JP2003294312A

JP2003294312A - 流体加熱装置

Info

Publication number: JP2003294312A
Application number: JP2002094543A
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: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP3871204B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス滞留性に優れ、また熱交換効率に優れ、
しかもパーティクル等の発生を抑制でき、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、前記加熱管及びヒータ部を収容するハ
ウジング５とを備えた流体加熱装置において、前記加熱
管２の内部に、通過する流体の抵抗となる充填物１２が
配設されると共に、該充填物１２の上流側面に拡散板１
３が一体に形成されていることを特徴としている。

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。これら半導体加熱処理炉におい
て、ウエハに生成される膜厚、膜質を均一になすため
に、特開昭６３−３１６４２５号公報、特開平７−１７
６４９８号公報に見られるように、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ことがなされている。

【０００３】更に、前記特開平７−１７６４９８号公報
に示されたガス加熱装置について図１２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）７２とを備え、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７４内に導入されるよ
うに構成されている。なお、図１２中の矢印は反応ガス
の流れを示している。

【０００４】また、前記特開昭６３−３１６４２５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１３、１４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１３、１４中の矢印は反応ガスの流れを示
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したい
ずれの加熱装置も、加熱経路部７３、スパイラル管８１
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、加熱経路部７３、スパイラル管８
１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、加熱経路部７３、スパイラル管８１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。かかる問題を解決するために、本願出願人
らは、前記加熱管の内部に、通過する流体の抵抗となる
充填物が配設された流体加熱装置を提案している（特願
２００１−３８４２４）。

【０００６】この提案した流体加熱装置について、図９
乃至図１１に基づいて説明すると、流体供給源から供給
される流体を加熱する加熱管９０と、前記加熱管９０の
外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部９１と、前記加熱
管９０及びヒータ部９１を収容するハウジング９２とを
備えている。なお、図９中、符号９４は、ガス導入管、
９５はガス導出管である。そして、前記加熱管９０の内
部に、通過する流体の抵抗となる充填物９３が配設され
ている。この充填物９３は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である。このよ
うに、加熱管９０の内部に充填物９３が配設されている
ため、通過する流体の抵抗となり、ガスの滞留性が良
く、加熱管９０の長さが短くても、所定温度にまで加熱
することができる。一方、加熱管９０の長さを短くでき
るため、流体加熱装置の小型化を図ることができる。

【０００７】しかしながら、提案した流体加熱装置は、
従来の装置に比べてガスの滞留性が向上したものの、図
１０に示すようにガスの滞留にほとんど寄与しない部分
９３ａが存在することが知見された。即ち、図１０に示
すように、ガス導入管９４から加熱管９０に導入された
ガスは、加熱管９０の外周部方向に拡散しながらガス導
出管９５の方向に流れるため、図１０に示すようにガス
の滞留にほとんど寄与しない部分９３ａが発生する。し
たがって、ガスの滞留に寄与しない部分９３ａは流通す
るガスに対する熱交換にほとんど寄与しないため、より
熱交換効率の向上が望まれていた。なお、図１０中の２
点鎖線はガスの流れを示している。

【０００８】また、この充填物９３は、図１１に示すよ
うに加熱管９０の内部にカーボン治具９６を置き、その
上に短柱状の石英ガラスビーズを収容し、所定温度まで
加熱した後、カーボン治具（図示せず）等を用い、圧力
を加えて石英ガラスビーズ同士を融着することによって
形成される。そのため、カーボン治具９６の近傍の石英
ガラスビーズには充分な力が加わらず、石英ガラスビー
ズ同士が確実に融着され難いという技術的課題があっ
た。特に、大きな石英ガラスビーズに挟まれた小さな石
英ガラスビーズには力が加わらないため、石英ガラスビ
ーズ同士が確実に融着されず、石英ガラスビーズが脱落
する虞があった。また、それに共にパーティクル等が発
生する虞があった。

【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、ガス滞留性に優れ、しかもパー
ティクル等の発生を抑制でき、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備えた流体加熱装置
において、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ると共に、該充填物の上流側面に
拡散板が充填物と一体に形成されていることを特徴とし
ている。

