フィラメントランプおよび光照射式加熱処理装置
【課題】 複数のフィラメントの発光状態が独立に制御されて所望の放射照度分布が得られ、しかも、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、隣り合うフィラメント体における互いに接近する部分で不所望な放電の発生が確実に防止されるフィラメントランプおよび被処理体を均一に加熱することのできる光照射式加熱処理装置の提供。
【解決手段】 フィラメントランプは、発光管の内部に、各々フィラメントとリードとからなるフィラメント体の複数が管軸方向に順次に並設されてなり、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同位相となるよう各フィラメントにそれぞれ独立に交流電力が供給される構成、あるいは隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同極性となるよう各フィラメントにそれぞれ独立に直流電力が供給される構成とされている。光照射式加熱処理装置は、当該フィラメントランプを備えてなる。
【解決手段】 フィラメントランプは、発光管の内部に、各々フィラメントとリードとからなるフィラメント体の複数が管軸方向に順次に並設されてなり、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同位相となるよう各フィラメントにそれぞれ独立に交流電力が供給される構成、あるいは隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同極性となるよう各フィラメントにそれぞれ独立に直流電力が供給される構成とされている。光照射式加熱処理装置は、当該フィラメントランプを備えてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントランプおよび光照射式加熱処理装置に関し、特に、被処理体を加熱処理するために用いられるフィラメントランプおよび当該フィラメントランプを備えた光照射式加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程における、例えば成膜、酸化、不純物拡散、窒化、膜安定化、シリサイド化、結晶化、イオン注入活性化などの様々なプロセスを行うに際しては、加熱処理が利用されており、特に、例えば半導体ウエハなどの被処理体の温度を急速に上昇させたり下降させたりする急速熱処理（以下、「ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」ともいう。）は、歩留まりや品質を向上させることができることから、好ましく利用されている。
【０００３】
ＲＴＰにおいて用いられる加熱処理装置としては、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などの光源からの光照射によって、被処理体に接触することなくこれを加熱することのできる光照射式の加熱処理装置が広く利用されている（特許文献１，特許文献２参照）。
このような光照射式の加熱処理装置によれば、例えば、被処理体を１０００℃以上の温度にまで、数秒から数十秒で昇温させることが可能であると共に、光照射を停止することにより、被処理体を急速に冷却（降温）させることが可能である。
【０００４】
このような光照射式の加熱処理装置を用いて例えば半導体ウエハのＲＴＰを行う場合においては、半導体ウエハを１０５０℃以上に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おそれがあるため、半導体ウエハの全面の温度分布が均一になるように加熱、高温保持、冷却を行うことが必要とされている。
【０００５】
而して、例えば光照射面全面の物理特性が均一である半導体ウエハに対して放射照度が均一になるように光照射を行った場合であっても、半導体ウエハの周辺部においては、半導体ウエハの側面等から熱が放射されるため、半導体ウエハの周辺部の温度が低くなって半導体ウエハには温度分布の不均一が生じる。
このような問題を解決するために、半導体ウエハの周辺部の表面における放射照度を半導体ウエハの中央部の表面における放射照度よりも大きくなるように光照射することによって、半導体ウエハの側面等からの熱放射による温度低下を補償して半導体ウエハにおける温度分布を均一にすることが行われている。
【０００６】
しかしながら、従来の加熱処理装置においては、被処理体における、白熱ランプの発光長に比して極めて小さい狭小な特定領域については、当該特定領域の特性に対応した光強度で光照射を行っても、特定領域以外の領域にも同じ条件で光照射されてしまうため、特定領域とその他の領域とが適切な温度状態となるように温度調整すること、すなわち、被処理物の温度状態が均一になるよう、狭小な特定領域に対する放射照度のみを制御することはできない。
【０００７】
例えば半導体ウエハには、その表面にスパッタリング法などにより金属酸化物等からなる膜が形成されていたり、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たりすることが一般的であり、このような金属酸化物の膜厚や不純物イオンの密度には、半導体ウエハの表面上で場所的な分布を有する。このような場所的分布は、必ずしも半導体ウエハの中心に対して中心対称ではなく、例えば不純物イオン密度については、半導体ウエハの中心に対して中心対称ではない狭小な特定領域において不純物イオン密度が変化することがある。
このような特定領域においては、他の領域と同一の放射照度となるように光照射した場合であっても、温度上昇速度に差異が生じることがあり、特定領域の温度とその他の領域の温度とは必ずしも一致せず、被処理体の処理温度に不所望な温度分布が生じることになる結果、被処理体に所望の物理特性を付与することが困難になる、という問題が生じる。
【０００８】
以上のような事情に鑑みて、本発明者らは、次のような構成を有する、光照射式加熱処理装置の光源として用いられるフィラメントランプを提案している（特願２００５−１９１２２２号明細書参照）。
このフィラメントランプは、図１を参照して説明すると、両端が気密に封止された直管状の発光管（１１）を備えてなり、この発光管（１１）内には、各々フィラメントコイルとこのフィラメントコイルに給電するためのリードとからなるフィラメント体（１４，１５）の複数（図１においては２個）が、フィラメントコイル（１４ｂ, １５ｂ）が発光管（１１）の管軸方向に伸びるよう順次に並んで配置されている。
【０００９】
第１のフィラメント体（１４）におけるフィラメントコイル（１４ｂ）の一端に連結される一端側のリード（１４ｃ）は、発光管（１１）の一端側の封止部（１２ａ）に気密に埋設された金属箔（１３ａ）を介して封止部（１２ａ）から外部に突出する外部リード（１８ａ）に電気的に接続されており、また、フィラメントコイル（１４ｂ）の他端に連結される他端側のリード（１４ａ）は、発光管（１１）の他端側の封止部（１２ｂ）に埋設された金属箔（１３ｄ）を介して外部リード（１８ｄ）に電気的に接続されている。一端側のリード（１４ｃ）における第２のフィラメント体（１５）のフィラメントコイル（１５ｂ）と対向する部分には、絶縁管（２５）が設けられている。
また、第２のフィラメント体（１５）におけるフィラメントコイル（１５ｂ）の一端に連結される一端側のリード（１５ｃ）は、一端側の封止部（１２ａ）に埋設された金属箔（１３ｂ）を介して外部リード（１８ｂ）に電気的に接続されており、また、フィラメントコイル（１５ｂ）の他端に連結される他端側のリード（１５ａ）は、他端側の封止部（１２ｂ）に埋設された金属箔（１３ｃ）を介して外部リード（１８ｃ）に電気的に接続されている。他端側のリード（１５ａ）における一方のフィラメント体（１４）のフィラメントコイル（１４ｂ）と対向する部分には、絶縁管（２５）が設けられている。
各フィラメント体（１４，１５）は、それぞれ、外部リードを介して別個の給電装置に接続されており、これにより、各フィラメント体（１４，１５）におけるフィラメント（１４ｂ，１５ｂ）に個別に給電可能とされている。
また、（１７）は、発光管（１１）の内壁と絶縁管（２５）との間の位置において、発光管（１１）の管軸方向に並設された環状のアンカーであって、各フィラメント（１４ｂ，１５ｂ）は、それぞれ、例えば３個のアンカー（１７）によって発光管（１１）と接触しないよう支持されている。
【００１０】
このような構成のフィラメントランプは、発光管内に複数のフィラメントを有し、各フィラメントの発光等の制御を個別に行うことが可能な構造とされているので、光照射式加熱処理装置における加熱用光源として用いた場合には、複数本のフィラメントランプを並列に配列することにより、被処理体の被照射領域に対応してフィラメントを高密度に配置することが可能となる。従って、このような光照射式加熱処理装置によれば、複数のフィラメントに対して個別に給電できて各フィラメントの発光等の制御を個別に行うことができることから、例えば熱処理される被処理体上における場所的な温度変化の度合いの分布が被処理体の形状に対して非対称である場合であっても、当該被処理体の特性に応じた所望の放射照度分布で光照射することができる結果、被処理体を均一に加熱することができ、従って、被処理体における被照射面の全体にわたって、均一な温度分布を実現することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−３７８３３号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、光照射式加熱処理装置においては、更なる歩留まりの向上（処理効率の向上）や品質の向上が求められている。
このような要請に対して、上記構成のフィラメントランプを光源として備えているものにおいては、半導体ウエハの昇温特性を更に急速にすることが必要とされており、例えばフィラメントへの単位長さ当たりの投入電力を従来以上に増加させることにより対応することができるものと考えられる。
【００１３】
しかしながら、単にフィラメントに対する投入電力を増加した場合には、隣り合うフィラメント体におけるリード間で不所望な放電が発生しやすく、このような不所望な放電が長時間の間にわたって形成されると、フィラメントあるいはリードが溶断してしまう、という不具合が生じることが判明した。
また、上述したように、被処理体の被照射面における温度分布を均一にするには、各々のフィラメント体がフィラメントが互いに近接した状態（フィラメントの配設間隔が小さい状態）で配設されていることが望ましいが、このような構成とした場合には、上記問題が顕著に生ずるようになる。
【００１４】
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って、その目的は、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、隣り合うフィラメント体におけるフィラメント間あるいはリード間で不所望な放電が生ずることを確実に防止することができてフィラメントまたはリードが破損することを確実に防止することができるフィラメントランプを提供することである。
また、本発明の他の目的は、上記フィラメントランプを備え、被処理体を均一に加熱することができる光照射式加熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のフィラメントランプは、少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、 給電機構は交流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同位相となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のフィラメントランプにおいては、給電機構は、各フィラメント体に対して三相交流電力を供給するものを用いることができる。
【００１７】
また、本発明のフィラメントランプは、少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、
給電機構は直流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同極性となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のフィラメントランプにおいては、放電抑制ガスが発光管内に封入された構成とされていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明のフィラメントランプにおいては、各フィラメント体におけるリードは、フィラメントのコイルピッチ間に挟まれた状態で当該フィラメントの径方向外方に突出して伸びるよう係合される、先端部がフィラメントのコイル軸方向に伸びる径方向部分を有する鉤状部を備えてなり、
隣接するフィラメントの互いに接近する端部に連結されたリードの各々が当該リードにおける鉤状部が係合される被係合部による位置決め機構が形成された共通の支持部材によって支持されることにより、フィラメントが発光管に対して位置決めされており、
前記支持部材を挟んで互いに対向して伸びる各々の鉤状部の先端には、球状部が形成された構成とすることができる。
【００２０】
本発明の光照射式加熱処理装置は、上記フィラメントランプが複数本並列配置されて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体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係るフィラメントランプによれば、基本的には、各フィラメントの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同位相となるよう交流電力が供給されることにより、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード間で不所望な放電が発生することに起因してフィラメントあるいはリードが溶断することを確実に防止することができる。
従って、例えば２００Ｗ／ｃｍ以上の大電力をフィラメントに投入することができ、これにより、より高速な半導体ウエハの昇温特性を実現することができる。
【００２２】
請求項２に係るフィラメントランプによれば、給電機構としてフィラメント体に三相交流電力を供給するものが用いられていることにより、各相に電気的に接続されるフィラメントの個数を分散させて接続することができるため、単相の場合と比較して同一相に流れる電流値が少なくなり、給電装置に要求される電流値を比較的小さくすることができることから、給電に係るコストを低減できる。
【００２３】
請求項３に係るフィラメントランプによれば、基本的には、各フィラメントの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同極性となるよう直流電力が供給されることにより、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード間で不所望な放電が発生することに起因してフィラメントあるいはリードが溶断することを確実に防止することができる。
【００２４】
請求項４に係るフィラメントランプによれば、放電抑制ガスが発光管内に封入されていることにより、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントに投入して被処理体上の狭小な領域における温度を調整することに伴って、隣り合うフィラメント体におけるリード間に電位差が生じた場合であっても、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、不所望な放電の発生を一層確実に防止することができる。
【００２５】
請求項５に係るフィラメントランプによれば、リードの鉤状部の先端に球状部が形成されていることにより、リードの端部に放電が集中しにくくなるため、隣り合うリード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。
また、リードの鉤状部が支持部材に係合されて支持されていることによって、フィラメントの径方向に対する変位およびフィラメントの周方向の変位が規制されると共に、球状部が支持部材に係止されることによってフィラメント体の管軸方向への移動が規制されるので、フィラメントの位置決めを一層確実に行うことができ、各フィラメントを発光管の所望の位置に高精度にかつ容易に配置することができると共に、フィラメント体の位置が経時的に変位することを防止することができて長期間の間にわたって初期の性能を確実に維持することができる。
【００２６】
本発明の光照射式加熱処理装置によれば、上記フィラメントランプの複数からなるランプユニットを備えていることにより、ランプユニットから所定の距離だけ離間した被処理体上の照度分布を精密に、かつ、任意の分布に設定することが可能となるので、被処理体における場所的な温度変化の度合いの分布が被処理体の形状に対して非対称である場合においても、それに対応して、被処理体上の照度分布を設定することが可能となり、被処理体を均一に加熱することができる。
しかも、各フィラメントランプは、大電力をフィラメントに投入可能に構成されているものであるので、更なる歩留まりおよび品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明のフィラメントランプの一例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
このフィラメントランプ１０は、両端部が溶着されて封止部１２ａ，１２ｂが形成された、例えば石英ガラスなどの光透過性材料からなる直管状の発光管１１を備えてなり、この発光管１１の内部には、複数例えば２つのフィラメント体１４，１５が発光管１１の管軸方向に順次に並んで配設されていると共に、ハロゲンガスおよび後述する特定の放電抑制ガスが封入されている。
【００２８】
第１のフィラメント体１４は、図２に示すように、フィラメントコイル１４ｂとこのフィラメントコイル１４ｂの他端部に連結された給電用のリード１４ａおよびフィラメントコイル１４ｂの一端部に連結されたリード１４ｃとにより構成されている。
【００２９】
第１のフィラメント体１４におけるリード１４ａは、１本の線条材により形成されており、連結されるフィラメント１４ｂのコイル軸に並行に伸びるコイル状のフィラメント連結部１４１ａと、このフィラメント連結部１４１ａの一端部に連続してフィラメント連結部１４１ａの径方向に伸びる径方向部１４３ａと、この径方向部１４３ａに連続してフィラメント連結部１４１ａのコイル軸方向に伸びる線状のリード本体部１４２ａとにより構成されている。
フィラメント連結部１４１ａは、フィラメントコイル１４ｂのコイル内径に適合する外径を有する。
また、第１のフィラメント体１４におけるリード１４ｃは、リード１４ａと同一の構成を有し、便宜上、リード１４ａと同一の構成部分には「ａ」を「ｃ」に替えて同一の符号が付してある。
【００３０】
