JP2004006848A

JP2004006848A - 高温拡散炉

Info

Publication number: JP2004006848A
Application number: JP2003122892A
Authority: JP
Inventors: Kevin B Peck; ペック　ケヴィン　ビー; Ronald E Erickson; エリクソン　ロナルド　イー; Stephen H Matthews; マシューズ　スティーヴン　エイチ
Original assignee: Thermtec Inc
Current assignee: Thermtec Inc
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-01-08
Also published as: ES2191665T3; US5481088A; US5530222A; DE69332639D1; JP2007295005A; ATE231318T1; US5517001A; KR950702087A; KR100316069B1; DE69332639T2; EP0645072A4; EP0645072B1; EP0645072A1; US5483041A; WO1993026137A1; JPH07509345A; US5461214A

Abstract

【課題】保守性を高めながら高プロセス性能を達成する炉を提供する。
【解決手段】本発明は、低粒子雰囲気環境で用いるための高温拡散炉であって、表面均一性を向上させるステンレス鋼からなる少なくとも部分を有するフレームと、フレームに連結され、アルミニウムおよびポリエチレンからなる少なくとも部分を有する複数のパネルと、パネルと一致して、フレーム内に位置決めされた複数の加熱モジュールとを備えることを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、低粒子雰囲気環境で用いるための高温拡散炉に関するものである。
【０００３】
【発明の背景】
高温拡散炉は半導体産業では周知である。高温拡散炉における熱処理はシリコンウェーハを製造するプロセスにおける多くの段階の１つである。代表的には、プロセスガスを熱処理プロセスに注入してウェーハの組成を変える。たとえば、ウェーハの適切なプロセスガスでの熱処理により、半導体原料の分子構造にドーピング元素、たとえば、硼素を導入できるようになる。
高温拡散炉は多数の組のウェーハを熱処理することのできる多段炉モジュールを含むとよい。個々の拡散炉モジュールはライナでシールドしたプロセスチューブのためのプロセス室を有する加熱要素を備えている。プロセス室はウェーハを挿入するロード端と、プロセスガスを注入するソース端とを有する。さらに、エネルギキットと一緒に余分なプロセスガスを取り出すための脱気ボックスが設けてある。代表的には、炉モジュールは積み重ねて収容されている。
【０００４】
加熱要素は、一般的には、円筒形であり、対称的に配置してある。加熱要素は、通常はステンレス鋼またはアルミニウムからなる外側金属ハウジングと、セラミック繊維のような断熱材料の内側層とを有する。加熱コイルと加熱要素ライナとの間に炉室が設けられる。いくつかの加熱コイルをまとめて固着し、連続コイルを形成し、中間の加熱コイルがプロセスチューブの中間で最適な温度を与えるようになっている。端部加熱コイルはプロセスチューブの温度を炉の端での損失を克服し、また、炉内に導入されつつあるガスを予熱するに十分なレベルに保つように作動する。加熱コイルは、一般に、クロム・アルミ・鉄合金で作った螺旋抵抗ワイヤであり、これらの抵抗ワイヤは高温で寿命を延ばすために太目（直径、０．２８９”〜０．３７５”）である。
加熱コイル合金の最高許容作動温度は１４００℃である。加熱コイルとプロセスチューブの内部の間には温度差があるので、拡散炉は、通常、１３００℃の最高作動プロセスチューブ温度で作動させられる。
シリコン・ウェーハはプロセスチューブの中間部で熱処理される。プロセスチューブは石英、ポリシリコン、炭化シリコンまたはセラミックで作られている。プロセスチューブはライナで覆ってあり、加熱コイルを炉室を構成しているプロセスチューブから隔離している。熱処理しようとしているシリコン・ウェーハはボートに装着し、手動あるいは自動で炉のロード端からプロセスチューブの中央へ装填する。ウェーハを保持するのに用いられるボートは、一般的には、石英、ポリシリコン、炭化シリコンあるいはセラミックで作ってある。
