JP2009088105A - ランプ装置および光照射式加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数本の棒状のランプを同一平面上において所定の位置に位置決めされた状態で並列に保持することができ、しかも、ランプを交換する場合には、必要なものだけを簡単に交換することのできるランプ装置および光照射式加熱装置を提供すること。
【解決手段】 ランプ装置は、固定部材と、棒状のランプの外周面の一部が当接される位置決め部材とを備え、固定部材に形成された貫通孔に挿入される弾性金属よりなる一対の脚部と、ランプの一端部における外周面の上方面部分に係合する押圧部とを有する係止部材によってランプ保持構造が形成されたものであって、脚部における、固定部材の貫通孔の孔径より大きくなるよう下方に向かって拡開するテーパー部分が、固定部材の下側開口縁に対接されて脚部それ自体の弾性によるカム作用により、係止部材全体が下方に抑制された状態において、押圧部と位置決め部材との間でランプが挟持されてなる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えば半導体ウエハなどの被処理体を光照射により加熱処理するために用いられるランプ装置および当該ランプ装置を備えた光照射式加熱装置に関する。

現在、半導体製造工程における、例えば、成膜、酸化、窒化、膜安定化、シリサイド化、結晶化、注入イオン活性化などの様々なプロセスを行うに際しては、光源からの光照射による加熱処理が利用されており、このような加熱処理において用いられる光照射式加熱装置によれば、抵抗加熱法に比して被処理体の温度を急速に昇降温させること、具体的には、例えば被処理体を１０００℃以上の温度にまで、数秒間から数十秒間で昇温させることが可能であると共に光照射停止後、被処理体を急速に冷却することができる。

近年においては、被処理体の温度を更に高速で昇降温させることが要求されており、このような要求に伴って、ランプの投入電力が大電力化してきている。
例えば、「スパイクアニール」と称される加熱処理においては、例えば２００℃／秒を超える昇温速度で急速に昇温させ、目的温度に達した時点で直ちに冷却することが必要とされており、このような加熱処理によれば、非常に薄い拡散層（シャロージャンクション）を形成することができ、半導体素子の性能を向上させることができる。

このような加熱処理が行われる光照射式加熱装置においては、光源として例えば白熱ランプや閃光放電ランプが利用されており、半導体ウエハなどの被処理体の全面に光を一括照射するために、複数本の棒状のランプをそのランプ中心軸が同一平面上に位置されるよう並列に配置すると共に、隣接するランプ間の間隔を小さく、具体的には、例えば２ｍｍ以下とすることにより、隣接するランプ間に形成される非発光部の影響を低減する構造とされている。

上記のような複数本のランプを近接して保持するランプ保持構造としては、例えば、図１１に示すような、棒状の閃光放電ランプが並べられる平面に対して直交する方向に分割された、閃光放電ランプの発光管の外径より若干広い幅の嵌合溝６３が並んで設けられた一方の絶縁ブロック６１と、略板状であって、一方の絶縁ブロック６１の嵌合溝６３に対応する位置に第１板バネ６５が設けられた他方の絶縁ブロック６２とよりなる保持部材６０を用い、図１２および図１３に示すように、閃光放電ランプ７０の発光管の両端部を、発光管の外表面が嵌合溝６３の向かい合う２つの斜めのテーパー面に当接されると共にトリガー管７１が一方の絶縁ブロック６１の嵌合溝６３の底壁部に形成された幅狭の溝６４に嵌め込まれるよう、２つの絶縁ブロック６１，６２で挟み込み、第１板バネ６５と、幅狭の溝６４に設けられた第２板バネ６６とによって発光管が上下両側から押圧され、これにより、図１３中に示すＸ方向およびＹ方向に対する移動が禁止されて被処理体Ｗと各ランプ７０との距離が一定になるようランプ７０が位置決めされた状態で保持された構造が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、光照射式加熱装置においては、ランプ装置の上方に反射板や必要に応じて冷却機構などが設けられることから、このようなランプ保持構造によるランプ装置では、ランプを交換することが困難であるという、問題がある。
具体的には、上記ランプ保持構造においては、ランプの寿命等によりランプを交換する場合には、保持部材の連結を外す必要があるが、交換の必要のないランプについても保持構造が解除されるため、交換不要のランプが保持部材から抜け落ちる危険性がある。
また、ランプが抜け落ちることを防止するために、ランプを保持した状態で、つまり、保持部材が連結された状態のままで、ランプ装置を加熱装置本体から取り外し、ランプ装置を、嵌合溝６３を有する一方の絶縁ブロック６１が垂直方向下方に位置された状態において、上方側に位置される他方の絶縁ブロック６２を外して、ランプ７０を交換する方法が考えられるが、このような交換作業では、ランプ交換の作業性が悪くなる。

