JP3768093B2 - 均熱性に優れたＭｏＳｉ２製モジュールヒーター - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉等に使用する均熱性に優れたＭｏＳｉ_２製モジュール（ユニット）ヒーターに関する。なお、本明細書で使用するＭｏＳｉ_２製ヒーターは、純ＭｏＳｉ_２乃至ＭｏＳｉ_２に絶縁性酸化物等を含有させて電気抵抗を増加させたＭｏＳｉ_２主成分とするヒーターを含む。
【０００２】
【従来の技術】
二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）を主成分とするヒーターは、優れた耐酸化特性を有するため、特に大気又は酸化性雰囲気下で使用する超高温ヒーターとして１９５０〜１９６０年頃から市販され、現在まで幅広い用途で使用されている。このヒーターは主成分として、ＭｏＳｉ_２を７０ｗｔ％以上含有している。
従来、ガラス工業やセラミックス焼成等の多くの分野で使用されているヒーターは発熱部（なお、通常「発熱部」は、通電時に主として発熱するヒーターの径が細い部分（端子部以外）を意味する。）が１つのＵ字形を成す形状（２シャンク型）をしており、炉の天井や側壁から宙吊りに取付けられ、その炉の最高使用温度は１７００〜１８５０°Ｃに達する。
【０００３】
最近、半導体デバイスの微細化及びデバイス製造時間の短縮化と省エネルギー化に伴い、従来金属発熱体が使用されていた単結晶育成炉や拡散炉等の半導体製造装置にＭｏＳｉ_２を主成分とするヒーターが利用されるようになってきた。
ＭｏＳｉ_２を主成分とするヒーターは優れた耐熱特性を有し、金属発熱体の約１０倍の表面負荷が可能であり、また急速加熱昇温することができる大きな特長を有する。
一般に、半導体製造装置に使用される熱処理炉は炉内の温度分布を厳密に制御するなど、非常に高精度な温度特性が要求される。
【０００４】
ＭｏＳｉ_２を主成分とするヒーターは、図３に示すように通常Ｕ字形の発熱部の両端に端子部を溶接したＵ字形ヒーターが使用されている。図３においてＵ字形ヒーター１１は発熱部１２、溶接部１３、グリップ（端子）部１４、電極部１５からなる。
しかし、この端子部は発熱部に比べて温度低下が大きいので、上記のような精密な温度制御が必要となる炉では、端子部を減らすためにＵ字形の発熱部を多数連接した形状（マルチシャンク）のヒーターが使用されている。
このような多数連接したヒーターの形状は、炉の内外を貫通する端子部の数が減るので該端子部から放熱する熱損失を減少させることができ、炉の温度の均一化に一定の効果がある。
しかし、より高精度な均熱特性を得るには、このような単純に端子部を減らしただけでは不十分であり、依然として炉内の面内温度分布の均一性が十分に保たれないという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｕ字形ヒーターの形状及び炉への取付けをさらに改善し、熱損失が小さく均一加熱が可能である半導体製造装置等の熱処理又は加熱に有用なＭｏＳｉ_２製モジュールヒーターを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行なった結果、ＭｏＳｉ_２製棒状ヒーターの材質、形状及び配置を工夫することにより、炉壁断熱材からの熱放散を防止し、正確な温度コントロールが可能となるヒーターを得ることができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１．炉壁を貫通して取付けられるＭｏＳｉ_２製棒状ヒーターにおいて、端子部に純度が高く低抵抗のＭｏＳｉ_２を、発熱部に絶縁性酸化物等を含有する高抵抗ＭｏＳｉ_２を使用し、かつ端子部の径を小さくして端子部の熱放散を抑制したことを特徴とする均熱性に優れたＭｏＳｉ_２製モジュールヒーター
２．端子部の径が発熱部の径の１．４〜１．９倍であることを特徴する上記１記載の均熱性に優れたＭｏＳｉ_２製モジュールヒーター
３．円筒形の炉内壁に沿ってＵ字形のヒーターを連接した形状を有するＭｏＳｉ_２製モジュールヒーターにおいて、炉壁を貫通して取付けられる該ヒーターの隣接する端子部が逆向きに配置されていることを特徴とする均熱性に優れたＭｏＳｉ_２製モジュールヒーター。
４．円筒形の炉内壁に沿ってＵ字形のヒーターを連接した形状を有するＭｏＳｉ_２製モジュールヒーターにおいて、炉壁を貫通して取付けられる該ヒーターの隣接する端子部が逆向きに配置されていることを特徴とする上記１又は２に記載の均熱性に優れたＭｏＳｉ_２製モジュールヒーター
を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
一般に、ＭｏＳｉ_２製棒状ヒーターは耐火材炉壁に設けた孔に端子部を貫通させ炉の内壁に取付けられているが、炉内の温度が不均一となる原因の一つとして、この端子部を介して貫通孔から熱が放散し端子部が温度低下することが挙げられる。
