説明

フィラメントランプ

【課題】熱処理される基板状の被処理物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ったり、場所的な温度変化の度合いが特定領域で異なる場合においても、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可能な光照射式加熱処理装置に用い、また多数の金属箔を封止部に埋設した場合でもシール不良等のない信頼性の高いフィラメントランプを提供することを目的とする。
【解決手段】封止部を棒状のシール用絶縁体を配設するとともに、複数の前記導電性部材を当該シール用絶縁体の外周に間隔を設けて配列し、前記発光管と前記シール用絶縁体とが両者間に導電性部材を介して気密にシールされてい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、フィラメントランプに係り、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フィラメントランプに係る。
【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(以下、単に加熱装置ともいう)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エハの加熱用熱源として使用した場合、抵抗加熱法に比して被処理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(シリコンウエハ)であるとき、半導体ウエハを1050℃以上に加熱する際、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】
ここで、光照射式加熱処理において、例えば、半導体ウエハ全面の物理特性が均一である場合に半導体ウエハ全面での放射照度が均一になるように光照射を行っても半導体ウエハの温度は均一とはならず、半導体ウエハ周辺部の温度が低くなる。これは、半導体ウエハの周辺部において、半導体ウエハ側面等から熱が放射されるためである。このような熱放出の結果、半導体ウエハには温度分布が生じる。
上記したように、半導体ウエハを1050℃以上に加熱する際、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が発生する。
【0006】
従って、半導体ウエハの温度分布を均一にするには、半導体ウエハ側面等からの熱放射による温度低下を補償するために、ウエハ周辺部表面における放射照度を、ウエハ中央部表面における放射照度よりも大きくなるように、光照射をすることが好ましい。
【0007】
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エ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6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。
【0008】
図7は、上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、被処理物の周辺部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し、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設定する。これにより、被処理物の周辺部での放熱作用による温度低下の分を補償し、被処理物の中央部と周辺部との温度差を小さくして、被処理物の温度分布を均一にすることが可能である。
【特許文献1】特開平7−37833号
【特許文献2】特開2002−203804号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
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エハである場合、半導体ウエハ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ることが一般的である。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、ウエハ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い。
不純物イオン密度を例に取ると、例えば、図7に示すように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で、不純物イオン密度が変化するような場合がある。このような特定領域とその他の領域において同一の放射照度となるように光照射しても、上記特定領域およびその他の領域とでは、温度上昇速度に差異が生じることがあり、上記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しない。
【0010】
上記従来の加熱装置によれば、被処理物の周辺部における熱放射による温度低下の影響を補償して周辺部での温度低下を防止し、被処理物の温度分布を均一にすることは比較的容易である。しかしながら、例えば図7に示すように、全長がランプの発光長よりも短いような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、上記特定領域以外の領域も光照射されてしまう。そのため、上記特定領域およびその他の領域とが適切な温度状態となるように制御することができない。すなわち、例えば、両者の温度が均一となるように上記狭小な特定領域における放射照度を制御することはできない。
よって、被処理物の処理温度に不所望な温度分布が生じることになり、光加熱処理後、被処理物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。
【0011】
ここで、例えば特許文献2には、図8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エ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。
【0012】
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。
【0013】
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、被処理体における狭小な特定領域が半導体ウエハの中心に対して中心対称である場合については温度制御が可能である。しかし、特定領域が半導体ウエハの中心に対して中心対称でない場合については、被処理物である半導体ウエハを回転させているので、上記の問題点を良好に解決することはできない。
【0014】
また、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。具体的には、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ことから、個々のランプは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温度分布が生じるものと考えられる。
【0015】
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。
【0016】
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、小スペース化の観点からは好ましくない。
【0017】