第１のフィラメント体１４においては、図３に示すように、フィラメントコイル１４ｂの他端部をリード１４ａの径方向部１４３ａに対して捩じ込むことにより、フィラメント連結部１４１ａがフィラメントコイル１４ｂの他端部における内部空間内に挿入されてその外周面がフィラメントコイル１４ｂの内面に当接状態で配置されると共に、径方向部１４３ａがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ａとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
また、一端側のリード１４ｃについても同様に、フィラメント連結部１４１ｃがフィラメントコイル１４ｂの内部に当接状態で配置されると共に、径方向部１４３ｃがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ｃとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
【００３１】
また、第２のフィラメント体１５は、第１のフィラメント体１４と同一の構成を有するものであり、フィラメントコイル１５ｂとこのフィラメントコイル１５ｂの他端部に連結された給電用のリード１５ａおよびフィラメントコイル１５ｂの一端部に連結されたリード１５ｃとにより構成されている。
【００３２】
第１のフィラメント体１４における他端側のリード１４ａは、発光管１１の他端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｄを介して外部リード１８ｄに電気的に接続されている。また、一端側のリード１４ｃは、第２のフィラメント体１５に接触しないように発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の一端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ａを介して外部リード１８ａに電気的に接続されている。
【００３３】
第２のフィラメント体１５における他端側のリード１５ａは、第１のフィラメント体１４に接触しないように発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の他端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｃを介して外部リード１８ｃに電気的に接続されている。また、一端側のリード１５ｃは、発光管１１の一端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ｂを介して外部リード１８ｂに電気的に接続されている。
【００３４】
このフィラメントランプ１０においては、フィラメント体のリードの、他のフィラメント体におけるフィラメントおよびリードと対向する箇所に、例えば石英などの絶縁材料からなる絶縁管が設けられている。絶縁管が設けられていることにより、後述するフィラメントに取り付けられたアンカー１７と、リードとが接触して電気的に短絡することを確実に防止することができる。
具体的には、第１のフィラメント体１４における一端側のリード１４ｃには、第２のフィラメント体１５のフィラメントコイル１５ｂと対向する箇所に、絶縁管２５が設けられており、また、第２のフィラメント体１５における他端側のリード１５ａには、第１のフィラメント体１４のフィラメントコイル１４ｂと対向する箇所に、絶縁管２５が設けられている。
【００３５】
このフィラメントランプ１０においては、発光管１１の内壁と絶縁管２５との間の位置において、発光管１１の管軸方向に並設された複数の環状のアンカー１７が設けられており、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂは、それぞれ、例えば３個のアンカーによって発光管１１と接触しないよう支持されている。
アンカー１７は、フィラメントランプ１０を作製するに際して、複数のフィラメント体を発光管１１内に容易に挿入して配設することができる程度の弾性を有する。
【００３６】
上記構成のフィラメントランプ１０においては、各フィラメント体１４，１５に係る外部リードの各々は、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、例えば単相交流電力を供給する給電装置７３に給電線によって電気的に接続されている。
各フィラメント体１４，１５と給電装置７３との結線状態について具体的に説明すると、図４に示すように、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７３の高圧側（Ｈ）に、電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されると共に他端が電力制御手段７４ａを介して給電装置７３の低圧側（Ｌ）であるグランド側（Ｇ）に電気的に接続されている。また、第１のフィラメントコイル１４ｂの一端側に隣接する第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端が電力制御手段７４ｂを介して給電装置７３の高圧側（Ｈ）に電気的に接続されると共に一端側のリード１５ｃが電力制御手段７４ｂを介してグランド側（Ｇ）に電気的に接続されており、従って、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに電力制御手段７４ａ，７４ｂを介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
このフィラメントランプ１０においては、電力制御手段７４ａ, ７４ｂとして、例えばサイリスタ（ＳＣＲ）が用いられており、各フィラメント体１４，１５に対して供給される電流量を、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂの最大定格電流値の０〜１００％の範囲内で調整することができる。
【００３７】
また、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７３のグランド側（Ｇ）に電気的に接続されると共に他端が給電装置７３の高圧側（Ｈ）に電気的に接続され、第１のフィラメントコイル１４ｂの一端側に隣接する第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端が給電装置７３のグランド側（Ｇ）に電気的に接続されると共に一端が給電装置７３の高圧側（Ｈ）に電気的に接続された構成とされていてもよい。
【００３８】
上述したように、上記フィラメントランプ１０においては、発光管１１内にハロゲンサイクルを行うためのハロゲンガスに加えて、絶縁破壊電圧値の高い放電抑制ガスが封入されている。これにより、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士で電位差が生ずる場合であっても、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。
放電抑制ガスとしては、例えば窒素ガスや、アルゴン、クリプトンなどの希ガスや、窒素と希ガスとの混合ガスを用いることができ、これらのうちでも、他のガスに比べて絶縁破壊電圧値が高いことから、窒素ガスを用いることが特に好ましい。
希ガスの封入量は、常温において約０．８×１０5 〜１×１０6 Ｐａの範囲内であることが好ましい。
【００３９】
上記のフィラメントランプ１０においては、電力制御手段７４ａ，７４ｂによって適正な大きさに制御された電力が各フィラメント体１４，１５に対して供給されると、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂにおいては、その一端部と他端部との間で電位差が生じて各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに電流が流れて発光状態とされる。この状態においては、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端部と第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端部とが互いに電位差が小さい状態または同電位となる状態とされる。例えば各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂにおける最大定格電流値と同等の電流が供給される場合には、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端部と第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端部とが互いに同電位となる状態となる。
【００４０】
而して、上記構成のフィラメントランプ１０によれば、各フィラメント１４ｂ, １５ｂの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士が同位相となるよう交流電力が供給されることにより、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、フィラメント１４ｂ, １５ｂ間あるいは隣り合うリード１４ｃ, １５ａ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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。
【００４１】
また、リード１４ａ，１４ｃにおけるフィラメント連結部１４１ａ、１４１ｃがフィラメントコイル１４ｂの内部空間内に挿入されて当接状態で配置されると共に径方向部１４３ａ，１４３ｃがコイルピッチ間に挟まれた状態とされてフィラメントコイル１４ｂとリード１４ａ，１４ｃとが連結されていることにより、フィラメントコイル１４ｂの軸方向に対する変位およびフィラメントコイル１４ｂの径方向に対する変位が規制された状態とされるので、素線径およびコイル巻き径が大きいフィラメントコイル１４ｂとリード１４ａ，１４ｃとを連結させる場合であっても、リード１４ａ，１４ｃの線径をフィラメントコイル１４ｂの内径に適合するよう大きくすることなしに両者を確実に連結することができる。例えば素線径が０．５ｍｍ、コイル巻き径が４．３ｍｍであるフィラメントコイルと、線径が０．８ｍｍであるリードとであっても、両者を確実に連結することができる。また、第２のフィラメント体１５についても同様である。
従って、例えば２００Ｗ／ｃｍ以上もの大電力をフィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに投入することができて各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂを所期の発光状態となるよう急速に立ち上げることができる構成のものでありながら、隣接するフィラメント間で短絡が生じることを確実に防止することができる。
【００４２】
また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに供給することに伴って電位差が生じた場合であっても、さらに特定の放電抑制ガスが発光管１１内に封入された構成とされていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、当該電位差に起因して不所望な放電が生ずることを一層確実に防止することができ、従って、所望の放射照度分布を確実に得ることができる。
【００４３】
以上のフィラメントランプ１０においては、図５に示すように、給電装置７５として三相交流電力を供給するものを用いることができる。
給電装置７５は、互いに電位が異なるＲ、Ｓ、Ｔの３つの端子を備えており、これらのうちの２つの端子に対して各フィラメント１４ｂ，１５ｂが、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、電気的に接続されている。
この実施例における各フィラメント体１４，１５と給電装置７５との結線状態について具体的に説明すると、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されていると共に、他端が給電装置７５のＲ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されている。また、第１のフィラメントコイル１４ｂの一端側に隣接する第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されていると共に、一端が給電装置７５のＴ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されている。すなわち、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂがＲ−Ｓ相に接続され、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂがＳ−Ｔ相に接続されており、これにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに対して、電力制御手段７４ａ，７４ｂを介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
【００４４】
このような構成のフィラメントランプによれば、上記のものと同様の効果を得ることができると共に、三相交流電力を供給する給電装置７５が用いられていることにより、各相に電気的に接続されるフィラメントの個数を分散させて接続することができるため、単相の場合と比較して同一相に流れる電流値が少なくなり、給電装置に要求される電流値を比較的小さくすることができるので、給電に係るコストを低減することができる。
【００４５】
また、本発明のフィラメントランプにおいては、フィラメント体の数は目的に応じて適宜に変更することができ、例えば図６に示すように、３つのフィラメント体１４，１５，１６が配設された構成とすることができる。
このフィラメントランプ１０は、両端部が溶着されて封止部１２ａ，１２ｂが形成された、例えば石英ガラスなどの光透過性材料からなる直管状の発光管１１を備えてなり、この発光管１１の内部には、各々図２に示すものと同一の構成を有する３つのフィラメント体１４，１５，１６が、フィラメントコイルが管軸方向に伸びるよう、発光管１１の管軸方向に順次に並設されている。
【００４６】
第１のフィラメント体１４，第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６の各々における一端側のリード１４ｃ，１５ｃ，１６ｃは、それぞれ、一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｄ，１３ｅ，１３ｆを介して外部リード１８ｄ，１８ｅ，１８ｆに電気的に接続されており、他端側のリード１４ａ，１５ａ，１６ａは、それぞれ、他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介して外部リード１８ａ，１８ｂ，１８ｃに電気的に接続されている。
【００４７】
このフィラメントランプ１０においては、各フィラメント体１４，１５，１６に係る外部リードの各々は、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となり、かつ、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、三相交流電力を供給する給電装置７５に給電線によって電気的に接続されている。
各フィラメント体１４，１５，１６と給電装置７５との結線状態について具体的に説明すると、図７に示すように、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されると共に、他端が給電装置７５のＲ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されている。また、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの一端が給電装置７５のＴ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されると共に、他端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されている。さらに、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂの一端が給電装置７５のＲ端子に電力制御手段７４ｃを介して電気的に接続されると共に、他端が給電装置７５のＴ端子に電力制御手段７４ｃを介して電気的に接続されている。すなわち、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂがＲ−Ｓ相に接続され、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂがＳ−Ｔ相に接続され、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂがＴ−Ｒ相に接続されており、これにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに対して、電力制御手段７４ａ，７４ｂ，７４ｃを介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
【００４８】
このフィラメントランプ１０においても、発光管１１内にハロゲンサイクルを行うためのハロゲンガスに加えて、絶縁破壊電圧値の高い放電抑制ガスが封入されていることが好ましい。これにより、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士で電位差が生ずる場合であっても、不所望な放電が発生することを一層確実に防止することができる。放電抑制ガスとしては、上記実施例において例示したものを用いることができる。
【００４９】
上記フィラメントランプ１０においては、電力制御手段７４ａ，７４ｂ，７４ｃによって適正な大きさに制御された電力が各フィラメント体１４，１５，１６に対して供給されると、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂにおいては、その一端部と他端部との間で電位差が生じて各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに電流が流れて発光状態とされる。この状態においては、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端部またはリードと、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端部またはリードとが互いに電位差が小さい状態または同電位となる状態とされると共に、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの一端部またはリードと、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂの他端部またはリードとが互いに電位差が小さい状態または同電位となる状態とされる。