特開２００５−１１５８６号公報

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、複数本の棒状のランプを同一平面上において、所定の位置に位置決めされた状態で並列に保持することができ、しかも、ランプを交換する場合には、必要なランプだけ、簡単な作業で交換することのできるランプ装置および当該ランプ装置を備えた光照射式加熱装置を提供することにある。

本発明のランプ装置は、棒状のランプの軸方向における両端位置に設けられた、各々、貫通孔が形成された一対の固定部材と、この固定部材のランプ軸方向における内方側の位置に設けられた前記ランプの外周面の一部が当接される位置決め部材とを備えてなり、ランプの一端部における外周面の上方面部分に係合する押圧部を有するランプ受容部と、このランプ受容部の下側に形成された、固定部材における貫通孔に挿入される、弾性金属よりなる一対の脚部とを有する係止部材が用いられてランプ保持構造が形成されたランプ装置であって、
前記係止部材の脚部は、前記固定部材の貫通孔の開口径より大きくなるよう下方に向かって拡開するテーパー部分を有し、当該テーパー部分が前記固定部材の下側開口縁に対接されて脚部それ自体の弾性によるカム作用により、係止部材全体が固定部材に密着されるよう下方に抑制された状態において、前記押圧部と位置決め部材との間でランプが挟持されて保持されていること特徴とする。

本発明の光照射式加熱装置は、複数本の棒状のランプの各々が、上記に記載のランプ保持構造が形成されることによって、当該ランプ中心軸が同一平面上に位置されるよう並列に配置されてなるランプ装置を備えてなることを特徴とする。

本発明の光照射式加熱装置においては、前記係止部材には、固定部材への挿入方向に対して上方側の位置に、持ち手として機能する一対のつまみ部が形成されており、当該つまみ部間の離間距離の大きさが前記ランプの外径寸法より小さい構成とされていることが好ましい。

また、本発明の光照射式加熱装置においては、前記位置決め部材をＶ型溝が連設されてなるものにより構成することができる。

本発明のランプ装置によれば、係止部材における脚部それ自体の弾性によって形状が復元される際のテーパー部分のカム作用によって、係止部材全体を下方へ下げるよう力が作用した状態で、係止部材が固定部材に固定されると共にランプが係止部材の押圧部と位置決め部材との間で挟持されて保持される構造であることにより、複数本の棒状のランプをそのランプ中心軸が同一平面上に位置されるよう並列に配置してランプ装置を構成する場合において、各ランプを確実に所定の位置に位置決めされた状態で互いに独立して保持することができるので、ランプを交換するに際しては、交換不要のランプは保持状態が維持された状態において、必要なランプだけ交換すればよく、交換作業自体が簡単であり、高い作業性を得ることができる。
従って、上記特定のランプ保持構造が形成されてなる本発明のランプ装置は、面状光源が構成されるよう複数本のランプが並列配置されてなる、光照射式加熱装置の光源として用いる場合に、極めて有用なものとなる。

図１は、本発明に係る光照射式加熱装置の一例における構成を概略的に示す正面断面図、図２は、図１に示す光照射式加熱装置を構成するランプハウスの構成を概略的に示す斜視図、図３は、図２に示すランプハウスの平面図、図４は、本発明のランプ装置をランプを取り外した状態で示す分解斜視図である。
この光照射式加熱装置１０は、面状光源を構成するよう、各々、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、所定の間隔例えば２ｍｍ間隔で離間して並設された、複数本の棒状のフィラメントランプ２１と、これらのフィラメントランプ２１からの光を例えば半導体ウエハなどの被処理体Ｗ側へ反射する平板状の反射鏡２２とにより構成されたランプ装置２０が配置されるランプユニット収容空間Ｓ１を有するランプハウス１１と、被処理体Ｗが配置される加熱処理空間Ｓ２を形成するチャンバ１２とが、光取り出し窓１５によって上下に区画されてなり、ランプ装置２０における各フィラメントランプ２１から放射される光が、直接的にあるいは反射鏡２２によって反射されて、被処理体Ｗに対して光取り出し窓１５を介して照射される。図１および図２において、符号１８は、フィラメントランプ２１を冷却するための冷却風を供給する冷却機構を構成する冷却風路である。