多段炉モジュール形態では、熱処理プロセス性能、融通性が向上している。種々の段階での個別の熱処理プロセスは個別のプロセスチューブ内で同時に実施することができる。しかしながら、多段炉モジュール構造を組み込んだシステムでは、１つの炉モジュールでのプロセスが他の炉モジュールでのプロセスによって影響され可能性が増大する。さらには、１つの炉モジュールが故障すると、それが他の炉モジュールでのウェーハ処理能力に影響する可能性もある。熱処理プロセスの性能に影響する多段炉モジュール構造のこれらの制限と加熱要素設計上の制限は以下に説明する。
【０００５】
炉材料：
代表的には、従来の炉は塗装鋼製フレームとアルミまたは鋼製のパネルで構成してある。炉の構成に用いられるこれらの材料は適当な強度、重量、熱伝導性を持っているが、表面に比較的凹凸があり、不均一である。
半導体製造プロセスは低粒子環境すなわちクリーンルームで行われる。炉はこれらのクリーンルーム内あるいはグレイルームに隣接して設置される。グレイルームというのは、クリーンルームよりも雰囲気中粒子規格が厳しくなく、比較的粒子が浮遊しているルームである。
クリーンルームまたはグレイルーム内に収容された機器を構成するのに用いられる材料はできるだけ均一で、表面凹凸が最低である表面を持っていなければならない。代表的には、炉はグレイルーム内に置かれ、プロセスチューブはクリーンルームからアクセスできる。したがって、炉の外面は炉原料要件を満たしながらクリーンルーム環境に匹敵するものでなければならない。
【０００６】
炉レベリング：
従来の炉はそれを水平に置くために個別にレベリング・マウントを使用する。一般に、個々のレベリング・マウントは炉の底面角隅部に設置される。各個々のマウントは炉の対応する角隅を昇降させて炉を水平にするように調節できる。
高温拡散炉での個々のレベリング・マウントの使用に際して、３つの問題が生じた。まず、炉を別の場所へ移動させたり、初めて据え付けたりするときに、個々のレベリング・マウントが壊れ易いのである。炉が床面を滑った場合、過剰な滑り荷重が個々のレベリング・マウントに加わり、変形あるいは破壊を生じさせる。次に、個々のレベリング・マウントは炉の下に隙間を生じさせ、そこにくずが溜り、清掃が難しくなる。最後に、個々のレベリング・マウントは炉の重量配分を難しくし、地震対策を難しくする可能性がある。したがって、個々のレベリング・マウントは炉の位置決めに効果があるが、従来の炉設計では多くの欠点を招来する。
【０００７】
炉モジュール・アクセス：
修理、保守のために個々の炉モジュールへアクセスするのは一般に難しく、時間がかかる。炉チューブ・モジュールは、通常、プロセス室のロード端またはソース端でアクセスされる。加熱要素を取り出すには多数の構成要素を外し、取り出さなければならない。たとえば、電力接続部は、すべて、取り外す必要のあるナット・ボルト式連結部である。さらに、これらの接続部は或る期間経ると緩む傾向があり、再締め付けして電気接触不良からの酸化による加熱を防がなければならない。
炉モジュールへのアクセスは、さらに、加熱要素の寸法、重量によって複雑になる。加熱要素は２００ポンドもの重量となる場合がある。加熱要素の取り外しのこの複雑さのために、個々の加熱要素を修理、保守するにはかなりの労働時間を必要とし、これが炉の全作動コストを上昇させることになる。加えて、加熱要素を取り外したり設置したりする機構がないので、保守作業員の安全にも問題がある。
【０００８】
炉加熱要素／プロセス室インタフェース：
ウェーハの熱処理は炉加熱要素とのプロセスガスの相互作用で妥協しなければならないことがある。代表的には、プロセスガスがソースからプロセスチューブ内へ注入されるが、炉はグレイルーム内に置かれ、ロード端へのアクセスはクリーンルームからすることになる。クリーンルームでは、その内部圧力を高くしてクリーンルームと隣接のルームとの間に圧力差を生じさせることによって好ましくない粒子の導入を防いでいる。ロード端と炉要素の残部との間の圧力差は空気の流れを生じさせ、これがプロセスチューブおよび出入台ブロックまわりのギャップを通って炉室内へ流れ、最後に炉のソース端でギャップから流出する。ロード端においてプロセスチューブを出るプロセスガス副産物が空気流によって炉室内へ運ばれることがあり、加熱要素ワイヤと反応して加熱要素の寿命を縮める可能性がある。炉室内の乱流によって導入される温度不均一がウェーハの熱処理の均一性に影響する可能性もある。