【００５０】
而して、上記構成のフィラメントランプ１０によれば、上記フィラメントランプと同様の効果、すなわち、各フィラメント１４ｂ, １５ｂ, １６ｂの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同位相となるよう三相交流電力が供給されることにより、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。 また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１５ｃに供給することにより、互いに接近するフィラメント体１４，１５，１６の端部同士に電位差が生じた場合であっても、さらに特定の放電抑制ガスが発光管１１内に封入されていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、当該電位差に起因して不所望な放電が生ずることを一層確実に防止することができる。
【００５１】
さらに、本発明のフィラメントランプにおいては、図８に示すような構成とすることができる。
このフィラメントランプ１０は、図６に示す構成のフィラメントランプにおいて、各フィラメント体の構成が異なると共に、発光管１１の内部における隣接するフィラメント間の位置に、各々例えば石英ガラス等の絶縁材料からなる複数の板状の支持部材１９ａ，１９ｂ, １９ｃ, １９ｄが管軸に対して垂直に設けられていることの他は、図６に示すフィラメントランプと同一の構成を有するものである。
【００５２】
第１のフィラメント体１４は、図９に示すように、フィラメントコイル１４ｂとこのフィラメントコイル１４ｂの他端部に連結された給電用のリード１４ａおよびフィラメントコイル１４ｂの一端部に連結されたリード１４ｃとにより構成されている。
【００５３】
第１のフィラメント体１４における他端側のリード１４ａは、１本の線条材により形成されており、線状のリード本体部１４２ａと、このリード本体部１４２ａに直交する方向（連結されるフィラメントコイルの径方向）に伸びる径方向部分を有する鉤状部１４０ａとを有する。
鉤状部１４０ａは、リード本体部１４２ａに連続してリード本体部１４２ａに直交する方向に伸びるよう折り曲げられた径方向部１４３ａと、この径方向部１４３ａに連続する、コイル軸がリード本体部１４２ａと並行して伸びるコイル状のフィラメント連結部１４１ａと、このフィラメント連結部１４１ａに連続してそのコイル軸方向に直交する方向に伸び、先端部がコイル軸方向に伸びるよう折り曲げられたＬ字状部１４４ａとにより構成されている。
フィラメント連結部１４１ａは、フィラメントコイル１４ｂのコイル内径に適合する外径を有する。
リード１４ａにおけるＬ字状部１４４ａには、その先端部が例えばレーザー等で加熱溶融されることによりエッジ部分を有さない球状部１４５ａが形成されている。
【００５４】
第１のフィラメント体１４における一端側のリード１４ｃは、リード１４ａと同一の構成を有し、便宜上、リード１４ａと同一の構成部分には「ａ」を「ｃ」に替えて同一の符号が付してある。
【００５５】
第１のフィラメント体１４においては、フィラメントコイル１４ｂの他端部をリード１４ａのＬ字状部１４４ａに対して捩じ込むことにより、フィラメント連結部１４１ａがフィラメントコイル１４ｂの他端部における内部空間内に挿入されてその外周面がフィラメントコイル１４ｂの内面に当接状態で配置されると共に、Ｌ字状部１４４ａがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ａとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
また、リード１４ｃについても同様に、フィラメント連結部１４１ｃがフィラメントコイル１４ｂの内部に当接状態で配置されると共に、Ｌ字状部１４４ｃがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ｃとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
【００５６】
また、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６についても、第１のフィラメント体１４と同一の構成とされており、フィラメントコイル１５ｂ（１６ｂ）とこのフィラメントコイル１５ｂ（１６ｂ）の他端部に連結された給電用のリード１５ａ （１６ａ）およびフィラメントコイル１５ｂ（１６ｂ）の一端部に連結されたリード１５ｃ（１６ｃ）とにより構成されている。
【００５７】
支持部材１９ａには、図１０に示すように、略中央部に開口１９７が形成されていると共に、その周縁部に、フィラメント体を位置決めするための位置決め機構を構成する複数例えば６つの切欠き部１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６が互いに周方向に等間隔毎に離間した位置に形成されている。
開口１９７を形成することは必須ではないが、支持部材に開口１９７を設けることにより、支持部材とフィラメントコイルとの間隔を大きくすることが可能となり、支持部材の熱的負荷を軽減することができる。
また、他の支持部材１９ｂ，１９ｃ，１９ｄについても同様の構成とされている。
【００５８】
第１のフィラメント体１４は、他端側のリード１４ａにおけるＬ字状部１４４ａが支持部材１９ａの切り欠き部１９６に係合されると共にリード本体部１４２ａが当該切欠き部１９６と対角の位置の切欠き部１９３内に挿通され、フィラメントコイル１４ｂが支持部材１９ａの一面側において支持部材１９ａに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、また、一端側のリード１４ｃについても同様に、一端側のリード１４ｃにおけるＬ字状部１４４ｃが支持部材１９ｂの切欠き部の一に係合されると共にリード本体部１４２ｃが当該切欠き部と対角の位置の切欠き部内に挿通され、フィラメントコイル１４ｂが支持部材１９ｂの他面側において支持部材１９ｂに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、これにより、第１のフィラメント体１４が発光管１１に対して位置決めされた状態で支持されている。
第１のフィラメント体１４における他端側のリード１４ａは、発光管１１の他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ａを介して外部リード１８ａに電気的に接続されている。
また、一端側のリード１４ｃは、支持部材１９ｃ，１９ｄにおける、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６に係るリードの鉤状部の位置決めに寄与しない切り欠き部内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｄを介して外部リード１８ｄに電気的に接続されている。
【００５９】
第２のフィラメント体１５は、他端側のリード１５ａにおける鉤状部が、フィラメント体１４の一端部を支持する支持部材１９ｂの一面側において、第１のフィラメント体１４に係るリード１４ｃの位置決めに寄与しない他の切欠き部に係合されると共に、リード本体部１５２ａが当該切欠き部と対角の位置の切欠き部内に挿通され、フィラメントコイル１５ｂが支持部材１９ｂに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、一端側のリード１５ｃにおける鉤状部が支持部材１９ｃに対して同様に取り付けられており、これにより、第２のフィラメント体１５が発光管１１に対して位置決めされた状態で支持されている。
第２のフィラメント体１５における他端側のリード１５ａは、支持部材１９ａにおける、第１のフィラメント体１４に係るリード１４ａの位置決めに寄与しない切欠き部１９１（図１０参照）内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ｂを介して外部リード１８ｂに電気的に接続されている。
また、一端側のリード１５ｃは、支持部材１９ｄにおける、第３のフィラメント体１６に係るリード１６ｃの位置決めに寄与しない切欠き部内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｅを介して外部リード１８ｅに電気的に接続されている。
【００６０】
第３のフィラメント体１６は、他端側のリード１６ａにおける鉤状部が、第２のフィラメント体１５を支持する支持部材１９ｃの一面側において、支持部材１９ｃの残りの切欠き部に係合されると共に、リード本体部が当該切欠き部に対角の位置の切欠き部内に挿通されて、フィラメントコイル１６ｂが支持部材１９ｃに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、一端側のリード１６ｃにおける鉤状部が支持部材１９ｄに対して同様に取り付けられており、これにより、第３のフィラメント体１６が発光管１１に対して位置決めされた状態で支持される。
第３のフィラメント体１６における他端側のリード１６ａは、支持部材１９ｂおよび支持部材１９ａにおける、他のフィラメント体１４, １５に係るリード１４ａ，１４ｃ, １５ａの位置決めに寄与しない切欠き部（例えば支持部材１９ａにおける切欠き部１９５、図１０参照）内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ｃを介して外部リード１８ｃに電気的に接続されている。
フィラメント体１６の一端側のリード１６ｃは、発光管１１の一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｆを介して外部リード１８ｆに電気的に接続されている。
【００６１】
このフィラメントランプ１０においては、各フィラメント体１４，１５，１６に係る外部リードの各々は、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となり、かつ、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、三相交流電力を供給する給電装置７５に給電線によって電気的に接続されており、具体的には、図１１に示すように、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂがＲ−Ｓ相に接続され、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂがＳ−Ｔ相に接続され、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂがＴ−Ｒ相に接続されており、これにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに対して、図示しない電力制御手段を介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
【００６２】
而して、上記構成のフィラメントランプ１０によれば、上記フィラメントランプ１０と同様の効果、すなわち、各フィラメント１４ｂ, １５ｂ, １６ｂの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同位相となるよう三相交流電力が供給されることにより、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。
また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに供給することにより、互いに接近するフィラメント体１４，１５，１６の互いに隣接する端部同士に電位差が生じた場合であっても、さらに特定の放電抑制ガスが発光管１１内に封入されていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、当該電位差に起因して不所望な放電が生ずることを一層確実に防止することができる。
【００６３】
さらに、フィラメント体におけるリードが、その鉤状部が係合される切欠き部からなる被係合部による位置決め機構が形成された支持部材によって、支持されていることにより、更にフィラメントコイルの周方向の変位（移動）が規制されるので、フィラメント体の位置決めを一層確実に行うことができる。
従って、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを発光管１１内の所望の位置に高精度にかつ容易に配置することができると共に、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの位置が重力等の影響によって経時的に変位することを防止することができて長期間にわたって初期の性能を確実に維持することができる。
また、フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂが断線するなどの不測の事態によってフィランメントランプの構成部材の一部を交換する必要が生じた場合においても、発光管１１内に各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを高い再現性で高精度に配置することができるので、フィラメント体の交換前後における放射照度分布の再現性を確保することができる。
【００６４】
このように、２つの隣り合うフィラメント体が共通の支持部材によって支持されているという構成上、当該支持部材に係合されるリードの鉤状部が他のフィラメント体に接近した状態とされるが、リードの鉤状部の先端に球状部が形成されていることにより、リードの端部に放電が集中しにくくなるため、隣り合うリード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。
【００６５】
以上においては、複数のフィラメント体の各々に対して交流電力を供給する構成のものについて説明したが、本発明のフィラメントランプにおいては、各フィラメント体に対して直流電力が供給される構成とすることができる。以下、図１に示す構成のフィラメントランプ（フィラメント体の数が２つである構成のもの）において、各フィラメント体に対して直流電力が供給される構成のものを例に挙げて説明する。
図１２は、本発明のフィラメントランプの他の構成例における、フィラメント体と給電装置との結線状態を概略的に示す説明図である。
このフィラメントランプにおいては、第１のフィラメント体１４に係る一端側のリード１４ｃが第１の直流給電装置７８ａの高圧側（正極側）に接続され、他端側のリード１４ａが第１の直流給電装置７８ａの低圧側（負極側）に接続されている。
また、第２のフィラメント体１５に係る一端側のリード１５ｃが第２の直流給電装置７８ｂの低圧側（負極側）に接続され、他端側のリード１５ａが第２の直流給電装置７８ｂの高圧側（正極側）に接続されている。
従って、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士が同極性となる状態で、各フィラメントコイル１４ｂ, １５ｂに対して別個の直流給電装置７８ａ，７８ｂによって直流電力が投入される。
【００６６】
上記構成のフィラメントランプによれば、各フィラメント体に交流電力が供給される構成のものと同様の効果、すなわち、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士が同極性となるよう直流電力が供給されることにより、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、フィラメントコイル１４ｂ, １５ｂ間あるいはリード１４ｃ, １５ａ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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。
また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントに供給することによって隣り合うフィラメント体におけるリード間に電位差が生じた場合であっても、さらに放電抑制ガスが発光管内に封入されていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、不所望な放電の発生を一層確実に防止することができる。
【００６７】
以上、本発明のフィラメントランプの実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、フィラメント体の数は限定されるものではなく、目的に応じて適宜に変更することができる。フィラメント体の数を多くすれば、被処理体に対する放射照度分布を一層精密に制御することができ、例えば、高精度の温度制御を要求される拡散工程を行う場合には、５個以上であることが好ましく、特にφ３００ｍｍ以上の大口径の半導体ウエハについての処理を行う場合には、７ないし９個であることが好ましい。
さらに、封止部に気密に埋設される導電性部材は、金属箔に限らず、板状体のものであってもよい。
【００６８】
以上のように、本発明のフィラメントランプは、発光管内に配設された複数のフィラメントの発光状態を独立に制御可能に構成されており、また、フィラメント体間で不所望な放電を発生させることなしに、フィラメント体に対して大電力を投入することが可能に構成されたものであることから、当該フィラメントランプの複数からなるランプユニットを構成することにより、光照射式加熱処理の加熱用光源として極めて有用なものとなる。以下、本発明の光照射式加熱処理装置について説明する。
【００６９】
＜光照射式加熱処理装置＞
図１３は、本発明の光照射式加熱処理装置の一例における構成の概略を示す正面断面図、図１４は、図１３に示す光照射式加熱処理装置の光源部を構成する第１のランプユニットおよび第２のランプユニットにおける、フィラメントランプの配列例を示す平面図である。
この光照射式加熱処理装置１００は、内部空間が例えば石英からなる窓板４によって上下に区画されてランプユニット収容空間Ｓ１および加熱処理空間Ｓ２が形成されたチャンバ３００を備えている。
【００７０】
ランプユニット収容空間Ｓ１には、例えば１０本の上記フィラメントランプ１０が、ランプ中心軸が互いに同一平面レベルに位置された状態で、所定の間隔で離間して並設されてなる第１のランプユニット２００Ａと、例えば１０本の上記フィラメントランプ１０が、ランプ中心軸が互いに同一平面レベルに位置された状態で、所定の間隔で離間して並設されてなる第２のランプユニット２００Ｂとが、上下方向に並んだ位置において互いに対向するように配置されている。
第１のランプユニット２００Ａを構成する各フィラメントランプ１０と、第２のランプユニット２００Ｂを構成する各フィラメントランプ１０とは、ランプ中心軸が互いに交差する状態とされている。
【００７１】
第１のランプユニット２００Ａの上方には、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂから上方に向けて照射された光を被処理体Ｗ側へ反射する反射鏡２０１が配置されている。