【００１１】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、前記ヒ
ータ部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。特に、該
充填物の上流側面に拡散板が充填物と一体に形成されて
いるため、加熱管の内部に導入されたガスは該拡散板に
よって拡散され、充填物の上流側面の全面からガスが流
入する。その結果、ガスは充填物の全領域を流れるた
め、ガスの滞留性が向上すると共に、熱交換効率を向上
させることができる。また、充填物の上流側面に拡散板
が充填物と一体に形成されているため、充填物の一部が
脱落することもなく、それに伴うパーティクル等の発生
を防止することができる。

【００１２】ここで、前記充填物の下流側面に拡散板が
充填物と一体に形成されていることが望ましい。このよ
うに、充填物の下流側面に拡散板が充填物と一体に形成
されていることによって、ガスの滞留性をより向上させ
ることができる。また、充填物の一部が脱落することも
なく、それに伴うパーティクル等の発生を防止すること
ができる。

【００１３】また、前記充填物が短柱状の石英ガラスビ
ーズであると共に、前記拡散板が石英ガラス板であり、
前記石英ガラスビーズを融着することによって形成され
た充填物の少なくとも一面に、前記拡散板が融着されて
いることが望ましい。このように、充填物を短柱状の石
英ガラスビーズとし、拡散板を石英ガラス板とした場合
には、融着させることにより容易に一体物を製造するこ
とができる。

【００１４】更に、前記拡散板が、複数の貫通穴を有す
る円板状の石英ガラスからなり、貫通穴による単位面積
あたりの開口率が、中心部より外周部の方が大きいこと
が望ましい。このように、外周部における単位面積あた
りの開口率が、中心部より大きく形成されているため、
加熱管内部に導入されたガスは加熱管の外周部方向によ
り拡散し、充填物の上流側面の全面からガスが流入す
る。その結果、ガスは充填物の全領域を流れるため、ガ
スの滞留性が向上すると共に、熱交換効率を向上させる
ことができる。また、ヒータ部が外周囲に配置されてい
るため、ガスを外周部方向により拡散させることによ
り、より効率的に加熱することができ、熱交換効率をよ
り確実に高めることができる。

【００１５】また、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充填物が、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が望まし
い。

【００１６】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、前記ヒータ部からの輻射熱は、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。

【００１７】また、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充填物の下流側の気孔率が、
上流側の気孔率よりも小さいことが望ましい。このよう
に、下流側の気孔率が上流側の気孔率よりも小さく形成
されているため、ガスの滞留性を向上させることができ
る。

【００１８】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
管からなることが望ましい。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たヒータ部は、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ィクルの生成、
不純物ガスの発生等が少ない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる流体加熱
装置の第一の実施形態で、特にこの流体としてガスを用
いる場合を図１乃至図６に基づいて、詳細に説明する。
なお、図１は、本発明にかかるガス加熱装置の第一の実
施形態を示す側面断面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ
線切断断面図を示す。図３は、加熱管内に配設された充
填物および拡散板を示す図であり、図４は、ガスの流れ
を模式的に示した図である。図５は、充填物及び拡散板
の製造過程を示す図、図６は拡散板の正面図である。

【００２０】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に接続されたガス導入管である接
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）に接続されたガス導出管で
ある接続管８とから構成されている。また、前記加熱管
２の内部には、図３に示すように通過するガスの抵抗と
なる充填物１２および拡散板１３が配設されている。

【００２１】また、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
（図示せず）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１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１
１ｃ（図示せず）とから構成されている。

【００２２】螺旋状の石英ガラス管１１ａは、直管１１
ｂ、１１ｃと連通しており、カーボンワイヤー発熱体
は、螺旋状の石英ガラス管１１ａに収容され、直管１１
ｂ、１１ｃから導出される。また、直管１１ｂ、１１ｃ
の各端部には、図１に示すような封止端子部２０が設け
られている。この封止端子部１７には接続線１７ａが設
けられ、電力が供給されるように構成されている。

