DE60117629T2

DE60117629T2 - Vorrichtung zur Erhitzung einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE60117629T2
Application number: DE60117629T
Authority: DE
Inventors: Eiichi Toya; Tomio Nishiokitama-gun Konn; Tomohiro Nishiokitama-gun Nagata; Sunao Nishiokitama-gun Seko; Tokyo Electron Tohoku Ltd. Takanori Tsukui-gun Saito; Tokyo Electron Tohoku Ltd. Kazutoshi Tsukui-gun Miura; Tokyo Electron Tohoku Ltd. Harunari Tsukui-gun Hasegawa; Tokyo Electron Tohoku Ltd. Joji Tsukui-gun Hoshi; Tokyo Electron Tohoku Ltd. Katsutoshi Tsukui-gun Ishii
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: US6516143B2; DE60117629D1; JP2002277054A; EP1139694A2; KR20010095084A; US20020023919A1; EP1139694B1; TW563187B; EP1139694A3; JP3587249B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluidheizvorrichtung für ein Gas oder eine Flüssigkeit, z.B. auf eine Fluidheizvorrichtung, die mit verschiedenen bei der Halbleiterherstellung verwendeten Wärmebehandlungsöfen, verbunden ist und die Temperatur des den Halbleiter-Wärmebehandlungsöfen zugeführten Gases kontrolliert.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei der Halbleiterherstellung, z.B. in einem Verunreinigungsdiffusionsofen, einem Oxidationsofen, einem Ausglüher, einem Dünnfilmabscheidungssystem, einem Ätzsystem und ähnlichem, werden verschiedene Halbleiter-Wärmebehandlungsöfen eingesetzt. Bei diesen Halbleiter-Wärmebehandlungsöfen sind entsprechend der Aufgabe und dem Einsatzgebiet verschiedene Typen vorhanden, wie z.B. solche für die Einzelwaferverarbeitung, vertikale Typen und horizontale Stapelverarbeitungstypen.
Ein herkömmlicher Oxidationsreaktionsofen mit vertikaler Stapelverarbeitung wird basierend auf 12 beschrieben. Dieser Reaktionsofen 60 besteht aus einem Reaktionsröhren-Heizofen 61, einem auskleidendem Rohr 62 und einem Reaktionsrohr 63 und ist so gestaltet, dass ein den Wafer mehrstufig tragendes Waferschiffchen (nicht gezeigt) in dem Reaktionsrohr 63 angeordnet werden kann.
Bei einem solchen Reaktionsofen 60 wird Reaktionsgas aus einem Reaktionsgaseinlass 64 durch eine Reaktionsgasdüse 65 und eine in dem Reaktionsröhrenheizofen 61 vorgesehenen Gaseinführungsabschnitt 66 in das Reaktionsrohr 63 eingeführt.
Bei dem herkömmlichen Oxidationsreaktionsofen 60 mit vertikaler Stapelverarbeitung wird das Reaktionsgas durch Erwärmung von einer Heizvorrichtung (nicht gezeigt), die in dem Reaktionsrohrheizofen über das Auskleidungsrohr 62 eingebettet ist, vorgeheizt, wenn es durch den Gaseinführungsabschnitt 66 strömt, und seine Temperatur steigt.
Jedoch ist die Temperatur des von außen eingeführten Reaktionsgases niedrig im Vergleich mit jener im Reaktionsrohr 63 und das Reaktionsgas wird nicht ausreichend aufgeheizt, sodass ein Temperaturunterschied auftritt, wodurch die Partialdruckverteilung des Zersetzungsproduktgases des Reaktionsgases im Reaktionsrohr 63 ungleichmäßig wird.
Als Ergebnis besteht die Befürchtung, dass zwischen den im Reaktionsrohr 63 enthaltenen Wafern ein Reaktionsunterschied erzeugt wird, wodurch die Filmdicke und die Qualität des Films, die auf den Wafern erzeugt werden, ungleichmäßig werden, sodass keine hervorragenden Oxidfilme erhalten werden können.
Als Verfahren zum Lösen des oben genannten Problems wird vorgeschlagen, dass das Reaktionsgas vor Einführen in den Ofen durch eine Heizvorrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur, die einer Prozesstemperatur des Halbleiterheizofens entspricht, erwärmt wird um die Temperaturverteilung im Ofen gleichförmig zu gestalten (JP-A 63-316425, JP-A 7-176498).
Eine Gasheizvorrichtung, die das in einem vertikalen Reaktionsofen einzuführende Reaktionsgas auf eine vorbestimmte Temperatur regelt, ist in der JP-A 7-176498 offenbart. Hier wird diese Gasheizvorrichtung basierend auf 13 beschrieben. Diese Gasheizvorrichtung 70 umfasst einen Heizwegabschnitt 73, der auf geschlängelte Weise ausgebildet ist, und ein Temperaturvereinheitlichungsmaterial (Heizmaterial) 72, das im Heizwegabschnitt 73 vorgesehen ist, und ist so gestaltet, dass das aus einem Gaseinlass 71 eingeführte Reaktionsgas durch das Temperaturvereinheitlichungsmaterial (Heizmaterial) 72 der Gasheizvorrichtung erwärmt wird, um in dem langen, engen Heizwegabschnitt 73, der auf geschlängelte Weise gebildet ist, zu strömen und in den Ofen einzutreten.
Hier zeigt der Pfeil in 13 die Strömungsrichtung des Reaktionsgases.
Eine Gasheizvorrichtung, die das in ein Dampfphasenwachstumssystem für epitaxiale Dünnfilme einzuführende Reaktionsgas unter Verwendung eines Einzelwafer-Verarbeitungsofens auf eine vorbestimmte Temperatur regelt, ist in der JP-A 63-316425 offenbart.
Hier wird diese Gasheizvorrichtung basierend auf 14 und 15 beschrieben. Diese Gasheizvorrichtung 80 umfasst ein Spiralrohr 81 und einen Heizabschnitt 82, der außerhalb des Spiralrohrs 81 vorgesehen ist, und ist so gestaltet, dass das Reaktionsgas durch Wärme aus dem Heizabschnitt 82 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, während das Reaktionsgas durch das Spiralrohr 81 strömt, und dann wird das Reaktionsgas aus einer Düse 83 in ein glockenförmiges Gefäß 84 eingeführt. Hier zeigt der Pfeil in 14 und 15 die Strömungsrichtung des Reaktionsgases.
In dem Fall, in dem die Gasheizvorrichtung, die in der JP-A 7-176498 offenbart ist, auf einen Oxidationsofen angewendet wird, und wenn der Heizwegabschnitt aus einem hochreinen Quarzrohr hergestellt ist, wird das Temperaturvereinheitlichungsmaterial (Heizmaterial) aus einem Heizelement gemacht, das aus hochreinem Siliziumcarbid (SiC) besteht, und da Dampf (H₂O) als Reaktionsgas verwendet wird, dringt Sauerstoff in das Innere des SiC-Heizelements ein, und erzeugt innere Oxidation, wodurch eine strukturelle Verschlechterung sowie Partikel erzeugt werden, was natürlich Probleme darstellt.
Und wenn Wasserstoff in einen Ausglüher geströmt wird, wird durch die Reaktion zwischen dem SiC-Heizelement und dem Wasserstoff ein Verunreinigungsgas erzeugt, das auch ein Problem ist.
Des Weiteren weist das SiC-Heizelement eine große Wärmekapazität und ein schlechtes Wärmeansprechverfahren (hohe Wärmeträgheit) auf, sodass ein schnelles Steigen und Fallen der Temperatur unmöglich ist.
Bei der in der JP-A 63-316425 offenbarten Gasheizvorrichtung ist die Vorrichtung so aufgebaut, dass das Reaktionsgas durch das Spiralrohr geführt wird, jedoch verbleibt das Gas nur schwer, und wenn die Länge des Spiralrohrs verlängert wird, kann das Reaktionsgas auf eine vorbestimmte Temperatur geheizt werden. Wenn andererseits die Länge des Spiralrohrs vergrößert wird, um das Gas auf eine vorbestimmte Temperatur zu heizen, kann die Gasheizvorrichtung nicht verkleinert werden.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen technologischen Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidheizvorrichtung bereitzustellen, die die Haltbarkeit verbessern, die Erzeugung von Partikeln und ähnlichem oder von metallischen Verunreinigungen und ähnlichem unterdrücken kann, und verkleinert werden kann.
Die Fluidheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, die entwickelt wurde, um die oben beschriebenen technologischen Probleme zu lösen, ist durch Anspruch 1 definiert.
Die Fluidheizvorrichtung der Erfindung umfasst mindestens eine Heizröhre, einen Heizabschnitt, der spiralförmig auf einem äußeren Rand der Heizröhre gebildet ist, und ein Gehäuse, das die Heizröhre und den Heizabschnitt aufnimmt, wobei der Heizabschnitt ein Kohlenstoffdraht-Heizelement und ein Quarzglasrohr umfasst, in welchem das Kohlenstoffdraht-Heizelement eingeschlossen ist.
Der Aufbau der Fluidheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Heizabschnitt ein Heizelement aus Kohlenstoffdraht und ein Quarzglasrohr umfasst, in welchem das Heizelement aus Kohlenstoffdraht eingeschlossen ist, und ein poröses geformtes Material, das durch teilweises Verschweißen einer Vielzahl von transparenten Quarzglasperlen gebildet ist, innerhalb der Heizröhren angeordnet ist.