反射鏡２０１は、例えば無酸素銅からなる母材に金がコートされてなるものであり、反射断面が、例えば円の一部、楕円の一部、放物線の一部または平板状などから選ばれる形状を有する。
【００７２】
第１のランプユニット２００Ａの各フィラメントランプ１０は、一対の第１の固定台６５０、６５１により支持されている。
第１の固定台６５０，６５１は導電性部材からなる導電台６６と、セラミックス等の絶縁部材からなる保持台６７とにより構成されており、保持台６７は、チャンバ３００の内壁に設けられており、導電台６６を保持している。
第１のランプユニット２００Ａを構成するフィラメントランプ１０の本数をｎ１、フィラメントランプ１０が有するフィラメント体の個数をｍ１とするとき、各フィラメント体全てに独立に電力が供給される構成とされている場合には、ｎ１×ｍ１組の一対の第１の固定台６５０、６５１が必要とされる。
【００７３】
第２のランプユニット２００Ｂの各フィラメントランプ１０は、図示しない第２の固定台により支持されており、第２の固定台は、第１の固定台と同様に、導電台と保持台とにより構成されている。
第２のランプユニット２００Ｂを構成するフィラメントランプ１０の本数をｎ２、フィラメントランプ１０が有するフィラメント体の個数をｍ２とするとき、各フィラメント全てに独立に電力が供給される構成とされている場合には、ｎ２×ｍ２組の一対の第２の固定台が必要とされる。
【００７４】
チャンバ３００には、電源部７を構成する複数の給電装置の各々からの給電線が接続される一対の電源供給ポート７１、７２が設けられており、この一対の電源供給ポート７１、７２の組数は、フィラメントランプ１０の個数、各フィラメントランプ１０内のフィラメント体の個数等に応じて設定される。
この実施例においては、電源供給ポート７１は、第１のランプ固定台６５０の導電台６６と電気的に接続されており、この第１のランプ固定台６５０の導電台６６は、例えばフィラメントコイル１４ｂの他端部に連結されたリード１４ａに接続された外部リードと電気的に接続されている。
また、電源供給ポート７２は、第１のランプ固定台６５１の導電台６６と電気的に接続されており、この第１のランプ固定台６５１の導電台６６は、例えば、フィラメントコイル１４ｂの一端側に連結されたリード１４ｃに接続された外部リードと電気的に接続されている。
これにより、電源部７における給電装置７ａに対して、第１のランプユニット２００Ａにおける１つのフィラメントランプ１０に係るフィラメントコイル１４ｂが電気的に接続される。
また、このフィラメントランプ１０における他のフィラメントコイル１５ｂ，１６ｂについても、他の一対の電源供給ポート７１、７２より、各々、給電装置に対して同様の電気的接続がなされる。
そして、第１のランプユニット２００Ａを構成する他のフィラメントランプの各フィラメントコイルおよび第２のランプユニット２００Ｂを構成するフィラメントランプの各フィラメントコイルについても、各々、給電装置に対して同様の電気的接続がなされる。
このような構成とされていることにより、各フィラメントコイルを選択的に発光させることにより、あるいは各フィラメントコイルへの供給電力の大きさを個別に調整することにより、被処理体Ｗ上の放射照度分布を任意に、かつ、高精度に設定することができる。
【００７５】
この光照射式加熱処理装置１００においては、被処理体Ｗの加熱処理を行うに際して各フィラメントランプを冷却する冷却機構が設けられている。
具体的には、チャンバ３００の外部に設けられた冷却風ユニット８からの冷却風がチャンバ３００に設けられた冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２を介してランプユニット収容空間Ｓ１に導入され、当該冷却風が第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂにおける各フィラメントランプ１０に吹き付けられることにより、各フィラメントランプ１０を構成する発光管１１が冷却され、その後、熱交換により高温になった冷却風がチャンバ３００に形成された冷却風排出口８３から外部に排出される。
【００７６】
このような冷却機構は、各フィラメントランプ１０の封止部１２ａ、１２ｂは他の箇所に比して耐熱性が低いため、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２が、各フィラメントランプの封止部１２ａ、１２ｂに対向するよう形成され、各フィラメントランプの封止部１２ａ、１２ｂが優先的に冷却されるように構成されていることが望ましい。
なお、ランプユニット収容空間Ｓ１に導入される冷却風の流れは、熱交換されて高温になった冷却風が逆に各フィラメントランプを加熱しないよう、また、反射鏡２０１も同時に冷却するよう、設定されている。また、反射鏡２０１が図示を省略した水冷機構により水冷される構成のものである場合には、必ずしも反射鏡２０１も同時に冷却されるように冷却風の流れが設定されていなくともよい。
【００７７】
また、この光照射式加熱装置１００においては、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２が窓板４の近傍の位置にも形成されており、冷却風ユニット８からの冷却風によって窓板４が冷却される構成とされている。これにより、加熱される被処理体Ｗからの輻射熱によって蓄熱される窓板４から２次的に放射される熱線によって、被処理体Ｗが不所望な加熱作用を受けて被処理体Ｗの温度制御性の冗長化（例えば、設定温度より被処理物の温度が高温になるようなオーバーシュート）や、蓄熱される窓板４自体の温度ばらつきに起因した被処理体Ｗにおける温度均一性の低下、あるいは被処理体Ｗの降温速度の低下、などの不具合が発生することを確実に防止することができる。
【００７８】
チャンバ３００における加熱処理空間Ｓ２には、被処理体Ｗが固定される処理台５が設けられている。
処理台５は、例えば被処理体Ｗが半導体ウエハである場合には、モリブデンやタングステン、タンタルのような高融点金属材料やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのセラミック材料、または石英、シリコン（Ｓｉ）からなる薄板の環状体であって、その円形開口部の内周部に半導体ウエハを支持する段差部が形成されてなるガードリング構造のものにより構成されていることが好ましい。
処理台５は、処理台５それ自体も光照射によって高温とされるので、対面する半導体ウエハの外周縁が補助的に放射加熱され、これにより、半導体ウエハの外周縁からの熱放射などに起因する半導体ウエハの周縁部の温度低下が補償される。
【００７９】
処理台５に設置される被処理体Ｗの裏面側には、被処理体Ｗの温度分布をモニタするための、例えば熱電対や放射温度計よりなる温度測定部９１の複数が被処理体Ｗに当接或いは近接して設けられており、各温度測定部９１は温度計９に接続されている。ここに、温度測定部９１の個数および配置位置は、特に限定されるものではなく、被処理体Ｗの寸法に応じて設定することができる。
【００８０】
温度計９は、各温度測定部９１によりモニタされた温度情報に基づいて、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出するとともに、算出された温度情報を温度制御部９２を介して主制御部３に送出する機能を有する。
主制御部３は、被処理体Ｗ上の各測定地点における温度情報に基づいて、被処理体Ｗ上の温度が所定の温度で均一な分布状態となるように指令を温度制御部９２に送出する機能を有する。
温度制御部９２は、主制御部３からの指令に基づいて、電源部７からの各フィラメントランプのフィラメントコイルに供給される電力の大きさを制御する機能を有する。
【００８１】
主制御部３は、例えばある測定地点の温度が所定の温度に比して低いという温度情報を温度制御部９２から得た場合には、当該測定地点およびその近傍位置に対して光照射を行うフィラメントコイルから放射される光が増加するように、当該フィラメントコイルに対する給電量を増加させるよう温度制御部９２に対し指令を送出し、温度制御部９２は、主制御部３から送出された指令に基づいて、電源部７から当該フィラメントコイルに接続された電源供給ポート７１、７２に供給される電力を増加させる。
【００８２】
また、主制御部３は、ランプユニット２００Ａ、２００Ｂにおけるフィラメントランプ１０の点灯時において、冷却風ユニット８に指令を送出し、冷却風ユニット８は、この指令に基づいて、発光管１１および反射鏡２０１、窓板４が高温状態とならないよう冷却風を供給する。
【００８３】
この光照射式加熱処理装置１００においては、加熱処理の種類に応じたプロセスガスを加熱処理空間Ｓ２内に導入・排気するプロセスガスユニット８００が接続されている。
例えば、熱酸化プロセスを行う場合は、加熱処理空間Ｓ２に酸素ガス、および、加熱処理空間Ｓ２をパージするためのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入・排気するプロセスガスユニット８００が接続される。
プロセスガスユニット８００からのプロセスガス、パージガスはチャンバ３００に設けられたガス供給ノズル８４の吹出し口８５を介して加熱処理空間Ｓ２内に導入されると共に排出口８６を介して外部に排出される。
【００８４】
上記光照射式加熱処理装置１００においては、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂを構成する各フィラメントランプのフィラメントコイルの各々に対して適正な大きさに制御された電力が電源部７から供給されて点灯状態とされることにより、フィラメントランプから放射される光が、直接的にあるいは反射鏡２０１によって反射されて窓板４を介して加熱処理空間Ｓ２に設けられた被処理体Ｗに照射されて、被処理体Ｗの加熱処理が行われる。
【００８５】
而して、上記構成の光照射式加熱処理装置１００によれば、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂを構成するフィラメントランプが、隣り合うフィラメント体における互いに接近する部分同士で不所望な放電が発生することが防止された構成のものであるので、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂの各々は、発光管内において、複数のフィラメント体が発光管の長手方向に順次に並んで配置され、各フィラメントに対して独立に給電されるフィラメントランプ１０が複数並列に配置されて構成されていることにより、発光管の軸方向およびこれと垂直な方向の両方向について光強度分布の調整をすることができ、従って、被照射体Ｗの表面における放射照度分布を高精度に設定することができる。
【００８６】
例えばフィラメントランプの発光長よりも全長が短い狭小な特定領域のみに限定して、この特定領域上の放射照度を設定することができるので、この特定領域とその他の領域において、それぞれの特性に対応した放射照度分布を設定することができる。例えば、図１４に示す被処理体Ｗにおける、フィラメントランプ１０Ａとフィラメントランプ１０Ｂないし１０Ｃとが交差する箇所の直下の領域（「領域１」ともいう）の温度が、被処理体Ｗにおける他の領域（「領域２」ともいう）の温度に比して低いような場合、或いは、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ことがあらかじめ判明しているような場合には、フィラメントランプ１０Ａに係る各フィラメントコイルのうち、領域１に対応するフィラメントコイルへの給電量を増加させることにより、領域１と領域２との温度が均一となるように温度調整することができる。なお、図１４において、各フィラメントランプの内部に図示されている線分は、各フィラメントコイルの配置位置を示すものである。従って、被処理体Ｗの全体にわたって均一な温度分布で加熱処理を行うことができる。なお、図１４では、各フィラメントランプ１０内のフィラメントコイルの配置位置を１本の直線で示しているが、これは複数の並んだフィラメントコイルの総全長を示しており、複数のフィラメントコイルの１本１本の表示は省略してある。
【００８７】
また、ランプユニット２００Ａ，２００Ｂから所定の距離だけ離間した被処理体Ｗ上の放射照度分布を精密に、かつ、任意の分布に設定することができる結果、被処理体Ｗ上の放射照度分布を被処理体Ｗの形状に対して非対称に設定することも可能となる。従って、被処理体Ｗにおける場所的な温度変化の度合いの分布が被処理体Ｗの形状に対して非対称である場合においても、それに対応して、被処理体Ｗ上の放射照度分布を設定することができ、被処理体Ｗを均一な温度分布状態で加熱することができる。
【００８８】
さらに、フィラメントランプ１０が、フィラメント間に不所望な放電が発生することが確実に防止されて発光管内に配置される各フィラメント同士の離間距離を極めて小さくできる構成のものであることから、発光しない各フィラメント間の離間部の影響を小さくすることができ、被処理体上での照度分布の不所望なバラツキを極めて小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明のフィラメントランプの一例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
【図２】フィラメント体の一構成例を示す正面図である。
【図３】フィラメント体のリードとフィラメントとの連結部を示す拡大断面図である。
【図４】各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図５】複数のフィラメント体の各々に三相交流電力を供給する給電装置を用いた場合における、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図６】本発明のフィラメントランプの他の例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
【図７】図６に示すフィラメントランプにおける、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図８】本発明のフィラメントランプのさらに他の例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
【図９】図８に示すフィラメントランプにおけるフィラメント体の構成例を示す正面図である。
【図１０】フィラメント体と支持部材との連結部を拡大して示す斜視図である。
【図１１】図８に示すフィラメントランプにおける、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図１２】複数のフィラメント体の各々に直流電力を供給する給電装置を用いた場合における、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図１３】本発明の光照射式加熱処理装置の一例における構成の概略を示す正面断面図である。
【図１４】図１３に示す光照射式加熱処理装置の光源部を構成する第１のランプユニットおよび第２のランプユニットにおける、各フィラメントランプの配列例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０ フィラメントランプ
１１ 発光管
１２ａ，１２ｂ 封止部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ 金属箔
１４ 第１のフィラメント体
１５ 第２のフィラメント体
１６ 第３のフィラメント体
１４ａ，１５ａ，１６a リード
１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ フィラメントコイル
１４ｃ，１５ｃ，１６ｃ リード
１４０ａ，１４０ｃ 鉤状部
１４１ａ，１４１ｃ フィラメント連結部
１４２ａ，１４２ｃ リード本体部
１４３ａ，１４３ｃ 径方向部
１４４ａ，１４４ｃ Ｌ字状部
１４５ａ，１４５ｃ 球状部
１７ アンカー
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ 外部リード
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 支持部材
１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６ 切欠き部
１９７ 開口
２５ 絶縁管
７３ 給電装置
７４ａ，７４ｂ, ７４ｃ 電力制御手段
７５ 給電装置
７８ａ 第１の直流給電装置
７８ｂ 第２の直流給電装置
３ 主制御部
４ 窓板
５ 処理台
７ 電源部
７ａ 第１の給電装置
７１，７２ 一対の電源供給ポート
６５０、６５１ 一対の第１の固定台
６６ 導電台
６７ 保持台
８ 冷却風ユニット
８００ プロセスガスユニット
８１ 冷却風供給ノズル
８２ 吹出し口
８３ 冷却風排出口
８４ ガス供給ノズル
８５ 吹出し口
８６ 排出口
９ 温度計
９１ 温度測定部
９２ 温度制御部
１００ 光照射式加熱処理装置
２００Ａ 第１のランプユニット
２００Ｂ 第２のランプユニット
２０１ 反射鏡
３００ チャンバ
Ｓ１ ランプユニット収容空間
Ｓ２ 加熱処理空間
Ｗ 被処理体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントランプおよび光照射式加熱処理装置に関し、特に、被処理体を加熱処理するために用いられるフィラメントランプおよび当該フィラメントランプを備えた光照射式加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程における、例えば成膜、酸化、不純物拡散、窒化、膜安定化、シリサイド化、結晶化、イオン注入活性化などの様々なプロセスを行うに際しては、加熱処理が利用されており、特に、例えば半導体ウエハなどの被処理体の温度を急速に上昇させたり下降させたりする急速熱処理（以下、「ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」ともいう。）は、歩留まりや品質を向上させることができることから、好ましく利用されている。
【０００３】
ＲＴＰにおいて用いられる加熱処理装置としては、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などの光源からの光照射によって、被処理体に接触することなくこれを加熱することのできる光照射式の加熱処理装置が広く利用されている（特許文献１，特許文献２参照）。
このような光照射式の加熱処理装置によれば、例えば、被処理体を１０００℃以上の温度にまで、数秒から数十秒で昇温させることが可能であると共に、光照射を停止することにより、被処理体を急速に冷却（降温）させることが可能である。
【０００４】
このような光照射式の加熱処理装置を用いて例えば半導体ウエハのＲＴＰを行う場合においては、半導体ウエハを１０５０℃以上に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おそれがあるため、半導体ウエハの全面の温度分布が均一になるように加熱、高温保持、冷却を行うことが必要とされている。
【０００５】
