JP4198901B2 - Carbon heater - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カーボンヒータに関し、特に半導体製造装置に用いるのに好適なカーボンヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程では、例えばシリコンウエハの種々の加熱処理が行われる。このように何かしらの加熱を伴う半導体の製造工程では、厳密な温度管理が求められる。また、加熱処理雰囲気をクリーンに保つことも重要である。
【０００３】
このため、均熱性及び昇温・降温性に優れ、汚染物質を放出しない高性能の半導体製造装置用ヒータの開発、製品化が強く望まれている。
【０００４】
特開平７−１６１７２５号公報は、ウエハ加熱装置において樹脂を用いて固化し、一体化した黒鉛−炭素繊維複合材（以下Ｃ／Ｃと記す）をヒーター部材に用いた電極構造を開示している。
【０００５】
また、従来より同装置において平板状渦巻き型のＳｉＣヒータ部材もしくは溶接処理を行なった複雑形状のＭｏ−Ｓｉヒータ部材などが用いられてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記Ｃ／Ｃヒーター部材においては、その構造上薄肉でも２次元において各々の長さが充分に採れる形状であれば、極めて高い機械的強度を有するが、例えば１次元の長さつまり幅が５ｍｍ以下の縦長形状とした場合には、充分な機械的強度が得られず、また、半導体製造装置用のヒータとして用いた場合には長さ方向の両端を端子に固定すると、Ｃ／Ｃの熱膨張に伴い、特にこの端子固定部近傍において、熱的負荷が生じ破損し易いといった問題があった。
【０００７】
そこで、前記幅を広くとると、今度は抵抗値が小さくなり、所定の発熱を行うためには、電流値を大幅にアップしなければならず、また、熱容量が大きくなり急速加熱が困難であった。
【０００８】
また、前記特開平７−１６１７２５号公報図３の如き略渦巻き形状のような複雑形状を得ようとすると、均熱構造とするためのスリット加工が難しく、また上述のように高抵抗とするためには、同部材の幅を狭くする必要があるが、このような加工が難しく、コストの増大をまねき、もしくはコストにみあう加工を行うと、均熱性がけっして充分なものとはなっていないのが現状であった。
【０００９】
また、前記ＳｉＣヒーター部材やＭｏ−Ｓｉヒーター部材においては昇華に伴う劣化を抑制するために電気負荷密度を約２０Ｗ／ｃｍ²程度とすることしかできず、その結果、昇温速度の短縮化に限界があった。また、これらのヒーター部材においても、屈曲部を要するような複雑形状においては充分な耐熱強度が得られていなかった。
【００１０】
また、従来、半導体熱処理装置用ヒータとしては、金属ヒータが用いられることもあった。しかし、金属ヒータは金属汚染を生じ易く、また、品質が不安定になり易い問題があった。
【００１１】
半導体の熱処理効率を向上するためには、急速昇降温の可能なヒータが必要となる。しかし、金属ヒータは熱容量が大きいため、昇降温特性の向上には限界があった。
【００１２】
また、一般に、金属ヒータは断熱材等の付帯設備や金属ヒータ自体の熱容量が大きいので、急速昇降温が難しいという不具合もあった。
【００１３】
そこで、熱容量が小さく、非酸化性雰囲気での耐高温性に優れるカーボン材がヒータとして利用されるようになってきた。
【００１４】
しかしながら、通常の電極材等を用いるカーボン材は、柔軟性の面で問題があり、形状設計のネックとなっていた。
【００１５】
また、一般に、カーボンワイヤを発熱体として用いるカーボンヒータでは、酸化防止のため、非酸化性雰囲気に保った容器内にカーボンワイヤを配置する。そして、カーボンワイヤは発熱時に非常に高温になるため、カーボンワイヤを複数本束ねたものを端子線として用いている。
【００１６】
従来、カーボンワイヤは、カーボンペーストによる含浸＋焼成によって固定していた。また、比較的細いカーボンワイヤの場合には、ねじ止めによって固定することもあった。
【００１７】
しかしながら、カーボンペーストを用いる固定法では、カーボンペースト焼成体が剥離し、ダスト発生の原因となることがあった。
【００１８】
一方、ねじ止め式の固定法では、カーボンワイヤ束のワイヤ本数が多い場合にねじ止め作業が繁雑であった。また、太めのカーボンワイヤの場合には、しっかりと固定できないこともあった。
【００１９】
また、カーボンワイヤを発熱体として用いるヒータでは、カーボンヒータ束からなる端子線と金属製の端子線とを接続するための端子装置も必要となる。
【００２０】
しかしながら、両方の端子線を確実且つ容易に接続できる端子装置は未だ提供されていない。
【００２１】
また、一般に、カーボン発熱体の周辺雰囲気を非酸化性雰囲気に保つためには、カーボン発熱体の封着技術が重要となる。
【００２２】
ところが、カーボン発熱体を２枚の石英ガラス板で挟み、外周を溶接する従来の封着方式では、部分的な加熱により接触面に歪みや変形が生じ、溶接固定部に応力が集中して石英ガラス板が破損する恐れが大であった。
【００２３】
本発明は、均熱性及びフレキシビリティーに優れ、急昇降温が可能であり低コストで製造できるカーボンヒータを提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー状もしくはテープ形状の長細形状に編み込んだヒータ部材であって、かつ、含有不純物量が灰分で１０ｐｐｍ以下であるヒータ部材を具備するカーボンヒータを１つの好適な解決手段としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明のカーボンヒータは、直径が５〜１５μｍであるカーボンファイバーを複数本束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状やテープ形状のような縦長形状に編み込み，その含有不純物量を灰分で１０ｐｐｍ以下としたヒータ部材を具備する。
【００２６】
上記ヒータ部材は、１本もしくは複数本を石英ガラス製もしくはアルミナ製の密封形部材内に封入することができる。
【００２７】
上記ヒータ部材の１０００℃での抵抗値は、好ましくは１〜２０Ω／ｍ・本である。
【００２８】
上記密封形部材は、二重管形状、直管形状、環状管形状から選んだ形状であり、複数個組み合わせて所定形状のヒーティングゾーンを形成することができる。上記密封形部材内に形成される空間には、非酸化性ガスを流入させる構成とすることができる。
【００２９】
上記密封形部材内に形成される空間を２０ｔｏｒｒ以下の真空にすることができる。
【００３０】
上記密封形部材は、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されており、この石英ガラス支持体中の上記ヒータ部材の周辺部には、中空の空間が形成されている構成にすることができる。
【００３１】
上記石英ガラス支持体が複数枚の石英ガラス板の各々の接合面全体を融着により一体化したものであり、少なくとも一枚の石英ガラス板の接合面に配線用溝を形成し、そこに上記ヒータ部材を配置した構成にすることができる。
【００３２】
上記石英ガラス支持体が２枚の石英ガラス板を融着したものであり、少なくとも１枚の石英ガラス板の接合面に所定深さの配線用溝が形成されており、上記深さ分を含まない各々の石英ガラス板の厚さが略同一である構成にすることができる。
【００３３】
上記石英ガラス支持体が厚さの異なる２枚の石英ガラス板を融着したものであり、少なくとも１枚の石英ガラス板の接合面に所定深さの配線用溝が形成されており、上記深さ分を含まない一方の石英ガラス板の厚さを他方の厚さの１／２以下にすることができる。
【００３４】
上記配線用溝は、その長さ方向に垂直な断面形状の少なくとも下方側に湾曲形状を有し、かつ、つや出し処理されていることが好ましい。
【００３５】
上記配線用溝は、その長さ方向に垂直な断面形状が全体的に「凸」の字状に形成できる。
【００３６】
第１の石英ガラス板に配線用溝を形成し、第２の石英ガラス板に配線用溝と対になる幅狭の挿入用溝もしくは貫通スリットを形成し、第１・第２石英ガラス板を溝同士が対向するように接合し、第２石英ガラス板の表面を研磨又は研削して挿入用溝もしくは貫通スリットの底部を削除することによりこれを挿入用窓として露出させ、そこから第１の石英ガラス板の配線用溝内にヒータ部材を押し込み、研磨面又は研削面に第３の石英ガラス板を合わせ、しかる後に３枚の石英ガラス板を融着させ溝以外の部分全面を実質的に一体化させることにより、上記配線用溝を、その長さ方向に垂直な断面形状が全体的に「凸」の字状にすることができる。さらに、第１の石英ガラス板に凸形状の溝加工をほどこし、第３の石英を融着しても同様の構造を得ることが出来る。
【００３７】
上記配線用構内部を減圧又は非酸化性ガス雰囲気に保った状態で融着させたものであることが好ましい。
【００３８】
石英ガラス支持体は、不透明石英ガラス層を備えていても良い。
【００３９】
複数枚の石英ガラス板のうちの１枚を、不透明石英ガラス板にすることができる。
【００４０】
上記ヒータ部材と、少なくとも片面が鏡面のカーボン製反射板とが、板状の石英ガラス支持体に封入されている構成にすることができる。
【００４１】
３枚の石英ガラス板を用い、いずれかの石英ガラス板の２つの接合面に設けた配線用溝と反射板設定座ぐりに、それぞれヒータ部材と少なくとも片面が鏡面のカーボン製反射板を配置し、各石英ガラス板の接合部を融着により一体化することができる。
【００４２】
全体的に板状の石英ガラス支持体に、少なくとも片面が鏡面のカーボン製反射板が封入されて反射板状体を上記密封形部材に隣接配置することができる。
【００４３】
板状の石英ガラス支持体の少なくとも一つの外表面に、断面半円状もしくは台形状の凸部が形成されており、この外表面がつや出し処理された構成にすることができる。
【００４４】
上記密閉形部材が配線用溝を有する石英ガラス製の設定部材及び石英ガラス製の蓋部材からなり、上記配線溝に上記ヒータ部材を配置することができる。
【００４５】
上記の設定部材及び蓋部材のいずれかもしくは両者の外周部に防炎堤を形成し、この防炎堤以外の対向面が０．２〜１．０ｍｍの間隔において配置され、両部材を石英ガラスの肉盛り法によって、一体化することができる。
【００４６】
上記ヒータ部材の両端にカーボンターミナルを配置し、カーボンターミナルに電極を接続し、この電極のカーボンターミナル側の部分に石英ガラスパイプを被せた構成にすることができる。
【００４７】
ヒータ部材が封入された空間内に非酸化性ガスを導入し、電極に被せた石英ガラスパイプからガスを排出することができる。
