ヒータランプ
【課題】 狭い領域において温度分布の均一性を失わしめる要因となる温度変化が生じた場合であっても、被処理物を均一に加熱することのできるとともに、小型化が可能な加熱装置用のヒータランプを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のヒータランプは、光透過性材料からなる１本の発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータランプにおいて、前記フィラメントは、軸方向で複数に分割され、一方の端部に配置されたフィラメントと他方の端部に配置されたフィラメントは、少なくとも別個の給電装置に接続されてそれぞれ独立して給電されることを特徴とする。
【解決手段】 本発明のヒータランプは、光透過性材料からなる１本の発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータランプにおいて、前記フィラメントは、軸方向で複数に分割され、一方の端部に配置されたフィラメントと他方の端部に配置されたフィラメントは、少なくとも別個の給電装置に接続されてそれぞれ独立して給電されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータランプに関するものであり、特に、被処理物を加熱する目的で放射される光を被処理物に照射するためのヒータランプに係る。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造工程においては、成膜、酸化拡散、不純物拡散、窒化、膜安定化、シリサイド化、結晶化、イオン注入活性化等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物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）が望ましい。ＲＴＰにおいては、白熱ランプ等の光源からの光照射を用いた光照射式加熱処理装置が広く用いられている。
【０００３】
光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなる白熱ランプは、投入電力の９０％以上が全放射され、被処理物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代表的なランプである。このような白熱ランプを、ガラス基板や半導体ウェ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物の温度を高速にて昇降温させることができる。すなわち、光照射式加熱処理によれば、例えば、被処理物を１０００℃以上の温度にまで、十数秒から数十秒で昇温させることが可能であり、光照射停止後、被照射体は急速に冷却される。このような光照射式加熱処理は、通常、複数回に渡って行われる。
【０００４】
ここで、被処理物が例えば半導体ウエハであるとき、半導体ウエハを加熱する際に半導体ウエハに温度分布の不均一が生じると、半導体ウエハにスリップと呼ばれる現象、すなわち結晶転移の欠陥が発生し不良品となる恐れがある。そのため、光照射式加熱処理装置を用いて、半導体ウエハのＲＴＰを行う場合は、半導体ウエハ全面の温度分布が均一になるように、加熱、高温保持、冷却を行う必要がある。すなわち、ＲＴＰにおいては、被処理物の高精度な温度均一性が求められている。
【０００５】
従来の加熱装置として、特許文献１には、ガラス基板や半導体ウェハの加熱に白熱ランプから放射される光を利用する加熱装置が開示されている。この加熱装置は、図１１に示すように、光透過性材料で形成されたチャンバー内に被処理物を収納し、このチャンバー外の上下両段に複数本の白熱ランプを上下で対向し、かつ互いに交差するように配置し、これらの白熱ランプによって被処理物を両面から光照射して加熱するように構成されている。
【０００６】
図１２は、前記装置を簡略化して上下両段に設けられる加熱用白熱ランプと被処理物とを取出して示した斜視図である。同図に示すように、上下両段に設けられる加熱用白熱ランプは、管軸が交差するように配置されているので、被処理物を均一に加熱することができる。また、この装置によれば、被処理物のエッジ部分での放熱作用による温度低下を防止することができる。例えば、被処理物に対して、上段の両端にある加熱用白熱ランプＬ１，Ｌ２のランプ出力を中央部の加熱用ランプＬ３のランプ出力に比べて大きくすることにより、被処理物のエッジ部分Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２の温度を上げることが可能であり、また、被処理物に対して下段の両端にある加熱用白熱ランプＬ４、Ｌ５のランプ出力を中央部の加熱用白熱ランプＬ６のランプ出力に比べて大きくすることにより、被処理物のエッジ部分Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２の温度を上げることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３７８３３号
【特許文献２】特開２００２−２０３８０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来の加熱装置においては以下に示すような問題が生じることが判明した。具体的には、例えば被処理物が半導体ウェハである場合、半導体ウェハ表面にスパッタリング法などにより金属酸化物からなる膜が形成され、また、イオン注入により不純物添加物がドーピングされていることが一般的であるが、このような金属酸化物の膜厚及び不純物イオンの注入具合にバラツキが生じることがあることにより、かかる要因に影響を受けて半導体ウェハに温度分布が生じることがある。このような温度分布は、図１２に示す線状のエッジ部分Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２、Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２などに限らず、例えばＡ１部周辺のみといった狭小な領域で生じる場合がある。
【０００９】
然るに、上記従来の加熱装置によれば、被処理物のエッジ部分Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２、Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２などの線状のエッジ部分での温度低下を防止することはできるものの、図１２におけるＡ１−Ａ２の線状のエッジ部分において、Ａ１部周辺とＢ１部周辺が別々の温度低下傾向を示す場合には、この両方を適切な温度状態に制御することができない。すなわち、狭小な領域において温度を制御することができないことから、被処理物の処理温度に温度分布が生じることにより、被処理物に所望な機能を損なってしまうという問題が生じる。
【００１０】
ここで、例えば特許文献２には、図１３に示すように、ランプハウス内に、Ｕ字形状を有しフィラメントへの給電装置が発光管の両端部に設けられているダブルエンドランプを紙面に対し平行方向及び垂直方向に複数個並べて構成される第１のランプユニットと、この第１のランプユニットの下方側に配設された、直線形状を有しフィラメントへの給電装置が発光管の両端部に設けられているダブルエンドランプを紙面に沿って紙面と垂直方向に複数個並べて構成される第２のランプユニットとを備えて構成され、第２のランプユニットの下方に配設された半導体ウェハ等の被処理体に対し加熱処理を行なうための熱処理装置が開示されている。
【００１１】
このような熱処理装置によれば、被処理体において、他の部分に比して温度が低くなる傾向にある、被処理体を戴置するサポートリングとの接続部の温度を上昇させるため、接続部の上方に位置する第１のランプユニットに属するＵ字形状のランプを高出力にするよう制御する機構を備えてなることが示されている。
【００１２】
特許文献２には、このような熱処理装置を、概略、以下のように使用することが示されている。まず、被処理物である半導体ウエハの加熱領域を中心対称で同心の複数のゾーンに分割する。そして、第１、第２のランプユニットの各ランプによる照度分布を組み合わせて、各ゾーンに各々対応する半導体ウエハの中心に対して中心対称である合成照度分布パターンを形成して、各ゾーンの温度変化に応じた加熱を行うというものである。その際、ランプからの光の照度バラつきの影響を抑制するために、被処理物である半導体ウエハを回転させている。すなわち、同心に配置される各ゾーンを個別の照度で加熱することが可能となっている。従って、特許文献２に示される技術によれば、被処理体において狭小な領域での温度制御が可能であることから、上記の問題点を良好に解決することができると考えられる。
【００１３】
このような熱処理装置は、実用上は以下に示すような問題点が生じるおそれがあると考えられる。Ｕ字形状を有するランプは、水平部と一対の垂直部とから構成されているが、発光に寄与するのは内部にフィラメントが配設されている水平部のみである。そして、各ランプの内部に配設されたフィラメントは、ランプの水平部と同軸上において隣接するランプの内部に配設されたフィラメントとの間に、各垂直部を構成する石英ガラス壁が２つ介在している。さらに、水平部と垂直部との境界に曲面が形成されて水平部と垂直部とが一体となっているため、隣接するフィラメント間には、かなりの全長を有する発光に寄与しない空間が存在することになる。従って、この空間の直下に対応する部分では温度分布が生じる、という問題が生ずるものと考えられる。
【００１４】
すなわち、各ゾーンに対応する、第１、第２のランプユニットの各ランプによる照度分布を組み合わせて半導体ウエハ中心対称の合成照度分布を形成したとしても、上記空間の直下に対応する部分では照度が比較的急峻に変化（低下）する。よって、各ゾーンの温度変化に応じた加熱を行おうとしても、上記空間の直下に対応する部分近傍で生じる温度分布を小さくすることは、比較的難しいものと考えられる。
【００１５】
さらに、このような熱処理装置は、近年、ランプユニットを配設するためのスペース（主として高さ方向）を極力小さくする傾向にあることから、Ｕ字形状を有するランプを使用すると、ランプの垂直部に対応するスペースが必要となるため、高さ方向における省スペース化の観点からは好ましくない。
【００１６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、熱処理される基板上における場所的な温度変化の度合いの分布が、基板形状に対し非対称である場合においても、基板を均一に加熱することが可能である。また、狭い領域において温度分布の均一性を失わしめる要因となる温度変化が生じた場合であっても、被処理物を均一に加熱することができるとともに、小型化することが可能な加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のヒータは、光透過性材料からなる１本の発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータにおいて、前記フィラメントは、軸方向で複数に分割され、各分割されたフィラメントがそれぞれ独立に給電されることを特徴とする。さらに、前記各フィラメント間に、絶縁体が配設されたことを特徴とする。さらに、前記各フィラメントに電気的に接続された給電線は、それぞれ前記発光管の反対端部に導出されていることを特徴とする。さらに、前記各フィラメントに電気的に接続された給電線は、それぞれ前記発光管の同一端部に導出されていることを特徴とする。さらに、前記給電線は、前記フィラメントに対向する箇所が絶縁管で被覆されてなることを特徴とする。さらに、前記発光管は、その断面が長円形状を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の加熱装置は、上記ヒータを複数本並列配置してなることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の加熱装置は、上記ヒータからなるランプユニットを有し、当該ランプユニットから放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する加熱装置であって、上記ランプユニットは上記ヒータが複数本並列配置してなることを特徴とする。
この場合、上記ランプユニットを構成するヒータの本数をｎ、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍとするとき、上記ランプユニットが備えるｎ×ｍ個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電手段により給電されるように構成してもよい。
【００２０】
あるいは、本発明の加熱装置は、上記ヒータが複数本並列配置してなる第１のランプユニットと、上記ヒータが複数本並列配置してなる第２のランプユニットとを有し、当該第１のランプユニットおよび第２のランプユニットから放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する加熱装置であって、上記第１のランプユニットと上記第２ランプユニットとは互いに対向する位置に配置されていて、上記第１のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向と上記第２のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向とは互いに交差していることを特徴とする。この場合、被処理物を上記第１のランプユニットと上記第２ランプユニットとの間の空間に配置するようにしてもよい。
【００２１】
また、上記第１のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ１、上記ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ１とし、上記第２のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ２、上記ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ２とするとき、上記第１のランプユニットおよび第２のランプユニットが備えるｎ１×ｍ１＋ｎ２×ｍ２個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電手段により給電されるように構成してもよい。
さらに、本発明の加熱装置は、各ヒータ毎にフィラメントの全長を被処理物に適合するよう変えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のヒータによれば、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設され、このフィラメントが軸方向で複数に分割され、各分割されたフィラメントがそれぞれ独立に給電される構成である。よって、本発明のヒータを有する光照射式加熱装置を用いて被処理物を加熱処理する際、被処理物において狭小な領域で温度分布が不均一になったとしても、当該領域に位置するヒータのフィラメントに対する給電を調整することが可能である。これにより、従来構造のフィラメントを備えるヒータを有する光照射式加熱装置を使用した場合に比して、被処理物上の狭小な領域における温度を調整することができることから、被処理物の全体にわたって均一な温度分布を実現することができる。さらには、必要な箇所のみの温度を上昇させることが可能であり、必要な電気エネルギーを最小限に抑えられることから、環境保全の観点からも優れている。
【００２３】