プロセスガスは加熱コイルとも反応して好ましくない副産物を生じさせる可能性があり、この副産物は半導体ウェーハの処理とも反応するという望ましくないものである。
炉室内でのプロセスガスの望ましくない反応に加えて、加熱要素がウェーハを直接劣化させる可能性もある。従来の加熱要素は重い炭化シリコンライナを用いて石英プロセスチューブを通して加熱要素構造材料からの重金属移行を防いでいる。重金属移行はチューブ内で処理されつつあるシリコン・ウェーハに損傷を与える可能性がある。重いライナは炭化シリコンで全体的に構成してあり、約１／４インチ厚（６〜７ｍｍ）である。炭化シリコンの重量はプロセス室の加熱反応特性をかなり遅くする。
【０００９】
炉冷却：
炉モジュールからの残留熱および冷却もウェーハ製造プロセスに不均一性を導入する可能性がある。たとえば、１つの炉モジュールが安定状態温度で作動していても、隣接の炉モジュールが高温まで加熱する可能性がある。温度上昇している炉モジュールのシェルからのエネルギ損失の増大で、安定状態にある隣接の炉モジュールの周囲温度が変わる可能性がある。そのために、プロセスチューブ内を所望温度に維持するように調節を行うことによって反応する制御装置が必要となる。しかしながら、制御装置での調節は温度を不安定にする。
従来、多段炉モジュール構造は単一の冷却系統によって冷却されている。一般的には、炉の頂部にあるファンで単一の強制空気流を発生させている。単一の強制空気流はすべての炉モジュールから送られ、最終的に炉の頂部にある排気装置から出る。すべての炉モジュールに対して単一の冷却系統しかないということは、冷却系統の修理または保守が必要なときに他の炉モジュールでの熱処理プロセスも行えないことになる。
【００１０】
熱電対設置およびその組成：
熱処理プロセスの性能を高めるためには、非常に高温のときに数分の１度の範囲で炉室を精密に測定し、その温度を制御しなければならない。しかしながら、炉室の温度を測定するのに用いられる熱電対の組成および位置は厳密に限られていた。
現在の熱電対は加熱要素の側部を通してプロセスチューブの中心軸線に対して直角に炉室内へ挿入される。この位置は炉室内の実温度を読む熱電対の能力を制限している。それは、加熱室内へ熱電対を充分に突っ込めないからである。正確な測定値を得るためには、熱電対はその直径の少なくとも６倍から８倍のところまで炉室内に充分に突っ込んで、熱電対リード線およびその周囲のセラミック外被の熱損失またはヒートシンク効果を防がなければならないのである。たとえば、３／１６インチ直径の熱電対は、炉室実温度を正確に読むためには炉室内へ少なくとも１　１／８インチから１　１／２インチ突っ込まなければならない。
熱電対の直角設置はプロセスチューブを炉モジュールから取り出す時に温度読取値を不正確にする可能性も招く。従来のシステムでは、プロセスチューブを保守または修理のために取り出す必要のあるときには、熱電対を作動位置から引き抜いてプロセスチューブの取り出しによって熱電対が損傷を受けないようにする必要がある。プロセスチューブを再挿入するときには、熱電対をその初期位置に再設置するのは至難である。したがって、加熱要素を再分布して加熱要素内に必要な均一性を求めなければならない。
加熱要素に必要な高電流パルスも熱電対の炉温度測定に不正確さを導入する。加熱要素で使用されている螺旋コイル状の太いワイヤは高い動作電流を必要とする。しかしながら、ゼロクロスオーバ・シリコン制御式整流器によって緊密に制御されるべくオン、オフされるこの高電流は熱電対測定回路に無線周波障害（ＲＦＩ）を生じさせる。このＲＦＩは制御信号にエラーを生じさせ、今日の半導体プロセスの多くで要求されるような緊密な温度公差（たとえば、＋／−０．１０℃）の範囲内ですべての加熱要素を制御するのが難しくなる。
【００１１】
【発明の概要】
本発明は従来の炉の欠点を解決することに向けられている。本発明の目的は保守性を高めながら高プロセス性能を達成する炉を提供することにある。
したがって、本発明は、低粒子雰囲気環境で使用するための高温拡散炉であって、表面均一性の良いステンレス鋼からなる部分を少なくとも有するフレームと、このフレームに取り付けた複数のパネルであり、少なくともその一部がアルミニウム、ポリエチレンからなる高温拡散炉を備えている。
本発明は、さらに、床面に対する炉の位置を調節する装置であって、炉を支持するフレームに連結したベースと、フレーム、ベース間の距離を調節するための複数のレベリング・フレーム組立体とを有する装置を備えている。
