DE3743879A1

DE3743879A1 - Kohlenstoff-heizvorrichtung und zugehoeriges heizelement

Info

Publication number: DE3743879A1
Application number: DE19873743879
Authority: DE
Inventors: Shuitsu Matsuo; Tatsuo Nozawa; Yukifumi Sakai
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1988-07-07
Also published as: JP2521682B2; JPS63166195A; KR880008691A

Description

Die Erfindung betrifft eine zylindrische Kohlenstoff-Heiz vorrichtung für elektrische Widerstandsheizung und deren Heizelement.

Es existieren unterschiedliche Arten von Kohlenstoffheizvor richtungen für elektrische Widerstandsheizung. Eine zylindrische derartige Heizvorrichtung wird beispielsweise bei einem Gerät verwendet, welches einen Siliziumeinkristall hochzieht, welcher als Material für ein Substrat in einem Halbleitergerät verwendet wird. Bei dem Siliziumeinkristall-Hochziehgerät ist ein Schmelz tiegel drehbar innerhalb einer Kammer gehaltert, ein Silizium material wird innerhalb des Schmelztiegels unter Verwendung einer zylindrischen Kohlenstoff-Heizvorrichtung geschmolzen, welche um den Umfang des Schmelztiegels herum angeordnet ist, und ein drehbar von oben herabhängender Impfkristall wird in die Oberfläche des geschmolzenen Siliziums eingetaucht und hochgezogen, um einen Einkristallblock aus Silizium zu erzeugen.

Die Kohlenstoff-Heizvorrichtung weist eine zylindrische Form auf und ist alternierend mit Schlitzen versehen, welche sich vom unteren Ende der Heizvorrichtung nach oben erstrecken, und Schlitzen, die sich vom Oberende nach unten erstrecken, entlang des Umfangs-Seitenabschnitts der Heizvorrichtung. Eine elektrische Widerstandsheizung wird dadurch durchgeführt, daß ein elektrischer Strom zum Fließen durch einen elektrischen Leitungspfad veranlaßt wird, welcher sich zickzackartig entlang des Umfangs-Seitenabschnitts der Heizvorrichtung erstreckt.

Die bekannte Kohlenstoff-Heizvorrichtung wird durch Ausformen eines zylindrischen Kohlenstoffkörpers durch Bohren des zentra len Abschnitts eines isotropen Kohlenstoffblocks von großem Durchmesser und Ausbildung von Schlitzen, welche sich vom unteren Ende des Kohlenstoffkörpers nach oben erstrecken, und Schlitzen, welche sich von dessen Oberende nach unten erstrecken, erzeugt.

Da die bekannte Kohlenstoff-Heizvorrichtung aus einem einstückigen Schmelzstück besteht, läßt sich jedoch nicht der Einfluß ungleichmäßiger Schmelzbedingungen vermeiden, und die physika lischen Eigenschaften ändern sich entsprechend den Abschnitten, welche die Heizvorrichtung bilden. Wenn daher ein elektrischer Strom durch die Heizvorrichtung fließt, weisen die die Heizvor richtung bildenden Abschnitte eine unterschiedliche Temperatur auf, und dies macht es schwierig, eine gleichmäßige Heizwirkung zu erzielen. Zusätzlich werden die Schlitze so ausgeformt, daß sie sich vom unteren Ende und oberen Ende des zylindrischen Kohlenstoffkörpers aus erstrecken, was die Herstellungskosten und die Kosten dieses Erzeugnisses vermehrt.

Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der voranstehend angegebenen Probleme. In vorteilhafter Weise werden gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kohlenstoff-Heizvorrichtung und deren Heizelement bereitgestellt, welche gleichmäßige physikalische Eigenschaften aufweisen und die Erzeugungskosten verringern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Vorteile erzielt durch ein Heizelement für eine zylindrische Kohlenstoff-Heiz vorrichtung, welches einen ersten Kohlenstoffschenkel aufweist, der im Querschnitt gebogen ist, einen zweiten Kohlenstoff schenkel, der im Querschnitt gebogen ist, einen Kohlenstoff-Ver bindungsteil, der einstückig ein Ende des ersten Kohlenstoff schenkels mit einem Ende des zweiten Kohlenstoffschenkels verbindet, um einen Schlitz zwischen dem ersten Kohlenstoff schenkel und dem zweiten Kohlenstoffschenkel auszubilden, wobei sich der Schlitz in Längsrichtung des ersten Kohlen stoffschenkels vom anderen Ende des ersten Kohlenstoffschenkels zum einen Ende des ersten Kohlenstoffschenkels erstreckt, und durch eine Kohlenstoff-Heizvorrichtung, welche aus mehreren derartigen Heizelementen zu einem Zylinder zusammengebaut ist und bei welcher das andere Ende des ersten Kohlenstoffschen kels an einem der Heizelemente mechanisch und elektrisch mit dem anderen Ende des zweiten Kohlenstoffschenkels an dem anderen Heizelement mit einer Kohlenstoffplatte auf solche Weise verbunden ist, daß eine Entfernung zwischen dem ersten Kohlenstoffschenkel und dem zweiten Kohlenstoffschenkel im wesentlichen gleich einer Stützweite des Schlitzes ist, wobei das andere Heizelement neben einem der Heizelemente angeordnet ist.

