JP5244974B2 - 加熱手段を備えた配管及び処理システム - Google Patents

Description

本発明は、加熱手段を備えた配管及び処理システムに関し、より詳しくは、半導体製造などにおいて使用するガス或いは使用済みの排ガスを流通させる、加熱手段を備えた配管及び処理システムに関する。

半導体製造において、エッチングや成膜に用いられたガスは、除害装置で処理し、無害化して廃棄することが義務づけられている。この場合、排ガスはエッチング装置などから除害装置へ配管を流通させて運ばれる。

この際、排ガスの反応生成物が配管内壁に付着し、排ガスの流通が妨げられることになる。これを防止するため、配管内を所定温度以上に昇温し、排ガスの反応生成物が配管内壁に付着しないようにしている。

その一つの方法として、図１に示すように、配管１の外側表面にリボンヒータ２を巻きつけて、配管１の外部から配管１内部を加熱する方法がある。

その他の方法として、図２に示すように、Ｌ字型の構造の配管３を用い、配管３の屈曲部３ａを利用して配管３内にヒータ４を差し込み、配管３内部を加熱する方法がある。

しかしながら、リボンヒータ２を用いた方法によれば、配管１外部から加熱することになることと、加熱部が樹脂製となるため高温が得られないことから、配管１内部まで十分な加熱ができないという問題があった。

その問題を少しでも解消するために配管１全域に万遍なくリボンヒータを密ピッチで巻きつけることになるが、リボンヒータ２の重ね巻きは厳禁とされており、リボンヒータ２が相互に重ならないようにリボンヒータ２を配管１表面に沿って注意して巻く必要があるため、現場での工事における作業能率が悪くなっていた。

また、配管３内にヒータ４を差し込む方法では、Ｌ字型構造で代表される屈曲部３ａをもつ配管３が必要であるため、配管３の構造が複雑となり、また、そのため設置場所が制約され、結果的に配管３内全域を十分加熱できないという問題がある。

本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、ヒータ設置部の構造がシンプルで、かつ配管内を効率良く加熱することができ、或いはヒータの設置作業の能率を向上させることができる加熱手段を備えた配管及び処理システムを提供するものである。

本発明の一観点によれば、管状部材と、前記管状部材の内側に設けられた加熱手段とを有し、前記加熱手段は、発熱体、該発熱体の周囲を覆う第１管、及び第１管を囲み、該第１管との間で密閉された空間を形成する第２管を含むヒータ部と、前記第２管の周囲に配置された複数のフィンを備えた熱の拡散部と、前記密閉された空間の圧力変動を検出する圧力変動検出部とを有することを特徴とする加熱手段を備えた配管が提供される。

本発明によれば、加熱手段を配管の内側に設置しているので、配管内を効率良く加熱することができる。さらに、リボンヒータの場合のように配管全域に巻く必要もなく、Ｌ字型の構造の配管を備えたヒータ設置部も必要でないため、ヒータ設置部をシンプルな機構とすることができる。

さらに、加熱手段において発熱体の周囲を２重の第1管及び第２管で覆い、かつ第1管及び第２管の間に密閉された空間を設けて、圧力変動検出部によりその密閉された空間の圧力変動を検出する構成を有している。密閉された空間にあるガスは発熱体により加熱されて温度が変化し、かつ温度に比例して圧力が変化する。一方で、外側の第２管が破れたときには、圧力変動検出部により検出される圧力は温度に比例して変化しなくなる。従って、密閉された空間の圧力を監視することで外側の第２管が破れたことを検知できる。これにより、外側の第２管が破れたときでも内側の第１管が正常なうちに直ちに新しい加熱手段と交換することができるため、加熱手段を備えた配管の安全性を大幅に高めることができる。

さらに、好ましくは、前記加熱手段は、前記第２管の周囲に配置された複数のフィンを備えた熱の拡散部を有するとよい。第２管の周囲に配置された複数のフィンの高さを調節し、その先端を配管（管状部材）内壁に近接または接触させることで、組み立て時においてヒータ部を配管の内部中央に容易に設置することができる。しかも、フィンがヒータ部の周囲に取り付けられているので、フィンを放熱部材で構成することにより、熱をヒータの周囲に効率よくかつ広く放出させることができる。

また、好ましくは、前記複数のフィンが前記第２管の周囲に相互に間隔をおいて一回りするように配置されるとよい。

また、好ましくは、前記ヒータ部は、前記発熱体と、該発熱体の周囲を覆う絶縁物と、該絶縁物を覆う前記第１管及び前記第２管とで構成され、一端が前記第１管及び前記第２管で封止され、他端は少なくともリード線導入部としたカートリッジ型にすることにより、他の配管への取り付けを容易にすることができる。

また、好ましくは、前記加熱手段を備えた配管は、両端にフランジを備え、該フランジを介して他の配管に取り付け可能となっていることで、加熱手段を備えた配管を必要な箇所に簡単に設置することができるため、ヒータの設置作業の能率を向上させることができる。

