-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Abdichtanschluss und insbesondere
einen Abdichtanschluss, der für
einen Erhitzer verwendet wird, der ein Heizelement aufweist, welches
in einem Quarzelement abgedichtet ist.
-
Beim
Prozess der Herstellung von Halbleitern wird eine Silizium-Halbleiterscheibe
oder dergleichen verschiedenen Wärmebehandlungen
unterzogen.
-
Derartige
Wärmebehandlungen
erfordern nicht allein eine strikte Temperatursteuerung sondern ebenso
eine reine Atmosphäre,
die frei von Partikeln inklusive feinen Stäuben ist.
-
Zu
diesem Zweck ist es erforderlich, dass ein Erhitzer für derartige
Wärmebehandlungen
ein gleichmäßiges Erwärmungsverhalten
und erhöhte Eignungen
der Steuerung des Temperaturanstiegs und des Absinkens sowie keinerlei
Emissionen von verunreinigenden Gegenständen so wie Partikeln zeigt.
-
Als
ein Beispiel eines Erhitzers für
die Herstellung von Halbleitern ist ein Typ bekannt, bei dem ein
Heizelement in einem Stützelement
aus Quarzglas oder dergleichen zusammen mit einem nicht oxidierenden
Gas abgedichtet ist.
-
Die
Erfinder haben einmal einen verbesserten Erhitzer entwickelt, der
dazu dient, Halbleiter Wärmebehandlungen
zu unterziehen; bei diesem Erhitzer sind feine Karbon-Monofilamente in
eine Vielzahl von Karbonfaser-Bündeln
gebunden, die in ein Karbondraht-Heizelement gewebt sind, welches
wiederum in einem Quarzglas-Stützelement
zusammen mit einem nicht oxidierenden Gas abgedichtet ist. Dieser
Erhitzer wurde schon in der japanischen Patentanmeldung H10-254513
(Veröffentlichungsnummer:
JP 2000-021890) vorgeschlagen.
-
Dieses
Karbondraht-Heizelement weist eine solch geringere Wärmekapazität als metallische
Gegenstücke
auf, dass es eine geringere Temperaturfluktuation sowie einen exzellenten
Hochtemperatur-Widerstand in einer nicht oxidierenden Atmosphäre zeigt.
-
Darüber hinaus
weist es, da eine Vielzahl von feinen Karbon-Monofilamenten bei der Herstellung dieses
Karbondraht-Heizelements
verwebt wurden, eine bemerkenswerte Flexibilität verglichen mit einem Heizelement
eines festen Karbonelements auf, so dass es einen Vorteil in Bezug
auf die strukturelle Variabilität
und Bearbeitbarkeit aufweist.
-
Daher
wird ein derartiges Heizelement, das in einem hitzeresistenten reinen
Stützelement
aus hochreinem Quarzglas oder dergleichen zusammen mit einem nicht
oxidierenden Gas abgedichtet ist, keine Partikel erzeugen und ist
als Erhitzer für
die Herstellung von Halbleitern, wie eingangs genannt, höchst geeignet.
-
In
diesem Zusammenhang erfordert ein Erhitzer, der das Karbondraht-Element
als Heizelement verwendet, eine Anschlussvorrichtung zur Verbindung
zwischen Anschlussdrähten,
die aus Karbon-Erhitzer-Bündeln
und Metalldrähten
zusammengesetzt sind. Die Erfinder haben einige Anschlussvorrichtungen
in der oben erwähnten
früheren
Anmeldung vorgeschlagen.
-
Unter
Bezugnahme auf die 7 und 8 wird die
Gliederung derartiger Erhitzer und Anschlussvorrichtungen, die in
der früheren
Anmeldung vorgeschlagen wurden, erläutert.
-
Ein
Karbon-Erhitzer 50 weist einen im Wesentlichen integralen
Aufbau auf, der durch Abdichten eines Paars von Erhitzerelementen 51 (Karbondraht-Heizelement)
in einem plattenähnlichen
Quarzglas-Stützelement 52 bereitgestellt
wird.
-
Obwohl
dies nicht gezeigt ist, wird das plattenähnliche Quarzglas-Stützelement 52 mit
Räumen ausgebildet,
innerhalb derer Erhitzerelemente 51 aufgenommen sind.
-
Das
Erhitzerelement 51 steht mittels der Karbonfasern, die
eine „flauschige" Oberfläche aufweisen,
mit den Räumen
in Kontakt.
-
Darüber hinaus
weist das Erhitzerelement 51 ein Ende auf, das im Wesentlichen
senkrecht auf eine Erhitzeroberfläche 52a gezogen und
mit einer Molybdän(Mo)-Anschlussleitung 54 mittels
eines Karbonanschlusses 53 und eines Verbinders 58 verbunden
ist.
-
Darüber hinaus
ist die Molybdän(Mo)-Anschlussleitung 54 mit
einem Paar von Molybdän(Mo)-Anschlussleitungen 57 für Verbindung
nach außen
mittels einer plattenförmigen
Molybdän(Mo)-Folie 56 verbunden.
-
In
diesem Zusammenhang ist die Molybdän(Mo)-Folie 56 mittels
eines Quarzglas-Rohrs 55 zusammen mit den jeweiligen Enden
der Molybdän-Anschlussleitungen 54 und
einem Paar derartiger externer Verbindungsleitungen 57 kniff-abgedichtet
(„pinch
sealed").
-
Darüber hinaus
sind diese Elemente in einem Glasrohr 55 angeordnet, um
einen Abdichtanschluss auszubilden.
-
Nunmehr
wird ein Abdichtanschluss gefordert, der einen geringeren elektrischen
Widerstand aufweist, um die Erzeugung von Funken zu unterbinden,
so dass es möglich
ist, Energie zum Karbon-Heizelement zuzuführen.
-
Der
Anschlussaufbau wird den oben angegebenen Erfordernissen genügen.