しかも、１本の発光管の内部に、発光管の軸方向に複数の分割されたフィラメントが発光管の軸に沿って配置されてなる構成のヒータを複数並べて配置したランプユニットを有する加熱装置を構成することにより、従来の装置の如く、個々のフィラメント間において、２つの石英ガラス壁が介在する等の理由によりかなりの全長を有する発光に寄与しない空間が存在することがなく、個々のフィラメント間の離間距離を極めて小さくすることができるため、従来の装置に比して被処理物の温度分布を均一にすることができるとともに、ヒータを配設するのに必要なスペース（主として高さ方向）が小さくなることにより、加熱装置の小型化を実現することができる。
【００２４】
また、上記したランプユニットを有する加熱装置によれば、ランプユニットから所定の距離だけ離間した被処理物上の照度分布を精密、かつ、任意の分布に設定することが可能となる。よって、被処理物上の照度分布を被処理物形状に対して非対称に設定することが可能となる。そのため、被処理物である熱処理される基板上における場所的な温度変化の度合いの分布が基板形状に対し非対称である場合においても、それに対応して、被処理物上の照度分布を設定することが可能となり、被処理物を均一に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の加熱装置を示す正面断面図である。
【図２】図１に示す第１のランプユニット及び第２のランプユニットの配列を示す平面図である。
【図３】ランプユニットの概念図である。
【図４】ヒータの各フィラメントと電源部との接続例を説明する概念図である。
【図５】複数ヒータにまたがる複数のフィラメントへの電力供給例を示す概念図である。
【図６】１つのヒータの複数のフィラメントへの電力供給例を示す概念図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るヒータを説明するためのである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。
【図１１】従来の加熱装置を示す正面断面図である。
【図１２】従来の加熱装置を示す斜視図である。
【図１３】従来の加熱装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の加熱装置の構成例について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の加熱装置の構成例を示す正面断面図である。図２は、図１に示す第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０の各ヒータ１の配列例を示す平面図である。
【００２７】
図１に示すように、加熱装置１００は、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０、反射板２、第１のランプ固定台（不図示）、第２のランプ固定台３、石英窓４を備えて構成され、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０から放射された光を直接或いは反射板２で反射させ固定台５に固定された被処理物６に対して照射し、被処理物６を加熱する。
【００２８】
反射板２は、例えば無酸素銅からなる母材に金をコートしてなり、第２のランプユニット２０の上方に配置され、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０から上方に向けて照射された光を被処理物６側へ反射する。反射板２は、断面が円の一部、楕円の一部、放物線の一部又は平板状の場合が多い。このような反射板２は、後述の冷却風供給ノズル８１によって空冷されている。なお、反射板２は水冷されていても良い。
【００２９】
第１のランプ固定台は第１のランプユニット１０の各ヒータ１（図２に示すヒータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ）を支持し、第２のランプ固定台３は第２のランプユニット２０の各ヒータ１（図２に示すヒータ１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、１ｏ、１ｐ、１ｑ、１ｒ、１ｓ、１ｔ）を支持している。固定台５は、石英、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等により構成されることが好ましい。
【００３０】
さらに、加熱装置１００は、電源部７に繋がる電源供給ポート７１、冷却ユニット８に繋がる冷却風供給ノズル８１、温度計９に繋がる温度測定部９１を備えている。温度計９は、電源部７に繋がる温度制御部９２を備えている。
【００３１】
加熱装置１００の内部は、冷却風ユニット８から供給され冷却風供給ノズル８１から導入された冷却風が被処理物６を冷却することを防止するため、石英窓４によってランプユニット収納空間Ｓ１及び処理空間Ｓ２に仕切られている。このランプユニット収納空間Ｓ１には、冷却風供給ノズル８１から冷却風が導入され、ランプユニット１０及びランプユニット２０における各ヒータ１に冷却風を吹き付けることにより各ヒータ１を構成する発光管（例えば、後述する発光管１１）を冷却する。冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２は、後述する各ヒータ１の封止部に対向して配置され、各ヒータ１の封止部を優先的に冷却する。これは、ヒータの封止部は他の箇所に比して耐熱性が低いことによる。
【００３２】
一組の電源供給ポート７１は、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０を固定する第１のランプ固定台及び第２のランプ固定台３に電気的に接続されている。第１のランプ固定台は第１のランプユニット１０における各ヒータの給電装置（例えば、後述する外部リード１８ａ〜１８ｆ等）と電気的に接続されている。また、第２のランプ固定台３は第２のランプユニット２０における各ヒータの給電装置（例えば、後述する外部リード１８ａ〜１８ｆ等）と電気的に接続されている。このような構成により、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０における各ヒータ１に電源部７から給電がなされる。図１では、１組の電源供給ポートが示されているが、ヒータの個数、後述するヒータ内のフィラメントの分割数や、複数のヒータの電気回路的な分割のさせ方等に応じて、一組の電源供給ポートの個数は決められる。
【００３３】
被処理物６の寸法に応じた個数の温度測定部９１は、熱電対や光ファイバが使用され、被処理物６に当接或いは近接して各々配置されている。温度計９は、被処理物６からの熱エネルギーに応じた情報が温度測定部９１から送信され、この情報に応じた電気信号を温度制御部９２に送信する。温度制御部９２は、被処理物の種類に応じて目標温度が設定され、被処理物６の温度が当該目標温度に一致するように電源部７から各ヒータ１に供給される給電量を調整する。
【００３４】
加熱装置の加熱源を構成する複数のヒータは、上記したように、例えば、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなる白熱ランプ構造を採用したものである。そして、上記加熱源は、発光管の軸方向に少なくとも１つ以上のフィラメントが並ぶように構成されるヒータが、複数並列に配置されたランプユニットを複数有する。
【００３５】
図３は、ランプユニットの概念図である。ランプユニットＬＵは、例えば、複数のヒータ１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７から構成される。各ヒータ１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７は、例えば、それぞれ複数のフィラメントＦ１，Ｆ２、Ｆ３を有する。上記複数のフィラメントＦ１，Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ独立に給電可能な構成となっている。図３の場合は、２１個のフィラメントが、それぞれ独立に点灯可能となっている。
【００３６】
なお、当然ながら、各ヒータの個数、各ヒータがそれぞれ有するフィラメントの個数は、上記した例に限られるわけではなく、任意に設定することが可能である。
【００３７】
すなわち、ランプユニットＬＵの各ヒータにおけるフィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、それぞれ個別の給電装置に接続されている。図４は、ヒータ１０１の各フィラメントと電源部との接続例を説明する概念図である。図４に示すように、ヒータ１０１のフィラメントＦ１は給電装置ＰＳ１に接続されている。同様に、フィラメントＦ２は給電装置ＰＳ２に、フィラメントＦ３は給電装置ＰＳ３に接続されている。給電装置ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３は、図１に示す電源部７に相当する。主制御部ＭＣは、給電装置ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３の動作を制御することにより、ヒータ１０１のフィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３への給電を個別に制御することが可能である。
【００３８】
このようにランプユニットＬＵを構成することにより、ランプユニットＬＵから所定の距離だけ離間した被処理物上の照度分布を精密、かつ、任意の分布に設定することが可能となる。よって、被処理物上の照度分布を被処理物形状に対して非対称に設定することが可能となる。そのため、被処理物である熱処理される基板上における場所的な温度変化の度合いの分布が基板形状に対し非対称である場合においても、それに対応して、被処理物上の照度分布を設定することが可能となり、被処理物を均一に加熱することが可能となる。
【００３９】
なお、被処理物６の比較的中央部において、隣り合うヒータの有するフィラメントであって、比較的近接して配置される複数のフィラメントから放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、これらの複数のフィラメントへの電力供給は、同一の給電装置を用いて行っても良い。例えば、図５に示すように、被処理物６の比較的中央部において、隣り合うヒータ１０３，１０４の各フィラメントＦ２，Ｆ２から放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、ヒータ１０３のフィラメントＦ１、Ｆ３、ヒータ１０４のフィラメントＦ１、Ｆ３への給電をそれぞれ独立の給電装置ＰＳ１Ａ、ＰＳ３Ａ，ＰＳ１Ｂ，ＰＳ３Ｂで行い、ヒータ１０３，１０４の各フィラメントＦ２，Ｆ２への給電は同一の給電装置ＰＳ２で行っても良い。
【００４０】
また、被処理物６の比較的中央部において、各ヒータの隣り合うフィラメントから放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、これらの隣り合うフィラメントへの電力供給は、同一の給電装置を用いて行っても良い。例えば、図６に示すように、被処理物６の比較的中央部において、ヒータ１０３の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３から放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合、また、ヒータ１０４の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３から放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、ヒータ１０３のフィラメントＦ１、Ｆ４、ヒータ１０４のフィラメントＦ１、Ｆ４への給電をそれぞれ独立の給電装置ＰＳ１Ａ、ＰＳ３Ａ，ＰＳ１Ｂ，ＰＳ３Ｂで行い、ヒータ１０３の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３への給電は同一の給電装置ＰＳ２Ａで行い、ヒータ１０４の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３への給電は同一の給電装置ＰＳ２Ｂで行っても良い。
【００４１】
すなわち、ランプユニットを構成するヒータの本数をｎ、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍとするとき、ランプユニットが備えるｎ×ｍ個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電装置により給電されるようにしてもよい。
また、ランプユニットが２組ある場合、第１のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ１、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ１とし、第２のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ２、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ２とするとき、第１のランプユニットおよび第２のランプユニットが備えるｎ１×ｍ１＋ｎ２×ｍ２個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電装置により給電されるようにしてもよい。
【００４２】
まとめると、ランプユニットＬＵに含まれる全てのフィラメント各々に個別に給電装置を設けるのではなく、所望の照度分布によっては、複数のフィラメントを１台の給電装置に接続するようにしてもよい。言い換えれば、複数のヒータの電気回路的な分割のさせ方は、所望の照度分布に応じて任意に設定してよい。なお、前記図４ないし図６においては、ヒータ１０１、１０３、１０４の各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の両端と給電装置ＰＳ１、ＰＳ１Ａ、ＰＳ１Ｂ、ＰＳ２、ＰＳ２Ａ、ＰＳ２Ｂ、ＰＳ３、ＰＳ３Ａ、ＰＳ３Ｂとを接続する各給電線は、ヒータ１０１、１０３、１０４の両端部以外から引き出されているように示されている。これは、フィラメントと給電装置との接続様態の理解を容易にするため概念的に示したものであり、実際は、後述する図７ないし図１０に示すように、上記各給電線は全てヒータ１０１、１０３、１０４の両端部から引き出される。例えば、後述する図７においては、フィラメント１４ａと給電装置１９ａとを接続する給電線は、給電線１５ａ、１５ｄがヒータ１の両端にそれぞれ設けられた封止部１２ａ、１２ｂから外部に突出する外部リード１８ａ、１８ｄと金属箔１３ａ、１３ｄを介して接続される構造を取ることにより、ヒータ１の両端から引き出されている。同様に、フィラメント１４ｂと給電装置１９ｂとを接続する給電線は、給電線１５ｂ、１５ｃが封止部１２ａ、１２ｂから外部に突出する外部リード１８ｂ、１８ｃと金属箔１３ｂ、１３ｃを介して接続される構造を取ることにより、ヒータ１の両端から引き出されている。
【００４３】
上記した加熱装置１００が備える第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０は、ランプユニットＬＵの概念を踏襲しており、各ヒータ１は、発光管の軸方向に少なくとも１つ以上のフィラメントが並ぶように構成されている。
【００４４】
図１、２に示すように、第１のランプユニット１０は、被処理物６の上方において、紙面に垂直方向に１０個のヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）が並列配置されてなり、第２のランプユニット２０は、被処理物６の上方においてランプユニット１０の上方に接触乃至離間して配置され、紙面に平行に１０個のヒータ１（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）が並列配置されてなる。そして、各ヒータ１は、被処理物外の領域に無駄な光が照射されることを極力低減すべく、その発光領域（後述のフィラメントの全長）が、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さに少なくとも対応しているように構成してもよい。「少なくとも対応している」とは、各フィラメントの全長が、被処理物においてフィラメントが横切る領域の長さと同一である場合のみならず、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さを若干超えている場合も意味するものとする。
