JP2002277054A

JP2002277054A - 流体加熱装置

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Publication number: JP2002277054A
Application number: JP2001038424A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Sotodani; 栄一外谷; Tomio Kin; 富雄金; Tomohiro Nagata; 智浩永田; Jun Seko; 瀬古　　順; Takanori Saito; 孝規斎藤; Kazutoshi Miura; 一敏三浦; Akinari Hasegawa; 陽成長谷川; Joji Hoshi; 丈治星; Katsutoshi Ishii; 勝利石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: EP1139694A3; JP3587249B2; DE60117629T2; US20020023919A1; EP1139694A2; KR20010095084A; TW563187B; EP1139694B1; US6516143B2; DE60117629D1

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、しかもパーティクル等の発生
や金属汚染等を抑制でき、小型化可能な流体加熱装置を
提供する。【解決手段】流体供給源から供給される流体を加熱す
る加熱管２と、前記加熱管の外周囲に螺旋状に形成され
たヒータ部３と、前記加熱管２及びヒータ部３を収容す
るハウジング５とを少なくとも備え、前記ヒータ部３
が、カーボンワイヤー発熱体１０と、前記カーボンワイ
ヤー発熱体１０を封入した石英ガラス管１１からなるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスもしくは液体
である流体加熱装置に関し、例えば、半導体製造工程中
で使用される各種半導体加熱処理炉に接続され、前記半
導体加熱処理炉に供給されるガスの温度を昇降制御する
流体加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、例えば、
不純物拡散炉、酸化炉、アニール炉、薄膜製造装置、エ
ッチング装置等において種々の半導体加熱処理炉が用い
られている。これら半導体加熱処理炉には、その目的、
用途に応じ、枚葉式、縦型、横型バッチ式等のタイプの
ものが存在している。従来の縦型バッチ式酸化反応炉を
図１２に基づいて説明すると、この反応炉６０は、反応
管加熱炉６１と、均熱管６２と、反応管６３とを備え、
前記反応管６３の内部にはウエハを多段に保持するウエ
ハボート（図示せず）を配置できるように構成されてい
る。このような反応炉６０において、反応ガスは、反応
ガス入口６４から反応ガスノズル６５、反応管加熱炉６
１内部に設けられたガス導入部６６を経由して、反応管
６３の内部に導入される。

【０００３】ところで、この従来の縦型バッチ式酸化反
応炉６０にあっては、反応ガスはガス導入部６６内を通
過中に反応管加熱炉中に埋設されたヒータ（図示せず）
熱によって均熱管６２を介して予熱されて温度が上昇す
る。しかしながら、外部から導入される反応ガスは反応
管６３の内部の温度に比べて低く、十分に予熱されない
ため、反応管６３内の上部と中央部とで温度差が生じ、
反応管６３内における反応ガスの分解生成ガスの分圧分
布が、不均一となる。その結果、反応管６３内部に収納
されているウエハの反応に差が生じ、ウエハに生成され
る膜厚、膜質が不均一となり、良好な酸化膜を得ること
ができないという弊害があった。

【０００４】上記弊害を解決する手段として、前記反応
ガスを炉内に導入する前に加熱装置を用いて加熱し、半
導体加熱処理炉の処理温度に見合う所定温度に予熱昇温
して、炉内温度分布の均一化を図る提案がなされている
（特開昭６３ー３１６４２５号公報、特開平７−１７６
４９８号公報）。

【０００５】前記特開平７−１７６４９８号公報には、
縦型反応炉内へ導入する反応ガスを所定の温度に加熱制
御するガス加熱装置が示されている。このガス加熱装置
について図１３に基づいて説明すると、このガス加熱装
置７０は、細長い蛇行状に形成された加熱経路部７３と
前記加熱経路部７３中に設けられた均熱体（発熱体）７
２を備え、ガス入口７１から導入された反応ガスは、ガ
ス加熱装置の均熱体（発熱体）７２により加熱されなが
ら、細長い蛇行状に形成された加熱経路部７３内を流
れ、炉内に導入されるように構成されている。なお、図
１３中の矢印は反応ガスの流れを示している。

【０００６】また、前記特開昭６３ー３１６４２５号公
報には、枚葉式ベルジャー炉を用いたエピタキシャル薄
膜気相成長装置内へ導入する反応ガスを所定の温度に加
熱制御するガス加熱装置が示されている。このガス加熱
装置について図１４、１５に基づいて説明すると、この
ガス加熱装置８０はスパイラル管８１と、前記スパイラ
ル管８１の外側に設けられたヒータ部８２とを備え、反
応ガスはスパイラル管８１を通過する間に、ヒータ部８
２からの熱で所定温度にまで加熱された後、ノズル８３
からベルジャー８４内に供給されるように構成されてい
る。なお、図１４、１５中の矢印は反応ガスの流れを示
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平７−
１７６４９８号公報に開示されたガス加熱装置を酸化炉
に適用した場合、加熱経路部を高純度石英管で形成し、
均熱体（発熱体）を高純度な炭化珪素（ＳｉＣ）製発熱
体で形成したとしても、反応ガスとして水蒸気（Ｈ₂
Ｏ）が用いられるため、酸素がＳｉＣ発熱体の内部にま
で入り込み内部酸化し、構造的劣化が生じ、パーティク
ルが発生するという問題があった。また、アニール炉で
水素を流通させた場合においても、炭化珪素（ＳｉＣ）
製発熱体と水素の反応で不純物ガスが発生するという問
題があった。更に、炭化珪素（ＳｉＣ）製発熱体は熱容
量が大きく、熱応答性が良くないため、急速な昇降温が
困難であった。

【０００８】また、特開昭６３ー３１６４２５号公報に
開示されたガス加熱装置では、スパイラル管の内部を反
応ガスが通過するように構成されているが、ガスの滞留
性が悪く、スパイラル管の長さを相当長くしなければ、
所定温度にまで加熱することができなかった。一方、ガ
スを所定温度にまで加熱するため、スパイラル管の長さ
を長くするとガス加熱装置の小型化が図れないという問
題があった。

【０００９】本発明は、上記技術的課題を解決するため
になされたものであり、耐久性に優れ、しかもパーティ
クル等の発生や金属汚染等を抑制でき、小型化可能な流
体加熱装置を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた本発明にかかる流体加熱装置は、流体
供給源から供給される流体を加熱する加熱管と、前記加
熱管の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部と、前記加
熱管及びヒータ部を収容するハウジングとを少なくとも
備え、前記ヒータ部が、カーボンワイヤー発熱体と、前
記カーボンワイヤー発熱体を封入した石英ガラス管から
なることを特徴としている。

【００１１】本発明にかかる流体加熱装置は、前記ヒー
タ部がカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤ
ー発熱体を封入した石英ガラス管からなると共に、ヒー
タ部が前記加熱管の外周囲に螺旋状に形成されている点
に構成上の特徴がある。このように、カーボンワイヤー
発熱体を石英ガラス管に封入してなるヒータ部は、従来
の高純度炭化珪素製ヒータに比較して熱容量が小さく、
半導体ウエハに有害な金属汚染やパーテイクルの生成、
不純物ガスの発生等が少ない。しかも、ヒータ部が流体
を加熱する加熱管の外周囲に螺旋状に形成されているた
め、加熱効率に優れ、かつ流体の加熱昇温操作における
熱応答性に優れている。