-
Der
Abdichtanschluss ist jedoch auf eine solche Weise aufgebaut, dass
der Karbonanschluss 53 mit der Molybdän(Mo)-Anschlussleitung 54 und den externen
Verbindungsleitungen 57 mittels der Verbinder 58 verbunden
ist, so dass sich ein komplizierter Aufbau ergibt und dessen Zusammenbau
schwierig wird.
-
Darüber hinaus
wird ein kompakter Abdichtanschluss gewünscht, der in Betracht zieht,
dass verschiedene Vorrichtungen um den Erhitzer herum und in dessen
Nähe angeordnet
sind.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten technischen
Probleme zu lösen
und es ist deren Ziel, einen kompakten und leicht zusammenbaubaren
Abdichtanschluss zur Verfügung
zu stellen, der einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist,
um die Erzeugung von Funken zu verhindern, so dass es möglich ist,
Energie zum Karbon-Heizelement zuzuführen.
-
Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, ist der Abdichtanschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er Heizelemente; interne
Verbindungsleitungen, die elektrisch mit den Heizelementen zu verbinden
sind; externe Verbindungsleitungen, von denen Energie zugeführt wird;
einen Glaskörper,
der mit einer Vielzahl von Nuten in dessen äußeren Oberflächen ausgebildet
ist, um die internen und externen Verbindungsleitungen darin aufzunehmen;
leitende Folien, die die internen und externen Verbindungsleitungen
elektrisch verbinden; ein Glasrohr, um darin die internen und externen
Verbindungsleitungen so aufzunehmen, dass deren Endabschnitte aus
dem Glasrohr hervorstehen, wobei das Glasrohr an dem Glaskörper an
dessen äußeren Oberflächen angeschmolzen
ist; sowie ein Stopfenelement, um das Glasrohr an dessen Ende zumindest
an der Seite der externen Verbindungsleitung zu verschließen, umfasst.
-
Es
wird bevorzugt, dass der Glaskörper
und das Glasrohr aus Quarzglas ausgebildet sind.
-
Es
wird weiter bevorzugt, dass die internen und externen Verbindungsleitungen
zwei Paare von internen Verbindungsleitungen und externen Verbindungsleitungen
beinhalten und dass die internen und externen Verbindungsleitungen
Elemente beinhalten, die entweder aus Molybdän oder Wolfram erzeugt worden.
In diesem Fall wird noch mehr bevorzugt, dass die Dicke der Molybdän-Folien
zwischen 20 und 40 μm
beträgt.
Der Grund hierfür
ist der, dass der elektrische Widerstand bei weniger als 20 μm zu groß ist und
dass keine Wahrscheinlichkeit vorliegt, das Glasrohr als Ergebnis
der Oxidation und Expansion der Molybdän-Folie zu überhitzen und so zu zerstören. Auf
der anderen Seite bewirkt der elektrische Widerstand von mehr als
40 μm ein
Absinken des Abdichtverhaltens zwischen dem Glaskörper und
dem Glasrohr und es besteht eine Möglichkeit eines Austritts von
Luft, um die Molybdän(Mo)-Anschlussfolie und
den Karbondraht-Anschluss zu oxidieren. Darüber hinaus wird bevorzugt,
dass das Stopfenelement aus einem Zement erzeugt wurde, der hauptsächlich aus
pulverisiertem Aluminiumoxid-Zementmaterial gebildet
wurde. Insbesondere wird das pulverisierte Aluminiumoxid zu Wasser
hinzugegeben, welches getrocknet wird, bis es sich abgesetzt hat.
-
Es
wird des Weiteren bevorzugt, dass eine wärmebeständige, mit einem Harz beschichtete Schicht
zwischen dem Harzkörper
und dem Stopfenelement ausgebildet ist, dass die internen Verbindungsleitungen
an deren Enden mit einem Rückhalteelement
versehen ist, welches aus opakem Glas oder geschäumtem Glas erzeugt wurde, wobei
das Rückhalteelement
zu verwendet wird, die internen Verbindungsleitungen in dem Glasrohr
zurückzuhalten,
und dass das opake Glas und das geschäumte Glas aus Quarzglas ausgebildet
sind.
-
Es
wird darüber
hinaus bevorzugt, dass das Heizelement auf Karbonfasern ausgebildet
ist, die jeweils einen Durchmesser von 5 bis 15 μm aufweisen und in eine Vielzahl
von Bündeln
eingebunden sind und in gewirkte Seile oder Zöpfe gewebt sind.
-
Es
wird darüber
hinaus bevorzugt, dass die Karbonfaser weniger als 10 ppm Aschegehalte
als Verunreinigungen enthalten.
-
Der
Abdichtanschluss gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper mit Nuten in dessen äußerer Oberfläche ausgebildet
ist, um die internen und externen Verbindungsleitungen zurückzuhalten,
und dass dort leitfähige
Folien zur Verfügung
gestellt sind, um die internen und externen Verbindungsleitungen
so elektrisch zu verbinden, dass der Glaskörper innerhalb des Glasrohrs
aufgenommen wird.
-
So
aufgebaut wird eine Miniaturisierung effizienter als bei den konventionellen
flachen Molybdän-Folien
verwirklicht.
-
Darüber hinaus
wird die Notwendigkeit für Verbinder
eliminiert und ein einfaches Einführen der internen Verbindungsleitungen
in die Anschlussleitungen hinein vervollständigt die Arbeit einer elektrischen
Verbindung, um so den Betrieb zu vereinfachen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine teilweise geschnittene Ansicht eines Erhitzers, bei dem ein
Heizelement abgedichtet ist und bei dem ein Abdichtanschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung daran angeordnet ist;
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die sich auf den Abdichtanschluss bezieht;
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Quarzglas-Körpers,
der für
den Abdichtanschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verwenden ist;
-
4 ist
eine Schnittansicht einer Modifikation der Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
5 ist
eine Schnittansicht einer anderen Modifikation der Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
6 ist
eine perspektivische Ansicht des stangenförmigen Erhitzers mit dem Abdichtanschluss
gemäß der vorliegenden
Erfindung, der daran angebracht ist;
-
7 ist
eine Draufsicht auf den Erhitzer, der mit einem Erhitzerelement
abgedichtet ist, das der Erfinder in der früheren Anmeldung vorgeschlagen hat;
-
8 ist
ein Querschnitt aus 7; und
-
9 ist
eine Ansicht, die den Grundriss des Karbondraht-Erhitzers zeigt.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Im
Anschluss wird eine detaillierte Erläuterung unter Bezugnahme auf
die anhängenden
Zeichnungen gegeben.