【００４５】
ここで、発光領域が、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さに少なくとも対応するように設定する場合、各ヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）、（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）におけるフィラメントの個数を調整してもよい。例えば、図２において、ヒータ１ａ、１ｊにおけるフィラメントの個数を１、ヒータ１ｂ、１ｉにおけるフィラメントの個数を２、ヒータ１ｃ、１ｈにおけるフィラメントの個数を３といったように調整してもよい。
【００４６】
あるいは、各ヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）、（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）におけるフィラメントの個数は同数で、１個あたりのフィラメントの長さを各ヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）、（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）で相違するようにしてもよい。例えば、ヒータ１ｂの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さを、ヒータ１ａの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さより長く構成し、ヒータ１ｃの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さを、ヒータ１ｂの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さより長く構成して、各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の全長が、被処理物においてフィラメント（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）が横切る領域の長さに少なくとも対応するように設定してもよい。
【００４７】
また、フィラメントの個数、長さ双方を考慮してもよい。
【００４８】
なお、被処理物６は、第１のランプユニット１０と第２のランプユニット２０の間に配置しても良い。
【００４９】
第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０の具体的構成例としては、例えば、特許文献２に記載されている第１のランプユニットの構成をそのまま採用することも可能である。しかしながら、上記したように、特許文献２に記載されている第１のランプユニットに用いられている水平部と一対の垂直部とから構成されているＵ字形状を有するランプは、個々のランプが無視できない程度の空間を介在して離間して配置されることとなるため、この空間の直下に対応する部分では照度が比較的急峻に変化（低下）する。そのため、各ランプを個別に点灯したり、各ランプへの供給電力を個別に調整して、被処理物上の照度分布を任意に設定しようとしても、上記空間の影響により、被処理物上の照度分布設定が著しく制限され、実用上、問題となる可能性が大きい。さらに、Ｕ字形状を有するランプを使用すると、ランプの垂直部に対応するスペースが必要となるため、小スペース化の観点からは好ましくない。そこで、発明者らは、上記した特許文献２に記載されている第１のランプユニットの構成から生じる実用上の不具合を回避するために、下記に示す新しい構造のヒータを考案した。
【００５０】
以下、本発明の第１の実施形態に係るヒータについて図７を用いて説明する。図７（ａ）は斜視図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＡ−Ａ´線にて切断した断面図を示す。
【００５１】
図７に示すように、ヒータ１は、例えば石英ガラス等の光透過性材料からなり、その軸方向に直交する平面で切断した場合の断面が長円形状を有する発光管１１を備える。「長円形状」とは、前記断面における長手方向の長さａが、長手方向に垂直な方向の長さｂに比して大きい形状（例えば、楕円形状等）の全てを意味するものとする。なお、発光管１１は、前記断面が円形状のものであっても良い。発光管１１は、一端側に金属箔１３ａ，１３ｂが埋設されピンチシールにより封止部１２ａが形成され、他端側に金属箔１３ｃ，１３ｄが埋設されて一端側と同様にして封止部１２ｂが形成され、発光管内部が気密に封止されている。発光管１１の内部には、例えばタングステンからなり、発光管１１の軸方向において２つに分割されたフィラメント１４ａ，１４ｂが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って空間Ｌ１を隔てて配設されている。この空間Ｌ１は、フィラメント１４ａ、１４ｂが存在しない空間であって非発光領域であるため、空間Ｌ１の全長が大きすぎる場合、被処理物上での照射光の強度分布にバラツキが生じる。そのため空間Ｌ１の全長はできるだけ小さい方が望ましい。しかしながら、空間Ｌ１の全長が小さすぎる場合、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生し易くなる。そのため空間Ｌ１の全長は、ある程度大きい必要がある。これらの知見を踏まえ、実験した結果、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのないようにするには、空間Ｌ１の全長が２ｍｍ〜８ｍｍの範囲に設定されることが好ましいことが判明した。空間Ｌ１の全長は２ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されることが特に好ましく、例えば５ｍｍである。
【００５２】
本発明のヒータは、上記２つに分割されたフィラメントがそれぞれ独立に給電されることが特徴であり、詳細には以下のとおりである。
フィラメント１４ａは、一端側に金属箔１３ａに接続された給電線１５ａが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｄに接続された給電線１５ｄが電気的に接続されている。詳細には、給電線１５ｄは、フィラメント１４ｂと対向する箇所の外側が、例えば石英ガラスからなる絶縁管１６ｂで被覆され、フィラメント１４ａの他端側に接続されている。これにより、対向するフィラメント１４ｂと給電線１５ｄの間で不所望な放電が発生することを確実に防止することができる。フィラメント１４ｂは、フィラメント１４ａと同様にして、一端側に金属箔１３ｃに接続された給電線１５ｃが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｂに接続された給電線１５ｂが電気的に接続されている。給電線１５ｂは、フィラメント１４ａと対向する箇所が、例えば石英ガラスからなる絶縁管１６ａで被覆され、フィラメント１４ｂの他端側に接続されている。
【００５３】
このようなフィラメント１４ａ及び１４ｂは、発光管１１の軸方向に複数個配設された、発光管１１の内壁と絶縁管１６ａ或いは１６ｂの間に挟持されたアンカー１７によって支持されている。
【００５４】
さらに、封止部１２ａ側の金属箔１３ａ及び１３ｂには、それぞれ封止部１２ａから外部に導出する外部リード１８ａ及び１８ｂが電気的に接続され、封止部１２ｂ側の金属箔１３ｃ及び１３ｄにも同様にして、それぞれ外部リード１８ｃ及び１８ｄが電気的に接続されている。これにより、フィラメント１４ａは外部リード１８ａ及び１８ｄに電気的に接続され、フィラメント１４ｂは外部リード１８ｂ及び１８ｃに電気的に接続されている。
【００５５】
そして、上記構成のヒータ１は、外部リード１８ａと１８ｄの間に第１の給電装置１９ａが接続され、外部リード１８ｂと１８ｃの間に第２の給電装置１９ｂが接続され、フィラメント１４ａ及び１４ｂがそれぞれ別個の給電装置によって独立に給電されることにより、ヒータが点灯駆動する。給電装置１９ａ及び１９ｂは、可変電源であり、例えば後述のように、フィラメント１４ａ直下の被処理物の温度が、フィラメント１４ｂの直下の被処理物の温度よりも低いような場合においては、フィラメント１４ａへの給電を増加させることにより、フィラメント１４ａから放射される光量を増加させるよう調整することができる。
【００５６】
上記した第１の給電装置１９ａ、第２の給電装置１９ｂは、図１に示した加熱装置における電源部７に対応する。ここで、ヒータ１（１ａ、・・・、１ｊ、１ｋ、・・・、１ｔ）それぞれが図７に示すような構造であって、各フィラメント各々に給電装置が接続されている場合は、４０個の給電装置が上記した電源部７に相当する。なお、各給電装置は、フィラメントに対して、ＤＣ電力を供給するものでもよいし、ＡＣ電力を供給するものでもよい。
【００５７】
以上のような本発明の第１の実施形態に係るヒータによれば、図７に示すように、フィラメント１４ａに電気的に繋がる一対の外部リード１８ａ及び１８ｄが発光管の両端に連続する封止部１２ａ及び１２ｂからそれぞれ外部に導出し、フィラメント１４ｂに電気的に繋がる一対の外部リード１８ｂ及び１８ｃが封止部１２ａ及び１２ｂからそれぞれ外部に導出していることにより、ヒータに高電圧を印加する場合に、一対の外部リードが同一の封止部に存在しないため、絶縁抵抗不良や漏電などの不具合が発生しにくい、などの効果がある。
【００５８】
ここで、第１の給電装置１９ａ、第２の給電装置１９ｂが、各フィラメント１４ａ及び１４ｂにＤＣ電力を供給する場合を考える。第１の給電装置１９ａの高電圧側が外部リード１８ａに接続され、第２の給電装置１９ｂの低電圧側が外部リード１８ｂに接続された場合、外部リード１８ａと外部リード１８ｂとの電位差が大きくなる。よって、場合によっては、封止部１２ａにおいて、絶縁抵抗不良や漏電などの不具合が発生する可能性も無いとは言えない。よって、同一の封止部に存在する各フィラメントの各外部リードへの給電は、各外部リード間の電位差が大きくならないように設定することが望ましい。図７に示すヒータの場合、例えば、第１の給電装置１９ａの高電圧側を外部リード１８ａに接続するとともに、第２の給電装置１９ｂの高電圧側を外部リード１８ｂに接続するように構成する。
【００５９】
一方、第１の給電装置１９ａ、第２の給電装置１９ｂが、各フィラメント１４ａ及び１４ｂにＡＣ電力を供給する場合を考える。ここで、一対の外部リード１８ａ及び１８ｄに第１の給電装置１９ａから印加される電圧の電圧波形の位相と、一対の外部リード１８ｂ及び１８ｃに第２の給電装置１９ｂから印加される電圧の電圧波形の位相とにずれが生じた場合、ある時点においては、封止部１２ａにおける外部リード１８ａと外部リード１８ｂとの電位差や封止部１２ｂにおける外部リード１８ｃと外部リード１８ｄとの電位差が大きくなる。よって、場合によっては、封止部１２ａおよび１２ｂにおいて、絶縁抵抗不良や漏電などの不具合が発生する可能性も無いとは言えない。よって、外部リード１８ａと外部リード１８ｂの双方、もしくは外部リード１８ｃと外部リード１８ｄの双方は接地されていることが望ましい。
【００６０】
また、給電線１５ｂ及び１５ｄは、フィラメント１４ａ及び１４ｂに対向する箇所が絶縁管１６ａ及び１６ｂで被覆されているため、対向するフィラメント１４ａ及び１４ｂとの間で不所望な放電が生じることを確実に防止することができる。
【００６１】
さらに、発光管がその軸方向に直交する平面で切断した場合の断面が長円形状を有することにより、図７に示す如く、フィラメント１４ａ及び１４ｂと、給電線１５ｂ及び１５ｄを被覆する絶縁管１６ａ及び１６ｂとを、縦方向（図７（ｂ）に示すａ方向）において発光管の軸方向に沿って並列配置する、という構成を容易に実現することができる。
【００６２】
そして、本発明の第１の実施形態に係るヒータを備えた加熱装置によれば、光透過性材料からなる発光管１１の内部にフィラメント１４が配設され、各分割されたフィラメント１４ａ及び１４ｂがそれぞれ独立に給電される、という構成のヒータ１０を備えることにより、以下の効果を奏するものである。
【００６３】
すなわち、図２に示す被処理物６のうち、例えばヒータ１ｂとヒータ１ｍ乃至１ｏとが交差する箇所の直下の周辺領域（以下、領域１ともいう）の温度が、被処理物６における他の領域（以下、領域２ともいう）の温度に比して低いような場合、もしくは、領域１における温度上昇の度合いが領域２における温度上昇の度合いより小さいと予め判明しているような場合において、ヒータ１ｂの領域１に対応するフィラメントへの給電を増加させフィラメントからの発光光量を増加させることにより、領域１と領域２の間に温度分布が生じることを確実に防止し、被処理物６の全体にわたって均一な温度分布を実現することができる。
【００６４】
しかも、１本の発光管１１の内部に、発光管の軸方向に複数の分割されたフィラメントが、同一軸上に発光管の軸に沿って配置されてなる構成のヒータ１を複数並べて配置して加熱装置を構成することにより、個々のフィラメント１４ａと１４ｂの間の空間Ｌ１の全長を、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのない範囲、すなわち、２〜８ｍｍの範囲であって、特に好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍの範囲と極めて小さくすることができるため、従来の装置に比して被処理物６の温度分布を均一にすることができるとともに、ヒータを配設するのに必要なスペース（主として高さ方向）が小さくなることにより、加熱装置を小型化することができる。
【００６５】
また、被処理物６が円形状を有する半導体ウェハであるとき、半導体ウエハ表面を、径方向の幅が略同一で、同心状の複数の円環状仮想領域に分割した場合を考える。なお、一番内側の領域は円形領域とする。この場合、半導体ウエハのエッジ部分を含む最も外側に位置する円環状仮想領域は、領域の外側の円の直径が、他の円環状仮想領域と比較して最大となる。よって、最も外側に位置する円環状仮想領域の面積は、他の円環状仮想領域と比較して最大となる。一方、エッジ部分近傍は、端面からの放熱が発生し、また半導体ウエハを支持する固定台５と接触する部分でもあるため、他の中心に近い円環状仮想領域より、熱が逃げ易く、結果として温度分布が生じやすい。そのため、最も外側に位置する円環状仮想領域は、他の仮想領域と比較して、半導体チップが不良となりやすい。特に、上記したように最も外側に位置する円環状仮想領域は他の領域と比較して面積が最大であるため、不良となる半導体チップの数の多さを無視できない。よって、本発明のヒータを有する加熱源を制御して、最も外側に位置する円環状仮想領域における温度分布が小さくなるように放射する光の強度分布を変えて設定し、温度変化が生じ易い箇所である半導体ウェハのエッジ部分の温度分布を均一にすることにより、多数の良質な半導体チップを供給することが可能となる。
【００６６】