さらに、本発明は両端を備えた加熱要素を含む炉モジュールへのアクセスを可能とする装置を備えている。炉を支持するフレームは炉の後側から前側へ延びる片持ち部材を有し、こられの片持ち部材に引き出し式スライダが取り付けてある。引き出し式スライダを片持ち部材および加熱要素端に連結する隔壁により、加熱要素を前方へ延ばすことができる。
【００１２】
本発明は、また、加熱要素を位置決めするための装置であって、複数のケーブルが延びる、炉へ連結されたビームと、これらのケーブルを加熱要素へ取り付ける手段とからなる装置を備えている。複数本のケーブルを移動させて加熱要素を位置決めすることのできる手段も設けてある。
本発明のさらなる実施態様においては、炉内に加熱要素を位置決めする装置は、低摩擦表面部分と側面とを有する要素室プラットホームを有する要素室を備えている。第１のそり部が第２のそり部に連結してあり、この第２そり部は低摩擦面上に置かれ、加熱要素端を支持している。第１そり部は第１距離だけ第２そり部から離れており、これら両方のそり部は第２距離だけ要素室側面から離れている。そり部間の第１距離を調節して加熱要素端を要素室プラットホームに対して昇降させる手段と、第２距離を調節してそり部が加熱要素端を要素室側面に対して位置決めする手段が設けてある。
【００１３】
本発明のまた別の実施態様においては、炉内で熱処理プロセスを向上させる装置であって、プロセス室を取り囲む炉室を有する円筒形の加熱要素を有し、ロード端に開口を備える装置が得られる。プロセスチューブがロード端にある加熱要素の受け器と共にプロセスガスを収容するプロセス室内に設けてある。炉室をプロセスガスからシールする手段が受け器に連結してある。
本発明のさらなる実施態様においては、空気源を用いて熱エネルギを放射する複数の加熱要素を冷却する装置を得ることができる。この装置は吸気口を備える炉パネルと、この吸気口を通して空気を吸い込んで熱エネルギを放射する第１加熱要素を横切る空気流を生じさせ、第１加熱要素の熱エネルギを空気流に伝達する手段と、第１加熱要素を横切る空気流を第２加熱要素から隔離する手段とを備えている。
別の実施態様においては、本発明は、無線周波障害エネルギ界を有する炉内の熱エネルギを測定する装置を備えている。この装置は複数のワイヤリードと、ワイヤリードのかなりの部分を断熱し、ワイヤリードの熱エネルギへの露出量を少なくすることができるセラミックと、セラミックの少なくとも一部を覆って無線周波障害エネルギを除去する炭化シリコンとを備えている。
また別の実施態様においては、本発明はソース端に炉室とプロセス室を備えた円筒形の加熱要素を包含する炉内の温度を測定する装置を備えている。この炉室は熱電対を充分に挿入できるボアを有し、炉室の温度測定を精密に行えるようになっている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
高プロセス性能炉１０の側面図が第１図に示してある。一実施例において、炉１０は４つの要素室１１を備えている。各要素室は要素室パネル２５を有する。要素室パネル２５は冷却空気を吸い込むための吸気口１６を有する。第１図において、最上部の要素室のための要素室パネル２５は加熱要素１２を示すために取り外してある。加熱要素１２はシリコン・ウェーハを挿入するためのロード端１７を有する。加熱要素１２の反対端にはソース端１８がある。熱処理しようとしているウェーハのボートをプロセスチューブ１３内へ装填できる。ガストレー１５がプロセスチューブ内への送り込めるプロセスガスの量を製御する。過剰なガスおよびプロセスガス副産物はスカベンジャダクト（図示せず）を通して収集し、スカベンジャ排気口３０を通して排出させる。炉１０は据え付け中または移転後にレベリング・フレーム２０によって水平に置かれる。
炉１０に使用される材料は、すべて、クリーンルームで使用するに適したものである。フレーム６０は鏡面仕上げに加工できるシリーズ３０４ステンレス鋼で作ってある。炉パネルはステンレス鋼構造でもよいし、アルミ／ポリエチレン／アルミの被覆コイル複合材であってもよい。一実施例において、ケンタッキー州のＡｌｕｃｏｂｏｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｂｅｎｔｏｎの製造するＡＬＵＣＯＢＯＮＤ（登録商標）の３ｍｍパネルを使用した。パネルは超高ボンドテープと普通の留め具でフレームに取り付けられる。