-
In 1 weist
ein Erhitzer 1, bei dem ein Heizelement abgedichtet ist,
eine Heizoberfläche
in Scheibenform auf, wie dies in 7 gezeigt
ist, wobei Karbondraht-Heizelemente 3 in einem Quarzglas-Stützelement 2 abgedichtet
sind.
-
Für dieses
Karbondraht-Heizelement 3, das durch Verweben einer Vielzahl
von Faserbündeln
in einen Drahtaufbau angepasst ist, wird jedes Faserbündel aus
einer Vielzahl von Karbonfasern bereitgestellt.
-
Wie
in 7 gezeigt, sind diese Karbondraht-Heizelemente 3 in
einem sogenannten „Zick-Zack"-Aufbau auf der Fläche des
Quarzglas-Stützelements 2 angeordnet.
-
Die
Drahtanordnung aus 7 kann jedoch frei verändert werden
und ist nicht auf den Zick-Zack-Aufbau beschränkt.
-
Das
Quarzglas-Stützelement 2 ist
mit Räumen
(im Wesentlichen Nuten 4) ausgebildet, um das Karbondraht-Heizelement 3 einzuschließen. Außer in Bezug
auf die Existenz dieser Räume
ist das Quarzglaselement 2 in ein im Wesentlichen festes
Element eingebettet.
-
Das
Quarz-Stützelement 2 ist
aus einem plattenähnlichen
Quarzglaselement (Hauptelement) 2b, das eine obere Oberfläche aufweist,
die mit Nuten ausgebildet ist, in denen die Karbondraht-Heizelemente 3 aufgenommen
sind, sowie einem plattenähnlichen
Quarzglaselement (Dichtabdeckplatte) 2a zusammengesetzt,
um die Rolle einer Abdeckung zu spielen und die Nuten von oben abzudichten.
-
In
anderen Worten wird das Quarzglas-Stützelement 2 durch
miteinander verschmelzen des plattenähnlichen Quarzglaselements
(Hauptelements) 2b und eines Quarzglaselements (Dichtabdeckplatte) 2a,
nachdem die Karbondraht-Heizelemente 3 in den Nuten angeordnet
wurden und das Innere der Nuten in einen Zustand einer nicht oxidierenden
Atmosphäre
gebracht wurde, bereitgestellt.
-
Nunmehr
wird ein konkretes Beispiel der Karbondrahtelemente A erläutert. Die
Karbondrahtelemente A werden durch Verbindung von 300 bis 350 Karbonfaser
bereitgestellt, die jeweils einen Durchmesser von 5 bis 15 μm, beispielsweise
7 μm aufweisen,
in ein Bündel,
wobei die Bündelung
auf eine ähnliche
Weise wie bei dem Karbondraht erfolgt. Etwa 9 dieser Bündel werden
in einen Karbondraht in der Form eines gewirkten Seils oder eines
Zopfs miteinander verwebt.
-
Somit
wird sichergestellt, dass eine für
das Heizelement bei hoher Temperatur in deren Längsrichtung gleichmäßig gehaltenen
Adhäsionseigenschaften
der Fasern aufrecht erhalten wird und so die Ungleichmäßigkeit
der Erhitzung in Längsrichtung
reduziert wird.
-
Der
Grund für
die Verwendung einer Vielzahl von miteinander gebündelten
Karbonfaser, die jeweils einen Durchmesser von 5 bis 15 μm aufweisen, ist
der, dass eine Faser mit einem Durchmesser von weniger als 5 μm keine ausreichende
Festigkeit aufweist, um dem Webprozess in einem Heizelement einer
gewünschten
länglichen
Form zu überdauern. Darüber hinaus
sind derartige Fasern zu fein, um einen gewünschten Widerstand zu erhalten,
wenn nicht zu viele Stränge
von Fasern verwendet werden und die Verwendung derartiger Fasern
somit unpraktikabel wird.
-
Auf
der anderen Seite besteht ein Problem mit den Karbonfasern, die
einen Durchmesser von mehr als 15 μm aufweisen und keine ausreichende Elastizität aufweisen,
so dass es nicht nur schwierig wird, diese zu verweben, wenn sie
in eine Vielzahl von Bündel
von Karbonfasern verwebt werden, sondern auch einige dieser gebündelten
Fasern reifen können,
um so deren Festigkeit deutlich abzusenken.
-
In
einem solchen Fall beträgt
die Webspanne des Karbondrahts 2 mm bis 5 mm oder darüber, während die
Oberflächen-Flauschigkeit der
Karbonfasern 0,5 bis 2,5 mm hoch oder darüber hinaus ist.
-
In
diesem Zusammenhang ist die „Flauschigkeit" ein Teil gebrochener
Karbondrähte,
die von deren äußerer Oberfläche hervorstehen,
wie dies beim Bezugszeichen 3c in 9 gezeigt
ist.
-
Die
Kombination jedes Karbondraht-Heizelements und des später zu erläuternden
Abdichtanschlusses stellt einen Aufbau zur Verfügung, bei dem das Karbondraht-Heizelement
in Kontakt mit dem Quarzglas-Stützelement
mittels der Flauschigkeit derart steht, dass eine partielle Degradierung
bei hoher Temperatur verhindert wird, um eine Ungleichmäßigkeit
der Erhitzung in Längsrichtung
zu minimieren. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, einen kompakten Erhitzer
zur Verfügung
zu stellen, der exzellent in seiner Heiz-Gleichmäßigkeit an der Unteroberfläche ist und
für die
Herstellung von Halbleitern geeignet ist.
