 닿음면이 형성되어 있다. 각 내부 리드(71a~75a)는, 홈부(611a~615a)를 따라서 기단측의 외단면이 닿음면에 맞닿도록 배치되고, 각 외부 리드(91a~95a)는, 홈부(621a~625a)를 따라서 선단측의 외단면이 닿음면에 맞닿도록 배치되어 있다. 이것에 의해 각 내부 리드(71a~75a) 및 각 외부 리드(91a~95a)의 최외면이, 시일용 절연체(6a)의 몸통부와 동일 원주 상에 위치하는 상태로 된다. 이와 같이 배치된 각 내부 리드(71a~75a) 및 각 외부 리드(91a~95a)가, 시일용 절연체(6a)의 몸통부의 외주면에 배치된 각 금속박(81a~85a)에 대해서 접속되어 있다. 발광관(2)의 각 외단면으로부터 돌출된 각각의 외부 리드(91a~95a)는, 도시하지 않은 급전 장치의 각각에 접속되어 있고, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 필라멘트(411~451)에 독립적으로 전력을 급전함으로써, 각 필라멘트(411~451)의 점등 제어를 개별적으로 행할 수 있다. 또한, 시일링부(5) 내에 있어서도 상기에서 설명한 시일링부(5a) 내와 동일하게 구성되어 있다.

이렇게, 시일용 절연체(6a, 6b)를 발관관(2)의 내부에 배치하여 시일링부(5a, 5b)를 형성함으로써, 원기둥형상의 시일용 절연체(6a, 6b)의 외주면을 이용하여 다수장의 금속박(81a~85a, 81b~85b)을 서로 접촉하지 않고 배치할 수 있다. 그 때문에, 다수의 필라멘트체(41~45)를 구비하는 필라멘트 램프(1)라도 시일링 부(5a, 5b)를 크게 하지 않고, 각 필라멘트체(41~45)에 대해서 독립하여 급전하는 구조를 확실하게 형성할 수 있다. 특히, 핀치 시일법에 의해 편평한 형상의 시일링부를 형성하는 것에 비교하면, 다수장의 금속박을 배치한 경우라도, 시일링부의 크기를 작게 할 수 있으므로, 공간 절약화의 관점에서 바람직하다.

또, 이러한 시일용 절연체(6a, 6b)를 이용하여 구성된 시일링부(5a, 5b)를 구비하는 필라멘트 램프(1)에 의하면, 시일용 절연체(6a, 6b)에 설치된 각 홈부(611a~615a, 611b~615b)에 고정된 각 내부 리드(71a~75a, 71b~75b)에 대해서, 내관(3)의 각 홈부(311~315)에 배치된 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)가 고정되기 때문에, 필라멘트 램프(1)의 수송 시 또는 점등 시에 필라멘트 램프(1)에 대해서 진동이나 충격이 가해졌다고 해도, 내관(3)이 둘레방향으로 선회하는 것을 규제할 수 있다. 특히, 내관(3)의 외단면으로부터 시일링부(5a, 5b)를 향하여 돌출하는 각 리드(412~452)의 전체 길이를 단축하면, 내관(3)이 둘레방향으로 선회하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있기 때문에, 관축을 따라 나란한 5개의 필라멘트체(41~45) 중 양단측에 위치하는 2개의 필라멘트의 각각에서의 시일링부측의 외단면보다도, 내관의 외단면 쪽이 시일링부 가까이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 필라멘트 램프(1)에 있어서는, 필라멘트(예를 들어 필라멘트(411))에 대해서, 당해 필라멘트(필라멘트(411)) 이외의 다른 필라멘트(예를 들어 필라멘트(421~451))에 따른 리드(리드 422~452) 모두 발광관(2)의 내부에서의 특정한 영역 내에 위치되어 있는 것이 바람직하다. 이하에, 구체적인 예를 도 5를 이용하여 설명한다.

도 5는, 필라멘트(411~451)와 리드(412~452)의 위치 관계를 설명하기 위한, 본 실시형태의 발명에 따른 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 필라멘트(411)의 중심축에 직교하는 평면에 의한 절단면에 있어서, 필라멘트(411)에 대해서 직교하는 2개의 외접선 X, Y와 발광관(2)의 관벽에 의해 둘러싸인, 적어도 필라멘트(411)를 포함한 영역(이후, 유효광 취출 영역이라고도 함) 이외의 영역에, 당해 필라멘트(411) 이외의 다른 필라멘트(421~451)에 따른 리드(422~452)가 모두 위치된 상태로 되어 있다. 또, 필라멘트(411~451)에 따른 각각의 리드(412~452)는, 필라멘트(411~451)에 대해서 최대한 대칭으로 배치되어 있음과 더불어, 유효광 취출 영역과 대향하는 영역에도 리드(412~452)가 존재하지 않는 상태로 되어 있다.

이러한 필라멘트(411~451)와 리드(412~452)의 위치 관계를 실현하기 위해서, 발광관(2)의 내부에 배치한 내관(3)에는, 필라멘트(411~451)에 대해서 직교하는 2개의 외접선 X, Y와 발광관(2)의 관벽에 의해 둘러싸인, 적어도 필라멘트(411~451)를 포함한 영역을 제외한 영역에만, 리드 수용 공간(111~115)을 형성하기 위한 홈부(311~315)가 형성되어 있다. 또한, 시일용 절연체(6a, 6b)에는 내관(3)에 설치된 각 홈부(311~315)에 대응하여, 내부 리드(71a~75a, 71b~75b)를 배치하기 위한 홈부(611a~615a, 611b~615b)가 형성되어 있다.

이러한 필라멘트(411~451)와 리드(412~452)의 위치 관계를 실현함으로써, 필라멘트(예를 들어 필라멘트(411))로부터 직접적으로 방사되는 광을, 다른 필라멘 트(예를 들어 필라멘트(421~451))에 따른 리드(리드(422~452))에 의해서 차단되지 않고 유효하게 취출할 수 있으므로, 피처리체 상에 투영되는 리드(리드(422~452))의 그림자에 의해 피처리체에서의 방사 조도 분포가 악화될 우려가 없다. 특히, 발광관(2) 내에 배치되는 필라멘트체(41~45)의 개수가 4개 이상이며, 또한, 필라멘트(411~451)와 리드(412~452)의 공통 외접선이 이루는 각도가 10°~60°의 범위 내에서 구성되는 필라멘트 램프(1)에 있어서는, 피처리체 상에 투영되는 리드(412~452)의 그림자에 의한 영향이 현저해지기 때문에, 상기한 위치 관계를 만족하도록 필라멘트(411~451)와 리드(412~4512)를 배치하는 것이 특히 유효하다.

이러한 필라멘트 램프(1)의 수치예를 이하에 나타낸다.

발광관(2)은 외경이 φ10㎜~φ40㎜ 정도, 전체 길이가 수십㎜~800㎜ 정도이며, 피처리체의 크기, 필라멘트 램프(1)로부터 피처리체까지의 거리, 램프 유닛 내에서의 램프 배치에 의해서 결정된다. 각각의 필라멘트체(41~45)는 직경이 φ 0.05㎜~1㎜ 정도인 소선(素線)을 이용한다. 본 실시예에서는 φ300㎜인 실리콘 웨이퍼를 거리 50㎜로 조사하는 경우에 있어서, 발광관 외경 28㎜, 전체 길이 560㎜, 필라멘트 소선직경 0.5㎜를 사용하고, 각 필라멘트(411~451)의 최대 전체 길이가 140㎜, 외경이 φ8㎜로 형성된 각 필라멘트(411~451)의 양단에, 외경이 필라멘트 소선보다도 대경인, 예를 들어 φ0.8㎜인 리드(412~452)가 접속된다. 필라멘트 외경은 φ8㎜에 한정하지 않고, 필요 전력과 필라멘트 온도에 따라 φ4㎜ 정도~φ20㎜ 정도가 된다. 필라멘트 1개 당 최대 정격 전류값은 필요한 피처리물의 승온 특성과 시일부의 금속박의 허용 전류값에 따라서 결정되고, 본 실시예에서는 25A이 다.