【００１５】
ポリエチレン・アルミ複合材は従来の炉で用いられているアルミニウムよりも有利である。ポリエチレン・アルミ複合材はアルミニウムの約５６％の重さである。熱伝導性もアルミニウムの数十分の１であり、アルミニウムの約０．３％である。コイル被覆仕上げは均一でばらつきがなく、非常に耐久性がある。
高性能炉１０のロード端が第２図に示してあり、最上方要素室１１の破断面が示してある。吸気口１６は奥に引っ込んでおり、周囲環境から空気を吸い込み、加熱要素に吹き付けられるようになっている。ファン・ハウジング２４がたとえばグレイルームから空気を吸い込んでフルームを通して排出するようにしたファンを収容している。各加熱要素１２の冷却については以下にさらに詳しく説明する。
サイドアウト組立体１３の一部も第２図には示してあり、これにより、加熱要素１２にアクセスすることができ、また、要素室１１内のプロセスチューブおよび他の炉モジュール構成要素の取り出しを可能とする。加熱要素１２は引き出し式スライダ２２上に載せてあり、この引き出し式スライダを保守あるいは点検のときに炉の側部から引き出すことができる。
【００１６】
サイドアウト組立体３１によってアクセスできる可能な加熱要素１２が、第３図の高性能炉１０の頂面図に示してある。頂部パネル３２はサイドアウト組立体３１上に載せた加熱要素１２を覆っている。加熱した空気およびプロセスガス副産物を取り出すためのスカベンジャ排気口３０も示してある。サイドアウト組立体の詳細を以下に説明する。
第４図は高性能炉１０のソース端を示している。個々の制御パネル４０およびガストレー４１は種々のプロセス室のための個々の熱処理プロセスを制御する。
炉１０のためのレベリング・フレーム組立体５９が第５図に示してある。フレーム６０はボルト５５によってレベリング・フレーム・ベース２０に連結してある。ボルト５５とフレーム６０の間にはワッシャ６０が設置してある。ナット５１カルベリング・フレーム・ベース２０に溶接してあり、ボルト５５はフレーム６０およびナット５１を通ってレベリング・フレーム・ベース２０まで延びている。ワッシャ５３がナット５２とフレームとの間に置かれ、このナットはボルト５５に溶接してある。
【００１７】
炉１０のレベルは炉の下部にあるレベリング・フレーム組立体５９にアクセスすることによって調節できる。下方炉パネルを取り外してレベリング・フレーム組立体５９を露出することができる。次に、ボルト５５をスパナで回してフレーム６０の角隅を昇降させることができる。
個々の加熱要素冷却装置が第６Ａ図および第６Ｂ図に示してある。個々の炉冷却装置は隣接加熱要素への熱エネルギの伝達量を減らす。或る加熱要素で加熱された冷却空気は別の加熱要素へは送られれない。
フレーム６０は要素室毎に２つのファン収容組立体６１を支持している。ファン収容組立体６１は周囲冷却空気を吸い込む軸流ブロワ６５を位置決めするのに用いる。ファン収容組立体６１は後部パネル６６に固着してある。周囲空気は加熱要素１２を横切って要素室パネル２５上にある吸気口１６を通して吸い込まれる。空気／水熱交換器を用いて空気から熱を取り出すこともできる。加熱された空気は次にフルーム２３を通してファン組立体６１によって排出される。ファン収容組立体６１は重力式ダンパ２１を持っていてもよい。軸流ブロワ６５が作動していないときにはこのダンパが閉じている。
個々の加熱要素の冷却は個別に制御する。軸流ブロワ６５への電力は炉の底にある回路遮断器によって制御される。この回路遮断器を切ると、対応する加熱要素への冷却が止まる。したがって、冷却を止める必要のある加熱要素の保守作業で他の加熱要素の作動が止まることがない。
【００１８】
加熱要素１２のサイドアウト組立体３１が第７Ａ図および第７Ｂ図に示してある。サイドアウト組立体３１の側面が第７Ａ図に示してあり、その横断面が第７Ｂ図に示してある。片持ちばり７５がフレーム６０に取り付けてあってサイドアウト組立体３１を保持している。片持ちばり７５には隔壁７４ａ、７４ｂが取り付けてある。隔壁７４ａ、７４ｂにはそれぞれアタッチメント７２ａ、７２ｂが取り付けてある。隔壁７４ａ、７４ｂは引き出し式スライダ７６ａ、７６ｂに取り付けてある。要素室パネル２５の取り外し時、サイドアウト組立体を引き出し式スライダ７６ａによって引き出し、加熱要素１２にアクセスすることができる。横梁９０の底にある４個のねじを緩めると、加熱要素１２を炉から取り出すことができる。