Auf diese Weise ist die Wärmekapazität des Heizabschnitts, der das in dem Quarzglasrohr eingeschlossene Heizelement aus Kohlenstoffdraht umfasst, klein im Vergleich zu einer herkömmlichen Heizvorrichtung, die aus hochreinem SiC besteht, und nur zu einem geringen Ausmaß werden metallische Verunreinigungen, Partikel und Verunreinigungsgas erzeugt, die für den Halbleiterwafer schädlich sind.
Des Weiteren sind die Heizeffizienz und das Heizansprechverhalten (Temperaturträgheit) beim Vorgang des Temperaturanstiegs des Fluids hervorragend, da der Heizabschnitt spiralförmig auf den äußeren Rand der Heizröhre gebildet ist und das Fluid heizt.
Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Fluidheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung als Gasheizvorrichtung zum Wärmeregeln von in den Halbleiterbehandlungsofen einzuführenden Gas verwendet wird, in dem Fall, in dem das Fluid ein Gas ist. Somit ist es besonders bevorzugt, dass die Fluidheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung aus der Heizvorrichtung besteht, die mit einer Gasversorgungsquelle und dem Halbleiterbehandlungsofen verbunden ist, und mindestens eine Heizröhre, die das aus der Gasversorgungsquelle zuzuführende Gas erwärmt, einen Heizabschnitt, der spiralförmig an dem äußeren Rand der Heizröhre ausgebildet ist, und ein Gehäuse umfasst, in dem die Heizröhre und der Heizabschnitt untergebracht sind, wobei der Heizabschnitt ein Heizelement aus Kohlenstoffdraht und ein Quarzglasrohr umfasst, in welchen das Heizelement aus Kohlenstoffdraht eingeschlossen ist. Dies verringert die Änderung der Behandlungstemperatur im Halbleiterbehandlungsofen und die Veschmutzung des mit dem Gas zu behandelnden Halbleiterwafers durch Verunreinigungen.
Hier ist es erwünscht, dass die Füllung, die als Widerstand für den Durchtritt von Fluid dient, innerhalb der Heizröhre angeordnet ist.
Auf diese Weise kann dem durchtretenden Fluid eine geeignete Aufenthaltszeit hinzugefügt werden, da die Füllung, die als Widerstand für das durchströmende Gas wirkt, z.B. innerhalb der Heizröhre angeordnet ist.
Als Ergebnis kann das Fluid, das durch das Innere der Heizröhre durchströmt, genügend Wärme durch Strahlungswärme vom Heizelement aus Kohlenstoffdraht erhalten, welche die Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht. Und die Heizröhre und der Heizabschnitt können verkleinert werden, da es möglich ist, das durchtretende Fluid innerhalb der Heizröhre verbleiben zu lassen.
Zusätzlich ist es erwünscht, dass die Füllung ein geformtes Material umfasst, das durch Verschweißen von kurzen säulenähnlichen Quarzglasperlen gebildet ist, oder ein poröses geformtes Material aus Quarzglas umfasst, in dem Verbindungsporen gebildet sind.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass das geformte Material, das durch Verschweißen kurzer säulenähnlicher Quarzglasperlen gebildet ist, das geformte Material ist, das durch Mischen großer und kleiner, zweier Arten von Perlen gebildet ist, wobei die einen Perlen einen Durchmesser von 6 bis 12 mm und eine Länge von 6 bis 12 mm aufweisen und die anderen Perlen einen Durchmesser von 4 bis 10 mm und eine Länge von 4 bis 10 mm mit einem zahlenmäßigen Anteil von 1 zu 4 bis 4 zu 1 (besonders bevorzugt mit einem zahlenmäßigen Anteil von 6 zu 4 bis 8 zu 2) zum Verschweißen aufweisen.
Da die Füllung, diegeformtes Material umfasst, das durch Verschweißen von Quarzglasperlen gebildet ist, oder das poröse geformte Material aus Quarzglas umfasst, in welchem Kommunikationsporen gebildet sind, innerhalb der Heizröhre angeordnet ist, wird auf diese Weise eine geeignete Verbleibzeit hinzugefügt, in dem das in die Heizröhre eingeführte Gas durch einen feinen Filter durchtritt, der von der Füllung gebildet wird, die auf komplizierte und verdrehte Weise geschnitten wird. Zusätzlich wiederholt sich die Übertragung, die Brechung, die Streuung und die Reflektion der Strahlungswärme von dem Heizelement aus Kohlenstoffdraht in dem geformten Material auf komplizierte Weise.
Als Ergebnis kann die Wärmetauscheffizienz verbessert werden und die Heizröhre und der Heizabschnitt können verkleinert werden, da dem eingeführten Gas eine ausreichende Menge an Wärme hinzugefügt werden kann.
Zusätzlich ist ein großer Teil der Wärmeenergie, die vom Heizelement aus Kohlenstoffdraht des Heizabschnitts in die Heizröhre übertragen wird, Strahlungswärme, da die Wärmeleitfähigkeit des Quarzmaterials, wie z.B. des Quarzglases, nicht groß ist. Daher ist es bevorzugt, dass die Füllung innerhalb der Heizröhre transparentes Material anstatt nicht transparentem Material (schwarzem Material) ist.
Da in dem Fall von nicht transparentem Material die Strahlung an einem Teil der Oberfläche des nicht transparenten Materials absorbiert wird, wird dadurch nur der oberflächliche Teil teilweise erwärmt. Im Fall von transparentem Material wird andererseits die Strahlungswärme, die in das transparente Material eingestrahlt wird, auf komplizierte Weise übertragen, reflektiert und gebrochen, um den mittleren Abschnitt zu erreichen, sodass das Innere der Füllung gleichförmig erwärmt werden kann und das Gas, das durch das Innere der Heizröhre strömt, gleichförmig erwärmt werden kann. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Quarzglasperlen, die die Füllung darstellen, aus transparentem Quarzglas bestehen.
Es ist auch bevorzugt, dass die Füllung eine Vielzahl von Quarzglasröhrchen oder eine Gasverwirbelungsgplatte ist, die aus Quarzglas hergestellt ist, und eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Insbesondere ist es erwünscht, dass eine Vielzahl von Gasstörplatten innerhalb der Heizröhre untergebracht werden und dass die Platten so gestaltet sind, dass die Öffnungen von benachbarten Gasstörplatten zumindest einander nicht entsprechen.
Dieselbe Wirkung wie mit der oben beschriebenen Füllung kann selbst mit einer solchen Füllung erhalten werden.
Zusätzlich ist es erwünscht, dass ein hochreines Wärmeisolierungsmaterial in den Raum zwischen dem Heizabschnitt und dem Gehäuse eingefüllt wird.
Da Wärmeisolationsmaterial in den Raum eingefüllt wird, kann eine Fluidheizvorrichtung erhalten werden, deren Wärmeisolationseigenschaften, Abschirmungseigenschaften und Erhitzungseffizienz hervorragend sind.
Es ist zudem erwünscht, dass die Heizröhre und der Heizabschnitt in dem Hitzeschild untergebracht werden, das in dem Gehäuse vorgesehen ist. Insbesondere ist es erwünscht, dass das Hitzeschild zylindrisch ist und ein reflektierender, wärmeisolierender Schichtfilm, der feines Silica und feines Aluminapulver umfasst, mindestens an dessen Innenseite gebildet ist. Um eine Wärmeabschirmeffektivität dieses Hitzeschilds zu erzielen, ist es bevorzugt, einen reflektierenden, wärmeisolierenden Schichtfilm auf dessen innere Oberfläche zu bilden. Da auf diese Weise die Heizröhre und der Heizabschnitt in dem Hitzeschild untergebracht sind, das aus Quarzglas besteht und in dem Gehäuse vorgesehen ist, kann eine Fluidheizvorrichtung erhalten werden, deren Wärmeisolierungseigenschaften, Abschirmungseigenschaften und Erhitzungseffizienz hervorragend sind.
Insbesondere können in dem Fall, in dem ein reflektierender, hitzeisolierender Schichtfilm, der feines Silicapulver und feines Aluminapulver umfasst, auf der inneren Oberfläche des Hitzeschilds gebildet ist, nicht nur hervorragende Wärmeisolierungseigenschaften und Abschirmungseigenschaften, sondern auch die Möglichkeit, Verunreinigungen auf dessen Oberfläche einzufangen, erzielt werden.
Weiter ist es erwünscht, dass ein Verbindungsverhältnis zwischen dem feinen Silicapulver und dem feinen Aluminapulver in Kapazitätsanteilen 3 zu 1 bis 3 zu 7 beträgt und dass der Schichtfilm weiter feines Titaniumoxidpulver umfasst.
Wenn das Verbindungsverhältnis zwischen dem feinen Silicapulver und dem feinen Aluminapulver in Kapazitätsanteilen weniger als 3 zu 7 beträgt und somit der Anteil von einem Silicapulver gering wird, wird die Fähigkeit, Verunreinigungen auf der Oberfläche des Films einzufangen, verringert.
Wenn andererseits das Verbindungsverhältnis zwischen dem feinen Silicapulver und dem feinen Aluminapulver in Kapazitätsanteilen mehr als 3 zu 1 beträgt, und somit der Anteil an feinem Aluminapulver gering wird, besteht die Gefahr, dass Oberflächenrisse und Abschälung beim Auftragen des Schichtfilms leichter auftreten, da zuviel feines Silicapulver vorhanden ist.
Und es ist erwünscht, dass die Filmdicke des reflektierenden, wärmeisolierenden Schichtfilms sich innerhalb des Bereichs von 30 bis 300 μm befindet. Wenn die Dicke des reflektierenden, wärmeisolierenden Schichtfilms weniger als 30 μm beträgt, verschlechtern sich die Wärmeisolierungseigenschaften und die Abschirmungseigenschaften, und wenn sie mehr als 300 μm beträgt, treten leichter schichtartige Risse auf dem Schichtfilm auf, wodurch das Problem entsteht, dass der Schichtfilm sich leicht ablöst.