ランプ装置２０は、フィラメントランプ２１の両端部を保持する係止部材３０が装着固定される、反射鏡２２の一面上における両端部に互いに対向して設けられた一対の固定部材２５と、この固定部材２５におけるランプ軸方向内方側の位置に設けられた、フィラメントランプ２１の上下方向（例えば反射鏡２２に接近する方向）への移動を阻止する位置決め部材２８とを備えている。

固定部材２５には、図５に示すように、後述する係止部材３０の脚部３５が挿入される複数の貫通孔２６が並んで形成されている。

位置決め部材２８は、固定部材２５の貫通孔２６の各々に対応するよう例えばＶ型溝２９が連設されて構成されており、フィラメントランプ２１の発光管の外周面がＶ型溝２９のテーパー面２９Ａに当接されることによりフィラメントランプ２１と被処理体Ｗとの距離が一定の大きさとなる状態とされる。
位置決め部材２８が、テーパー面２９Ａでフィラメントランプ２１の発光管の外面に当接される構成のものであることにより、個々のフィラメントランプ２１の発光管の外径のバラツキを吸収することができ、フィラメントランプ２１の位置決めを確実に行うことができる。

係止部材３０は、図６に示すように、底壁３１Ａとその両端に連続して底壁３１Ａに対して垂直方向に伸びる側壁３１Ｂとにより構成された、フィラメントランプ２１の発光管の外形寸法に適合する幅寸法を有するランプ受容部３１と、このランプ受容部３１の先端部に連続して上方に向かって狭まって伸びる、フィラメントランプ２１の発光管の外周面における上方面に当接してフィラメントランプ２１を下方へ押圧する板状の押圧部３２と、底壁３１の下面に設けられた、固定部材２５の貫通孔２６に挿入される、板状の弾性金属からなる一対の脚部３５とにより構成されている。

押圧部３２の先端部には、持ち手として機能する一対のつまみ部（鍔部）３３が形成されており、つまみ部３３間の離間距離の大きさがフィラメントランプ２１の外径寸法より小さい状態とされている。これにより、隣接するフィラメントランプ２１間の距離が小さい場合であっても、隣接するフィラメントランプ２１に干渉することなく、個々のフィラメントランプ２１の着脱を確実に行うことができる。

脚部３５は、例えば、底壁３１Ａに対して垂直方向下方に向かって伸びる板状部分３６Ａとこの板状部分３６Ａの先端に連続する下方に向かって狭まるよう傾斜したテーパー部分３６Ｂとを有する本体部３６と、板状部分３６Ａとテーパー部分３６Ｂとの境界部分における中央位置において形成された係止部３８とを有する。
係止部３８は、上端部が自由端とされた下方に向かって拡開するよう傾斜して伸びる第１のテーパー部分３８Ａと、この第１のテーパー部分３８Ａの下端に連続して下方に向かって狭まるよう傾斜して伸びる第２のテーパー部分３８Ｂとにより構成されており、第２のテーパー部分３８Ｂが本体部３６におけるテーパー部分３６Ｂに連続して伸びるよう形成されている。
第１テーパー部分３８Ａと第２テーパー部分３８Ｂとの境界部における幅（係止部３８間の離間距離）は、固定部材２５における貫通孔２６の開口径より大きい状態とされている。

このランプ装置２０においては、図７に示すように、係止部材３０の脚部３５が固定部材２５の貫通孔２６に挿入されて脚部３５における第１のテーパー部分３８Ａの外面が固定部材２５の貫通孔２６の下側開口縁にカム面として対接されていると共に、フィラメントランプ２１が係止部材３０の押圧部３２と位置決め部材２８のＶ型溝２９との間で挟持されて保持されている。