내관(3)은, 본 실시예에서는, 예를 들어 외경이 φ24~φ24.5㎜, 전체 길이가 400~470㎜이며, 발광관(2)의 내면으로부터의 이간 거리는 0.7㎜ 이하인 것이 바람직하다. 내관(3)의 외면과 발광관(2)의 내면의 이간 거리는, 내관(3)의 홈부(311~315)와 발광관(2)의 내면에 의해 리드 수용 공간(111~115)을 형성하기 때문에, 적어도 각 리드(412~452)의 외경보다도 작은 것이 필요하지만, 열전달의 영향을 고려하면 발광관(2)의 외경에 대해서 0.5㎜ 이하인 것이 특히 바람직하다. 또, 내관(3)에 설치된 각 홈부(311~315)는, 폭이 1.3~1.5㎜, 깊이가 1.0~1.6㎜이며, 서로 2㎜ 이상의 거리를 두고 이간하여 형성되어 있다. 인접하는 홈부(311~315)끼리의 이간 거리는, 방전 개시 전압보다 크고, 또한 리드(412~452)가 상기 유효광 취출 영역 이외의 영역에 들어가도록 설정한다. 본 실시예의 경우, 램프 내에 아르곤 가스를 봉입하고, 압력을 0.5기압으로 하고 있기 때문에, 상용 전력인 200V로 방전하지 않고 사용하기 위해서는 홈부(311~315)끼리의 이간 거리는 0.5㎜ 이상 필요하고, 여유율을 고려하여 1㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 유효광 취출 영역 이외의 영역에 리드(412~452)를 넣기 위해, 도 5의 좌반분에 나타내는 바와 같이 편측에 3개의 리드(432, 442, 452)를 외경 φ24㎜의 내관에 배치시키는 경우에는, 상기 이간 거리는 7.5㎜ 이하인 것이 바람직하다.

내관(3)의 외면이 발광관(2)의 내면에 맞닿고 있거나, 또는 내관(3)의 외면과 발광관(2)의 내면의 이간 거리가 0.5㎜ 이하인 경우에는, 필라멘트(411~451)로부터의 방사광이 내관(3)에 조사되어도, 내관(3)에 근접하는 발광관(2)에 내관(3) 의 열이 전달되기 때문에, 내관(3)이 고온 상태가 되는 것을 확실히 방지할 수 있다. 또, 내관(3)에 형성된 인접하는 홈부(311~315)끼리의 이간 거리가 1㎜ 이상인 경우에는, 인접하는 리드(412~452) 사이에서 원하지 않은 방전이 형성되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 의하면, 기본적으로는, 복수의 각각의 필라멘트(411~451)에 대하여, 시일링부(5a~5b)에 배치된 각각의 도전성 부재(101a~105a, 101b~105b)를 통해 독립적으로 급전되는 구성이기 때문에, 열처리되는 피처리체 상에서의 장소적인 온도 변화의 정도의 분포가 기판 형상에 대해 비대칭인 경우에 있어서도, 피처리체를 균일하게 가열할 수 있기 때문에, 피처리체의 전체에 걸쳐서 균일한 온도 분포를 실현할 수 있다.

더구나, 발광관(2)의 내면에 근접하도록 내관(3)이 배치되어 있기 때문에, 필라멘트 램프(1)의 점등 시에 관형상의 절연벽(3)이 고온 상태가 되는 것이 방지되기 때문에, 필라멘트(411~451) 이외로부터 불필요한 광이 방사된다는 문제를 확실히 해소할 수 있다.

나아가서는, 각 필라멘트(411~451)와 각 리드(412~452) 사이에 내관(3)이 개재하고 있고, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)가, 내관(3)에 설치된 각 홈부(311~315)와 발광관(2)의 내면에 의해 구획된 리드 수용 공간(111~115)에 서로 단락하지 않고 배치되므로, 각 필라멘트(예를 들어 필라멘트(411))와 이 필라멘트(필라멘트(411))에 근접하는 리드(리드(422~452)) 사이 및 인접 리드(412~452)끼리의 사이에서 원하지 않은 방전이 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

또한, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)가, 내관(3)에 설치된 각 홈부(311~315)와 발광관(2)의 내면에 의해 구획된 리드 수용 공간(111~115)에 배치되어 있으므로, 필라멘트 램프(1)의 점등 시에 각 리드(412~452)가 열팽창·수축을 반복해도, 각 리드(412~452)의 둘레방향으로의 이동이 규제되기 때문에, 각 리드(412~452)가 초기의 위치로부터 어긋나는 일이 없다. 따라서, 방사 조도 분포가 시간 경과적으로 변화될 우려가 없기 때문에, 초기의 방사 조도 분포를 장기적으로 유지할 수 있다.

또, 제1 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 있어서는, 도 6에 나타내는 구성을 채용할 수도 있다.

도 6은, 내관 구성재(121, 122)에 대한 필라멘트체(41~45)의 배치를 나타내는 사시도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 도 3에 나타낸 바와 같은 내관(3) 대신에, 직경 방향에 있어서 2개로 분할되고, 직경 방향의 단면이 반원형상인 각 내관 구성재(121, 122)를 발광관(2)의 내면에 근접한 상태로 배치한 것이다. 한 쪽의 내관 구성재(121)의 외주면에는, 서로 둘레방향으로 이간하여 관축을 따라 신장하는 2개의 홈부(311, 312)가 형성되어 있고, 한 쪽의 내관 구성재(121)와 동일하게 하여, 다른 쪽의 내관 구성재(122)의 외주면에 3개의 홈부(313, 314, 315)가 형성되어 있다. 각 내관 구성재(121, 122)에 설치된 각 홈부(311~312, 313~315)에는, 각각 2개씩의 개구(321a, 321b), 개구(322a, 322b), 개구(323a, 323b), 개구(324a, 324b), 개구(325a, 325b)가 형성되어 있다.

이와 같이, 복수로 분할한 내관 구성재(121, 122)를 이용함으로써, 내관 구 성재(121, 122)의 각 홈부(311~312, 313~315)에 설치된 각 개구(321a, 321b), 개구(322a, 322b), 개구(323a, 323b), 개구(324a, 324b), 개구(325a, 325b)에 대해 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)를 통과시키는 작업을 내관 구성재(121, 122)마다 개별적으로 행할 수 있다. 따라서, 다수의 필라멘트체(41~45)를 구비하는 필라멘트 램프(1)에 있어서는, 복수로 분할되어 있지 않은 직관형상 내관(3)을 사용하는 경우에 비해, 각 필라멘트체(41~45)의 각 리드(412~452)를 내관 구성재(121, 122)의 각 개구(321a, 321b), 개구(322a, 322b), 개구(323a, 323b), 개구(324a, 324b), 개구(325a, 325b)에 통과시키는 작업을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 발광관(2)의 내부에 있어서, 한 쪽의 내관 구성재(121)와 다른 쪽의 내관 구성재(122)를 이간하여 배치함으로써, 필라멘트 램프(1)의 점등 시에 각 내관 구성재(121, 122)가 원주 방향으로 팽창했다고 해도, 대향하는 내관 구성재(121, 122) 사이의 공간에 의해 각 내관 구성재(121, 122)의 팽창이 흡수되기 때문에, 내관 구성재(121, 122)가 파손되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 실시형태를 도 7을 이용하여 설명한다.

도 7은 본 실시형태의 발명에 따른 직경방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 7a, 7b는 직경방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 7c는 도 7a의 A-A'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도와, 도 7b의 B-B'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도와, 도 7b의 C에서 본 필라멘트 램프(1)의 정면도로 이루어지는 도면이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1) 는, 제1 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 같이, 내관(3)에 형성된 복수의 각각의 홈부(311~315)와 발광관(2)의 내면에 의해 리드 수용 공간(111~115)이 형성되는 형태로는 한정되지 않는다. 이 필라멘트 램프(1)는 발광관(13)의 내면에 서로 둘레방향으로 이간하여 관축을 따라 신장되는 복수의 홈부(131~135)가 형성되어 있고, 이 발광관(13)의 내면에 근접하도록 내관(14)을 배치함으로써, 발광관(13)의 각 홈부(131~135)와 내관(14)의 외주면에 의해 구획된 복수의 리드 수용 공간(111~115)이 형성되어 있다. 발광관(13)의 내주면에 형성된 각 홈부(131~135)는, 도 5에 있어서 설명한 바와 같이, 필라멘트(예를 들어 필라멘트(411))와 이 필라멘트(필라멘트(411)) 이외의 다른 필라멘트(필라멘트(421~451))에 따른 각 리드(리드(422~452))의 위치 관계를 만족하고 있다.