発明者らは、後述するように、従来とは全く異なる構造のフィラメントランプおよびこのフィラメントランプを用いた光照射式加熱処理装置を発明した。この光照射式加熱処理装置によれば、上記したような、従来の光照射式加熱処理装置の問題点を克服することが可能となった。
【0018】
すなわち、本発明は、熱処理される基板状の被処理物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ったり、場所的な温度変化の度合いが特定領域で異なる場合においても、被処理物を均一に加熱することができるとともに、また小型化可能な光照射式加熱処理装置に用いるフィラメントランプを提供することを目的とする。
本発明は、特に、上記した光照射式加熱処理装置に用いるフィラメントランプにおいて、多数の金属箔を封止部に埋設した場合においても、シール不良等の不具合を生じないことにより、信頼性の高いフィラメントランプ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】
【0019】
図9は、本発明のフィラメントランプの基本構成を説明するための斜視図である。本発明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なっている。このようなフィラメントランプを並列に配列した光源部を有する光照射式加熱処理装置を用いれば、従来の発光管内に1つフィラメントを有するフィラメントランプを使用する場合と比較すると、複数のフィラメントに対して個別に給電できることから、基板状の被処理物上における特定領域が基板形状に対し非対称である場合においても、当該特定領域に対して所望の光強度で光照射することが可能となる。よって、本発明は、熱処理される基板状の被処理物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、被処理物を均一に加熱することが可能となる。そのため、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。さらに例えば特許文献2に記載されているU字形状を有するランプを使用する光照射式加熱処理装置比較したとき、本発明の光照射式加熱処理装置は、使用するフィラメントランプを直管状にすることが可能なのでU字形状ランプの垂直部に対応するスペースが不要となり、小型化することができる。
【0020】
図9に示す本発明のフィラメントランプの基本構成について、詳細に説明する。本発明のフィラメントランプの発光管の両端には、金属箔が埋設された封止部が形成されている。発光管内には、フィラメントとフィラメントに給電するためのリードとから構成されるフィラメント体が複数配設されている(図9は2個)。ここで、各フィラメント体は、発光管内に複数配設した際、フィラメントが発光管の長手方向に順次配置されるように構成されている。
【0021】
発光管の長手方向に順次配置されたフィラメントの間には、例えば石英ガラスからなる絶縁体が配設されている。
図9において、一方のフィラメント体におけるフィラメントの一端に繋がるリードは、絶縁体に設けられた貫通穴を通過し、他方のフィラメント体のフィラメントと対向する箇所の外側が絶縁管で被覆され、発光管の一端側の封止部に埋設された金属箔に電気的に接続されている。
一方のフィラメント体におけるフィラメントの他端に繋がるリードは、発光管の他端側の封止部に埋設された金属箔に電気的に接続されている。
【0022】
同様に、他方のフィラメント体におけるフィラメントの一端に繋がるリードは、絶縁体に設けられた貫通穴を通過するとともに、一方のフィラメント体のフィラメントと対向する箇所の外側が絶縁管で被覆され、発光管の他端側の封止部に埋設された金属箔に電気的に接続されている。他方のフィラメント体におけるフィラメントの他端に繋がるリードは、発光管の一端側の封止部に埋設された金属箔に電気的に接続されている。
【0023】
封止部に埋設された金属箔において、フィラメント体のリードが接続された端部とは反対側の端部には、封止部から外部に突出するように外部リードが接続されている。よって、各フィラメント体には金属箔を介して2本の外部リードが連結される。
給電装置は、外部リードを介して各フィラメント毎に接続される。これにより、本発明のフィラメントランプは、各フィラメント体におけるフィラメントに個別に給電可能となっている。
【0024】
ここで、図9に示すフィラメントランプによれば、以下のような問題点があった。
フィラメントランプは、ピンチシールによって、その両端部が封止されている。ピンチシールは、例えば、外部リードとフィラメント体のリードを金属箔に対して溶接した後、外部リードを固定して金属箔の位置する発光管端部をバーナーで焼き、所望のシール部形状に製作された金型で、両側より金属箔を挟み込むことによって行われる。
ところで、本発明者らが考案した図9に示すフィラメントランプにおいては、発光管の端部に形成された封止部には、複数のフィラメントに独立に給電するため、フィラメントの個数の2倍の数の金属箔が埋設されている。従って、フィラメントの個数を増やそうとすると必然的に金属箔の個数が増加することとなる。
そして、図9に示すフィラメントランプにおいて多数の金属箔が必要になった場合(例えば、4枚以上)には、金属箔はフィラメントへの給電によって溶断することのないようにある程度の断面積を有する必要があり、かつ、個々の金属箔が他の金属箔と電気的に絶縁されている必要があることから、矩形状の封止部に多数の金属箔をピンチシールさせようとすると、金属箔がシールされる領域も大きくなる。これにより、製造上困難となったり、リーク等のシール不良が生じやすくなる場合があった。リーク等のシール不良が生じると、フィラメントランプの発光管内に大気が混入し、フィラメントが酸化して断線する不具合を起こしたり、同様に、混入した大気により金属箔が酸化して膨張することにより封止部の石英ガラスを押し広げ、最終的には発光管が破損するという不具合を起こすことによって、フィラメントランプが使用不能な状態になる、という問題がある。
多数の金属箔が必要になるのは、例えば、半導体ウェハ加熱のより高精度な場所的分布制御の必要性という場合が考えられる。
そして、本発明者は、このようなシール不良等の不具合の生じないシール構造を有することにより信頼性の高いフィラメントランプを提供するために検討を積重ねたことによって、後述するように、本発明を完成した。
【0025】
すなわち、本発明は、発光管の内部に、フィラメントとこの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が、発光管の管軸に沿って複数配設され、前記発光管の端部に、前記複数のフィラメント体のそれぞれに対し電気的に接続された導電性部材が複数配設されてなる封止部が設けられたフィラメントランプであって、前記封止部は、棒状のシール用絶縁体を配設するとともに、複数の前記導電性部材を当該シール用絶縁体の外周に間隔を設けて配列し、前記発光管と前記シール用絶縁体とが両者間に導電性部材を介して気密にシールされていることを特徴とする。
【0026】
さらに、前記フィラメントランプにおいて、前記導電性部材は、前記フィラメント体に電気的に接続された金属箔と当該金属箔に電気的に接続された外部リードとを少なくとも備え、
前記シール用絶縁体は、前記外部リードの位置決め開口が形成されていることを特徴とする。ここで、「位置決め開口」とは、有底穴、切欠きを含む。
【0027】
さらに、前記シール用絶縁体の少なくとも前記フィラメント体側の端部に、テーパー部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0028】