【００１２】なお、本発明にかかる流体加熱装置を、前
記流体がガスであり、半導体加熱処理炉に導入されるガ
スを加熱制御するためのガス加熱装置として用いること
が好ましい。即ち、本発明にかかる流体加熱装置を、ガ
ス供給源と前記半導体加熱処理炉とに接続され、ガス供
給源から供給されるガスを加熱する加熱管と、前記加熱
管の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部と、前記加熱
管及びヒータ部を収容するハウジングを少なくとも備
え、前記ヒータ部が、カーボンワイヤー発熱体と、前記
カーボンワイヤー発熱体を封入した石英ガラス管からな
る加熱装置とすることがより好ましい。これによって、
半導体加熱処理炉内の処理温度のバラツキを少なくし、
かつガス処理される半導体ウエハの不純物汚染を少なく
することができる。

【００１３】ここで、前記加熱管の内部に、通過する流
体の抵抗となる充填物が配設されていることが望まし
い。このように、加熱管の内部に、通過する例えばガス
の抵抗となる充填物が配設されているため、通過する流
体に対して適度な滞留時間を付与することができる。そ
の結果、加熱管内部を通過する流体は、前記カーボンワ
イヤー発熱体からの輻射熱により、充分な熱を得ること
ができ、所定温度まで昇温させることができる。また、
加熱管内部を通過する流体を滞留させることができるた
め、加熱管、ヒ−タ部を小型化することができる。

【００１４】また、前記充填物が、短柱状の石英ガラス
ビーズを融着することによって形成された成形体、ある
いは連通した細孔が形成された多孔質石英ガラス成形体
よりなることが望ましい。特に、短柱状の石英ガラスビ
ーズを融着することによって形成された前記成形体が、
直径６乃至１２ｍｍ、長さ６乃至１２ｍｍの石英ガラス
ビーズと、直径４乃至１０ｍｍ、長さ４乃至１０ｍｍの
サイズの大小二種類を、個数比で１：４乃至４：１の割
合（より好ましくは６：４乃至８：２の割合）で混合し
て、融着することによって形成された成形体であること
が望ましい。

【００１５】このように、石英ガラスビーズを融着する
ことによって形成された成形体よりなる充填物、あるい
は連通した細孔が形成された多孔質石英ガラス成形体よ
りなる充填物が加熱管内に配設されているため、加熱管
内に導入されたガスが前記充填物により形成された複雑
に屈曲交差する微細な流路を通過することにより適度な
滞留時間が付与される。また、前記カーボンワイヤー発
熱体からの輻射熱は、前記成形体内部で、複雑に透過、
屈折、散乱、反射を繰り返す。その結果、導入されたガ
スに充分な熱量を付与することができるため、熱交換効
率が優れ、加熱管、ヒ−タ部を小型にすることができ
る。

【００１６】なお、石英ガラス等の石英質の熱伝導性は
大きくないため、前記ヒータ部のカーボンワイヤー発熱
体から、前記加熱管内部に伝達される熱エネルギーの大
部分は、輻射熱である。そのため、前記加熱管内の充填
物は、黒色体であるより、むしろ透明体である方が好ま
しい。これは黒色体の場合、黒色体の表面部分で輻射が
吸収されてしまい、前記表面部のみが局部に加熱されし
まうためである。これに対して、透明体の場合、透明体
に照射された輻射熱は、複雑に透過、反射、屈折して中
心部分にまで達し、前記充填物内部を均等に加熱するこ
とができ、加熱管内部を通過するガスを均一に、加熱す
ることができる。したがって、充填物である石英ガラス
ビ−ズは透明石英ガラスからなることが好ましい。

【００１７】また、前記充填物は、複数の石英ガラスパ
イプであっても良く、また充填物が、複数の開口部を有
する石英ガラス製のガス拡乱板であっても良い。特に、
前記ガス拡乱板が加熱管の内部に複数枚収容され、少な
くとも隣合うガス拡乱板の開口部が一致しないように構
成されていることが望ましい。このような充填物であっ
ても、前記した充填物と同様な効果を得ることができ
る。

【００１８】また、前記ヒータ部とハウジングの間の空
間に、高純度断熱材が充填されることが望ましい。前記
空間に断熱材が充填されているため、断熱、遮光性に優
れ、加熱効率の良好な流体加熱装置を得ることができ
る。

【００１９】また、前記加熱管とヒータ部とが、ハウジ
ング内に設けられた熱遮蔽体内に収容されていることが
望ましく、特に前記熱遮蔽体が筒状であって、少なくと
もこの内表面に、シリカ微粉末とアルミナ微粉末を含有
する反射断熱コ−ト膜が形成されていることが望まし
い。なお、この熱遮蔽体の熱遮蔽効果を得るためには、
この内外面に反射断熱コート膜を形成することが好まし
い。このように、加熱管とヒータ部とが、ハウジング内
に設けられた石英ガラス製の熱遮蔽体内に収容されてい
るため、断熱、遮光性に優れ、加熱効率の良好な流体加
熱装置を得ることができる。特に、前記熱遮蔽体にシリ
カ微粉末とアルミナ微粉末を含有する反射断熱コ−ト膜
が形成されているものは、断熱、遮光性に優れているの
みならず、その表面に不純物をトラップする能力を有す
る。

【００２０】更に、前記反射断熱コ−ト膜が、シリカ微
粉末とアルミナ微粉末とが、３：１容量部乃至３：７容
量部の配合比からなることが望ましく、前記反射断熱コ
−ト膜が、更に酸化チタン微粉末を含有することが望ま
しい。シリカ微粉末とアルミナ微粉末の配合比が、３：
７容量部未満でシリカ微粉末の比率で小さくなると表面
に不純物をトラップする能力が低下する。一方、シリカ
微粉末とアルミナ微粉末の配合比が、３：１容量部を越
えてアルミナ微粉末の比率が小さくなると、シリカ微粉
末が多くなり過ぎ、表面クラッフやコート膜作製時に剥
離が発生し易くなるという弊害が生ずる。

【００２１】また、前記反射断熱コ−ト膜の膜厚が３０
μｍ乃至３００μｍの範囲にあることが望ましい。反射
断熱コ−ト膜の膜厚が３０μｍ未満では断熱、遮光性に
劣り、３００μｍを越えるとコート膜に層状のクラック
が発生し易くなり、剥離し易くなるという弊害が生ずる
ためである。

【００２２】また、前記熱遮蔽体とハウジングの間の空
間に、高純度断熱材が充填されることが望ましい。前記
熱遮蔽体とハウジングの間の空間に断熱材が充填されて
いるため、断熱、遮光性に優れ、加熱効率の良好な流体
加熱装置を得ることができる。なお、本発明において
は、ハウジング自体を高純度断熱材により構成すること
によって、より小型化を可能せしめることができる。

【００２３】また、前記カーボンワイヤー発熱体が、直
径５乃至１５μｍのカーボンファイバーを束ねたファイ
バー束を複数束編み上げてなる編紐形状、あるいは組紐
形状のカーボンワイヤー発熱体であることが望ましく、
また前記カーボンワイヤー発熱体が、カーボンファイバ
ーの含有不純物量が灰分重量として１０ｐｐｍ以下であ
ることが望ましい。このように、カーボンワイヤー発熱
体が編紐形状や組紐形状に形成されているものは、引張
強度が高く、高熱での耐久性に優れ、しかも容易に変形
させることができるため、ヒ−タ部を構成する螺旋状の
石英ガラス管内部に容易に収容することができる。ま
た、カーボンワイヤー発熱体を構成するカーボンファイ
バーの含有不純物量が灰分重量として１０ｐｐｍ以下と
高純度であるため、不純物の拡散を防止することができ
る。