【００２３】このカーボンワイヤー発熱体は、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。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。
このように、カーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管１
１に封入したヒータ部３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
金属汚染やパーティクルの生成、不純物ガスの発生等が
少ない。

【００２４】また、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および拡散板１３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２
００ｍｍ程度である。

【００２５】また、加熱管２の内部に配設される充填物
１２として、図３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が用いられる。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。

【００２６】前記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。

【００２７】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、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。

【００２８】また、前記石英ガラスビーズの成形体（充
填物１２）の上流側面には、石英ガラスからなる円板状
の拡散板１３がこの石英ガラスビーズの成形体と融着等
により一体に形成されている。この拡散板１３には、図
６に示すように、複数の貫通穴１３ａが形成されてい
る。この貫通穴１３ａは中心部から外周部に行くにした
がって、数多くの貫通穴が設けられている。即ち、単位
面積あたりの開口率が、中心部より外周部の方が大きく
形成されている。

【００２９】このように、前記石英ガラスビーズの成形
体（充填物１２）の上流側面には、石英ガラスからなる
円板状の拡散板１３がこの石英ガラスビーズの成形体
（充填物１２）と融着等により一体に形成されているた
め、加熱管２の内部に導入されたガスは、拡散板１３に
よって中心部から外周部へ拡散され、充填物１２の上流
側面の全面から内部に流入する。特に、外周部における
単位面積あたりの開口率が、中心部より大きく形成され
ているため、加熱管２に導入されたガスは加熱管２の外
周部方向により拡散し、充填物１２の上流側面の全面か
らガスが流入する。その結果、ガスは充填物１２の全領
域を流れるしたがって、充填物１２の全域をガスが流通
するため、熱交換効率が向上するとともに、ガスの滞留
性をより向上させることができる。

【００３０】また、充填物１２の上流側面に拡散板１３
が融着等により一体に形成されているため、充填物１２
の一部（石英ガラスビーズ）が脱落することもなく、そ
れに伴うパーティクル等の発生を防止することができ
る。

【００３１】なお、上記のように充填物１２の上流側の
全面からガスが流入される手段として、拡散板１３の外
径を加熱管２の内径よりも小さく形成し、両者の間に隙
間を形成し、前記拡散板１３を加熱管２に融着しない構
造としても良い。また、このような構造によれば、製造
時に加熱管２の変形を防止でき、寸法安定性をより高め
ることができる。

【００３２】前記拡散板１３の外周面と加熱管の内周面
との間に隙間が存在する構造における拡散板１３につい
て具体的に示せば、前記加熱管２が内径φ５６ｍｍ、長
さ２０５ｍｍ、肉厚３ｍｍである場合、拡散板１３とし
て、外径φ５３ｍｍ、厚さ３ｍｍ、貫通穴径φ３ｍｍの
貫通穴３７個を均等間隔に配置したものを用いることが
できる。なお、上記拡散板１３の外周面と加熱管２の内
周面が密接あるいは融着された構造とするには前記加熱
管２の内径と拡散板１３の外径とを略同等に形成すれば
良い。

【００３３】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。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１７を導出する開孔部が設けられている。

【００３４】次に、前記した石英ガラスビーズを用いて
成形体（充填物１２）および拡散板１３を製造する方法
について説明する。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。また、拡散
板１３を石英ガラス板により製造するとともに、貫通穴
を所定位置、所定数形成する。

【００３５】そして、図５に示すようにカーボン治具１
４を石英筒（加熱管２）に入れて、その上に拡散板１３
を載せる。更に、この拡散板１３の上に石英ガラスビー
ズを入れる。その後、この石英筒（加熱管２）をカーボ
ン製の筒形の割り型１５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℃以上に加熱して前
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。また同時に、前記拡散板１３と前記円柱成
形体とが融着し、一体に形成される。このとき、前記円
柱状成形体は、石英筒（加熱管２）と融着し、一体化す
る。