本発明の他の一観点によれば、前記加熱手段を備えた配管と、前記加熱手段を備えた配管に接続された処理装置とを有する処理システムであって、前記処理装置は加熱処理炉であり、該加熱処理炉内に被処理基板をセットし、前記加熱手段を備えた配管を通して前記加熱処理炉に処理ガスを導入し、該処理ガスを用いて該被処理基板を加熱しつつ該被処理基板に対して処理を行うことを特徴とする処理システムが提供される。

本発明の他の一観点によれば、処理ガスを導入し、その処理ガスを用いて、被処理基板を加熱しつつ被処理基板に対して処理を行う加熱処理炉の上流に、加熱手段を備えた配管が設置されている。このため、加熱手段を備えた配管により外部から加熱処理炉内に導入されるキャリアガスや処理ガスが十分に昇温されるので、加熱処理炉の処理ガス導入口近くにおける炉内温度の低下を抑制することができ、このため、加熱処理炉内における均熱帯を広く取ることができる。

以上のように、本発明によれば、ヒータ設置部の構造がシンプルで、かつ配管内を効率良く加熱することができ、或いは、ヒータの設置作業の能率を向上させることができる。

しかも、加熱手段において発熱体の周囲を２重の第1管（内側）及び第２管（外側）で覆い、かつ第1管及び第２管の間に密閉された空間を設けて、圧力変動検出部によりその密閉された空間の圧力変動を検出する構成により、加熱手段を備えた配管の安全性を大幅に高めることができる。

また、他の一観点によれば、処理ガスを用いて加熱しつつ処理を行う加熱処理炉(処理装置)の上流に加熱手段を備えた配管が設置されているため、加熱処理炉内における処理可能な領域を広く取ることができる。

従来例のヒータを備えた配管の構成について示す側面図である。 他の従来例のヒータを備えた配管の構成について示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管の構成について示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管における加熱手段の構成について示す図である。（ａ）は、図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のII-II線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管における加熱手段の他の構成について示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管の熱拡散部ユニットの構成について示す図であり、（ｂ）は側面図であり、（ａ）は（ｂ）の熱拡散部ユニットを左側から見た図であり、（ｃ）は（ｂ）の熱拡散部ユニットを右側から見た図である。 本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管の排気配管への取付け方法について示す斜視図（その１）である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管の別の配管への取付け方法について示す図（その２）である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 （ａ）は、本発明の第1の実施形態のヒータを備えた配管がエッチング装置から除害装置に至る間を繋ぐガス配管の一部に設置された構成を示す模式図であり、（ｂ）は、ヒータを備えた配管の断面図である。 本発明の第２の実施の形態であるヒータを備えた配管における加熱手段の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態の変形例に係るヒータを備えた配管の構成について示す断面図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施の形態の変形例に係るヒータを備えた配管の構成について示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るヒータを備えた配管を加熱処理炉の上流に設置した処理システムの構成について示す模式図であり、（ｂ）は、比較例について示す模式図である。

（発明に至るまでの経緯）
本願発明者は、特願2008-123003号において、ヒータ設置部の構造がシンプルで、かつ配管内部を効率良く加熱することができ、或いは、ヒータの設置作業の能率を向上させることが可能な配管の加熱手段として、配管内部に加熱手段を備え、かつその配管を他の配管に直結可能な、加熱手段を備えた配管を提案した。

その加熱手段を備えた配管では、ヒータを保護する構造体の材料として、配管内を流れる塩素やフッ素などを含むガスに対して耐腐食性のある材料を用いている。しかし、ガスによっては長期に使用しているとヒータを保護するシース部材など構造体が徐々に腐食してきて内部のヒータが露出する恐れもあることが心配されており、より安全性の高い構造が望まれている。

この観点から、本願発明者は鋭意検討や実験を行い、その結果、より安全性の高い構造を提案できるに至った。

すなわち、ボイル-シャルルの法則から導かれる下記（１）式

Ｐ＝(Ｐ₀／T₀)・T （１）
（但し、Ｐは温度T (K)における圧力(Kg/cm²)、Ｐ₀はT₀=296Kにおける圧力(1Kg/cm²に設定)である。）

に基づき計算した表1に示す温度と圧力の関係から分かるように、

密閉された空間の圧力が温度に比例して変化するという知見に基づき、ヒータを２重の管で保護し、かつ２重の管の間に密閉された空間を設ける構造を採用した。

そして、２重の管の間の密閉された空間の圧力を監視することで、その圧力が表1に示されるような温度に対応する変化を示さなくなったときに２重の管のうち外側の管が破れたことを検知できるようにした。これにより、外側の管が破れたときでも内側の管が正常なうちに新しい加熱手段と交換することができるため、安全性を大幅に高めることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
（ヒータ（加熱手段）を備えた配管の構成の説明）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るヒータを備えた配管の構成を示す図である。図３の左側の図はヒータを備えた配管を側面から透視して見た図であり、右側の図は、左側の図のヒータを備えた配管を右側から見た図である。

図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管における加熱手段の構成について示す図である。図４（ａ）は、図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のII-II線に沿う断面図である。