本発明のフィラメントランプによれば、発光管の内部に、フィラメントとこの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が、発光管の管軸に沿って複数配設され、発光管の端部に設けられた、複数のフィラメント体のそれぞれに対し電気的に接続された導電性部材が複数配設されてなる封止部が、棒状のシール用絶縁体を配設するとともに、複数の前記導電性部材を当該シール用絶縁体の外周に間隔を設けて配列し、前記発光管と前記シール用絶縁体とが両者間に導電性部材を介して気密にシールされている構造であるため、多数の金属箔を間隔を設けて同一周上に配置することが可能となる。また、図9に示すフィラメントランプの如く矩形状の封止部に多数の金属箔を配置する場合に比して、封止部全体の大きさを小さくできることから、シール不良等の不具合が生じることなく、信頼性の高いフィラメントランプを提供することが出来る。
【0029】
さらに、シール用絶縁体は、外部リードの位置決め開口が形成されているため、外部リードの位置を所定の位置に位置決めすることができる。
【0030】
さらに、シール用絶縁体の少なくともフィラメント体側の端部に、テーパー部が形成されているため、導電性部材を介して発光管とシール用絶縁体とが気密にシールされて成る封止部の端部において、発光管およびシール用絶縁体を構成する石英ガラスの肉厚が厚くすることができ、これにより、シールの信頼性を高めることができる。
【0031】
また、本発明の光照射式加熱処理装置によれば、以下の効果を奏することができる。
上記したように、本発明の光照射式加熱処理装置は、光源部であるランプユニットを上記フィラメントランプが複数本並列配置して構成しているので、従来、発光管内に1つのフィラメントのみ有するフィラメントランプの光源部から放射される光強度分布の設定が、発光管の軸方向と垂直な方向についてのみ調整可能であったのに対し、発光管の軸方向についても調整可能である。よって、被照射物表面における放射照度分布も、2次元方向に高精度に設定することが可能となる。
【0032】
よって、例えば、従来の光照射式加熱処理装置の光源部に用いていた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に対しても、この特定領域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可能となる。また、被処理物上の放射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も可能となる。
すなわち、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放射照度分布を精密、かつ、任意の分布に設定することが可能となる。
【0033】
よって、上記特定領域およびその他の領域の温度が均一となるように制御したり、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対応して、被処理物上の照度分布を設定し、被処理物を例えば均一に加熱することが可能となる。
【0034】
さらに、U字形状を有するランプを使用する従来例に比べ、本発明の光照射式加熱処理装置においては、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フィラメントランプを使用することから、発光しない空間であるフィラメントの離間部の影響を最小にすることができ、被処理物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。また、加熱装置の高さ方向においてランプの垂直部が無いためこれに対応するランプユニット内のスペースが不要となり、加熱装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
〔A.フィラメントランプの構成〕
図1は、本発明のフィラメントランプの実施形態の一例を示す。図1(a)は斜視図であり、図1(b)は図1(a)に示すA−A´線で切断した断面図である。
フィラメントランプ1は、例えば石英ガラス等の光透過性材料からなり、その管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を備えている。「長円形状」とは、図1(b)に示すように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が、長円形状を採用することにより、後述のフィラメント体と絶縁管を図1(b)に示すa方向に容易に配設することができる。発光管11は、内部にハロゲンガスが導入されるとともに、3つのフィラメント体13a、13b、13cが配設され、両端近傍の内部に棒状のシール用絶縁体12aおよび12bが配設されている。
【0036】
フィラメント体13a、13b、13cのそれぞれに対しては、一端側に導電性部材150a、150b、150cが電気的に接続され、他端側に導電性部材150d、150e、150fが電気的に接続されている。
図1に示すフィラメントランプおいては、導電性部材150aは、後述のリード132bに電気的に接続された内部リード15aと、内部リード15aに電気的に接続された金属箔18a、金属箔18aに電気的に接続された外部リード17aから構成されている。その他の導電性部材150bないし150fについても、150aと同様に、それぞれ内部リード、金属箔、外部リードから構成されている。なお、内部リード15aないし15fはランプ製作加工上の容易性や加工工程の区切り等の理由から設けられているが、フィラメントの定格電力が小さくリード線の素線径が比較的細くて良い場合等で溶接等の製作加工上の取り扱いが容易な場合は内部リードを使用せず、リード132bを直接金属箔18aに接続する構造としても良い。即ち、上記導電性部材150aはリード132bに電気的に接続された金属箔18a、金属箔18aに電気的に接続された外部リード17aから構成されることとしても良い。その他の導電性部材150bないし150fについても150aと同様である。
本発明のフィラメントランプにおける導電性部材は、フィラメント体と後述の給電装置
の両者間に介在して両者に電気的に接続されることで、フィラメント体への給電を行なう機能と、後述するように発光管とシール用絶縁体との両者間に介在することによって気密にシールする機能を有する。図1に示すフィラメントランプでは、一例として後述するように、金属箔を介して発光管とシール用絶縁体とが気密にシールされているが、導電性部材は必ずしも内部リード、金属箔、外部リードの3者からなる必要はない。導電性部材のその他の例として、上記したように内部リードを省略し、後述するフィラメント体のリードと金属箔とを電気的に接続しても良い。また、フィラメント体に対し、発光管の外部に導出する1本の棒状体あるいは1枚の金属箔を接続し、当該棒状体あるいは金属箔の一部分をシールする構造を採用することもできる。
【0037】
シール用絶縁体12aは、その周面上に、3つの導電性部材150a、150b、150cのうち、金属箔18a、18b、18cが概ね等間隔にてシール用絶縁体12aの長手方向に沿って平行に配設されている。金属箔18aは内部リード15aおよび外部リード17aに接続され、金属箔18bは内部リード15bおよび外部リード17bに接続され、金属箔18cは内部リード15cおよび外部リード17cに接続されている。
シール用絶縁体12bは、その周面上に、3つの導電性部材150d、150e、150fのうち、金属箔18d、18e、18fが概ね等間隔にてシール用絶縁体12bの長手方向に沿って平行に配設されている。金属箔18dは内部リード15dおよび外部リード17dに接続され、金属箔18eは内部リード15eおよび外部リード17eに接続され、金属箔18fは内部リード15fおよび外部リード17fに接続されている。