被処理物において各ヒータ１の各フィラメントが横切る領域と各フィラメントの全長が同一であると、上記各フィラメントが横切る領域の端部は、フィラメントと給電線との境界部分に相当する。給電線は発光しないので、当該領域への光照射には、ヒータの発光している部分と発光していない部分とが関係する。一方、当該領域以外の光照射は、ヒータの発光部分のみが関係する。結果として、当該領域に照射される光量は、当該端部以外の領域に照射される光量と比較して小さくなり、被処理物のエッジ部分の温度が上記領域の他の箇所に比して低下することにより温度分布が生じる可能性がある。一方、各フィラメントの全長が当該領域を大幅に上回っているとヒータに余分なエネルギーが投入されるので、光エネルギーの利用効率が低くなる。ここで、各ヒータ１において、そのフィラメントの全長を、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さに少なくとも対応させ、特に、各フィラメントの全長が被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さを若干超えているように設定することにより、放射される光強度が小さいフィラメントの端部を被処理物のエッジ部分から遠ざけることが可能となり、また、被処理物外の領域に無駄な光が照射されることを極力低減することができる。よって、上記したような問題を生じる心配がない。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態に係るヒータについて、以下に図８を用いて説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。なお、図８において、図７と同一乃至相当する部分については同一符号で示す。
【００６８】
図８に示すように、第２の実施形態に係るヒータ４０は、軸方向において分割された２つのフィラメント１４ａと１４ｂが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されている。フィラメント１４ａと１４ｂの間には、例えば石英ガラスからなる絶縁体４１が、フィラメント１４ａ及び１４ｂとの間に空間が存在するよう介設されている。なお、絶縁体４１とフィラメント１４ａ及び１４ｂとは当接していても良い。給電線１５ｄは、絶縁体４１に設けられた貫通孔４２を通過するとともに、フィラメント１４ｂと対向する箇所の外側が絶縁管１６ｂで被覆され、一端側が金属箔１３ｄに電気的に接続され、他端側がフィラメント１４ａに電気的に接続されている。給電線１５ｂは、絶縁体４１に設けられた貫通孔４３を通過するとともに、フィラメント１４ａと対向する箇所の外側が絶縁管１６ａで被覆され、一端側が金属箔１３ｂに電気的に接続され、他端側がフィラメント１４ｂに電気的に接続されている。
【００６９】
絶縁体４１の軸方向における厚みＬ２は、フィラメント１４ａと１４ｂの間で不所望な放電が生じることのないよう１ｍｍ〜３ｍｍの範囲であって、例えば２ｍｍである。絶縁体４１とフィラメント１４ａ及び／または１４ｂとの間に空間が介在する場合は、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのないよう、フィラメント１４ａと１４ｂとの離間距離Ｌ３は、３ｍｍ〜８ｍｍの範囲であることが好ましく、特に３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、例えば５ｍｍである。
【００７０】
このような第２の実施形態に係るヒータ４０によっても、第１の実施形態に係るヒータと同様の効果を奏する。すなわち、ヒータ４０を備えた加熱装置において、被処理物６の全体にわたって均一な温度分布を実現する、小型化できる等の効果を奏することができる。 しかも、フィラメント１４ａ及び１４ｂの間に絶縁体４１が介設されていることにより、フィラメント１４ａと１４ｂの間で不所望な放電が生じることを確実に防止することができる。さらに、フィラメント１４ａ及び１４ｂに繋がる給電線１５ｄ及び１５ｂが、絶縁体４１に設けられた貫通孔４２及び貫通孔４３を通過していることにより、給電線１５ｄと１５ｂとが絶縁体４１によって仕切られるため、両給電線が接触して短絡することを確実に防止することができる。
【００７１】
さらに、本発明の第３の実施形態に係るヒータについて、以下に図９を用いて説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。なお、図９において、図７と同一乃至相当する部分については同一符号で示す。
【００７２】
図９に示すように、ヒータ５０は、発光管１１の内部に、２つのフィラメント組立体５１及び５２が絶縁体５３を介在して対向して配設され、発光管１１の軸方向において分割された２つのフィラメント１４ａと１４ｂが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されている。絶縁体５３は、フィラメント１４ａ及び１４ｂとの間に空間が介在するよう配設されている。フィラメント１４ａと１４ｂとの離間距離Ｌ４は、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのないよう、３ｍｍ〜８ｍｍの範囲であることが好ましく、特に３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、例えば５ｍｍである。
【００７３】
フィラメント組立体５１は、フィラメント１４ａ、給電線１５ａ、給電線１５ｂ、絶縁管１６ａから構成され、該組立体における給電線１５ｂが、フィラメント１４ａに接続される側の端部がコ字状に折り曲げられて形成され、フィラメント１４ａと対向する箇所である、コ字状部分に繋がる直線部分が絶縁管１６ａで被覆されている。フィラメント組立体５２は、フィラメント１４ｂ、給電線１５ｃ、給電線１５ｄ、絶縁管１６ｂから構成され、該組立体における給電線１５ｄが、フィラメント１４ｂに接続される側の端部がコ字状に折り曲げられて形成され、フィラメント１４ｂと対向する箇所である、コ字状部分に繋がる直線部分が絶縁管１６ｂで被覆されている。フィラメント１４ａに電気的に繋がる外部リード１８ａ及び１８ｂが封止部１２ａからそれぞれ外部に導出し、フィラメント１４ｂに電気的に繋がる外部リード１８ｃ及び１８ｄが封止部１２ｂからそれぞれ外部に導出している。
【００７４】
そして、図９に示すように、ヒータ５０は、外部リード１８ａと１８ｂの間に給電装置１９ａが電気的に接続され、さらに、外部リード１８ｃと１８ｄの間に給電装置１９ｂが電気的に接続され、フィラメント１４ａ及び１４ｂへの給電をそれぞれ別個の給電装置によって独立に行なう構成である。
【００７５】
このような第３の実施形態に係るヒータ５０によっても、第１の実施形態に係るヒータと同様の効果を奏する。すなわち、ヒータ５０を備えた加熱装置において、被処理物６の全体にわたって均一な温度分布を実現する、小型化できる等の効果を奏することができる。 しかも、ヒータ５０によれば、フィラメント１４ａに対し封止部１２ａ側の外部リード１８ａ及び１８ｂによって給電し、フィラメント１４ｂに対し封止部１２ｂ側の外部リード１８ｃ及び１８ｄによって給電していることから、フィラメント１４ａと１４ｂの間に介設された絶縁体５３には給電線を通過させるための貫通孔を設けずとも両給電線が短絡するおそれがないため、ヒータ作製に要するコストを低減することができる。
【００７６】
なお、ヒータ５０においては、フィラメント１４ａに電気的に繋がる一対の外部リード１８ａ及び１８ｂが同一の封止部１２ａからそれぞれ外部に導出し、フィラメント１４ｂに電気的に繋がる一対の外部リード１８ｃ及び１８ｄが同一の封止部１２ｂからそれぞれ外部に導出している。よって、ヒータに高電圧を印加する場合、絶縁構造、漏電対策等を考慮する必要がある。
【００７７】
さらに、本発明の第４の実施形態に係るヒータについて、以下に図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態に係るヒータを示す正面図である。なお、図１０において、図７と同一乃至相当する部分については同一符号で示す。
【００７８】
図１０に示すように、ヒータ６０の発光管１１は、一端側に金属箔１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが埋設されピンチシールされることにより封止部１２ａが形成され、他端側に金属箔１３ｄ、１３ｅ、１３ｆが埋設されピンチシールされることにより封止部１２ｂが形成され、発光管内部が気密に封止されている。このような発光管１１の内部には、軸方向において３つに分割されたフィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されている。フィラメント１４ａと１４ｂとの間には絶縁体６１ａが介設され、フィラメント１４ｂと１４ｃとの間には絶縁体６１ｂが介設されている。さらに、金属箔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、及び１３ｆには、それぞれ、外部リード１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、及び１８ｆが電気的に接続されている。
【００７９】
フィラメント１４ａは、一端側に金属箔１３ａに接続された給電線１５ａが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｆに接続された給電線１５ｆが電気的に接続されている。詳細には、給電線１５ｆは、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１１ａ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｃ、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１１ｂ、及びフィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｆを通過し、金属箔１３ｆに接続される。フィラメント１４ｂは、一端側に、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１２ａ、及びフィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ａを通過するとともに、金属箔１３ｂに接続された給電線１５ｂが電気的に接続されている。フィラメント１４ｂの他端側には、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１２ｂ、及びフィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｅを通過するとともに、金属箔１３ｅに接続された給電線１５ｅが電気的に接続されている。フィラメント１４ｃは、一端側に金属箔１３ｃに接続された給電線１５ｃが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｄに接続された給電線１５ｄが電気的に接続されている。詳細には、給電線１５ｃは、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１３ｂ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｄ、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１３ａ、及びフィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ｂを通過し、金属箔１３ｃに接続されている。
【００８０】
ヒータ６０は、外部リード１８ａと１８ｆの間に第１の給電装置６２が接続され、外部リード１８ｂと１８ｅの間に第２の給電装置６３が接続され、外部リード１８ｃと１８ｄの間に第３の給電装置６４が接続されている。すなわち、フィラメント１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃは、それぞれ別個の給電装置によって独立に給電されることにより、ヒータが点灯駆動する。給電装置６２、６３、及び６４は、可変電源であり、必要に応じて給電量を調整することができる。
【００８１】
ここで、上記した給電装置６２、６３、６４は、図１に示した加熱装置における電源部７に対応する。ここで、ヒータ１（１ａ、・・・、１ｊ、１ｋ、・・・、１ｔ）それぞれが図１０に示すような構造であって、各フィラメント各々に給電装置が接続されている場合は、６０個の給電装置が上記した電源部７に相当する。なお、各給電装置は、フィラメントに対して、ＤＣ電力を供給するものでもよいし、ＡＣ電力を供給するものでもよい。
【００８２】
このような第４の実施形態に係るヒータによれば、軸方向において３つに分割されたフィラメント１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されているとともに、それぞれのフィラメントへの給電量を別個の給電装置によって調整することができるため、それぞれのフィラメントから放射される光量を自在に調整することができる。これにより、上記実施形態１乃至３に係るヒータに比して、さらに狭小な領域における温度を調整することができるため、被処理物６の温度分布の均一性をさらに向上させることができる、という効果を奏する。さらに、第１乃至第３の実施形態に係るヒータと同様に、加熱装置を小型化することができる等の効果を奏する。
【００８３】
以下、本発明に係るヒータを備えた加熱装置の数値例を示す。本発明は、以下に示す数値例に限定されるものではない。発光管（１１）は、石英ガラスからなり、発光管の軸に直交する平面を含む断面において、図７（ｂ）に示すａが１１ｍｍであり、同図に示すｂが８ｍｍである。また、発光管（１１）は、肉厚が１ｍｍであり、全長（両封止部（１２）を加えた長さ）が４４７ｍｍの直管状のものである。フィラメント（１４）は、線径０．５３ｍｍのタングステン線を０．６６ｍｍのピッチで巻き回すことにより、外径３．８６ｍｍのコイル状に構成され、フィラメント１４ａ及び１４ｂの全長がそれぞれ２００ｍｍである。絶縁管（１６）は、石英ガラスからなり、外径が２ｍｍ、内径が１ｍｍ、全長が２０５ｍｍの直管状のものである。
【００８４】
なお、上記第１乃至第４の実施形態のヒータによれば、分割された各フィラメントが同一軸上に配設された形態が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、分割された各フィラメントが同一軸上に配設されていない構成を採用しても良い。
【符号の説明】
【００８５】
１ ヒータ
２ 反射板
３ ランプ固定台
４ 石英窓
５ 固定台
６ 被処理物
７ 電源部
７１ 電源供給ポート
８ 冷却風ユニット
８１ 冷却風供給ノズル
８２ 吹出し口
９ 温度計
９１ 温度測定部
９２ 温度制御部
１０ 第１のランプユニット
１１ 発光管
１２ 封止部
１３ 金属箔
１４ フィラメント
１５ 給電線
１６ 絶縁管
１７ アンカー
１８ 外部リード
１９ 給電装置
２０ 第２のランプユニット
４０ ヒータ
４１ 絶縁体
４２ 貫通孔
４３ 貫通孔
５０ ヒータ
５１ フィラメント組立体
５２ フィラメント組立体
５３ 絶縁体
６０ ヒータ
６１ 絶縁体
６２ 給電装置
６３ 給電装置
６４ 給電装置
６１１ 貫通孔
６１２ 貫通孔
６１３ 貫通孔
１００ 加熱装置
ＭＣ 主制御部
ＬＵ ランプユニット
Ｆ１ フィラメント
Ｆ２ フィラメント
Ｆ３ フィラメント
Ｆ４ フィラメント
ＰＳ１ 給電装置
ＰＳ２ 給電装置
ＰＳ３ 給電装置
ＰＳ１Ａ 給電装置
ＰＳ２Ａ 給電装置
ＰＳ３Ａ 給電装置
ＰＳ１Ｂ 給電装置
ＰＳ２Ｂ 給電装置