【００４８】
上記カーボンターミナルの不純物濃度に灰分で１０ｐｐｍ以下にすることが好ましい。
【００４９】
配置用溝にアルミナ粉を配置し、アルミナ粉の焼結体によってヒータ部材を支持することができる。
【００５０】
上記アルミナ粉の鉄不純物濃度が５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００５１】
上記ヒータ部材もしくはヒータ部材の両端に接続された端子部が、ヒータ部材の形成するヒータ面に対して実質的に垂直に引き出される構成にすることができる。
【００５２】
ヒータ部材の両端をヒータ面の反対側に突出させ、突出したヒータ部材を石英ガラス支持板に当接する石英ガラス筒内に配列された複数のもしくは少なくとも一方の端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンにより固定し、上記石英ガラス筒に石英ガラス管を被せて上記密閉形部材を密封することができる。
【００５３】
上記ワイヤー状カーボンの他端側を、中空部が形成されその内側に中子部材を有する第２のワイヤー状カーボン接続部材に、この中子部材での押圧によって接続し、割型中子を利用する金属線接続部材により金属製の内接線を接続し、両接続部材を任意の接続部材によって接続することができる。
【００５４】
上記割型中子の外側にテーパ面を形成し、端子部本体にテーパ面と係合するテーパ部を形成し、割型中子に形成した支持部で金属製の内接線を挟み込み、これを押圧しつつ任意の接続部材に接続することができる。
【００５５】
上記密閉形部材内でヒータ部材を線対称に配置し、その対称軸上にガス導入・排出口を形成し、容器の溶接時にガス導入・排出口から非酸化性ガスを導入し、容器の封着時にガス導入・排出口から排気を行う構成にすることができる。
【００５６】
カーボンワイヤからなるヒータ部材とワイヤー状カーボンを石英ガラス筒内に配列された複数のもしくは少なくとも端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンにより固定し、前記ワイヤー状カーボンと電源側の金属製の内接線を第２の端子装置で接続する構成にし、第２の端子装置が、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを接続するための第２のワイヤー状カーボン接続部材を備え、割型中子を利用して金属製の内接線を接続する構成の金属線接続部材を備え、第２のワイヤー状カーボン接続部材と金属線接続部材を接続するための端子部本体を備え、両接続部材を端子部本体の一端側と他端側に接続する構成にすることができる。
【００５７】
上記ヒータ部材が複数のもしくは少なくとも端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンが内部に配列された石英ガラス筒及び第２端子装置が石英ガラス管内に封入された構成にすることができる。
【００５８】
上記石英ガラス管の内側に配置された金属製の内接線と電源側の外接線をＭｏ箔を介して接続し、Ｍｏ箔を石英ガラス製のピンチシール部で封着した構成の第３の端子装置を有するようにすることがより好ましい。
【００５９】
ヒータ部材の両端に端子部材を接続してヒータ面の反対側に突出させ、端子部材に石英ガラス管を被せて石英ガラス部材を密封した構成にすることができる。上記石英ガラス管の自由端側に端子部本体を配置し、端子部材と端子部本体を複数本のもしくは少なくとも一方の端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンで接続した構成にすることができる。
【００６０】
上記密閉形部材内でヒータ部材を線対称に配置し、その対称軸上にガス導入・排出口を形成し、容器の溶接時にガス導入・排出口から非酸化性ガスを導入し、容器の封着時にガス導入・排出口から排気を行う構成にすることができる。
【００６１】
上記密閉形部材が、全体的に平板半円形状で中心部に切欠きを有する割型になっており、これを２個組み合わせて円形平板ヒータを形成して、その中心部に治具を貫通できる構成にすることが好しい。
【００６２】
上記端子部材が上記ヒータ部材と上記複数本のワイヤー状カーボンを接続するものであり、その一端側にヒータ部材接続部を形成してヒータ部材を接続し、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを一括して接続するための第１のワイヤー状カーボン接続部材を設け、端子部材の他端側に第１のワイヤー状カーボン接続部材を接続する構成にし、第１のワイヤー状カーボン接続部材を中空に形成してその内側に中子部材を配置し、上記複数のワイヤー状カーボンを中子部材で押圧して接続することが好しい。
【００６３】
上記端子部材と第１のワイヤー状カーボン接続部材の相方の接続端側に夫々めねじ部を形成し、中間部材に各めねじ部に対応するおねじ部を形成し、中間部材を介して両部材を接続することが好しい。
【００６４】
上記ワイヤー状カーボンの他端側を、中空部が形成されその内側に中子部材を有する第２のワイヤー状カーボン接続部材に、この中子部材での押圧によって接続し、割型中子を利用する金属線接続部材により金属製の内接線を接続し、両接続部材をこの中間に位置する端子部本体によって接続することが好しい。
【００６５】
上記割型中子の外側にテーパ面を形成し、端子部本体にテーパ面と係合するテーパ部を形成し、割型中子に形成した支持部で金属製の内接線を挟み込み、、これを押圧しつつ端子部本体に接続することが好しい。
【００６６】
上記金属製の内接線をＭｏ製金属棒にすることが好しい。
【００６７】
上記ワイヤー状カーボン接続部材と端子部本体、及び、端子部本体と金属線接続部材を、それぞれネジ式で接続することが好しい。
【００６８】
カーボンワイヤからなるヒータ部材とワイヤー状カーボンを第１の端子装置で接続し、前記ワイヤー状カーボンと電源側の金属製の内接線を第２の端子装置で接続する構成にし、第１の端子装置が、端子部材を備え、その一端側に形成したヒータ部材接続部にヒータ部材を接続するようになっており、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを接続するための第１のワイヤー状カーボン接続部材を備え、端子部材の他端側に第１のワイヤー状カーボン接続部材を接続するようになっており、第１のワイヤー状カーボン接続部材を中空に形成してその内側に中子部材を配置し、分割したワイヤー状カーボンを中子部材で押圧して接続する構成になっており、第２の端子装置が、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを接続するための第２のワイヤー状カーボン接続部材を備え、割型中子を利用して金属製の内接線を接続する構成の金属線接続部材を備え、第２のワイヤー状カーボン接続部材と金属線接続部材を接続するための端子部本体を備え、両接続部材を端子部本体の一端側と他端側に接続する構成にすることができる。
【００６９】
上記ヒータ部材と上記第１及び第２の端子装置が石英ガラス管内に封入され、石英ガラス管の内側に配置された金属製の内接線と電源側の外接線をＭｏ箔を介して接続し、Ｍｏ箔を石英ガラス製のピンチシール部で封着した構成の第３の端子装置を備えることがより好ましい。
【００７０】
上記ヒータ部材を封入した密閉形部材は、石英ガラス製もしくはアルミナ製平板状容器で形成できる。
【００７１】
上記ヒータ部材を複数の端子部材及びワイヤー支え治具によって上記平板状容器内に非接触で支持されて封入した構成にできる。
【００７２】
上記端子部材の長さ方向に、ボルト差し込み用の略円筒状の穴部が形成されており、かつ少なくともこの穴部を貫通する略円筒状横穴が形成されており、該横穴に上記ヒータ部材を差し込み、該穴部に少なくとも該横穴の下端に達する長さを有するボルトを回転挿入する構造にすることができる。
【００７３】
上記ボルト差し込み用の略円筒状穴部の径を上記略円筒状横穴の径より大きくし、該横穴に差し込まれた上記ヒータ部材が、上記ボルトによって加圧され、該穴部に達するように偏平に変形された構成にすることが好しい。
【００７４】
上記ボルトと上記ヒータ部材の間に、膨張黒鉛シートを介在させることが好しい。
【００７５】
上記ワイヤー支え治具が透光性アルミナ単体もしくは、高純度カーボン及び透光性アルミナの組立部材から成ることが好ましい。
【００７６】
上記組立部材の、ヒータ部材に接する部分が、高純度カーボン材料から成り、上記組立部材の、平板状容器に配置接続する部分が、透光性アルミナ材料から成ることが好ましい。
【００７７】
上記ヒータ部材の下側にカーボン製反射板を配置することができる。
【００７８】
上記平板状容器の発熱面に、断面半円状もしくは台形状の凸部が形成されており、この表面につや出し処理を施すことができる。
【００７９】
上記ヒータ部材を封入した密閉形部材は、湾曲形であっても良い。
【００８０】
上記板状の石英ガラス支持体に上記ヒータ部材を封入し、ヒータ部材の周辺部以外の石英ガラス支持体を実質的に一体化した板状のカーボンヒータを、所定形状の断面を有するカーボン製下型と、それと対になるカーボン製上型との間で押圧して、板状のカーボンヒータを所定形状に湾曲させることができる。
【００８１】
上記カーボン製上型・下型が半円形の断面形状を有しており、実質的に半円筒形のカーボンヒータにすることができる。
【００８２】
上記板状の石英ガラス支持体に少なくとも一面が鏡面のカーボン製反射板を、上記ヒータ部材とは独立して封入することができる。
【００８３】
第１グループの発明の要約を以下に述べる。
【００８４】
第１グループの発明は、均熱性及びフレキシビリティーに優れ、低コストで製造できる特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒータを提供することを目的としている。
【００８５】
第１グループの発明のカーボンヒータは、直径が５〜１５μｍであるカーボンファイバーを複数本束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状やテープ形状のような縦長形状に編み込み、その含有不純物量を灰分で１０ｐｐｍ以下としたヒータ部材を具備している。
【００８６】
これによって、ヒータ部材としての高温時の引張強度が確保され、またカーボンファイバーの密着性がその長さ方向において均一になり、よって長さ方向での発熱ムラが低減される。
【００８７】