【0038】
フィラメント体13aは、フィラメント131a、フィラメント131aの一端に繋がるリード132a、およびフィラメント131aの他端に繋がるリード133aから構成されている。フィラメント体13bは、フィラメント131b、リード132bおよびリード133bからなり、フィラメント体13cは、フィラメント131c、リード132cおよびリード133cからなる。フィラメント131a、131bおよび131cは、同一軸上に配置されている方が好ましいが、反射ミラー等の光学素子を併用する等で各フィラメントの位置のずれを補償できる場合や、被照射物とランプの距離が比較的離れており被照射物とランプの距離に比べて各フィラメントの位置ずれが十分に小さく照度分布に影響しない等の場合は同一軸上に配置されていなくても良い。
【0039】
各フィラメント131a、131bおよび131cは、発光管11の内壁と絶縁管16との間に挟まれるように設けられた環状のアンカー19によって、発光管11と接触しないように支持されている。ここで、フィラメント発光時にフィラメント131と発光管11内壁とが接触すると、接触部分における発光管11の光透過性はフィラメント131の熱により損なわれる。アンカー19は、こういった不具合を防止するためのものである。アンカー19は、各フィラメントに対して発光管の長手方向に複数個配設される。また、フィラメントランプを製作するとき、複数のフィラメント体が発光管内に容易に挿入されるように、アンカーは、ある程度弾性を有している。
【0040】
シール用絶縁体12aとフィラメント131aとの間、フィラメント131aと131bとの間、フィラメント131bと131cとの間、およびフィラメント131cとシール用絶縁体12bとの間には、それぞれ、石英ガラスからなる仕切板14a、14b、14cおよび14dが設けられている。絶縁体14a、14b、14cおよび14dは、フィラメント体13a、13bおよび13cが接触することを防止するためのものであり、それぞれ3つの貫通穴が形成されている。
【0041】
フィラメント体13aにおけるリード132aは、仕切板14aに設けられた貫通穴141aに挿通され、シール用絶縁体12aに配置された内部リード15cに接続されている。フィラメント体13aにおけるリード133aは、仕切板14bに設けられた貫通穴141b、フィラメント131bと対向する絶縁管16b、仕切板14cに設けられた貫通穴142c、フィラメント131cと対向する絶縁管16c、および仕切板14dに設けられた貫通穴142dに挿通され、シール用絶縁体12bに配置された内部リード15dに接続されている。
フィラメント体13bにおけるリード132bは、仕切板14bに設けられた貫通穴142bに挿通され、フィラメント131aと対向する絶縁管16aに挿通され、仕切板14aに設けられた貫通穴142aに挿通され、シール用絶縁体12aに配置された内部リード15aに接続されている。フィラメント体13bにおけるリード133bは、仕切板14cに設けられた貫通穴141cに挿通され、フィラメント131cと対向する絶縁管16fに挿通され、仕切板14dに設けられた貫通穴143dに挿通され、シール用絶縁体12bに配置された内部リード15eに接続されている。
フィラメント体13cにおけるリード132cは、仕切板14cに設けられた貫通穴143cに挿通され、フィラメント131bと対向する絶縁管16eに挿通され、仕切板14bに設けられた貫通穴143bに挿通され、フィラメント131aと対向する絶縁管16dに挿通され、仕切板14aに設けられた貫通穴143aに挿通され、シール用絶縁体12aに配置された内部リード15bに接続されている。フィラメント体13cにおけるリード133cは、仕切板14dに設けられた貫通穴141dに挿通され、シール用絶縁体12bに配置された内部リード15fに接続されている。
【0042】
図2は、シール用絶縁体12aの近傍における拡大断面図である。図2(a)は、シール構造の第1の例を示すためのフィラメントランプの長手方向における要部拡大断面図である。図2(b)は、図2(a)に示すB−B´線で切断した径方向断面図である。
図2(c)ないし図2(e)はシール構造の第2の例を示す図である。図2(c)は、フィラメントランプの長手方向における要部拡大断面図であり、図2(d)、(e)は図2(c)に示すC−C´線、D−D´線で切断した径方向断面図である。
図2(f)、(g)は、シール構造の第3、第4の例を示すためのフィラメントランプの長手方向における要部拡大断面図である。
シール用絶縁体は、例えば石英ガラスなどの絶縁材料からなる。
【0043】
図2(a)に示すように、シール用絶縁体12aは、その外周に金属箔18a、が概ねシール用絶縁体12aの長手方向に沿って平行に配設されている。金属箔18aは、内部リード15aおよび外部リード17aに接続されている。また、金属箔18aは、シール用絶縁体12aよりも全長が短い。
こうすることによって、内部リード15a、外部リード17a、金属箔18aの全てをシールすることができ、金属箔18aが外部に曝されることがない。従って、作業中の不注意等で、30μm程度と厚みの薄い金属箔18aが切れることによりフィラメントランプを点灯できなくなる、という不具合が生じない。
なお、図2(a)では図示を省略しているが、シール用絶縁体12aには、図1に示す内部リード15b、金属箔18bおよび外部リード17bと、内部リード15c、金属箔18cおよび外部リード17cとが、内部リード15a、金属箔18aおよび外部リード17aと同様に配置されている。内部リード15b、金属箔18bおよび外部リード17bと、内部リード15c、金属箔18cおよび外部リード17cとは、内部リード15a、金属箔18aおよび外部リード17aと同様の形状・全長を有する。
シール用絶縁体12bについてもシール用絶縁体12aと同じ構成である。
【0044】
発光管11とシール用絶縁体12aとは、シール用絶縁体12aが配置されている箇所に対応する発光管11の外周をバーナー等で加熱することにより、図2(b)に示すように、金属箔18a、18b、18cを介して気密にシールされている。シール用絶縁体12aの外径は発光管11の内径に比して小さいため、発光管11は、シール用絶縁体12aと密着している部分、すなわち封止部において縮径している。
【0045】
シール構造の第2の例は、図2(c)、(d)に示すように、円柱状のシール用絶縁体12aに設けられた切欠き121a、121b、121cに対して、内部リード15a、15b、15cが配置されている。さらに、図2(c)、(e)に示すように、シール用絶縁体12aに設けられた切欠き122a、122b、122cに対して、外部リード17a、17b、17cが配置されている。金属箔18aの両端には、内部リード15a、外部リード17aが電気的に接続され、金属箔18bの両端には、内部リード15b、外部リード17bが電気的に接続され、金属箔18cの両端には、内部リード15c、外部リード17cが電気的に接続されている。金属箔18a、18b、18cの全長は、シール用絶縁体12aよりも短い。なお、シール用絶縁体12bについてもシール用絶縁体12aと同じ構成である。
こうすることにより、切欠き121a、121b、121cによって内部リード15a、15b、15cの位置が決定され、切欠き122a、122b、122cによって外部リード17a、17b、17cの位置が決定される、という利点がある。