-
Bei
dem mit dem Heizelement gemäß der vorliegenden
Erfindung abgedichteten Erhitzer 1 kann eine Vielzahl von
Karbondraht-Heizelementen 3 verwendet
werden und wenn eine Vielzahl derartiger Karbondraht-Heizelemente
verwendet wird, wird deren Qualität in Bezug auf die Heiz-Eigenschaften noch
mehr stabilisiert.
-
Vom
Gesichtspunkt der Heiz-Gleichmäßigkeit,
Stabilität
in der Haltbarkeit und der Vermeidung von Stauberzeugung werden
hochreine Karbonfasern bevorzugt. Insbesondere in dem Fall, bei
dem der Erhitzer für
Wärmebehandlungen
von Halbleiterscheiben im Produktionsprozess der Halbleiter verwendet
wird, wird eine Menge von Verunreinigungen in den Karbonfasern von
weniger als 10 ppm in Bezug auf Aschegehalte (japanischer Industriestandard JIS
R 7223-1979) bevorzugt. Darüber
hinaus werden Verunreinigungsgehalte von weniger als 3 ppm noch mehr
bevorzugt.
-
Für die Kombination
eines derartigen Karbondraht-Heizelements mit den später zu erläuternden
Abdichtanschlüsse
wird die thermische Diffusion von Verunreinigungen in jedes Quarzglaselement, welches
das Karbondraht-Heizelement und den abgedichteten Anschluss darstellt,
verhindern. Als Ergebnis hiervon wird die Entglasung und Degradierung
des Quarzglaselements derart verhindert, dass die Betriebsdauer
des Abdichtanschlusses verlängert
wird.
-
Das
Karbondraht-Heizelement wird vorzugsweise durch Verbinden von 100
bis 800 Karbonfasern in ein Bündel
bereitgestellt, die jeweils einen Durchmesser von 5 bis 15 μm aufweisen.
Drei oder mehr derartiger Bündel,
vorzugsweise 6 bis 13 derartiger Bündel werden vorzugsweise in
einen Längsaufbau so
wie einen Draht oder ein Band verwebt.
-
Wenn
weniger als 100 Karbonfasern verbunden sind, sind 6 bis 12 derartiger
Bündel
unzureichend für
die Sicherstellung einer vorab bestimmten Festigkeit und eines vorab
bestimmten Widerstands. Daher wird ein Webprozess, bei dem eine
ausreichende Anzahl von Bündeln
miteinander verwoben werden, schwierig.
-
Zusätzlich können mit
einer kleinen Anzahl von Bündeln
die verwobenen Bündel
als Ergebnis eines teilweisen Bruchs hiervon zu einem solchen Ausmaß sich lösen, dass
es schwierig wird, den Aufbau beizubehalten.
-
Mit
mehr als 800 Fasern werden auf der anderen Seite weniger Bündel erforderlich
sein, um einen vorab bestimmten Widerstand zu erhalten und es ist
schwierig, den gewebten Drahtaufbau beizubehalten.
-
Darüber hinaus
wird das Karbondraht-Heizelement vorzugsweise so ausgestaltet, dass
es einen elektrischen Widerstand von 1 bis 20 Ohm pro Meter und
Stück bei
einer Temperatur von 1000°C
aufweist.
-
Der
Grund ist der, dass dies notwendig ist, um das Heizelement auf die
Transformatorkapazität in
einer Heizvorrichtung für
eine generelle Halbleiter-Herstellung anzupassen.
-
In
anderen Worten ist es mit einem Widerstand von mehr als 20 Ohm pro
Meter und Stück
unmöglich,
einen langen Erhitzer aufgrund dessen großen Widerstands zu haben, bei
dem die Wärme
zwischen den Anschlüssen
verloren geht, um so ein Temperaturungleichgewicht zu bewirken.
-
Auf
der anderen Seite ist es mit einem Widerstand von weniger als 1
Ohm pro Meter und Stück
erforderlich, einen längeren
Erhitzer zu haben, der aufgrund seines geringen Widerstand mehr
als notwendig ist. Dies macht es wahrscheinlich, dass eine Temperatur-Unebenheit
aufgrund der Irregularität
des Aufbaus und der der Umgebungsatmosphäre, die oft mit einem langen
Heizelement so wie einem Karbondraht, einem Karbonband oder dergleichen
beobachtet wird, herrühren
kann.
-
Der
elektrische Widerstand des Karbondraht-Heizelements bei einer Temperatur
von 1000°C
wird vorzugsweise so eingestellt, dass er 2 bis 10 Ohm pro Meter
und Stück
aufweist, um einen hohen Grad an Zuverlässigkeit in Bezug auf die Eigenschaften
sicherzustellen.
-
Die
Anschlussleitungen 3a und 3b vom Karbondraht-Heizelement 3 sind
beispielsweise senkrecht auf die Erhitzeroberfläche 1a von der Öffnung 2c,
die einen Durchmesser von 10 mm aufweist und im Hauptelement 2b ausgebildet
ist, gezogen.
-
Die
Anschlussleitungen 3a und 3b sind in Quarzglasrohren 5a und 5b mit
kleinem Durchmesser aufgenommen, an deren Endabschnitten 5c die Anschlussleitungen 3a und 3b mittels
Karbondraht-Elementen A komprimiert sind, um darin aufgenommen zu
werden.
-
Insbesondere
werden die Anschlussleitungen 3a und 3b des Karbondraht-Heizelements 3 mittels
einer Vielzahl von Karbondraht-Elementen A komprimiert, die parallel
zur axialen Richtung der jeweiligen Quarzglasrohre 5a und 5b mit
kleinem Durchmesser an deren Endabschnitten 5c angeordnet
sind.