Zusätzlich ist es erwünscht, dass hochreines wärmeisolierendes Material in den Raum zwischen dem Hitzeschild und dem Gehäuse eingefüllt wird.
Da hochreines Wärmeisoliermaterial in den Raum zwischen dem Hitzeschild und dem Gehäuse eingefüllt wird, kann eine Fluidheizvorrichtung erhalten werden, deren Wärmeisolierungseigenschaften, Abschirmungseigenschaften und Erhitzungseffizienz hervorragend sind.
Zudem kann in der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung verkleinert werden, indem das Gehäuse selbst aus hochreinem wärmeisolierenden Material gebildet wird.
Zudem ist es erwünscht, dass das Heizelement aus Kohlenstoffdraht einer gestrickten Schnur oder geflochtenen Litze ähnlich ist und eine Vielzahl von Faserbündeln umfasst, wobei Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von 5 bis 15 μm zusammengebündelt geflochten sind. Und es ist erwünscht, dass die in dem Kohlenstoffdrahtheizelement enthaltene Menge an Verunreinigungen der Kohlenstofffaser nicht mehr als 10 ppm in Form von Aschegehalt beträgt.
Auf diese Weise wird in dem Fall, in dem das Kohlenstoffdraht-Heizelement ähnlich einer gestrickten Schnur oder einer Litze gebildet ist, die Zugfestigkeit hoch, die Haltbarkeit bei hoher Temperatur wird hervorragend und das Heizelement kann leicht verformt werden, wodurch dieses Heizelement leicht innerhalb der spiralförmigen Quarzglasröhre untergebracht werden kann, die den Heizabschnitt darstellt.
Weiter kann die Diffusion von Verunreinigungen verhindert werden, da die Menge an Verunreinigungen, die in den Kohlenstofffasern enthalten ist, welche das Kohlenstofffaser-Heizelement darstellen, nicht mehr als 10 ppm als Aschegehalt beträgt, was eine hohe Reinheit darstellt.
Die Fluidheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Heizröhre umfasst, die aus einer Fluidversorgungsquelle zugeführtes Fluid erhitzt, einen Heizabschnitt umfasst, der spiralförmig am äußeren Rand der Heizröhre gebildet ist, und ein Gehäuse umfasst, in dem die Heizröhre und der Heizabschnitt untergebracht sind, wobei der Heizabschnitt ein Kohlenstoffdrahtheizelement und ein Quarzglasrohr umfasst, in dem das Kohlenstoffdraht-Heizelement eingeschlossen ist, und ein poröses geformtes Material, das durch teilweises Verschweißen einer Vielzahl von Quarzglasperlen gebildet ist, innerhalb der Heizröhre angeordnet ist.
Da ein solches poröses, geformtes Material innerhalb der Heizröhre angeordnet ist, wird eine geeignete Verweilzeit beim Durchtritt des in die Heizröhre durch den Feinfilter eingeführten Gases hinzugefügt, der durch Füllen und durch kompliziertes gekrümmtes Schneiden gebildet ist. Zudem wird die Wärmestrahlung von dem Kohlenstoff-Heizelement auf komplizierte Weise in dem geformten Material übertragen, gebrochen, gestreut und reflektiert.
Als Ergebnis kann die Wärmeaustauscheffizienz verbessert werden und die Heizröhre und der Heizabschnitt können verkleinert werden, da eine ausreichende Wärmemenge dem eingeführten Gas hinzugefügt werden kann.
Zusätzlich umfassen die Quarzglasperlen in der Erfindung verschiedene Formen, wie z.B. säulenartiges Material, kugelförmiges Material, rechteckig-parallelepiped-förmiges Material aus Quarzglas oder röhrenartiges Material aus Quarzglas, in welchem ein hohler Abschnitt gebildet ist. Und die Größe der Quarzglasperlen ist nicht besonders beschränkt, solange das geformte Material, auf welchem eine Vielzahl von Quarzglasperlen verschweißt sind, in der Heizröhre gebildet werden kann. Hier ist es erwünscht, dass das Kohlenstoffdraht-Heizelement ein einer gestrickten Schnur oder einer geflochtenen Litze ähnliches Kohlenstoffdraht-Heizelement ist, das eine Vielzahl von Faserbündeln umfasst, wobei Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von 5 bis 15 μm zusammengebündelt geflochten sind. Und es ist erwünscht, dass die in dem Kohlenstoffdraht-Heizelement enthaltene Menge an Verunreinigungen der Kohlenstofffaser nicht mehr als 10 ppm in Form von Aschegehalt beträgt.
Auf diese Weise wird in dem Fall, bei dem ein Kohlenstoffdraht-Heizelement ähnlich einer gestrickten Schnur oder einer Litze gebildet wird, die Zugfestigkeit hoch, die Haltbarkeit bei hohen Temperaturen wird hervorragend und das Heizelement kann leicht verformt werden, wodurch dieses Heizelement leicht in einem spiralförmigen Quarzglasrohr untergebracht werden kann, das den Heizabschnitt darstellt, wodurch es möglich wird, den Heizabschnitt in dem Konzept dieser Fluidheizvorrichtung herzustellen und am äußeren Randabschnitt der Heizröhre mit hoher Genauigkeit anzuordnen.
Des Weiteren kann die Diffusion von Verunreinigungen verhindert werden, da die enthaltene Menge an Verunreinigungen der Kohlenstofffaser, die das Kohlenstoffdraht-Heizelement darstellt, nicht mehr als 10 ppm in Form von Aschegehalt beträgt, was einer hohen Reinheit entspricht.
Auch ist es bevorzugt, dass die Heizröhre und der Heizabschnitt in einem hochreinen, wärmeisolierendem Material, das im Gehäuse vorgesehen ist, untergebracht sind. Dies verbessert die Heizeffizienz und es wird möglich, das Gehäuse zu miniaturisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ausführungsform einer Fluidheizvorrichtung (einer Gasheizvorrichtung) entsprechend der vorliegenden Erfindung, 1a ist eine seitliche Querschnittsansicht, 1b ist eine Querschnittsansicht genommen entlang der Linie A-A der 1a;
2 zeigt eine Heizröhre und eine Füllung, die für die in 1 gezeigte Gasheizvorrichtung verwendet wird, 2a zeigt eine Füllung, in der kurze säulenähnliche Quarzperlen verschweißt sind, 2b zeigt eine poröse Quarzglasfüllung, in welcher Verbindungsporen in geschäumtem Quarzglas gebildet sind;
3 zeigt die Heizröhre, die für die in 1 gezeigte Gasheizvorrichtung verwendet wird, und zeigt ein anderes Beispiel der Füllung, 3a zeigt eine Füllung, die Quarzröhrchen umfasst, 3b zeigt eine Vorderansicht der 3a;
4 zeigt die Heizröhre, die für die in 1 gezeigte Gasheizvorrichtung verwendet wird, und zeigt ein anderes Beispiel der Füllung, 4a zeigt den Fall, wo Gasstörplatten aus Quarz als Füllung verwendet werden, 4b zeigt eine Vorderansicht der 4a;
5 zeigt den Aufbau der Heizröhre, die für den Heizabschnitt der in 1 gezeigten Gasheizvorrichtung verwendet werden, 5a ist eine seitliche und teilweise Querschnittsansicht, 5b ist eine Draufsicht;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des abdichtenden Endabschnitts der in 1 gezeigten Gasheizvorrichtung veranschaulicht;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel des Aufbaus des abdichtenden Endabschnitts der in 1 gezeigten Gasheizvorrichtung veranschaulicht;
8 ist ein Schema, das ein Kohlenstoffdraht-Heizelement der in 1 gezeigten Gasheizvorrichtung veranschaulicht;
9 zeigt ein Beispiel eines Verbindungsaufbaus der Gasheizvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem Halbleiterbehandlungsofen;
10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau der thermischen Abschirmung der in 1 gezeigten Gasheizvorrichtung veranschaulicht;
11 ist ein polygonaler Liniengraph, der den Anstieg und das Fallen des Temperaturzeitdiagramms zeigt, das im Betrieb eines Diffusionsofens durchlaufen wird;
12 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Oxidationsofens mit vertikaler Stapelverarbeitung ohne eine Gasvorheizvorrichtung;
13 zeigt ein Beispiel eines Oxidationsofens mit vertikaler Stapelverarbeitung, mit welcher eine herkömmliche Gasvorheizvorrichtung bereitgestellt wird,
14 zeigt ein Beispiel eines epitaxialen Dünnfilm-Wachstumsystems für einen glockenförmigen Einzelwaferofen, mit dem eine herkömmliche Gasvorwärmevorrichtung bereitgestellt ist;
15 ist ein Schema, das den Aufbau der Gasvorwärmevorrichtung des Systems der 11 veranschaulicht; und
16 zeigt eine andere Ausführungsform (im Beispiel verwendet) einer Gasheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der Fluidheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, insbesondere im Fall, in dem Gas als dieses Fluid verwendet wird, wird im Folgenden detailliiert basierend auf 1 bis 10 beschrieben. In der vorliegenden Erfindung wird eine Gasheizvorrichtung als Fluidheizvorrichtung beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform der Gasheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, 1a ist eine seitliche Querschnittsansicht, 1b ist eine Querschnittsansicht genommen entlang der Linie A-A der 1a;
2 zeigt eine in der Heizröhre angeordnete Füllung, 2a zeigt eine Füllung, die ein geformtes Material umfasst, in welchem kurze säulenähnliche transparente Quarzglasperlen verschweißt sind, 2b zeigt eine Füllung, die ein poröses geformtes Material aus Quarzglas umfasst, wobei im geschäumtem Quarzglas Verbindungsporen gebildet sind.