ここで、複数本束ねるカーボンファイバーの各々の直径を５〜１５μｍとしたのは、５μｍ未満では１本１本のファイバーが弱く、これを束ねて所定の縦長形状に編み込んだヒータ部材とすることが困難となる。また、ファイバーが細いため、所定の抵抗値を得るためのファイバー本数が多くなり実用的でない。また、１５μｍを超える場合には、柔軟性が悪く複数本束ねたカーボンファイバー束を編み込むことが困難なばかりか、カーボンファイバーが切断され、強度が著しく低下する、といった不具合が生ずるためである。
【００８８】
また、カーボンヒータの不純物を灰分で１０ｐｐｍ以下に制限したのは、不純物が１０ｐｐｍを超えると、微量の酸素でも酸化され易くなり、このために異常発熱を起し易くなるからである。
【００８９】
実際、不純物が灰分で１０ｐｐｍを超える場合には、８００℃の大気中で１０分間で異常発熱を起こし、窒素中に１００ｐｐｍの酸素が存在する雰囲気においては８００℃で１０時間使用すると異常発熱を起こすことが確認されている。
【００９０】
一方、不純物が灰分で１０ｐｐｍ以下の場合には、窒素中に１００ｐｐｍの酸素が存在する雰囲気において８００℃で５０時間以上使用しても異常発熱を起こさないこと、及び、８００℃の大気中においては１０分未満であれば異常発熱を起こさないことが確認されている。
【００９１】
不純物は灰分で３ｐｐｍ以下であることがより好ましい。この場合には、特に異常発熱を抑える効果が大きくなり、より長寿命化を達成できる。
【００９２】
上記ヒータ部材は、上記５〜１５μｍのカーボンファイバーを１００〜８００本を束ねて、この束を３本以上、好ましくは６〜１２本束ねてワイヤー形状やテープ形状のような縦長形状に編み込んだものであることが好ましい。
【００９３】
カーボンファイバを束ねる本数が１００本未満では所定の強度と抵抗値を得るために６〜１２束では足りなくなり、編み込みが困難である。また、本数が少ないために部分的な破断に対して編み込みがほぐれ、形状を維持することが困難となる。また、前記本数が８００本を超えると、所定の抵抗値を得るために束ねる本数が少なくなり、編み込みによるワイヤー形状の維持が困難となる。
【００９４】
さらに、上記ヒータ部材は、１０００℃での抵抗値を１〜２０Ω／ｍ・本とすることが好ましい。その理由は、一般的な半導体製造装置用加熱装置において、従来からのトランス容量にマッチングさせる必要があるからである。
【００９５】
すなわち、抵抗値が２０Ω／ｍ・本を超える場合には、抵抗が大きいためヒータ長を長くとることができず、端子間で熱が奪われて温度むらが生じ易くなる。一方、抵抗値が１Ω／ｍ・本未満の場合には、反対に抵抗が低いためヒータ長を必要以上に長くとらなければならず、カーボンワイヤーやカーボンテープのような細長のヒータ部材の組織むらや雰囲気のむらにより温度のばらつきが生じる恐れが大きくなる。
【００９６】
尚、上記ヒータ部材の１０００℃での電気抵抗値は、上記特性をより高い信頼性で得るためには、２〜１０Ω／ｍ・本とすることがより好ましい。
【００９７】
また、カーボンファイバー束を編み込むことによって、断面形状がほぼ円形であるヒータ部材の径を、その長さ方向において一定化することができ、結果、発熱量を長さ方向で安定化させることができる。さらに、この編み込みによって、後述するヒータ部材表面でのカーボンファイバーによる毛羽立ち状態を形成することを可能せしめる。また、このヒータ部材は、発熱されることによって、これ自身熱膨張を起こし、例えば２本の端子間に張られた同ヒータ部材は、もし編み込みのないものであったとしたら、たれが生じ、発熱むらを起こすが、編み込まれていることによってこのような問題が生ずることがない。
【００９８】
第１グループの発明において、カーボンヒータ材料となるカーボンファイバーは従来のＣ／Ｃとは異なり、樹脂で固化し一体化したものでないことが好ましい。これはカーボンファイバーのもつフレキシビリティーが損なわれ、また樹脂の熱収縮に伴い、該ファイバーの切断などが生ずるからである。
【００９９】
上記ヒータ部材の１本もしくは複数本を配置し、石英ガラス製または透光性アルミナ製の密封形部材に封入し、例えば半導体製造装置用のカーボンヒータを構成することが好ましい。
【０１００】
これによって、上記ヒータ部材を酸化性雰囲気、高温雰囲気等の種々の条件での使用可能せしめることができる。
【０１０１】
特に、石英ガラス製とすることによって、より高い高純度化を達成することができ、半導体製造装置用として有効なものとすることができる。
【０１０２】
尚、複数本の上記ヒータ部材を上記密封形部材内に封入するときには、これらを並列に配置することが好ましい。この場合、ヒータ部材を複数本並列に配置するというのは、ヒータ部材の全長に渡って２本以上が、隣接し略平行して、配置することを意味する。これによって、カーボンヒータ全体での電気抵抗値を容易に調整することができるとともに、複数本のヒータ部材が隣接している、つまり長さ方向の多数の箇所で接触した状態が形成されることによって、例え、１本のヒータ部材が所定の部分で部分的な切断等の不具合が生じた場合でも、その近傍で、上記接触する部分が存在することで上記不具合に伴う発熱ムラを防止することができる。
【０１０３】
また、ここでいう密封形部材とは、上記ヒータ部材を石英ガラス製または、透光性アルミナ製材料で物理的に密封する部材を意味することは、もちろんであるが、後述するように、同部材内に、窒素等の非酸化性ガスを流入・流出する構造を付加し、結果、上記ヒータ部材が、外気（空気）と接することを防止した実質的に密封された部材をも意味するものである。
【０１０４】
前記密封形部材の形状は、二重管形状、直管形状、環状管形状等から選ぶことができる。
【０１０５】
このような形状の複数個の石英ガラスまたは透光性アルミナ容器を組み合わせて所定形状のヒーティングゾーンを形成することにより、その形状に合致した被処理物を均一に加熱することができる。
【０１０６】
また、上記密封形部材内に窒素等の非酸化性ガスを流入したり、容器内を２０ｔｏｒｒ以下の真空にすることが好ましい。これによって、上記カーボンヒータの劣化を防止し、長寿命化及び均熱性の長時間の持続を可能せしめるからである。
【０１０７】
次に第２グループの発明の要約を述べる。
【０１０８】
第２グループの発明の目的の１つは発熱ムラが少なく、例えば半導体（ウエハ）等の被加熱体を均一に熱処理することができ、長時間の高温強度を維持でき、高い耐用寿命が得られるカーボンヒータを提供することである。
【０１０９】
第２グループの発明の他の目的は、カーボンファイバーを複数本束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状やテープ形状のような縦長形状に編み込んだヒータ部材を支持する密封形部材を構成する石英ガラス支持体への応力集中が生じない形態で、封入を確実に実施でき、しかも、上記ヒータ部材を支持する石英ガラス支持体の厚さを自由に設定できるカーボンヒータを提供することである。
【０１１０】
第２グループの発明のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体中の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっている。
【０１１１】
ここで、実質的に一体化された構成とは、後述するように複数の石英ガラス板の接合面を融着させて、本発明のカーボンヒータを接合剤を用いないで製造した場合に、カーボンヒータ内部のヒータ部材を配置した溝や端子部などの空間が、外部（大気や炉内雰囲気）と融着部で縁切られるようにカーボンヒータ周辺部が融着されており、さらに内部の石英ガラス接触面が全面にわたり融着されている状態を示す。ただし、融着の効果に支障のない程度で未融着部が接触面積に対し３０％以下程度ならば存在してもよい。また、この３０％以下程度としたのは、ヒーター部材からの放射光が不均一になることを防止するためである。
【０１１２】
これによって、上記ヒータ部材を支持する石英ガラス支持体への応力集中が生じない形態で密着を確実に実施でき、また厚さが５ｍｍ以下の低強度の石英ガラス板を用いた場合でも、減圧環境下で石英ガラスに破損が生ずることがない。
【０１１３】
尚、上記のヒータ部材周辺部の中空の空間は、後述するようなヒータ部材表面に形成されるカーボンファイバーの毛羽立ち部分が存在する空間となる。
【０１１４】
第２グループの発明のカーボンヒータは、上記石英ガラス支持体が複数枚の石英ガラス板の各々の接合面全体を融着により実質的に一体化したものであり、少なくとも一枚の石英ガラス板の接合面に配線用溝を形成し、そこに上記ヒータ部材を配置することが好ましい。
【０１１５】
このように、少なくとも一枚の石英ガラス板の接合面に配線用溝を形成し、この配線用溝内に直径が５〜１５μｍであるカーボンファイバーを複数本束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状やテープ形状のような縦長形状に編み込み、その含有不純物量を灰分で１０ｐｐｍ以下としたヒータ部材を配置する構成とすることによって、このカーボン質のヒータ部材が、ワイヤー形状やテープ形状のヒータ部材の表面で毛羽立った多数の直径が５〜１５μｍのカーボンファイバーによって、石英ガラス製の密封形部材と接触する構造となるため、ヒータ部材に通電を行い高温に発熱させた状態にしたとしても、カーボンと石英ガラスの反応が進行し、結果、カーボン質のヒータ部材が劣化するのを防止することができる。（ヒータ部材の表面に毛羽立ったカーボンファイバーは、石英ガラス製の密封形部材と接触するため、接触した部分から珪化が進むが、この径が極めて微細であり、体積が小さいことから、この珪化反応がヒータ部材全体に進行するのを抑制するものと推測される。）つまり、このことは発熱ムラが生ずることを防止し、また耐用寿命の長期化を図れることを意味する。
【０１１６】
尚、このヒータ部材は、発熱量を調整あるいは品質を安定化するために、１本もしくは２本さらにそれ以上の本数を並列に配置することも可能である。その場合、配線用溝の底部に、この本数に対応する二段溝をさらに設けることが好ましい。
【０１１７】
第２グループの発明のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、上記石英ガラス支持体が２枚の石英ガラス板を融着したものであり、少なくとも１枚の石英ガラス板の接合面に所定深さの配線用溝が形成されており、上記深さ分を含まない各々の石英ガラス板の厚さが略同一となる構成になっている。これによって、均等に放熱することができる。
【０１１８】
