JPS62170481A - 管状電気炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、たとえば半導体の製造に際して、基板の表面
に薄膜を気相成長させる熱処理等に適用する管状電気炉
に関し、特に、炉の長さ方向における熱分布を、可及的
に均一にした管状電気炉に関する。

［従来の技術］ 管状電気炉は、たとえば第６ないし第７両図示の如く、
適宜の筒状の炉体（１）の内面に、コイル状の発熱線（
２）を配置したものが使用されてしする。

か°かる管状電気炉では、炉体（１）の両端部が外部に
開放されているため、常温の外気が流入したり、外部へ
の熱輻射により、て両端部の温度が低下し、所望の加熱
温度を維持し得る有効長が、炉体の全長よりもかなり短
縮されることになる。

従来、この問題に対処するため、第６図示のように、発
熱線（２）のコイルピッチを１両端部では中央部よりも
密にして、両端部における発熱量を増加させるようにす
る方法が、Ｍ、１．Ｔ、（マサチュセッツ工科大学）　
Ｌｉｎｃｏｌｎ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙによる”５ｏｌ
ｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｒｅｐｏｒｔ”
（１９６９年１月）に発表されている。また、第７図示
のように、一定ピツチに形成した発熱線（２）コイルの
中間２か所にタップ線（３）（３）を設け、コイルの全
長を三分して、各区分ごとに印加する電圧値を適宜調節
できるようにして、炉体（１）の全長にわたってほぼ均
一な温度分布が得られるようにしたものが知られている
。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記各手段には、それぞれ次のような問題が存在する。

まず、第６図示手段においては、中央部と両端部とにお
けるコイルピッチは、それぞれ固定的なものであり、そ
れらの発熱量の比も固定された値であるため、設定温度
及び外界温度により炉体内の温度分布が変化し、常に均
一な温度分布が得られるとは限らない。したがってこの
手段は、特定温度条件のみで使用する単能型の電気炉に
ついては適用できるが、より広範な温度条件で使用する
ことを目的とする場合には、不適当である。

第７図示手段は、中央部と両端部との発熱量を、それぞ
れ独立して制御できるために、広範な温度条件に対処す
ることができるものであるが、中間のタップ線（３）　
（３）を、炉壁を貫通させて取り出さねばならない、と
いう製作上の問題がある。すなわち、炉体（１）の材質
が、たとえばアスベスト等であれば、タップ線を通すた
めの加工も比較的容易であるが、硬質材料を使用した電
気炉の場合は。

困難が伴う。特に、半導体の製造に際して、基板の表面
に薄膜を形成させる気相成長処理を行う熱処理炉では、
炉体の材質として石英ないし耐熱ガラスが適用されてお
り、これらの材料で作られた炉壁にタップ線を通す加工
は、きわめて困難であり、また、発熱線が断線したとき
等の交換作業も困難である。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、管状電気炉の炉体内壁に沿って、複数個の小
径の棒状ヒーターユニットを、炉体の長さ方向に併設し
、各ヒーターユニットにおける発熱線を、それぞれ長さ
方向に３個の領域に分割して、各領域ごとに独立に電圧
を印加できるように構成し、かつ、各ヒーターユニット
の対応する領域を、それぞれ並列に接続したものである
。

個々のヒーターユニットは１石英製の管にコイル状の発
熱線を収容し、該発熱線を長さ方向に３個の領域に分割
し、管の両端部からそれらの分割部に達する長さの一対
の芯線を管の中心に挿通し。

発熱線のうち、中央領域のものは、その両端を左右の芯
線に接続し、一方、両端部のものは、絶縁層を介して芯
線に巻回して、その内方端を芯線に接続し、外方端を管
の外端に取り出してあり、この外方端と芯線に、それぞ
れ所要電圧を印加することにより、各領域に任意の発熱
量が得られるようにしである。

［作用］ 管状電気炉の内壁に沿って並列配置した複数個の棒状ヒ
ーターユニットは、長さ方向に３分割されて、その各分
割領域ごとに印加電圧を調節できるので、任意の温度分
布が容易に得られる。