3 zeigt eine in dem Heizrohr angeordnete Füllung, wie 2, 3a zeigt eine Füllung, die ein geformtes Material umfasst, in dem transparente Quarzglasröhrchen verschweißt sind, 3b zeigt eine Vorderansicht der 3a;
4a zeigt einen Füllung, die Störplatten aus Quarzglas umfasst, 4b zeigt eine Vorderansicht der 4a;
5 zeigt den Aufbau eines Heizabschnitts, 5a ist eine seitliche und teilweise Querschnittsansicht davon, 5b ist eine Draufsicht davon;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des mit dem Heizabschnitt zu verbindenden Endabschnitts veranschaulicht.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel des Aufbaus eines mit dem Heizabschnitt zu verbindenden Endabschnitts veranschaulicht.
8 ist ein Schema, das ein Kohlenstoffdraht-Heizelement zeigt.
9 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Verbindungsabschnitts zum Verbinden der Gasheizvorrichtung mit einem Halbleiterbehandlungsofen zeigt.
10 ist ein Schema, das den Aufbau eines Hitzeschilds veranschaulicht;
Die Gasheizvorrichtung 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, umfasst eine Heizröhre 2, die von einer Gasversorgungsquelle zuzuführendes Gas erhitzt, einen Heizabschnitt 3, der spiralförmig am äußeren Rand der Heizröhre 2 gebildet ist, ein Hitzeschild 4 aus Quarzglas, in dem die Heizröhre 4 und der Heizabschnitt 3 untergebracht sind, ein Gehäuse 5, das weiter den Hitzeschild 4 aufnimmt, welcher die Heizröhre 2 und den Heizabschnitt 3 aufnimmt, hochreines Hitze isolierendes Material 6, das zwischen dem Hitzeschild 4 und dem Gehäuse 5 angeordnet ist, ein Verbindungsrohr 7, wobei ein Ende mit der Gasversorgungsquelle verbunden ist und das andere Ende mit der Heizröhre 2 verbunden ist, ein Verbindungsrohr 8, wobei ein Ende mit dem Heizrohr 2 verbunden ist und das andere Ende mit einem Halbleiterbehandlungsofen (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Heizabschnitt 3 umfasst ein Kohlenstoffdraht-Heizelement 10, das in 8 gezeigt ist und ein Quarzglasrohr 11, das in 5 gezeigt ist und in dem das Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 eingeschlossen ist. Zudem ist die Füllung 12, die als Widerstand für das durchströmende Gas wirkt, innerhalb der Heizröhre 2 angeordnet, wie in 2 gezeigt.
Im Folgenden wird jedes Element, das die Gasheizvorrichtung darstellt, detailliert beschrieben.
Die Heizröhre 2 ist allgemein aus transparentem Quarzglasmaterial von ungefähr 1 bis 3 mm Dicke und zylindrischer Form hergestellt. Zudem ist die Heizröhre 2 von seitlichen Endplatten verschlossen, mit welchen die Verbindungsrohre 7, 8 ausgebildet sind, um nach dem Unterbringen der Füllung 12 darin eine Abdichtung zu bilden.
Hier wird die Größe (effektive Öffnung, effektive Länge) der Heizröhre 2 geeignet in Anbetracht der verschiedenen Faktoren wie z.B. der zu erhitzenden Gasmenge, der Erhitzungstemperatur und der Wärmekapazität des Gases eingestellt, d.h. jedoch allgemein 50 bis 100 mm effektiver Durchmesser und ungefähr 100 bis 200 mm Länge.
Zudem wird geformtes Material 12a, das durch Verschweißen transparenter, kurzer säulenartiger Quarzglasperlen gebildet ist oder das poröse, geformte Quarzglasmaterial 12b, bei dem Verbindungsporen im geschäumten Quarzglas gebildet sind, wie in 2 gezeigt, als in der Heizröhre 2 anzuordnende Füllung 12 verwendet.
Zusätzlich ist die Form der Quarzglasperlen nicht notwendigerweise auf kurze, säulenähnliche Form beschränkt, solange die Form Strahlungswärme absorbieren kann, um das durchströmende Gas effektiv mit Wärme zu beaufschlagen, und es können verschiedene Formen wie z.B. eine Kugelform, eine Spheroidenform, eine kurze zylindrische Form und eine sattelähnliche Form frei eingesetzt werden.
Jedoch werden Formen, die Spannungen beim Verschweißen erzeugen und leicht Risse oder Splitter bei der Handhabung oder im Gebrauch bilden, nicht bevorzugt und die kurze zylindrische Form ist in Bezug auf Kosten und Einfachheit der Formung vorzuziehen.
Die Form der transparenten Quarzperlen wird kurz und zylindrisch gemacht, und dies wird frei entsprechend der Permeabilität (Druckverlust aufgrund des Ventilationswiderstands) gewählt, und allgemein werden Perlen mit einem Durchmesser von ungefähr 4 bis 15 mm, bevorzugt ungefähr 6 bis 12 mm und einer Länge von ungefähr 4 bis 15 mm, bevorzugt ungefähr 6 bis 12 mm verwendet.
Insbesondere wird geformtes Material bevorzugt, das durch Mischen großer und kleiner, zweier Arten von Perlen gebildet ist, wobei die einen Perlen bevorzugt einen Durchmesser von 6 bis 12 mm und eine Länge von 6 bis 12 mm aufweisen bzw. die anderen Perlen einen Durchmesser von 4 bis 10 mm und eine Länge von 4 bis 10 mm mit einem zahlenmäßigen Verhältnis von 6 zu 4 bis 8 zu 2 zum Verschweißen aufweisen, so dass es schwierig ist, Beschädigungen und Splitter zu erzeugen und das Füllverhältnis und der Druckverlust des Gases geeignet sind.
Wenn das geformte Material unter Verwendung der oben beschriebenen Quarzglasperlen hergestellt wird, werden zuerst Quarzperlen zweier Größen, die durch Schneiden von massiven Stangen aus transparentem Quarzglas mit einem Durchmesser von ungefähr 6 bis 12 mm in eine Länge von ungefähr 6 bis 12 mm gebildet sind, unter einem Verhältnis von z.B. 7 (große Perlen): 3 (kleine Perlen) gemischt, um im Allgemeinen insgesamt 600 bis 1.000 Perlen zu erzeugen.
Dann werden diese Perlen in einen Quarzzylinder (Heizröhre) gefüllt, um in eine zylindrische geteilte Gussform aus Kohlenstoff gelegt zu werden und unter Verwendung des Gewichts aus Kohlenstoff gepresst zu werden, und dann wird das zylindrische geformte Material durch Erhitzen auf 1.450 °C gebildet, um die Quarzglasperlen miteinander teilweise zu verschweißen.
Zu diesem Zeitpunkt wird das zylindrische, geformte Material 12A mit dem Quarzzylinder (der Heizröhre 2) integriert.
Zudem wird dem geformten Material 12b, das poröses Quarzglas umfasst, in welchem Verbindungsporen im geschäumten Quarzglas gebildet sind, Permeabilität hinzugefügt, indem das zylindrisch geformte Material aus Glas mit einer für Silika korosiven sauren Lösung wie z.B. Flusssäurelösung oder einer Mischung aus Flusssäurelösung und Salpetersäurelösung behandelt wird, und die Zellwandflächen teilweise aufzulösen und zu entfernen und unzählige Verbindungslöcher zu bilden.
Die Permeabilität dieses porösen geformten Quarzglasmaterials 12b, d.h. der Druckverlust pro Behandlungsgasflussrate wird eingestellt, indem geeignet die Bearbeitungsbedingungen der Säure oder die Länge des geformten Materials eingestellt werden.
Wenn das poröse, geformte Quarzglasmaterial 12b in die Heizröhre 2 als Füllung 12 eingefüllt wird, wird das geformte Material 12b in die Heizröhre 2 eingesetzt, um die Endflächen der Heizröhre 2 durch seitliche Endplatten zu verschließen, und dann wird das Innere der Heizröhre 2 evakuiert.
Dann wird die Füllung 12 durch das Erhitzen aufgrund des Erweichens eines Teils der Füllung 12 von außerhalb der Heizröhre 2 fixiert und angebracht, und so die Innenfläche der Heizröhre 2 und die äußere Randfläche der Füllung 12 verschweißt.
Die Füllung 12 ist nicht auf das Quarzglasperlen verwendende Material 12a oder das poröse, geformte Quarzglasmaterial 12b beschränkt, und es kann eine solche Füllung verwendet werden, die innerhalb des Heizrohrs 2 angeordnet ist und die Wirkung und Funktionsweise hat, um die Wärmeaustauscheffizienz des durchtretenden Gases zu verbessern und die Verunreinigungen nicht diffundiert.
Z.B. können Quarzglasröhrchen 12c als Füllung verwendet werden, wie in 3 gezeigt ist. Insbesondere im Fall, in dem die Heizröhre 2 einen Innendurchmesser von 77,5 mm, eine Länge von 150 mm und eine Wandstärke von 5 mm aufweist, können Quarzglasröhrchen 12c als Füllung funktionieren, indem 61 Quarzglasröhrchen 12c mit einem Außendurchmesser von 8,1 mm und einem Innendurchmesser von 6,5 mm eingesetzt werden.
Zusätzlich ist es vorzuziehen, dass der Raum zwischen den Quarzglasröhrchen 12c eng und gleichförmig ist. Und wenn die Quarzglasröhrchen 12c in die Heizröhre als Füllung eingefüllt werden, kann dasselbe Verfahren wie im Fall des geformten Materials 12b verwendet werden.