【００３６】このように製造する場合においても、従来
と同様に上部に加えられた荷重は、拡散板１３の近傍の
石英ガラスビーズには充分に加わらないが、石英ガラス
ビーズの自重によって拡散板１３と融着される。その結
果、石英ガラスビーズの脱落を抑制でき、それに共にパ
ーティクル等の発生を抑制することができる。

【００３７】以上のようにして製造された充填物１２が
加熱管２に配設されているため、加熱管２に導入された
ガスは、前記充填物１２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し、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、前記充填物１２の内部で、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。

【００３８】また、該充填物１２の上流側面に拡散板１
３が一体に形成されているため、図４に示すように加熱
管２の内部に導入されたガスは該拡散板１３によって拡
散され、充填物１２の上流側面の全面からガスが流入す
る。その結果、ガスは充填物１２の全領域を流れるた
め、ガスの滞留性が向上すると共に、熱交換効率を向上
させることができる。また、充填物１２の一部が脱落す
ることもなく、それに伴うパーティクル等の発生を防止
することができる。なお、図４の２点鎖線はガスの流れ
を示している。

【００３９】次に、第二の実施形態を図７、図８に基づ
いて説明する。この実施形態にあっては、前記第一の実
施形態が充填物１２の上流面に拡散板１３が形成されて
いるのに対して、充填物（円柱成形体）１２の上流面お
よび下流面に拡散板１３，１６が形成されている点が相
違する。なお、この上流面に設けられる拡散板１３は、
第一の実施形態の拡散板と同一の構成を備えている。ま
た、拡散板１６は第一の実施形態の拡散板と基本的には
同一の構成を備えているが、拡散板１６の外径を加熱管
２の内径よりも小さく形成されている。更に、上流面に
設けられる拡散板１３を、拡散板１６と同様に、その外
径を加熱管２の内径よりも小さく形成しても良い。

【００４０】このような石英ガラスビーズを用いて成形
体および拡散板１３，１６を製造するには、第一の実施
形態の場合と同様に、石英ガラスビーズおよび第一、第
二の拡散板１３，１６を製造し、図７に示すようにカー
ボン治具１４を石英筒（加熱管２）に入れて、その上に
拡散板１３を載せる。更に、この拡散板１３の上に石英
ガラスビーズおよび第二の拡散板１６を入れる。

【００４１】その後、この石英筒（加熱管２）をカーボ
ン製の筒形の割り型１５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℃以上に加熱して前
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。また同時に、前記第一、第二の拡散板１
３，１６と前記円柱成形体とが融着し、一体に形成され
る。更に、前記円柱状成形体１２ａは、石英筒（加熱管
２）と融着し、一体化する。

【００４２】なお、前記第一の拡散板１３の外径が加熱
管２の内径よりも小さく形成されている場合には、両者
の間には隙間が形成される。また第一の拡散板１３の外
径と加熱管２の内径とが同径の場合には、両者は融着
し、一体化する。一方、第二の拡散板１６は、その外径
を加熱管２の内径よりも小さく形成されているため、両
者は融着、一体化しない。即ち、第二の拡散板１６を押
付けることによって石英ガラスビーズに荷重を加えるた
め、石英ガラスビーズの変形によって第二の拡散板１６
が沈み込む。そのため、第二の拡散板１６が加熱管２の
内径と同径に形成され、両者が融着していると、第二の
拡散板１６のみならず加熱管２に変形が生じ、寸法安定
性が欠け、好ましくない。

【００４３】また、上からの荷重によって、上方の石英
ガラスビーズには充分な力が加わるため、石英ガラスビ
ーズ同士の融着される部分（ネック部）が大きい。これ
に対して、上から下に行くにしたがって荷重が分散さ
れ、下方向の石英ガラスビーズに加わる力は小さくなる
ため、石英ガラスビーズ同士の融着される部分が、上方
の石英ガラスビーズ同士の融着される部分（ネック部）
に比べて、小さくなる。これはネック部が大きくなる
と、石英ガラスビーズの間の隙間が小さく、これに対し
てネック部が小さいと、石英ガラスビーズの間の隙間は
大きいことを意味している。したがって、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の上
側の気孔率が、下側の気孔率よりも小さく形成される。
なお、この成形体の上側が加熱管の下流側に対応し、下
側が加熱管の上流側に対応する。