이 필라멘트 램프(1)의 내관(14)에는, 발광관(13)의 내면에 설치된 각 홈부(131~135)에 대응하는 개소의 각각에, 각 리드(412~452)를 삽입 관통하기 위한 개구(141a, 141b), 개구(142a, 142b), 개구(143a, 143b), 개구(144a, 144b), 개구(145a, 145b)가 2개씩 형성되어 있다. 또한, 내관(14)은, 외주면에 홈부가 설치되지 않은 구성이라도 좋고, 발광관(13)의 각 홈부(131~135)에 대응하여 외주면에 홈부를 설치한 구성으로 해도 좋다.

각 필라멘트체(41~45)는, 내관(14)의 내부에 모든 필라멘트(411~451)가 수용되고, 각 필라멘트(411~451)가 발광관(13)의 중심축 상에 위치한 상태로 내관(14)에 대해서 부착되어 있다. 즉, 도 7에 나타내는 바와 같이, 필라멘트(411~451)의 일단에 연결된 한 쪽의 리드에서의 필라멘트 연결부(4121a~4521a)가 관축에 직교하 는 방향으로 신장함과 더불어, 내관(14)에 설치된 개구(141a~145a)를 통과하고, 한 쪽의 리드에서의 리드 수평부(4122a~4522a)가, 발광관(13)의 홈부(131~135)에 배치됨과 더불어 내관(14)의 외단면에서 한 쪽의 시일링부(5a)를 향해서 관축 방향 바깥쪽을 향해서 돌출하고 있다. 또한, 필라멘트(411~451)의 타단에 연결된 다른 쪽의 리드에서의 필라멘트 연결부(4121b~4521b)가, 관축에 직교하는 방향으로 신장함과 더불어, 내관(14)에 설치된 개구(141b~145b)를 통과하고, 다른 쪽의 리드에서의 리드 수평부(4122b~4522b)가, 한 쪽의 리드에서의 리드 수평부(4122a~4522a)와 동일한 홈부(131~135)에 배치됨과 더불어 내관(14)의 외단면으로부터 다른 쪽의 시일링부(5b)를 향해서 관축 방향 바깥쪽을 향하여 돌출하고 있다.

이상과 같이, 제2 실시형태의 발명에 따른 필라멘트(1)에 의하면, 기본적으로는 제1 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 동일한 효과를 기대할 수 있다. 나아가서는, 내주면에 각 홈부(131~135)를 구비하는 발광관(13)을 드로잉 또는 사출 성형이라는 수법에 의해 구성할 수 있고, 발광관(13)의 내면에 사후적으로 절삭 등의 기계적 가공을 실시함으로써 홈부를 형성할 필요가 없기 때문에, 제조에 요하는 비용·노력과 절삭 가공 시의 파손의 리스크를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 제3 실시형태를 도 8을 이용하여 설명한다.

도 8은 본 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 8a, 8b는 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이며, 도 8c는 도 8a의 A-A' 방향에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도와, 도 8b의 B-B' 방향에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램 프(1)의 단면도와, 도 8b의 C방향에서 본 필라멘트 램프(1)의 정면도가 각각 합성되어 나타내었다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 이 필라멘트 램프(1)는, 발광관(13)의 내면에 서로 둘레방향으로 이간하여 관축을 따라 신장되는 복수의 홈부(131~135)가 형성되고, 이 발광관(13)의 내면에 근접하도록 내관(15)을 배치함으로써, 발광관(15)의 각 홈부(131~135)와 내관(15)의 외주면에 의해 구획된 복수의 리드 수용 공간(111~115)이 형성되어 있다. 발광관(13)의 내주면에 형성된 각 홈부(131~135)는, 도 5에 있어서 설명한 바와 마찬가지로, 필라멘트(예를 들어 필라멘트(411))와 이 필라멘트(필라멘트 411) 이외의 다른 필라멘트(필라멘트(421~451))에 따른 각 리드(리드(422~452))와의 위치 관계를 만족하고 있다.

또한, 이 필라멘트 램프(1)의 내관(15)은, 발광관(13)의 관축을 따라 신장하는 방향으로, 광 출사측에 관축에 직교하는 방향의 단면이 C자형상인 개구(158)가 형성되어 있고, 발광관(13)의 내주면의 각 홈부(131~135)에 대응하는 각각의 개소에, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)를 삽입 관통하기 위한 개구(151a, 151b), 개구(152a, 152b), 개구(153a, 153b), 개구(154a, 154b), 개구(155a, 155b)가 2개씩 형성되어 있다. 또한, 개구(158)의 개구단은, 도 5에 나타나는 유효광 취출 영역을 제외한 영역에 위치하고 있다. 구체적으로는, 내관(15)에는, 필라멘트(411~451)에 대한 2개의 각각의 외접선 X, Y와 내관(15)의 각각의 개구단을 연결하는 2직선으로 이루는 각이 80~90°가 되도록 개구(158)가 형성되어 있다.

이 필라멘트 램프(1)의 각 필라멘트체(41~45)의 부착 방법은, 제2 실시형태에서의 도 7에 나타낸 필라멘트 램프(1)와 공통되고 있다. 또한, 발광관(13)의 내주면에 각 홈부(131~135)를 형성하는 것 대신에, 도 8에 나타낸 내관(15)의 외주면에 대해 각 홈부를 형성할 수도 있다.

이상과 같이, 제3 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 의하면, 기본적으로는, 제2 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 동일한 효과를 기대할 수 있다. 게다가, 필라멘트(411~451)로부터 방사된 광이 내관(15)에 흡수 또는 반사되는 일이 없기 때문에, 필라멘트(411~451)에 투입하는 전력을 최소한으로 억제할 수 있다.

본 발명의 제4 실시형태를 도 9를 이용하여 설명한다.

도 9는, 본 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이며, 도 9a는, 도 9c의 A－A'에 있어서 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 9b는 도 9c의 B－B'에 있어서 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이며, 도 9c는 도 9a의 P－P'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도와, 도 9(b)의 Q－Q'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도와, 도 9b의 R－R'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프의 단면도와, 도 9a의 S에서 본 필라멘트 램프(1)의 정면도로 이루어지는 도면이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 이 필라멘트 램프(1)는, 관축에 직교하는 단면이 방형상으로 형성된 직관형상의 발광관(16)의 내부에, 5개의 필라멘트체(41~45) 가 배치되고, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각각의 필라멘트(411~451)가 관축 방향으로 순차적으로 나란히 관축 방향으로 신장되어 있고, 발광관(16)의 양측의 내벽을 따라서 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)가 배치되어 있다. 발광관(16)의 양단에 형성된 각 시일링부(5a, 5b)는, 제1 내지 제3 실시형태에 있어서 나타낸 각 시일링부(5a, 5b)와 동일하게, 관축에 직교하는 방향의 단면이 원형상이 되도록 형성되어 있다. 발광관(16)의 내부에는, 서로 각 필라멘트(411~451)를 사이에 두고 이간한 상태로 발광관(16)의 관축을 따라 신장하는, 관축에 직교하는 방향의 단면이 방형상인 한 쌍의 절연벽(171, 172)이 배치되어 있다. 각 절연벽(171, 172)은 석영 유리 등의 절연 재료로 이루어지고, 각 필라멘트(411~451)와 각 리드(412~452) 사이에 개재한 상태로, 발광관(16)의 양측의 내벽을 따라서 배치되어 있다.