また、第２グループの発明の他のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、上記石英ガラス支持体が厚さの異なる２枚の石英ガラス板を融着したものであり、少なくとも１枚の石英ガラス板の接合面に所定深さの配線用溝が形成されており、上記深さ分を含まない一方の石英ガラス板の厚さが他方の厚さの１／２以下となる構成になっている。これによって、一方に対しての放熱を大きくすることができる。上記２つの形態のカーボンヒータは、これを配置する場所によって、適宜、いずれかを選択することができる。
【０１１９】
さらに第２グループの発明のカーボンヒータは上記配線用溝が、その長さ方向に垂直な断面形状の少なくとも下方側に湾曲形状を有し、かつ、つや出し処理されていることがより好ましい。もちろん、横断面全体を湾曲形状にしても良い。これにより、複数枚の石英ガラス板を融着一体化する際に、配線用溝の横断面形状が熱変形しカーボンワイヤと面接触するのを極力防止することができ、石英ガラスとカーボンの反応に伴うカーボンワイヤの劣化を防止することができる。これは、上記湾曲形状によって、溝内部に湾曲形状の曲率を持つことにより応力を分散することができ、溝内部の変形がおさえられることに起因する。
【０１２０】
また、同熱変形に伴う石英ガラス支持体の内部歪みの蓄積を抑制することができ、この割れ等の不具合を防止することができる。さらには、この面接触に伴うヒータ部材からの発熱量の吸収による、当該カーボンヒータとしての発熱ムラを防止することができる。
【０１２１】
尚、上記配線用溝を例えば酸水素バーナーによって所定時間あぶることによってつや出し処理するのは、石英ガラス板に配線用溝を機械加工によって形成したままの多少の凹凸が多数存在する通常の状態では、当該カーボンヒータを発熱させ配線用溝が加熱された場合に、上記凹凸のうち、特に凸部において、極部加熱状態となり、まばらにつや出し処理がなされたような構造となってしまい、当該カーボンヒータによる加熱ムラが生じてしまうことから、これを防止することを意図している。
【０１２２】
第２グループの発明のカーボンヒータは上記配線用溝内部を減圧又は非酸化性ガス雰囲気に保った状態で融着させたものであることが好ましい。これは、カーボンワイヤの製造時における酸化劣化を防止するためである。
【０１２３】
第２グループの発明の他のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、上記配線用溝が、その長さ方向に垂直な断面形状が全体的に「凸」の字状となる構成になっている。
【０１２４】
これにより、カーボンワイヤを配線用溝に配置する際に、同ワイヤが上方に浮き上がるのを防止することができ、作業性を良好とすることができる。また、溝周囲に、特に溝の上辺（上板）のたわみによる熱歪を緩和することが可能となる。
【０１２５】
尚ここで「凸」の字状とは、横長の長方形の上辺のほぼ中央部上方に、この上辺よりも一辺の長さが短い正方形もしくは、この上辺よりも上辺が短い縦長の長方形を結合したような形状を意味する。
【０１２６】
また、第２グループの発明のカーボンヒータは、第１の石英ガラス板に配線用溝を形成し、第２の石英ガラス板に配線用溝と対になる幅狭の挿入用溝もしくは貫通スリットを形成し、第１・第２石英ガラス板を溝同士が対向するように接合し、第２石英ガラス板の表面を研磨又は研削して挿入用溝もしくは貫通スリットの底部を削除することによりこれを挿入用窓として露出させ、そこから第１の石英ガラス板の配線用溝内にヒータ部材を押し込み、研磨面又は研削面に第３の石英ガラス板を合わせ、しかる後に３枚の石英ガラス板を融着させ溝以外の部分全面を実質的に一体化させることにより、上記配線用溝をその長さ方向に垂直な断面形状が全体的に「凸」の字状にしていることが好ましい。
【０１２７】
これによって、上記作業性の良好化及び上記熱歪の緩和をより確実にせしめることができる。
【０１２８】
第２グループの発明の他のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、石英ガラス支持体が、不透明石英ガラス層を有する構成になっている。
【０１２９】
また、上記の複数枚の石英ガラス板のうちの１枚が不透明石英ガラス板であってもよい。
【０１３０】
これによって、カーボンヒータで加熱したくない側への放熱を上記不透明石英ガラス層によって防止することができる。
【０１３１】
第２グループの発明の他のカーボンヒータは、上記ヒータ部材と、少なくとも片面が鏡面のカーボン製反射板とが、板状の石英ガラス支持体に封入されている構成になっている。
【０１３２】
尚、上記カーボン製反射板は、上記ヒータ部材と対向する側の面が鏡面となっていることが好ましい。
【０１３３】
この時、３枚の石英ガラス板を用いる場合には、石英ガラス板の２つの接合面に設けた配線用溝と反射板設定座ぐりに、それぞれヒータ部材と少なくとも片面が鏡面のカーボン製反射板を配置し、石英ガラス板の接合部を融着により実質的に一体化することが好ましい。
【０１３４】
尚、この場合のより好ましい形態は、次のとおりである。つまり、第１の石英ガラス板の上面に反射板設定座ぐりを形成し、この座ぐり部に少なくとも上面が鏡面のカーボン製反射板を配置し、また第２の石英ガラス板の上面に上記配線用溝を形成し、この溝部に上記ヒータ部材を配置し、上記第１の石英ガラス板の上に上記第２の石英ガラス板を重ね、さらに、その上に第３の石英ガラス板を重ね合せた後、各々接する部分を融着により、実質的に一体化させたものである。
【０１３５】
これによって、反射板方向への放熱をおさえ、一方向の面に放熱を多くすることができる。さらに反射板の存在により放熱される熱が均一に畜熱分散され、ヒータ面内の温度分布を均一にすることができる。
【０１３６】
特にカーボンを選択した理由は、カーボン材が純化処理が容易であり、その高純度化されたカーボン材を用いることによって不純物の拡散によるヒータ部材及び被処理物への金属汚染を防止することができるからである。
【０１３７】
また、第２グループの発明のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、全体的に板状の石英ガラス支持体に少なくとも片面が鏡面のカーボン製反射板が封入されている反射板状体を、上記密封形部材に隣接配置する構成になっている。
【０１３８】
これによって、上記反射板状体が輻射をさえぎり、および反射させることにより加熱させたくない部分を保護することが極めて容易に達成できる。
【０１３９】
第２グループの発明のカーボンヒータにおいては、上述のいずれの形態においても、板状の石英ガラス支持体の少なくとも一つの外表面に、断面半円状もしくは台形状の凸部が形成されており、この外表面がつや出し処理されていることが好ましい。尚、上記凸部は、ヒータ面上方から見た場合には、これがストライプ状もしくは同心部状に形成されているか、あるいは、これが格子状に多数形成された状態となっている。これにより本発明のヒータ部材の如き線状発熱体によるヒータ面上方への発熱を、光の散乱によって均一化せしめるといったプリズム効果が得られる。
【０１４０】
通常、同様の効果を得るために、ヒータ面をサンドブラスト処理する方法が採用されるが、この場合には、表面が砂目状となっており、この表面からの放熱が抑制され、石英ガラス自身に熱を蓄積してしまいエネルギー効率が低下してしまう。この意味で、上記つや出し処理されていることは、重要な事項である。
【０１４１】
さらに、第２グループの発明のカーボンヒータにおいては、ヒータ部材もしくはヒータ部材の両端に接続された端子部が、ヒータ部材の形成するヒータ面に対して実質的に垂直に引き出すことが好ましい。端子部をヒータ面と垂直に引き出すことにより、石英ガラス支持体の融着面を大きくすることができ、強度の点で有利となる。また、この構成によれば、下方側もしくは上方側から被処理物である一枚もしくは複数枚の半導体ウエハを加熱する半導体製造装置に、上記カーボンヒータを容易に配置することができる。尚、この第２グループの発明のカーボンヒータの端子部における具体的構成については、後述する第４グループの発明を適用することができる。
【０１４２】
第２グループの発明の他のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、上記密閉形部材が、湾曲形である構成となっている。
【０１４３】
これにより、発熱ムラが少なく、長時間の高温強度を維持でき、高い耐用寿命が得られ、かつ例えば、半導体（ウエハ）等の被加熱体を配列したロッドを均一に熱処理することのできる例えば円筒の２分割形状である湾曲形カーボンヒータを提供することができる。
【０１４４】
上記湾曲形のカーボンヒータにおいては、上記板状の石英ガラス支持体に上記ヒータ部材を封入し、ヒータ部材の周辺部以外の石英ガラス支持体を実質的に一体化した板状のカーボンヒータを、所定形状の断面を有するカーボン製下型と、それと対になるカーボン製上型との間で押圧して、板状のカーボンヒータを所定形状に湾曲させたものであることが好ましい。
【０１４５】
これにより、上記ヒータ部材が石英ガラス支持体に密封されており、上記ヒータ部材の周辺部以外の石英ガラス支持体が実質的に一体化した湾曲形カーボンヒータが得られ、これによって、上記ヒータ部材を支持する石英ガラス支持体への応力集中が生じない形態で封着を確実に実施でき、また厚さが５ｍｍ以下の低強度の石英ガラス板を用いた場合でも、減圧環境下で石英ガラスに破損が生ずることがない。
【０１４６】
上記カーボン製上型・下型が半円形の断面形状を有しており、実質的に半円筒形のカーボンヒータとすることが好ましく、さらに、上記板状の石英ガラス支持体に少なくとも一面が鏡面のカーボン製反射板を、上記ヒータ部材とは独立して封入することがより好ましい。これは非加熱部を保護するためであり、輻射を食い止めることができるためである。
【０１４７】
なお、第２グループの発明のカーボンヒータは、半導体の酸化、拡散、ＣＶＤなどの熱処理装置のみならず、洗浄装置などにおいても何かしらの加熱を伴う半導体製造装置であれば、あらゆるものに適応可能である。
【０１４８】
次に、第３グループの発明の要約を述べる。
【０１４９】
前述の第１グループの発明は、カーボンファイバーを編み込んだ柔軟なカーボンワイヤを用いてカーボンヒータを構成するものである。このように、カーボンワイヤを用いることにより、ヒータの形状に自由度が生れ、設計面や取り扱い上の利点を享受できる。
【０１５０】
第３グループの発明は、このような利点を持つカーボンワイヤ状のヒータ部材を用い、耐用寿命を大幅に向上でき、また急速昇降温が可能な例えば半導体製造装置用のカーボンヒータを提供することを目的としている。