フィラメントランプ２１の装着方法について具体的に説明すると、図８に示すように、フィラメントランプ２１の両端部に係止部材３０を装着した状態において（図イ）、係止部材３０の脚部３５が固定部材２５の貫通孔２６に挿入されることにより、脚部３５における本体部３６のテーパー部分３６Ｂおよび脚部３５の第２のテーパー部分３８Ｂのテーパー面の作用によって下方に向かって案内され、その後、係止部材３０の脚部３５における第１のテーパー部分３８Ａと第２のテーパー部分３８Ｂとの境界部の幅Ｌ１が固定部材２５における貫通孔２６の開口径Ｌより大きいことから、固定部材２５の貫通孔２６の内面によって規制されて、脚部３５全体が押し狭められるよう弾性的に変形され（図ロ，ハ）、さらに、係止部材３０の脚部３５が挿入されると、係止部材３０の脚部３５における第１のテーパー部分３８Ａが固定部材２５の貫通孔２６における下側開口縁と対接されて、脚部３５それ自体の弾性によって形状が復元される際のカム作用によって、係止部材３０全体を下方へ下げるよう力Ｆが作用した状態で、係止部材３０が固定部材２５に固定されると共にフィラメントランプ２１が係止部材３０の押圧部３２と位置決め部材２８との間で挟持されて保持され、これにより、フィラメントランプ２１の位置決めが行われる（図ニ，ホ）。

ここに、係止部材３０における第１のテーパー部分３８Ａと第２のテーパー部分３８Ｂの境界部分における幅（係止部３８間の離間距離）の大きさを、固定部材２５の貫通孔２６の孔径との関係において設定することにより、フィラメントランプ２１および係止部材３０の固定部材２５に対する着脱が容易になると共に、脚部３５による十分な押し付け力（係止部材３０全体を下方へ下げるよう作用する力）を得ることができる。
例えば、係止部材３０における第１のテーパー部分３８Ａと第２のテーパー部分３８Ｂの境界部分における幅Ｌ１と、貫通孔の孔径Ｌとの比Ｌ１／Ｌは、係止部３８の材質、厚みおよびその他の構成等によっても異なるが、例えば１．１〜１．５であることが好ましい。

而して、上記構成のランプ装置２０によれば、係止部材３０における脚部３５それ自体の弾性によって形状が復元される際の第１のテーパー部分３８Ａによるカム作用によって、係止部材３０全体を下方へ下げるよう力が作用した状態で、係止部材３０が固定部材２５に固定されると共にフィラメントランプ２１が係止部材３０の押圧部３２と位置決め部材２８との間で挟持されて保持される構造であることにより、複数本のフィラメントランプ２１をそのランプ中心軸が同一平面上に位置されるよう並列に配置してランプ装置２０を構成する場合において、各フィラメントランプ２１を確実に所定の位置に位置決めされた状態で互いに独立して保持することができるので、フィラメントランプ２１を交換するに際しては、交換不要のフィラメントランプ２１は保持状態が維持された状態において、必要なフィラメントランプ２１だけ交換すればよく、交換作業自体が簡単であり、高い作業性を得ることができる。
従って、上記特定のランプ保持構造が形成されてなる本発明のランプ装置２０は、複数本の棒状のランプが面状光源が構成されるよう並列に配置されてなる光照射式加熱装置の光源として用いられる場合、特に、隣接するフィラメントランプ２１間の距離が例えば２ｍｍ以下となるよう近接して配置（高密度配置）される場合に、極めて有用なものとなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の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、係止部材は、脚部が下方に向かって拡開するテーパー部分を有し、このテーパー部分が固定部材における貫通孔の下端側開口縁に対接される構成のものであればよく、例えば図９に示すように、下方に向かって拡開するテーパー部分４１に連続する先端部が弧状に湾曲されてなる弾性板状部材により構成された脚部４０を有するものや、あるいは、図１０に示すように、フィラメントランプ２１の発光管における外周面の略全周を覆う、一部に切り欠きを有する環状のランプ受容部５１と、このランプ受容部５１の切り欠きの両端縁のそれぞれに連続して下方に向かって拡開するよう伸びるテーパー部分５３を有する脚部５２とを有する構成のものであってもよい。
図９および図１０における符号４５および５５はつまみ部であるが、つまみ部の構成についても特に制限されるものではないが、つまみ部４５（５５）間の間隔Ｌ３（Ｌ４）がフィラメントランプ２１の外径Ｌ２より小さくなるよう構成されていればよい。