ＰＳ３Ｂ 給電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータランプに関するものであり、特に、被処理物を加熱する目的で放射される光を被処理物に照射するためのヒータランプに係る。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造工程においては、成膜、酸化拡散、不純物拡散、窒化、膜安定化、シリサイド化、結晶化、イオン注入活性化等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物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）が望ましい。ＲＴＰにおいては、白熱ランプ等の光源からの光照射を用いた光照射式加熱処理装置が広く用いられている。
【０００３】
光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなる白熱ランプは、投入電力の９０％以上が全放射され、被処理物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代表的なランプである。このような白熱ランプを、ガラス基板や半導体ウェ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物の温度を高速にて昇降温させることができる。すなわち、光照射式加熱処理によれば、例えば、被処理物を１０００℃以上の温度にまで、十数秒から数十秒で昇温させることが可能であり、光照射停止後、被照射体は急速に冷却される。このような光照射式加熱処理は、通常、複数回に渡って行われる。
【０００４】
ここで、被処理物が例えば半導体ウエハであるとき、半導体ウエハを加熱する際に半導体ウエハに温度分布の不均一が生じると、半導体ウエハにスリップと呼ばれる現象、すなわち結晶転移の欠陥が発生し不良品となる恐れがある。そのため、光照射式加熱処理装置を用いて、半導体ウエハのＲＴＰを行う場合は、半導体ウエハ全面の温度分布が均一になるように、加熱、高温保持、冷却を行う必要がある。すなわち、ＲＴＰにおいては、被処理物の高精度な温度均一性が求められている。
【０００５】
従来の加熱装置として、特許文献１には、ガラス基板や半導体ウェハの加熱に白熱ランプから放射される光を利用する加熱装置が開示されている。この加熱装置は、図１１に示すように、光透過性材料で形成されたチャンバー内に被処理物を収納し、このチャンバー外の上下両段に複数本の白熱ランプを上下で対向し、かつ互いに交差するように配置し、これらの白熱ランプによって被処理物を両面から光照射して加熱するように構成されている。
【０００６】
図１２は、前記装置を簡略化して上下両段に設けられる加熱用白熱ランプと被処理物とを取出して示した斜視図である。同図に示すように、上下両段に設けられる加熱用白熱ランプは、管軸が交差するように配置されているので、被処理物を均一に加熱することができる。また、この装置によれば、被処理物のエッジ部分での放熱作用による温度低下を防止することができる。例えば、被処理物に対して、上段の両端にある加熱用白熱ランプＬ１，Ｌ２のランプ出力を中央部の加熱用ランプＬ３のランプ出力に比べて大きくすることにより、被処理物のエッジ部分Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２の温度を上げることが可能であり、また、被処理物に対して下段の両端にある加熱用白熱ランプＬ４、Ｌ５のランプ出力を中央部の加熱用白熱ランプＬ６のランプ出力に比べて大きくすることにより、被処理物のエッジ部分Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２の温度を上げることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３７８３３号
【特許文献２】特開２００２−２０３８０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来の加熱装置においては以下に示すような問題が生じることが判明した。具体的には、例えば被処理物が半導体ウェハである場合、半導体ウェハ表面にスパッタリング法などにより金属酸化物からなる膜が形成され、また、イオン注入により不純物添加物がドーピングされていることが一般的であるが、このような金属酸化物の膜厚及び不純物イオンの注入具合にバラツキが生じることがあることにより、かかる要因に影響を受けて半導体ウェハに温度分布が生じることがある。このような温度分布は、図１２に示す線状のエッジ部分Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２、Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２などに限らず、例えばＡ１部周辺のみといった狭小な領域で生じる場合がある。
【０００９】
然るに、上記従来の加熱装置によれば、被処理物のエッジ部分Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２、Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２などの線状のエッジ部分での温度低下を防止することはできるものの、図１２におけるＡ１−Ａ２の線状のエッジ部分において、Ａ１部周辺とＢ１部周辺が別々の温度低下傾向を示す場合には、この両方を適切な温度状態に制御することができない。すなわち、狭小な領域において温度を制御することができないことから、被処理物の処理温度に温度分布が生じることにより、被処理物に所望な機能を損なってしまうという問題が生じる。
【００１０】
ここで、例えば特許文献２には、図１３に示すように、ランプハウス内に、Ｕ字形状を有しフィラメントへの給電装置が発光管の両端部に設けられているダブルエンドランプを紙面に対し平行方向及び垂直方向に複数個並べて構成される第１のランプユニットと、この第１のランプユニットの下方側に配設された、直線形状を有しフィラメントへの給電装置が発光管の両端部に設けられているダブルエンドランプを紙面に沿って紙面と垂直方向に複数個並べて構成される第２のランプユニットとを備えて構成され、第２のランプユニットの下方に配設された半導体ウェハ等の被処理体に対し加熱処理を行なうための熱処理装置が開示されている。
【００１１】
このような熱処理装置によれば、被処理体において、他の部分に比して温度が低くなる傾向にある、被処理体を戴置するサポートリングとの接続部の温度を上昇させるため、接続部の上方に位置する第１のランプユニットに属するＵ字形状のランプを高出力にするよう制御する機構を備えてなることが示されている。
【００１２】
特許文献２には、このような熱処理装置を、概略、以下のように使用することが示されている。まず、被処理物である半導体ウエハの加熱領域を中心対称で同心の複数のゾーンに分割する。そして、第１、第２のランプユニットの各ランプによる照度分布を組み合わせて、各ゾーンに各々対応する半導体ウエハの中心に対して中心対称である合成照度分布パターンを形成して、各ゾーンの温度変化に応じた加熱を行うというものである。その際、ランプからの光の照度バラつきの影響を抑制するために、被処理物である半導体ウエハを回転させている。すなわち、同心に配置される各ゾーンを個別の照度で加熱することが可能となっている。従って、特許文献２に示される技術によれば、被処理体において狭小な領域での温度制御が可能であることから、上記の問題点を良好に解決することができると考えられる。
【００１３】
このような熱処理装置は、実用上は以下に示すような問題点が生じるおそれがあると考えられる。Ｕ字形状を有するランプは、水平部と一対の垂直部とから構成されているが、発光に寄与するのは内部にフィラメントが配設されている水平部のみである。そして、各ランプの内部に配設されたフィラメントは、ランプの水平部と同軸上において隣接するランプの内部に配設されたフィラメントとの間に、各垂直部を構成する石英ガラス壁が２つ介在している。さらに、水平部と垂直部との境界に曲面が形成されて水平部と垂直部とが一体となっているため、隣接するフィラメント間には、かなりの全長を有する発光に寄与しない空間が存在することになる。従って、この空間の直下に対応する部分では温度分布が生じる、という問題が生ずるものと考えられる。
【００１４】
すなわち、各ゾーンに対応する、第１、第２のランプユニットの各ランプによる照度分布を組み合わせて半導体ウエハ中心対称の合成照度分布を形成したとしても、上記空間の直下に対応する部分では照度が比較的急峻に変化（低下）する。よって、各ゾーンの温度変化に応じた加熱を行おうとしても、上記空間の直下に対応する部分近傍で生じる温度分布を小さくすることは、比較的難しいものと考えられる。
【００１５】
さらに、このような熱処理装置は、近年、ランプユニットを配設するためのスペース（主として高さ方向）を極力小さくする傾向にあることから、Ｕ字形状を有するランプを使用すると、ランプの垂直部に対応するスペースが必要となるため、高さ方向における省スペース化の観点からは好ましくない。
【００１６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、熱処理される基板上における場所的な温度変化の度合いの分布が、基板形状に対し非対称である場合においても、基板を均一に加熱することが可能である。また、狭い領域において温度分布の均一性を失わしめる要因となる温度変化が生じた場合であっても、被処理物を均一に加熱することができるとともに、小型化することが可能な加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のヒータは、光透過性材料からなる１本の発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータにおいて、前記フィラメントは、軸方向で複数に分割され、各分割されたフィラメントがそれぞれ独立に給電されることを特徴とする。さらに、前記各フィラメント間に、絶縁体が配設されたことを特徴とする。さらに、前記各フィラメントに電気的に接続された給電線は、それぞれ前記発光管の反対端部に導出されていることを特徴とする。さらに、前記各フィラメントに電気的に接続された給電線は、それぞれ前記発光管の同一端部に導出されていることを特徴とする。さらに、前記給電線は、前記フィラメントに対向する箇所が絶縁管で被覆されてなることを特徴とする。さらに、前記発光管は、その断面が長円形状を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の加熱装置は、上記ヒータを複数本並列配置してなることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の加熱装置は、上記ヒータからなるランプユニットを有し、当該ランプユニットから放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する加熱装置であって、上記ランプユニットは上記ヒータが複数本並列配置してなることを特徴とする。
この場合、上記ランプユニットを構成するヒータの本数をｎ、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍとするとき、上記ランプユニットが備えるｎ×ｍ個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電手段により給電されるように構成してもよい。
【００２０】
あるいは、本発明の加熱装置は、上記ヒータが複数本並列配置してなる第１のランプユニットと、上記ヒータが複数本並列配置してなる第２のランプユニットとを有し、当該第１のランプユニットおよび第２のランプユニットから放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する加熱装置であって、上記第１のランプユニットと上記第２ランプユニットとは互いに対向する位置に配置されていて、上記第１のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向と上記第２のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向とは互いに交差していることを特徴とする。この場合、被処理物を上記第１のランプユニットと上記第２ランプユニットとの間の空間に配置するようにしてもよい。
【００２１】
また、上記第１のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ１、上記ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ１とし、上記第２のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ２、上記ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ２とするとき、上記第１のランプユニットおよび第２のランプユニットが備えるｎ１×ｍ１＋ｎ２×ｍ２個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電手段により給電されるように構成してもよい。
さらに、本発明の加熱装置は、各ヒータ毎にフィラメントの全長を被処理物に適合するよう変えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のヒータによれば、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設され、このフィラメントが軸方向で複数に分割され、各分割されたフィラメントがそれぞれ独立に給電される構成である。よって、本発明のヒータを有する光照射式加熱装置を用いて被処理物を加熱処理する際、被処理物において狭小な領域で温度分布が不均一になったとしても、当該領域に位置するヒータのフィラメントに対する給電を調整することが可能である。これにより、従来構造のフィラメントを備えるヒータを有する光照射式加熱装置を使用した場合に比して、被処理物上の狭小な領域における温度を調整することができることから、被処理物の全体にわたって均一な温度分布を実現することができる。さらには、必要な箇所のみの温度を上昇させることが可能であり、必要な電気エネルギーを最小限に抑えられることから、環境保全の観点からも優れている。
【００２３】
しかも、１本の発光管の内部に、発光管の軸方向に複数の分割されたフィラメントが発光管の軸に沿って配置されてなる構成のヒータを複数並べて配置したランプユニットを有する加熱装置を構成することにより、従来の装置の如く、個々のフィラメント間において、２つの石英ガラス壁が介在する等の理由によりかなりの全長を有する発光に寄与しない空間が存在することがなく、個々のフィラメント間の離間距離を極めて小さくすることができるため、従来の装置に比して被処理物の温度分布を均一にすることができるとともに、ヒータを配設するのに必要なスペース（主として高さ方向）が小さくなることにより、加熱装置の小型化を実現することができる。
【００２４】
また、上記したランプユニットを有する加熱装置によれば、ランプユニットから所定の距離だけ離間した被処理物上の照度分布を精密、かつ、任意の分布に設定することが可能となる。よって、被処理物上の照度分布を被処理物形状に対して非対称に設定することが可能となる。そのため、被処理物である熱処理される基板上における場所的な温度変化の度合いの分布が基板形状に対し非対称である場合においても、それに対応して、被処理物上の照度分布を設定することが可能となり、被処理物を均一に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の加熱装置を示す正面断面図である。
【図２】図１に示す第１のランプユニット及び第２のランプユニットの配列を示す平面図である。
【図３】ランプユニットの概念図である。
【図４】ヒータの各フィラメントと電源部との接続例を説明する概念図である。
【図５】複数ヒータにまたがる複数のフィラメントへの電力供給例を示す概念図である。