図５は、本発明の第１の実施の形態であるヒータを備えた配管における加熱手段の他の構成について示す断面図である。

図６（ａ）〜（ｃ）は、上述のヒータを備えた配管に備えられた加熱手段の熱拡散部を構成する複数のユニットから一ユニットを抜き出して示した図である。図６（ｂ）は一ユニットの側面図で、図６（ａ）は、図６（ｂ）の一ユニットを左側から見た図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の一ユニットを右側から見た図である。

（全体の構成）
図３に示すように、ヒータを備えた配管１０１は、長さ約４５０ｍｍ、直径約４８ｍｍの配管（管状部材）１２と、配管１２の両端に設けられたフランジ（配管相互接続部）１１と、配管１２内部に設置された加熱手段１３とで構成される。

なお、加熱手段１３の設置箇所に対応する部分の配管１２の直径は、ガス流通路の断面積を確保することができれば、図３に示すように、配管１２両端の直径と同じにしてもよいが、ガス流通路の断面積をより大きく確保する必要がある場合、図１２（ａ）に示すように、加熱手段１３の設置箇所に対応してその部分の配管１２の直径を両端の配管１２の直径よりも大きくしてもよい。

加熱手段１３は電力供給及び温度測定のためのリード線部５５の導入側が９０度に曲げられて、配管１２の管壁を貫通する形状になっている。配管レイアウトで多くを占める直線部分への設置を可能にした形状であり、配管１０１全域への加熱を可能にする形状である。また、リード線部５５は、ヒータ本体部分のシース部材２４を延長して流通気体から完全に保護された状態で、配管１２の外に引き出されている。

後述の（ヒータを備えた配管の取り付け方法の説明）の項で詳しく説明するように、ヒータを備えた配管１０１は、フランジ１１を介して配管ごと別の配管に取り付け可能となっている。配管１２の両端のフランジ１１は、別の配管のフランジと対向し、接触する面にセンターリングを介在させてシールをするためのシール面１１ａを有している。

（加熱手段の構成）
加熱手段１３は、図３に示すように、ヒータ部５１と、熱拡散部５２ｂと、圧力変動検出部５４とを有する。圧力変動検出部５４によりヒータ部５１のシース部材２４が破れたことを検知できるようにしている。

（ヒータ部の構成）
ヒータ部５１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、円柱状を有する。カンタル線、ニクロム線その他の発熱線からなる中心部の発熱体２１と、発熱体２１の周囲を覆う酸化マグネシウム等の絶縁物２２と、その周囲を覆う円筒状の２重管２３、２４で構成されている。２重管は、発熱体２１側の第1シース部材（第１管）２３と、第1シース部材２３を囲み、第1シース部材２３との間で密閉された空間２５を形成する円筒状の第２シース部材（第２管）２４とで構成されている。なお、図４（ａ）では、第１管２３と第２管２４の間に形成された密閉された空間２５において、第１管２３と第２管２４の間隔はどこでも略同じにしているが、図５に示すように、例えば、ヒータ部５１の長手方向の片端でその間隔を広くし、それにより一部に広い空間を設けることもできる。

さらに、ヒータ部５１は、図３、図４（ａ）に示すように、発熱体２１に電力を供給する一対のリード線１４と、温度測定を行うための熱電対１５とで構成されたリード線部５５を備えている。

この種のヒータは５００℃以上の発熱が可能であり、排ガス温度を１００℃〜４００℃に加熱することが容易であるという特徴を持っている。なお、上述のヒータに対して、リボンヒータ自体は、樹脂製外皮（絶縁体）であるため発熱温度の上限が約１２０℃であり、配管の外側にリボンヒータを設置した場合、配管の内部を６０〜７０℃程度にしか昇温できない。この程度の温度では配管内壁へのガス生成物の付着を防止するには十分でない。

（熱拡散部の構成）
熱拡散部５２ｂは、図３に示すように、同じ構造の複数のユニット５２ａで構成されている。

一つのユニット５２ａは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、円筒状の筒状部材２６と、筒状部材２６の片側端部に放射状に設けられた８枚のフィン２７とで構成されている。８枚のフィン２７が一つのフィン群を構成する。フィン群を構成する８枚のフィン２７は一方の端が筒状部材２６の端部の周囲を一回りするようにかつ等間隔で当該端部に取り付けられ、他方の端が当該端部から斜め方向に広がっている。隣接するフィン２７同士は、ガスの流通を妨げないように隙間を開けて設けられている。フィン２７の広い面は筒状部材２６の中心軸の方向に向くようにし、或いは中心軸の方向に対して上下が少し斜めに傾くようにする。この実施形態では一ユニット５２ａのフィン先端は配管１２の内壁に近接させ、好ましくは接触させるように高さが調節されている。

この実施形態では、筒状部材２６と８枚のフィン２７とは一体的に形成されている。筒状部材２６と８枚のフィン２７との一体構造は、次のようにして作製される。適当な長さの筒状部材を用意し、筒状部材の端面の円周に沿って等間隔に８箇所切込みを入れるところを設定する。その各箇所から筒状部材の長手方向に沿って所定の長さに切り込みを入れた後、その切り込みに沿って筒状部材を内側から外側に開く。