-
In
diesem Zusammenhang ist die komprimierte Aufnahme nicht auf die
Endabschnitte der Quarzglasrohre 5a und 5b mit
kleinem Durchmesser beschränkt,
sondern es können
Karbondraht-Elemente A entlang der gesamten Länge der Rohre angeordnet sein.
-
Darüber hinaus
wird ein konkretes Beispiel der Karbondraht-Elemente A im Folgenden erläutert. Eine
Vielzahl von Karbonfasern, die dem Karbondraht-Heizelement 3 ähnlich sind
und jeweils einen Durchmesser von 5 bis 15 μm aufweisen, beispielsweise
etwa 300 bis 350 Karbonfasern mit einem Durchmesser von 7 μm werden
in ein Bündel
gebunden und 9 derartiger Bündel
werden in ein gewirktes Seil, einen Zopf oder dergleichen mit einem
Durchmesser von etwa 2 mm verwoben.
-
In
diesem Fall trägt
die Webspanne des Karbondrahts 2 bis 5 mm oder darüber hinaus,
während die
Oberflächen-Flauschigkeit
des Karbondrahts eine Höhe
von 0,5 bis 2,5 mm oder darüber
hinaus aufweist.
-
In
diesem Zusammenhang bedeutet „Flauschigkeit" einen Teil von gebrochenen
Karbonfasern, die von der äußeren Oberfläche des
Karbondrahts hervorstehen, wie dies beim Bezugszeichen 3c in 9 gezeigt
ist.
-
Die
Karbondraht-Elemente A werden vorzugsweise aus dem gleichen oder
zumindest einem ähnlichen
Material wie das des Karbondraht-Heizelements 3 erzeugt,
vorausgesetzt dass sie in der Form eines gewirkten Seils oder eines
Zopfs vorliegen. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „gleiche" vorzugsweise, dass
der gleiche Karbonfaserdurchmesser, die gleiche Anzahl von gebundenen Karbonfasern,
die gleiche Anzahl von Faserbündeln, das
gleiche Wirkverfahren, die gleiche Webspanne, die gleiche Flauschigkeit
und das gleiche Material vorliegen.
-
Wenn
die Karbondrähte
für die
Wärmebehandlung
von Halbleiterscheiben im Prozess der Herstellung von Halbleitern
wie im Falle des Karbondraht-Heizelements 3 verwendet werden,
wird bevorzugt, dass die Menge an in den Karbonfasern des Karbondrahts-Elements
A enthaltenen Verunreinigungen weniger als 10 ppm in Bezug auf die
Aschegehalte beträgt.
Die Menge an derartigen in den Karbonfasern enthaltenen Verunreinigungen
ist noch bevorzugter geringer als 3 ppm in Bezug auf die Aschegehalte.
-
Dann
wird die Anzahl der Karbondraht-Elemente A, die in gegenüberliegenden
Endabschnitten 5c der Quarzglasrohre 5a und 5b mit
kleinem Durchmesser aufgenommen sind, vorzugsweise gleich oder größer als
die des Karbondraht-Heizelements 3. Es wird noch mehr bevorzugt,
dass wenn 5 oder mehr Karbondraht-Elemente A für jedes Karbondraht-Heizelement 3 vorliegen.
-
Insbesondere
um die Anzahl der Karbondraht-Elemente A auf mehr als 5 mal der
Anzahl der Anzahl der Karbondraht-Heizelemente zu erhöhen, beispielsweise 14 Karbondraht- Elemente A für 1 Karbondraht-Heizelement
oder 12 Karbondraht-Elemente
A für 2
Karbondraht-Heizelemente 3.
-
Darüber hinaus
wird ein Quarzglasrohr 6 mit großem Durchmesser außerhalb
der Quarzglasrohre mit kleinem Durchmesser 5a und 5b zur
Verfügung gestellt,
so dass ein Ende hiervon hermetisch verschmolzen ist, um die Öffnung 2c,
aus denen die Anschlussleitungen 3a und 3b des
Karbondraht-Heizelements 3 herausgezogen
sind, einzuschließen.
-
In
diesem Zusammenhang wird die Flanke des Quarzglasrohrs 6 mit
großem
Durchmesser mit einer Abzweigröhre 6a bereitgestellt,
um Stickstoffgas einzuführen
und zu verhindern, dass das Karbondraht-Heizelement 3 oxidiert
wird. Diese Abzweigröhre 6a kann
ebenso für
die Reduzierung des Innendrucks des Erhitzers und des Anschlusses
verwendet werden.
-
Im
Anschluss wird eine Erläuterung
in Bezug auf den abgedichteten Anschluss 20 gegeben.
-
Der
abgedichtete Anschluss 20 setzt sich aus inneren Verbindungsleitungen 21a und 21b zusammen,
die mit den Anschlussleitungen 3a und 3b, die
in den Quarzglasrohren 5a und 5b aufgenommen sind,
zu verbinden sind; und externen Verbindungsleitungen 22a und 22b,
die mit einer nicht gezeigten Energiequelle zu verbinden sind; einem
Quarzglasrohr 23, das einen Durchmesser aufweist, um entweder
in das Quarzglasrohr 6 mit großem Durchmesser eingeführt zu werden
oder dieses aufzunehmen; einen Quarzglaskörper 24, der so angepasst
ist, dass er an die Innenwand des Quarzglasrohrs 23 passt; Molybdän(Mo)-Folien 25a und 25b,
die leitende Folien für
die elektrische Verbindung interner und externer Verbindungsleitungen,
die um die äußere Oberfläche des
Quarzglaskörpers 24 zurückgehalten
werden, darzustellen; sowie ein Stopfenelement 26, um das
Ende des Quarzglasrohrs 23 zu verschließen.