なお、シール用絶縁体12aは、内部リード15a、15b、15cを配置するための切欠き(シール用絶縁体12aにおいては121a、121b、121c)を省略することもできる。シール用絶縁体12bも同様に、内部リード15d、15e、15fを配置するための切欠きを省略することもできる。
【0046】
シール構造の第3の例は、図2(f)に示すように、両端にテーパー部123aおよび124aが設けられた構造のシール用絶縁体12aを使用する。内部リード15aおよび外部リード17aは、シール用絶縁体12aのテーパー部の形状に対応して屈曲した形状を有する。このような内部リード15aおよび外部リード17aが、シール用絶縁体12aのテーパー部123aおよび124aに沿って設けられている。シール用絶縁体12aの外周面に配設された金属箔18aの両端に、内部リード15aおよび外部リード17aが接続されている。金属箔18aの全長は、シール用絶縁体12aよりも短い。
シール用絶縁体12aの両端にテーパー部を設けるのは、シール部端部の発光管肉厚を厚くすることが出来るため、シールの信頼性を上げることができる、という理由による。また、シール用絶縁体12aには、より圧力の高くなるフィラメント体側(図において左方)にのみテーパー部が設けられていても良い。
なお、シール用絶縁体12aには、図1に示す内部リード15b、金属箔18bおよび外部リード17bと、内部リード15c、金属箔18cおよび外部リード17cとが、内部リード15a、金属箔18aおよび外部リード17aと同様に設けられている。シール用絶縁体12bについてもシール用絶縁体12aと同じ構成である。
【0047】
シール構造の第4の例は、図2(g)に示すように、両端にテーパー部123aおよび124aが設けられたシール用絶縁体12aと、シール用絶縁体12aよりも全長の長い金属箔18aを使用する。
シール用絶縁体12aは、フィラメント体側の面に形成された有底穴125aに対して内部リード15aが差込まれて固定され、発光管外方側の面に形成された有底穴126aに対して外部リード17aが差込まれて固定されている。こうすることにより、有底穴125aの深さによって内部リード15aの位置が決定され、有底穴126aの深さによって外部リード17aの位置が決定される。
なお、シール用絶縁体12aには、図1に示す内部リード15b、金属箔18bおよび外部リード17bと、内部リード15c、金属箔18cおよび外部リード17cとが、内部リード15a、金属箔18aおよび外部リード17aと同様に設けられている。シール用絶縁体12bについてもシール用絶縁体12aと同じ構成である。
【0048】
フィラメントランプ1は、各フィラメント体13a、13b、13cに対しそれぞれ給電することが可能となるように、発光管11の両端部から外方に突出している外部リード17a、17b、17c、17d、17eおよび17fに対し、給電装置7a、7b、7cが接続されている。詳細には、図1に示すように給電装置7aが外部リード17aと17eの間に接続され、給電装置7bが外部リード17bと17fの間に接続され、給電装置7cが外部リード17cと17dの間に接続されている。
【0049】
なお、図1に示す例では、発光管内に3個のフィラメント体が配置された構造を示したが、必要に応じてフィラメント体の個数を増減させることができ、特に、フィラメント体の個数が多い場合、本発明の構造はシール用絶縁体の周面にそって多数の金属箔を配置できることから有効である。
【0050】
図3は、本発明のフィラメントランプの他の実施形態を説明するための図である。具体的な構成については以下に説明するが、図1に示すフィラメントランプとは発光管の一端のみから外部リードが突出している点で相違している。
フィラメントランプ2は、発光管21内に、2個のフィラメント体23a、23bと、各フィラメント体に電気的に繋がる給電線30aおよび30bと、絶縁体24a、24b、24cと、絶縁管26a、26b、26c、26d、26e、26fと、アンカー29a、29bが配設されている。また、発光管21の両端近傍にシール用絶縁体22a、22bが配設されている。シール用絶縁体22a、22bが配設された箇所において、発光管21とシール用絶縁体22aおよび22bとが、シール用絶縁体22aおよび22bの外周に配置された金属箔を介して気密にシールされた封止部が形成されている。
【0051】
図3に示すフィラメントランプは、フィラメント体23a、23bのそれぞれに対して、導電性部材250a、250b、250c、250dが電気的に接続されている。
図3に示すフィラメントランプおいては、導電性部材250aは、フィラメント体23a(リード232a)の一端に電気的に接続された内部リード25aと、内部リード25aに電気的に接続された金属箔28aと、金属箔28aに電気的に接続された外部リード27aとから構成される。
導電性部材250bは、フィラメント体23b(リード232b)の一端に電気的に接続された内部リード25bと、内部リード25bに電気的に接続された金属箔28bと、金属箔28bに電気的に接続された外部リード27bとから構成される。
導電性部材250cは、給電線30bに電気的に接続された内部リード25cと、内部リード25cに電気的に接続された金属箔28cと、金属箔28cに電気的に接続された外部リード27cとから構成される。
導電性部材250dは、給電線30aと電気的に接続された内部リード25dと、内部リード25dに電気的に接続された金属箔28dと、金属箔28dに電気的に接続された外部リード27dとから構成される。
図3に示すフィラメントランプにおいても、図1に示すフィラメントランプと同様に、導電性部材は、必ずしも内部リード、金属箔、外部リードの3者から構成される必要はなく、金属箔と外部リードの2者から構成されても良い。
【0052】
シール用絶縁体22aは、フィラメント体側の端面に設けられた4つの有底穴に対し、それぞれ内部リード25a、25b、25c、25dが差込まれて固定され、発光管外方側の端面に設けられた4つの有底穴に対し、それぞれ外部リード27a、27b、27cおよび27dが差込まれて固定されている。シール用絶縁体12aの外周には、4枚の金属箔28a、28b、28cおよび28dが概ね等間隔にてシール用絶縁体12aの長手方向に沿って配置されている。金属箔28aは内部リード25aおよび外部リード27aに接続され、金属箔28bは内部リード25bおよび外部リード27bに接続され、金属箔28cは内部リード25cおよび外部リード27cに接続され、金属箔28dは内部リード25dおよび外部リード27dに接続されている。
シール用絶縁体22bは、フィラメント体側の端面に設けられた4つの有底穴に対し、それぞれ内部リード25e、25f、25g、25hが差込まれて固定され、発光管外方側の端面に設けられた有底穴に対し、導電性連結部31aおよび31bが固定されている。金属箔28eと28fが導電性連結部31aに接続されることにより、内部リード25eと25fとが電気的に接続されている。また、金属箔28gと28hが導電性連結部31bに接続されることにより、内部リード25gと25hとが電気的に接続されている。
【0053】
フィラメント体23aは、フィラメント231a、フィラメント231aの一端に繋がるリード232a、およびフィラメント231aの他端に繋がるリード233aとから構成されている。フィラメント体23bは、フィラメント体23aと同様に、フィラメント231b、リード232b、リード233bとからなる。フィラメント231aと231bは同一軸上に配置されている方が好ましいが、反射ミラー等の光学素子を併用する等で各フィラメントの位置のずれを補償できる場合や、被照射物とランプの距離が比較的離れており被照射物とランプの距離に比べて各フィラメントの位置ずれが十分に小さく照度分布に影響しない等の場合は同一軸上に配置されていなくても良い。
