(57)【要約】      （修正有）【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、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。【解決手段】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する。【選択図】図１
2008300073.tif 000002
【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おり、
前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間していることを特徴とするフィラメントランプ。
【請求項２】
前記シール用絶縁体の外径が前記発光管の内径に比べて小さく、前記封止部において前記発光管が縮径され、
前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間し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】
前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材は、前記発光管の端部内面から離間する方向に屈曲されており、
前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間し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４】
前記導電性部材と前記発光管の間に、筒状の封止部材を配設し、
前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間し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。
【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傾にある、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おり、前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間していることを特徴とする。
【００２６】
さらに、前記シール用絶縁体の外径が前記発光管の内径に比べて小さく、前記封止部において前記発光管が縮径され、前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間していることを特徴とする。
【００２７】
さらに、前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材は、前記発光管の端部内面から離間する方向に屈曲されており、前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間していることを特徴とする。
【００２８】
さらに、前記導電性部材と前記発光管の間に、筒状の封止部材を配設し、前記封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
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、このシールされた封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が離間し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り、さらに、発光管を切断して導電性部材を発光管の端部から突出させても、切断作業によって導電性部材が損傷することがない。
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。
【００３０】
さらに、シール用絶縁体の外径が発光管の内径に比べて小さく、封止部において発光管が縮径されているので、封止作業を行うことにより、必然的に封止部から発光管の外部に伸び出す導電性部材と発光管の端部内面を離間させることができる。
【００３１】
さらに、封止部から発光管の外部に伸び出す導電性部材が、発光管の端部内面から離間する方向に屈曲されているので、極めて簡単な構造でありながらも、確実に、封止部から発光管の外部に伸び出す導電性部材と発光管の端部内面を離間させることができる。
【００３２】
さらに、導電性部材と発光管の間に筒状の封止部材を配設することにより、確実に、封止部から発光管の外部に伸び出す導電性部材と発光管の端部内面を離間させることができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）に示す矢印方向から見た側面図である。
図２（ｃ）、図２（ｄ）はシール構造の第２の例を示すためのフィラメントランプの要部拡大断面図である。図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示す矢印方向から見た側面図である。
図２（ｅ）、図２（ｆ）はシール構造の第３の例を示すためのフィラメントランプの要部拡大断面図である。図２（ｆ）は、図２（ｅ）に示す矢印方向から見た側面図である。
図２（ｇ）、図２（ｈ）はシール構造の第４の例を示すためのフィラメントランプの要部拡大断面図である。図２（ｈ）は、図２（ｇ）に示す矢印方向から見た側面図である。
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。
【００４５】
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く、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。
また、図２（ａ）に示すように、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す導電性部材である外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間しており、その離間距離Lは０．５ｍｍである。なお、図面上では、離間距離Ｌを誇張して大きく表現している。
図２（ａ）に示す金属箔１８ａより右側に発光管１１の一部を設けず、所謂、発光管１１の端部で封止部１１１を形成するようにして、発光管１１の端部から突出する外部リード１７ａと発光管１１の端部が空間的に重ならないようにする方法も考えられるが、封止部１１１を形成する際に、発光管１１の端部を挟み持ちして発光管１１を回転させて、金属箔１８ａを発光管１１とシール用絶縁体１２ａとの間に気密封止する作業上、必ず、図２（ａ）に示すように、シール用絶縁体１２ａ上の金属箔１８ａから右側に発光管１１の一部が存在し、その部分を挟み持ち部分とする必要があり、発光管１１の端部から突出する外部リード１７ａと発光管１１の端部が空間的に重なる構造になる。
【００４６】
そして、封止部１１１を形成した後に、図２（ａ）中Ｂ−Ｂ線部分で発光管１１の端部を所望の長さに切断し、外部リード１７ａを発光管１１の端部から突出させるものであるが、発光管１１を切削機で切断する際に、切削機の刃が外部リード１７ａに当たらないように、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間する構造となっている。
この結果、切削機の刃が外部リード１７ａに当たり、外部リード１７ａが折れるという問題が発生せず、或いは、外部リード１７ａに傷が入り電気抵抗値が大きくなり、点灯中に傷ついた外部リード１７ａの部分が局所的に温度上昇し腐食して破損するという問題が発生しないものである。
なお、具体的には、シール用絶縁体１２ａの外径が発光管１１の内径に比べて小さく、封止部１１１において発光管１１が縮径されているため、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す導電性部材である外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間した状態になる。
また、外部リード１７ａを十分に長くして、発光管１１の端部を切断しない方法も考えられるが、外部リード１７ａが長くなるぶんだけ、フィラメントランプの全長が長くなり、ランプの小型化に対応できないものである。