本発明においては前記棒状ヒーターの端子部に純度が高く低抵抗のＭｏＳｉ_２を使用し、発熱部に絶縁性酸化物等を含有する高抵抗ＭｏＳｉ_２を使用する。
この低抵抗の端子部の使用により、該端子部の径をより小さくすることができるが、端子部の径が小さいと耐火材炉壁に設けた炉外部に通ずる貫通孔も同様に小さくすることができる。したがって、該貫通孔からの熱放散を可能な限り抑制することができる。
【０００８】
従来の端子部の径は発熱部の径よりも２倍程度（２〜２．２５倍）大きいものが使用されていたが、本発明においては発熱部の径の１．４〜１．９倍に小さくすることもできる。これによって、さらに熱放散を効率良く防止できる。
また、従来のモジュールヒーターでは、図４に示すように端子部１６が並列していたが、上記のように端子部すなわち炉壁の貫通孔近傍の温度低下が炉内の熱不均一性の原因の一つと考えられることから、上記のように端子部１６が並列していると、その温度低下は著しい。
【０００９】
本発明はこのような円筒形の炉内壁に沿ってＵ字形のヒーターを連接した形状を有するＭｏＳｉ_２製モジュールヒーターの温度低下を極力防止するために、図１に示すように炉壁を貫通して取付けられる該ヒーターの隣接する端子部１、２をそれぞれ逆向きに配置するものである。
通常、炉は縦型になっているので、隣接する端子部は発熱部を吊るすように上側に配置するのが普通であるが、これによって端子部及び貫通孔に起因する熱のばらつきを防止し、炉の均熱性をより向上させることができる。
【００１０】
さらに、図６に示すように、炉壁にＵ形の溝１８を形成して端子部１９を挿通する構造を採用する場合には、該Ｕ形の溝１８をできるだけ浅くして、炉壁断熱材２１の削り代２０を小さくし、孔の形を可能な限り小さくすると、均熱化により有利である。
【００１１】
また、従来のモジュールヒーターの構造は、図５に示すように半円筒１７の炉を使用し、これを２つ結合して使用していた。これによれば、円筒形の炉を形成し、その内壁面にヒーターを設置する場合には、端子部及び貫通孔をそれぞれ４個ずつ形成する必要があった。
これは、従来のヒーターの製造方法では、円筒形の炉内壁に沿ったＵ字形のヒーターは円筒形の半周までしか作製できなかったためでもある。
上記のように、端子部すなわち炉壁の貫通孔近傍の温度低下は、炉内の熱不均一性の原因の一つとなる。そこで本発明においてはこれを改善するため、ヒーターの製造方法を改良し、円筒形の炉内壁の全周３に亘ってＵ字形のヒーターを連接させる技術を確立し、該ヒーターの端子部を２個（符号４、５）とするものである。
これによって、温度低下となる端子部及び貫通孔の数は従来のものに比べて半分にすることができる。したがって、その分炉の均熱性をより向上させることができる。
以上に説明した本発明の端子部の材質、構造及び取付け配置構造は、いずれも併用することもできるし、あるいは単独で使用することもできる。それは炉のサイズ、炉の使用目的に応じて適宜採用できるものである。
【００１２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明は端子部の材質、構造及び取付け配置構造を改善することにより、熱損失が小さく、均一加熱が可能である半導体製造装置等の熱処理又は加熱に有用なＭｏＳｉ_２製モジュールヒーターを提供することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒーターの端子部を逆向きにした本発明の一例を示す説明図である。
【図２】連接したＵ字形のヒーターを円筒形の炉内壁に周回させ、該ヒーターの端子部を２個とした本発明の一例を示す説明図である。
【図３】Ｕ字形の発熱部の両端に端子部を溶接した従来のＵ字形ヒーターの説明図である。
【図４】端子部が並列している従来のヒーターの説明図である。
【図５】端子部及び貫通孔をそれぞれ２個形成した従来の半円筒形炉材の説明図である。
【図６】炉壁にＵ形の溝を形成して端子部を挿通する構造の説明図である。
【符号の説明】
１、２ 端子部
３ 周回しているヒーター
４、５ 円筒形の炉内壁に設けた端子部
１１ Ｕ形ヒーター
１２ 発熱部
１３ 溶接部
１４ グリップ部（端子部）
１５ 電極部
１６ 並列した端子部
１７ 半円筒形の炉体
１８ Ｕ形の溝
１９ 端子部
２０ 削り代
２１ 炉壁断熱材

Claims (1)

1. 円筒形の炉内壁に沿ってＵ字形のヒーターを連接した形状を有すると共に、端子部が炉壁を貫通して取付けられ、端子部に純度が高く低抵抗のＭｏＳｉ_２を使用し、発熱部に絶縁性酸化物等を含有する高抵抗ＭｏＳｉ_２を使用するＭｏＳｉ_２製棒状ヒーターであって、前記連接したＵ字形のヒーターを円筒形の炉内壁に周回させ、該ヒーターの端子部を２個とし、端子部の径が発熱部の径の１．４〜１．９倍であり、炉壁を貫通して取付けられる該ヒーターの隣接する端子部が逆向きに配置されていることを特徴とする均熱性に優れたＭｏＳｉ_２製モジュールヒーター。

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