Die Füllung 12, die durch Erzeugen einer Vielzahl von geformten Materialien, deren Permeabilität untereinander verschieden ist, gebildet ist, um diese geformten Materialien zu kombinieren, kann innerhalb der Heizröhre 2 angeordnet werden. Durch Kombinieren einiger geformter Materialien als Füllung 12, kann die Einstellung des Gasdruckverlusts, d.h. die Verbleibzeit des Gases gut und einfach eingestellt werden.
Z.B. können, wie in 4 gezeigt, Gasstörplatten 12d, die Quarzglas umfassen, als Füllung eingesetzt werden. Eine Vielzahl von Öffnungsabschnitten 12d1, durch welche Gas durchgeführt wird, ist in den Gasstörplatten 12d vorgesehen. Und diese Platten 12d sind so gebildet und angeordnet, dass diese Öffnungsabschnitte 12d1 einander nicht entsprechen, wie in 4b gezeigt. Daher trifft Gas, welches durch die Öffnungsabschnitte 12d1 einer Gasstörplatte 12d durchtritt, auf einen nächste Gasstörplatte 12d, wodurch die Verweilzeit lang gemacht werden kann.
Bei den Gasstörplatten 12 können insbesondere im Fall, in dem die Heizröhre 2 einen Innendurchmesser von 77,5 mm, eine Länge von 150 mm und eine Wandstärke von 5 mm aufweist, Gasstörplatten 12d als Füllung wirken, in dem Gasstörplatten 12d mit einem Außendurchmesser von 77,3 mm, einer Dicke von 5 mm, einem Durchmesser der Öffnungsabschnitte von 4,5 mm und 38 Öffnungsabschnitte (gitterähnlich angeordnet) eingesetzt werden. Zusätzlich kann, wenn die Gasstörplatten 12d in die Heizröhre als Füllung eingefüllt werden, dasselbe Verfahren wie in dem Fall des geformten Materials 12b verwendet werden.
Weiterhin ist ein großer Teil der Wärmeenergie, die vom Kohlenstoffdrahtheizelement 10 des Heizabschnitts 3 durch das das Element 10 füllende Quarzglasrohr 11 in die Heizröhre 2 übertragen wird, Strahlungswärme, da die Wärmeleitfähigkeit des Quarzmaterials wie Quarzglas nicht groß ist. Daher ist es bevorzugt, dass die Füllung 12 in der Heizröhre 2 transparentes Material anstatt schwarzem Material ist.
In dem Fall, in dem die Füllung 12 schwarzes Material ist, wird die Strahlungswärme am Teil der Oberfläche des schwarzen Materials absorbiert, wodurch nur der Oberflächenteil teilweise erwärmt wird. Andererseits wird in dem Fall, in dem die Füllung 12 transparentes Material ist, die abgestrahlte Strahlungswärme auf komplizierte Weise übertragen, reflektiert und gebrochen, um den Mittelabschnitt zu erreichen, wodurch das Innere der Füllung 12 gleichmäßig erwärmt werden kann.
Als Ergebnis kann das Gas, welches durch das Innere der Heizröhre 2 strömt, gleichmäßig erwärmt werden. Dementsprechend kann transparentes Alumina, das polychristallines Al₂O₃ umfasst, statt Quarzglas eingesetzt werden.
Auf diese Weise wird die Gasheizvorrichtung, in der die Füllung 12 in der Heizröhre 2 angeordnet ist, genügend Verweilzeit bereitstellen, um die Temperatur des Gases auf eine vorbestimmte Temperatur des einzuführenden Gases zu erhöhen, und kann dafür sorgen, dass das Gas die Strahlungswärme vom Heizabschnitt 3 effektiv absorbiert.
Der Heizabschnitt 3, der die Heizröhre 2 heizt, wird nun im Folgenden beschrieben.
Wie oben beschrieben, umfasst ein Heizbereich des Heizabschnitts 3 das Quarzglasrohr 11, in welchem das Kohlenstoffdrahtheizelement 10 mit dem Kohlenstofffaserbündel versiegelt ist, und der Heizabschnitt 3 ist spiralförmig auf der Oberfläche der Heizröhre 2 angeordnet.
Dieses Quarzglasrohr 11 umfasst ein spiralförmiges Quarzglasrohr 11a, ein direktes Rohr 11b aus Quarzglas, das die Spiralstruktur des Quarzglasrohrs 11a trägt und das mit einem Ende des Spiralenförmigen Quarzglasrohrs 11a verbunden ist, und ein direktes Rohr 11c aus Quarzglas, das die Spiralstruktur des Quarzglasrohrs 11a trägt und mit dem anderen Ende des spiralförmigen Quarzglasrohrs 11a verbunden ist, wie in 5 gezeigt.
Das spiralförmige Quarzglasrohr 11a steht mit den direkten Rohren 11b, 11c in Verbindung. Das Kohlenstoffdrahtheizelement 10 ist in dem spiralförmigen Quarzglasrohr 11a untergebracht und wird aus den direkten Rohren 11b, 11c herausgeführt.
Zusätzlich ist ein Versiegelungsendabschnitt 20 wie jener in 6 gezeigte am Endabschnitt der direkten Rohre 11b, 11c vorgesehen. Somit wird das Kohlenstoffdrahtheizelement 10, das aus dem spiralförmigen Quarzglasrohr 11a herausgeführt wird, über die Struktur verbunden, welche das unter Kompression zwischen einer Vielzahl von Kohlenstoffdrahtmaterial 11e eingelegte Element umfasst, das unter Kompression in den direkten Röhren 11b, 11c enthalten ist, und die Verbindungsleitungen (die inneren Verbindungsleitungen) 21a, 21b des Verseigelungsendabschnitts 20 werden mit dem Kohlenstoffdrahtmaterial 11e verbunden. Mit diesem Aufbau werden die Endabschnitte der jeweiligen direkten Rohre 11b, 11c und der Versiegelungsendabschnitt 20 so gekoppelt, dass das Kohlenstoffdrahtheizelement 10 und die Vielzahl der Kohlenstoffdrahtmaterialien 11e nicht der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Es ist bevorzugt, dass das Innere der Heizstruktur, das aus dem spiralförmigen Quarzglasrohr, den direkten Rohren und dem Versiegelungsendabschnitt besteht, sich nach dem Koppeln in einem quasi-evakuiertem Zustand befindet.
Der Versiegelungsendabschnitt 20 umfasst die inneren Verbindungsleitungen 21a, 21b, die mit dem Kohlenstoffdrahtmaterial 11e, das in den direkten Rohren 11b, 11c untergebracht ist, zu verbinden ist, äußere Verbindungsleitungen 22a, 22b, die mit einer nicht gezeigten Stromversorgung zu verbinden sind, ein Quarzglasrohr 23 mit einem Durchmesser, sodass es in ein Quarzglasrohr 11d mit größerem Durchmesser eingesetzt werden kann oder sodass das Quarzglasrohr 11d eingesetzt wird, ein Quarzglasmaterial 24, das an der Innenwand des Quarzglasrohrs 23 untergebracht und daran angehaftet ist, Nuten 24a, die auf der äußeren Randfläche des Quarzglasmaterials 24 gebildet sind und die inneren und äußeren Verbindungsleitungen halten, Molybden (Mo)-Folien 25a, 25b, die leitenden Folien sind, die die auf der äußeren Randfläche des Quarzglasmaterials 24 gehaltenen inneren und äußeren Verbindungsleitungen elektrisch verbinden, und ein Verschlusselement 26, das den Endabschnitt des Quarzglasrohrs 23 verschließt, wie in 6 gezeigt.
Zusätzlich sind die Durchmesser des Quarzglasrohrs 11d und des Quarzglasrohrs 23 dieselben und diese Rohre können auch an ihren Endoberflächen miteinander verschweißt werden.
Hier bestehen die inneren Verbindungsleiter 21a, 21b und die äußeren Verbindungsleitungen 22a, 22b aus einem Mo- oder einem W-Barren, und ihr Durchmesser beträgt 1 bis 3 mm. Die Durchmesser der inneren Verbindungsleitungen 21a, 21b und der äußeren Verbindungsleitungen 22a, 22b kann geeignet wie benötigt gewählt werden, jedoch sind kleine Durchmesser nicht bevorzugt, da der elektrische Widerstand ansteigt. Und große Durchmesser sind nicht bevorzugt, da der Anschluss selbst groß wird. Die Spitzen der inneren Verbindungsleitungen 21a, 21b sind angespitzt, sodass diese Leitungen leicht verbunden werden können, indem diese Leitungen in das Kohlenstoffdrahtmaterial 11e eingesetzt werden, das unter Druck im direkten Rohr 11b, 11c enthalten ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Einsetztiefe mehr als 10 mm, besonders bevorzugt mehr als 15 mm beträgt, um die Verbindbarkeit mit den Anschlüssen 3a, 3b physikalisch und elektrisch zu verbessern.
Zudem ist ein Endabschnitt der inneren Verbindungsleitungen 21a, 21b und der äußeren Verbindungsleitungen 22a, 22b in der Nut 24a untergebracht, die auf der äußeren Randfläche des Quarzglasmaterials 24 gebildet ist, und die inneren und äußeren Verbindungsleitungen hält, und zu diesem Zeitpunkt so gestaltet ist, dass die äußere Randfläche der inneren Verbindungsleitungen 21a, 21b und der äußeren Verbindungsleitungen 22a, 22b in ihrem untergebrachten Zustand nicht übermäßig aus der äußeren Randfläche des Quarzglasmaterials 24 vorsteht.