［実施例コ 第１図は本発明の１実施例の管状電気炉の長さ方向に沿
った断面図、第２図は第１図の■−■線における横断面
図を示す。

この実施例における炉体（１０）は、内筒（１１）と外
筒（１２）との二重構造としてあり、内筒（１１）は石
英管を使用し、外筒（１２）はパイレックス（商品名）
等の耐熱ガラスで構成する。また、熱効率を向上させる
ため、外筒（１２）の内面には金（Ａｕ）の薄層をコー
ティングして、赤外線を反射するようにしである。内筒
（１１）と外筒（１２）との間の空気層は、外筒（１２
）への熱伝導を抑制し、かつ保温性を高める効果がある
。

炉体（１０）の両端部に一対の支持板（１３）を設置し
、これに複数個の棒状ヒーターユニット（１４）を、内
筒（１１）の内面に沿って円周状に支承させる。第１図
では、複数個のヒーターユニットの中、１個のみを図示
しである。

第３図は、ヒーターユニット（１４）の端部の詳細を示
す斜視図で、石英管（１５）の両端に、管状の絶縁碍子
（１６）及び（１７）を装着し、ストッパー（１８）を
固着した芯線（１９）を絶縁碍子（１６）　（１７）を
挿通して、石英管（１５）の中心に挿入する。芯ｔｉ！
（１９）は、その内方端が後記の発熱線の分割点に達す
る長さに設定する。

石英管（１５）の中に、芯線（１９）を被覆する絶縁管
（２０）を装着する。この絶縁管（２０）は、アルミナ
等の磁器材料を使用して、内方の絶縁碍子（Ｉ６）の内
面に達する長さに作られる。このため、絶縁碍子（１６
）の内径は、絶縁管（２０）の外径に対応する寸法とし
である。

発熱線は、前述の如く中央部と両端部との３個の領域に
分割してあり、それぞれ絶縁管（２０）の外面にコイル
状に巻回する。中央部発熱線（２１）は、その両端をそ
れぞれ芯線（１９）の先端部に溶着接続する。また、両
端部発熱線（２２）は、その内端を芯線（１９）の先端
部に溶着接続し、一方、外端は内方の絶縁碍子（１６）
に設けたスリットを通して、ヒーターユニッｈ（１４）
の外面に引出し、リー１−線（２３）としである。

また、芯線（１９）のヒーターユニット（１４）の両端
に突出した部分にも、リード線（２４）を溶着接続しで
ある。

第３図で図示を省略した反対側も、同様に構成すること
は云うまでもなく、以下、必要に応じて反対側における
対応部品には、同番号に（′）を付して示す。

以上のように構成することにより、芯線（１９）の両端
突出部に接続したリード線（２４）　（２４’　）間の
電圧は、中央部発熱線（２１）に印加され、また、リー
ド線（２３）と（２４）、あるいは（２３’　）と（２
４’）との間の電圧は、両端部発熱線（２２）あるいは
（２２’）に印加されることになる。

次に第４図は、ヒーターユニット（１４）　（７）　他
（７）　１実施例の概略をを示すもので、大部分の構成
は、第３図示のものと同様であるが、第３図示のユニッ
トでは、中央部発熱線（２１）には芯線（１９）を介し
て給電し、また、両端部発熱線（２２）に給電するため
のリード線（２３）を、絶縁碍子（１６）の側面に設け
たスリットから出しているのに対し、この実施例では、
芯線を有せず、２種のリード線（２２）　（２３）がと
もにユニットの端面に配置されている。この場合、中央
部発熱線（２１）に対するリード線（２３）は、図示の
ように、適宜の絶縁被覆を設けて、コイル状の両端部発
熱線（２２）の中を通してもよく、あるいは、発熱線の
コイル外面と石英管（１５）との間に余裕があれば、そ
の間を通すようにしてもよい。

第４図示実施例の場合も、両端部の対応するリード線間
の電圧は、それぞれの発熱線に選択的に印加される。

そこで第５図示の如く、複数個のヒーターユニット（１
４）における各対応リード線を並列に接続する。すなわ
ち、複数個のリートｖＡ（２３）を導線（２５）に、同
じくリード線（２３’　）を導線（２５’）に、リード
線（２４）を導線（２６）に、リード線（２４’）を導
線（２６’　）に、それぞれ並列接続する。