【図６】１つのヒータの複数のフィラメントへの電力供給例を示す概念図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るヒータを説明するためのである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。
【図１１】従来の加熱装置を示す正面断面図である。
【図１２】従来の加熱装置を示す斜視図である。
【図１３】従来の加熱装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の加熱装置の構成例について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の加熱装置の構成例を示す正面断面図である。図２は、図１に示す第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０の各ヒータ１の配列例を示す平面図である。
【００２７】
図１に示すように、加熱装置１００は、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０、反射板２、第１のランプ固定台（不図示）、第２のランプ固定台３、石英窓４を備えて構成され、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０から放射された光を直接或いは反射板２で反射させ固定台５に固定された被処理物６に対して照射し、被処理物６を加熱する。
【００２８】
反射板２は、例えば無酸素銅からなる母材に金をコートしてなり、第２のランプユニット２０の上方に配置され、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０から上方に向けて照射された光を被処理物６側へ反射する。反射板２は、断面が円の一部、楕円の一部、放物線の一部又は平板状の場合が多い。このような反射板２は、後述の冷却風供給ノズル８１によって空冷されている。なお、反射板２は水冷されていても良い。
【００２９】
第１のランプ固定台は第１のランプユニット１０の各ヒータ１（図２に示すヒータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ）を支持し、第２のランプ固定台３は第２のランプユニット２０の各ヒータ１（図２に示すヒータ１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、１ｏ、１ｐ、１ｑ、１ｒ、１ｓ、１ｔ）を支持している。固定台５は、石英、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等により構成されることが好ましい。
【００３０】
さらに、加熱装置１００は、電源部７に繋がる電源供給ポート７１、冷却ユニット８に繋がる冷却風供給ノズル８１、温度計９に繋がる温度測定部９１を備えている。温度計９は、電源部７に繋がる温度制御部９２を備えている。
【００３１】
加熱装置１００の内部は、冷却風ユニット８から供給され冷却風供給ノズル８１から導入された冷却風が被処理物６を冷却することを防止するため、石英窓４によってランプユニット収納空間Ｓ１及び処理空間Ｓ２に仕切られている。このランプユニット収納空間Ｓ１には、冷却風供給ノズル８１から冷却風が導入され、ランプユニット１０及びランプユニット２０における各ヒータ１に冷却風を吹き付けることにより各ヒータ１を構成する発光管（例えば、後述する発光管１１）を冷却する。冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２は、後述する各ヒータ１の封止部に対向して配置され、各ヒータ１の封止部を優先的に冷却する。これは、ヒータの封止部は他の箇所に比して耐熱性が低いことによる。
【００３２】
一組の電源供給ポート７１は、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０を固定する第１のランプ固定台及び第２のランプ固定台３に電気的に接続されている。第１のランプ固定台は第１のランプユニット１０における各ヒータの給電装置（例えば、後述する外部リード１８ａ〜１８ｆ等）と電気的に接続されている。また、第２のランプ固定台３は第２のランプユニット２０における各ヒータの給電装置（例えば、後述する外部リード１８ａ〜１８ｆ等）と電気的に接続されている。このような構成により、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０における各ヒータ１に電源部７から給電がなされる。図１では、１組の電源供給ポートが示されているが、ヒータの個数、後述するヒータ内のフィラメントの分割数や、複数のヒータの電気回路的な分割のさせ方等に応じて、一組の電源供給ポートの個数は決められる。
【００３３】
被処理物６の寸法に応じた個数の温度測定部９１は、熱電対や光ファイバが使用され、被処理物６に当接或いは近接して各々配置されている。温度計９は、被処理物６からの熱エネルギーに応じた情報が温度測定部９１から送信され、この情報に応じた電気信号を温度制御部９２に送信する。温度制御部９２は、被処理物の種類に応じて目標温度が設定され、被処理物６の温度が当該目標温度に一致するように電源部７から各ヒータ１に供給される給電量を調整する。
【００３４】
加熱装置の加熱源を構成する複数のヒータは、上記したように、例えば、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなる白熱ランプ構造を採用したものである。そして、上記加熱源は、発光管の軸方向に少なくとも１つ以上のフィラメントが並ぶように構成されるヒータが、複数並列に配置されたランプユニットを複数有する。
【００３５】
図３は、ランプユニットの概念図である。ランプユニットＬＵは、例えば、複数のヒータ１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７から構成される。各ヒータ１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７は、例えば、それぞれ複数のフィラメントＦ１，Ｆ２、Ｆ３を有する。上記複数のフィラメントＦ１，Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ独立に給電可能な構成となっている。図３の場合は、２１個のフィラメントが、それぞれ独立に点灯可能となっている。
【００３６】
なお、当然ながら、各ヒータの個数、各ヒータがそれぞれ有するフィラメントの個数は、上記した例に限られるわけではなく、任意に設定することが可能である。
【００３７】
すなわち、ランプユニットＬＵの各ヒータにおけるフィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、それぞれ個別の給電装置に接続されている。図４は、ヒータ１０１の各フィラメントと電源部との接続例を説明する概念図である。図４に示すように、ヒータ１０１のフィラメントＦ１は給電装置ＰＳ１に接続されている。同様に、フィラメントＦ２は給電装置ＰＳ２に、フィラメントＦ３は給電装置ＰＳ３に接続されている。給電装置ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３は、図１に示す電源部７に相当する。主制御部ＭＣは、給電装置ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３の動作を制御することにより、ヒータ１０１のフィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３への給電を個別に制御することが可能である。
【００３８】
このようにランプユニットＬＵを構成することにより、ランプユニットＬＵから所定の距離だけ離間した被処理物上の照度分布を精密、かつ、任意の分布に設定することが可能となる。よって、被処理物上の照度分布を被処理物形状に対して非対称に設定することが可能となる。そのため、被処理物である熱処理される基板上における場所的な温度変化の度合いの分布が基板形状に対し非対称である場合においても、それに対応して、被処理物上の照度分布を設定することが可能となり、被処理物を均一に加熱することが可能となる。
【００３９】
なお、被処理物６の比較的中央部において、隣り合うヒータの有するフィラメントであって、比較的近接して配置される複数のフィラメントから放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、これらの複数のフィラメントへの電力供給は、同一の給電装置を用いて行っても良い。例えば、図５に示すように、被処理物６の比較的中央部において、隣り合うヒータ１０３，１０４の各フィラメントＦ２，Ｆ２から放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、ヒータ１０３のフィラメントＦ１、Ｆ３、ヒータ１０４のフィラメントＦ１、Ｆ３への給電をそれぞれ独立の給電装置ＰＳ１Ａ、ＰＳ３Ａ，ＰＳ１Ｂ，ＰＳ３Ｂで行い、ヒータ１０３，１０４の各フィラメントＦ２，Ｆ２への給電は同一の給電装置ＰＳ２で行っても良い。
【００４０】
また、被処理物６の比較的中央部において、各ヒータの隣り合うフィラメントから放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、これらの隣り合うフィラメントへの電力供給は、同一の給電装置を用いて行っても良い。例えば、図６に示すように、被処理物６の比較的中央部において、ヒータ１０３の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３から放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合、また、ヒータ１０４の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３から放射される光の強度分布がほぼ等しくなるように設定してもよい場合は、ヒータ１０３のフィラメントＦ１、Ｆ４、ヒータ１０４のフィラメントＦ１、Ｆ４への給電をそれぞれ独立の給電装置ＰＳ１Ａ、ＰＳ３Ａ，ＰＳ１Ｂ，ＰＳ３Ｂで行い、ヒータ１０３の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３への給電は同一の給電装置ＰＳ２Ａで行い、ヒータ１０４の隣り合うフィラメントＦ２，Ｆ３への給電は同一の給電装置ＰＳ２Ｂで行っても良い。
【００４１】
すなわち、ランプユニットを構成するヒータの本数をｎ、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍとするとき、ランプユニットが備えるｎ×ｍ個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電装置により給電されるようにしてもよい。
また、ランプユニットが２組ある場合、第１のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ１、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ１とし、第２のランプユニットを構成するヒータの本数をｎ２、各ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ２とするとき、第１のランプユニットおよび第２のランプユニットが備えるｎ１×ｍ１＋ｎ２×ｍ２個のフィラメントの少なくとも２つが共通の給電装置により給電されるようにしてもよい。
【００４２】
まとめると、ランプユニットＬＵに含まれる全てのフィラメント各々に個別に給電装置を設けるのではなく、所望の照度分布によっては、複数のフィラメントを１台の給電装置に接続するようにしてもよい。言い換えれば、複数のヒータの電気回路的な分割のさせ方は、所望の照度分布に応じて任意に設定してよい。なお、前記図４ないし図６においては、ヒータ１０１、１０３、１０４の各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の両端と給電装置ＰＳ１、ＰＳ１Ａ、ＰＳ１Ｂ、ＰＳ２、ＰＳ２Ａ、ＰＳ２Ｂ、ＰＳ３、ＰＳ３Ａ、ＰＳ３Ｂとを接続する各給電線は、ヒータ１０１、１０３、１０４の両端部以外から引き出されているように示されている。これは、フィラメントと給電装置との接続様態の理解を容易にするため概念的に示したものであり、実際は、後述する図７ないし図１０に示すように、上記各給電線は全てヒータ１０１、１０３、１０４の両端部から引き出される。例えば、後述する図７においては、フィラメント１４ａと給電装置１９ａとを接続する給電線は、給電線１５ａ、１５ｄがヒータ１の両端にそれぞれ設けられた封止部１２ａ、１２ｂから外部に突出する外部リード１８ａ、１８ｄと金属箔１３ａ、１３ｄを介して接続される構造を取ることにより、ヒータ１の両端から引き出されている。同様に、フィラメント１４ｂと給電装置１９ｂとを接続する給電線は、給電線１５ｂ、１５ｃが封止部１２ａ、１２ｂから外部に突出する外部リード１８ｂ、１８ｃと金属箔１３ｂ、１３ｃを介して接続される構造を取ることにより、ヒータ１の両端から引き出されている。
【００４３】
上記した加熱装置１００が備える第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０は、ランプユニットＬＵの概念を踏襲しており、各ヒータ１は、発光管の軸方向に少なくとも１つ以上のフィラメントが並ぶように構成されている。
【００４４】
図１、２に示すように、第１のランプユニット１０は、被処理物６の上方において、紙面に垂直方向に１０個のヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）が並列配置されてなり、第２のランプユニット２０は、被処理物６の上方においてランプユニット１０の上方に接触乃至離間して配置され、紙面に平行に１０個のヒータ１（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）が並列配置されてなる。そして、各ヒータ１は、被処理物外の領域に無駄な光が照射されることを極力低減すべく、その発光領域（後述のフィラメントの全長）が、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さに少なくとも対応しているように構成してもよい。「少なくとも対応している」とは、各フィラメントの全長が、被処理物においてフィラメントが横切る領域の長さと同一である場合のみならず、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さを若干超えている場合も意味するものとする。
【００４５】
ここで、発光領域が、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さに少なくとも対応するように設定する場合、各ヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）、（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）におけるフィラメントの個数を調整してもよい。例えば、図２において、ヒータ１ａ、１ｊにおけるフィラメントの個数を１、ヒータ１ｂ、１ｉにおけるフィラメントの個数を２、ヒータ１ｃ、１ｈにおけるフィラメントの個数を３といったように調整してもよい。
【００４６】