【００２４】本発明にかかる流体加熱装置は、流体供給
源から供給される流体を加熱する加熱管と、前記加熱管
の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部と、前記加熱管
及びヒータ部を収容するハウジングとを少なくとも備
え、前記ヒータ部が、カーボンワイヤー発熱体と、前記
カーボンワイヤー発熱体を封入した石英ガラス管からな
る流体加熱装置であって、前記加熱管の内部に、複数の
石英ガラスビーズを一部融着することによって形成され
た多孔質成形体が配設されていることを特徴としてい
る。

【００２５】このような多孔質成形体を加熱管の内部に
配設することによって、加熱管内に導入されたガスが前
記充填物により形成された複雑に屈曲交差する微細な流
路を通過することにより適度な滞留時間が付与される。
また、前記カーボンワイヤー発熱体からの輻射熱は、前
記成形体内部で、複雑に透過、屈折、散乱、反射を繰り
返す。その結果、導入されたガスに充分な熱量を付与す
ることができるため、熱交換効率が優れ、加熱管、ヒー
タ部を小型にすることができる。

【００２６】尚、本発明における石英ガラスビーズに
は、石英ガラスからなる一断面が円形もしくは矩形の柱
状体、球状体、破砕状体、あるいは石英ガラスからなる
前記いずれかの柱状体に中空部が形成されたいわゆる筒
状体等、様々な形態のものが含まれる。また、前記石英
ガラスビーズの大きさは、複数の石英ガラスビーズを一
部融着した多孔質成形体を加熱管の内部に配設すること
ができれば、特に限定されるものではない。

【００２７】ここで、前記カーボンワイヤー発熱体が、
直径５乃至１５μｍのカーボンファイバーを束ねたファ
イバー束を複数束編み上げてなる編紐形状、あるいは組
紐形状のカーボンワイヤー発熱体であることが望まし
く、また前記カーボンワイヤー発熱体が、カーボンファ
イバーの含有不純物量が灰分重量として１０ｐｐｍ以下
であることが望ましい。このように、カーボンワイヤー
発熱体が編紐形状や組紐形状に形成されているものは、
引張強度が高く、高熱での耐久性に優れ、しかも容易に
変形させることができるため、ヒータ部を構成する螺旋
状の石英ガラス管内部に容易に収容することができ、本
流体加熱装置のヒータ部を加熱管の外周部に高精度に設
計・配置することが可能となる。また、カーボンワイヤ
ー発熱体を構成するカーボンファイバーの含有不純物量
が灰分重量として１０ｐｐｍ以下と高純度であるため、
不純物の拡散を防止することができる。

【００２８】また、前記加熱管とヒータ部がハウジング
内に設けられた高純度な断熱材内に収容されていること
が好ましい。これによって、加熱効率を高めるととも
に、当該ハウジングの小型化を可能せしめることができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる流体加熱
装置の一実施形態で、特にこの流体としてガスを用いる
場合を図１乃至図１０に基づいて、詳細に説明する。本
発明においては、以下、流体加熱装置をガス加熱装置と
して説明することとする。なお、図１は、本発明にかか
るガス加熱装置の一実施形態を示す図であり、（ａ）は
側面断面図、（ｂ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ線切断断
面図を示す。図２は、加熱管内に配設された充填物を示
す図であり、（ａ）は短柱状の透明石英ガラスビーズを
融着した成形体からなる充填物、（ｂ）は発泡石英ガラ
スに連通細孔を形成した多孔質石英ガラス成形体からな
る充填物を示す。図３は、図２と同様、加熱管内に配設
された充填物を示す図であり、（ａ）は透明石英ガラス
パイプを融着した成形体からなる充填物、（ｂ）はその
正面図、図４は、石英ガラス製のガス拡乱板からなる充
填物、（ｂ）はその正面図である。図５は、ヒータ部の
構造を示す図であり、（ａ）は側面の一部断面図、
（ｂ）は正面図である。図６は、ヒータ部に接続される
端子部の構造を示す斜視図、図７は、ヒータ部に接続さ
れる端子部の他の構造を示す斜視図、図８はカーボンワ
イヤー発熱体を示す概略図、図９はガス加熱装置を半導
体加熱処理炉に接続する接続部の構造を示す断面図、図
１０は熱遮蔽体の構造を示す概略図である。

【００３０】本発明にかかるガス加熱装置１は、図１に
示すように、ガス供給源から供給されるガスを加熱する
加熱管２と、前記加熱管２の外周囲に螺旋状に形成され
たヒータ部３と、前記加熱管２とヒータ部３とが、収納
された石英ガラス製の熱遮蔽体４と、前記加熱管２及び
ヒータ部３を収納する熱遮蔽体４を更に収容するハウジ
ング５と、熱遮蔽体４とハウジング５との間に設けられ
た高純度な断熱材６と、一端がガス供給源に接続される
と共に他端が加熱管２に接続された接続管７と、一端が
加熱管２に接続されると共に他端が半導体加熱処理炉
（図示せず）に接続された接続管８とから構成されてい
る。

【００３１】また、前記ヒータ部３は、図８に示すカー
ボンワイヤー発熱体１０と、前記カーボンワイヤー発熱
体１０を封入した図５に示す石英ガラス管１１から構成
されている。また、前記加熱管２の内部には、図２に示
すように通過するガスの抵抗となる充填物１２が配設さ
れている。

【００３２】次に、このガス加熱装置を構成する各部材
について、詳しく説明する。前記加熱管２は、通常、厚
さ１乃至３ｍｍ程度の透明石英ガラス材で円筒状に形成
されている。また、加熱管２は充填物１２を内部に収容
した後、接続管７、８が形成された側端板によって閉塞
され、密閉される。なお、前記加熱管２のサイズ（有効
径、有効長）は、加熱するガス量、加熱温度、ガスの熱
容量等の諸要素を勘案して適宜設定されるが、通常、有
効直径５０乃至１００ｍｍ、長さ１００乃至２００ｍｍ
程度である。

【００３３】また、加熱管２の内部に配設される充填物
１２として、図２に示すような短柱状の透明石英ガラス
ビーズを融着して形成された成形体１２ａ、あるいは発
泡石英ガラスに連通細孔を形成した多孔質石英ガラス成
形体１２ｂが用いられる。

【００３４】なお、石英ガラスビーズの形状としては、
輻射熱を吸収して通過ガスに有効に熱を付与できる形状
のものであれば、必ずしも短柱状に限定されるものでは
なく、球状、回転楕円体状、短柱円筒状、鞍型形状等の
ものを随意採用して差し支えない。しかしながら、融着
時に歪みを生じたり、取り扱い時、使用時等に割れや欠
けが生じ易いものは好ましくなく、またできるだけ安価
で、かつ形状加工が容易な点等から短柱円柱形状のもの
が好ましい。

【００３５】また、前記透明石英ガラスビーズの形状は
短柱円柱形状になされ、通気性（通気抵抗圧損）に応じ
て適宜選択されるが、通常、直径４乃至１５ｍｍ、長さ
４乃至１５ｍｍ程度、より好ましくは直径６乃至１２ｍ
ｍ、長さ６乃至１２ｍｍ程度のものが用いられる。特
に、直径６乃至１２ｍｍ、長さ６乃至１２ｍｍの石英ガ
ラスビーズと直径４乃至１０ｍｍ、長さ４乃至１０ｍｍ
の石英ガラスビーズの大小二種類の短柱円柱状ビーズを
６：４乃至８：２の個数比率で混合したものを融着し成
形した成形体は、破損や欠けが生じにく、また充填率や
ガス圧損の点でも適当であるため好ましい。