而して、例えば光照射面全面の物理特性が均一である半導体ウエハに対して放射照度が均一になるように光照射を行った場合であっても、半導体ウエハの周辺部においては、半導体ウエハの側面等から熱が放射されるため、半導体ウエハの周辺部の温度が低くなって半導体ウエハには温度分布の不均一が生じる。
このような問題を解決するために、半導体ウエハの周辺部の表面における放射照度を半導体ウエハの中央部の表面における放射照度よりも大きくなるように光照射することによって、半導体ウエハの側面等からの熱放射による温度低下を補償して半導体ウエハにおける温度分布を均一にすることが行われている。
【０００６】
しかしながら、従来の加熱処理装置においては、被処理体における、白熱ランプの発光長に比して極めて小さい狭小な特定領域については、当該特定領域の特性に対応した光強度で光照射を行っても、特定領域以外の領域にも同じ条件で光照射されてしまうため、特定領域とその他の領域とが適切な温度状態となるように温度調整すること、すなわち、被処理物の温度状態が均一になるよう、狭小な特定領域に対する放射照度のみを制御することはできない。
【０００７】
例えば半導体ウエハには、その表面にスパッタリング法などにより金属酸化物等からなる膜が形成されていたり、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たりすることが一般的であり、このような金属酸化物の膜厚や不純物イオンの密度には、半導体ウエハの表面上で場所的な分布を有する。このような場所的分布は、必ずしも半導体ウエハの中心に対して中心対称ではなく、例えば不純物イオン密度については、半導体ウエハの中心に対して中心対称ではない狭小な特定領域において不純物イオン密度が変化することがある。
このような特定領域においては、他の領域と同一の放射照度となるように光照射した場合であっても、温度上昇速度に差異が生じることがあり、特定領域の温度とその他の領域の温度とは必ずしも一致せず、被処理体の処理温度に不所望な温度分布が生じることになる結果、被処理体に所望の物理特性を付与することが困難になる、という問題が生じる。
【０００８】
以上のような事情に鑑みて、本発明者らは、次のような構成を有する、光照射式加熱処理装置の光源として用いられるフィラメントランプを提案している（特願２００５−１９１２２２号明細書参照）。
このフィラメントランプは、図１を参照して説明すると、両端が気密に封止された直管状の発光管（１１）を備えてなり、この発光管（１１）内には、各々フィラメントコイルとこのフィラメントコイルに給電するためのリードとからなるフィラメント体（１４，１５）の複数（図１においては２個）が、フィラメントコイル（１４ｂ, １５ｂ）が発光管（１１）の管軸方向に伸びるよう順次に並んで配置されている。
【０００９】
第１のフィラメント体（１４）におけるフィラメントコイル（１４ｂ）の一端に連結される一端側のリード（１４ｃ）は、発光管（１１）の一端側の封止部（１２ａ）に気密に埋設された金属箔（１３ａ）を介して封止部（１２ａ）から外部に突出する外部リード（１８ａ）に電気的に接続されており、また、フィラメントコイル（１４ｂ）の他端に連結される他端側のリード（１４ａ）は、発光管（１１）の他端側の封止部（１２ｂ）に埋設された金属箔（１３ｄ）を介して外部リード（１８ｄ）に電気的に接続されている。一端側のリード（１４ｃ）における第２のフィラメント体（１５）のフィラメントコイル（１５ｂ）と対向する部分には、絶縁管（２５）が設けられている。
また、第２のフィラメント体（１５）におけるフィラメントコイル（１５ｂ）の一端に連結される一端側のリード（１５ｃ）は、一端側の封止部（１２ａ）に埋設された金属箔（１３ｂ）を介して外部リード（１８ｂ）に電気的に接続されており、また、フィラメントコイル（１５ｂ）の他端に連結される他端側のリード（１５ａ）は、他端側の封止部（１２ｂ）に埋設された金属箔（１３ｃ）を介して外部リード（１８ｃ）に電気的に接続されている。他端側のリード（１５ａ）における一方のフィラメント体（１４）のフィラメントコイル（１４ｂ）と対向する部分には、絶縁管（２５）が設けられている。
各フィラメント体（１４，１５）は、それぞれ、外部リードを介して別個の給電装置に接続されており、これにより、各フィラメント体（１４，１５）におけるフィラメント（１４ｂ，１５ｂ）に個別に給電可能とされている。
また、（１７）は、発光管（１１）の内壁と絶縁管（２５）との間の位置において、発光管（１１）の管軸方向に並設された環状のアンカーであって、各フィラメント（１４ｂ，１５ｂ）は、それぞれ、例えば３個のアンカー（１７）によって発光管（１１）と接触しないよう支持されている。
【００１０】
このような構成のフィラメントランプは、発光管内に複数のフィラメントを有し、各フィラメントの発光等の制御を個別に行うことが可能な構造とされているので、光照射式加熱処理装置における加熱用光源として用いた場合には、複数本のフィラメントランプを並列に配列することにより、被処理体の被照射領域に対応してフィラメントを高密度に配置することが可能となる。従って、このような光照射式加熱処理装置によれば、複数のフィラメントに対して個別に給電できて各フィラメントの発光等の制御を個別に行うことができることから、例えば熱処理される被処理体上における場所的な温度変化の度合いの分布が被処理体の形状に対して非対称である場合であっても、当該被処理体の特性に応じた所望の放射照度分布で光照射することができる結果、被処理体を均一に加熱することができ、従って、被処理体における被照射面の全体にわたって、均一な温度分布を実現することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−３７８３３号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、光照射式加熱処理装置においては、更なる歩留まりの向上（処理効率の向上）や品質の向上が求められている。
このような要請に対して、上記構成のフィラメントランプを光源として備えているものにおいては、半導体ウエハの昇温特性を更に急速にすることが必要とされており、例えばフィラメントへの単位長さ当たりの投入電力を従来以上に増加させることにより対応することができるものと考えられる。
【００１３】
しかしながら、単にフィラメントに対する投入電力を増加した場合には、隣り合うフィラメント体におけるリード間で不所望な放電が発生しやすく、このような不所望な放電が長時間の間にわたって形成されると、フィラメントあるいはリードが溶断してしまう、という不具合が生じることが判明した。
また、上述したように、被処理体の被照射面における温度分布を均一にするには、各々のフィラメント体がフィラメントが互いに近接した状態（フィラメントの配設間隔が小さい状態）で配設されていることが望ましいが、このような構成とした場合には、上記問題が顕著に生ずるようになる。
【００１４】
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って、その目的は、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、隣り合うフィラメント体におけるフィラメント間あるいはリード間で不所望な放電が生ずることを確実に防止することができてフィラメントまたはリードが破損することを確実に防止することができるフィラメントランプを提供することである。
また、本発明の他の目的は、上記フィラメントランプを備え、被処理体を均一に加熱することができる光照射式加熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のフィラメントランプは、少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、 給電機構は交流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同位相となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のフィラメントランプにおいては、給電機構は、各フィラメント体に対して三相交流電力を供給するものを用いることができる。
【００１７】
また、本発明のフィラメントランプは、少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、
給電機構は直流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同極性となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のフィラメントランプにおいては、放電抑制ガスが発光管内に封入された構成とされていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明のフィラメントランプにおいては、各フィラメント体におけるリードは、フィラメントのコイルピッチ間に挟まれた状態で当該フィラメントの径方向外方に突出して伸びるよう係合される、先端部がフィラメントのコイル軸方向に伸びる径方向部分を有する鉤状部を備えてなり、
隣接するフィラメントの互いに接近する端部に連結されたリードの各々が当該リードにおける鉤状部が係合される被係合部による位置決め機構が形成された共通の支持部材によって支持されることにより、フィラメントが発光管に対して位置決めされており、
前記支持部材を挟んで互いに対向して伸びる各々の鉤状部の先端には、球状部が形成された構成とすることができる。
【００２０】
本発明の光照射式加熱処理装置は、上記フィラメントランプが複数本並列配置されて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体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係るフィラメントランプによれば、基本的には、各フィラメントの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同位相となるよう交流電力が供給されることにより、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード間で不所望な放電が発生することに起因してフィラメントあるいはリードが溶断することを確実に防止することができる。
従って、例えば２００Ｗ／ｃｍ以上の大電力をフィラメントに投入することができ、これにより、より高速な半導体ウエハの昇温特性を実現することができる。
【００２２】
請求項２に係るフィラメントランプによれば、給電機構としてフィラメント体に三相交流電力を供給するものが用いられていることにより、各相に電気的に接続されるフィラメントの個数を分散させて接続することができるため、単相の場合と比較して同一相に流れる電流値が少なくなり、給電装置に要求される電流値を比較的小さくすることができることから、給電に係るコストを低減できる。
【００２３】
請求項３に係るフィラメントランプによれば、基本的には、各フィラメントの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同極性となるよう直流電力が供給されることにより、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード間で不所望な放電が発生することに起因してフィラメントあるいはリードが溶断することを確実に防止することができる。
【００２４】
請求項４に係るフィラメントランプによれば、放電抑制ガスが発光管内に封入されていることにより、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントに投入して被処理体上の狭小な領域における温度を調整することに伴って、隣り合うフィラメント体におけるリード間に電位差が生じた場合であっても、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、不所望な放電の発生を一層確実に防止することができる。
【００２５】
請求項５に係るフィラメントランプによれば、リードの鉤状部の先端に球状部が形成されていることにより、リードの端部に放電が集中しにくくなるため、隣り合うリード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。
また、リードの鉤状部が支持部材に係合されて支持されていることによって、フィラメントの径方向に対する変位およびフィラメントの周方向の変位が規制されると共に、球状部が支持部材に係止されることによってフィラメント体の管軸方向への移動が規制されるので、フィラメントの位置決めを一層確実に行うことができ、各フィラメントを発光管の所望の位置に高精度にかつ容易に配置することができると共に、フィラメント体の位置が経時的に変位することを防止することができて長期間の間にわたって初期の性能を確実に維持することができる。
【００２６】
本発明の光照射式加熱処理装置によれば、上記フィラメントランプの複数からなるランプユニットを備えていることにより、ランプユニットから所定の距離だけ離間した被処理体上の照度分布を精密に、かつ、任意の分布に設定することが可能となるので、被処理体における場所的な温度変化の度合いの分布が被処理体の形状に対して非対称である場合においても、それに対応して、被処理体上の照度分布を設定することが可能となり、被処理体を均一に加熱することができる。
しかも、各フィラメントランプは、大電力をフィラメントに投入可能に構成されているものであるので、更なる歩留まりおよび品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明のフィラメントランプの一例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
このフィラメントランプ１０は、両端部が溶着されて封止部１２ａ，１２ｂが形成された、例えば石英ガラスなどの光透過性材料からなる直管状の発光管１１を備えてなり、この発光管１１の内部には、複数例えば２つのフィラメント体１４，１５が発光管１１の管軸方向に順次に並んで配設されていると共に、ハロゲンガスおよび後述する特定の放電抑制ガスが封入されている。
【００２８】
第１のフィラメント体１４は、図２に示すように、フィラメントコイル１４ｂとこのフィラメントコイル１４ｂの他端部に連結された給電用のリード１４ａおよびフィラメントコイル１４ｂの一端部に連結されたリード１４ｃとにより構成されている。
【００２９】
第１のフィラメント体１４におけるリード１４ａは、１本の線条材により形成されており、連結されるフィラメント１４ｂのコイル軸に並行に伸びるコイル状のフィラメント連結部１４１ａと、このフィラメント連結部１４１ａの一端部に連続してフィラメント連結部１４１ａの径方向に伸びる径方向部１４３ａと、この径方向部１４３ａに連続してフィラメント連結部１４１ａのコイル軸方向に伸びる線状のリード本体部１４２ａとにより構成されている。
フィラメント連結部１４１ａは、フィラメントコイル１４ｂのコイル内径に適合する外径を有する。
また、第１のフィラメント体１４におけるリード１４ｃは、リード１４ａと同一の構成を有し、便宜上、リード１４ａと同一の構成部分には「ａ」を「ｃ」に替えて同一の符号が付してある。
【００３０】
第１のフィラメント体１４においては、図３に示すように、フィラメントコイル１４ｂの他端部をリード１４ａの径方向部１４３ａに対して捩じ込むことにより、フィラメント連結部１４１ａがフィラメントコイル１４ｂの他端部における内部空間内に挿入されてその外周面がフィラメントコイル１４ｂの内面に当接状態で配置されると共に、径方向部１４３ａがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ａとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
また、一端側のリード１４ｃについても同様に、フィラメント連結部１４１ｃがフィラメントコイル１４ｂの内部に当接状態で配置されると共に、径方向部１４３ｃがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ｃとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
【００３１】
また、第２のフィラメント体１５は、第１のフィラメント体１４と同一の構成を有するものであり、フィラメントコイル１５ｂとこのフィラメントコイル１５ｂの他端部に連結された給電用のリード１５ａおよびフィラメントコイル１５ｂの一端部に連結されたリード１５ｃとにより構成されている。
【００３２】
第１のフィラメント体１４における他端側のリード１４ａは、発光管１１の他端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｄを介して外部リード１８ｄに電気的に接続されている。また、一端側のリード１４ｃは、第２のフィラメント体１５に接触しないように発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の一端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ａを介して外部リード１８ａに電気的に接続されている。
【００３３】
第２のフィラメント体１５における他端側のリード１５ａは、第１のフィラメント体１４に接触しないように発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の他端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｃを介して外部リード１８ｃに電気的に接続されている。また、一端側のリード１５ｃは、発光管１１の一端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ｂを介して外部リード１８ｂに電気的に接続されている。
【００３４】
このフィラメントランプ１０においては、フィラメント体のリードの、他のフィラメント体におけるフィラメントおよびリードと対向する箇所に、例えば石英などの絶縁材料からなる絶縁管が設けられている。絶縁管が設けられていることにより、後述するフィラメントに取り付けられたアンカー１７と、リードとが接触して電気的に短絡することを確実に防止することができる。
具体的には、第１のフィラメント体１４における一端側のリード１４ｃには、第２のフィラメント体１５のフィラメントコイル１５ｂと対向する箇所に、絶縁管２５が設けられており、また、第２のフィラメント体１５における他端側のリード１５ａには、第１のフィラメント体１４のフィラメントコイル１４ｂと対向する箇所に、絶縁管２５が設けられている。
【００３５】
このフィラメントランプ１０においては、発光管１１の内壁と絶縁管２５との間の位置において、発光管１１の管軸方向に並設された複数の環状のアンカー１７が設けられており、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂは、それぞれ、例えば３個のアンカーによって発光管１１と接触しないよう支持されている。