この熱拡散部５２ｂのユニット５２ａは、半導体製造に使用される種々のガスに対する耐腐食性に優れ、かつ放熱部材及び熱伝導部材であるステンレスなどを使用して作製される。ユニット５２ａは、筒状部材２６をヒータ部５１に挿入して用いられる。これにより、ヒータ部５１の熱を効率良く、複数のフィン２７に伝導させることができ、さらに、フィン２７から周囲に効率良く放熱させることができる。

熱拡散部５２ｂの全体は、複数のユニット５２ａが筒状部材２６を介して順次ヒータ部５１に挿入されて構成される。すなわち、複数のフィン群は、ヒータ部５１の長手方向に沿って所定の間隔をおいて配置される。また、各フィン２７は広い面がヒータ部５１の長手方向に向くように、或いはヒータ部５１の長手方向に対して上下が少し斜めに傾くようにして配置される。図３では、左側から右側に流れるガス流に対してフィン２７の上部をガス流の下流の方に傾かせている。言い換えれば、複数のフィン２７は広い面がガス流に対向し、かつヒータ部５１の周囲を相互に間隔をおいて一回りするように設けられる。

複数のフィン群の相互の配置は、各フィン群のフィン２７の間の隙間が、図３に示すように、ヒータ部５１の長手方向に沿って隣り合うフィン群の間で同じ位置にくるように配置してもよいし、或いは相互にずれるように配置してもよい。

なお、熱拡散部５２ｂの一ユニット５２ａを構成する筒状部材２６と８枚のフィン２７は別の方法で作製してもよい。そして、熱拡散部５２ｂのフィン２７の配置に関して、フィン２７の広い面がヒータ部５１の長手方向に対して左右が斜めに傾くように作製されてもよいし、或いは種々の傾きのものが混在するように作製されてもよい。

上述した加熱手段１３を配管１２内に設置したときに、ヒータ部５１の長手方向は、加熱手段１３を配管１２内に設置したときにガス流の方向と一致する。また、ヒータ部５１の周囲にフィン２７が設けられているためヒータ部５１は配管１２の中心軸方向に沿ってかつ配管１２のほぼ中心部に配置される。従って、この配管１０１内に導入されたガスは、ヒータ部５１の長手方向に沿って流れ、一部が熱拡散部５２ｂのフィン２７の間を流通し、一部がフィン２７によって遮られて乱される。すなわち、フィン２７からの熱により昇温した雰囲気が流通ガスによって掻き回され、或いは昇温した流通ガス自身が掻き回されるため、配管１０１内の中央部から周辺部にかけての温度分布をより一層均一にすることができる。更にこの現象が各ユニットで順次行われるため、拡散部全体の温度均一性が増すことになる。

（圧力変動検出部の構成）
圧力変動検出部５４は、ヒータ部５１のリード線部５５を配管１２の外に導く２重管２３、２４の側面であって、配管１２の外側に出ている部分に設けられている。圧力変動検出部５４は、圧力センサで構成され、図４（ａ）に示すように、第１管２３と第２管２４により形成された密閉空間２５に接続部空間２５ａを介して接続されている。

この圧力変動検出部５４に図示しない圧力測定／警報装置が接続されて密閉空間２５の圧力が測定される。圧力が温度の変化に対して表１の関係を示さなくなったときに、例えばヒータの電源を切り、あるいは、アラームを鳴らし、又はそれらをともに行うようになっている。

この構成では、密閉空間２５にあるガスは発熱体２１により加熱されて温度が変化し、さらに表１に示すように温度に比例して圧力が変化する。一方、外側の第２管２４が破れたときには、圧力変動検出部５４により検出される圧力は温度に比例して変化しなくなる。従って、密閉空間２５の圧力を監視することで、外側の第２管２４が破れたことを検知できるようになる。

（効果）
以上のように、本発明の第１実施形態のヒータを備えた配管１０１によれば、加熱手段１３を配管１２の内部に設置しているので、配管１２内を効率良く加熱することができる。また、リボンヒータの場合のように配管全域に巻く必要もなく、Ｌ字型の構造の配管を備えたヒータ設置部も必要でないため、ヒータ設置部をシンプルな機構とすることができる。

また、ヒータ部５１が配管１２の中央部に来るように設置することができるため、配管１２の中央部から周辺部にかけて加熱の偏りを少なくすることができる。さらに、熱拡散部５２ｂの筒状部材２６が熱伝導部材で構成され、フィン２７が放熱部材で構成され、かつヒータ部５１の周囲に取り付けられているので、熱をヒータ部５１の周囲に効率よく伝えるとともに広く放出させて、配管１２内部の温度差を極力少なくすることができる。

さらに、密閉空間２５の圧力を監視することで、配管１２内を通流するガスにより外側の第２管２４が腐食し、破れたときに直ちに検知できるため、内側の第１管２３が正常なうちに新しい加熱手段と交換することができる。これにより、加熱手段を備えた配管１０１の安全性を大幅に高めることができる。