【0054】
絶縁体24a、24bおよび24cは、各フィラメント体におけるリード232a、233a、232bおよび233bと、各給電線30a、30bと、を通過させるための貫通穴がそれぞれ4個設けられている。絶縁体24aは、フィラメント231aとシール用絶縁体22aとの間に配置され、絶縁体24bは、フィラメント231aとフィラメント231bとの間に配置され、絶縁体24cは、フィラメント231bとシール用絶縁体22bとの間に配置されている。
【0055】
フィラメント体23aにおけるリード232aは、絶縁体24aに設けられた貫通穴241aに挿通され、シール用絶縁体12aに差込まれて固定された内部リード25aに接続されている。フィラメント体23aにおけるリード233aは、絶縁体24bに設けられた貫通穴241b、フィラメント231bと対向して配置された絶縁管26f、および絶縁体24cに設けられた貫通穴244cに挿通され、シール用絶縁体12bに差込まれて固定された内部リード25hに接続されている。
給電線30aは、一端がシール用絶縁体12bに固定された内部リード25gに接続され、他端が絶縁体24cに設けられた貫通穴243c、フィラメント231bと対向する絶縁管26d、絶縁体24bに設けられた貫通穴244b、フィラメント231aと対向する絶縁管26c、および絶縁体24aに設けられた貫通穴244aの順に挿通され、シール用絶縁体12aに固定された内部リード25dに固定されている。
内部リード25gと25hとが電気的に接続されていることにより、フィラメント体23aと給電線30aとは電気的に接続されている。
【0056】
フィラメント体23bにおけるリード232bは、絶縁体24bに設けられた貫通穴242b、フィラメント231aと対向する絶縁管26b、および絶縁体24aに設けられた貫通穴242aの順に挿通され、シール用絶縁体12aに差込まれて固定された内部リード25bに接続されている。フィラメント体23bにおけるリード233bは、絶縁体24cに設けられた貫通穴241cに挿通され、シール用絶縁体12bに差込まれて固定された内部リード25eに接続されている。
給電線30bは、一端がシール用絶縁体22bに差込まれて固定された内部リード25fに接続され、絶縁体24cに設けられた貫通穴242c、フィラメント231bと対向する絶縁管26e、絶縁体24bに設けられた貫通穴243b、およびフィラメント231aと対向する絶縁管26a、および絶縁体24aに設けられた貫通穴243aの順に挿通され、シール用絶縁体22aに差込まれて固定された内部リード25cに接続されている。
内部リード25eと25fとが電気的に接続されていることにより、フィラメント体23bと給電線30bとは電気的に接続されている。
【0057】
フィラメントランプ2は、各フィラメント体23a、23bに対しそれぞれ給電することが可能となるように、発光管11の一端から外方に突出している外部リード27a、27b、27c、27dに対し、給電装置7a、7bが接続されている。詳細には、給電装置7aが外部リード27aと27dの間に接続され、給電装置7bが外部リード27bと27cの間に接続されている。
【0058】
〔B.加熱装置の構成〕
図4は、本発明のフィラメントランプを搭載した加熱装置の構成例を示す正面断面図である。図5は、図4に示す第1のランプユニット10および第2のランプユニット20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。
図4に示すように、加熱装置100は、チャンバ300を有する。チャンバ300の内部は、石英窓4によりランプユニット収容空間S1と加熱処理空間S2とに分割される。ランプユニット収容空間S1に収容される第1のランプユニット10、第2のランプユニット20から放出される光を、石英窓4を介して加熱処理空間S2に設置される被処理物6に照射することにより、被処理物6の加熱処理が施される。ランプユニット収容空間S1に収容される第1のランプユニット10、第2のランプユニット20は、例えば、10本のフィラメントランプ1を所定の間隔で並列に配置して構成される。両ランプユニット10、20は互いに対向するように配置されている。なお、ランプユニット10を構成するフィラメントランプ1の中心軸方向は、図5に示すように、ランプユニット20を構成するフィラメントランプ1の中心軸方向と互いに交差するように配置されている。
【0059】
ランプユニット10、20は、発光部分を複数備えたフィラメントランプ1が、例えば、所定の距離だけ離間して並列に並べられる。フィラメントランプ1は、上記のように、各フィラメント体のフィラメントがほぼ同一軸上に配置されている。そして、各フィラメント体におけるフィラメントを個別に発光させたり、各フィラメント体への供給電力を個別に調整することにより、被処理物6上の光強度分布を任意に、かつ、高精度に設定することが可能となる。
【0060】
第1のランプユニット10の上方には、反射鏡200が配置される。反射鏡200は、例えば、無酸素銅からなる母材に金をコートした構造であり、反射断面が、円の一部、楕円の一部、放物線の一部又は平板状等の形状を有する。反射鏡200は、第1のランプユニット10および第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。すなわち、加熱装置100において、第1のランプユニット10および第2のランプユニット20から放出される光は、直接、或いは反射鏡200で反射されて、被処理物6に照射される。
【0061】
ランプユニット収容空間S1には、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から導入される。ランプユニット収容空間S1に導入された冷却風は、第1のランプユニット10および第2のランプユニット20における各フィラメントランプに吹き付けられ、各フィラメントランプを構成する発光管11を冷却する。ここで、各フィラメントランプ1の封止部は他の箇所に比して耐熱性が低い。そのため、冷却風供給ノズル81の吹出し口82は、各フィラメントランプ1の封止部に対向して配置し、各フィラメントランプ1の封止部を優先的に冷却するように構成することが望ましい。各フィラメントランプ1に吹き付けられ、熱交換により高温になった冷却風は、チャンバ300に設けられた冷却風排出口83から排出される。なお、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1を加熱しないように考慮されている。
上記冷却風は、反射鏡200も同時に冷却するように風の流れが設定される。なお、反射鏡200が図示を省略した水冷機構により水冷されているような場合は、必ずしも反射鏡200も同時に冷却するように風の流れを設定しなくともよい。
【0062】
ところで、加熱される被処理物6からの輻射熱により石英窓4での蓄熱が発生する。蓄熱された石英窓4から2次的に放射される熱線により、被処理物6は不所望な加熱作用を受けることがある。この場合、被処理物6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、蓄熱される石英窓4自体の温度ばらつきに起因する被処理物6における温度均一性の低下等の不具合が発生する。また、被処理物6の降温速度の向上が難しくなる。
よって、これらの不具合を抑制するため、図4に示すような冷却風供給ノズル81の吹出し口82を石英窓4の近傍にも設け、冷却風ユニット8からの冷却風により石英窓4を冷却するようにすることが望ましい。
【0063】