Zusätzlich werden, wenn die inneren Verbindungsleitungen 21a, 21b und die äußeren Verbindungsleitungen 22a, 22b in der Nut 24a untergebracht werden, diese Leitungen von dem Quarzglasmaterials 24 elektrisch isoliert und von den Mo-Folien 25a, 25b elektrisch leitend verbunden, wobei letztere weiter unten beschriebene, leitende Folien sind.
Die Mo-Folien 25a, 25b sind englang der äußeren Randfläche des Quarzglasmaterials 24 angebracht, um die inneren Verbindungsleitungen 21a und die äußeren Verbindungsleitungen 22a bzw. die inneren Verbindungsleitungen 21b und die äußeren Verbindungsleitungen 22b elektrisch zu verbinden. Zusätzlich wird ein festgelegter Raum S zwischen den Mo-Folien 25a, 25b vorgesehen, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden.
Weiter wird Mo-Folie als leitende Folie verwendet, jedoch kann auch W-Folie verwendet werden. Jedoch ist der Einsatz einer Mo-Folie hinsichtlich höherer Flexibilität bevorzugt.
Ein Zementelement, das auf Al₂O₃-Pulver basiert, wird als Verschlusselement 26 eingefüllt, wodurch der Endabschnitt des Quarzglasrohrs 23 verschlossen wird. Dieses Zementelement wird gebildet, indem Wasser dem Aluminapulver hinzugefügt wird, um es bei 200 °C zu trocknen und zu verkrusten.
Die oben beschriebenen Mo-Folien 25a, 25b reagieren mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit bei mehr als 350°C und werden Oxide wobei sich zu diesem Zeitpunkt ihr Volumen ausdehnt. Dieses Verschlusselement 26 ist vorgesehen, um die Ausdehnung des Volumens der Mo-Folien 25a, 25b sowie eine Beschädigung des Quarzglasrohrs 23 zu verhindern, indem die Außenluft abgefangen wird.
Außer dem oben beschriebenen Zementelement (Al₂O₃-Material) kann ein Zement eingesetzt werden, der Harz oder feines SiO₂-Pulver verwendet, jedoch ist die Verwendung eines Al₂O₃-Pulver basierten Zementelements vom Standpunkt der Hitzebeständigkeit und der Unterdrückung der Entstehung von Rissen beim Trocknen bevorzugt.
Im Folgenden wird der andere abdichtende Anschlussabschnitt mit Bezug auf 7 beschrieben.
Dieser abdichtende Anschlussabschnitt 30 weist eine Verbindungsleitung 32 auf und ist separat an den direkten Rohren 11b, 11c angeschlossen. Somit werden zwei in 7 gezeigte, abdichtende Anschlussabschnitte 30 für einen Heizabschnitt 3 benötigt.
Da die Gestaltung des abdichtenden Anschlussabschnitts, der am direkten Rohr 11b angebracht wird, und die Gestaltung jenes, der am direkten Rohr 11c angebracht wird, dieselben sind, wird der an dem direkten Rohr 11b anzubringende, abdichtende Anschlussabschnitt als Beispiel im Folgenden beschrieben.
Ein Glasrohr 31 ist Bestandteil des abdichtenden Anschlussabschnitts 30, d.h. das mit dem direkten Rohr 11b ganzheitlich verschweißte Glasrohr 31 umfasst einen Quarzglasabschnitt 31a, einen gradierten Abdichtabschnitt 31b und einen Wolfram(W)-Glasabschnitt 31c von der Seite der Schweißnaht mit dem direkten Rohr 11b.
Eine Verbindungsleitung 32 aus Wolfram, die mit dem Kohlenstoffdraht, der unter Druck in dem direkten Rohr 11b enthalten ist, zu verbinden ist, wird an einem Quetschabdichtabschnitt 31d des W-Glasabschnitts 31c durch Quetschen abgedichtet.
Somit ist dieses Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass der Quetschabdichtabschnitt 31d aus Wolframglas besteht, dessen Wärmekoeffizient sich jenem von W annähert, das die Verbindungsleitung darstellt, und das die Schweißseite mit dem direkten Rohr 11b aus Quarzglas besteht.
Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Glasabschnitts (des Quetschabdichtabschnitts 31d) aufgrund der Wärmeausdehnung bei der hohen Temperatur der Verbindungsleitung 32 verhindert werden, da der Quetschabdichtabschnitt 31d aus W-Glas besteht, dessen Wärmekoeffizient sich jenem von W annähert, aus dem die Verbindungsleitung besteht.
Weiter können mit der Wärmeausdehnung verbundene Schäden verhindert werden, indem dasselbe oder äquivalentes Quarzglas für das direkte Rohr 11b verwendet wird, sodass es das mit dem direkten Rohr 11b (dem Quarzglasabschnitt 31a) verschweißte Quarzglasrohr 31 darstellt. Zusätzlich kann eine metallische Kontaminierung durch Verwenden von hochreinem Quarzglas verhindert werden.
Weiterhin ist dieses Beispiel auch durch den abgestuften Abdichtabschnitt 31b gekennzeichnet, der zwischen dem Quarzglasabschnitt 3la und dem W-Glasabschnitt 31c gebildet ist.
Somit können Schäden am Glasrohr 31, die mit der thermischen Ausdehnung bei hohen Temperaturen zusammenhängen, verhindert werden, indem der abgestufte Abdichtabschnitt 31b bereitgestellt wird, der aus einem Material besteht, in dem der Wärmekoeffizient abgestuft zu der Seite verteilt ist, die mit dem W-Glasabschnitt 31c in Verbindung steht, um sich so mehr jenem von W-Glas anzunähern, nachdem die Seite, wo die Komponenten von SiO₂ und W-Glas allmählich variiert werden und die mit dem Quarzglasabschnitt 31a aus Quarzglas oder einem Material mit einem Wärmekoeffizienten ähnlich jenem von Quarzglas in Berührung steht, zwischen dem Quarzglasabschnitt 31a und dem W-Glasabschnitt 31c vorgesehen ist.
Auf diese Weise kann bei diesen abdichtenden Anschlussabschnitten 30 seine Gestaltung im Vergleich mit dem abdichtenden Abschnitt 20 vereinfacht werden, wodurch die Anzahl an Bauteilen und Arbeitsschritten verringert werden kann.
Im Folgenden wird das Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 basierend auf 8 beschrieben.
Dieses Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 wird durch Bündeln einer Vielzahl von Kohlenstofffaserbündeln gebildet, in welchen extrafeine Kohlenstofffasern ähnlich einer gestrickten Schnur oder einer Litze gebündelt ist, wobei die Wärmekapazität gering ist, die Temperatureigenschaften hervorragend sind, die Haltbarkeit in einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei hohen Temperaturen ebenso hervorragend ist im Vergleich mit herkömmlichen Heizelementen aus Metall oder SiC.
Die Flexibiltät ist hervorragend, die Anpassbarkeit im Hinblick auf Verformung und die Verarbeitbarkeit sind hervorragend im Vergleich mit einem Heizelement aus massivem Kohlenstoffmaterial, da das Heizelement 10 durch Bündeln einer Vielzahl von feinen, einzelnen Kohlenstofffaserbündeln gebildet wird.
Insbesondere wird für das Heizelement 10 ein Kohlenstoffdraht-Heizelement verwendet, das durch Bündeln von 10 Faserbündeln gebildet wird, in welchen ungefähr 3.000 bis 3.500 Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von 7 μm ähnlich einer gestrickten Schnur oder einer Litze gebündelt sind.
In diesem Fall beträgt die Drahtbündelweite ungefähr 2 bis 5 mm. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass das einer geflochtenen Schnur oder einer Litze ähnliche Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 ein Rauhen 10a aus Kohlenstofffasern auf seiner Oberfläche aufweist. Das Rauhen ist ein Teil, um den ein Abschnitt einer geschnittenen Kohlenstofffaser (eines Einzelfäserchens) aus der äußeren Randfläche des Kohlenstoffdrahts hervorsteht.
Es ist bevorzugt, dass ein solches Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 so eingesetzt wird, dass nur das Rauhen 10a mit der Innenwand des Quarzglasrohrs in Berührung kommt, und dass hauptsächlich in den Quarzglasrohren 11a, 11b, 11c kein Teil des Heizelements damit in Berührung kommt.
Dementsprechend kann eine Reaktion zwischen dem Quarzglas (SiO₂) und dem Kohlenstoff (C) des Kohlenstoffdraht-Heizelements bei hohen Temperaturen beschränkt werden und es kann auch die Verschlechterung des Quarzglases und eine Verkürzung der Haltbarkeit des Kohlenstoffdrahts unterdrückt werden.
Es ist bevorzugt, dass das Rauhen der Oberfläche aufgrund von Kohlenstofffasern ungefähr 0,5 bis 2,5 mm beträgt.
Um eine solche Gestaltung zu realisieren, kann der Innendurchmesser des Quarzglasrohrs geeignet für einen Durchmesser des Kohlenstoffdrahtheizelements und deren Anzahl gewählt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Kohlenstofffaser im Hinblick auf die Gleichförmigkeit der Erhitzung, die Haltbarkeit, die Stabilität, das Verhindern von Stauberzeugung eine hohe Reinheit aufweist und dass die Menge an in der Kohlenstofffaser eingeschlossenen Verunreinigungen nicht mehr als 10 ppm als Aschegehalt beträgt.
Besonders bevorzugt beträgt die Menge an in der Kohlenstofffaser eingeschlossenen Verunreinigungen nicht mehr als 3 ppm als Aschegehalt.