【００３６】前記した石英ガラスビーズを用いて成形体
を製造する方法としては、まず、直径６乃至１２ｍｍ程
度の透明石英ガラスのムク棒を６〜１２ｍｍ程度に切断
して形成される２種類の大きさの石英ビーズを例えば７
（寸法の大きいビーズ）：３（寸法の小さいビーズ）に
混ぜ（通常６００乃至１０００個）を製造する。これを
石英筒（加熱管）に入れて、カーボン製の筒形の割り型
内に投入し、上からカーボン製の重りを用いて押しつ
け、１４５０℃に加熱して前記石英ガラスビーズ同士を
部分的に融着させて円柱状成形体とする。このとき、前
記円柱状成形体１２ａは、石英筒（加熱管２）と一体化
する。

【００３７】また、前記発泡石英ガラスに連通細孔を形
成させた多孔質石英ガラスよりなる成形体１２ｂは、円
柱形状の発泡ガラス成形体を、例えば、フッ酸水溶液、
フッ酸・硝酸混合水溶液等のシリカ質腐食性の酸溶液で
処理することにより、気泡壁面の一部を溶解除去し、無
数の連通孔を形成して通気性としたものである。この多
孔質石英ガラス成形体１２ｂの通気性、即ち処理ガス流
量当たりの圧損は、例えば、前記酸処理条件を適宜調整
することにより、あるいは成形体の長さを調整すること
により、調節される。

【００３８】前記多孔質石英ガラス成形体１２ｂを充填
物１２として、加熱管２の内部に装着するには、成形体
１２ｂを加熱管２に挿入し、加熱管２の端面を側端板で
閉塞し、加熱管２内部を減圧状態とする。次いで、前記
加熱管２の外部から充填物部分を加熱軟化させることに
より、加熱管２の内周面と充填物１２の外周面とを融着
することによって、固定、装着する。

【００３９】なお、前記充填物は、石英ガラスビーズを
用いた成形体１２ａ、あるいは多孔質石英ガラス成形体
１２ｂに限定されるものではなく、加熱管２内部に配設
され、通過ガスの熱交換効率を向上させる作用効果を奏
する構造物であって、不純物を拡散しないものであれば
良い。例えば図３に示すように、充填物として石英ガラ
スパイプ１２ｃを用いても良い。具体的に示せば、前記
加熱管２が内径φ７７．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、肉厚
５ｍｍである場合、石英ガラスパイプ１２ｃとして、外
径φ８．１ｍｍ、内径６．５ｍｍ、本数６１本を用いる
ことによって、充填物として機能させることができる。
なお、石英ガラスパイプ１２ｃは、石英ガラスパイプ間
の隙間を細く、均一にすることが好ましい。また、石英
ガラスパイプ１２ｃを充填物として加熱管の内部に装着
するには、前記した成形体１２ｂの装着と同様な方法
で、固定、装着することができる。

【００４０】また、通気性の異なる成形体を複数製作
し、これらを組合せて充填物１２として加熱管２の内部
に配設しても良い。このようにいくつかの成形体を組合
せて充填物１２とすることにより、ガスの圧損調節、即
ちガス滞留時間を比較的広範囲にかつ容易に調節でき
る。例えば図４に示すように、充填物として石英ガラス
からなるガス拡乱板１２ｄを用いても良い。前記ガス拡
乱板１２ｄには、ガスが通過する開口部１２ｄ₁ が複数
設けられている。また、図４（ｂ）に示すように、隣合
うガス拡乱板１２ｄにおける開口部１２ｄ₁ が互いに一
致しないように形成、配置されている。そのため、１つ
のガス拡乱板１２ｄの開口部１２ｄ₁ を通過したガス
は、次のガス拡乱板１２ｄに当たり、ガスの滞留時間を
長くすることができる。ガス拡乱板１２ｄについて、具
体的に示せば、前記加熱管２が内径φ７７．５ｍｍ、長
さ１５０ｍｍ、肉厚５ｍｍである場合、ガス拡乱板１２
ｄとして、外径φ７７．３ｍｍ、厚さ５ｍｍ、開口部径
φ４．５ｍｍ、開口部数３８個（格子状に配置）を用い
ることによって、充填物として機能させることができ
る。なお、ガス拡乱板１２ｄを充填物として加熱管の内
部に装着するには、前記した成形体１２ｂの装着と同様
な方法で、固定、装着することができる。

【００４１】更に、石英ガラス等の石英質の熱伝導性は
大きくないため、前記ヒータ部３のカーボンワイヤー発
熱体１０から、それを封入する石英ガラス管１１を介し
て前記加熱管２内部に伝達される熱エネルギーの大部分
は、輻射熱である。そのため、前記加熱管２内の充填物
１２は、黒色体であるより、むしろ透明体である方が好
ましい。前記充填物１２が黒色体の場合、黒色体の表面
部分で輻射線が吸収されてしまい、前記表面部のみが局
部に加熱されしまうためである。これに対して充填物１
２が透明体の場合、照射された輻射熱は、複雑に透過、
反射、屈折して中心部分にまで達し、前記充填物１２内
部を均等に加熱することができる。その結果、加熱管２
内部を通過するガスを均一に、加熱することができる。
このことから石英ガラスに代わるものとしては、多結晶
Ａｌ₂ Ｏ₃ からなる透光性アルミナが挙げられる。

【００４２】このように、加熱管２内部に充填物１２が
配設されたガス加熱装置は、導入されたガスを所定温度
に上昇させるのに充分な滞留時間を前記ガスに与えるこ
とができ、かつ、ヒータ部３からの輻射熱を効率よく、
ガスに吸収させることができる。

【００４３】次に、前記加熱管２を加熱するヒータ部３
について説明する。既に述べたとおり、前記ヒータ部３
は、その発熱部が、カーボンファイバー束からなるカ−
ボンワイヤー発熱体１０を封入した石英ガラス管１１か
らなり、前記加熱管２の表面を螺旋状にように配設され
ている。この石英ガラス管１１は、図５に示されている
ように、螺旋状の石英ガラス管１１ａと、前記螺旋状の
石英ガラス管１１ａの一端に接続して前記石英ガラス管
１１ａの螺旋構造を支持する石英ガラス製の直管１１ｂ
と、前記螺旋状の石英ガラス管１１ａ他端に接続して前
記石英ガラス管１１ａの螺旋構造を支持する石英ガラス
製の直管１１ｃとから構成されている。螺旋状の石英ガ
ラス管１１ａは、直管１１ｂ、１１ｃと連通しており、
カーボンワイヤー発熱体１０は、螺旋状の石英ガラス管
１１ａに収容され、直管１１ｂ、１１ｃから導出され
る。