第1のランプユニット10の各フィラメントランプ1は、一対の第1の固定台500、501により支持される。第1の固定台は導電性部材で形成された導電台51と、セラミックス等の絶縁部材で形成された保持台52とからなる。保持台52は、チャンバ300の内壁に設けられ、導電台51を保持する。上記第1のランプユニット10を構成するフィラメントランプ1の本数をn1、上記フィラメントランプ1が有するフィラメント体の個数をm1として、各フィラメント体全てに独立に電力が供給される場合、一対の第1の固定台500、501の組数は、n1×m1組となる。一方、第2のランプユニット20の各フィラメントランプ1は、第2の固定台により支持される。第2の固定台は、第1の固定台と同様、導電台、保持台とからなる。上記第2のランプユニット20を構成するフィラメントランプ1の本数をn2、上記フィラメントランプが有するフィラメント体の個数をm2として、各フィラメント全てに独立に電力が供給される場合、一対の第2の固定台の組数は、n2×m2組となる。
【0064】
チャンバ300には、電源部7の給電装置からの給電線が接続される一対の電源供給ポート71、72が設けられる。なお、図4では1組の電源供給ポート71、72が示されているが、フィラメントランプ1の個数、各フィラメントランプ内のフィラメント体の個数等に応じて、一組の電源供給ポートの個数は決められる。
図4の例では、電源供給ポート71は、第1のランプ固定台500の導電台51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501の導電台51と電気的に接続されている。第1のランプ固定台500の導電台51は、例えば、外部リード17a(図1参照)と電気的に接続されている。第1のランプ固定台501の導電台51は、例えば、外部リード17e(図1参照)と電気的に接続されている。このような構成により、電源部7における給電装置7aから、第1のランプユニット10における1つのフィラメントランプ1のフィラメント131bへの給電が可能となる。
なお、フィラメントランプ1の他のフィラメント体13a、13c、また、第1のランプユニット10における他のフィラメントランプ1の各フィラメント、第2のランプユニット20の各フィラメントランプ1の各フィラメントについても、他の一対の電源供給ポート71、72より、各々同様の電気的接続がなされる。
【0065】
一方、加熱処理空間S2には、被処理物6が固定される処理台5が設けられている。例えば、被処理物6が半導体ウエハである場合、処理台5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り、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いるガードリング構造であることが好ましい。
被処理物6である半導体ウエハは、上記した円環状のガードリングの円形開口部に半導体ウエハを嵌め込むように配置され、上記段差部で支持される。処理台5は、自らも光照射によって高温となり対面する半導体ウエハの外周縁を補助的に放射加熱し、半導体ウエハの外周縁からの熱放射を補償する。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周縁部の温度低下が抑制される。
【0066】
処理台5に設置される被処理物6の光照射面の裏面側には、温度測定部91が被処理物6に当接或いは近接して設けられている。温度測定部91は、被処理物6の温度分布をモニタするためのものであり、被処理物6の寸法に応じて個数、配置が設定される。温度測定部91は、例えば、熱電対や放射温度計が使用される。温度測定部91によりモニタされた温度情報は、温度計9に送出される。温度計9は、各温度測定部91により送出された温度情報に基づき、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。主制御部3は、被処理物6上の各測定地点における温度情報に基づき、被処理物6上の温度が所定の温度で均一となるように指令を温度制御部92に送出する。温度制御部92は、この指令に基づき、電源部7から各フィラメントランプ1のフィラメント体へ供給される電力を制御する。
例えば、主制御部3は、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、当該測定地点に近接するフィラメント体の発光部から放射される光が増加するように、当該フィラメント体に対する給電量を増加させるよう温度制御部92に対し指令を送出する。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体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。
【0067】
主制御部3は、ランプユニット10、20におけるフィラメントランプ1の点灯中、冷却風ユニット8に指令を送出することにより、発光管11、石英窓4が高温状態とならないようにする。
また、加熱処理の種類に応じて、加熱処理空間S2には、プロセスガスを導入・排気するプロセスガスユニット800を接続してもよい。例えば、熱酸化プロセスを行なう場合は、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を接続する。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から加熱処理空間S2に導入される。また、排気は排出口86から行なわれる。
【0068】
本発明の加熱装置によれば、以下の効果を奏することができる。
上記したように、本発明の加熱装置の光源部であるランプユニットは、発光管内にフィラメントとこの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が発光管の管軸に沿って複数配設され、発光管の端部に、前記複数のフィラメント体のそれぞれに対し電気的に接続された導電性部材が複数配設されてなる封止部が設けられているので、各フィラメントに対して独立に給電することが可能なフィラメントランプが複数並列に配置されている。
従来、光源部から放射される光強度分布の設定は、光源部に複数並列に並べられた各フィラメントランプへ給電する電力を調整することにより行われていた。すなわち、上記光強度分布の設定は、発光管の軸方向と垂直な方向についてのみ調整可能であった。
本発明の加熱装置の光源部であるランプユニットに搭載されるフィラメントランプは、発光管内部に上記したように配置されているフィラメントへ給電する電力を個別に調整することが可能であるので、上記光強度分布の設定は、発光管の軸方向についても調整可能である。よって、被照射物表面における放射照度分布も、2次元方向に高精度に設定することが可能となる。
【0069】
例えば、従来の加熱装置の光源部に用いていた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に対しても、この特定領域に限定して、この特定領域上の放射照度を設定することが可能である。すなわち、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可能となる。よって、上記特定領域およびその他の領域の温度が均一となるように制御することが可能となる。同様にして、被処理物に場所的温度分布が発生することを抑制し、被処理物全体にわたって均一な温度分布を得ることが可能となる。
【0070】