【０１５１】
第３グループの発明のカーボンヒータは、直径が５〜１５μｍであるカーボンファイバーを複数本束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状やテープ形状のような縦長形状に編み込み、その含有不純物量を灰分で１０ｐｐｍ以下としたヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体中の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、上記密閉形部材が配線用溝を有する石英ガラス製の設定部材及び石英ガラス製の蓋部材からなり、上記配線溝に上記ヒータ部材を配置した構成からなっている。
【０１５２】
この構造によって発熱ムラが少なく、つまり被加熱体である半導体（ウエハ）を均一に熱処理することができ、かつ長時間の高温強度を維持でき、高い耐用寿命が得られる。
【０１５３】
上記する複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー状に編み込んだヒータ部材の表面を直径５〜１５μｍのカーボンファイバーでも毛羽立った構造とすることによって、石英ガラスとカーボンの実質的接触面積が極端に少なくなり（実質的には、ヒータ部材のうち石英がラスと接しているのは、この毛羽立ったカーボンファイバー部分のみである）、その結果１３５０℃程度でも相当長時間使用できることが確認されている。
【０１５４】
第３グループの発明のカーボンヒータは、上記設定部材及び蓋部材のいずれかもしくは両者の外周部に防炎堤を形成し、この防炎堤以外の対向面が０．２〜１．０ｍｍの間隔において配置され、両部材を石英ガラスの肉盛り法によって、一体化していることが好ましい。
【０１５５】
なお、石英ガラス製の設定部材及び蓋部材の被せにあたっては、両部材を所定の間隔で略平行に離した状態で石英ガラスの肉盛り溶着法によって隙間のないよう固定することが好ましい。これは、両部材を、例えば略全域で当接させた状態で外周部を溶着もしくは肉盛り溶着すると、この際の外周部加熱に伴い、両部材もしくはいずれかの部材に亀裂やクラックが生ずるのに対し、上記固定によれば、このような問題が生ずることなく強固な被せが可能となる。これは、加工時の部分加熱による熱応力の集中及び、設定部材及び蓋部材の温度差による反り発生を緩和したことによると考えられる。
【０１５６】
また、上記好ましい形態によって防炎堤が存在することで、加熱源である酸水素バーナーの炎が両部材間に入り込み、内部のカーボンヒータを酸化するのを極力防止することができる。また、設定部材及び蓋部材の間隔を全域にわたって均一にすることができ、さらには設定部材及び蓋部材の外周部にＳｉＯ₂微粉による白色の曇りが発生するのを防止し、本カーボンヒータの均熱性を向上せしめることができる。
【０１５７】
尚、この防炎堤の相手部材と接する面は、全面において加熱・溶着されていることが重要である。溶着されないで単に面接触している部分が存在すると上記のような亀裂やクラックが溶着時に生じてしまうからである。
【０１５８】
この上記防炎堤は、所定形状の両部材を形成する際に一体的に設けてもよく、各々の外周部に後から溶接して設けてもよい。
【０１５９】
そして両部材の溶着されない部分の対向面は０．２〜１．０ｍｍの間隔において配置されることが好ましい。これは０．２ｍｍ未満では両部材の亀裂やクラックを十分に防止することができず、また１ｍｍを超える場合には、溶着用火炎が入り込み易くカーボンヒータが酸化される恐れが大きくなるからである。
【０１６０】
また、第３グループの発明のカーボンヒータにおいては、上記ヒータ部材の両端にカーボンターミナルを配置し、カーボンターミナルに電極を接続し、この電極のカーボンターミナル側の部分に石英ガラスパイプを被せた構成とすることが好ましい。
【０１６１】
カーボンターミナルを設けることにより、カーボンターミナルをヒータ部材より低温にして、若干の酸素が入り込んでも、酸化防止することができる。特に、カーボンターミナルの周辺から非酸化性ガスを導入すれば、酸化防止をより徹底することができる。
【０１６２】
また、上記ヒータ部材と金属電極が直接接触していると、金属汚染によりヒータ部材のライフが著しく低下する。カーボンターミナルを介在させることは、ヒータ部材と金属電極との接触をなくす意味からも役立つ。
【０１６３】
金属電極の少なくともカーボンターミナル側の部分には、石英ガラスパイプを被せることが好ましい。そして、金属電極や端子の露出部は、炉外に配置する。このように、金属電極の炉内部分を石英ガラスで覆うことによって、金属電極からのＦｅやＡｌ等の不純物汚染を低減することができる。
【０１６４】
このカーボンターミナルの不純物濃度は、灰分で１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。これによりヒータ部材の劣化をおさえ、長寿命にすることができるからである。
【０１６５】
ヒータ内に窒素やアルゴンガス等の非酸化性ガスを導入する構成にすることが好ましい。このように非酸化性ガスを導入することによって、ヒータ部材の酸化を防止することができる。
【０１６６】
カーボンターミナルに接続する金属電極も高温になると不純物を発生する可能性があるが、金属電極を収容する石英ガラスパイプから非酸化性ガスを排出すれば、不純物の発生を防止できる。
【０１６７】
更に、また、上記金属電極としてはモリブデン（Ｍｏ）を用いることが好ましい。これはＭｏの熱膨張係数がカーボン材のそれと近似し、カーボンターミルとの良好な接合が高温時でも維持されるからである。
【０１６８】
ヒータ部材としては、第１グループの発明で述べたヒータ部材を用いることが好ましい。
【０１６９】
設定部材と蓋部材を平板状にすることが可能である。
【０１７０】
更に、第３グループの発明のカーボンヒータにおいては、カーボン製のヒータ部材と石英ガラス製の設定部材との反応をより確実に抑制するためには、配置用溝にアルミナ粉を配置し、アルミナ粉の焼結体によってヒータ部材を支持することが好ましい。
【０１７１】
これによってカーボンヒータの使用最高温度をより確実に１３５０℃程度まで引き上げることができる。
【０１７２】
上記アルミナ粉の焼結体は、設定凹所にアルミナ粉及び上記ヒータ部材を設置した後に１３００℃程度の熱処理を行うことによって形成される。
【０１７３】
また、アルミナ粉の鉄不純物濃度は、鉄汚染によってカーボン質のヒータ部材のライフが低下しないように、５ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
【０１７４】
なお、第３グループの発明のカーボンヒータは、半導体の酸化、拡散、ＣＶＤなどの熱処理装置のみならず、洗浄装置などにおいても何かしらの加熱を伴う半導体製造装置であれば、あらゆるものに適応可能である。
【０１７５】
次に、第４グループの発明の要約を述べる。
【０１７６】
第４グループの発明は、前述のような利点を持つカーボンワイヤ状のヒータ部材を用い、耐用寿命を大幅に向上でき、また急速昇降温が可能な例えば半導体製造装置用のカーボンヒータを提供することを目的としている。
【０１７７】
また、第４グループの発明は、上記ヒータ部材とワイヤー状カーボンからなる端子線とを、さらには、ワイヤー状カーボンからなる端子線と金属製の端子線とを確実にかつ容易に接続できるシンプルな構造のカーボンヒータを提供することを目的としている。
【０１７８】
第４グループの発明のカーボンヒータは、上記ヒータ部材を１本もしくは複数本封入した密封形部材が、板状の石英ガラス支持体によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構成になっているカーボンヒータであって、上記ヒータ部材もしくはヒータ部材の端子部が、ヒータ部材の形成するヒータ面に対して実質的に垂直に引き出される構成となっている。
【０１７９】
このような構成によれば、下方側もしくは上方側から被処理物である半導体ウエハを加熱する半導体製造装置に、上記カーボンヒータを容易に配置することができ、かつ面内均熱性に優れ、耐用寿命が長いヒータとすることができる。
【０１８０】
上記のヒータ部材の好ましい形態は、第１グループの発明で述べたとおりである。
【０１８１】
上記第４グループの発明のカーボンヒータの１つの形態は、上記ヒータ部材自身がヒータ部材の形成するヒータ面に対して実質的に垂直に引き出される構造のものである（以下、これを第４−１グループの発明として詳述する）が、この場合には、ヒータ部材の両端をヒータ面の反対側に突出させ、突出したヒータ部材を石英ガラス支持板に当接する石英ガラス筒内に配列された複数のもしくは少なくとも端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンにより固定し、上記石英ガラス筒に石英ガラス管を被せて上記密閉形部材を密封した構成とすることが好ましい。
【０１８２】
これにより、ヒータ部材を上記ワイヤー状カーボンからなる端子線に強固にかつ確実に接線することができる。また上記ヒータ部材が同種の複数本のワイヤー状カーボンに接し、電気的接触抵抗を下げるため、スパーク等の不具合を防止することができる。
【０１８３】
さらには、このような構成によれば、後述するようなヒータ部材の端部を上記石英ガラス製密閉形部材内において端子部材を配置し、端子線に接続する方法に比べ、同密閉形部材内にヒータ部材以外の異物が存在しない分だけ、ヒータ面上方への発熱ムラがより低減される傾向にある。
【０１８４】
第４−１グループの発明のカーボンヒータにおいては、端子線となる上記ワイヤー状カーボンの他端側を、中空部が形成されその内側に中子部材を有する第２のワイヤー状カーボン接続部材に、この中子部材での押圧によって接続し、割型中子を利用する金属線接続部材により金属製の内接線を接続し、両接続部材を任意の接続部材によって接続することがより好ましい。
【０１８５】
特に、上記中子部材での押圧を利用した複数のワイヤー状カーボン接続方法によって、電気的接触抵抗をおさえスパーク発生を防止することができる。また上記割型中子を用いた内接線の接続方法によって、広い面で金属製内接線とカーボン端子部材を接触させることができ、スパーク発生を防止することができる。
【０１８６】
上記割型中子を利用する金属線接続部材での内接線を接続する方法としては、特に、上記割型中子の外側にテーパ面を形成し、端子部本体にテーパ面と係合するテーパ部を形成し、割型中子に形成した支持部で金属製の内接線を挟み込み、これを押圧しつつ任意の接続部材に接続する構成にすることが好ましい。これにより、接触抵抗を押え、スパーク発生を防止することができる。