アンカー１７は、フィラメントランプ１０を作製するに際して、複数のフィラメント体を発光管１１内に容易に挿入して配設することができる程度の弾性を有する。
【００３６】
上記構成のフィラメントランプ１０においては、各フィラメント体１４，１５に係る外部リードの各々は、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、例えば単相交流電力を供給する給電装置７３に給電線によって電気的に接続されている。
各フィラメント体１４，１５と給電装置７３との結線状態について具体的に説明すると、図４に示すように、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７３の高圧側（Ｈ）に、電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されると共に他端が電力制御手段７４ａを介して給電装置７３の低圧側（Ｌ）であるグランド側（Ｇ）に電気的に接続されている。また、第１のフィラメントコイル１４ｂの一端側に隣接する第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端が電力制御手段７４ｂを介して給電装置７３の高圧側（Ｈ）に電気的に接続されると共に一端側のリード１５ｃが電力制御手段７４ｂを介してグランド側（Ｇ）に電気的に接続されており、従って、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに電力制御手段７４ａ，７４ｂを介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
このフィラメントランプ１０においては、電力制御手段７４ａ, ７４ｂとして、例えばサイリスタ（ＳＣＲ）が用いられており、各フィラメント体１４，１５に対して供給される電流量を、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂの最大定格電流値の０〜１００％の範囲内で調整することができる。
【００３７】
また、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７３のグランド側（Ｇ）に電気的に接続されると共に他端が給電装置７３の高圧側（Ｈ）に電気的に接続され、第１のフィラメントコイル１４ｂの一端側に隣接する第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端が給電装置７３のグランド側（Ｇ）に電気的に接続されると共に一端が給電装置７３の高圧側（Ｈ）に電気的に接続された構成とされていてもよい。
【００３８】
上述したように、上記フィラメントランプ１０においては、発光管１１内にハロゲンサイクルを行うためのハロゲンガスに加えて、絶縁破壊電圧値の高い放電抑制ガスが封入されている。これにより、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士で電位差が生ずる場合であっても、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。
放電抑制ガスとしては、例えば窒素ガスや、アルゴン、クリプトンなどの希ガスや、窒素と希ガスとの混合ガスを用いることができ、これらのうちでも、他のガスに比べて絶縁破壊電圧値が高いことから、窒素ガスを用いることが特に好ましい。
希ガスの封入量は、常温において約０．８×１０5 〜１×１０6 Ｐａの範囲内であることが好ましい。
【００３９】
上記のフィラメントランプ１０においては、電力制御手段７４ａ，７４ｂによって適正な大きさに制御された電力が各フィラメント体１４，１５に対して供給されると、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂにおいては、その一端部と他端部との間で電位差が生じて各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに電流が流れて発光状態とされる。この状態においては、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端部と第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端部とが互いに電位差が小さい状態または同電位となる状態とされる。例えば各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂにおける最大定格電流値と同等の電流が供給される場合には、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端部と第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端部とが互いに同電位となる状態となる。
【００４０】
而して、上記構成のフィラメントランプ１０によれば、各フィラメント１４ｂ, １５ｂの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士が同位相となるよう交流電力が供給されることにより、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、フィラメント１４ｂ, １５ｂ間あるいは隣り合うリード１４ｃ, １５ａ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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。
【００４１】
また、リード１４ａ，１４ｃにおけるフィラメント連結部１４１ａ、１４１ｃがフィラメントコイル１４ｂの内部空間内に挿入されて当接状態で配置されると共に径方向部１４３ａ，１４３ｃがコイルピッチ間に挟まれた状態とされてフィラメントコイル１４ｂとリード１４ａ，１４ｃとが連結されていることにより、フィラメントコイル１４ｂの軸方向に対する変位およびフィラメントコイル１４ｂの径方向に対する変位が規制された状態とされるので、素線径およびコイル巻き径が大きいフィラメントコイル１４ｂとリード１４ａ，１４ｃとを連結させる場合であっても、リード１４ａ，１４ｃの線径をフィラメントコイル１４ｂの内径に適合するよう大きくすることなしに両者を確実に連結することができる。例えば素線径が０．５ｍｍ、コイル巻き径が４．３ｍｍであるフィラメントコイルと、線径が０．８ｍｍであるリードとであっても、両者を確実に連結することができる。また、第２のフィラメント体１５についても同様である。
従って、例えば２００Ｗ／ｃｍ以上もの大電力をフィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに投入することができて各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂを所期の発光状態となるよう急速に立ち上げることができる構成のものでありながら、隣接するフィラメント間で短絡が生じることを確実に防止することができる。
【００４２】
また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに供給することに伴って電位差が生じた場合であっても、さらに特定の放電抑制ガスが発光管１１内に封入された構成とされていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、当該電位差に起因して不所望な放電が生ずることを一層確実に防止することができ、従って、所望の放射照度分布を確実に得ることができる。
【００４３】
以上のフィラメントランプ１０においては、図５に示すように、給電装置７５として三相交流電力を供給するものを用いることができる。
給電装置７５は、互いに電位が異なるＲ、Ｓ、Ｔの３つの端子を備えており、これらのうちの２つの端子に対して各フィラメント１４ｂ，１５ｂが、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、電気的に接続されている。
この実施例における各フィラメント体１４，１５と給電装置７５との結線状態について具体的に説明すると、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されていると共に、他端が給電装置７５のＲ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されている。また、第１のフィラメントコイル１４ｂの一端側に隣接する第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されていると共に、一端が給電装置７５のＴ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されている。すなわち、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂがＲ−Ｓ相に接続され、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂがＳ−Ｔ相に接続されており、これにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂに対して、電力制御手段７４ａ，７４ｂを介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
【００４４】
このような構成のフィラメントランプによれば、上記のものと同様の効果を得ることができると共に、三相交流電力を供給する給電装置７５が用いられていることにより、各相に電気的に接続されるフィラメントの個数を分散させて接続することができるため、単相の場合と比較して同一相に流れる電流値が少なくなり、給電装置に要求される電流値を比較的小さくすることができるので、給電に係るコストを低減することができる。
【００４５】
また、本発明のフィラメントランプにおいては、フィラメント体の数は目的に応じて適宜に変更することができ、例えば図６に示すように、３つのフィラメント体１４，１５，１６が配設された構成とすることができる。
このフィラメントランプ１０は、両端部が溶着されて封止部１２ａ，１２ｂが形成された、例えば石英ガラスなどの光透過性材料からなる直管状の発光管１１を備えてなり、この発光管１１の内部には、各々図２に示すものと同一の構成を有する３つのフィラメント体１４，１５，１６が、フィラメントコイルが管軸方向に伸びるよう、発光管１１の管軸方向に順次に並設されている。
【００４６】
第１のフィラメント体１４，第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６の各々における一端側のリード１４ｃ，１５ｃ，１６ｃは、それぞれ、一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｄ，１３ｅ，１３ｆを介して外部リード１８ｄ，１８ｅ，１８ｆに電気的に接続されており、他端側のリード１４ａ，１５ａ，１６ａは、それぞれ、他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介して外部リード１８ａ，１８ｂ，１８ｃに電気的に接続されている。
【００４７】
このフィラメントランプ１０においては、各フィラメント体１４，１５，１６に係る外部リードの各々は、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となり、かつ、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、三相交流電力を供給する給電装置７５に給電線によって電気的に接続されている。
各フィラメント体１４，１５，１６と給電装置７５との結線状態について具体的に説明すると、図７に示すように、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されると共に、他端が給電装置７５のＲ端子に電力制御手段７４ａを介して電気的に接続されている。また、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの一端が給電装置７５のＴ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されると共に、他端が給電装置７５のＳ端子に電力制御手段７４ｂを介して電気的に接続されている。さらに、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂの一端が給電装置７５のＲ端子に電力制御手段７４ｃを介して電気的に接続されると共に、他端が給電装置７５のＴ端子に電力制御手段７４ｃを介して電気的に接続されている。すなわち、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂがＲ−Ｓ相に接続され、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂがＳ−Ｔ相に接続され、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂがＴ−Ｒ相に接続されており、これにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに対して、電力制御手段７４ａ，７４ｂ，７４ｃを介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
【００４８】
このフィラメントランプ１０においても、発光管１１内にハロゲンサイクルを行うためのハロゲンガスに加えて、絶縁破壊電圧値の高い放電抑制ガスが封入されていることが好ましい。これにより、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士で電位差が生ずる場合であっても、不所望な放電が発生することを一層確実に防止することができる。放電抑制ガスとしては、上記実施例において例示したものを用いることができる。
【００４９】
上記フィラメントランプ１０においては、電力制御手段７４ａ，７４ｂ，７４ｃによって適正な大きさに制御された電力が各フィラメント体１４，１５，１６に対して供給されると、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂにおいては、その一端部と他端部との間で電位差が生じて各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに電流が流れて発光状態とされる。この状態においては、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂの一端部またはリードと、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの他端部またはリードとが互いに電位差が小さい状態または同電位となる状態とされると共に、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂの一端部またはリードと、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂの他端部またはリードとが互いに電位差が小さい状態または同電位となる状態とされる。
【００５０】
而して、上記構成のフィラメントランプ１０によれば、上記フィラメントランプと同様の効果、すなわち、各フィラメント１４ｂ, １５ｂ, １６ｂの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同位相となるよう三相交流電力が供給されることにより、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。 また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１５ｃに供給することにより、互いに接近するフィラメント体１４，１５，１６の端部同士に電位差が生じた場合であっても、さらに特定の放電抑制ガスが発光管１１内に封入されていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、当該電位差に起因して不所望な放電が生ずることを一層確実に防止することができる。
【００５１】
さらに、本発明のフィラメントランプにおいては、図８に示すような構成とすることができる。
このフィラメントランプ１０は、図６に示す構成のフィラメントランプにおいて、各フィラメント体の構成が異なると共に、発光管１１の内部における隣接するフィラメント間の位置に、各々例えば石英ガラス等の絶縁材料からなる複数の板状の支持部材１９ａ，１９ｂ, １９ｃ, １９ｄが管軸に対して垂直に設けられていることの他は、図６に示すフィラメントランプと同一の構成を有するものである。
【００５２】
第１のフィラメント体１４は、図９に示すように、フィラメントコイル１４ｂとこのフィラメントコイル１４ｂの他端部に連結された給電用のリード１４ａおよびフィラメントコイル１４ｂの一端部に連結されたリード１４ｃとにより構成されている。
【００５３】
第１のフィラメント体１４における他端側のリード１４ａは、１本の線条材により形成されており、線状のリード本体部１４２ａと、このリード本体部１４２ａに直交する方向（連結されるフィラメントコイルの径方向）に伸びる径方向部分を有する鉤状部１４０ａとを有する。
鉤状部１４０ａは、リード本体部１４２ａに連続してリード本体部１４２ａに直交する方向に伸びるよう折り曲げられた径方向部１４３ａと、この径方向部１４３ａに連続する、コイル軸がリード本体部１４２ａと並行して伸びるコイル状のフィラメント連結部１４１ａと、このフィラメント連結部１４１ａに連続してそのコイル軸方向に直交する方向に伸び、先端部がコイル軸方向に伸びるよう折り曲げられたＬ字状部１４４ａとにより構成されている。
フィラメント連結部１４１ａは、フィラメントコイル１４ｂのコイル内径に適合する外径を有する。
リード１４ａにおけるＬ字状部１４４ａには、その先端部が例えばレーザー等で加熱溶融されることによりエッジ部分を有さない球状部１４５ａが形成されている。
【００５４】
第１のフィラメント体１４における一端側のリード１４ｃは、リード１４ａと同一の構成を有し、便宜上、リード１４ａと同一の構成部分には「ａ」を「ｃ」に替えて同一の符号が付してある。
【００５５】
第１のフィラメント体１４においては、フィラメントコイル１４ｂの他端部をリード１４ａのＬ字状部１４４ａに対して捩じ込むことにより、フィラメント連結部１４１ａがフィラメントコイル１４ｂの他端部における内部空間内に挿入されてその外周面がフィラメントコイル１４ｂの内面に当接状態で配置されると共に、Ｌ字状部１４４ａがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ａとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
また、リード１４ｃについても同様に、フィラメント連結部１４１ｃがフィラメントコイル１４ｂの内部に当接状態で配置されると共に、Ｌ字状部１４４ｃがフィラメントコイル１４ｂのコイルピッチ間においてフィラメントコイル１４ｂの径方向外方に突出するよう挟まれた状態とされ、これにより、リード１４ｃとフィラメントコイル１４ｂとの連結が達成されている。