이 필라멘트 램프(1)의 구성에 대해서, 이하에 더욱 자세하게 설명한다. 발광관(16)의 내주면에 있어서는, 서로 둘레방향으로 이간하여 관축을 따라 신장하는, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)를 배치하기 위한 복수의 홈부(1611~1612, 1621~1623)가 형성되어 있다. 이러한 홈부(1611~1612, 1621~1623)는, 도 5에 나타나는, 필라멘트(예를 들어 필라멘트(411))와 이 필라멘트(필라멘트(411)) 이외의 다른 필라멘트(필라멘트(421~451))에 따른 각 리드(리드(422~452))와의 위치 관계를 만족하고 있다. 또한, 각 절연벽(171, 172)은, 발광관(16)의 각 홈부(1611~1612, 1621~1623)에 대응하는 각각의 개소에, 2개씩의 개구(1711a, 1711b), 개구(1712a, 1712b), 개구(1721a, 1721b), 개구(1722a, 1722b), 개구(1723a, 1723b)가 형성되고, 관축에 직교하는 방향의 외단부가, 도 5에 나타나는 유효광 취출 영역을 제외한 영역에 위치하도록 발광관(16)의 내부에 배치되어 있다.

발광관(16)의 내부에 있어서는, 각 리드(412~452)를 배치하기 위한 각 홈부(1611~1612, 1621~1623)가 내면에 형성됨으로써, 관축에 직교하는 단면이 요철형상으로 형성된 한 쌍의 제1 요철면(161)과 제2 요철면(162)이, 각 필라멘트(411~451)를 사이에 둔 양측에 대향하고 있다. 또한, 발광관(16)의 내부에는, 제1 요철면(161), 제2 요철면(162) 외에, 각 절연벽(171, 172)을 배치하기 위한 홈부(1631~1632, 1641~1642)가 형성됨으로써, 관축에 직교하는 단면이 요철형상으로 형성된 한 쌍의 제3 요철면(163)과 제4 요철면(164)이, 각 필라멘트(411~451)를 사이에 둔 양측에 대향하고 있다. 제3 요철면(163)과 제4 요철면(164)에 형성된 각 돌출면은, 관축에 직교하는 방향에 있어서, 각 절연벽(171, 172)의 관축에 직교하는 방향의 폭보다도 약간 좁은 거리를 두고 대향하고 있다.

각 절연벽(171, 172)은, 관축에 대해 직교하는 방향에서의 각 외단면이 제3 요철면(163)과 제4 요철면(164)에서의 각 오목면에 인접하고, 한 쪽의 측단면이 제3 요철면(163)과 제4 요철면(164)에서의 각 돌출면에 인접하며, 또한, 다른 쪽의 측단면이 제1 요철면(161)과 제2 요철면(162)에 인접하여 배치되고, 이것에 의해, 발광관(16)의 내부에 있어서 둘레방향으로 선회하는 것이 규제된 상태로 되어 있다. 발광관(16)의 내부에 있어서는, 제1 요철면(161)과 제2 요철면(162)에 설치된 각 홈부(1611~1612, 1621~1623)를 모두 막도록 각 절연벽(171, 172)이 배치됨으로 써 발광관(16) 내면의 각 홈부(1611~1612, 1621~1623)와 각 절연벽(171, 172)의 다른 쪽의 측단면에 의해 구획되는, 각 필라멘트(411~451)에서의 각 리드(412~452)를 수용하기 위한 각 리드 수용 공간(111~115)이 형성된다.

각 필라멘트체(41~45)는, 양측에 절연벽(171, 172)이 위치함과 더불어, 각 필라멘트(411~451)가 발광관(16)의 중심축 상에 위치한 상태로, 이하와 같이 하여 부착되어 있다. 즉, 도 9에 나타내는 바와 같이, 필라멘트(411~451)의 일단에 연결된 한 쪽의 리드에서의 필라멘트 연결부(4121a~4521a)가, 관축에 직교하는 방향으로 신장함과 더불어 절연벽(171, 172)에 설치된 한 쪽의 개구(1711a~1712a, 1721a~1723a)에 삽입 관통되고, 한 쪽의 리드에서의 리드 수평부(4122a~4522a)가, 발광관(16)의 내면의 홈부(1611~1612, 1621~1623)에 배치됨과 더불어 절연벽(171, 172)의 관축 방향의 외단면에서 한 쪽의 시일링부(5a)를 향해서 관축 방향 바깥쪽을 향하여 돌출하고 있다. 또한, 필라멘트(411~451)의 타단에 연결된 다른 쪽의 리드에서의 필라멘트 연결부(4121b~4521b)가, 관축에 직교하는 방향으로 신장됨과 더불어 절연벽(171, 172)에 설치된 다른 쪽의 개구(1711b~1712b, 1721b~1723b)에 삽입 관통되고, 다른 쪽의 리드에서의 리드 수평부(4122b~4522b)가, 한 쪽의 리드에서의 리드 수평부(4122a~4522a)와 동일한 홈부(1611~1612, 1621~1623)에 배치됨과 더불어 절연벽(171, 172)의 관축 방향의 외단면으로부터 다른 쪽의 시일링부(5b)를 향하여 관축 방향 바깥쪽을 향하여 돌출하고 있다.

이러한 필라멘트 램프(1)에 따른 수치예를 이하에 설명한다. 또한, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 필라멘트(411~451) 및 각 리드(412~452)에 따른 수치는, 제1 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 공통되고 있다. 발광관(16)은, 관축에 직교하는 방향의 폭이 10㎜~40㎜, 관축 방향의 전체 길이가 수십~800㎜ 정도이며, 피처리체의 크기, 램프로부터 피처리체까지의 거리, 램프 유닛 내에서의 램프 배치에 의해서 결정된다. 본 실시예에서는 예를 들어 폭이 28㎜, 전체 길이가 560㎜이다. 절연벽(171, 172)은, 관축에 직교하는 방향의 폭(도 9b의 단면도의 상하 방향)이 24.5~25.5㎜, 관축 방향의 전체 길이가(도 9b의 단면도의 깊이 방향) 400~470㎜, 두께(도 9b의 단면도의 좌우 방향)가 0.5~1.2㎜이다. 절연벽(171, 172)은, 제1 요철면(161) 및 제2 요철면(162)에서의 각 돌출면에 대해서, 적어도 각 리드(412~452)의 외경보다도 작은 거리를 두고 인접해 있을 필요가 있지만, 제1 요철면(161) 및 제2 요철면(162)에서의 각 돌출면에 맞닿고 있거나 또는 제1 요철면(161) 및 제2 요철면(162)에서의 각 돌출면으로부터 0.7㎜ 이하의 거리를 두고 이간하고 있는 것이 바람직하다. 제1 요철면(161), 제2 요철면(162)은, 각 돌출면이 24㎜의 거리를 두고 대향하고 있다.

상기와 같이, 제4 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 의하면, 기본적으로는, 제1 내지 제3 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 동일한 효과를 기대할 수 있다. 게다가, 발광관(16)이, 관축에 대해 직교하는 방향의 단면이 예를 들어 장방형이나 정방형인 각통형상인 것이기 때문에, 각통과 동일한 외경을 갖는 원통형의 발광관을 이용하는 경우에 비해, 발광관 내에 다수의 리드를 용이하게 배치할 수 있기 때문에, 피처리체에 있어서 고정밀한 온도 제어를 실현 가능한 필라멘트 램프를 용이하게 제작할 수 있다.

상기의 제1 내지 제4 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 있어서는, 발광관의 내면에 관형상의 절연벽 또는 판형상의 절연벽을 근접한 상태로 배치하고, 관형상의 절연벽 또는 판형상의 절연벽의 열을 발광관에 전달시킴으로써, 관형상의 절연벽 또는 판형상의 절연벽이 고온 상태가 되는 것을 방지하고 있다. 그러나, 이하의 도 10 내지 도 12에 나타내는 필라멘트 램프(1)의 구성을 채용함으로써 보다 효율적으로 관형상의 절연벽 또는 판형상의 절연벽의 열을 발광관에 전달할 수 있다.

본 발명의 제5 실시형태를 도 10을 이용하여 설명한다.