【００４４】また、直管１１ｂ、１１ｃの端部には、図
６に示すような封止端子部２０が設けられている。即
ち、螺旋状の石英ガラス管１１ａから導出したカーボン
ワイヤー発熱体１０は、直管１１ｂ、１１ｃに圧縮収納
された複数のワイヤーカーボン材１１ｅに圧縮状態で挟
み込ませた構造によって接続され、前記ワイヤーカーボ
ン材１１ｅに封止端子部２０の接続導線（内接続線）２
１ａ、２１ｂが接続する構造を有している。前記封止端
子部２０は、図６に示すように、直管１１ｂ、１１ｃ内
に収納されているワイヤーカーボン材１１ｅと接続され
る内接続線２１ａ、２１ｂと、図示しない電源に接続さ
れる外接続線２２ａ、２２ｂと、前記大径石英ガラス管
１１ｄに挿入できる、あるいは前記大径石英ガラス管１
１ｄを挿入できる径を有する石英ガラス管２３と、前記
石英ガラス管２３の内壁と密着して収納される石英ガラ
ス体２４と、前記石英ガラス体２４の外周面に形成され
た内外接続線を保持する溝２４ａと、石英ガラス体２４
の外周面に保持された内外接続線を電気的に接続する導
電箔であるＭｏ（モリブデン）箔２５ａ、２５ｂと、前
記石英ガラス管２３の端部を閉塞する閉塞部材２６とか
ら構成されている。なお、前記大径石英ガラス管１１ｄ
と石英ガラス管２３は、径を同一とし、各々の端面で溶
着することもできる。

【００４５】ここで、前記内接続線２１ａ、２１ｂ及び
外接続線２２ａ、２２ｂはＭｏ（モリブデン）、あるい
はＷ（タングステン）棒からなり、その直径は１ｍｍ乃
至３ｍｍに形成されている。前記内接続線２１ａ、２１
ｂ及び外接続線２２ａ、２２ｂの直径は、必要に応じて
適宜選択することができるが、直径が小さい場合には、
電気抵抗が高くなるため好ましくない。また直径が大き
い場合には、端子自体が大きくなるため好ましくない。
なお、内接続線２１ａ、２１ｂは、直管１１ｂ、１１ｃ
内に圧縮収納されているワイヤーカーボン材１１ｅに差
し込むことで容易に接続ができるように、その先端部は
尖っている。この場合、差し込む深さは、端子３ａ、３
ｂとの物理的かつ電気的結合性を良好なものとするため
には１０ｍｍ以上であることが好ましい。より好ましく
は、１５ｍｍ以上である。

【００４６】また、内接続線２１ａ、２１ｂ及び外接続
線２２ａ、２２ｂの端部は、前記石英ガラス体２４の外
周面に形成された内外接続線を保持する溝２４ａに収納
され、収納した際内接続線２１ａ、２１ｂ及び外接続線
２２ａ、２２ｂの外周面が石英ガラス体２４の外周面か
ら余り突出しないように形成されている。また、内接続
線２１ａ、２１ｂと外接続線２２ａ、２２ｂとは、溝２
４ａに収納した状態にあっては、石英ガラス体２４によ
って電気的に絶縁され、後述する導電箔であるＭｏ（モ
リブデン）箔２５ａ、２５ｂによって電気的に導通され
る。

【００４７】前記Ｍｏ（モリブデン）箔２５ａ、２５ｂ
は、前記内接続線２１ａと外接続線２２ａとを、また前
記内接続線２１ｂと外接続線２２ｂとを電気的に接続す
るために、石英ガラス体２４の外周面に沿うように取り
付けられている。なお、Ｍｏ箔２５ａとＭｏ箔２５ｂと
は、電気的なショ−トを避けるため一定の間隔Ｓが設け
られている。なお、導電箔として、Ｍｏ箔を用いている
が、この他タングステン（Ｗ）箔などを用いるここがで
きるが、Ｍｏ箔を用いることがこの高い柔軟性の点から
好ましい。

【００４８】また、前記石英ガラス管２３との端部を閉
塞する閉塞部材２６として、Ａｌ₂Ｏ₃ 粉を主成分とし
たセメント部材が装填されている。このセメント部材
は、アルミナ粉に水を添加し、２００℃で乾燥固化した
ものである。前記したＭｏ箔２５ａ、２５ｂは３５０℃
以上で酸素または湿気と反応し酸化物となり、この酸化
物に変化する際、体積膨張する。この閉塞部材２６は、
外気と遮断することにより、Ｍｏ箔２５ａ、２５ｂの体
積膨張を防止し、石英ガラス管２３の破損を防止するた
めに設けられている。閉塞部材として、前記したセメン
ト（Ａｌ₂ Ｏ₃ 質）部材以外に、樹脂やＳｉＯ₂ 微粉を
用いたセメントを使用することができるが、耐熱性や乾
燥的のクラック発生を抑制する観点からＡｌ₂ Ｏ₃ 粉を
主成分としたセメント部材を用いるのが好ましい。

【００４９】次に、図７に基づいて、他の封止端子部を
説明する。この封止端子部３０は接続線３２を１本有す
るものであり、直管１１ｂ、１１ｃの夫々に別々に取り
つけられる。即ち、１つのヒータ部３に対して、図７に
示した封止端子部３０が２個必要となる。以下、直管１
１ｂに取り付けられる封止端子部と、直管１１ｃに取り
付けられる封止端子部とは構成を同じくするため、直管
１１ｂに取り付けられる封止端子部を例にとって説明す
る。

【００５０】封止端子部３０を構成するガラス管３１
は、即ち、直管１１ｂと融着してあるいは溶接して一体
化するガラス管３１は、直管１１ｂとの融着側から、石
英ガラス部３１ａ、グレイデッド（Graded) シール部３
１ｂ、タングステン（Ｗ）ガラス部３１ｃによって構成
されている。そして、直管１１ｂ内に圧縮収納されてい
るカーボンワイヤーに接続されるタングステン（Ｗ）か
らなる接続線３２は、タングステン（Ｗ）ガラス部３１
ｃのピンチシール部３１ｄでピンチシールされる。

【００５１】すなわち、ピンチシール部３１ｄを、接続
線を構成するタングステン（Ｗ）の熱膨張係数に近いタ
ングステン（Ｗ）ガラスで形成すると共に、直管１１ｂ
との融着側を石英ガラスで形成した点に特徴がある。こ
のように、ピンチシール部３１ｄを、接続線を構成する
タングステン（Ｗ）の熱膨張係数に近いタングステン
（Ｗ）ガラスで形成したため、接続線３２の高温時熱膨
張に伴うガラス部（ピンチシール部３１ｄ）の破損を防
止することができる。また、直管１１ｂと融着される石
英ガラス管３１（石英ガラス部３１ａ）を、直管１１ｂ
と同等あるいは同一の石英ガラスとすることで、熱膨張
に伴う破損を防止することができる。また高純度の石英
ガラスを用いることにより、金属汚染を防止することが
できる。

【００５２】更に、石英ガラス部３１ａとタングステン
（Ｗ）ガラス部３１ｃとを間にグレイデッド（Graded)
シール部３１ｂを形成した点にも特徴がある。すなわ
ち、ＳｉＯ₂ 成分とＷガラス成分が徐々に変化する前記
石英ガラス部３１ａと接する側を石英ガラス組成もしく
は、これと熱膨張係数が近似する材料とし、前記Ｗガラ
ス部３１ｂと接する側に向け、上記熱膨張係数をＷガラ
スのそれにより近似するように傾斜分布させた材料から
なるグレイデッド（Graded) シール部３１ｂを石英ガラ
ス部３１ａとタングステン（Ｗ）ガラス部３１ｃとを間
に設けることにより、高温時熱膨張に伴うガラス管３１
の破損を防止することができる。

【００５３】このように、この封止端子部３０は、前記
した封止端子部２０場合に比べて、封止端子部の構成を
より簡略化することができ、それに伴い部品の数の削
減、作業工数を削減することができる。