-
In
diesem Zusammenhang können
das Quarzglasrohr 6 mit großem Durchmesser und das Quarzglasrohr 23 mit
einem gleichen Durchmesser erzeugt und miteinander an deren aneinanderstoßenden Enden
miteinander verschmolzen werden.
-
Darüber hinaus
kann der Quarzglaskörper 24 aus
Vollmaterial bestehen oder hohl sein.
-
Die
internen Verbindungsleitungen 21 und 21b sowie
die externen Verbindungsleitungen 22a und 22b können aus
einer Molybdän(Mo)-
oder Wolfram(W)-Stange mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm erzeugt
sein. Der Durchmesser der internen Verbindungsleitungen 21a und 21b sowie
die externen Verbindungsleitungen 22a und 22b können wie
erforderlich ausgewählt
werden, vorausgesetzt dass ein Durchmesser von weniger 1 mm im Hinblick
auf einen hohen elektrischen Widerstand nicht bevorzugt wird.
-
Auf
der anderen Seite werden zu große Durchmesser
ebenfalls nicht bevorzugt, da die Größe des Anschlusses selbst zu
groß wird.
-
Die
inneren Verbindungsleitungen 21a und 21b haben
scharfe Spitzen, so dass die inneren Verbindungsleitungen leicht
mit den Anschlussleitungen 3a und 3b durch einfaches
Einsetzen hier hinein verbunden werden, wobei die Anschlussleitungen 3a und 3b innerhalb
der Quarzglasrohre 5a und 5b mit kleinem Durchmesser
komprimiert und aufgenommen sind.
-
In
diesem Fall ist die Einführtiefe
vorzugsweise 10 mm oder größer, um
eine physikalische und elektrische Verkuppelung mit den Anschlüssen 3a und 3b zu
gewährleisten.
-
Darüber hinaus
werden die Spitzenenden der inneren Verbindungsleitungen 21a und 21b sowie
die der externen Leitungen 22a und 22b in Nuten 24a aufgenommen,
die in der äußeren Oberfläche des
Quarzglaskörpers 24 ausgebildet
sind, um die inneren und äußeren Verbindungsleitungen
darin so zurückzuhalten,
dass die äußeren Oberflächen der aufgenommenen
inneren und äußeren Verbindungsleitungen
nicht von der äußeren Oberfläche des Quarzglaskörpers 24 hervorstehen
werden.
-
Darüber hinaus
sind die inneren Verbindungsleitungen 21a, 21b und
die äußeren Verbindungsleitungen 22a, 22b elektrisch
voneinander durch den Quarzglaskörper
isoliert, wenn sie in den Nuten 24a aufgenommen sind, und
elektrisch durch die Molybdän(Mo)-Folien 25a und 25b miteinander verbunden,
was später
erläutert
werden wird.
-
Die
Molybdän(Mo)-Folien 25a und 25b sind an
der äußeren Oberfläche des
Quarzglaskörpers 24 so
angebracht, dass sie sich daran entlang so erstrecken, dass die
inneren Verbindungsleitungen 21a und die äußeren Verbindungsleitungen 22a ebenso wie
die inneren Verbindungsleitungen 21b und die äußeren Verbindungsleitungen 22b elektrisch
verbunden sind.
-
Die
Molybdän(Mo)-Folien 25a und 25b sind voneinander über eine
Distanz S beabstandet, um einen elektrischen Kurzschluss zu verhindern.
-
Obwohl
eine Molybdän(Mo)-Folie
für Leitungszwecke
verwendet wird, kann ein anderes Material so wie Wolfram(W)-Folie
anstelle dessen verwendet werden, obwohl Molybdän(Mo)-Folien in Bezug auf die
Elastizität
bevorzugt werden.
-
Darüber hinaus
wird für
das Blockiermaterial, um das Ende des Quarzglasrohrs 23 zu
verstopfen, ein Zementelement, das aus pulverisiertem Aluminiumoxid
(Al2O3) zusammengesetzt
ist, zugeladen.
-
Das
Zementelement wird durch Hinzufügen von
Wasser zu pulverisiertem Aluminiumoxid (Al2O3) und Trockenabsetzen desselben bei einer
Temperatur von 200°C
bereitgestellt.
-
Die
Molybdän(Mo)-Folien 25a und 25b reagieren
mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit bei einer Temperatur höher als
350°C, um
dann oxidiert zu werden, wobei während
der Oxidation ein Volumen expandiert.
-
Das
Stopfenelement 26 verhindert die Expansion der Molybdän(Mo)-Folien 25a und 25b durch Blockieren
der äußeren Atmosphäre, so dass
verhindert wird, dass das Quarzglasrohr 23 zerbricht.
-
Als
Stopfenelement kann Harz oder ein Zement unter Verwendung von pulverisiertem
SiO2 anstelle des Zement(Al2O3)-Elements verwendet werden, es wird jedoch
bevorzugt, ein Zementelement unter Verwendung von Aluminiumoxid
(Al2O3) als Hauptbestandteil
im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit
und die Unterbindung der Bildung von trockenen Rissen zu verwenden.
-
Nachstehend
wird das Verfahren zur Herstellung des abgedichteten Anschlusses
erläutert
werden.
-
Zuerst
wird die Bildung eines Gases durch eine vorab bestimmte Wärmebehandlung
eliminiert, bevor die Molybdän-Folien 25a,
die inneren Verbindungsleitungen 21a und die äußeren Verbindungsleitungen 22a punktgeschweißt werden.
-
In
anderen Worten werden die äußeren Verbindungsleitungen 22a,
die innere Verbindungsleitung 21a sowie die Molybdänfolie 25a,
die eine Breite von 8 mm und eine Dicke von 35 μm aufweist, verbunden und abgesichert.
-
In ähnlicher
Weise werden die Molybdän(Mo)-Folie 25b,
die innere Verbindungsleitung 21b und die äußere Verbindungsleitung 22b punktgeschweißt.