Und es ist bevorzugt, dass das Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 des Heizabschnitts 3 der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, unter Verwendung einer Struktur anzuschließen ausgeschlossen wird, die das unter Druck zwischen eine Vielzahl von Kohlenstoffdrahtmaterialien 11e des Kohlenstoffdraht-Heizelements 10 eingelegte Element umfasst, und dass es mit dem abdichtenden Anschluss 20 durch die Verbindungsleitung über eine Vielzahl von Kohlenstoffdrahtmaterialien 11e elektrisch verbunden wird.
Eine Vielzahl von Kohlenstoffdrahtmaterialien 11e wirkt somit als Temperatur-Puffermaterial zwischen dem Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 und den Leitungen. Daher ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Drähte z.B. fünfmal so groß wie die Anzahl der Heizelemente ist, sodass der elektrische Widerstand (pro Einheitslänge) weniger als ein Fünftel des Kohlenstoffdrahtheizelements 10 beträgt.
Da das Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 nicht direkt mit den Leitungen verbunden ist, und mit den Leitungen über eine Vielzahl von unter Druck eingelegten Kohlenstoffdrahtmaterialien verbunden sind, kann sich auf diese Weise die Verbindung zwischen einer Vielzahl von Kohlenstoffdrahtmaterialien 11e und dem Kohlenstoffdraht-Heizelement 10 nicht lockern, wenn die Temperatur des Heizelements 10 auf hohe Temperaturen ansteigt. Und da die Temperatur in dem Kohlenstoffdrahtmaterial ausreichend gesenkt wird, wird die Verbindung mit den Leitungen nicht gelockert, wodurch eine hervorragende elektrische Verbindung aufrechterhalten wird.
Da des Weiteren die Kohlenstoffzusammensetzung einer Vielzahl von Kohlenstoffdrahtmaterialien 11e eine reduzierende Wirkung aufweisen, kann ein Anstieg der Oxidation beschränkt werden, wodurch die Erzeugung von Funken verhindert werden kann.
Hier wird das spezifische Beispiel des Kohlenstoffdrahtmaterials beschrieben. Ein Kohlenstoffdraht-Heizelement ähnlich dem oben beschriebenen Kohlenstoffdraht-Heizelement, das durch Verwenden einer Kohlenstofffaser mit einem Durchmesser von 5 bis 15 μm gebildet ist und z.B. mehr als 10 Bündel von Faserbündeln bündelt, in denen ungefähr 3.000 bis 3.500 Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von 7 μm ähnlich einer gestrickten Schnur oder einer Litze gebündelt werden, deren Durchmesser ungefähr 2 mm oder mehr beträgt, wird als Heizelement verwendet.
In diesem Fall beträgt die Drahtbündelweite ungefähr 2 bis 5 mm. Das Rauhen der Oberfläche aufgrund von Kohlenstofffasern beträgt ungefähr 0,5 bis 2,5 mm. Das Rauhen ist ein Teil, um welchen ein Abschnitt einer geschnittenen Faser aus der äußeren Randfläche des Kohlenstoffdrahts hervorsteht.
Es ist bevorzugt, dass das oben beschriebene Kohlenstoffdrahtmaterial aus einem Material besteht, das dem Kohlenstoffdraht-Heizelement ähnlich ist, und zwar im Hinblick auf eine Gestaltung wie eine gestrickte Schnur oder eine Litze, wobei es eine Vielzahl von Faserbündeln umfasst, in denen Kohlenstofffasern gebündelt geflochten sind.
Hier bedeuten Materialien ähnlicher Zusammensetzung, dass sie bevorzugt ähnliche Kohlenstofffaserdurchmesser, Anzahlen von gebündelten Kohlenstofffasern, Art und Weise des Flechtens, Flechtspannlängen, Rauhenlängen auf der Oberfläche, Rohmaterialien oder Ähnliches aufweisen.
Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die in der Kohlenstofffaser eingeschlossene Menge an Verunreinigungen nicht mehr als 10 ppm als Aschegehalt beträgt, ähnlich dem Fall des Kohlenstoffdraht-Heizelements.
Besonders bevorzugt beträgt die Menge der in der Kohlenstofffaser eingeschlossenen Verunreinigungen nicht mehr als 3 ppm als Aschegehalt.
Im Folgenden wird ein Hitzeschild 4 beschrieben, in dem die Heizröhre 2 und der Heizabschnitt 3 untergebracht sind.
Das Hitzeschild 4 deckt die Heizröhre 2 und den Heizabschnitt 3 ab, um die Wärmeeffizienz des Heizabschnitts 3 zu verbessern, indem Wärmestrahlen, die vom Heizabschnitt 3 nach außen abgestrahlt werden, reflektiert werden. Dieses Hitzeschild 4 ist im Gehäuse 5 angeordnet.
Wie in 10 gezeigt, wird dieses Hitzeschild 4 zylindrisch ausgebildet und ein Kerbenabschnitt 4a ist in Längsrichtung an einer unteren Wandfläche gebildet. Die direkten Rohre 11b, 11c sind am Kerbenabschnitt 4a platziert. Dementsprechend kann das spiralförmige Rohr 11a des Heizabschnitts 3 in der Nähe der Innenfläche des Hitzeschilds 4 angeordnet werden.
Zudem werden transparentes Quarzglasmaterial, undurchsichtiges Quarzglasmaterial, Siliziumcarbid-Siliziumverbindungen oder ähnliches als Bestandteil des Hitzeschilds 4 verwendet. Es ist bevorzugt, dass zumindest die Innenfläche des Hitzeschilds 4 mit einem reflektierenden, wärmeisolierenden Beschichtungsfilm bedeckt ist. Feines Silikapulver und feines Aluminapulver, eine Mischung aus feinem Silikapulver, feinem Aluminapulver und feinem Titaniumoxidpulver sind als Bestandteile bevorzugt, die für einen solchen reflektierenden, wärmeisolierenden Beschichtungsfilm geeignet sind. Besonders bevorzugt ist die gesamte Oberfläche des zylindrischen Hitzeschilds 4 mit dem reflektierenden wärmeisolierenden Beschichtungsfilm bedeckt.
Die durchschnittliche Artikelgröße des feinen Silikapulvers, des feinen Aluminapulvers und des Titaniumoxids beträgt ungefähr 0,1 bis 200 μm, das Mischungsverhältnis von feinem Silikapulver und feinem Aluminapulver beträgt ungefähr 3 zu 1 bis 3 zu 7, und in dem Fall, indem feines Titaniumoxidpulver beigemischt wird, wird es mit einem Volumenverhältnis von 50 bis 150 Teilen pro 100 Teile Alumina beigemischt.
Diese Zusammensetzung für den reflektierenden, wärmeisolierenden Schichtfilm wird auf eine Seite (die Innenfläche) oder beide Seiten (die Innen- und die Außenfläche der zylindrischen Oberfläche) in einer Dicke von 30 bis 200 μm aufgebracht, um bei ungefähr 1.000 °C ausgebacken zu werden und den reflektierenden, wärmeisolierenden Schichtfilm zu bilden. Dieser Film wird nur schwer zersetzt, abgeschält oder verfärbt, selbst wenn der Film für lange Zeit einer hohen Temperatur von mehr als 1.200°C ausgesetzt wird.
Wenn die Filmdicke 100 μm beträgt können des Weiteren Wärmestrahlen mit einer Wellenlänge von 2,5 μm mit einem hohen Brechungsindex von mehr als 45 % reflektiert werden.
Die Oberfläche des reflektierenden, wärmeisolierenden Schichtfilms ist aufgrund des Vorhandenseins von feinem Silikapulver, feinem Aluminapulver und feinem Titaniumoxidpulver oder ähnlichem breit, wodurch die metallischen Verunreinigungen, wie z.B. Cu an einer Partikeltrennfläche der Oberfläche angefangen werden können und ein Abschirmungseffekt, Wärmeisolierung, das Einfangen von Verunreinigungen und die Verhinderung der Diffusion können erhalten werden.
Es ist bevorzugt, dass hochreines Isolationsmaterial 6, wie z.B. Glaswolle in den Raum zwischen dem Hitzeschild 4 und dem Gehäuse 5 und in den Raum zwischen dem Hitzeschild 4 und dem Heizabschnitt 3 eingefüllt wird.
Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse, in dem das Hitzeschild 4 untergebracht ist und das die Form der Gasheizvorrichtung 1 bildet, aus Quarzglasmaterial besteht, jedoch ist es nicht auf Quarzglasmaterial beschränkt, z.B. kann ein metallisches Gehäuse verwendet werden. Dieses Gehäuse 5 ist zylindrisch und nimmt die Heizröhre 2, den Heizabschnitt 3 und das Hitzeschild 4 auf, um es zu versiegeln. Zusätzlich sind Öffnungsabschnitte an den Seitenendflächen des Gehäuses 5 vorgesehen, um den abdichtenden Anschlussabschnitt 20 zur Verbindung der Rohre 7, 8 und des Heizabschnitts 3 herauszuführen. Um das Abfallen der Gastemperatur aufgrund der Abstrahlung von Wärme vom Verbindungsteil, den Abfall der thermischen Effizienz des Ofens und die Verwirbelung der Temperaturverteilung zu verhindern, ist ein mit dem Halbleiterwärmebehandlungsofen verbundener Verbindungsabschnitt 8a bei der Verbindungsstruktur vorgesehen, wie in 9 gezeigt.
Somit umfasst der Verbindungsabschnitt 8a einen Flanschabschnitt 8b aus undurchsichtigem Quarzglasmaterial und einem eingesetzten Rohr 8d. Die Dichtoberfläche 8c des Flanschabschnitts 8b, der am Flansch 62 des Halbleiterwärmebehandlungsofens anliegt, wird gebildet, indem der Flanschabschnitt 8b mit transparentem Quarzglas ausgelegt wird.