（ヒータを備えた配管の変形例）
図１１（ａ）及び図１２（ａ）、（ｂ）は、第1実施形態の変形例のヒータを備えた配管の構成を示す断面図である。図中、図３と同じ符号で示すものは図３と同じものを示す。

図１１（ａ）のヒータを備えた配管１０１ａにおいて、図４（ａ）に示すヒータ部５１を用い、熱拡散部５２ｃのフィン２７ａが筒状部材２６ａに設けられ、フィン２７ａの広い面がガスの流れの方向に向いている点は図３と同じであるが、熱拡散部５２ｃのフィン２７ａの上部がガスの流れの上流側に傾いている点が図３と異なる。

図１２（ａ）のヒータを備えた配管１０１ｂにおいて、加熱手段１３は図３と同じであるが、加熱手段１３の設置箇所に対応する部分の配管１２ａの直径が両端の配管１２ａの直径よりも大きくなっている点が図３と異なる。この構成は、ガス流通路の断面積をより大きく確保する必要がある場合に適している。

図１２（ｂ）のヒータを備えた配管１０１ｃにおいて、図４（ａ）に示すヒータ部５１を用い、熱拡散部５２ｃのフィン２７ａが筒状部材２６ａに設けられ、フィン２７ａの広い面がガスの流れの方向に向いている点は図３と同じであるが、熱拡散部５２ｃのフィン２７ａの上部がガスの流れの上流側に傾いている点が図３と異なる。また、加熱手段１３の設置箇所に対応する部分の配管１２ａの直径が両端の配管１２ａの直径よりも大きくなっている点も図３と異なる。

なお、熱拡散部５２ｃにおいて上述した筒状部材２６ａ及びフィン２７ａの材料は、第１実施形態の筒状部材２６及びフィン２７と同じようにステンレスが好適に用いられる。

これらの構成によっても、フィン２７、２７ａからの熱により昇温した雰囲気が流通ガスによって掻き回され、或いは昇温した流通ガス自身が掻き回されるため、配管１０１ａ〜１０１ｃ内の中央部から周辺部にかけての温度分布をより一層均一にすることができる。更に、この現象が各ユニットで順次行われるため、配管１２、１２ａ内中央部から周辺部にかけて温度均一性が増すことになる。

さらに、配管１０１ａ〜１０１ｃは図４（ａ）に示すヒータ部５１を有するため、ヒータ部５１に設けられた密閉空間２５の圧力を監視することで、配管１２を通流するガスにより外側の第２管２４が腐食し、破れたときに直ちに検知できる。このため、外側の第２管２４が破れたときでも内側の第１管２３が正常なうちに新しい加熱手段と交換することができる。これにより、加熱手段を備えた配管１０１ａ〜１０１ｃの安全性を大幅に高めることができる。

（ヒータを備えた配管の取付け方法の説明）
次に、図３、図７、図８（ａ）、（ｂ）及び図９（ａ）、（ｂ）を参照しながら、上述のヒータを備えた配管１０１の排気配管への取付け方法ついて説明する。

図７は、本発明の第１実施形態であるヒータを備えた配管の排気配管への取付け方法について示す斜視図（その１）である。図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態であるヒータを備えた配管の排気配管への取付け方法について示す図（その２）である。図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のIII-III線に沿う断面図である。図９（ａ）は、本実施形態のヒータを備えた配管がエッチング装置の真空ポンプ１０６から除害装置１０７に至る間を繋ぐ排気配管の一部に設置された例を示す模式図である。図９（ｂ）は、設置されたヒータを備えた配管の断面図である。図７及び図８においては、ヒータを備えた配管として図３に示す配管１０１を用い、図９においては、ヒータを備えた配管として図１２（ａ）に示す配管１０１ｂを用いている。

まず、図７に示すように、ヒータを備えた配管１０１と排気配管１０２及び１０３とを準備する。なお、ヒータを備えた配管１０１において、リード線部が配管１０１の外に引き出された構成は省略している。

排気配管１０２は、有害ガスを排出するエッチングなどの装置の真空ポンプ１０６に接続され、排気配管１０３は、有害ガスの無害化のための処理装置１０７に接続されている。

排気配管１０２及び１０３は、ヒータを備えた配管１０１の長さに相当する間隔をあけて対向している。排気配管１０２は、配管３１と配管３１の端部に設けられたフランジ３２とを有する。一方、他の排気配管１０３は、配管３３と配管３３の端部に設けられたフランジ３４とを有する。また、フランジ３２、３４には、それぞれ、ヒータを備えた配管１０１のセンターリングシール面１１ａに対応する位置に同じくセンターリングシール面３２ａ、３４ａを有する。なお、排気配管１０２でもセンターリングシール面３４ａと同じようなセンターリングシール面３２ａが形成されているが、図面上ではフランジ３２の陰になって見えない。