도 10은, 본 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 10a는 도 10c의 A-A'에 있어서 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이며, 도 10b는 도 10c의 B-B'에 있어서 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 10c는 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)는, 제1 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 대해서 개량을 가한 것으로서, 발광관(2)과 내관(3)을 용착하고 있는 것을 제외한 다른 구성은, 제1 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 공통하고 있다. 이 필라멘트 램프(1)는 발광관(2)의 내면에 근접하도록 동축 상에 내관(3)을 배치하여, 발광관(2)의 외주면을 버너 등으로 가열함으로써, 발광관(2)과 내관(3)이 부분적으로 둘레 방향으로 용착되어 있다. 도 10a에 나타내는 바와 같이, 발광관(2)과 내관(3)이 용착된 개소에 있어서는, 발광관(2)의 내면에 내관(3)의 외주면이 맞닿은 상태가 되고, 그 한편으로 도 10b에 나타내는 바와 같이, 발광관(2)과 내관(3)이 용착되어 있지 않은 개소에 있어서는, 발광관(2)의 내주면과 내관(3)의 외주면 사이에 공간이 형성되어 있다.

이와 같이, 발광관(2)과 내관(3)을 용착함으로써, 내관(3)의 열이 용착 영역(18)으로부터 우선적으로 발광관(2)에 전달되기 때문에, 내관(3)이 고온 상태가 되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다. 게다가, 발광관(2)에 대해서 내관(3)이 고정되기 때문에, 내관(3)이 둘레방향으로 선회하는 것을 보다 확실히 규제할 수 있으므로, 각 필라멘트체(41~45)에서의 각 리드(412~452)의 위치가 변동함으로써 피처리체에서의 방사 조도 분포가 악화될 우려가 없고, 초기의 방사 조도 분포를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다. 특히, 내관(3)에 형성된 각 홈부(311~315)와 발광관(2)의 내면에 의해 각 리드 수용 공간(111~115)이 형성되는 필라멘트 램프(1)에 있어서는, 발광관(2)과 내관(3)을 용착하는 것이 바람직하다. 용착 영역(18)의 면적은, 필라멘트(411~451)로의 투입 전력을 고려함으로써 결정된다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 발광관(2)와 내관(3)은, 관축 방향에서 인접하는 필라멘트(411~451) 사이에 존재하는 공간에 대응하는 영역, 즉, 한 쪽의 필라멘트(예를 들어 필라멘트(421))에서의 외단면에 대해서 관축에 직교하는 방향으로 당긴 외접선과, 한 쪽의 필라멘트(필라멘트(421))의 외단면에 대향하는 다른 쪽의 필라멘트(예를 들어 필라멘트(431))의 외단면에 대해서 관축에 직교하는 방향으로 당긴 외접선에 의해, 발광관(2) 및 내관(3)의 관벽을 포함하도록 둘러싸이는 용착 영 역(18)에 있어서만 둘레방향으로 용착되고, 용착 영역(18)을 제외한 다른 영역에 있어서 용착되고 있지 않다. 이와 같이 구성함으로써, 주로 필라멘트(411~451)와 필라멘트(411~451) 사이의 광이 없는 부분에 대향하는 발광관(2)이 수축 변형되므로, 유리의 굽힘부에 의한 원하지 않은 광의 집광이나 확산을 최소한으로 할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

당연하지만, 제1 실시형태의 도 6에 있어서 나타낸 바와 같은, 둘레 방향에 있어서 복수로 분할된 내관 구성재(121, 122)를 이용한 필라멘트 램프(1)나, 제2 실시형태의 도 7에 있어서 나타낸 바와 같은, 내면에 복수의 홈부(131~135)가 설치된 발광관(13)을 이용한 필라멘트 램프(1)에 있어서, 발광관(2)과 내관 구성 부재(121, 122) 또는 발광관(13)과 내관(3)을 용착시킴으로써도 상기와 동일한 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 제6 실시형태를 도 11을 이용하여 설명한다.

도 11은, 본 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 11a는, 도 11c의 A－A'에 있어서 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이며, 도 11b는, 도 11c의 B－B'에 있어서 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이고, 도 11c는 관축 방향으로 절단 한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)는, 제3 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 대해서 개량을 가한 것으로서, 발광관(13)과 내관(15)을 용착하고 있는 것을 제외한 다른 구성은, 제3 실시형 태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 공통되고 있다. 이 피라멘트 램프는, 발광관(13)의 내면에 근접하도록 동축 상에 내관(15)을 배치하고, 발광관(13)의 외주면을 발광관(13)의 관축 방향으로 버너 등으로 가열함으로써 발광관(13)과 내관(15)이 부분적으로 관축 방향으로 용착되고 있다. 도 11a에 나타내는 바와 같이, 발광관(13)과 내관(15)이 용착된 개소에 있어서는 발광관(13)의 내면에 내관(15)의 외주면이 맞닿은 상태가 되고, 그 한편으로, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 발광관(13)과 내관(15)이 용착되어 있지 않은 개소에 있어서는, 발광관(13)의 내주면과 내관(15)의 외주면 사이에 공간이 형성되어 있다.

본 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 의하면, 발광관(13)과 내관(15)이 관축 방향으로 용착되어 있음으로써, 이하의 효과를 기대할 수 있다. 첫째, 용착 면적을 증가시킬 수 있으므로, 내관(15)으로부터 발광관(13)으로의 열전달이 보다 촉진되고, 내관(15)이 고온 상태가 되는 것을 더욱 확실히 방지할 수 있다. 둘째, 필라멘트 램프(1)의 점등 시에 발광관(13)에 비해 내관(15)이 고온이 되고, 관축 방향에서의 열팽창량이 발광관(13)에 비해 내관(15) 쪽이 커짐으로써, 발광관(13)과 내관(15) 사이에 작용하는 전단력에 의해 용착 부분이 파손된다는 우려를 확실히 해소할 수 있다. 특히, 4개 이상의 필라멘트체(41~45)를 구비함으로써, 관축 방향의 전체 길이가 큰 발광관(13)을 이용하는 경우에 있어서는, 발광관(13)과 내관(15)을 관축 방향으로 용착하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제7 실시형태를 도 12를 이용하여 설명한다.

도 12는, 본 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필 라멘트 램프(1)의 단면도이며, 도 12a는 직경 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이며, 도 12b는 도 12a의 T－T'에서 본 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)는, 제4 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 대해서 개량을 가한 것으로, 발광관(16)과 절연벽(171, 172)이 관축 방향의 전체 길이에 걸쳐서 용착되어 있는 것을 제외한 다른 구성은, 제4 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)와 공통되고 있다. 이 필라멘트 램프(1)는, 발광관(16)의 양측의 내벽을 따라서 각 필라멘트(411~451)를 사이에 두고 한 쌍의 절연벽(171, 172)을 배치하고, 발광관(16)의 외주면을 발광관(16)의 관축 방향으로 버너 등으로 가열함으로써 발광관(16)과 각 절연벽(171, 172)이 관축 방향으로 용착된다.

본 발명의 제8 실시형태를 도 13 및 도 14를 이용하여 설명한다.

도 13은, 본 실시형태의 발명에 따른 광조사식 가열 처리 장치를 나타내는 정면 단면도, 도 14는 도 13에 나타낸 제1 램프 유닛 및 제2 램프 유닛의 구성을 나타내는 평면도이다. 본 실시형태의 발명에 따른 광조사식 가열 처리 장치(100)는, 제1 실시형태로부터 제7 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)를 탑재하여 구성된다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 이 광조사식 가열 처리 장치(100)는, 석영창(101)에 의해 램프 유닛 수용 공간(S1)과 가열 처리 공간(S2)으로 분할된 챔버(102)를 가진다. 램프 유닛 수용 공간(S1)에 배치된 제1 램프 유닛(103) 및 제2 램프 유닛(104)으로부터 방출되는 광을, 석영창(101)을 통해 가열 처리 공간(S2)에 설치되는 피처리체(105)에 조사함으로써 피처리체(105)의 가열 처리가 실시된다.