【００５４】次に、図８に基づいてカーボンワイヤー発
熱体１０について説明する。このカーボンワイヤー発熱
体１０は、極細いカーボン単繊維を束ねたカーボンファ
イバー束を、編紐形状、あるいは組紐形状に複数束編み
上げて作製したものであり、従来の金属製やＳｉＣ製の
発熱体に比べて、熱容量が小さく昇降温特性に優れ、ま
た非酸化性雰囲気中では高温耐久性にも優れている。

【００５５】また、細いカーボン単繊維の繊維束を複数
本編んで作製されたものであるため、ムクのカーボン材
からなる発熱体に比べフレキシビリティに富み、形状変
形順応性や加工性に優れている。具体的には、前記カー
ボンワイヤー発熱体１０として、直径５乃至１５μｍの
カーボンファイバー、例えば、直径７μｍのカーボンフ
ァイバーを約３０００乃至３５００本程度束ねたファイ
バー束を１０束程度用いて直径約２ｍｍの編紐、あるい
は組紐形状に編み込んだ等のカーボンワイヤー発熱体が
用いられる。前記の場合において、ワイヤーの編み込み
スパンは２乃至５ｍｍ程度である。なお、前記編紐ある
いは組紐形状のカーボンワイヤー発熱体１０は、表面に
カーボンファイバーの毛羽立ち１０ａを有することが好
ましく、前記毛羽立ちとは、カーボンファイバー（単繊
維）が切断されたものの一部が、カーボンワイヤーの外
周面から突出したものである。

【００５６】そして、このようなカーボンワイヤー発熱
体１０を、石英ガラス管１１ａ、１１ｂ、１１ｃの内部
において、前記毛羽立ち１０ａのみが石英ガラス管の内
壁と接触し、カーボンワイヤー発熱体の本体は実質的に
接触しないように挿入することが好ましい。そのように
することによって、石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）とカーボン
ワイヤー発熱体の炭素（Ｃ）との高温下における反応が
極力抑えられ、石英ガラスの劣化、カーボンワイヤーの
耐久性の低下が抑制される。このカーボンファイバーに
よる表面の毛羽立ちは０．５乃至２．５ｍｍ程度である
ことが好ましい。このような構成とするためには、前記
カーボンワイヤー発熱体の直径及び本数に対し、上記封
入石英ガラス管の内径を適宜選定すれば良い。

【００５７】また、発熱性状の均質性、耐久安定性等の
観点及びダスト発生回避上の観点から、前記カーボンフ
ァイバーは、高純度であることが好ましく、カーボンフ
ァイバー中に含まれる不純物量が灰分重量として１０ｐ
ｐｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、カー
ボンファイバー中に含まれる不純物量が灰分重量として
３ｐｐｍ以下である。

【００５８】また、本発明のヒータ部３の前記カーボン
ワイヤー発熱体１０は、前記したように、その両端部で
夫々複数のワイヤーカーボン材１１ｅに圧縮状態で挟み
込ませた構造によって接続し、前記複数のワイヤーカー
ボン材１１ｅを介して接続線により封止端子部２０に電
気的に接続される構成とすることが好ましい。即ち、上
記複数のワイヤーカーボン材１１ｅは、前記カーボンワ
イヤー発熱体１０と前記導線との間で温度緩衝材として
作用し、好ましくは、電気抵抗（単位長当り）を前記カ
ーボンワイヤー発熱体１０の１／５以下になるように、
例えば、ワイヤー本数を前記発熱体の５倍以上とする。

【００５９】このように前記カーボンワイヤー発熱体１
０が直接導線と接続されるのではなく、圧縮収容された
前記複数のワイヤカーボン材を介して接続されているた
め前記発熱体が高温になっても複数のワイヤーカーボン
材１１ｅとカーボンワイヤー発熱体１０との接続が緩ん
でしまうことが無く、また、ワイヤカーボン材内で温度
が充分に低下するため導線との接続が緩まず、良好な電
気的接続状態が維持される。しかも、複数のワイヤーカ
ーボン材１１ｅの炭素成分が還元作用を奏し導線の酸化
の増大を抑制することができ、その結果これに伴うスパ
ークの発生が防止できる。

【００６０】前記ワイヤーカーボン材の具体例について
説明すると、前記したカーボンワイヤー発熱体と同様
な、直径５乃至１５μｍのカーボンファイバー、例え
ば、直径７μｍのカーボンファイバーを約３０００乃至
３５００本程度束ねたファイバー束を１０束程度以上用
いて直径約２ｍｍ以上の編紐、あるいは組紐形状に編み
込んだ等のカーボンワイヤーが用いられる。前記の場合
において、ワイヤーの編み込みスパンは２乃至５ｍｍ程
度であり、カーボンファイバーによる表面の毛羽立ちは
０．５乃至２．５ｍｍ程度である。なお、前記毛羽立ち
は、前記カーボンワイヤー発熱体と同様、ファイバーが
切断されたものの一部が、カーボンワイヤーの外周面か
ら突出したものである。

【００６１】前記ワイヤーカーボン材は、カーボンワイ
ヤー発熱体と同一もしくは、少なくともカーボンファイ
バーを束ねたファイバー束を複数編み上げてなる編紐あ
るいは組紐形状である点において同等の構成材料からな
るのが好ましい。なお、同一の構成材料とは、カーボン
ファイバー直径、カーボンファイバーの束ねた本数、フ
ァイバー束を束ねる束数、編み込み方、編み込みスパン
長さ、毛羽立ち長さ、材質が同一であることが好まし
い。なお、カーボンワイヤー発熱体の場合と同様にワイ
ヤーカーボン材のカーボンファイバー中に含まれる不純
物量が灰分重量として１０ｐｐｍ以下であることが好ま
しい。より好ましくは、カーボンファイバー中に含まれ
る不純物量が灰分重量として３ｐｐｍ以下である。

【００６２】次に、加熱管２及びヒ−タ部３を収納する
熱遮蔽体４について説明する。前記熱遮蔽体４は、ヒー
タ部３から外部側に向けて輻射する熱線を反射してヒー
タ部３の熱効率をより一層向上させるため、前記加熱管
２とヒータ部３とを覆っている。そして前記熱遮蔽体４
はハウジング５内に配設される。図１０に示すように、
この熱遮蔽体４は円筒形状に形成され、円筒の下部壁面
には長手方向に切欠部４ａが形成されている。この切欠
部４ａは前記したヒ−タ部３の直管１１ｂ、１１ｃが位
置する。その結果、ヒ−タ部３の螺旋管１１ａは、熱遮
蔽体４の内側側面に近接して配置することができる。ま
た、前記熱遮蔽体４の構成材料として、透明石英ガラス
材、不透明石英ガラス材、炭化珪素材及び炭化珪素・珪
素複合材等が用いられる。

【００６３】更に、前記熱遮蔽体４には、少なくともそ
の内表面を反射断熱コ−ト膜で被覆することが好まし
く、このような反射断熱コ−ト膜に特に好適な組成物と
して、シリカ微粉末とアルミナ微粉末、またシリカ微粉
末とアルミナ微粉末に酸化チタン微粉末を含有したもの
が好ましい。より好ましくは、前記円筒形状熱遮蔽体４
の表面全体を前記反射断熱コート膜で被覆するとよい。