次に、センターリング３５、３６を用意し、それぞれ配管１０２及び１０３の各センターリングシール面３２ａ、３４ａにセットする。次いで、ヒータを備えた配管１０１の両端のフランジ１１と、配管１０２及び１０３の各フランジ３２、３４とが対向するように位置させ、センターリング面３２ａ、３４ａに既にセットされているセンターリング３５、３６がそれぞれ各フランジ１１のセンターリングシール面１１ａにセットされるように接触させる。図８（ａ）は、このときの状態を示す。なお、センターリングシール面１１ａ、３２ａ、３４ａには、センターリング３５、３６が動かないようにそれを収納する溝が形成されているが、図８（ａ）では省略している。

次に、排気配管１０３とヒータを備えた配管１０１のフランジ３４、１１同士の接触部を示す図８（ｂ）に代表して示すように、クランパ３７と図示しないネジによって、排気配管１０２とヒータを備えた配管１０１のフランジ３２、１１同士を締め付けてそれらの接触をより強固にするとともに、同じようにして排気配管１０３とヒータを備えた配管１０１のフランジ３４、１１同士を締め付けてそれらの接触をより強固にする。これにより、センターリング３５、３６によって、外部に対して配管１０１、１０２、１０３内部の気密性が保たれるようになる。

なお、上述の説明では、排気配管１０２と１０３の間にヒータを備えた配管１０１を一つ接続したが、排気配管すなわち、エッチング装置等の真空ポンプ１０６排気口から除害装置１０７入口までの配管が長くなれば、配管内温度を適当な温度以上に保つためヒータを備えた配管１０１を複数個設置することが望ましい。

例えば、図９（ａ）に示すようにする。すなわち、１個目のヒータを備えた配管１０１ｂを最上流すなわち真空ポンプ１０６の排気口にまず設置し、次は１個目の配管１０１ｂのヒータ効果がなくなる部分に２個目のヒータを備えた配管１０１ｂを設置する。このように行えば配管すべてにヒータが必要にならず、４ｍ程度の配管であれば１個で、さらに長い配管でも２個から３個で排気配管内のガス反応生成物の付着を極力防げる効果がある。図９（ｂ）は図９（ａ）のヒータを備えた配管の断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）中、符号１０５は排気配管１０２、１０３と同じような排気配管を示し、他の符号に関して、図３、図７及び図８と同じ符号で示すものは、図３、図７及び図８と同じものを示す。

以上のように、本発明の第１実施形態に係るヒータを備えた配管１０１によれば、ヒータを備えた配管１０１は、フランジ１１を介して配管１０１ごと排気配管１０２、１０３に取り付け可能となっているため、ヒータを備えた配管１０１を必要な箇所に簡単に設置することができ、これにより、ヒータの設置作業の能率を向上させることができる。これは、図１２（ａ）に示すヒータを備えた配管１０１ｂでも同様である。

（第２の実施の形態）
（ヒータ（加熱手段）を備えた配管の構成の説明）
第２実施形態のヒータ（加熱手段）を備えた配管において、第１実施形態と異なるところは、加熱手段、特に熱拡散部の構成である。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るヒータを備えた配管における加熱手段１６を示す斜視図である。なお、図１０において、図３と同じ符号で示すものは、図３と同じものである。

以下に、加熱手段１６、特に熱拡散部５３ａの構成について詳しく説明する。

（加熱手段の構成）
加熱手段１６は、ヒータ部５１と、熱拡散部５３ａと、図３、４に示すような圧力変動検出部５４とで構成される。図１０では、ヒータ部５１と熱拡散部５３ａだけを示している。

ヒータ部５１はカートリッジ型であり、図４（ａ）、（ｂ）と同じ構成を有する。すなわち、発熱体２１と、発熱体２１の周囲を覆う絶縁物２２と、それらを覆う２重管２３、２４とで構成された略棒状である。２重管２３、２４は、発熱体２１側の第1シース部材（第１管）２３と、第1シース部材２３を囲み、第1シース部材２３との間で密閉された空間２５を形成する円筒状の第２シース部材（第２管）２４とで構成されている。ヒータ部５１の先端は２重管で覆われている。他端は９０度に曲げられておりリード線及び熱電対（リード線部５５）の導入部としている。

導入部の２重管２３、２４及びリード線部５５は、図１０のヒータ部５１の手前円形面に接続して設けられ、図３、４に示すように、２重管２３、２４によってリード線部５５を配管１２の外に導く構成となっている。圧力変動検出部５４は、リード線部５５を配管１２の外に導く２重管２３、２４の側面であって、配管１２の外側に出ている部分に設けられている。

熱拡散部５３ａは、ヒータ部５１の表面に取り付けられた８枚の細長い板状のフィン４０で構成されている。フィン４０は、図１０に示すように、ヒータ部５１の表面周囲に、広い面がヒータ部５１の長手方向に平行になるように等間隔を置いて放射状に配置される。なお、図１０では、ヒータ部５１の長手方向に対して平行にしているが、放熱効果を上げるため傾斜をつけて巻くような形態でもよい。また、この熱拡散部５３ａは長手方向に一体に製作しているが、図１１（ｂ）、図１２（ｄ）のように複数個に分割してもよい。製作性を考えると分割型が好ましい。また、フィン４０の高さは、図３のような配管（管状部材）１２内に設置したとき各フィン４０の先端が配管１２内壁に近接または接触するような高さとすることが好ましい。