導線（２６）と（２６’　）の間の電圧（Ｖ、）は、リ
ード線（２４）と（２４’）を経て中央部発熱線（２１
）に印加され、導線（２５）と（２６）の間の電圧（Ｖ
２）は、リード線（２３）と（２４）を経て左端部発熱
線（２２）に印加され、また、導線（２５’　）と（２
６’　）の間の電圧（Ｖ、）は、リード線（２３’　）
と（２４’）を経て右端部発熱線（２２’）に印加され
る。

そこで、印加電圧（ｖｌ）、（ｖ２）ないしくＶ□）の
値を所要に応じて調節することにより、各ヒーターユニ
ット（１４）を、３分割された領域ごとに発熱量を制御
することができる。すなわち、前述第６図示手段と同様
に、管状電気炉における中央部と両端部の発熱量を、任
意に調節することができる。

さらに本発明のヒーターユニットにおいて、芯線（１９
）と、各発熱線（２１）　（２２）　（２２’　）は、
耐熱性の高いカンタル（Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｌその他流加物
の合金）を適用して製作することにより、約１３００°
Ｃの高温まで加熱できる管状電気炉を実現することがで
きる。

なお、筒状に配置したヒーター列の内部での温度を一様
にするために１石英管等の熱拡散筒を、ヒーター列の内
周に各ヒーターに近接させて配設することがあるが、こ
の場合、第２図における内筒（１１）と外筒（１２）と
直径寸法差を大きくして、各ヒーターユニット（１４）
を両者の間に配置し、内筒（１１）に熱拡散筒としての
機能を持たせるようにしてたちよい。

［発明の効果コ （１）管状電気炉の中央部と両端部の発熱量を、独立に
制御できるので、全長にわたって均一な発熱分布を容易
に得ることができる。

（２）複数個の棒状ヒーターユニットを、炉体の内面に
沿って並列配置して熱源を構成し、各ヒーターユニット
の給電端子をユニットの端部に設けであるので、炉体に
給電線を通すための孔を設ける必要がない。

（３）各ヒーターユニッ１〜は、独立した構成であるた
め、交換が容易であり、必要に応じて、容量ないし発熱
量分布の異なるユニットを自由に交換して使用すること
ができる。

（４）複数個のヒーターユニットは、並列接続され、こ
れらによる電気炉全体が、総合的に温度制御されるので
、万一、一部のユニットが断線した場合にも、必ずしも
電気炉全体が停止することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の管状電気炉の長さ方向に沿った断面図
、第２図は第１図■−■線における横断面図、第３図は
ヒーターユニットの構成を示す一部破断斜視図、第４図
はヒーターユニットの他の例を示す概略図、第５図は複
数個のヒーターユニットの並列結線図、第６図及び第７
図は従来の管状電気炉の概略を示す図である。 （１）・・・炉体、 （２）・・・発熱線、 （３）（４）・・・リード線。 （１０）・・・炉体、 （１１）・・・内筒、 （１２）・・・外筒、 （１３）・・・支持板、 （１４）・・・ヒーターユニット、 （１５）・・・石英管。 （１６）　（１７）・・・絶縁碍子、 （１８）・・・芯線ストッパー、 （１９）・・・芯線。 （２０）・・・絶縁管（アルミナ）、 （２１）・・・中央部発熱線、 （２２）・・・両端部発熱線。 （２３）　（２４）・・・リード線、 （２５）　（２６）・・・導線。 （以　上） 算４１，１ 寥５１］ 草（、ｒ５　　は釆揚Ｆ↑）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）管状炉体の内壁に沿って、複数個の棒状ヒーター
   ユニットを炉体の長さ方向に併設し、前記各ヒーターユ
   ニットに含まれる発熱体を長さ方向に３個の領域に分割
   して、各分割領域について独立に制御電圧を印加できる
   ように構成するとともに、すべてのヒーターユニットに
   共通する分割領域ごとには発熱体を並列接続し、３個の
   分割領域ごとに所要の電圧を印加するようにしたことを
   特徴とする管状電気炉。
2. （２）ヒーターユニットが、外管内に装填され３個の領
   域に分割されたコイル状電熱線と、前記外管の両端部か
   ら前記電熱線の分割部にまで挿入された一対の芯線とを
   含み、前記電熱線の中央部領域の両端は前記一対の芯線
   に接続され、一方、前記電熱線の両端部領域は、それら
   の内方端が前記芯線に接続され、外方端は外管の端部に
   引出されたリード線に接続したものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項に記載の管状電気炉。