Bei dieser Erfindung weist die zusammengebaute Kohlenstoff-Heiz vorrichtung eine Form auf, die im wesentlichen der der bekannten Kohlenstoff-Heizvorrichtung gleicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrere Heizelemente, die ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen, ausgewählt und zu einer Kohlenstoff-Heizvorrichtung zusammengebaut, so daß Ungleichförmigkeiten der physikalischen Eigenschaften bezüglich der Lage in der Kohlenstoff-Heizvorrichtung ver ringert werden und eine gleichförmige elektrische Widerstands heizung über die gesamte Kohlenstoff-Heizvorrichtung gesichert ist. Verglichen mit der Ausbildung von Schlitzen bei dem konventionellen zylindrischen Kohlenstoffkörper, die sich vom unteren Ende des zylindrischen Kohlenstoffkörpers nach oben und vom oberen Ende des konventionellen zylindrischen Kohlenstoffkörpers nach unten erstrecken, ist die Ausbildung einzelner Heizelemente einfach, und so werden die Herstellungs kosten und die Kosten der Erzeugnisse verringert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Kohlenstoff-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2(a) eine Aufsicht, teilweise in Explosionsdarstellung, der in Fig. 1 dargestellten Kohlenstoff-Heizvorrichtung;

Fig. 2(b) eine Querschnittsansicht enlang der Linie B-B′ von Fig. 2(a); und

Fig. 2(c) eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C′ von Fig. 2(a).

Die nachstehend beschriebene Ausführungsform dient nur als Mittel zum klaren Verständnis der vorliegenden Erfindung, und verschiedene Änderungen und Modifikationen dieser Ausführungs form können durch einen Fachmann auf diesem Gebiet gemacht werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, welcher auch deutlich in den Patentansprüchen angegeben ist.

In den Fig. 1 und 2(a) bis 2(c) weist eine Kohlenstoff-Heiz vorrichtung 1 zwölf Heizelemente 2 auf, welche unter Verwendung von Kohlenstoffplatten 3 und Kohlenstoffschrauben 4 zu einem Zylinder zusammengebaut sind. Jedes Element 2 weist einen zentralen Schlitz 2 a auf, welcher sich vom unteren Ende nach oben erstreckt und einen gekrümmten Querschnitt aufweist.

Im einzelnen weist jedes Element einen ersten Kohlenstoffschenkel auf, dessen Querschnitt gekrümmt ist, einen zweiten Kohlenstoff schenkel, dessen Querschnitt gekrümmt ist, einen Kohlenstoff- Verbindungsteil, welcher einstückig das obere Ende des ersten Kohlenstoffschenkels mit dem oberen Ende des zweiten Kohlen stoffschenkels so verbindet, daß ein Schlitz 2 a zwischen dem ersten Kohlenstoffschenkel und dem zweiten Kohlenstoff schenkel ausgebildet wird, wobei sich der Schlitz 2 a in Längs richtung des ersten Kohlenstoffschenkels von dem unteren Ende des ersten Kohlenstoffschenkels zum oberen Ende des ersten Kohlenstoffschenkels erstreckt.

Jedes Element 2 ist an seinem äußeren unteren Ende 2 b in einem Maße ausgeschnitten, welches der Dicke der Kohlenstoff platte 3 entspricht, und an seinem unteren inneren Ende für den weggeschnittenen Abschnitt ausgeglichen, um sicherzustellen, daß eine Kohlenstoff-Heizvorrichtung erhalten wird, die genügend dick ist, um eine lokale Erhitzung zu vermeiden, wenn die Heizvorrichtung mit Strom versorgt wird. Das Element 2 ist an seinem unteren Ende 2 b mit Gewindelöchern 2 c versehen, welche Kohlenstoffschrauben 4 aufnehmen. Die unteren Enden 2 b des ersten Kohlenstoffschenkels und des zweiten Kohlenstoff schenkels in jedem Element 2 unterscheiden sich in ihrer Länge voneinander. In den benachbarten zwei Elementen 2 weisen beide Kohlenstoffschenkel, die einander gegenüberliegen, gleiche Länge auf. Jedes Element 2 ist an seinem äußeren oberen Ende abgeschrägt. Jede Kohlenstoffplatte 3 ist mit vier Löchern 3 a für Schrauben 4 versehen. Jede benachbarten zwei Elemente 2 sind aneinander befestigt, so daß einerseits zwei Löcher 3 a in einer Kohlenstoffplatte 3 mit Gewindelöchern 2 c in einem Schenkel des einen Elements 2 ausgerichtet sind und andererseits die beiden anderen zwei Löcher 3 a in der Kohlenstoffplatte 3 mit den Gewindelöchern 2 c in einem Schenkel des benachbarten Elements 2 ausgerichtet sind, und Schrauben 4 in die Gewindelöcher 2 c durch Löcher 3 a eingedreht werden.