【００１９】
加熱要素ポジショナ８５が第８図に示してある。加熱要素１２を引き出し式スライダ２２によって炉から引き出したとき、たとえば、アイレット・コネクタ８３を開口８４を通して隔壁７４に取り付けてもよい。アイレット・コネクタ８４は電動機８０に取り付けるようになっているケーブル８２に連結する。電動機８０はビーム８１上に設置してあり、このビームは第８図に示すように引き出された加熱要素１２の上に延びていてもよいし、使用しないときには引っ込んでいてもよい。電動機８０その他の手動手段を用いてケーブル８２を引っ込めたり、伸ばしたりして加熱要素１２を昇降させるのに使用できる。
要素室１１内で加熱要素１２の位置を調節するための機構が第９図に示してある。切断断面は加熱要素１２のための整合機構を示している。一実施例では、加熱要素整合機構はテフロン製スキッドパッド９１で被覆した隔壁組立体７４に一体の横梁９０上に乗っている。他の低摩擦材料も使用できる。そり部９２ａ、９２ｂがロッド９３に連結してある。ボルト９４の調節で、そり部９２ａ、９２ｂの距離を調節し、加熱要素１２を横梁９０に対して垂直方向に昇降させることができる。加熱要素の円筒形下面はローラ９５ａ、９５ｂ上に乗っており、これらのローラはマウント９６ａ、９６ｂによって位置決めされる。水平方向調節ねじ９７がそり部９２ｂおよびステーション・マウント９８に取り付けてある。ステーション・マウントは要素室パネル２５の隣に位置している。水平方向調節ねじ９７を調節すると、ロッド９３に連結したそり部９２ａ、９２ｂをステーション・マウント９８から離したり、近づけたりすることことによって加熱要素１２を水平方向で位置決めすることができる。このシステムは炉の両端で＋／−０．２５インチの垂直方向または水平方向の調節を行えるように設計してある。
【００２０】
加熱要素１２の詳細が第１０Ａ図ないし第１０Ｃ図に示してある。加熱要素１２は第１０Ａ図に示すように断熱材１００で覆ってある。セラミック繊維１０１が断熱材１０１と加熱コイル１０４の間に設置してある。コイル１０４には高電流量が導入されて炉室１０５の温度を上昇させる。
炉室１０５はライナ１０６によってプロセス室１０９から隔離されており、ライナは炭化シリコンを含浸させた軽量の耐熱セラミック繊維である。ライナ１０６は加熱コイル１０４からプロセスチューブ１２０を通して重金属が移行するのを防ぐ。重金属が処理されつつあるシリコン・ウェーハに損傷を与える可能性があるからである。ライナは非常に薄い（３ｍｍ未満）ので、作動中に加熱要素の温度応答性をそれほど遅らせることがない。ライナは「黒体」サセプタである。加熱時にはエネルギ伝達体として作用し、冷却時にはエネルギ吸収体として作用する。さらに、ライナはプロセス室１０９の均一な加熱を行えるヒートパイプとしても作用する。一実施例では、使用したライナはミネソタ州、セントポール市のＭｉｎｎｅｓｏｔａ，Ｍｉｎｉｎｇ　＆　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏ．（３Ｍ社）の製造するＳＩＣＯＮＥＸ（登録商標）である。
【００２１】
端ブロック１１９がプロセスチューブ中心軸線１１８に沿って加熱要素のソース端に設置してある。端ブロック１１９はソース端炉出入り台ブロック１０３ａ、１０３ｂ内に挿入されている。セラミック外被１０８が炉室熱電対のためにソース端出入り台ブロック１０３内に設置してある。熱電対マウント１０７もソース端出入り台ブロック１０３に取り付けてある。制御用熱電対がマウント１０７内に挿入され、また、セラミック外被１０８を通して炉室１０５内に挿入してある。連結部１１０にある４つの電力プラグのうちの１つがソース端出入り台ブロック１０３ｂの下方に設置してある。電力受け器１１０がソース端にあるプラグイン電源が導電路１１３に電流を生じさせてコイル１０４を加熱できるようにしている。プラグイン電力コネクタをソース端に設置したことにより保守性が向上する。
ソース端出入り台ブロック１０３ａ、１０３ｂおよびロード端出入り台ブロック１０２ａ、１０２ｂが炉加熱要素受け器１１１を有する。これらの受け器は加熱要素１２のシールを行い、加熱要素の信頼性を高めると共に均一な熱処理を可能とする。炉加熱要素シールと共に受け器１１１を用いることについて以下に説明する。
【００２２】