램프 유닛 수용 공간(S1)에 수용되는 제1 램프 유닛(103)과 제2 램프 유닛(104)은, 예를 들어, 10개의 각각의 필라멘트 램프를 소정의 간격으로 병렬로 배치하여 구성되고 서로 대향하도록 배치된다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 제1 램프 유닛(103)을 구성하는 필라멘트 램프(1)의 관축 방향은, 제2 램프 유닛(104)을 구성하는 필라멘트 램프(1)의 관축 방향에 대해서 교차하도록 배치된다. 또한, 반드시 도 14에 나타내는 바와 같이 2단의 램프 유닛을 배치할 필요는 없고, 1단의 램프 유닛만을 구비하는 구성이어도 좋다.

제1 램프 유닛(103)의 위쪽에는 반사경(106)이 배치된다. 반사경(106)은, 예를 들어, 무산소 구리로 이루어지는 모재에 금을 코팅한 구조이며, 반사 단면이, 원의 일부, 타원의 일부, 포물선의 일부 또는 평판형상 등의 형상을 가진다. 반사경(106)은, 제1 램프 유닛(103) 및 제2 램프 유닛(104)으로부터 위쪽을 향해서 조사된 광을 피처리체(105)측으로 반사한다. 즉, 제1 램프 유닛(103) 및 제2 램프 유닛(104)으로부터 방출되는 광은, 직접 또는 반사경(106)에서 반사되고, 피처리체(105)에 조사된다.

램프 유닛 수용 공간(S1)에는, 냉각풍 유닛(107)으로부터의 냉각풍이 챔버(102)에 설치된 냉각풍 공급 노즐(108)의 분출구(109)로부터 도입된다. 램프 유닛 수용 공간(S1)에 도입된 냉각풍은, 제1 램프 유닛(103) 및 제2 램프 유닛(104)에서의 각 필라멘트 램프(1)에 분무되고, 각 필라멘트 램프(1)를 구성하는 발광관 을 냉각한다. 여기서, 각 필라멘트 램프(1)의 시일링부는 다른 개소에 비교하여 내열성이 낮다. 그 때문에, 냉각풍 공급 노즐(108)의 분출구(109)는, 각 필라멘트 램프(1)의 시일링부에 대향하여 배치하고, 각 필라멘트 램프(1)의 시일링부를 우선적으로 냉각하도록 구성하는 것이 바람직하다.

각 필라멘트 램프(1)에 분무되고 열교환에 의해 고온이 된 냉각풍은, 챔버(102)에 설치된 냉각풍 배출구(110)로부터 배출된다. 또한, 냉각풍의 흐름은, 열교환되어 고온이 된 냉각풍이 반대로 각 필라멘트 램프(1)를 가열하지 않도록 고려된다. 상기 냉각풍은, 반사경(106)도 동시에 냉각하도록 바람의 흐름이 설정된다. 또한, 반사경(106)이 도시를 생략한 수냉 기구에 의해 수냉되는 경우는, 반드시 반사경(106)도 동시에 냉각하도록 바람의 흐름을 설정하지 않아도 좋다.

그런데, 가열되는 피처리체(105)로부터의 복사열에 의해 석영창(101)에서의 축열이 발생한다. 축열된 석영창(101)에서 2차적으로 방사되는 열선에 의해, 피처리체(105)는 원하지 않은 가열 작용을 받는 일이 있다. 이 경우, 피처리체(105)의 온도 제어성의 용장화(예를 들어, 설정 온도에서 피처리체(105)의 온도가 고온이 되는 오버 슛)나, 축열되는 석영창(101) 자체의 온도 불균일에 기인하는 피처리체(105)에서의 온도 균일성의 저하 등의 문제가 발생한다. 또, 피처리체(105)의 강온 속도의 향상이 어려워진다. 따라서, 이러한 문제를 억제하기 위해서, 도 13에 나타내는 냉각풍 공급 노즐(108)의 분출구(109)를 석영창(101)의 근방에도 설치하고, 냉각풍 유닛(107)으로부터의 냉각풍에 의해 석영창(101)을 냉각하도록 하는 것이 바람직하다.

제1 램프 유닛(103)의 각 필라멘트 램프(1)는, 한 쌍의 제1 고정대(111, 112)에 의해 지지된다. 제1 고정대(111, 112)는 도전성 부재로 형성된 도전대(113)와, 세라믹스 등의 절연 부재로 형성된 유지대(114)로 이루어진다. 유지대(114)는, 챔버(102)의 내벽에 설치되어 도전대(113)를 유지하고 있다. 제1 램프 유닛(103)을 구성하는 필라멘트 램프(1)의 갯수를 n1, 필라멘트 램프(1)가 갖는 필라멘트체의 개수를 m1으로 하여 각 필라멘트체 모두에 독립적으로 전력이 공급되는 경우, 한 쌍의 제1 고정대(111, 112)의 조수는, n1×m1조가 된다. 한편, 제2 램프 유닛(104)의 각 필라멘트 램프(1)는, 제2 고정대에 의해 지지를 받는다. 제2 고정대는, 제1 고정대(111, 112)와 동일하게, 도전대, 유지대로 이루어진다. 제2 램프 유닛(104)을 구성하는 필라멘트 램프(1)의 개수를 n2, 필라멘트 램프(1)가 갖는 필라멘트체의 개수를 m2로 하여 각 필라멘트 모두에 독립적으로 전력이 공급되는 경우, 한 쌍의 제2 고정대의 조수는, n2×m2조가 된다.

챔버(102)에는, 전원부(115)의 급전 장치로부터의 급전선이 접속되는 한 쌍의 전원 공급 포트(116, 117)가 설치된다. 또한, 도 13에서는 1조의 전원 공급 포트(116, 117)가 나타나고 있지만, 필라멘트 램프(1)의 개수, 각 필라멘트 램프(1) 내의 필라멘트체의 개수 등에 따라 전원 공급 포트의 개수는 결정된다. 도 13에서는, 전원 공급 포트(116, 117)는, 제1 램프 고정대(111, 112)의 도전대(113)와 전기적으로 접속된다. 제1 램프 고정대(111, 112)의 도전대(113)는, 예를 들어, 외부 리드와 전기적으로 접속된다. 이렇게 구성함으로써, 전원부(115)에서의 급전 장치로부터, 제1 램프 유닛(103)에서의 1개의 필라멘트 램프(1)의 필라멘트체에 대 한 급전이 가능해진다. 또한, 필라멘트 램프(1)의 다른 필라멘트체, 또한 제1 램프 유닛(103)에서의 다른 필라멘트 램프(1)의 각 필라멘트, 제2 램프 유닛(104)의 각 필라멘트 램프(1)의 각 필라멘트에 대해서도, 다른 한 쌍의 전원 공급 포트에서, 각각 동일한 전기적 접속이 이루어진다.

또한, 가열 처리 공간(S2)에는, 피처리체(105)가 고정되는 처리대(118)가 설치되어 있다. 예를 들어, 피처리체(105)가 반도체 웨이퍼인 경우, 처리대(118)는, 몰리브덴이나 텅스텐, 탄탈과 같은 고융점 금속 재료나 실리콘 카바이드(SiC) 등의 세라믹 재료, 또는 석영, 실리콘(Si)으로 이루어지는 박판의 환상체이며, 그 원형 개구부의 내주부에 반도체 웨이퍼를 지지하는 단차부가 형성되어 있는 가이드 링 구조인 것이 바람직하다. 피처리체(105)인 반도체 웨이퍼는, 상기한 링형상의 가이드 링의 원형 개구부에 반도체 웨이퍼를 끼워넣도록 배치되고 상기 단차부에서 지지된다. 처리대(118)는, 스스로도 광조사에 의해서 고온이 되어 대면하는 반도체 웨이퍼의 외주 가장자리를 보조적으로 방사 가열하고, 반도체 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 열방사를 보상한다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 열방사 등에 기인하는 반도체 웨이퍼 둘레 가장자리부의 온도 저하가 억제된다.