【００５６】
また、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６についても、第１のフィラメント体１４と同一の構成とされており、フィラメントコイル１５ｂ（１６ｂ）とこのフィラメントコイル１５ｂ（１６ｂ）の他端部に連結された給電用のリード１５ａ （１６ａ）およびフィラメントコイル１５ｂ（１６ｂ）の一端部に連結されたリード１５ｃ（１６ｃ）とにより構成されている。
【００５７】
支持部材１９ａには、図１０に示すように、略中央部に開口１９７が形成されていると共に、その周縁部に、フィラメント体を位置決めするための位置決め機構を構成する複数例えば６つの切欠き部１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６が互いに周方向に等間隔毎に離間した位置に形成されている。
開口１９７を形成することは必須ではないが、支持部材に開口１９７を設けることにより、支持部材とフィラメントコイルとの間隔を大きくすることが可能となり、支持部材の熱的負荷を軽減することができる。
また、他の支持部材１９ｂ，１９ｃ，１９ｄについても同様の構成とされている。
【００５８】
第１のフィラメント体１４は、他端側のリード１４ａにおけるＬ字状部１４４ａが支持部材１９ａの切り欠き部１９６に係合されると共にリード本体部１４２ａが当該切欠き部１９６と対角の位置の切欠き部１９３内に挿通され、フィラメントコイル１４ｂが支持部材１９ａの一面側において支持部材１９ａに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、また、一端側のリード１４ｃについても同様に、一端側のリード１４ｃにおけるＬ字状部１４４ｃが支持部材１９ｂの切欠き部の一に係合されると共にリード本体部１４２ｃが当該切欠き部と対角の位置の切欠き部内に挿通され、フィラメントコイル１４ｂが支持部材１９ｂの他面側において支持部材１９ｂに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、これにより、第１のフィラメント体１４が発光管１１に対して位置決めされた状態で支持されている。
第１のフィラメント体１４における他端側のリード１４ａは、発光管１１の他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ａを介して外部リード１８ａに電気的に接続されている。
また、一端側のリード１４ｃは、支持部材１９ｃ，１９ｄにおける、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６に係るリードの鉤状部の位置決めに寄与しない切り欠き部内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｄを介して外部リード１８ｄに電気的に接続されている。
【００５９】
第２のフィラメント体１５は、他端側のリード１５ａにおける鉤状部が、フィラメント体１４の一端部を支持する支持部材１９ｂの一面側において、第１のフィラメント体１４に係るリード１４ｃの位置決めに寄与しない他の切欠き部に係合されると共に、リード本体部１５２ａが当該切欠き部と対角の位置の切欠き部内に挿通され、フィラメントコイル１５ｂが支持部材１９ｂに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、一端側のリード１５ｃにおける鉤状部が支持部材１９ｃに対して同様に取り付けられており、これにより、第２のフィラメント体１５が発光管１１に対して位置決めされた状態で支持されている。
第２のフィラメント体１５における他端側のリード１５ａは、支持部材１９ａにおける、第１のフィラメント体１４に係るリード１４ａの位置決めに寄与しない切欠き部１９１（図１０参照）内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ｂを介して外部リード１８ｂに電気的に接続されている。
また、一端側のリード１５ｃは、支持部材１９ｄにおける、第３のフィラメント体１６に係るリード１６ｃの位置決めに寄与しない切欠き部内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｅを介して外部リード１８ｅに電気的に接続されている。
【００６０】
第３のフィラメント体１６は、他端側のリード１６ａにおける鉤状部が、第２のフィラメント体１５を支持する支持部材１９ｃの一面側において、支持部材１９ｃの残りの切欠き部に係合されると共に、リード本体部が当該切欠き部に対角の位置の切欠き部内に挿通されて、フィラメントコイル１６ｂが支持部材１９ｃに対して垂直な方向に伸びる姿勢で、取り付けられており、一端側のリード１６ｃにおける鉤状部が支持部材１９ｄに対して同様に取り付けられており、これにより、第３のフィラメント体１６が発光管１１に対して位置決めされた状態で支持される。
第３のフィラメント体１６における他端側のリード１６ａは、支持部材１９ｂおよび支持部材１９ａにおける、他のフィラメント体１４, １５に係るリード１４ａ，１４ｃ, １５ａの位置決めに寄与しない切欠き部（例えば支持部材１９ａにおける切欠き部１９５、図１０参照）内を挿通されて発光管１１の管軸に沿って伸び、発光管１１の他端側の封止部１２ａに気密に埋設された金属箔１３ｃを介して外部リード１８ｃに電気的に接続されている。
フィラメント体１６の一端側のリード１６ｃは、発光管１１の一端側の封止部１２ｂに気密に埋設された金属箔１３ｆを介して外部リード１８ｆに電気的に接続されている。
【００６１】
このフィラメントランプ１０においては、各フィラメント体１４，１５，１６に係る外部リードの各々は、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに隣接する端部同士が同位相となり、かつ、第２のフィラメント体１５および第３のフィラメント体１６における互いに隣接する端部同士が同位相となるよう、三相交流電力を供給する給電装置７５に給電線によって電気的に接続されており、具体的には、図１１に示すように、第１のフィラメント体１４に係るフィラメントコイル１４ｂがＲ−Ｓ相に接続され、第２のフィラメント体１５に係るフィラメントコイル１５ｂがＳ−Ｔ相に接続され、第３のフィラメント体１６に係るフィラメントコイル１６ｂがＴ−Ｒ相に接続されており、これにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに対して、図示しない電力制御手段を介して個別に電力を給電することにより、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの発光状態の制御を個別に行うことができる。
【００６２】
而して、上記構成のフィラメントランプ１０によれば、上記フィラメントランプ１０と同様の効果、すなわち、各フィラメント１４ｂ, １５ｂ, １６ｂの発光状態を独立して制御することができるので、所望の放射照度分布を確実に得ることができ、しかも、隣り合うフィラメント体における互いに接近する端部同士が同位相となるよう三相交流電力が供給されることにより、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、隣り合うフィラメント間あるいは隣り合うリード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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。
また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに供給することにより、互いに接近するフィラメント体１４，１５，１６の互いに隣接する端部同士に電位差が生じた場合であっても、さらに特定の放電抑制ガスが発光管１１内に封入されていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、当該電位差に起因して不所望な放電が生ずることを一層確実に防止することができる。
【００６３】
さらに、フィラメント体におけるリードが、その鉤状部が係合される切欠き部からなる被係合部による位置決め機構が形成された支持部材によって、支持されていることにより、更にフィラメントコイルの周方向の変位（移動）が規制されるので、フィラメント体の位置決めを一層確実に行うことができる。
従って、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを発光管１１内の所望の位置に高精度にかつ容易に配置することができると共に、各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの位置が重力等の影響によって経時的に変位することを防止することができて長期間にわたって初期の性能を確実に維持することができる。
また、フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂが断線するなどの不測の事態によってフィランメントランプの構成部材の一部を交換する必要が生じた場合においても、発光管１１内に各フィラメントコイル１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを高い再現性で高精度に配置することができるので、フィラメント体の交換前後における放射照度分布の再現性を確保することができる。
【００６４】
このように、２つの隣り合うフィラメント体が共通の支持部材によって支持されているという構成上、当該支持部材に係合されるリードの鉤状部が他のフィラメント体に接近した状態とされるが、リードの鉤状部の先端に球状部が形成されていることにより、リードの端部に放電が集中しにくくなるため、隣り合うリード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。
【００６５】
以上においては、複数のフィラメント体の各々に対して交流電力を供給する構成のものについて説明したが、本発明のフィラメントランプにおいては、各フィラメント体に対して直流電力が供給される構成とすることができる。以下、図１に示す構成のフィラメントランプ（フィラメント体の数が２つである構成のもの）において、各フィラメント体に対して直流電力が供給される構成のものを例に挙げて説明する。
図１２は、本発明のフィラメントランプの他の構成例における、フィラメント体と給電装置との結線状態を概略的に示す説明図である。
このフィラメントランプにおいては、第１のフィラメント体１４に係る一端側のリード１４ｃが第１の直流給電装置７８ａの高圧側（正極側）に接続され、他端側のリード１４ａが第１の直流給電装置７８ａの低圧側（負極側）に接続されている。
また、第２のフィラメント体１５に係る一端側のリード１５ｃが第２の直流給電装置７８ｂの低圧側（負極側）に接続され、他端側のリード１５ａが第２の直流給電装置７８ｂの高圧側（正極側）に接続されている。
従って、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士が同極性となる状態で、各フィラメントコイル１４ｂ, １５ｂに対して別個の直流給電装置７８ａ，７８ｂによって直流電力が投入される。
【００６６】
上記構成のフィラメントランプによれば、各フィラメント体に交流電力が供給される構成のものと同様の効果、すなわち、第１のフィラメント体１４および第２のフィラメント体１５における互いに接近する端部同士が同極性となるよう直流電力が供給されることにより、大電力をフィラメントに投入した場合であっても、これらの間に生じる電位差が小さくまたは零となるので、フィラメントコイル１４ｂ, １５ｂ間あるいはリード１４ｃ, １５ａ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結果、フィラメントコイルあるいはリードが溶断するという不具合が発生することを確実に防止することができる。
また、互いに異なる大きさの電流を各フィラメントに供給することによって隣り合うフィラメント体におけるリード間に電位差が生じた場合であっても、さらに放電抑制ガスが発光管内に封入されていることにより、放電抑制ガスが絶縁破壊電圧の高いものであるので、不所望な放電の発生を一層確実に防止することができる。
【００６７】
以上、本発明のフィラメントランプの実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、フィラメント体の数は限定されるものではなく、目的に応じて適宜に変更することができる。フィラメント体の数を多くすれば、被処理体に対する放射照度分布を一層精密に制御することができ、例えば、高精度の温度制御を要求される拡散工程を行う場合には、５個以上であることが好ましく、特にφ３００ｍｍ以上の大口径の半導体ウエハについての処理を行う場合には、７ないし９個であることが好ましい。
さらに、封止部に気密に埋設される導電性部材は、金属箔に限らず、板状体のものであってもよい。
【００６８】
以上のように、本発明のフィラメントランプは、発光管内に配設された複数のフィラメントの発光状態を独立に制御可能に構成されており、また、フィラメント体間で不所望な放電を発生させることなしに、フィラメント体に対して大電力を投入することが可能に構成されたものであることから、当該フィラメントランプの複数からなるランプユニットを構成することにより、光照射式加熱処理の加熱用光源として極めて有用なものとなる。以下、本発明の光照射式加熱処理装置について説明する。
【００６９】
＜光照射式加熱処理装置＞
図１３は、本発明の光照射式加熱処理装置の一例における構成の概略を示す正面断面図、図１４は、図１３に示す光照射式加熱処理装置の光源部を構成する第１のランプユニットおよび第２のランプユニットにおける、フィラメントランプの配列例を示す平面図である。
この光照射式加熱処理装置１００は、内部空間が例えば石英からなる窓板４によって上下に区画されてランプユニット収容空間Ｓ１および加熱処理空間Ｓ２が形成されたチャンバ３００を備えている。
【００７０】
ランプユニット収容空間Ｓ１には、例えば１０本の上記フィラメントランプ１０が、ランプ中心軸が互いに同一平面レベルに位置された状態で、所定の間隔で離間して並設されてなる第１のランプユニット２００Ａと、例えば１０本の上記フィラメントランプ１０が、ランプ中心軸が互いに同一平面レベルに位置された状態で、所定の間隔で離間して並設されてなる第２のランプユニット２００Ｂとが、上下方向に並んだ位置において互いに対向するように配置されている。
第１のランプユニット２００Ａを構成する各フィラメントランプ１０と、第２のランプユニット２００Ｂを構成する各フィラメントランプ１０とは、ランプ中心軸が互いに交差する状態とされている。
【００７１】
第１のランプユニット２００Ａの上方には、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂから上方に向けて照射された光を被処理体Ｗ側へ反射する反射鏡２０１が配置されている。
反射鏡２０１は、例えば無酸素銅からなる母材に金がコートされてなるものであり、反射断面が、例えば円の一部、楕円の一部、放物線の一部または平板状などから選ばれる形状を有する。
【００７２】
第１のランプユニット２００Ａの各フィラメントランプ１０は、一対の第１の固定台６５０、６５１により支持されている。
第１の固定台６５０，６５１は導電性部材からなる導電台６６と、セラミックス等の絶縁部材からなる保持台６７とにより構成されており、保持台６７は、チャンバ３００の内壁に設けられており、導電台６６を保持している。
第１のランプユニット２００Ａを構成するフィラメントランプ１０の本数をｎ１、フィラメントランプ１０が有するフィラメント体の個数をｍ１とするとき、各フィラメント体全てに独立に電力が供給される構成とされている場合には、ｎ１×ｍ１組の一対の第１の固定台６５０、６５１が必要とされる。
【００７３】
第２のランプユニット２００Ｂの各フィラメントランプ１０は、図示しない第２の固定台により支持されており、第２の固定台は、第１の固定台と同様に、導電台と保持台とにより構成されている。
第２のランプユニット２００Ｂを構成するフィラメントランプ１０の本数をｎ２、フィラメントランプ１０が有するフィラメント体の個数をｍ２とするとき、各フィラメント全てに独立に電力が供給される構成とされている場合には、ｎ２×ｍ２組の一対の第２の固定台が必要とされる。
【００７４】
チャンバ３００には、電源部７を構成する複数の給電装置の各々からの給電線が接続される一対の電源供給ポート７１、７２が設けられており、この一対の電源供給ポート７１、７２の組数は、フィラメントランプ１０の個数、各フィラメントランプ１０内のフィラメント体の個数等に応じて設定される。
この実施例においては、電源供給ポート７１は、第１のランプ固定台６５０の導電台６６と電気的に接続されており、この第１のランプ固定台６５０の導電台６６は、例えばフィラメントコイル１４ｂの他端部に連結されたリード１４ａに接続された外部リードと電気的に接続されている。
また、電源供給ポート７２は、第１のランプ固定台６５１の導電台６６と電気的に接続されており、この第１のランプ固定台６５１の導電台６６は、例えば、フィラメントコイル１４ｂの一端側に連結されたリード１４ｃに接続された外部リードと電気的に接続されている。
これにより、電源部７における給電装置７ａに対して、第１のランプユニット２００Ａにおける１つのフィラメントランプ１０に係るフィラメントコイル１４ｂが電気的に接続される。
また、このフィラメントランプ１０における他のフィラメントコイル１５ｂ，１６ｂについても、他の一対の電源供給ポート７１、７２より、各々、給電装置に対して同様の電気的接続がなされる。
そして、第１のランプユニット２００Ａを構成する他のフィラメントランプの各フィラメントコイルおよび第２のランプユニット２００Ｂを構成するフィラメントランプの各フィラメントコイルについても、各々、給電装置に対して同様の電気的接続がなされる。
このような構成とされていることにより、各フィラメントコイルを選択的に発光させることにより、あるいは各フィラメントコイルへの供給電力の大きさを個別に調整することにより、被処理体Ｗ上の放射照度分布を任意に、かつ、高精度に設定することができる。
【００７５】
この光照射式加熱処理装置１００においては、被処理体Ｗの加熱処理を行うに際して各フィラメントランプを冷却する冷却機構が設けられている。
具体的には、チャンバ３００の外部に設けられた冷却風ユニット８からの冷却風がチャンバ３００に設けられた冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２を介してランプユニット収容空間Ｓ１に導入され、当該冷却風が第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂにおける各フィラメントランプ１０に吹き付けられることにより、各フィラメントランプ１０を構成する発光管１１が冷却され、その後、熱交換により高温になった冷却風がチャンバ３００に形成された冷却風排出口８３から外部に排出される。