また、図９および図１０に示すように、固定部材２５は、係止部材３０が装着される側の貫通孔２６の開口縁部に、貫通孔２６の開口側が低くなる傾斜部２７が形成された構成とされていてもよい。

本発明のランプ装置においては、ランプの本数およびその他の具体的な構成は、目的に応じて適宜変更することができる。

本発明の光照射式加熱装置の一例における構成を概略的に示す正面断面図である。 図１に示す光照射式加熱装置を構成するランプハウスの構成を概略的に示す斜視図である。 図２に示すランプハウスの平面図である。 本発明のランプ装置をランプを取り外した状態で示す分解斜視図である。 図４に示すランプ装置の一部を示す拡大斜視図である。 本発明のランプ装置を構成する係止部材の一構成例を示す斜視図である。 図４に示すランプ装置の一部を示す拡大断面図である。 フィラメントランプの装着方法を説明するための断面図である。 本発明のランプ装置の他の例における構成の一部を概略的に示す断面図である。 本発明のランプ装置のさらに他の例における構成の一部を概略的に示す断面図である。 従来における閃光放電ランプ装置に係る保持部材の斜視図である。 閃光放電ランプのランプ管軸を通る面で切断した縦断面図である。 閃光放電ランプのランプ管軸に垂直な面で切断した横断面図である。

符号の説明

１０ 光照射式加熱装置
１１ ランプハウス
１２ チャンバ
１５ 光取り出し窓
１８ 冷却風路
２０ ランプ装置
２１ フィラメントランプ
２２ 反射鏡
２５ 固定部材
２６ 貫通孔
２７ 傾斜部
２８ 位置決め部材
２９ Ｖ型溝
２９Ａ テーパー面
３０ 係止部材
３１ ランプ受容部
３１Ａ 底壁
３１Ｂ 側壁
３２ 押圧部
３３ つまみ部
３５ 脚部
３６Ａ 板状部分
３６Ｂ テーパー部分
３６ 本体部
３８ 係止部
３８Ａ 第１のテーパー部分
３８Ｂ 第２のテーパー部分
４０ 脚部
４１ テーパー部分
４５ つまみ部
５１ ランプ受容部
５２ 脚部
５３ テーパー部分
５５ つまみ部
６０ 保持部材
６１ 一方の絶縁ブロック
６２ 他方の絶縁ブロック
６３ 嵌合溝
６４ 溝
６５ 第１板バネ
６６ 第２板バネ
７０ 閃光放電ランプ
７１ トリガー管
Ｗ 被処理体
Ｓ１ ランプユニット収容空間
Ｓ２ 加熱処理空間

Claims (4)

1. 棒状のランプの軸方向における両端位置に設けられた、各々、貫通孔が形成された一対の固定部材と、この固定部材のランプ軸方向における内方側の位置に設けられた前記ランプの外周面の一部が当接される位置決め部材とを備えてなり、ランプの一端部における外周面の上方面部分に係合する押圧部を有するランプ受容部と、このランプ受容部の下側に形成された、固定部材における貫通孔に挿入される、弾性金属よりなる一対の脚部とを有する係止部材が用いられてランプ保持構造が形成されたランプ装置であって、
   前記係止部材の脚部は、前記固定部材の貫通孔の開口径より大きくなるよう下方に向かって拡開するテーパー部分を有し、当該テーパー部分が前記固定部材の下側開口縁に対接されて脚部それ自体の弾性によるカム作用により、係止部材全体が固定部材に密着されるよう下方に抑制された状態において、前記押圧部と位置決め部材との間でランプが挟持されて保持されていること特徴とするランプ装置。
2. 複数本の棒状のランプの各々が、請求項１に記載のランプ保持構造が形成されることによって、当該ランプ中心軸が同一平面上に位置されるよう並列に配置されてなるランプ装置を備えてなることを特徴とする光照射式加熱装置。
3. 前記係止部材には、固定部材への挿入方向に対して上方側の位置に、持ち手として機能する一対のつまみ部が形成されており、当該つまみ部間の離間距離の大きさが前記ランプの外径寸法より小さいことを特徴とする請求項２に記載の光照射式加熱装置。
4. 前記位置決め部材がＶ型溝が連設されて構成されてなるものであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光照射式加熱装置。