例えば、図5に示す被処理物6のうち、フィラメントランプ1bとフィラメントランプ1mないし1o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、被処理物6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とあらかじめ判明しているような場合を考える。この場合、フィラメントランプ1bが有する各フィラメントのうち、領域1に対応するフィラメントへの給電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得ることができる。なお、図5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、各フィラメントの配置位置を示すものである。
【0071】
すなわち、光源部に上記したフィラメントランプを複数搭載した本発明の加熱装置によれば、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放射照度分布を精密、かつ、任意の分布に設定することが可能となる。よって、被処理物上の放射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も可能となる。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、被処理物を例えば均一に加熱することが可能となる。
【0072】
さらに、本発明の加熱装置においては、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フィラメントランプを使用することから、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、被処理物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。また、加熱装置の高さ方向において複数の管状のフィラメントランプからなるランプユニットを配設するスペースも小さくて済むため、加熱装置を小型化することができる。
その一方で、図8に示す従来のU字形状を有するランプを使用した場合、水平部と垂直部との境界部分が相当大きな全長を有し、この部分の直下には光が放射されないため、被処理物上でのバラツキが大きくなる、という不具合がある。加えて、発光管が垂直部分を有するU字形状であるが故に、加熱装置の高さ方向に相当なスペースを必要とするため、加熱装置を小型化することができない。
【0073】
特に、本発明の加熱装置は、発光管の端部には、棒状のシール用絶縁体を配設するとともに、当該シール用絶縁体の外周に複数の金属箔を間隔を設けて配列し、発光管とシール用絶縁体とが両者間に導電性部材を介して気密にシールされてなる封止部を備えているため、多数の金属箔を間隔を設けて同一周上に配置することが可能となる。また、図9に示すフィラメントランプの如く矩形状の封止部に多数の金属箔を配置する場合に比して、封止部全体の大きさを小さくできることから、シール不良等の不具合が生じることなく、信頼性の高いフィラメントランプを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】本発明のフィラメントランプの実施形態の一例を示す図である。
【図2】本発明に係るシール用絶縁体の近傍における拡大断面図である。
【図3】本発明のフィラメントランプの他の実施形態を説明するための正面図である。
【図4】本発明のフィラメントランプを搭載した加熱装置の構成例を示す正面断面図である。
【図5】図4に示す第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。
【図6】従来の加熱装置を示す正面断面図である。
【図7】図6に示す加熱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。
【図8】従来の加熱装置を示す正面断面図である。
【図9】本発明のフィラメントランプを発明する前段階において、本発明者によって発明されたフィラメントランプを説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【0075】
1 フィラメントランプ
11 発光管
12a、12b シール用絶縁体
121a、122a、121b、122b、121c、122c 切欠き
123a、124a テーパー部
125a、126a 有底穴
13a、13b、13c フィラメント体
131a、131b、131c フィラメント
132a、133a、132b、133b、132c、133c リード
14a、14b、14c、14d 絶縁体
15a、15b、15c、15d、15e、15f 内部リード
16a、16b、16c、16d、16e、16f 絶縁管
17a、17b、17c、17d、17e、17f 外部リード
18a、18b、18c、18d、18e、18f 金属箔
150a、150b、150c、150d、150e、150f 導電性部材
2 フィラメントランプ
21 発光管
22a、22b シール用絶縁体
23a、23b フィラメント体
24a、24b、24c 絶縁体
25a、25b、25c、25d、25e、25f、25g、25h 内部リード
26a、26b、26c、26d、26e、26f 絶縁管
27a、27b、27c、27d 外部リード
28a、28b、28c、28d、28e、28f、28g、28h 金属箔
30a、30b 給電線
31a、31b 導電性連結部
250a、250b、250c、250d 導電性部材
100 加熱装置
200 反射鏡
3 主制御部
4 石英窓
5 処理台
6 被処理物
7a、7b、7c 給電装置
71、72 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
83 冷却風排出口
84 ガス供給ノズル
85 吹出し口
86 排出口
800 プロセスガスユニット
9 温度計
92 温度制御部
500、501 第1の固定台
51 導電台
52 保持台
300 チャンバ
S1 ランプユニット収容空間
S2 加熱処理空間

【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光管の内部に、フィラメントとこの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が、発光管の管軸に沿って複数配設され、
前記発光管の端部に、前記複数のフィラメント体のそれぞれに対し電気的に接続された導電性部材が複数配設されてなる封止部が設けられたフィラメントランプであって、
前記封止部は、棒状のシール用絶縁体を配設するとともに、複数の前記導電性部材を当該シール用絶縁体の外周に間隔を設けて配列し、前記発光管と前記シール用絶縁体とが両者間に導電性部材を介して気密にシール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】
前記導電性部材は、前記フィラメント体に電気的に接続された金属箔と当該金属箔に電気的に接続された外部リードとを少なくとも備え、
前記シール用絶縁体は、前記外部リードの位置決め開口が形成されてい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】
前記シール用絶縁体の少なくとも前記フィラメント体側の端部に、テーパー部が形成されてい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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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