【０１８７】
さらにまた、上記密閉形部材内でヒータ部材を線対称に配置し、その対称軸上にガス導入・排出口を形成し、容器の溶接時にガス導入・排出口から非酸化性ガスを導入し、容器の封着時にガス導入・排出口から排気を行う構成にすることが好ましい。これにより、ヒータ内部で均一に非酸化ガスを導入することが可能となり、カーボンの酸化防止とヒータ面内温度分布を均一にすることができる。
【０１８８】
上記の説明から理解されるとおり、第４−１グループの発明のカーボンヒータにおいては、カーボンワイヤからなるヒータ部材とワイヤー状カーボンを石英ガラス筒内に配列された複数のもしくは少なくとも端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンにより固定し、前記ワイヤー状カーボンと電源側の金属製の内接線を第２の端子装置で接続する構成にし、第２の端子装置が、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを接続するための第２のワイヤー状カーボン接続部材を備え、割型中子を利用して金属製の内接線を接続する構成の金属線接続部材を備え、第２のワイヤー状カーボン接続部材と金属線接続部材を接続するための端子部本体を備え、両接続部材を任意の接続部材に接続する構成になっていることが、より好ましいことは明らかである。
【０１８９】
そして、このような構成でありかつ、上記ヒータ部材が複数のもしくは少なくとも端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンが内部に配列された石英ガラス筒及び第２端子装置が石英ガラス管内に封入する構成によって、石英ガラス密閉形部材に配置されるヒータ部材から複数のワイヤー状カーボンからなる端子線、第２のワイヤー状カーボン接続部材・端子部本体・金属線接続部材及び金属製の内接線を接続する一連の電気的接続系をすべて、外気から遮断することができ、結果、上記一連の電気的接続系を構成する部材すべての酸化を防止でき、長寿命かつ安定した均熱性を確保したカーボンヒータとすることができる。
【０１９０】
尚、上記任意の接続部材としては、例えば外周にネジ部を有する円筒中子を採用することができる。
【０１９１】
そして、第４−１グループの発明のカーボンヒータを最適なものとするためには、さらに、上記石英ガラス管の内側に配置された金属製の内接線と電源側の外接線をＭｏ箔を介して接続し、Ｍｏ箔を石英ガラス製のピンチシール部で封着した構成とすることが重要となる。
【０１９２】
尚、上記ピンチシール部とは、一端が封じられた（キャップ）石英ガラス管のキャップ部を、高温化でカーボン製平板状治具ではさみ込んで、平板状に密着・溶接したような構造を意味する。
【０１９３】
これに反して、内接線をそのままキャップの外に出してピンチした場合には、Ｍｏと石英の熱膨脹係数差によって石英ガラス製のピンチシールに亀裂等が発生し、密閉性が阻害されてしまう不具合が生じる。このような不具合を解消するために、Ｍｏの箔体を介在させ、石英ガラスでピンチして密封するのである。
【０１９４】
上記第４グループの発明のカーボンヒータにおいては、石英ガラス容器を、中心部に開口を有する平板ドーナツ形状とすることができ、また、全体的に、平板半円形状で中心部に切欠きを有する割型にして、これを組み合わせてドーナツ状平板ヒータを形成することもできる。これは、ドーナツ形状の中心部開口に被処理物をささえるための軸を、挿入する構造にするためである。
【０１９５】
また、石英ガラス容器内で発熱体を線対称に配置し、その対称軸上にガス導入・排出口を形成し、ガス導入・排出口から非酸化性ガスを導入しながら容器を溶接により組立て、さらに、ガス導入・排出口から排気しながら容器内を常温で減圧封着することが好ましい。
【０１９６】
石英ガラス容器内を常温で０．２気圧以下の減圧あるいは非酸化性ガス雰囲気にして封着することが好ましい。
【０１９７】
第４グループの発明のカーボンヒータの１つの形態は、上記ヒータ部材の両端に接続された端子部がヒータ部材の形成するヒータ面に対して垂直に引き出される構成のものである（以下、これを第４−２グループの発明として、詳述する）が、この場合には、ヒータ部材の両端に端子部材を接続してヒータ面の反対側に突出させ、端子部材に石英ガラス管を被せて石英ガラス部材を密封した構成とすることが好ましい。
【０１９８】
第４−２グループの発明のカーボンヒータは上記形態にさらに上記石英ガラス管の自由端側に端子部本体を配置し、端子部材と端子部本体を複数本のもしくは少なくとも一方の端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンで接続した構成にすることがより好ましい。これによって、端子線部での電気抵抗を下げ、この部分の発熱をおさえることができる。また熱伝導が小さいために伝熱により下部封止端子への熱伝達をおさえることができる。
【０１９９】
さらに、上記密閉形部材内でヒータ部材を線対称に配置し、その対称軸上にガス導入・排出口を形成し、容器の溶接時にガス導入・排出口から非酸化性ガスを導入し、容器の封着時にガス導入・排出口から排気を行う構成にすることが好ましい。これにより、ヒータ内部で均一に非酸化性ガスを導入することが可能となり、カーボンの酸化防止とヒータ面内温度分布を均一にすることができる。
【０２００】
また、第４−２グループの発明のカーボンヒータにおいては、上記端子部材が上記ヒータ部材と上記複数本のワイヤー状カーボンを接続するものであり、その一端側にヒータ部材接続部を形成してヒータ部材を接続し、複数のもしくは一方の端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを一括して接続するための第１のワイヤー状カーボン接続部材を設け、端子部材の他端側に第１のワイヤー状カーボン接続部材を接続する構成にし、第１のワイヤー状カーボン接続部材を中空に形成してその内側に中子部材を配置し、上記複数のワイヤー状カーボンを中子部材で押圧して接続する構成にすることが好ましく、さらに上記端子部材と第１のワイヤー状カーボン接続部材の相方の接続端側に夫々めねじ部を形成し、中間部材に各めねじ部に対応するおねじ部を形成し、中間部材を介して両部材を接続する構成にすることがより好ましい。
【０２０１】
そして、さらに好ましい形態としては、上記ワイヤー状カーボンの他端側を、中空部が形成されその内側に中子部材を有する第２のワイヤー状カーボン接続部材に、この中子部材での押圧によって接続し、割型中子を利用する金属線接続部材により金属製の内接線を接続し、両接続部材をこの中間に位置する端子部本体によって接続し、端子部本体にテーパ面と係合するテーパ部を形成し、割型中子に形成した支持部で金属製の内接線を挟み込み、これを押圧しつつ端子部本体に接続する上記金属製の内接線をＭｏ製金属棒とする構成、上記ワイヤー状カーボン接続部材と端子部本体及び、端子部本体と金属線接続部材を、それぞれネジ式で接続する構成がある。
【０２０２】
また、第４−２グループの発明のカーボンヒータは、カーボンワイヤからなるヒータ部材とワイヤー状カーボンを第１の端子装置で接続し、前記ワイヤー状カーボンと電源側の金属製の内接線を第２の端子装置で接続する構成にし、第１の端子装置が、端子部材を備え、その一端側に形成したヒータ部材接続部にヒータ部材を接続するようになっており、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを接続するための第１のワイヤー状カーボン接続部材を備え、端子部材の他端側に第１のワイヤー状カーボン接続部材を接続するようになっており、第１のワイヤー状カーボン接続部材を接続するようになっており、第１のワイヤー状カーボン接続部材を中空に形成してその内側に中子部材を配置し、分割したワイヤー状カーボンを中子部材で押圧して接続する構成になっており、第２の端子装置が、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを接続するための第２のワイヤー状カーボン接続部材を備え、割型中子を利用して金属製の内接線を接続する構成の金属線接続部材を備え、第２のワイヤー状カーボン接続部材と金属線接続部材を接続するための端子部本体を備え、両接続部材を端子部本体の一端側と他端側に接続する構成になっていることが好ましく、最適例としては、さらに、上記ヒータ部材と上記第１及び第２の端子装置が石英ガラス管内に封入され、石英ガラス管の内側に配置された金属製の内接線と電源側の外接線をＭｏ箔を介して接続し、Ｍｏ箔を石英ガラス製のピンチシール部で封着した構成の第３の端子装置を有する構成としたものである。なお、上記ピンチシール部とは、上述の第４−１グループの発明の説明で記載したものと同等のものである。
【０２０３】
尚、上記第４−２グループの発明のカーボンヒータは、上述の第４−１グループの発明のカーボンヒータと、第１のワイヤー状カーボン接続部材が存在する点において相違するものであり、その他の構成においては、実質的に同一の作用効果が成り立つ。
【０２０４】
次に第５グループの発明の要約を述べる。
【０２０５】
第５グループの発明は、均熱性及びフレキシビリティーに優れ、低コストで製造できる例えば半導体製造装置用のカーボンヒータを提供することを目的としている。
【０２０６】
また、他の目的は、発熱ムラをより低減し、また耐用寿命を向上せしめたカーボンヒータを提供することにある。
【０２０７】
第５グループの発明のカーボンヒータは、直径が５〜１５μｍであるカーボンファイバーを複数本束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状やテープ形状のような縦長形状に編み込み、その含有不純物量を灰分で１０ｐｐｍ以下としたヒータ部材を１本もしくは複数本を並列に石英ガラス製の密封形部材内に封入したカーボンヒータであって上記ヒータ部材を封入した密閉形部材が、石英ガラス製もしくはアルミナ製平板状容器である構成となっている。
【０２０８】
特に、上記ヒータ部材を複数の端子部材及びワイヤー支え治具によって上記平板状容器内に非接触で支持されて封入した構成とすることが好ましい。
【０２０９】
これは、上記カーボン質のヒータ部材と石英ガラス質の平板状容器の高温下での反応に伴うヒータ部材の劣化を極力防止するためである。
【０２１０】