In diesem Fall sind die Elemente 2 miteinander mechanisch und elektrisch zur Ausbildung der zylindrischen Kohlenstoff-Heiz vorrichtung 1 derart verbunden, daß die Entfernung zwischen sämtlichen benachbarten Elementen 2 und die Entfernung zwischen sämtlichen benachbarten Kohlenstoff-Platten 3 im wesentlichen gleich der Erstreckung des Schlitzes 2 a ist.

Bei einer Ausführungsform einer Kohlenstoff-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrere Elemente 2, die gleiche physikalische Eigenschaften aufweisen, ausgewählt und zur Kohlenstoff-Heizvorrichtung zusammengesetzt, so daß Lage-Ungleichförmigkeiten physikalischer Eigenschaften über die Kohlenstoff-Heizvorrichtung verringert werden und eine gleichförmige elektrische Widerstandsheizung über die gesamte Kohlenstoff-Heizvorrichtung sichergestellt wird.

Wenn die konventionelle Kohlenstoff-Heizvorrichtung und die voranstehend beschriebene Ausführungsform der Kohlenstoff-Heiz vorrichtung zu Vergleichszwecken auf 1500°C aufgeheizt werden, so variiert die Temperatur der konventionellen Kohlen stoff-Heizvorrichtung in einem Bereich von 1500 ± 40°C, in Übereinstimmung mit den die Heizvorrichtung bildenden Abschnitten, wogegen die Temperatur der voranstehend ange gebenen Ausführungsform der Kohlenstoff-Heizvorrichtung in einem Bereich von 1500 ± 10°C variiert, in Übereinstimmung mit den die Heizvorrichtung ausbildenden Abschnitten.

Verglichen mit der Ausbildung von Schlitzen bei dem konventio nellen zylindrischen Kohlenstoffkörper, die sich vom Unterende des zylindrischen Kohlenstoffkörpers nach oben und vom Oberende des zylindrischen Körpers nach unten erstrecken, ist die Ausbildung der individuellen Heizelemente 2 dieser Ausführungs form einfach, wodurch die Herstellungskosten und die Kosten des Erzeugnisses gesenkt werden.

Wie voranstehend im einzelnen geschildert ist, weisen das Heizelement oder die Kohlenstoff-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gleichförmige physikalische Eigen schaften auf, was für eine gleichmäßige Aufheizung vorteilhaft ist und die Herstellungskosten der Kohlenstoff-Heizvorrichtung verringern kann.

Claims

1. Heizelement für eine zylindrische Kohlenstoff-Heizvor richtung, gekennzeichnet durch einen ersten Kohlenstoffschenkel mit gekrümmtem Querschnitt, einen zweiten Kohlenstoffschenkel mit gekrümmtem Quer schnitt, einen Kohlenstoff-Verbindungsteil, welcher ein stückig ein Ende des ersten Kohlenstoffschenkels mit einem Ende des zweiten Kohlenstoffschenkels verbindet, um einen Schlitz (2 a) zwischem dem ersten Kohlenstoff schenkel und dem zweiten Kohlenstoffschenkel auszubilden, wobei sich der Schlitz (2 a) in Längsrichtung des ersten Kohlenstoffschenkels von dem anderen Ende des ersten Kohlenstoffschenkels zum einen Ende des ersten Kohlenstoff schenkels erstreckt.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Kohlenstoffschenkel dieselbe Breite aufweist wie der zweite Kohlenstoffschenkel.

3. Kohlenstoff-Heizvorrichtung, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere Heizelemente (2) gemäß Anspruch 1 zu einem Zylinder zusammengesetzt sind, bei welchem das andere Ende (2 b) des ersten Kohlenstoffschenkels an einem Heizelement (2) mechanisch und elektrisch mit dem anderen Ende (2 b) des zweiten Kohlenstoffschenkels an dem anderen Heizelement (2) mittels einer Kohlenstoff platte (3) derart verbunden ist, daß eine Entfernung zwischen dem ersten Kohlenstoffschenkel und dem zweiten Kohlenstoffschenkel im wesentlichen gleich der Erstreckung des Schlitzes (2 a) ist, wobei das andere Heizelement (2) neben dem einen Heizelement (2) angeordnet ist.

4. Kohlenstoff-Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffplatte (3) mit den anderen Enden (2 b) durch Kohlenstoffschrauben (4) verbunden ist.