あるいは、各ヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）、（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）におけるフィラメントの個数は同数で、１個あたりのフィラメントの長さを各ヒータ１（１ａ，１ｂ，・・・・・１ｊ）、（１ｋ，１ｌ，・・・・・１ｔ）で相違するようにしてもよい。例えば、ヒータ１ｂの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さを、ヒータ１ａの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さより長く構成し、ヒータ１ｃの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さを、ヒータ１ｂの各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の長さより長く構成して、各フィラメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３の全長が、被処理物においてフィラメント（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）が横切る領域の長さに少なくとも対応するように設定してもよい。
【００４７】
また、フィラメントの個数、長さ双方を考慮してもよい。
【００４８】
なお、被処理物６は、第１のランプユニット１０と第２のランプユニット２０の間に配置しても良い。
【００４９】
第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０の具体的構成例としては、例えば、特許文献２に記載されている第１のランプユニットの構成をそのまま採用することも可能である。しかしながら、上記したように、特許文献２に記載されている第１のランプユニットに用いられている水平部と一対の垂直部とから構成されているＵ字形状を有するランプは、個々のランプが無視できない程度の空間を介在して離間して配置されることとなるため、この空間の直下に対応する部分では照度が比較的急峻に変化（低下）する。そのため、各ランプを個別に点灯したり、各ランプへの供給電力を個別に調整して、被処理物上の照度分布を任意に設定しようとしても、上記空間の影響により、被処理物上の照度分布設定が著しく制限され、実用上、問題となる可能性が大きい。さらに、Ｕ字形状を有するランプを使用すると、ランプの垂直部に対応するスペースが必要となるため、小スペース化の観点からは好ましくない。そこで、発明者らは、上記した特許文献２に記載されている第１のランプユニットの構成から生じる実用上の不具合を回避するために、下記に示す新しい構造のヒータを考案した。
【００５０】
以下、本発明の第１の実施形態に係るヒータについて図７を用いて説明する。図７（ａ）は斜視図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＡ−Ａ´線にて切断した断面図を示す。
【００５１】
図７に示すように、ヒータ１は、例えば石英ガラス等の光透過性材料からなり、その軸方向に直交する平面で切断した場合の断面が長円形状を有する発光管１１を備える。「長円形状」とは、前記断面における長手方向の長さａが、長手方向に垂直な方向の長さｂに比して大きい形状（例えば、楕円形状等）の全てを意味するものとする。なお、発光管１１は、前記断面が円形状のものであっても良い。発光管１１は、一端側に金属箔１３ａ，１３ｂが埋設されピンチシールにより封止部１２ａが形成され、他端側に金属箔１３ｃ，１３ｄが埋設されて一端側と同様にして封止部１２ｂが形成され、発光管内部が気密に封止されている。発光管１１の内部には、例えばタングステンからなり、発光管１１の軸方向において２つに分割されたフィラメント１４ａ，１４ｂが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って空間Ｌ１を隔てて配設されている。この空間Ｌ１は、フィラメント１４ａ、１４ｂが存在しない空間であって非発光領域であるため、空間Ｌ１の全長が大きすぎる場合、被処理物上での照射光の強度分布にバラツキが生じる。そのため空間Ｌ１の全長はできるだけ小さい方が望ましい。しかしながら、空間Ｌ１の全長が小さすぎる場合、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生し易くなる。そのため空間Ｌ１の全長は、ある程度大きい必要がある。これらの知見を踏まえ、実験した結果、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのないようにするには、空間Ｌ１の全長が２ｍｍ〜８ｍｍの範囲に設定されることが好ましいことが判明した。空間Ｌ１の全長は２ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されることが特に好ましく、例えば５ｍｍである。
【００５２】
本発明のヒータは、上記２つに分割されたフィラメントがそれぞれ独立に給電されることが特徴であり、詳細には以下のとおりである。
フィラメント１４ａは、一端側に金属箔１３ａに接続された給電線１５ａが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｄに接続された給電線１５ｄが電気的に接続されている。詳細には、給電線１５ｄは、フィラメント１４ｂと対向する箇所の外側が、例えば石英ガラスからなる絶縁管１６ｂで被覆され、フィラメント１４ａの他端側に接続されている。これにより、対向するフィラメント１４ｂと給電線１５ｄの間で不所望な放電が発生することを確実に防止することができる。フィラメント１４ｂは、フィラメント１４ａと同様にして、一端側に金属箔１３ｃに接続された給電線１５ｃが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｂに接続された給電線１５ｂが電気的に接続されている。給電線１５ｂは、フィラメント１４ａと対向する箇所が、例えば石英ガラスからなる絶縁管１６ａで被覆され、フィラメント１４ｂの他端側に接続されている。
【００５３】
このようなフィラメント１４ａ及び１４ｂは、発光管１１の軸方向に複数個配設された、発光管１１の内壁と絶縁管１６ａ或いは１６ｂの間に挟持されたアンカー１７によって支持されている。
【００５４】
さらに、封止部１２ａ側の金属箔１３ａ及び１３ｂには、それぞれ封止部１２ａから外部に導出する外部リード１８ａ及び１８ｂが電気的に接続され、封止部１２ｂ側の金属箔１３ｃ及び１３ｄにも同様にして、それぞれ外部リード１８ｃ及び１８ｄが電気的に接続されている。これにより、フィラメント１４ａは外部リード１８ａ及び１８ｄに電気的に接続され、フィラメント１４ｂは外部リード１８ｂ及び１８ｃに電気的に接続されている。
【００５５】
そして、上記構成のヒータ１は、外部リード１８ａと１８ｄの間に第１の給電装置１９ａが接続され、外部リード１８ｂと１８ｃの間に第２の給電装置１９ｂが接続され、フィラメント１４ａ及び１４ｂがそれぞれ別個の給電装置によって独立に給電されることにより、ヒータが点灯駆動する。給電装置１９ａ及び１９ｂは、可変電源であり、例えば後述のように、フィラメント１４ａ直下の被処理物の温度が、フィラメント１４ｂの直下の被処理物の温度よりも低いような場合においては、フィラメント１４ａへの給電を増加させることにより、フィラメント１４ａから放射される光量を増加させるよう調整することができる。
【００５６】
上記した第１の給電装置１９ａ、第２の給電装置１９ｂは、図１に示した加熱装置における電源部７に対応する。ここで、ヒータ１（１ａ、・・・、１ｊ、１ｋ、・・・、１ｔ）それぞれが図７に示すような構造であって、各フィラメント各々に給電装置が接続されている場合は、４０個の給電装置が上記した電源部７に相当する。なお、各給電装置は、フィラメントに対して、ＤＣ電力を供給するものでもよいし、ＡＣ電力を供給するものでもよい。
【００５７】
以上のような本発明の第１の実施形態に係るヒータによれば、図７に示すように、フィラメント１４ａに電気的に繋がる一対の外部リード１８ａ及び１８ｄが発光管の両端に連続する封止部１２ａ及び１２ｂからそれぞれ外部に導出し、フィラメント１４ｂに電気的に繋がる一対の外部リード１８ｂ及び１８ｃが封止部１２ａ及び１２ｂからそれぞれ外部に導出していることにより、ヒータに高電圧を印加する場合に、一対の外部リードが同一の封止部に存在しないため、絶縁抵抗不良や漏電などの不具合が発生しにくい、などの効果がある。
【００５８】
ここで、第１の給電装置１９ａ、第２の給電装置１９ｂが、各フィラメント１４ａ及び１４ｂにＤＣ電力を供給する場合を考える。第１の給電装置１９ａの高電圧側が外部リード１８ａに接続され、第２の給電装置１９ｂの低電圧側が外部リード１８ｂに接続された場合、外部リード１８ａと外部リード１８ｂとの電位差が大きくなる。よって、場合によっては、封止部１２ａにおいて、絶縁抵抗不良や漏電などの不具合が発生する可能性も無いとは言えない。よって、同一の封止部に存在する各フィラメントの各外部リードへの給電は、各外部リード間の電位差が大きくならないように設定することが望ましい。図７に示すヒータの場合、例えば、第１の給電装置１９ａの高電圧側を外部リード１８ａに接続するとともに、第２の給電装置１９ｂの高電圧側を外部リード１８ｂに接続するように構成する。
【００５９】
一方、第１の給電装置１９ａ、第２の給電装置１９ｂが、各フィラメント１４ａ及び１４ｂにＡＣ電力を供給する場合を考える。ここで、一対の外部リード１８ａ及び１８ｄに第１の給電装置１９ａから印加される電圧の電圧波形の位相と、一対の外部リード１８ｂ及び１８ｃに第２の給電装置１９ｂから印加される電圧の電圧波形の位相とにずれが生じた場合、ある時点においては、封止部１２ａにおける外部リード１８ａと外部リード１８ｂとの電位差や封止部１２ｂにおける外部リード１８ｃと外部リード１８ｄとの電位差が大きくなる。よって、場合によっては、封止部１２ａおよび１２ｂにおいて、絶縁抵抗不良や漏電などの不具合が発生する可能性も無いとは言えない。よって、外部リード１８ａと外部リード１８ｂの双方、もしくは外部リード１８ｃと外部リード１８ｄの双方は接地されていることが望ましい。
【００６０】
また、給電線１５ｂ及び１５ｄは、フィラメント１４ａ及び１４ｂに対向する箇所が絶縁管１６ａ及び１６ｂで被覆されているため、対向するフィラメント１４ａ及び１４ｂとの間で不所望な放電が生じることを確実に防止することができる。
【００６１】
さらに、発光管がその軸方向に直交する平面で切断した場合の断面が長円形状を有することにより、図７に示す如く、フィラメント１４ａ及び１４ｂと、給電線１５ｂ及び１５ｄを被覆する絶縁管１６ａ及び１６ｂとを、縦方向（図７（ｂ）に示すａ方向）において発光管の軸方向に沿って並列配置する、という構成を容易に実現することができる。
【００６２】
そして、本発明の第１の実施形態に係るヒータを備えた加熱装置によれば、光透過性材料からなる発光管１１の内部にフィラメント１４が配設され、各分割されたフィラメント１４ａ及び１４ｂがそれぞれ独立に給電される、という構成のヒータ１０を備えることにより、以下の効果を奏するものである。
【００６３】
すなわち、図２に示す被処理物６のうち、例えばヒータ１ｂとヒータ１ｍ乃至１ｏとが交差する箇所の直下の周辺領域（以下、領域１ともいう）の温度が、被処理物６における他の領域（以下、領域２ともいう）の温度に比して低いような場合、もしくは、領域１における温度上昇の度合いが領域２における温度上昇の度合いより小さいと予め判明しているような場合において、ヒータ１ｂの領域１に対応するフィラメントへの給電を増加させフィラメントからの発光光量を増加させることにより、領域１と領域２の間に温度分布が生じることを確実に防止し、被処理物６の全体にわたって均一な温度分布を実現することができる。
【００６４】
しかも、１本の発光管１１の内部に、発光管の軸方向に複数の分割されたフィラメントが、同一軸上に発光管の軸に沿って配置されてなる構成のヒータ１を複数並べて配置して加熱装置を構成することにより、個々のフィラメント１４ａと１４ｂの間の空間Ｌ１の全長を、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのない範囲、すなわち、２〜８ｍｍの範囲であって、特に好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍの範囲と極めて小さくすることができるため、従来の装置に比して被処理物６の温度分布を均一にすることができるとともに、ヒータを配設するのに必要なスペース（主として高さ方向）が小さくなることにより、加熱装置を小型化することができる。
【００６５】
また、被処理物６が円形状を有する半導体ウェハであるとき、半導体ウエハ表面を、径方向の幅が略同一で、同心状の複数の円環状仮想領域に分割した場合を考える。なお、一番内側の領域は円形領域とする。この場合、半導体ウエハのエッジ部分を含む最も外側に位置する円環状仮想領域は、領域の外側の円の直径が、他の円環状仮想領域と比較して最大となる。よって、最も外側に位置する円環状仮想領域の面積は、他の円環状仮想領域と比較して最大となる。一方、エッジ部分近傍は、端面からの放熱が発生し、また半導体ウエハを支持する固定台５と接触する部分でもあるため、他の中心に近い円環状仮想領域より、熱が逃げ易く、結果として温度分布が生じやすい。そのため、最も外側に位置する円環状仮想領域は、他の仮想領域と比較して、半導体チップが不良となりやすい。特に、上記したように最も外側に位置する円環状仮想領域は他の領域と比較して面積が最大であるため、不良となる半導体チップの数の多さを無視できない。よって、本発明のヒータを有する加熱源を制御して、最も外側に位置する円環状仮想領域における温度分布が小さくなるように放射する光の強度分布を変えて設定し、温度変化が生じ易い箇所である半導体ウェハのエッジ部分の温度分布を均一にすることにより、多数の良質な半導体チップを供給することが可能となる。
【００６６】
被処理物において各ヒータ１の各フィラメントが横切る領域と各フィラメントの全長が同一であると、上記各フィラメントが横切る領域の端部は、フィラメントと給電線との境界部分に相当する。給電線は発光しないので、当該領域への光照射には、ヒータの発光している部分と発光していない部分とが関係する。一方、当該領域以外の光照射は、ヒータの発光部分のみが関係する。結果として、当該領域に照射される光量は、当該端部以外の領域に照射される光量と比較して小さくなり、被処理物のエッジ部分の温度が上記領域の他の箇所に比して低下することにより温度分布が生じる可能性がある。一方、各フィラメントの全長が当該領域を大幅に上回っているとヒータに余分なエネルギーが投入されるので、光エネルギーの利用効率が低くなる。ここで、各ヒータ１において、そのフィラメントの全長を、被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さに少なくとも対応させ、特に、各フィラメントの全長が被処理物において各フィラメントが横切る領域の長さを若干超えているように設定することにより、放射される光強度が小さいフィラメントの端部を被処理物のエッジ部分から遠ざけることが可能となり、また、被処理物外の領域に無駄な光が照射されることを極力低減することができる。よって、上記したような問題を生じる心配がない。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態に係るヒータについて、以下に図８を用いて説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。なお、図８において、図７と同一乃至相当する部分については同一符号で示す。
【００６８】
図８に示すように、第２の実施形態に係るヒータ４０は、軸方向において分割された２つのフィラメント１４ａと１４ｂが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されている。フィラメント１４ａと１４ｂの間には、例えば石英ガラスからなる絶縁体４１が、フィラメント１４ａ及び１４ｂとの間に空間が存在するよう介設されている。なお、絶縁体４１とフィラメント１４ａ及び１４ｂとは当接していても良い。給電線１５ｄは、絶縁体４１に設けられた貫通孔４２を通過するとともに、フィラメント１４ｂと対向する箇所の外側が絶縁管１６ｂで被覆され、一端側が金属箔１３ｄに電気的に接続され、他端側がフィラメント１４ａに電気的に接続されている。給電線１５ｂは、絶縁体４１に設けられた貫通孔４３を通過するとともに、フィラメント１４ａと対向する箇所の外側が絶縁管１６ａで被覆され、一端側が金属箔１３ｂに電気的に接続され、他端側がフィラメント１４ｂに電気的に接続されている。