【００６４】前記シリカ微粉末、アルミナ微粉末、酸化
チタン微粉末の平均粒径は０．１乃至２００μｍ程度、
配合比（容量比）は、シリカ微粉末とアルミナ微粉末と
が、３部：１部乃至３部：７部程度であり、酸化チタン
微粉末が配合される場合は、前記アルミナ１００部に対
し５０乃至１５０部の容量比で配合される。この反射断
熱コ−ト膜の組成物を前記熱遮蔽体４の片側（円筒面の
内側面）又は両側面（円筒面の内側面、及び外側面）に
３０乃至２００μｍ程度の厚さに塗布し、１０００℃程
度の温度で焼付けた反射断熱コ−ト膜は、１２００℃以
上の高温下に長時間曝しても劣化して剥離を生じたり極
端に変色することがない。しかも、膜厚１００μｍの場
合、波長２．５μｍの熱線を４５％以上の高い反射率で
反射させることができる。

【００６５】また、反射断熱コ−ト膜表面が、シリカ微
粉末、アルミナ微粉末等が存在するため表面積が広く、
Ｃｕ等の金属不純物を前記表面の微粒子界面にトラップ
することができ、前記遮光断熱効果のみならず不純物捕
捉、拡散防止効果も奏する。

【００６６】また、前記熱遮蔽体４とハウジング５の空
間、また熱遮蔽体４とヒータ部３との間の空間に、例え
ばグラスウール等の高純度断熱材６を充填することが好
ましい。また、熱遮蔽体４を内部に収納し、ガス加熱装
置１の外形を形成するハウジング５は、石英ガラス材で
作製されているのが好ましいが、石英ガラス材に限った
ものではなく、例えば金属性ケースであってもよい。こ
のハウジング５は筒状をなし、加熱管２、ヒ−タ部３、
熱遮蔽板４を収納した後、密閉される。なお、ハウジン
グ５の側端面には接続管７、８、ヒ−タ部３の封止端子
部２０を導出する開孔部が設けられている。

【００６７】また、この半導体加熱処理炉に接続され接
続部８ａは、前記接続部分からの放熱によるガス温低
下、炉の熱効率低下や温度分布乱れ等を極力低減させる
ため、図９に示したような接続構造を備えている。即
ち、接続部８ａは、不透明石英ガラス材からなるフラン
ジ部分８ｂと挿入管８ｄからなり、前記フランジ部分８
ｂの半導体加熱処理炉接続部フランジ６２に当接するシ
ール面８ｃは、フランジ部分８ｂに透明石英ガラスを肉
盛りすることによって形成される。このようにシール面
８ｃが透明石英ガラスの肉盛りにより形成されているた
め、シ−ル性が向上すると共に、フランジ部分８ｂが不
透明石英ガラスからなるため、断熱性、遮光性に優れて
いる。なお、前記フランジ部分８ｂは、必ずしも不透明
石英ガラス材によって構成する必要はなく、フランジ部
分８ｂを透明ガラス材によって構成した場合には、該フ
ランジ部８ｂに透明石英ガラスを肉盛りして、シール面
８ｃを形成する必要はない。

【００６８】本発明のガス加熱装置において、上記以外
の構成部材や機構、例えば、ガス供給源との接続部材、
熱交換器の加熱温度制御機構等はそれ自体公知の部材、
機構を用いて差し支えない。上述の説明においては、本
発明の流体加熱装置について、特に流体としてガスを用
いる場合を説明したが、ガスに換えて例えば純水等の液
体を用いる場合においても同等の作用、効果を示すもの
である。

【００６９】

【実施例】「実施例１」下記仕様の本発明にかかるガス
加熱装置（図１６参照）を作製した。なお、図１６にお
いて、図１に示された部材と同一あるいは相当する部材
は同一符号を付する。ガス加熱装置仕様ハウジング５：石英ガラス製円筒型ハウジング（長さ２
２０ｍｍ×直径φ１６０ｍｍ）。ヒータ部３：７μｍカーボン繊維（ファイバ−）を３０
０００本束ねてφ２ｍｍとし、それを３本編紐状にして
カーボンワイヤー発熱体とした。石英ガラス管（φ５ｍｍ）；螺旋状管は曲率半径４０ｍ
ｍ（図５参照）直管、封止端子部を含むヒータ全体構
造；図１参照）。加熱管２：透明石英ガラス製（筒型φ８０×１７０ｍ
ｍ）充填物１２：φ８×８ｍｍの透明短円柱状石英ガラスビ
ーズ約８００個とφ６×６ｍｍの透明短円柱状石英ガラ
スビーズ約２００個とを割型内に混合充填し、加熱圧縮
下に部分的に融着した成形体（開気孔率＝３４％）ハウジング内断熱材６：高純度断熱材ＳｉＯ₂ ：Ａｌ₂
Ｏ₃ ＝３：７のファイバー（Ｆｅ≦１０ｐｐｍ、Ｃｕ≦
０．５ｐｐｍ、Ｎｉ≦０．５ｐｐｍ、Ｎａ≦５０ｐｐｍ
であり、かつ全金属不純物含有量≦１５０ｐｐｍ）

【００７０】図１６に示すガス加熱装置において、ヒー
タ温度が１０００℃となるようにヒータに電力をかける
ことによってヒータを発熱させた状態とした後に、所定
流量（０，５，１０，２０ｓｌｍ）の窒素ガスをガス導
入管（接続管）７より充填物１２が配置された加熱管２
内に導入した際のガスアウト温度の測定を行った。な
お、上記ヒータ温度とは、ヒータ付近に先端部を非接触
で配置した熱伝対１３ａによって、測定した温度であ
り、また、上記アウトガス温度とは、ガス排出管（接続
管）８内で加熱管２に近い位置に先端部を配置した熱伝
対１３ｂにより測定した温度である。この結果を、要し
た電力及び電流値が±０．２Ａ以内で安定するまでの安
定時間とともに表１に示す。

【００７１】

【表１】

【００７２】表１により、本発明によれば１０００Ｗ程
度の比較的低電力によって、かなり高い熱効率でガス加
熱が可能であることがわかる。

【００７３】また、本実施例によれば、上述の通り当該
ガス加熱装置を長さ２２０ｍｍ×直径φ１６０ｍｍ程度
のハウジング外形の大きさに留めることができ、より小
型化が容易であり、さらには、当該ガス加熱装置から出
されるガスは、１０００時間の連続加熱後においても、
高純度が損なわれないことが確認された。また、１００
０時間の連続加熱後でも部材の破損、劣化等が確認され
なかった。

【００７４】「実施例２」実施例１で用いた加熱管内に
配置される充填物を、見掛比重０．５ｇ／ｃｍ³、気孔
率８０％の発泡石英とする以外は、実施例１の場合と同
様にしたガス加熱装置を作成し、実施例１と同様の評価
を行った。この結果を表２に示す。

【００７５】

【表２】表２より、本発明によれば１０００Ｗ程度の比較的低電
力によって、かなり高い熱効率でガス加熱が可能である
ことがわかる。また、本実施例によれば、上記実施例１
と同様に、１０００時間の連続加熱を行った後でも、ガ
ス加熱装置から出されるガスが不純物汚染されることな
く高純度に維持され、部材の破損、劣化が確認されなか
った。

【００７６】なお、本発明にかかるガス加熱装置は、一
般に、酸化性ガス、還元性ガス、不活性ガス等の反応
用、処理用、あるいは雰囲気用ガスの加熱装置として用
いることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる流体流体
装置は耐久性に優れ、しかもパーティクル等の発生や金
属汚染等を抑制することができ、小型化可能な流体加熱
装置及びこの装置を備えた半導体加熱処理炉を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる流体加熱装置（ガス加
熱装置）の一実施形態を示す図、（ａ）は側面断面図、
（ｂ）は（ａ）図に於けるＡ−Ａ線断面図である。