第１０Ｂ図は加熱要素１２のソース端を示している。熱電対マウント１０７、１１５および連結部１１０の４つの電力プラグが示してある。熱電対マウント１０７の横断面が第１０Ｃ図に示してある。熱電対マウント１０７はソース端出入り台ブロック１０３ａに取り付けてある。熱電対マウント１０７は熱電対を取り付けられるようにねじ付きである。セラミック・シート１０８とねじ１１６のなす角度は熱電対接合部から任意の温度遷移を取り出せるように選ぶ。
炉室に入るプロセスガスを阻止するための炉要素シールが第１１図に示してある。炉加熱要素１２は受け器１１１を有し、プロセスチューブ１２０まわりで受け器１１１内へ超シール・ブロック１２２を挿入できるようにしている。次に、柔らかいチューブカラー１２３を超シール・ブロック１１２に挿入する。次に、超シール・ブロック１１２にＮｅｘｔｅｌガスケット１２４をＳＳリング１２５と一緒にボルト１２６によって取り付ける。
【００２３】
加熱要素炉室のための制御熱電対１３０が第１２Ａ図および第１２Ｂ図に示してある。熱電対１３０は第１２Ｂ図の熱電対の横断面で示す１０個の孔に入れた６本の熱電対リード１３７を備えている。これらの熱電対リード１３７はセラミック１４０で包まれている。セラミック断熱材の純度は、熱電対の寿命および表面特性にとって極めて重要である。熱電対断熱材は、少なくとも９９．７％の純度の高純度アルミニウムでなければならない。不純物レベルは以下の限度を超えてはいけない。ＣａＯ　０．００１％、ＭｇＯ　０．３００％、Ｎａ_２Ｏ　０．００８％、ＳｉＯ_２　０．０５％、Ｆｅ_２Ｏ_３　０．０２６％、ＴｉＯ_２　０．００１％、Ｃｒ_２Ｏ_３　０．０２０％、Ｋ_２Ｏ　０．００１％である。
セラミック１４０は次に炭化シリコン１３９で包まれる。使用した炭化シリコンは３Ｍの製造するＳｉｃｏｎｅｘ（登録商標）であり、低熱質量の伝熱性材料である。熱電対リード１３７は熱電対接合部１３２を構成するセラミック断熱体１４０にあるくぼみのところで露出する。
セラミックは熱電対ロードを電気的に絶縁し、熱電対がコントローラに正しいＥＭＦ信号を提供することができる。炭化シリコン被覆はアース可能な導電性シールドとなり、測定回路に導入され得るＲＦＩの量を最小限にする。ＲＦＩ電界によって導入されるノイズの除去により、１０分の１度範囲内で熱制御が可能となる。
【００２４】
このタイプの複合熱電対もプロセスチューブ内に設置したプロファイル熱電対上に使用されている。これらの熱電対は炉熱電対とカスケード連結してあり、動的に変化する温度、負荷条件の下に加熱要素を常に均一な状態に維持することができる。
熱電対は圧縮フェルール・アダプタを備えている。この圧縮フェルール・アダプタ１３７はアルミニウム製ブッシュ１３５と共に雄型パイプ１４０に嵌合され、ワイヤリード１３７によって６ピン／３ノード・コネクタ１３８に取り付けたスプリングひずみ逃げ面１３６を保持する。圧縮フェルール・アダプタ１３７はマウント１０７にねじ止めし得る。
【００２５】
本発明の好ましい実施例の説明は例示の目的で行った。本発明を開示した実施例そのものに限定するつもりはない。多くの修正、変形が当業者には明らかであろう。実施例は本発明の原理および実用的な用途を最も良く説明するために選び、説明したものであり、当業者であれば、意図した特定の用途に合わせた種々の具体例および種々の変形例の実施は容易であろう。本発明の範囲は以下の請求の範囲およびこれと均等なものによってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高性能炉の側面図である。
【図２】高性能炉のロード端の図である。
【図３】高性能炉の頂面図である。
【図４】高性能炉のソース端の図である。
【図５】レベリング・フレーム組立体の一部を示す拡大断面図である。
【図６Ａ】炉モジュールを取り外した冷却装置の側面図である。
【図６Ｂ】個々の炉モジュールのための冷却装置のロード端の図である。
【図７Ａ】サイドパネルを取り外した炉モジュールのサイドアウト組立体を示す図である。
【図７Ｂ】炉モジュールのサイドアウト組立体の炉モジュールのソース端の図である。
【図８】加熱要素交換ホイストを示す図である。
【図９】加熱要素整合機構の横断面図である。
【図１０Ａ】加熱要素の側断面図である。
【図１０Ｂ】加熱要素のソース端の図である。
【図１０Ｃ】熱電対マウントの断面図である。
【図１１】加熱要素シールを示す図である。
【図１２Ａ】熱電対の側面図である。
【図１２Ｂ】熱電対の端面断面図である。
【符号の説明】
１０　高プロセス性能炉
１１　要素室
１２　加熱要素
１３　プロセスチューブ