-
Dann
werden die so verbundene externe Verbindungsleitung 22a und
die innere Verbindungsleitung 21a durch Einsetzen in die
Nut 24a, die im äußeren Umfang
des Quarzglaselements 24 ausgebildet ist, zusammengesetzt.
-
Anschließend wird
der so zusammengesetzte Quarzglaskörper 24 weit in das
Quarzglasrohr 23 eingeführt,
der für
eine leichte Entgasung länger
als der final abgedichtete Anschluss ausgebildet ist.
-
Nach
der Einführung
wird das Quarzglasrohr 23 durch Erhitzen mit einem Säure-Wasserstoffsäure-Gasbrenner
von dessen Außenseite
an einem Abschnitt aufgeweicht, an dem das Quarzglaselement 24 platziert
ist.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird das Quarzglasrohr 23 durch den Atmosphärendruck
durch Druck an den Quarzglaskörper 24 angepasst,
bis dieser verschmolzen ist, da der Innendruck des Quarzglasrohrs 23 reduziert
ist.
-
Dann
wird das Stopfenelement 26 in das Ende der äußeren Verbindungsleitung 22a des Quarzglasrohrs 23 eingesetzt,
um dieses zu verschließen.
-
Nachdem
das Stopfenelement 26 getrocknet und abgesetzt ist, wird
eine Entgasung mittels einer Vakuumpumpe von oben derart durchgeführt, dass das
Innere des Quarzglasrohrs 23, das leicht länger ausgebildet
ist, mit einem Vakuum beaufschlagt ist.
-
Der
mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte abgedichtete Anschluss
ist frei von Gasleckagen zwischen der inneren Verbindungsleitung 21a und 21b sowie
der äußeren Verbindungsleitung 22a und 22b,
die somit getrennt sind.
-
Im
Anschluss wird die Art und Weise, in der der mit diesem Verfahren
hergestellte abgedichtete Anschluss an dem Erhitzer 1,
in dem das Heizelement abgedichtet ist, angebracht wird, erläutert.
- 1) Zuerst wird das Quarzglasrohr 6 mit
großem Durchmesser,
während
ein Stickstoffgas durch den Strom in die Seitenröhre 6a injiziert wird,
am Hauptelement 2b, das das Quarzglas-Stützelement 2 ausbildet,
durch Schweißen
angebracht.
Zu diesem Zeitpunkt wird eine geeignete Glühbehandlung
durchgeführt,
um eine Rissbildung zu unterbinden.
- 2) Die Anschlussleitungen 3a und 3b, die aus
einer Vielzahl von Karbondrähten
zusammengesetzt sind, werden mit der Hilfe von Schnüren in das
Glasrohr 5a und 5b mit kleinem Durchmesser gezogen.
-
Anschließend, werden
das Quarzglasrohr 5a und 5b in die Anbringungslöcher 2c im
Hauptelement 2 eingeführt.
-
In
diesem Zusammenhang werden die Karbondraht-Anschlussleitungen 3a und 3b in
die Quarzrohre 5a und 5b mit kleinem Durchmesser
geführt
und durch die Vielzahl von Karbondraht-Elementen A in das Innere
der Quarzrohre 5a und 5b mit kleinem Durchmesser
hinein und vollständig
hindurch komprimiert.
-
Daher
wird jede Bildung von Funken effektiv unterbunden.
- 3) Jedes Element ist wie in 1 derart
angeordnet, dass das Glasrohr 6 mit großem Durchmesser am unteren
Teil des Hauptelements 2b angeschweißt wird, während die Oxidation des Karbondraht-Heizelements 3 und
der Anschlussleitungen 3a und 3b durch Injizieren
von Stickstoffgas von der Seitenröhre 6a unterbunden
wird.
- 4) Der auf diese Weise und wie vorher erläutert hergestellte abgedichtete
Anschluss 20 wird von unten in das Quarzglasrohr 6 mit
großem
Durchmesser derart eingeführt,
dass die inneren Verbindungsleitungen 21a und 21b in
die Anschlussleitungen 3a und 3b für eine elektrische
Verbindung eingeführt
werden.
- 5) Anschließend
wird Stickstoffgas von der Seitenröhre 6a hier hinein
injiziert, während
das Quarzglasrohr 6 mit großem Durchmesser und der abgedichtete
Anschluss 20 miteinander an deren Verbindungen für die Anbringung
des Abdichtanschlusses verschmolzen werden.
- 6) Danach wird eine Vakuumpumpe von der Seitenröhre 6a ausgeführt, um
den Druck innerhalb des Erhitzers zu reduzieren.
-
Danach
wird die Seitenröhre 6a einem Flamm-Schmelzbetrieb
unterzogen, um den Erhitzer abzudichten und dann wird die Seitenröhre entfernt, wodurch
die Anbringung des abgedichteten Anschlusses 20 abgeschlossen
wird.
-
Wie
vorab detailliert erläutert,
trägt der
abgedichtete Anschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Miniaturisierung verglichen mit dem konventionellen
Verfahren, bei dem eine plattenähnliche Molybdän-Folie
verwendet wird, effektiver bei, da die vorliegende Erfindung durch
Nuten gekennzeichnet ist, die in der Außenoberfläche des Glaskörpers ausgebildet
sind, um die inneren und äußeren Verbindungsleitungen
aufzunehmen, während
eine leitende Folie zur Verbindung der inneren und äußeren Verbindungsleitungen
entlang der Außenoberfläche des Glaskörpers derart
zur Verfügung
gestellt ist, dass der Glaskörper
innerhalb des Glasrohrs aufgenommen wird.
-
Darüber hinaus
eliminiert die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit für konventionelle
Verbinder und lediglich die Einführung
innerer Verbindungsleitungen in die Anschlussleitungen ist für die Verwirklichung
einer vereinfachten elektrischen Verbindung und einen leichten Zusammenbau
ausreichend.
-
Nachstehend
wird eine Erläuterung
für eine Modifikation
der ersten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die 4 und 5 angegeben.