また、さらに上記端子部材の長さ方向に、ボルト差し込み用の略円筒状の穴部が形成されており、かつ少なくともこの穴部を貫通する略円筒状横穴が形成されており、該横穴に上記ヒータ部材を差し込み、該穴部に少なくとも該横穴の下端に達する長さを有するボルトを回転挿入する構成とすることが好ましい。これによって、前記長細形状のヒータ部材を取付容易にかつ確実に保持することができる。
【０２１１】
また、この構造において、前記ボルト差し込み用の略円筒状穴部の径を前記略円筒状横穴の幅より大きくし、該横穴に差し込まれた前記ヒータ部材が、前記ボルトによって加圧され、該穴部に達するように偏平に変形されていることが好ましい。これによって、前記長細形状のヒータ部材を前記棒状端子部材に強固にかつ電気的ロスのない接続とすることができる。なお、前記構造において、前記ボルトと前記ヒータ部材の間に膨張黒鉛シートを介在させることが、より好ましい。これによって、前記ボルト締め付け時にヒータ部材を形成するカーボンファイバーの切断を極力低減できる。
【０２１２】
前記ワイヤー支え治具は、透光性アルミナ単体もしくは、高純度カーボン及び透光性アルミナの組立部材により形成することが好ましく、更に前記組立部材においては、ヒータ部材に接する部分を高純度カーボン材料とし、かつ前記組立部材を平板状容器に配置接続する部分を透光性アルミナ材料とすることがより好ましい。透光性アルミナによれば、高温カーボン材との非反応性及び電気的絶縁性が高レベルで達成される。特に後者の組立部材によれば、前記発熱体の急激な温度変化があっても、ワイヤー支え治具にクラックや破損が生ずることなく、部品寿命が拡大される。
【０２１３】
より好ましくは、上記ヒータ部材の下側にカーボン製反射板を配置した構成を付加したものとする。
【０２１４】
特に、上面を鏡面加工した反射板を設けることによって、該カーボンヒータの下側への熱の放出を低減し、該カーボンヒータ上方の均熱性及び昇温速度の大幅なアップを図ることができる。
【０２１５】
さらに、前記ヒータ部材、棒状端子部材及びワイヤー支え治具を密閉形の石英ガラス製容器または透光性アルミナ製容器に封入することによって、特に半導体製造装置用としての有効なカーボンヒータを構成することができる。
【０２１６】
このとき、上記容器に適宜枝管を取り付け、枝管から窒素等の非酸化性ガスを流入したり、容器内を２０ｔｏｒｒ以下の真空にすることが好ましい。これによって、上記ヒータ部材の劣化を防止し、長寿命化及び均熱性の長時間の持続が可能になるからである。
【０２１７】
さらに、第５グループの発明のカーボンヒータは、上記平板状容器のヒータ面に、断面半円状もしくは台形状の凸部が形成されており、この表面がつや出し処理されている構成にすることが好ましく、これによってカーボンワイヤの如き線状発熱体によるヒータ面上方への発熱を、光の散乱によって均一化せしめるといったプリズム効果が得られる。
【０２１８】
尚、上記凸部はヒータ面上方から見た場合には、これがストライプ状もしくは同心部状に形成されているか、あるいはこれが格子状に多数形成された状態となっている。
【０２１９】
通常、同様の効果を得るために、ヒータ面をサンドプラスト処理する方法が採用されるが、この場合には、表面が砂目状となっており、この表面からの放熱が抑制され、石英ガラス自身に熱を蓄積してしまいエネルギー効率が低下してしまう。この意味で、上記つや出し処理されていることは、重要な事項である。
【０２２０】
また、カーボンヒータのヒータ面は、被処理物よりも大径にすることができる。カーボン材は、熱容量が小さいので、このようにヒータ面を大径にすることによって昇温速度をさらに大きくすることができ、被処理物への均熱性を向上せしめることができる。
【０２２１】
【実施例】
第１グループの発明
以下、図２９〜図４０及び図８８を参照して第１グループの発明の好適な実施例を説明する。
【０２２２】
図８８は、第１グループの発明によるカーボンヒータの第１実施例を示す立体図である。（同図面は、編み込んだ状態を最も簡略して記載できるように、カーボンファイバー束を３本用いた場合を示したものである。）
この実施例では、ヒータ部材１１１は直径７μｍのカーボンファイバーを３３０本束ねたカーボンファイバー束を３本用いて、ワイヤー形状に編み込んだものである。カーボンワイヤーの直径は、約１．２ｍｍである。
【０２２３】
このカーボンファイバーをワイヤー形状に編み込んだヒータ部材は、編み込みスパン（長さ方向で、１本のワイヤー束が他の２本と規則的にからみ込んで、元の位置に戻ってくるまでの距離をいう）が５〜７ｍｍである。
【０２２４】
従って、例え、１本１本のカーボンファイバーが途中で切断されたとしても、この切断の影響は、上記編み込みスパンの５〜７ｍｍの長さのみに制限されることとなり、ヒータ部材の全長に影響を及ぼすことがなく、結果、ヒータ部材の長さ方向での電気抵抗値のバラツキ、ひいては、発熱ムラを生ずることを効果的に抑制する。
【０２２５】
また、上記ヒータ部材によれば、カーボンファイバー束を３本編み込む際に、３３０×３本のカーボンファイバーのうち、相当数のものが、ところどころで切断されることによって、全体的に見た場合、３〜６ｍｍの多数の毛羽立ち１１５が表面に形成された状態となる。
【０２２６】
図２９は、第１グループの発明によるカーボンヒータの第２実施例を示す斜視図である。
【０２２７】
この実施例では、ヒータ部材１１１はカーボンワイヤーで形成されている。カーボンワイヤーは、直径７μｍのカーボンファイバーを３００本束ねたカーボンファイバー束を９本用いて、ワイヤー形状に編み込んだものである。カーボンワイヤーの直径は例えば２ｍｍ程度である。また、上記編み込みスパンは、約３ｍｍであり、カーボンファイバーによる毛羽立ちは、各々０．５〜２．５ｍｍ程度である。
【０２２８】
ヒータ部材１１１の両端には、カーボン電極１１２が接続されている。ヒータ部材１１１は、複数のアルミナ製支持部材１１３に支持され、同一平面内で何度も屈曲している。この実施例では、ヒーティング（均一加熱）ゾーンは面状となる。
【０２２９】
ヒータ部材１１１の含有不純物量は、灰分で１０ｐｐｍ以下である。また、ヒータ部材１１１の１０００℃での抵抗値は１〜１０Ω／ｍ・本である。
【０２３０】
図３０は、カーボンヒータの第３実施例を示す斜視図である。図３１は、図３０のカーボンヒータにおけるカーボン電極１２２付近の様子を示す断面図である。
【０２３１】
この実施例では、ヒータ部材１２１はカーボンテープで形成されている。カーボンテープは複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いて、テープ形状に編み込んだものである。カーボンテープの幅は例えば１０ｍｍ程度であり、厚さは例えば１ｍｍ程度である。この場合も、カーボンファイバーによる毛羽立ちは、上記カーボンワイヤとした場合と同等である。
【０２３２】
４本のヒータ部材１２１は、支持部材１２３，１２４を介して直列に連結され、その両端にはカーボン電極１２２が配置されている。支持部材１２３，１２４は２枚の平板であり、ヒータ部材１２１を挟み込んで固定する。下側（土台側）の支持部材１２４は石英製であり、上側の支持部材１２３はカーボン製である。この実施例でもヒーティングゾーンは面状である。
【０２３３】
ヒータ部材１２１の含有不純物量は、灰分で１０ｐｐｍ以下である。また、ヒータ部材１２１の１０００℃での抵抗値は１〜２０Ω／ｍ・本である。
【０２３４】
図３２は、特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒータの第４実施例を示す斜視図である。
【０２３５】
この実施例では、ヒータ部材１３１は、石英ガラス製二重管１３６内に螺旋状に配置されている。
【０２３６】
ヒータ部材は酸化消耗を抑え、石英ガラスの失透を防止するため、不純物濃度が灰分で１０ｐｐｍ以下になっている。
【０２３７】
石英ガラス二重管１３６は内筒、外筒、上下板から成る密閉構造になっており、内部に窒素ガスを導入するか又は２０ｔｏｒｒ以下の真空状態にすることができる。
【０２３８】
ヒータ部材１３１は、内筒に取付けたアルミナ製の小さな突起部１３３で支持されている。この突起部１３３は線状であっても良い。ヒータ部材１３１は、突起でなく溝で支持することも可能である。
【０２３９】
尚、上記アルミナ製の小さな突起部は、高純度の透光性アルミナにすることが好しく、また透光性アルミナにおいても、急速昇温の度合いを高めようとすると、熱衝撃のため、上記突起部にクラックや破損が生ずるおそれがあるので、上記突起部を高純度カーボン及び透光性アルミナの組立部材とすることが好しい。その場合、ヒータ部材と接する部分は高純度カーボンとする。さらには、透光性アルミナにかわって石英ガラスとしてもかまわない。
【０２４０】
この実施例では、３本のヒータ部材１３１が内筒の周りに螺旋状に巻かれており、３つのヒーティングゾーンが連続で形成されている。このように２つ以上のヒーティングゾーンを形成することによって、加熱領域の温度バランスをとることが容易となる。ゾーン幅とゾーンの個数は、任意に決めることができる。ゾーンの個数は、経済的な観点からは、３〜５個が有利である。
【０２４１】
ヒータ部材１３１は金属製の取付部材１３４を介して外筒を貫通しており、黒鉛電極１３２を経て、電源１３５に接続されている。
【０２４２】
図３３は、特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒータの第５実施例を示す斜視図である。
【０２４３】
カーボンヒータ１４０は、多数のヒータユニット１４９で形成されている。
【０２４４】
各ヒータユニット１４９は、密封型の石英ガラス製直管に上述のカーボンワイヤーから成るヒータ部材１４１を配置した構成になっている。多数のヒータユニット１４９が筒状に配置され、全体として筒型のカーボンヒータ１４０が形成されている。
【０２４５】
カーボンヒータ１４０は、筒型のヒーティングゾーンを有している。ウエハの加熱処理にはこのような円筒形が良いが、被加熱物によっては、もしくは、加熱条件の認定の観点から、箱形にすることもできる。
【０２４６】
カーボンヒータ１４０を用いて炉体を構成する場合には、炉体上下の温度バランスを良好にするために、カーボンヒータ１４０を複数個（例えば３〜５ゾーン）使用することができる。その際、形状や構成の異なるカーボンヒータを用いても良い。
【０２４７】
尚、上記例は、カーボンヒータの一部となるカーボンヒータユニットを管状体とした場合について記載したが、これに限定されず、カーボンヒータユニットを、ヒータ部材の周辺部以外の石英ガラス部材が実質的に一体化された棒状体とすることができる。
【０２４８】
図３４には、カーボンヒータ１４０の一部となるヒータユニット１４９の一例が示されている。