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。
また、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。
つまり、図２（ａ）では図示を省略しているが、図２（ｂ）に示すように、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す導電性部材である外部リード１７ｂ、１７ｃも同様に発光管１１の端部内面１１ａが離間しており、その離間距離Lは０．５ｍｍである。
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２の例は、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す導電性部材である外部リード１７ａは、発光管１１の端部内面１１ａから離間する方向に屈曲されており、その最大離間距離Lは０．５ｍｍである。なお、図面上では、離間距離Ｌを誇張して大きく表現している。
この結果、封止部１１１を形成した後に、図２（ｃ）中Ｂ−Ｂ線部分で発光管１１の端部を所望の長さに切断し、外部リード１７ａを発光管１１の端部から突出させるものであるが、発光管１１を切削機で切断する際に、外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間しているので、切削機の刃が外部リード１７ａに当たらず、外部リード１７ａが損傷することを防ぐことができる。
【００４８】
なお、図２（ｃ）では図示を省略しているが、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・全長を有するものであり、図２（ｄ）に示すように、外部リード１７ｂと外部リード１７ｃは共に、発光管１１の端部内面１１ａから離間する方向に屈曲されており、その最大離間距離Lは０．５ｍｍである。
【００４９】
シール構造の第３の例は、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、導電性部材である内部リード１５ａと金属箔１８ａと外部リード１７ａからなる構造体と発光管１１の間にガラス製の筒状の封止部材１２ｃを配設することにより、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す導電性部材である外部リード１７ａは、発光管１１の端部内面１１ａから封止部材１２ｃの厚み分だけ離間した状態となり、その離間距離Lは０．５ｍｍである。なお、図面上では、離間距離Ｌを誇張して大きく表現している。
この結果、封止部１１１を形成した後に、図２（ｅ）中Ｂ−Ｂ線部分で発光管１１の端部を所望の長さに切断し、外部リード１７ａを発光管１１の端部から突出させるものであるが、発光管１１を切削機で切断する際に、外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間しているので、切削機の刃が外部リード１７ａに当たらず、外部リード１７ａが損傷することを防ぐことができる。
【００５０】
なお、図２（ｅ）では図示を省略しているが、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・全長を有するものであり、図２（ｆ）に示すように、封止部材１２ｃが存在することにより、外部リード１７ｂと外部リード１７ｃは共に、発光管１１の端部内面１１ａから離間した状態になっており、その離間距離Lは０．５ｍｍである。
【００５１】
シール構造の第４の例は、図２（ｇ）、（ｈ）に示すように、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す導電性部材である外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間しており、その離間距離Lは０．５ｍｍである。なお、図面上では、離間距離Ｌを誇張して大きく表現している。
第４の例と第１の例との構造上の違いは、図２（ｇ）に示すように、気密封止された金属箔１８ａより右側の位置であって、シール用絶縁体１２ａと対向する位置であるのＢ−Ｂ線部分で発光管１１の端部を所望の長さに切断し、外部リード１７ａを発光管１１の端部から突出させるものである。
この第４の例では、第１の例と同様に、シール用絶縁体１２ａの外径が発光管１１の内径に比べて小さく、封止部１１１において発光管１１が縮径されているため、封止部１１１から発光管１１の外部に伸び出す導電性部材である外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間した状態になる。
【００５２】
なお、図２（ｇ）では図示を省略しているが、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・全長を有するものであり、図２（ｈ）に示すように、外部リード１７ｂと外部リード１７ｃは共に、発光管１１の端部内面１１ａから離間する方向に屈曲されており、その離間距離Lは０．５ｍｍである。
この結果、封止部１１１を形成した後に、図２（ｇ）中Ｂ−Ｂ線部分で発光管１１の端部を所望の長さに切断し、外部リード１７ａを発光管１１の端部から突出させるものであるが、発光管１１を切削機で切断する際に、外部リード１７ａと発光管１１の端部内面１１ａが離間しているので、切削機の刃が外部リード１７ａに当たらず、外部リード１７ａが損傷することを防ぐことができる。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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２
４２ｂ、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２５
ｆ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２３
１ａ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２
３ｂと給電線３０ｂとは電気的に接続されている。
【００６１】
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。
【００６２】
〔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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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、このシールされた封止部から前記発光管の外部に伸び出す前記導電性部材と前記発光管の端部内面が、離間し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り、さらに、発光管を切断して導電性部材を発光管の端部から突出させても、切断作業によって導電性部材が損傷することがない。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】
【００７８】
【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】
【００７９】
１                                                フィラメントランプ
１１                                              発光管
１２ａ、１２ｂ                                    シール用絶縁体
１２ｃ                                            封止部材
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
【図１】
2008300073.tif 000003
【図２】
2008300073.tif 000004
【図３】
2008300073.tif 000005
【図４】
2008300073.tif 000006
【図５】
2008300073.tif 000007
【図６】
2008300073.tif 000008
【図７】
2008300073.tif 000009
【図８】
2008300073.tif 000010
【図９】
2008300073.tif 000011