１５　ガストレー

Claims

低粒子雰囲気環境で用いるための高温拡散炉であって、
表面均一性を向上させるステンレス鋼からなる少なくとも部分を有するフレームと、
前記フレームに連結され、アルミニウムおよびポリエチレンからなる少なくとも部分を有する複数のパネルと、
前記パネルと一致して、前記フレーム内に位置決めされた複数の加熱モジュールと、
を備えることを特徴とする高温拡散炉。
取付け面に対する高温拡散炉の位置を調節するための装置であって、
ベースと、
前記ベースに連結され、取付け面上に高温拡散炉を支持するフレームと、
前記フレームおよび前記ベースに連結され、前記フレームと前記ベースとの間の距離を調節するための複数のレベリング・フレーム組立体と、
を備えることを特徴とする装置。
高温拡散炉内の炉モジュールへのアクセスを可能にする装置であって、炉モジュールは、ロード端、反対端、前面及び後面をもった加熱要素を有しており、
高温拡散炉を支持するフレームを備え、該フレームは、前記炉モジュールの前面、後面と一致する前面、後面を有し、前記後面から前記前面にむかって延びる平行な片持ち部材を有しており、
各片持ち部材に連結された引き出し式スライダと、
前記加熱要素が前記前面に向かって延びるように、前記引き出し式スライダを前記片持ち部材および前記加熱要素の端に連結する隔壁と、
を備えることを特徴とする装置。
空気源を使用する高拡散炉内で熱エネルギを放射する複数の加熱要素を冷却するための装置であって、
高拡散炉内に設けられ、吸気口を有するパネルと、
前記吸気口を通して前記空気源を引いて、熱エネルギを放射する第１加熱要素を横切る空気流を生じさせ、第１加熱要素の熱エネルギを空気流に伝達するための手段と、
前記第１加熱要素を横切る空気流を第２加熱要素から隔離する手段と、
を備えることを特徴とする装置。
空気源を使用する高温炉内で熱エネルギを放射する複数の加熱要素を冷却するための装置であって、
前記空気源から前記複数の加熱要素に、それぞれ、独立した空気流を生じさせるための手段を備えることを特徴とする装置。
前記空気源を引いて、熱エネルギを放射している第１加熱要素を横切る空気流を生じさせ、第１加熱要素の熱エネルギを空気流に伝達するための手段と、
前記第１加熱要素を横切る空気流を第２加熱要素から隔離するための手段と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
前記空気源を引く手段は、
空気吸気口と、
前記空気吸気口を通して前記空気源を引いて、前記第１加熱要素を横切る空気流を生じさせるために位置決めされたファンと、
高温炉から空気流を排出させるためのフルームと、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
ロード端、反対端および前面及び後面を有する高温炉内の炉モジュールへのアクセスを可能とする装置であって、
高温炉を取り囲むフレームと、
前記フレームに連結され、高温炉の側部から横方向に炉モジュールを取り外すための手段と、
を備えることを特徴とする装置。
前記フレームは、前記炉モジュールを位置決めするために、前記後面から前記前面にむかって延びる片持ち部材手段を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
前記炉モジュールを取り外すための手段は、
前記片持ち部材に連結された引き出し式スライダと、
前記炉モジュールが前記高温炉の前面から横方向に延びるように前記引き出し式スライダと前記炉モジュールを連結する隔壁と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の装置。
前記炉モジュールは加熱要素を含み、更に、前記加熱要素を前記高温炉に移動させ、或いは、前記加熱要素を前記高温炉から移動させるための手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の装置。
前記加熱要素を移動させるための手段は、
高温炉に連結されたビームと、
前記ビームから延びる第１のケーブルと、
前記第１のケーブルに連結され、前記第１のケーブルを前記加熱要素に取り付けるための手段と、
前記第１のケーブルを動かして、前記加熱要素を前記高温炉に移動させ、或いは、前記加熱要素を前記高温炉から移動させるための手段と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。