【００６９】
絶縁体４１の軸方向における厚みＬ２は、フィラメント１４ａと１４ｂの間で不所望な放電が生じることのないよう１ｍｍ〜３ｍｍの範囲であって、例えば２ｍｍである。絶縁体４１とフィラメント１４ａ及び／または１４ｂとの間に空間が介在する場合は、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのないよう、フィラメント１４ａと１４ｂとの離間距離Ｌ３は、３ｍｍ〜８ｍｍの範囲であることが好ましく、特に３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、例えば５ｍｍである。
【００７０】
このような第２の実施形態に係るヒータ４０によっても、第１の実施形態に係るヒータと同様の効果を奏する。すなわち、ヒータ４０を備えた加熱装置において、被処理物６の全体にわたって均一な温度分布を実現する、小型化できる等の効果を奏することができる。 しかも、フィラメント１４ａ及び１４ｂの間に絶縁体４１が介設されていることにより、フィラメント１４ａと１４ｂの間で不所望な放電が生じることを確実に防止することができる。さらに、フィラメント１４ａ及び１４ｂに繋がる給電線１５ｄ及び１５ｂが、絶縁体４１に設けられた貫通孔４２及び貫通孔４３を通過していることにより、給電線１５ｄと１５ｂとが絶縁体４１によって仕切られるため、両給電線が接触して短絡することを確実に防止することができる。
【００７１】
さらに、本発明の第３の実施形態に係るヒータについて、以下に図９を用いて説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係るヒータを示す斜視図である。なお、図９において、図７と同一乃至相当する部分については同一符号で示す。
【００７２】
図９に示すように、ヒータ５０は、発光管１１の内部に、２つのフィラメント組立体５１及び５２が絶縁体５３を介在して対向して配設され、発光管１１の軸方向において分割された２つのフィラメント１４ａと１４ｂが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されている。絶縁体５３は、フィラメント１４ａ及び１４ｂとの間に空間が介在するよう配設されている。フィラメント１４ａと１４ｂとの離間距離Ｌ４は、被処理物上における照射光の強度分布のバラツキを極力小さくすることができ、かつ、長手方向において対向するフィラメント１４ａと１４ｂとの間で不所望な放電が発生することのないよう、３ｍｍ〜８ｍｍの範囲であることが好ましく、特に３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、例えば５ｍｍである。
【００７３】
フィラメント組立体５１は、フィラメント１４ａ、給電線１５ａ、給電線１５ｂ、絶縁管１６ａから構成され、該組立体における給電線１５ｂが、フィラメント１４ａに接続される側の端部がコ字状に折り曲げられて形成され、フィラメント１４ａと対向する箇所である、コ字状部分に繋がる直線部分が絶縁管１６ａで被覆されている。フィラメント組立体５２は、フィラメント１４ｂ、給電線１５ｃ、給電線１５ｄ、絶縁管１６ｂから構成され、該組立体における給電線１５ｄが、フィラメント１４ｂに接続される側の端部がコ字状に折り曲げられて形成され、フィラメント１４ｂと対向する箇所である、コ字状部分に繋がる直線部分が絶縁管１６ｂで被覆されている。フィラメント１４ａに電気的に繋がる外部リード１８ａ及び１８ｂが封止部１２ａからそれぞれ外部に導出し、フィラメント１４ｂに電気的に繋がる外部リード１８ｃ及び１８ｄが封止部１２ｂからそれぞれ外部に導出している。
【００７４】
そして、図９に示すように、ヒータ５０は、外部リード１８ａと１８ｂの間に給電装置１９ａが電気的に接続され、さらに、外部リード１８ｃと１８ｄの間に給電装置１９ｂが電気的に接続され、フィラメント１４ａ及び１４ｂへの給電をそれぞれ別個の給電装置によって独立に行なう構成である。
【００７５】
このような第３の実施形態に係るヒータ５０によっても、第１の実施形態に係るヒータと同様の効果を奏する。すなわち、ヒータ５０を備えた加熱装置において、被処理物６の全体にわたって均一な温度分布を実現する、小型化できる等の効果を奏することができる。 しかも、ヒータ５０によれば、フィラメント１４ａに対し封止部１２ａ側の外部リード１８ａ及び１８ｂによって給電し、フィラメント１４ｂに対し封止部１２ｂ側の外部リード１８ｃ及び１８ｄによって給電していることから、フィラメント１４ａと１４ｂの間に介設された絶縁体５３には給電線を通過させるための貫通孔を設けずとも両給電線が短絡するおそれがないため、ヒータ作製に要するコストを低減することができる。
【００７６】
なお、ヒータ５０においては、フィラメント１４ａに電気的に繋がる一対の外部リード１８ａ及び１８ｂが同一の封止部１２ａからそれぞれ外部に導出し、フィラメント１４ｂに電気的に繋がる一対の外部リード１８ｃ及び１８ｄが同一の封止部１２ｂからそれぞれ外部に導出している。よって、ヒータに高電圧を印加する場合、絶縁構造、漏電対策等を考慮する必要がある。
【００７７】
さらに、本発明の第４の実施形態に係るヒータについて、以下に図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態に係るヒータを示す正面図である。なお、図１０において、図７と同一乃至相当する部分については同一符号で示す。
【００７８】
図１０に示すように、ヒータ６０の発光管１１は、一端側に金属箔１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが埋設されピンチシールされることにより封止部１２ａが形成され、他端側に金属箔１３ｄ、１３ｅ、１３ｆが埋設されピンチシールされることにより封止部１２ｂが形成され、発光管内部が気密に封止されている。このような発光管１１の内部には、軸方向において３つに分割されたフィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されている。フィラメント１４ａと１４ｂとの間には絶縁体６１ａが介設され、フィラメント１４ｂと１４ｃとの間には絶縁体６１ｂが介設されている。さらに、金属箔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、及び１３ｆには、それぞれ、外部リード１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、及び１８ｆが電気的に接続されている。
【００７９】
フィラメント１４ａは、一端側に金属箔１３ａに接続された給電線１５ａが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｆに接続された給電線１５ｆが電気的に接続されている。詳細には、給電線１５ｆは、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１１ａ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｃ、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１１ｂ、及びフィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｆを通過し、金属箔１３ｆに接続される。フィラメント１４ｂは、一端側に、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１２ａ、及びフィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ａを通過するとともに、金属箔１３ｂに接続された給電線１５ｂが電気的に接続されている。フィラメント１４ｂの他端側には、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１２ｂ、及びフィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｅを通過するとともに、金属箔１３ｅに接続された給電線１５ｅが電気的に接続されている。フィラメント１４ｃは、一端側に金属箔１３ｃに接続された給電線１５ｃが電気的に接続され、他端側に金属箔１３ｄに接続された給電線１５ｄが電気的に接続されている。詳細には、給電線１５ｃは、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１３ｂ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｄ、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１３ａ、及びフィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ｂを通過し、金属箔１３ｃに接続されている。
【００８０】
ヒータ６０は、外部リード１８ａと１８ｆの間に第１の給電装置６２が接続され、外部リード１８ｂと１８ｅの間に第２の給電装置６３が接続され、外部リード１８ｃと１８ｄの間に第３の給電装置６４が接続されている。すなわち、フィラメント１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃは、それぞれ別個の給電装置によって独立に給電されることにより、ヒータが点灯駆動する。給電装置６２、６３、及び６４は、可変電源であり、必要に応じて給電量を調整することができる。
【００８１】
ここで、上記した給電装置６２、６３、６４は、図１に示した加熱装置における電源部７に対応する。ここで、ヒータ１（１ａ、・・・、１ｊ、１ｋ、・・・、１ｔ）それぞれが図１０に示すような構造であって、各フィラメント各々に給電装置が接続されている場合は、６０個の給電装置が上記した電源部７に相当する。なお、各給電装置は、フィラメントに対して、ＤＣ電力を供給するものでもよいし、ＡＣ電力を供給するものでもよい。
【００８２】
このような第４の実施形態に係るヒータによれば、軸方向において３つに分割されたフィラメント１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃが、同一軸上に発光管１１の軸に沿って配設されているとともに、それぞれのフィラメントへの給電量を別個の給電装置によって調整することができるため、それぞれのフィラメントから放射される光量を自在に調整することができる。これにより、上記実施形態１乃至３に係るヒータに比して、さらに狭小な領域における温度を調整することができるため、被処理物６の温度分布の均一性をさらに向上させることができる、という効果を奏する。さらに、第１乃至第３の実施形態に係るヒータと同様に、加熱装置を小型化することができる等の効果を奏する。
【００８３】
以下、本発明に係るヒータを備えた加熱装置の数値例を示す。本発明は、以下に示す数値例に限定されるものではない。発光管（１１）は、石英ガラスからなり、発光管の軸に直交する平面を含む断面において、図７（ｂ）に示すａが１１ｍｍであり、同図に示すｂが８ｍｍである。また、発光管（１１）は、肉厚が１ｍｍであり、全長（両封止部（１２）を加えた長さ）が４４７ｍｍの直管状のものである。フィラメント（１４）は、線径０．５３ｍｍのタングステン線を０．６６ｍｍのピッチで巻き回すことにより、外径３．８６ｍｍのコイル状に構成され、フィラメント１４ａ及び１４ｂの全長がそれぞれ２００ｍｍである。絶縁管（１６）は、石英ガラスからなり、外径が２ｍｍ、内径が１ｍｍ、全長が２０５ｍｍの直管状のものである。
【００８４】
なお、上記第１乃至第４の実施形態のヒータによれば、分割された各フィラメントが同一軸上に配設された形態が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、分割された各フィラメントが同一軸上に配設されていない構成を採用しても良い。
【符号の説明】
【００８５】
１ ヒータ
２ 反射板
３ ランプ固定台
４ 石英窓
５ 固定台
６ 被処理物
７ 電源部
７１ 電源供給ポート
８ 冷却風ユニット
８１ 冷却風供給ノズル
８２ 吹出し口
９ 温度計
９１ 温度測定部
９２ 温度制御部
１０ 第１のランプユニット
１１ 発光管
１２ 封止部
１３ 金属箔
１４ フィラメント
１５ 給電線
１６ 絶縁管
１７ アンカー
１８ 外部リード
１９ 給電装置
２０ 第２のランプユニット
４０ ヒータ
４１ 絶縁体
４２ 貫通孔
４３ 貫通孔
５０ ヒータ
５１ フィラメント組立体
５２ フィラメント組立体
５３ 絶縁体
６０ ヒータ
６１ 絶縁体
６２ 給電装置
６３ 給電装置
６４ 給電装置
６１１ 貫通孔
６１２ 貫通孔
６１３ 貫通孔
１００ 加熱装置
ＭＣ 主制御部
ＬＵ ランプユニット
Ｆ１ フィラメント
Ｆ２ フィラメント
Ｆ３ フィラメント
Ｆ４ フィラメント
ＰＳ１ 給電装置
ＰＳ２ 給電装置
ＰＳ３ 給電装置
ＰＳ１Ａ 給電装置
ＰＳ２Ａ 給電装置
ＰＳ３Ａ 給電装置
ＰＳ１Ｂ 給電装置
ＰＳ２Ｂ 給電装置
ＰＳ３Ｂ 給電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性材料からなる１本の発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータランプにおいて、
前記フィラメントは、軸方向において３つ以上に分割され、
分割されたフィラメントのうち、
一方の端部に配置されたフィラメントと他方の端部に配置されたフィラメントは、少なくとも別個の給電装置に接続されてそれぞれ独立して給電されることを特徴とするヒータランプ。
【請求項２】
前記３つ以上のフィラメントは、同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１のヒータランプ。
【請求項１】
光透過性材料からなる１本の発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータランプにおいて、
前記フィラメントは、軸方向において３つ以上に分割され、
分割されたフィラメントのうち、
一方の端部に配置されたフィラメントと他方の端部に配置されたフィラメントは、少なくとも別個の給電装置に接続されてそれぞれ独立して給電されることを特徴とするヒータランプ。
【請求項２】
前記３つ以上のフィラメントは、同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１のヒータランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１０３４７５（Ｐ２０１１−１０３４７５Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５３１２（Ｐ２０１０−２８５３１２）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【分割の表示】特願２００５−１９１２２２（Ｐ２００５−１９１２２２）の分割
【原出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【分割の表示】特願２００５−１９１２２２（Ｐ２００５−１９１２２２）の分割
【原出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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