처리대(118)에 설치되는 피처리체(105)의 광조사면의 이면측에는, 온도 측정부(119)가 피처리체(105)에 맞닿거나 또는 근접하여 설치되어 있다. 온도 측정부(119)는, 피처리체(105)의 온도 분포를 모니터하기 위한 것이고, 피처리체(105)의 치수에 따라 개수, 배치가 설정된다. 온도 측정부(119)는, 예를 들어, 열전대 나 방사 온도계가 사용된다. 온도 측정부(119)에 의해 모니터된 온도 정보는, 온도계(120)에 송출된다. 온도계(120)는, 각 온도 측정부(119)에 의해 송출된 온도 정보에 의거하여, 각 온도 측정부(119)의 측정 지점에서의 온도를 산출함과 더불어, 산출된 온도 정보를 온도 제어부(121)를 통해 주제어부(122)에 송출한다. 주제어부(122)는, 피처리체(105) 상의 각 측정 지점에서의 온도 정보에 의거하여, 피처리체(105) 상의 온도가 소정의 온도에서 균일해지도록 지령을 온도 제어부(121)에 송출한다. 온도 제어부(121)는, 이 지령에 의거하여 전원부(115)로부터 각 필라멘트 램프(1)의 필라멘트체로 공급되는 전력을 제어한다. 예를 들어, 주제어부(122)는, 어느 측정 지점의 온도가 소정의 온도에 비하여 낮다는 온도 정보를 온도 제어부(121)로부터 얻은 경우, 당해 측정 지점에 근접하는 필라멘트체의 발광부로부터 방사되는 광이 증가하도록, 당해 필라멘트체에 대한 급전량을 증가시키도록 온도 제어부(121)에 대해 지령을 송출한다. 온도 제어부(121)는 주제어부(122)로부터 송출된 지령에 의거하여, 전원부(115)로부터 당해 필라멘트체에 접속된 전원 공급 포트(116, 117)에 공급되는 전력을 증가시킨다.

주제어부(122)는, 제1 및 제2 램프 유닛(102, 103)에서의 필라멘트 램프(1)의 점등 중, 냉각풍 유닛(107)에 지령을 송출함으로써, 발광관, 석영창(101)이 고온 상태가 되지 않도록 한다. 또, 가열 처리의 종류에 따라, 가열 처리 공간(S2)에는, 프로세스 가스를 도입·배기하는 프로세스 가스 유닛(123)을 접속해도 된다. 예를 들어, 열산화 프로세스를 행하는 경우는, 가열 처리 공간(S2)에 산소 가스 및 가열 처리 공간(S2)을 퍼지하기 위한 퍼지 가스(예를 들어, 질소 가스)를 도입·배 기하는 프로세스 가스 유닛을 접속한다. 프로세스 가스 유닛(123)으로부터의 프로세스 가스, 퍼지 가스는 챔버(102)에 설치된 가스 공급 노즐(124)의 분출구(125)로부터 가열 처리 공간(S2)에 도입된다. 또, 배기는 배출구(126)로부터 행해진다.

이상과 같은 본 발명의 광조사식 가열 처리 장치(100)에 의하면, 이하의 효과를 나타낼 수 있다. 광조사식 가열 처리 장치(100)의 광원부인 램프 유닛(103, 104)에 탑재되는 필라멘트 램프(1)에는, 발광관 내부에 제1 실시형태로부터 제7 실시형태에서 나타낸 필라멘트체와 절연벽으로 이루어지는 발광부가 배치되어 있고, 필라멘트에 급전하는 전력을 개별적으로 조정하는 것이 가능하기 때문에, 상기 광 강도 분포의 설정은 발광관의 축방향에 대해서도 조정 가능하다. 따라서, 피처리체(105) 표면에서의 방사 조도 분포도, 2차원 방향으로 고정밀도로 설정하는 것이 가능해지므로 필라멘트 램프의 발광 길이보다도 전체 길이가 짧은 협소한 특정 영역(도 14에 나타내는 영역 1)에 대해서도, 이 특정 영역(영역 1)으로 한정하여, 이 특정 영역(영역 1) 상의 방사 조도를 설정하는 것이 가능하다. 즉, 이 특정 영역(영역 1)과 그 외의 영역(도 14에 나타내는 영역 2)에 있어서, 각각의 특성에 대응한 방사 조도 분포를 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 상기 특정 영역(영역 1) 및 그 외의 영역(영역 2)의 온도가 균일해지도록 제어하는 것이 가능해진다. 동일하게 하여, 피처리체(105)에 장소적인 온도 분포가 발생하는 것을 억제하고, 피처리체(105) 전체에 걸쳐서 균일한 온도 분포를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 광조사식 가열 처리 장치에 있어서는, 발광관 내에 배치되는 각 필라멘트끼리의 이간 거리를 극히 작게 할 수 있는 필라멘트 램프(1)를 사용 하는 것으로부터, 발광하지 않은 각 필라멘트간의 이간부의 영향을 작게 할 수 있고, 피처리체(105) 상에서의 조도 분포의 원하지 않은 불균일을 극히 작게 하는 것이 가능하다. 또, 광조사식 가열 처리 장치(100)의 높이 방향에 있어서 복수의 관형상의 필라멘트 램프(1)로 이루어지는 램프 유닛(103, 104)을 배치하는 공간도 작게 되기 때문에, 광조사식 가열 처리 장치를 소형화할 수 있다.

게다가, 이 광조사식 가열 처리 장치에 탑재된 필라멘트 램프(1)에 의하면, 제1 실시형태로부터 제7 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)에 있어서 설명한 바와 같이, 필라멘트의 각각의 내측에 배치된 절연벽에 의해, 당해 필라멘트 이외의 다른 필라멘트에 따른 각각의 리드가 서로 단락하지 않고 지지되므로, 발광관의 내부에 복수의 필라멘트체가 배치되는 구성이라도, 각각의 리드 사이의 절연을 확보하는 것이 용이하면서 필라멘트로부터의 방사광이 리드에 의해서 차단되지 않고, 원하는 광 방사 조도 분포를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 광조사식 가열 처리 장치에 있어서는, 복수의 필라멘트 램프(1)가 병렬로 배치되어 구성된 램프 유닛(103, 104)을 가열용 광원으로서 이용하는 경우에 대해 설명했지만, 반드시 램프 유닛을 구성할 필요는 없고, 단일의 필라멘트 램프(1)에 의해서 광원부가 구성된 것이어도 좋다.

또한, 본 발명의 광조사식 가열 처리 장치에 있어서 가열 처리되는 피처리체(105)는, 반도체 웨이퍼로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 태양 전지 패널용 다결정 실리콘 기판이나 유리 기판 또는 세라믹스 기판, 액정 표시용 유리 기판 등에도 적용할 수 있다. 특히, 태양 전지 패널용 각종 재질의 기판에는 사각형 기판 이 다용되고 있고, 이러한 피처리체의 가열 처리에 이용되는 광조사식 가열 처리 장치가 많은 것은, 사각형 기판을 수평 이동시키면서 관축이 기판 이동 방향과 직교하는 방향으로 신장하도록 배치된 단일의 필라멘트 램프에 의해서, 또는, 각각 관축이 기판 이동 방향과 직교하는 방향으로 신장하도록 병설된 복수개의 필라멘트 램프에 의해서, 띠형상의 광을 조사하여 가열 처리를 행하는 구성으로 되어 있다. 이러한 경우에는, 4개 이상의 필라멘트체가 배치된, 본 발명에 따른 필라멘트 램프(1)가 이용됨으로써, 기판의 이동 방향으로 평행한 2변부(띠형상의 양 단부)의 온도 저하를 보상하면서, 기판 중앙부(띠형상의 중앙부)의 방사 조도 분포를 조정할 수 있으므로, 보다 고정밀한 온도 제어를 확실히 행할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태의 발명에 따른 필라멘트 램프(1)의 사시도이다.

도 2는 제1 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 3은 도 1에 나타낸 필라멘트 램프(1)의 내관(3)에 대한 필라멘트체(41~45)의 배치를 나타내는 사시도이다.

도 4는 도 1에 나타낸 시일링부(5a) 내의 확대 사시도 및 단면도이다.

도 5는 필라멘트(411~451)와 리드(412~452)의 위치 관계를 설명하기 위한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 6은 내관 구성재(121, 122)에 대한 필라멘트체(41~45)의 배치를 나타내는 사시도이다.

도 7은 제2 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필 라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 8은 제3 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 9는 제4 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 10은 제5 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 11은 제6 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 12는 제7 실시형태의 발명에 따른 직경 방향 및 관축 방향으로 절단한 필라멘트 램프(1)의 단면도이다.