【００４４】ここで、石英ガラスビーズ同士の融着され
る部分（ネック部）の大きさを具体的に測定した。測定
は、成形体をフッ化水素液に漬し、石英ガラスビーズが
脱落するまでの時間を測定し、前記時間からネック部の
大きさを算出した。具体的には、１６％濃度のＨＦ溶液
では８μｍ／ｈの速さで石英ガラスがエッチングされる
ため、石英ガラスビーズが脱落するまでの時間を測定
し、この時間に該エッチング速さ及び定数（エッチング
はネック部両側から進むため、定数は２）を掛けること
により、ネック部がエッチングされた量（ネック部の大
きさ）を求めた。その結果、図８に示すように、上流側
が４μｍであるのに対して、下流側が８０μｍであっ
た。これから明らかなように、上流側の気孔率が大き
く、下流側の気孔率が小さいことが認められた。

【００４５】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前記成形体の下流側の気孔率
が、上流側の気孔率よりも小さいため、ガスの滞留性を
向上させることができ、熱交換効率を向上させることが
できる。また、前記充填物の上下流側面に拡散板が一体
に形成されているため、充填物の一部が脱落することも
なく、それに伴うパーティクル等の発生を防止すること
ができる。

【００４６】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。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ガス滞
留性に優れ、また熱交換効率に優れ、しかもパーティク
ル等の発生を抑制でき、小型化可能な流体加熱装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかるガス加熱装置の第一の
実施形態を示す側面断面図である。

【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線切断断面図であ
る。

【図３】図３は、加熱管内に配設された充填物および拡
散板を示す図である。

【図４】図４は、ガスの流れを模式的に示した図であ
る。

【図５】図５は、充填物及び拡散板の製造過程を示す図
である。

【図６】図６は拡散板の正面図である。

【図７】図７は、第二の実施形態における充填物及び拡
散板の製造過程を示す図である。

【図８】図８は、本発明にかかる流体加熱装置の第二の
実施形態を示す断面図およびネック部の変化を示す図で
ある。

【図９】図９は、本願出願人が先に提案した流体加熱装
置の概念図である。

【図１０】図１０は、図９に示した流体加熱装置におけ
るガスの流れを示した概念図である。

【図１１】図１１は、図９に示した充填物の製造過程を
示す図である。

【図１２】図１２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１３】図１３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１４】図１４は、図１３の装置のガス予熱装置構造
を示す概略図である。

【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１１石英ガラス管１１ａ螺旋管１１ｂ直管１２充填物１３拡散板１３ａ貫通穴１６拡散板１７封止端子部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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事業所内 (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事業所内 (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事業所内 (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） 3L034 BA14 BA16 BA17 BB02

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
備えた流体加熱装置において、前記加熱管の内部に、通過する流体の抵抗となる充填物
が配設されると共に、該充填物の上流側面に拡散板が充
填物と一体に形成されていることを特徴とする流体加熱
装置。
【請求項２】前記充填物の下流側面に拡散板が充填物
と一体に形成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
であると共に、前記拡散板が石英ガラス板であり、前記
石英ガラスビーズを融着することによって形成された充
填物の少なくとも一面に、前記拡散板が融着されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された
流体加熱装置。
【請求項４】前記拡散板が、複数の貫通穴を有する円
板状の石英ガラス板からなり、貫通穴による単位面積あ
たりの開口率が、中心部より外周部の方が大きいことを
特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載され
た流体加熱装置。
【請求項５】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充填物が、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６】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充填物の下流側の気孔率が、
上流側の気孔率よりも小さいことを特徴とする請求項３
または請求項５に記載された流体加熱装置。
【請求項７】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請求項１乃至請求項６の
いずれかに記載された流体加熱装置。