【００７６】
このような冷却機構は、各フィラメントランプ１０の封止部１２ａ、１２ｂは他の箇所に比して耐熱性が低いため、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２が、各フィラメントランプの封止部１２ａ、１２ｂに対向するよう形成され、各フィラメントランプの封止部１２ａ、１２ｂが優先的に冷却されるように構成されていることが望ましい。
なお、ランプユニット収容空間Ｓ１に導入される冷却風の流れは、熱交換されて高温になった冷却風が逆に各フィラメントランプを加熱しないよう、また、反射鏡２０１も同時に冷却するよう、設定されている。また、反射鏡２０１が図示を省略した水冷機構により水冷される構成のものである場合には、必ずしも反射鏡２０１も同時に冷却されるように冷却風の流れが設定されていなくともよい。
【００７７】
また、この光照射式加熱装置１００においては、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２が窓板４の近傍の位置にも形成されており、冷却風ユニット８からの冷却風によって窓板４が冷却される構成とされている。これにより、加熱される被処理体Ｗからの輻射熱によって蓄熱される窓板４から２次的に放射される熱線によって、被処理体Ｗが不所望な加熱作用を受けて被処理体Ｗの温度制御性の冗長化（例えば、設定温度より被処理物の温度が高温になるようなオーバーシュート）や、蓄熱される窓板４自体の温度ばらつきに起因した被処理体Ｗにおける温度均一性の低下、あるいは被処理体Ｗの降温速度の低下、などの不具合が発生することを確実に防止することができる。
【００７８】
チャンバ３００における加熱処理空間Ｓ２には、被処理体Ｗが固定される処理台５が設けられている。
処理台５は、例えば被処理体Ｗが半導体ウエハである場合には、モリブデンやタングステン、タンタルのような高融点金属材料やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのセラミック材料、または石英、シリコン（Ｓｉ）からなる薄板の環状体であって、その円形開口部の内周部に半導体ウエハを支持する段差部が形成されてなるガードリング構造のものにより構成されていることが好ましい。
処理台５は、処理台５それ自体も光照射によって高温とされるので、対面する半導体ウエハの外周縁が補助的に放射加熱され、これにより、半導体ウエハの外周縁からの熱放射などに起因する半導体ウエハの周縁部の温度低下が補償される。
【００７９】
処理台５に設置される被処理体Ｗの裏面側には、被処理体Ｗの温度分布をモニタするための、例えば熱電対や放射温度計よりなる温度測定部９１の複数が被処理体Ｗに当接或いは近接して設けられており、各温度測定部９１は温度計９に接続されている。ここに、温度測定部９１の個数および配置位置は、特に限定されるものではなく、被処理体Ｗの寸法に応じて設定することができる。
【００８０】
温度計９は、各温度測定部９１によりモニタされた温度情報に基づいて、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出するとともに、算出された温度情報を温度制御部９２を介して主制御部３に送出する機能を有する。
主制御部３は、被処理体Ｗ上の各測定地点における温度情報に基づいて、被処理体Ｗ上の温度が所定の温度で均一な分布状態となるように指令を温度制御部９２に送出する機能を有する。
温度制御部９２は、主制御部３からの指令に基づいて、電源部７からの各フィラメントランプのフィラメントコイルに供給される電力の大きさを制御する機能を有する。
【００８１】
主制御部３は、例えばある測定地点の温度が所定の温度に比して低いという温度情報を温度制御部９２から得た場合には、当該測定地点およびその近傍位置に対して光照射を行うフィラメントコイルから放射される光が増加するように、当該フィラメントコイルに対する給電量を増加させるよう温度制御部９２に対し指令を送出し、温度制御部９２は、主制御部３から送出された指令に基づいて、電源部７から当該フィラメントコイルに接続された電源供給ポート７１、７２に供給される電力を増加させる。
【００８２】
また、主制御部３は、ランプユニット２００Ａ、２００Ｂにおけるフィラメントランプ１０の点灯時において、冷却風ユニット８に指令を送出し、冷却風ユニット８は、この指令に基づいて、発光管１１および反射鏡２０１、窓板４が高温状態とならないよう冷却風を供給する。
【００８３】
この光照射式加熱処理装置１００においては、加熱処理の種類に応じたプロセスガスを加熱処理空間Ｓ２内に導入・排気するプロセスガスユニット８００が接続されている。
例えば、熱酸化プロセスを行う場合は、加熱処理空間Ｓ２に酸素ガス、および、加熱処理空間Ｓ２をパージするためのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入・排気するプロセスガスユニット８００が接続される。
プロセスガスユニット８００からのプロセスガス、パージガスはチャンバ３００に設けられたガス供給ノズル８４の吹出し口８５を介して加熱処理空間Ｓ２内に導入されると共に排出口８６を介して外部に排出される。
【００８４】
上記光照射式加熱処理装置１００においては、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂを構成する各フィラメントランプのフィラメントコイルの各々に対して適正な大きさに制御された電力が電源部７から供給されて点灯状態とされることにより、フィラメントランプから放射される光が、直接的にあるいは反射鏡２０１によって反射されて窓板４を介して加熱処理空間Ｓ２に設けられた被処理体Ｗに照射されて、被処理体Ｗの加熱処理が行われる。
【００８５】
而して、上記構成の光照射式加熱処理装置１００によれば、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂを構成するフィラメントランプが、隣り合うフィラメント体における互いに接近する部分同士で不所望な放電が発生することが防止された構成のものであるので、第１のランプユニット２００Ａおよび第２のランプユニット２００Ｂの各々は、発光管内において、複数のフィラメント体が発光管の長手方向に順次に並んで配置され、各フィラメントに対して独立に給電されるフィラメントランプ１０が複数並列に配置されて構成されていることにより、発光管の軸方向およびこれと垂直な方向の両方向について光強度分布の調整をすることができ、従って、被照射体Ｗの表面における放射照度分布を高精度に設定することができる。
【００８６】
例えばフィラメントランプの発光長よりも全長が短い狭小な特定領域のみに限定して、この特定領域上の放射照度を設定することができるので、この特定領域とその他の領域において、それぞれの特性に対応した放射照度分布を設定することができる。例えば、図１４に示す被処理体Ｗにおける、フィラメントランプ１０Ａとフィラメントランプ１０Ｂないし１０Ｃとが交差する箇所の直下の領域（「領域１」ともいう）の温度が、被処理体Ｗにおける他の領域（「領域２」ともいう）の温度に比して低いような場合、或いは、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ことがあらかじめ判明しているような場合には、フィラメントランプ１０Ａに係る各フィラメントコイルのうち、領域１に対応するフィラメントコイルへの給電量を増加させることにより、領域１と領域２との温度が均一となるように温度調整することができる。なお、図１４において、各フィラメントランプの内部に図示されている線分は、各フィラメントコイルの配置位置を示すものである。従って、被処理体Ｗの全体にわたって均一な温度分布で加熱処理を行うことができる。なお、図１４では、各フィラメントランプ１０内のフィラメントコイルの配置位置を１本の直線で示しているが、これは複数の並んだフィラメントコイルの総全長を示しており、複数のフィラメントコイルの１本１本の表示は省略してある。
【００８７】
また、ランプユニット２００Ａ，２００Ｂから所定の距離だけ離間した被処理体Ｗ上の放射照度分布を精密に、かつ、任意の分布に設定することができる結果、被処理体Ｗ上の放射照度分布を被処理体Ｗの形状に対して非対称に設定することも可能となる。従って、被処理体Ｗにおける場所的な温度変化の度合いの分布が被処理体Ｗの形状に対して非対称である場合においても、それに対応して、被処理体Ｗ上の放射照度分布を設定することができ、被処理体Ｗを均一な温度分布状態で加熱することができる。
【００８８】
さらに、フィラメントランプ１０が、フィラメント間に不所望な放電が発生することが確実に防止されて発光管内に配置される各フィラメント同士の離間距離を極めて小さくできる構成のものであることから、発光しない各フィラメント間の離間部の影響を小さくすることができ、被処理体上での照度分布の不所望なバラツキを極めて小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明のフィラメントランプの一例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
【図２】フィラメント体の一構成例を示す正面図である。
【図３】フィラメント体のリードとフィラメントとの連結部を示す拡大断面図である。
【図４】各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図５】複数のフィラメント体の各々に三相交流電力を供給する給電装置を用いた場合における、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図６】本発明のフィラメントランプの他の例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
【図７】図６に示すフィラメントランプにおける、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図８】本発明のフィラメントランプのさらに他の例における構成の概略を示す説明用斜視図である。
【図９】図８に示すフィラメントランプにおけるフィラメント体の構成例を示す正面図である。
【図１０】フィラメント体と支持部材との連結部を拡大して示す斜視図である。
【図１１】図８に示すフィラメントランプにおける、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図１２】複数のフィラメント体の各々に直流電力を供給する給電装置を用いた場合における、各フィラメント体と給電装置との結線状態の一例を概略的に示す説明図である。
【図１３】本発明の光照射式加熱処理装置の一例における構成の概略を示す正面断面図である。
【図１４】図１３に示す光照射式加熱処理装置の光源部を構成する第１のランプユニットおよび第２のランプユニットにおける、各フィラメントランプの配列例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０ フィラメントランプ
１１ 発光管
１２ａ，１２ｂ 封止部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ 金属箔
１４ 第１のフィラメント体
１５ 第２のフィラメント体
１６ 第３のフィラメント体
１４ａ，１５ａ，１６a リード
１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ フィラメントコイル
１４ｃ，１５ｃ，１６ｃ リード
１４０ａ，１４０ｃ 鉤状部
１４１ａ，１４１ｃ フィラメント連結部
１４２ａ，１４２ｃ リード本体部
１４３ａ，１４３ｃ 径方向部
１４４ａ，１４４ｃ Ｌ字状部
１４５ａ，１４５ｃ 球状部
１７ アンカー
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ 外部リード
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 支持部材
１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６ 切欠き部
１９７ 開口
２５ 絶縁管
７３ 給電装置
７４ａ，７４ｂ, ７４ｃ 電力制御手段
７５ 給電装置
７８ａ 第１の直流給電装置
７８ｂ 第２の直流給電装置
３ 主制御部
４ 窓板
５ 処理台
７ 電源部
７ａ 第１の給電装置
７１，７２ 一対の電源供給ポート
６５０、６５１ 一対の第１の固定台
６６ 導電台
６７ 保持台
８ 冷却風ユニット
８００ プロセスガスユニット
８１ 冷却風供給ノズル
８２ 吹出し口
８３ 冷却風排出口
８４ ガス供給ノズル
８５ 吹出し口
８６ 排出口
９ 温度計
９１ 温度測定部
９２ 温度制御部
１００ 光照射式加熱処理装置
２００Ａ 第１のランプユニット
２００Ｂ 第２のランプユニット
２０１ 反射鏡
３００ チャンバ
Ｓ１ ランプユニット収容空間
Ｓ２ 加熱処理空間
Ｗ 被処理体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、
給電機構は交流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同位相となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とするフィラメントランプ。
【請求項２】
給電機構は、各フィラメント体に対して三相交流電力を供給するものであることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントランプ。
【請求項３】
少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、
給電機構は直流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同極性となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とするフィラメントランプ。
【請求項４】
放電抑制ガスが発光管内に封入されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフィラメントランプ。
【請求項５】
各フィラメント体におけるリードは、フィラメントのコイルピッチ間に挟まれた状態で当該フィラメントの径方向外方に突出して伸びるよう係合される、先端部がフィラメントのコイル軸方向に伸びる径方向部分を有する鉤状部を備えてなり、
隣接するフィラメントの互いに接近する端部に連結されたリードの各々が当該リードにおける鉤状部が係合される被係合部による位置決め機構が形成された共通の支持部材によって支持されることにより、フィラメントが発光管に対して位置決めされており、
前記支持部材を挟んで互いに対向して伸びる各々の鉤状部の先端には、球状部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフィラメントランプ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフィラメントランプが複数本並列配置されて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体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする光照射式加熱処理装置。
【請求項１】
少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、
給電機構は交流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同位相となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とするフィラメントランプ。
【請求項２】
給電機構は、各フィラメント体に対して三相交流電力を供給するものであることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントランプ。
【請求項３】
少なくとも一端に封止部が形成された直管状の発光管の内部に、各々コイル状のフィラメントと当該フィラメントに電力を供給するリードとが連結されてなるフィラメント体の複数が、各フィラメントが発光管の管軸方向に伸びるよう、管軸方向に順次に並んで配設され、各フィラメント体におけるリードの各々が封止部に配設された複数の導電性部材の各々に対して電気的に接続されてなり、各フィラメントに対してそれぞれ独立に電力を供給する給電機構を備えたフィラメントランプであって、
給電機構は直流電力供給源であって、隣り合うフィラメント体の互いに接近する端部同士が同極性となるよう、前記導電性部材に結線されていることを特徴とするフィラメントランプ。
【請求項４】
放電抑制ガスが発光管内に封入されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフィラメントランプ。
【請求項５】
各フィラメント体におけるリードは、フィラメントのコイルピッチ間に挟まれた状態で当該フィラメントの径方向外方に突出して伸びるよう係合される、先端部がフィラメントのコイル軸方向に伸びる径方向部分を有する鉤状部を備えてなり、
隣接するフィラメントの互いに接近する端部に連結されたリードの各々が当該リードにおける鉤状部が係合される被係合部による位置決め機構が形成された共通の支持部材によって支持されることにより、フィラメントが発光管に対して位置決めされており、
前記支持部材を挟んで互いに対向して伸びる各々の鉤状部の先端には、球状部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフィラメントランプ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフィラメントランプが複数本並列配置されて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体に照射して被処理体を加熱することを特徴とする光照射式加熱処理装置。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２００８−５３０３５（Ｐ２００８−５３０３５Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２７８３３（Ｐ２００６−２２７８３３）
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【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２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【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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