熱拡散部５３ａのフィン４０は、第１実施形態と同じように、半導体製造に使用される種々のガスに対する耐腐食性に優れ、かつ放熱部材及び熱伝導部材でもある、例えばステンレスを使用する。

この加熱手段１６を、図３のような配管１２内に設置したとき、ヒータ部５１が配管１２の中心軸方向に沿ってかつ配管１２のほぼ中心部に設置されるとともに、ヒータ部５１の長手方向はガスの流れの方向と一致する。ヒータを備えた配管内に導入されたガスは、ヒータ部５１の長手方向に沿って流れ、フィン４０の間を流通する。この熱拡散部５３ａのフィン４０間は熱の拡散室を形成する。

（効果）
第２の実施形態に係るヒータを備えた配管によれば、フィン４０がヒータ部５１の表面周囲に８枚、広い面がヒータ部５１の長手方向に平行になるように間隔を置いて配置されている。

したがって、ガスの流通を妨げずに、加熱手段１６を配管１２の内部に容易に設置することができる。また、このため、配管１２内を効率良く加熱することができる。さらに、リボンヒータの場合のように配管全域に巻く必要もなく、Ｌ字型の構造の配管を備えたヒータ設置部も必要でないため、ヒータ設置部をシンプルな機構とすることができる。

その他の構成は、第１の実施形態に係るヒータを備えた配管と同様な構成を有するので、第１の実施形態に係るヒータを備えた配管と同様な効果を有する。

（ヒータを備えた配管の変形例）
図１１（ｂ）、図１２（ｃ）、及び図１２（ｄ）は、第２実施形態の変形例のヒータを備えた配管の構成を示す断面図である。図中、図１０と同じ符号で示すものは図１０と同じものである。

図１１（ｂ）のヒータを備えた配管１０４ａの加熱手段１６ａにおいて、熱拡散部５３ｂのフィン４０ａが図４（ａ）に示すヒータ部５１の表面に設けられ、フィン４０ａの広い面がガスの流れの方向に平行に配置されている点は図１０と同じであるが、熱拡散部５３ｂのフィン４０ａが、ガスの流れに沿って複数に分離し、相互に間隔をおいて配置されている点が図１０と異なる。

図１２（ｃ）のヒータを備えた配管１０４ｂにおいて、加熱手段１６は図１０と同じであるが、加熱手段１６の設置箇所に対応する部分の配管１２ａの直径が両端の配管１２ａの直径よりも大きくなっている点が異なる。

また、図１２（ｄ）のヒータを備えた配管１０４ｃの加熱手段１６ａにおいて、熱拡散部５３ｂのフィン４０ａが図４（ａ）に示すヒータ部５１の表面に設けられ、フィン４０ａの広い面がガスの流れの方向に平行に配置されている点は図１０と同じであるが、熱拡散部５３ｂのフィン４０ａが、ガスの流れに沿って複数に分離し、相互に間隔をおいて配置されている点が図１０と異なる。また、加熱手段１６ａの設置箇所に対応する部分の配管１２ａの直径が両端の配管１２ａの直径よりも大きくなっている点が図１０と異なる。

なお、熱拡散部５３ｂにおいて上述したフィン４０ａの材料は、第２実施形態のフィン４０と同じようにステンレスが好適に用いられる。また、ヒータ部５１の長さと同じ位の一つの筒状部材にすべてのフィン４０ａを設置してもよいし、ヒータ部の長さよりも短い筒状部材と、筒状部材を一回りするように設けられた複数のフィン４０ａからなるフィン群とを一組としてユニットを形成し、複数のユニットを順次ヒータ部に挿入して設置するようにしてもよい。

これらの構成によっても、フィン４０、４０ａからの熱により昇温した雰囲気が流通ガスによって掻き回され、或いは昇温した流通ガス自身が掻き回されるため、配管１０４ａ〜１０４ｃ内の中央部から周辺部にかけての温度分布をより一層均一にすることができる。更に、この現象が各ユニットで順次行われるため、配管１２、１２ａ内中央部から周辺部にかけての温度均一性が増すことになる。

さらに、配管１０４ａ〜１０４ｃは、図４（ａ）に示すヒータ部５１を有するため、密閉された空間２５の圧力を監視することで、配管１２を通流するガスによる腐食などにより外側の第２管２４が破れたことを容易に検知できる。このため、外側の第２管２４が破れたときでもまだ内側の第１管２３が正常なうちに直ちに新しい加熱手段と交換することができる。これにより、加熱手段を備えた配管１０４ａ〜１０４ｃの安全性を大幅に高めることができる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、ヒータ部５１にフィン２４、２４ａ、４０、４０ａを取り付けているが、それらを取り付けなくてもよい。