【図２】図２は、図１に示したガス加熱装置に用いられ
ている加熱管及び充填物を示す図であって、（ａ）は短
柱状の石英ビーズを融着した充填物、（ｂ）は発泡石英
ガラスに連通細孔を形成した多孔質石英ガラス充填物で
ある。

【図３】図３は、図１に示したガス加熱装置に用いられ
ている加熱管及び他の充填物を示す図であって、（ａ）
は石英パイプからなる充填物を示す図、（ｂ）は（ａ）
の正面図である。

【図４】図４は、図１に示したガス加熱装置に用いられ
ている加熱管及び他の充填物を示す図であって、（ａ）
は石英からなるガス拡乱板を充填物とした図、（ｂ）は
（ａ）の正面図である。

【図５】図５は、図１に示したガス加熱装置のヒ−タ部
に用いられている加熱管の構造を示す図、（ａ）は側面
一部断面図、（ｂ）は平面図である。

【図６】図６は、図１に示したガス加熱装置の封止端子
部の構造を示す斜視図である。

【図７】図７は、図１に示したガス加熱装置の他の封止
端子部の構造を示す斜視図である。

【図８】図８は、図１に示したガス加熱装置のカ−ボン
ワイヤ発熱体を示す概略図である。

【図９】図９は、本発明のガス加熱装置の半導体加熱処
理炉への接続構造の一例を示す図である。

【図１０】図１０は、図１に示したガス加熱装置の熱遮
蔽体の構造を示す斜視図である。

【図１１】図１１は、拡散炉の操業に於いて実施される
昇降温度ー時間ダイヤグラムを示した折線グラフであ
る。

【図１２】図１２は、ガス予熱装置を持たない従来の縦
型バッチ式酸化反応炉の一例を示す図である。

【図１３】図１３は、従来型のガス予熱装置を配設した
縦型バッチ式酸化反応炉の一例を示す図である。

【図１４】図１４は、従来型のガス予熱装置を配設した
枚葉型ベルジャー炉エピタキシャル薄膜成長装置の一例
を示す図である。

【図１５】図１５は、図１１の装置のガス予熱装置構造
を示す概略図である。

【図１６】図１６は、本発明にかかるガス加熱装置の他
の実施形態（実施例で用いた形態）を示す図である。

【符号の説明】

１ガス加熱装置２加熱管３ヒ−タ部４熱遮蔽板５ハウジング６断熱材７接続管８接続管１０カ−ボンワイヤ−発熱体１１石英ガラス管１１ａ螺旋管１１ｂ直管１２充填物１２ａ石英ガラスビ−ズ融着成形体１２ｂ多孔質石英ガラス成形体１２ｃ石英ガラスパイプ１２ｄガス拡乱板１２ｄ₁ 開口部１３ａ熱伝対１３ｂ熱伝対２０封止端子部３０封止端子部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０５Ｂ 3/14 ＧＨ０５Ｂ 3/14 3/40 Ａ 3/40 3/44 3/44 Ｈ０１Ｌ 21/26 Ｊ (72)発明者金富雄山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者永田智浩山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者瀬古順山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者斎藤孝規東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者三浦一敏東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者長谷川陽成東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者星丈治東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者石井勝利東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内Ｆターム(参考） 3K092 PP11 QA01 QA02 QB16 QB44 QC02 QC20 RA03 RB23 RC02 RD11 SS12 SS33 TT01 TT35 TT39 VV04 VV28 VV40 3L034 BA14 BA17 5F045 AA20 BB02 BB15 DQ05 EE07 EK01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体供給源から供給される流体を加熱す
る加熱管と、前記加熱管の外周囲に螺旋状に形成された
ヒータ部と、前記加熱管及びヒータ部を収容するハウジ
ングとを少なくとも備え、前記ヒータ部が、カーボンワイヤー発熱体と、前記カー
ボンワイヤー発熱体を封入した石英ガラス管からなるこ
とを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】前記加熱管の内部に、通過する流体の抵
抗となる充填物が配設されていることを特徴とする請求
項１に記載された流体加熱装置。
【請求項３】前記充填物が、短柱状の石英ガラスビー
ズを融着することによって形成された成形体、あるいは
連通した細孔が形成された多孔質石英ガラス成形体より
なることを特徴とする請求項２に記載された流体加熱装
置。
【請求項４】短柱状の石英ガラスビーズを融着するこ
とによって形成された前記成形体が、直径６乃至１２ｍ
ｍ、長さ６乃至１２ｍｍのビーズと、直径４乃至１０ｍ
ｍ、長さ４乃至１０ｍｍのビーズの大小二種類のビーズ
を、個数比で１：４乃至４：１の割合で混合して、融着
することによって形成された成形体であることを特徴と
する請求項３に記載された流体加熱装置。
【請求項５】前記充填物が、複数の石英ガラスパイプ
からなることを特徴とする請求項２に記載された流体加
熱装置。
【請求項６】前記充填物が、複数の開口部を有する石
英ガラス製のガス拡乱板からなることを特徴とする請求
項２に記載された流体加熱装置。
【請求項７】前記ガス拡乱板が加熱管の内部に複数枚
収容され、少なくとも隣合うガス拡乱板の開口部が一致
しないように構成されていることを特徴とする請求項６
に記載された流体加熱装置。
【請求項８】前記ヒータ部とハウジングの間の空間
に、高純度の断熱材が充填されることを特徴とする請求
項１に記載された流体加熱装置。
【請求項９】前記加熱管とヒータ部とが、ハウジング
内に設けられた熱遮蔽体内に収容されていることを特徴
とする請求項１に記載された流体加熱装置。
【請求項１０】前記熱遮蔽体が筒状であって、少なく
ともこの内表面に、シリカ微粉末とアルミナ微粉末を含
有する反射断熱コ−ト膜が形成されていることを特徴と
する請求項９に記載された流体加熱装置。
【請求項１１】前記反射断熱コ−ト膜が、シリカ微粉
末とアルミナ微粉末とを３：１容量部乃至３：７容量部
の配合比の組成物からなることを特徴とする請求項１０
に記載された流体加熱装置。
【請求項１２】前記反射断熱コ−ト膜が、更に酸化チ
タン微粉末を含有することを特徴とする請求項１０また
は請求項１１に記載された流体加熱装置。
【請求項１３】前記反射断熱コ−ト膜の膜厚が３０μ
ｍ乃至２００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項
１０乃至請求項１２のいずれかに記載された流体加熱装
置。
【請求項１４】前記熱遮蔽体とハウジングの間の空間
に、高純度な断熱材が充填されることを特徴とする請求
項９乃至請求項１３のいずれかに記載された流体加熱装
置。
【請求項１５】前記カーボンワイヤー発熱体が、直径
５乃至１５μｍのカーボンファイバーを束ねたファイバ
ー束を複数束編み上げてなる編紐形状、あるいは組紐形
状のカーボンワイヤー発熱体であることを特徴とする請
求項１に記載された流体加熱装置。
【請求項１６】前記カーボンワイヤー発熱体が、カー
ボンファイバーの含有不純物量が灰分重量として１０ｐ
ｐｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載され
た流体加熱装置。
【請求項１７】前記加熱管の内部に、複数の石英ガラ
スビーズを一部融着することによって形成された多孔質
成形体が配設されていることを特徴とする請求項１、請
求項１５もしくは請求項１６に記載された流体加熱装
置。
【請求項１８】前記加熱管とヒータ部とが、ハウジン
グ内に設けられた断熱材内に収容されていることを特徴
とする請求項１７に記載された流体加熱装置。