-
Die
in 4 gezeigte Modifikation wird mit einer Harz beschichteten
Schicht 27 zwischen dem Quarzglaskörper 24 und dem Stopfenelement 26 ausgebildet.
-
Durch
Bereitstellen der Harz beschichteten Schicht 27 kann der
Kontakt der im Zementmaterial des Stopfenelements 26 enthaltenen
Feuchtigkeit mit den Molybdän(Mo)-Folien 25a und 25b unterbunden werden.
In anderen Worten könnten
sich die Molybdän-Folien 25a und 25b andernfalls
zum Zeitpunkt des Kontakts mit dessen Feuchtigkeit expandieren. Um
einen Bruch des Quarzglasrohrs 23 durch eine derartige
Expansion zu verhindern, wird die Harz beschichtete Schicht 27 zur
Verfügung
gestellt.
-
Als
Material für
die wärmebeständige, mit Harz
beschichtete Schicht kann Silikon oder Teflon verwendet werden,
wobei das erstgenannte bevorzugt wird.
-
Diese
wärmebeständige, mit
Harz beschichtete Schicht wird durch Aufbringen eines Harzmaterials
im flüssigen
Zustand auf die innere Oberfläche der
Seite der äußeren Leitung
des Glasrohrs mit kleinem Durchmesser, in dem ein Stopfenelement
angeordnet ist, und ebenso auf die Seite der äußeren Leitung des Quarzglaskörpers 24 und
durch Trocknung des Harzmaterials bereitgestellt. Im Hinblick auf
die Bearbeitbarkeit wird Silikon bevorzugt.
-
Das
Vorliegen der wärmebeständigen,
mit Harz beschichteten Schicht ermöglicht es, die Oxidation der äußeren Molybdän-Verbindungsleitungen oder
der Molybdän-Folien
aufgrund des Wasserdampfs, der zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, bei
dem das Lösungsmittel,
das zur Bildung des Stopfenelements verwendet wird, ausdampft, zu
verhindern.
-
Im
Anschluss weist die in 5 gezeigte Modifikation ein
Rückhaltelement 28 aus
geschäumten und
opaken Quarzglas auf, um die inneren Verbindungsleitungen 21a und 21b an
deren Endabschnitten zurückzuhalten.
-
Das
so bereitgestellte Rückhalteelement 28 verhindert
die Deformation der inneren Verbindungsleitungen 21a und 21b zum
Zeitpunkt der Einführung in
die Anschlussleitungen 3a und 3b. Das Rückhaltelement 28 schirmt
ebenso die Wärme
von der Seite des Heizelements ab, um eine Degradierung des Aufbaus
zu verhindern, in dem das Quarzglasrohr 23 und das Quarzglaselement 24 miteinander
verschmolzen sind. Das Rückhaltelement 28 kann
ebenso aus opakem Glas bestehen.
-
Darüber hinaus
werden andere Formen zur Verwendung des Abdichtanschlusses gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 6 erläutert werden.
-
Der
in 6 gezeigte Abdichtanschluss 20 stellt
eine Anwendung in einem stangenförmigen
Erhitzer 30 zur Verfügung.
-
Der
stangeförmige
Erhitzer 30 beinhaltet ein Quarzglasrohr 32 mit
kleinem Durchmesser, um ein Karbondraht-Heizelement 31 aufzunehmen;
ein Quarzglasrohr 33 mit großem Durchmesser, um das Quarzglasrohr 32 mit
kleinem Durchmesser aufzunehmen; und den Abdichtanschluss 20,
der in das Karbondraht-Heizelement 31 des Quarzglasrohrs 32 mit
kleinem Durchmesser derart einzuführen ist, dass ein Quarzglasrohr 23 mit
großem
Durchmesser am Quarzglasrohr 33 mit großem Durchmesser angeschmolzen
wird.
-
Das
Bezugszeichen 31a in der Figur bezeichnet denjenigen Abschnitt,
in dem das Karbondraht-Heizelement 31 so komprimiert wird,
dass es in dem Glasrohr 32 mit kleinem Durchmesser aufgenommen
wird.
-
Somit
kann der Abdichterhitzer 20 gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht nur an dem plattenförmigen
Erhitzer, wie er in der ersten Ausführungsform zu sehen ist, sondern
ebenso an dem stangenförmigen
Erhitzer 30 angebracht werden.
-
In
den vorangenannten Ausführungsformen wurde
Glas als Quarzglas erläutert,
andere Arten von Gläsern
inklusive Hochsilikatglas, Borsilikatglas, Aluminiumsilikatglas,
Soda-Lime-Glas,
Bleiglas oder dergleichen können
beispielsweise als Material für einen
Erhitzer verwendet werden, der die verschiedenen Lösungen erhitzt,
die für
eine Nassätzung oder
einen Schleifprozess verwendet werden, und diese bei einer niedrigen
Temperatur, beispielsweise unterhalb von 100°C, zu regeln.
-
Der
Abdichtanschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen kleineren elektrischen Widerstand auf und
ist in der Lage, eine Energie zum Erhitzungselement ohne Funkenerzeugung
zuzuführen.
-
Darüber hinaus
weist der Abdichtanschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung einen einfachen Aufbau auf und wird leicht so zusammengesetzt, dass
die Anbringungsarbeit in kurzer Zeit ausgeführt wird.
-
Darüber hinaus
verwirklicht der Abdichtanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung
das Ziel der Miniaturisierung und jede Beschränkung in der Anordnung von
Vorrichtungen nahe dem Erhitzer wird minimiert.
-
Darüber hinaus
verwirklicht die Kombination des Karbondraht-Heizelements und des Abdichterhitzers
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen extrem kompakten und vorteilhaften Erhitzer für die Herstellung
von Halbleiter, der eine exzellente Wärme-Gleichmäßigkeit unterhalb der Oberfläche aufweist.