도 13은 제8 실시형태의 발명에 따른 광조사식 가열 처리 장치를 나타내는 정면 단면도이다.

도 14는 도 13에 나타낸 제1 램프 유닛 및 제2 램프 유닛의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 15는 종래 기술에 따른 가열 처리 장치(200)의 단면도이다.

도 16은 도 15에 나타낸 가열 처리 장치를 간략화하여 상하 양단에 설치되는 가열용 백열 램프(203, 204)와 피처리체(202)를 취출하여 나타낸 사시도이다.

도 17은 종래 기술에 따른 열처리 장치(300)의 단면도이다.

도 18은 선원에 따른 필라멘트 램프(400)의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 필라멘트 램프

2 : 발광관

3 : 내관

311, 312, 313, 314, 315 : 홈부

321a, 322a, 323a, 324a, 325a : 개구

321b, 322b, 323b, 324b, 325b : 개구

41, 42, 43, 44, 45 : 필라멘트체

411, 421, 431, 441, 451 : 필라멘트

412, 422, 432, 442, 452 : 리드

4121a, 4221a, 4321a, 4421a, 4521a : 필라멘트 연결부

4122a, 4222a, 4322a, 4422a, 4522a : 리드 수평부

4123a, 4223a, 4323a, 4423a, 4523a : 내부 리드 연결부

4121b, 4221b, 4321b, 4421b, 4521b : 필라멘트 연결부

4122b, 4222b, 4322b, 4422b, 4522b : 리드 수평부

4123b, 4223b, 4323b, 4423b, 4523b : 내부 리드 연결부

5a, 5b : 시일링부

6a : 시일용 절연체

611a, 612a, 613a, 614a, 615a : 홈부

621a, 622a, 623a, 624a, 625a : 홈부

6b : 시일용 절연체

611b, 612b, 613b, 614b, 615b : 홈부

621b, 622b, 623b, 624b, 625b : 홈부

71a, 72a, 73a, 74a, 75a : 내부 리드

71b, 72b, 73b, 74b, 75b : 내부 리드

81a, 82a, 83a, 84a, 85a : 금속박

81b, 82b, 83b, 84b, 85b : 금속박

91a, 92a, 93a, 94a, 95a : 외부 리드

91b, 92b, 93b, 94b, 95b : 외부 리드

101a, 102a, 103a, 104a, 105a : 도전성 부재

101b, 102b, 103b, 104b, 105b : 도전성 부재

111, 112, 113, 114, 115 : 리드 수용 공간

121, 122 : 내관 구성재

13 : 발광관

131, 132, 133, 134, 135 : 홈부

14 : 내관

141a, 142a, 143a, 144a, 145a : 개구

141b, 142b, 143b, 144b, 145b : 개구

15 : 내관

151a, 152a, 153a, 154a, 155a : 개구

151b, 152b, 153b, 154b, 155b : 개구

152 : 개구

16 : 발광관

161 : 제1 요철면

1611, 1612 : 홈부

162 : 제2 요철면

1621, 1622, 1623 : 홈부

163 : 제3 요철면

1631, 1632 : 홈부

164 : 제4 요철면

1641, 1642 : 홈부

171 : 절연벽

1711a, 1712a : 개구

1711b, 1712b : 개구

172 : 절연벽

1721a, 1722a, 1723a : 개구

1721b, 1722b, 1723b : 개구

18 : 용접 영역

X, Y : 외접선

100 : 광조사식 가열 처리 장치

101 : 석영창

102 : 챔버

103 : 제1 램프 유닛

104 : 제2 램프 유닛

105 : 피처리체

106 : 반사경

107 : 냉각풍 유닛

108 : 냉각풍 공급 노즐

109 : 분출구

110 : 냉각풍 배출구

111, 112 : 제1 고정대

113 : 도전대

114 : 유지대

115 : 전원부

116, 117 : 전원 공급 포트

118 : 처리대

119 : 온도 측정부

120 : 온도계

121 : 온도 제어부

122 : 주제어부

123 : 프로세스 가스 유닛

124 : 가스 공급 노즐

125 : 분출구

126 : 배출구

S1, S2 : 램프 유닛 수용 공간

Claims (12)

1. 적어도 일단에 시일링부가 형성된 발광관의 내부에, 각각 코일형상의 필라멘트의 양단에 이 각각의 필라멘트에 전력을 공급하는 한 쌍의 리드가 연결되어 이루어지는 복수의 필라멘트체가, 상기 각각의 필라멘트가 상기 발광관의 관축을 따라 신장되도록 순차적으로 나란히 배치되고, 상기 각각의 필라멘트체에서의 각각의 리드가 상기 시일링부에 배치된 복수의 각각의 도전성 부재에 대해서 전기적으로 접속되어 상기 각각의 필라멘트에 대해서 각각 독립적으로 급전되는 필라멘트 램프에 있어서,

   상기 발광관의 내부에, 상기 각각의 리드를 삽입 관통하는 개구를 구비하고, 상기 발광관의 내면에 근접하도록 관축을 따라서 배치되며, 상기 각각의 필라멘트와 상기 각각의 리드 사이에 개재하는 절연벽과, 상기 발광관과 상기 절연벽에 의해 구획되고, 상기 발광관의 관축을 따라 신장되도록 형성되고, 상기 각각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 리드 수용 공간을 구비하고,

   상기 각각의 필라멘트에 접속된 각각의 리드가, 상기 절연벽의 상기 개구를 통과하여 상기 각각의 리드 수용 공간에 서로 단락하지 않고 배치되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 절연벽이, 상기 발광관과 동축 상에 설치된 내관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 내관의 외면에, 서로 둘레방향으로 이간하여 상기 발광관의 관축을 따라 신장되고, 상기 각각의 필라멘트에 연결되는 각각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 홈부가 형성되고,

   상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 각각의 홈부와 상기 발광관의 내면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 발광관의 내면에, 서로 둘레방향으로 이간하여 상기 발광관의 관축을 따라 신장되고, 상기 각각의 필라멘트에 연결되는 각각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 홈부가 형성되고,

   상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 각각의 홈부와 상기 내관의 외면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 내관은, 상기 필라멘트로부터의 방사광을 차폐하지 않고 출사하기 위한 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 발광관의 내면에, 서로 둘레방향으로 이간하여 상기 발광관의 관축을 따라 신장되고, 상기 각각의 필라멘트에 연결되는 각각의 리드에 대응하여 설치된 복수의 홈부가 형성되고,

   상기 절연벽은, 서로 상기 각각의 필라멘트를 사이에 두고 대향하여 배치된 한 쌍의 판형상체로 이루어지고,

   상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 각각의 홈부와 상기 판형상체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 발광관과 상기 절연벽이, 용착되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 발광관과 상기 절연벽이, 발광관의 관축을 따라 용착되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 각각의 리드 수용 공간은, 상기 발광관의 관축에 직교하는 단면에 있어서, 필라멘트에 대해서 직교하는 2개의 외접선과 상기 발광관의 관벽에 의해 둘러싸이는, 적어도 상기 필라멘트를 포함한 영역 이외의 영역에, 당해 필라멘트 이외의 다른 필라멘트에 관련된 리드의 모두가 위치되도록, 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 시일링부는, 봉형상의 시일용 절연체가 배치됨과 더불어, 상기 복수의 도전성 부재를 상기 시일용 절연체의 외주에 간격을 두고 배열하고, 상기 발광관과 상기 시일용 절연체가 상기 도전성 부재를 통하여 기밀하게 시일링되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 램프.
11. 청구항 1에 기재된 필라멘트 램프가 배치되어 이루어지는 광원부를 구비하고, 이 광원부로부터 방사되는 광을 피처리체에 조사하여 피처리체를 가열하는 것을 특징으로 하는 광조사식 가열 처리 장치.
12. 청구항 1에 기재된 필라멘트 램프의 복수가 병렬로 배치되어 이루어지는 램프 유닛을 구비하고, 이 램프 유닛으로부터 방사되는 광을 피처리체에 조사하여 피처리체를 가열하는 것을 특징으로 하는 광조사식 가열 처리 장치.

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