Da auf diese Weise die Dichtoberfläche 8c durch Auslegen mit transparentem Quarzglas gebildet wird, kann die Dichtfähigkeit verbessert werden, und da der Flanschabschnitt 8b aus einem undurchsichtigen Quarzglasmaterial besteht, werden die Wärmeisolierungseigenschaften und die Abschirmungsfähigkeit verbessert.
Und es ist nicht notwendig, den Flanschabschnitt 8b aus undurchsichtigem Quarzglasmaterial zu machen, und wenn der Flanschabschnitt 8b aus transparentem Quarzglas gemacht wird, ist es nicht notwendig, die Dichtoberfläche 8c durch Auslegen des Flanschabschnitts 8b mit transparentem Quarzglasmaterial zu bilden.
Bei der Gasheizvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann außer für das oben beschriebene Komponentenelement ein wohlbekanntes Element oder Mechanismus für die Struktur z.B. das Verbindungselement mit der Gasversorgungsquelle, der Temperatursteuerungsmechanismus eines Wärmetauschers verwendet werden.
In der obigen Beschreibung wird in Bezug auf die Fluidheizvorrichtung der vorliegenden Erfindung insbesondere der Fall beschrieben, in dem Gas als Fluid verwendet wird, jedoch kann auch reines Wasser anstatt von Gas verwendet werden, und in diesem Fall können eine ähnliche Wirkung und ähnliche Effekte erhalten werden.
Beispiel 1
Eine Gasheizvorrichtung (16) entsprechend der vorliegenden Erfindung mit den im Folgenden beschriebenen Eigenschaften wird hergestellt. In 16 sind dieselben Elemente, die dem in 1 gezeigten Element entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Beschreibung der Gasheizvorrichtung;

ein Gehäuse 5: zylindrisches Gehäuse aus Quarzglas (Länge 220 mm, Durchmesser 160 mm),
ein Heizabschnitt 3: 30.000 Kohlefasern mit 7 μm Durchmesser sind in 2mm-Bündel gebündelt, um ein Kohlenstoffdraht-Heizelement zu bilden, indem drei geflochtene Bündel zusammengefasst werden,
ein Quarzglasrohr (5 mm): ein spiralförmiges Rohr hat die gesamte Heizstruktur mit einem direkten Rohr mit einem Krümmungsradius von 40 mm (5) und abdichtenden Anschlussabschnitten (1),
eine Heizröhre 2: aus transparentem Quarzglas,
Füllung 12: geformtes Material, das durch Mischen und Füllen von 800, 8 × 8 mm messenden, transparenten, kurzen, zylindrischen Quarzglasperlen und ungefähr 200, 6 × 6 mm messenden, transparenten, kurzen, zylindrischen Quarzglasperlen in eine geteilte Gussform und durch teilweises Verschweißen unter Wärmedruck (Porosität = 34%) gebildet ist.

Isoliermaterial 6 im Gehäuse: hochreines Isoliermaterial SiO₂: Al₂O₃ = 3:7 aus Faser (Fe ≤ 10 ppm, Cu ≤ 0,5 ppm, Ni ≤ 0,5 ppm, Na ≤ 50 ppm, wobei die Gesamtmenge an eingeschlossenen Metallverunreinigungen ≤ 50 ppm beträgt.) Bei der Gasheizvorrichtung der 16 wurden Messungen der Gastemperatur am Ausgang durchgeführt, wenn eine vorbestimmte Flussrate 0, 5, 10, 20 slm an gasförmigem Stickstoff aus dem Gaseinführrohr (Verbindungsrohr 7) in die Heizröhre 2 eingeführt wird, in den die Füllung 12 angeordnet ist, nachdem der Heizer durch Anlegen von Strom an den Heizer erhitzt wird, sodass die Heizertemperatur sich auf 1.000°C einstellt.
Hier zeigt die Erhitzertemperatur eine unter Verwendung eines Thermoelements 13a gemessene Temperatur an, dessen Spitze ohne Berührung in der Nähe des Erhitzers angeordnet ist und die Temperatur am Gasaustritt ist eine unter Verwendung eines Thermoelements 13b gemessene Temperatur, dessen Spitze in der Nähe der Heizröhre 2 im Gasauslassrohr (Verbindungsrohr) 8 angeordnet ist.
Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt, wobei die Messdauer stabilisiert wurde, bis die benötigten Leistungs- und Stromwerte auf innerhalb ± 0,2 A stabilisiert wurden
Tabelle 1
Aufgrund der Tabelle 1 kann entsprechend der vorliegenden Erfindung das Erhitzen des Gases mit vergleichsweise niedriger Leistung von ungefähr 1000 W unter sehr hoher thermischer Effizienz ermöglicht werden.
Und entsprechend der Erfindung ist die Größe der Gasheizvorrichtung auf eine Größe mit einer Länge von 220 mm × einem Durchmesser von 160 mm beschränkt, wodurch sie einfacher verkleinert werden kann. Und es wird sichergestellt, dass die hohe Reinheit des aus der Gasheizvorrichtung abgelassenen Gases nicht verloren geht, selbst nach durchgehendem Heizbetrieb von 1000 Stunden. Des Weiteren wird keine Beschädigung oder Verschlechterung der Elemente nach einem durchgehenden Heizen von 1000 Stunden festgestellt.
Beispiel 2
Dieselbe Schätzung wie im Beispiel 1 wird durchgeführt, außer dass die Füllung, die in der Heizröhre des Beispiels 1 angeordnet wird, eine scheinbare spezifisches Schwere von 0,5 g/cm³ und eine Porosität von 80% aufweist. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 2 gezeigt.
Aufgrund der Tabelle 2 kann es entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich sein, das Gas mit einer vergleichsweise geringen Leistung von ungefähr 1000 W und einer sehr hohen thermischen Effizienz zu erhitzen.
Und entsprechend der Erfindung wird die hohe Reinheit des aus der Gasheizvorrichtung abgelassenen Gases selbst nach einem durchgehenden Erhitzen von 1000 Stunden ohne Kontaminierung durch Verunreinigungen beibehalten und Beschädigung und Verschlechterung der Elemente wird nicht festgestellt.
Zusätzlich kann die Gasheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung als Heizvorrichtung für Reaktionsgase wie z.B. oxidierende Gase, reduzierende Gase und inerte Gase, Verfahrensgase oder allgemein atmosphärische Gase eingesetzt werden.
Wie oben beschrieben weist die Fluidheizvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Haltbarkeit auf und kann die Erzeugung von Partikeln oder ähnlichem oder metallischer Verunreinigungen und ähnlichem unterdrücken, und es ist möglich, eine Fluidheizvorrichtung, die verkleinert werden kann, und einen Halbleiterwärmbehandlungsofen bereitzustellen, der mit dieser Vorrichtung versehen ist.

Claims

Fluidheizvorrichtung, umfassend mindestens eine Heizröhre, die von einer Fluidversorgungsquelle zuzuführendes Fluid heizt, einen Heizabschnitt, der spiralförmig an einem äußeren Rand des Heizrohrs ausgebildet ist und ein Gehäuse, in der die Heizröhre und der Heizabschnitt untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizabschnitt ein Heizelement aus Kohlenstoffdraht und ein Quarzglasrohr umfasst, in welchem das Heizelement aus Kohlenstoffdraht eingeschlossen ist, und ein poröses geformtes Material, das durch teilweises Verschweißen einer Vielzahl transparenter Quarzglasperlen gebildet ist, innerhalb der Heizröhre angeordnet ist.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das geformte Material, das durch Verschweißen kurzer, säulenähnlicher Quarzglasperlen gebildet ist, das geformte Material ist, das durch Mischen großer und kleiner, zweier Arten von Perlen, gebildet ist, wobei jene Perlen einen Durchmesser von 6 bis 12 mm und eine Länge von 6 bis 12 mm aufweisen und einen Durchmesser von 4 bis 10 mm und eine Länge von 4 bis 10 mm mit einem zahlenmäßigen Anteil von 1:4 bis 4:1 zum Verschweißen aufweisen.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein hochreines, wärmeisolierendes Material in den Raum zwischen dem Heizabschnitt und dem Gehäuse eingefüllt ist.
Fluidheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Heizröhre und der Heizabschnitt in einem im Gehäuse vorgesehenen Hitzeschild untergebracht sind.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Hitzeschild zylindrisch ist und ein reflektierender, wärmeisolierender Schichtfilm, der feines Silikapulver und feines Aluminapulver beinhaltet, an mindestens der Innenfläche davon ausgebildet ist.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der reflektierende, wärmeisolierende Schichtfilm eine Verbindung umfasst, deren Verbindungsverhältnis zwischen dem feinen Silikapulver und den feinen Aluminapulver in Kapazitätsanteilen 3:1 bis 3:7 beträgt.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der reflektierende, wärmeisolierende Schichtfilm weiter feines Titaniumoxidpulver beinhaltet.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Filmdicke des reflektierenden, wärmeisolierenden Schichtfilms sich innerhalb des Bereichs von 30 bis 200 μm befindet.
Fluidheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei hochreines wärmeisolierendes Material in den Raum zwischen das Hitzeschild und das Gehäuse eingefüllt ist.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, wobei das Heizelement aus Kohlenstoffdraht einer gestrickten Schnur oder geflochtenen Litze ähnlich ist und eine Vielzahl von Faserbündeln umfasst, wobei Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von 5 bis 15 μm zusammengebündelt geflochten ist.
Fluidheizvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die in dem Kohlenstoffdrahtheizelement enthaltene Menge an Verunreinigungen der Kohlenstofffaser nicht mehr als 10 ppm in Form von Aschegehalt beträgt.