また、熱拡散部の筒状部材２６、２６ａ及びフィン２７、２７ａ、４０、４０ａの材料としてステンレスを用いているが、これに限られない。半導体製造に使用されるガスに対する耐食性を有する金属材料であればよい。金属材料は、耐食性を有するとともに、特に放熱や熱伝導に優れた部材であればさらに好ましい。

また、上述した熱拡散部のフィン２７、２７ａ、４０、４０ａの表面は平滑であるが、凹凸を形成して表面積を増やし、放熱性を向上させてもよい。

また、ヒータ部５１の長手方向に沿って所定の間隔をおいて規則的に配置される複数のフィン群を設け、かつフィン群のフィン２７はヒータ部５１の周囲を相互に間隔をおいて一回りするように設けられているが、ヒータ部５１の周囲にフィン２７をランダムに配置してもよい。この変形例はまた、図１１（ａ）、図１２（ｂ）の加熱手段１３ａにも適用可能である。

また、発明のヒータを備えた配管は、排気配管の一部に適用されたが、単独で炉の代わりに用いることもできる。

また、図９に、ヒータを備えた配管１０１ｂの上流に真空ポンプ１０６を接続した例と、ヒータを備えた配管の下流に除害装置１０７を接続した例が記載されているが、図１３（ａ）に示すように、半導体基板に不純物拡散など、ガスを用いて熱処理を行う加熱処理炉１０８の上流に、ヒータを備えた配管１０１ｂを接続してもよい。なお、図１３（ａ）において、他の符号６１は炉心管、６２はヒータ部、１０４は配管である。これにより、加熱手段を備えた配管１０１ｂによって外部から加熱処理炉１０８内に導入されるキャリアガスや処理ガスが十分に昇温されるので、加熱処理炉１０８の処理ガス導入口近くにおける炉内温度の低下を抑制することができ、このため、加熱処理炉１０８内における均熱帯を広く取ることができる。

なお、加熱処理炉１０８の上流に、ヒータを備えた配管１０１ｂを接続しない場合、図１３（ｂ）に示すように、外部から加熱処理炉１０８内に導入されるキャリアガスや処理ガスの温度が低いため、その影響で加熱処理炉１０８の処理ガス導入口近くにおける炉内温度の低下がより大きくなる。このため、加熱処理炉１０８内における均熱帯が狭くなる。

１１、３２、３４ フランジ
１１ａ、３２ａ、３４ａ センターリングシール面
１２、１２ａ 配管（管状部材）
１３、１３ａ、１６、１６ａ 加熱手段
１４ リード線
１５ 熱電対（温度計測手段）
２１ 発熱体
２２ 絶縁物
２３ 第１シース部材（第１管）
２４ 第２シース部材（第２管）
２５、２５ｂ 密閉された空間
２５ａ 接続部空間
２６、２６ａ 筒状部材
２７、２７ａ、４０、４０ａ フィン
３１、３３、１０４ 配管
３５、３６ センターリング
５１、６２ ヒータ部
５２ａ 熱拡散部ユニット
５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ 熱拡散部
５４ 圧力変動検出部（圧力センサ）
５５ 電力供給及び温度測定のためのリード線部
６１ 炉心管
１０１、１０１ａ〜１０１ｃ、１０４ａ〜１０４ｃ ヒータを備えた配管
１０２、１０３、１０５ 排気配管
１０６ エッチング装置の真空ポンプ
１０７ 除害装置
１０８ 加熱処理炉

Claims (5)

1. 管状部材と、前記管状部材の内側に設けられた加熱手段とを有し、
   前記加熱手段は、
   発熱体、該発熱体の周囲を覆う第１管、及び第１管を囲み、該第１管との間で密閉された空間を形成する第２管を含むヒータ部と、
   前記第２管の周囲に配置された複数のフィンを備えた熱の拡散部と、
   前記密閉された空間の圧力変動を検出する圧力変動検出部と
   を有することを特徴とする加熱手段を備えた配管。
2. 前記複数のフィンは、前記第２管の周囲に相互に間隔をおいて一回りするように配置されていることを特徴とする請求項１記載の加熱手段を備えた配管。
3. 前記ヒータ部は、前記発熱体と、該発熱体の周囲を覆う絶縁物と、該絶縁物を覆う前記第１管及び前記第２管とで構成され、一端が前記第１管及び前記第２管で封止され、他端は少なくともリード線導入部としたカートリッジ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱手段を備えた配管。
4. 前記加熱手段を備えた配管は、両端にフランジを備え、該フランジを介して他の配管に取り付け可能となっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の加熱手段を備えた配管。
5. 請求項４記載の加熱手段を備えた配管と、前記加熱手段を備えた配管に接続された処理装置とを有する処理システムであって、
   前記処理装置は加熱処理炉であり、該加熱処理炉内に被処理基板をセットし、前記加熱手段を備えた配管を通して前記加熱処理炉に処理ガスを導入し、該処理ガスを用いて該被処理基板を加熱しつつ該被処理基板に対して処理を行うことを特徴とする処理システム。

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