【０２４９】
ヒータユニット１４９は、石英ガラス製直管１４６の両端を石英フランジ１６２と金属フランジ１６１で密封した構成になっている。両フランジ１６１，１６２を貫通して金属電極１４４が設けられており、その内側には炭素電極１４２が接続されている。２つの炭素電極１４２の間には、ヒータ部材１４１が張られている。
【０２５０】
石英ガラス製直管１４６の両端付近には、Ｎ₂導入及び真空吸引に用いる出入口１４７，１４８が形成されている。
【０２５１】
なお、金属電極１４４はカーボン製電極であっても良いが、真空状態を維持するためには金属製であることが好ましい。
【０２５２】
図３５と図３６には、カーボンヒータ１４０の一部となるヒータユニット１４９の変形例が示されている。
【０２５３】
図３５のヒータユニット１４９では、石英ガラス製直管４６の側面からの突出部に金属電極４４と炭素電極１４２が挿入されている。
【０２５４】
図３６のヒータユニット１４９では、石英ガラス製直管の端面にワイヤー支持突起１４３が形成されていて、ヒータ部材１４１は支持突起１４３を経て他端に向う構成になっている。このため、ヒータ長を最大にすることができ、炉内の均熱性向上に役立てることができる。
【０２５５】
図３７（Ａ），（Ｂ）は、特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒータの第６実施例を示している。
【０２５６】
カーボンヒータ１５０は、多数の環状管形状ヒータユニット１５９で形成されている。
【０２５７】
各ヒータユニット１５９は、密閉型の透光性アルミナ製の環状管１５６にカーボンワイヤー製のヒータ部材１５１を配置した構成になっている。多数の略環状ヒータユニット１５０が筒状に重ねられて、全体として筒型のヒータ１５０が形成されている。
【０２５８】
ヒータユニット１５９の例が図３８（Ａ），（Ｃ）及び（Ｂ），（Ｄ）に示されている。
【０２５９】
図３８（Ａ），（Ｃ）のヒータユニット１５９は、環の両端が同一面上に配置されている。一方、図３８（Ｂ），（Ｄ）のヒータユニット１５９は、環の両端が上下に重ね合わされている。
【０２６０】
ヒータユニット１５９は、透光性アルミナ製環状管１５６の両端をフランジ１６３で密封した構成になっている。フランジ１６３は透光性アルミナと金属を張り合わせた構造になっている。フランジ１６３には金属電極１５４が貫通しており、その内側には炭素電極１４２が接続されている。２つの炭素電極の間には、ヒータ部材１５１が接続されている。
【０２６１】
図３７（Ａ）のカーボンヒータ１５０では、電極１５４の位置が縦方向で揃っており、電極端子位置に位相が生じる。一方、図３７（Ｂ）のカーボンヒータ１５０では、図示のように電極１５４の位置を自由に設定できる。
【０２６２】
ヒータユニット１５９の重ね合わせ個数は任意に調整可能である。また、各ヒータユニットをパワーコントロールすることで、より一層均熱性を向上することが可能となる。
【０２６３】
図３９に示すヒータユニット１５９では、透光性アルミナ製環状管１５６の両端が当接されており、電極１５４は管の断面中央部から放射方向に突出している。このタイプのヒータユニット１５９では、ヒータ長を最大にすることができ、炉体の均熱性を向上できる。
【０２６４】
図３７〜３９では示していないが、透光性アルミナ製環状管１５６においても両端部に配管系を設け、管内に窒素ガスを導入したり、管内を真空にしたりできる。
【０２６５】
尚、図３７〜３９の例は、カーボンヒータの一部となるカーボンヒータユニットを環状管形状もしくは環状の管体とした場合について記載したが、これに限定されず、いずれもヒータ部材の周辺部以上の石英ガラス部材が実質的に一体化された棒状体とすることができる。また、この例は、環状管１５６として石英ガラス製のものを用いても同等の作用をなすことができる。
【０２６６】
次は、図４０の実施例を説明する。
【０２６７】
ヒータ部材１６１は、スパイラル形状に支持され断熱材容器１６６中に図示されない任意の構成によって封入されている。ヒータ部材１６１の両端には、電極が設置される。
【０２６８】
ヒータ部材１６１の電極部は、カーボン材から成る。支持電極部１６２は、金属製又はカーボン製のいずれでも良いが、不純物汚染を防ぐために、好ましくはヒータと接触する先端部は高純度カーボン製とする。
【０２６９】
ワイヤ支持部材１６３は、たとえばアルミナや石英ガラスのような非導電性物質で構成される。
【０２７０】
ヒータ部材が入っている断熱材容器１６６と炉芯管１６７の空隙は、密閉形であり、内部に窒素を導入したり、真空状態にすることができ、真空度は例えば２０又は１０ｔｏｒｒ以下に設定できる。
【０２７１】
ヒータユニットを複数個使用して、長尺円筒状のヒータヒーティングゾーンを形成とすることができる。
【０２７２】
このようにヒータユニットを重ねることにより、中央部の温度分布の均一性を向上できる。例えば、単一ユニットでは、１０００℃で中央ヒータユニットの温度差が５０℃以上あったのに対し、ヒータユニットを三重にした場合には、５℃以下になることが確認できた。
【０２７３】
カーボンヒーターとして、複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いて編み込んだヒータ部材は、Ｃ／Ｃのものと比べた場合、熱容量を小さくできるので、急速急冷のスループットを格段に向上できた。
【０２７４】
また、上記ヒータ部材を用いることで、カーボンファイバーのみの場合に比べ発熱ムラが削減できた。
【０２７５】
また、従来のＳｉＣヒーターでは、電気負荷密度を１０Ｗ／ｃｍ²までしか上げることができなかったのに対し、前記カーボンワイヤーを用いた場合には電気負荷密度を３０Ｗ／ｃｍ²まで上げることができ、その結果、約３倍の高速昇温が可能となった。
【０２７６】
また、各ヒータユニットをパワーコントロールすることでより一層の均熱性を向上することが可能となる。
【０２７７】
第１グループの発明の特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒータは、均熱性及びフレキシビリティーに優れ、低コストで製造できる。
【０２７８】
なお、第１グループの発明は前述の実施例に限定されない。図示したカーボンヒータの形状は、あくまで例示的なものであり、様々な変形が可能である。図３０の第３実施例では、ワイヤー状のヒータ部材の替わりに、テープ状のヒータ部材を用いることもできる。
【０２７９】
第２グループの発明
以下、図１〜図２８を参照して、第２グループの発明の好適な実施例を説明する。
【０２８０】
尚、図１〜２８においては、一部、ヒータ部材１１と密封形部材１２中の該ヒータ部材の周辺部が接触した簡略図面となっているが、実際上は、該ヒータ部材の周辺部には（該ヒータ部材表面に形成されたカーボンファイバーの毛羽立ちによって）中空の空間が形成されているものである。
【０２８１】
先ず、図１〜図５を参照して第２グループの発明の第１実施例を説明する。
【０２８２】
このカーボンヒータ１０は全体的に矩形平板状のヒータであり、石英ガラス支持体１２にヒータ部材１１が封入された構造になっている。そして、石英ガラス支持体１２は、図２に示されているように、上記ヒータ部材１１の周辺部に実質的に中空の空間が形成されており、この空間部を除いて、実質的に一体化された構造となっている。
【０２８３】
尚、ここで実質的に一体化された構成として最も好ましい形態は、複数枚の石英ガラス板を融着させて本発明のカーボンヒータを製造した場合に、各石英ガラス板の接合面において、融着されずに離間している部分や半融着状態で組織的に不均一な部分が存在しない状態のものである。
【０２８４】
ヒータ部材１１としては、複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状に編み込んだものを用いる。
【０２８５】
ヒータ部材１１は、石英ガラス支持体１２のほぼ中心面上でジグザグ状に配置されている。配線形態は、渦巻状やその他の形状でも良い。
【０２８６】
ヒータ部材の具体例としては、直径７μｍのカーボンファイバーを約３３０本束ねたカーボンファイバー束を９本（計２９７０本）用いて、直径約２ｍｍのワイヤ形状に編み込んだものである。また、上記編み込みスパンは、３ｍｍであり、カーボンファイバーによる表面の毛羽立ちは、各々０．５〜２．５ｍｍ程度である。このようなヒータ部材を２、３本或いはそれ以上用いることもできる。複数本用いると、発熱特性に関わる品質を安定させることができる。
【０２８７】
石英ガラス支持体１２は、図３に示すように、ワイヤが中心に位置する厚さの２枚の石英ガラス板１２ａ、１２ｂを融着して実質的に一体化したものである。一方の石英ガラス板１２ｂの接合面には、ヒータ部材１１を収容するための配線用溝１４が断面矩形状に形成されている。配線用溝１４を含まない石英ガラス板１２ａ、１２ｂの厚さｔ₁，ｔ₂は同一であり、ヒータ部材１１は支持体１２の中心に位置する。
【０２８８】
ヒータ部材１１の端子線は、例えば直径３ｍｍの穴２１からヒータ面１３と垂直に引き出されている。
【０２８９】
図４は融着処理のやり方を示している。カーボン製下部材２７の上に石英ガラス板１２ａ、１２ｂを配置し、その上にカーボン製上部材２８を載せさらにその上にカーボン材からなる重り２９を載せて熱処理炉内にセッティングする。
【０２９０】
下部材２７の上面と、上部材２８の下面には、鏡面加工が施されている。また、これらのカーボン部材は全て、不純物５ｐｐｍ以下の純化品である。
【０２９１】
なお、本カーボンヒータの如く、ヒータ部材の周辺部以外の石英ガラス支持体が実質的に一体化された構成を採るためには、特に上記カーボン部材の均質性と石英ガラス支持体と接する部分の表面粗さが重要である。この表面粗さと均質性を適切なものとするためには、上記カーボン部材として開気孔率を１５％以下とし、かつ１．８〜２．０ｇ／ｃｍ³の嵩密度特性を有するものを用いこれをバフ研磨ないし鏡面研磨した表面粗さ状態とすることが重要である。これによってカーボン部材による石英ガラス支持体全面への均一な加圧が可能となり、また石英ガラスとカーボンの熱膨脹係数の違いに伴う製造時の石英ガラス中への熱歪の残留を防止することが可能となる。
【０２９２】
炉内を１ｔｏｒｒ以下の真空に保ち、１２００〜１６００℃で０．５〜５時間熱処理して、２枚の石英ガラス板１２ａ、１２ｂの接合面を融着する。この熱処理は、温度が低いときは長く、高いときは短くし、状況により変更して行う。ヒータ部材１１の雰囲気、すなわち配線用溝内の雰囲気が、減圧又は非酸化性雰囲気になるようにして接合する。
【０２９３】
冷却に際しては、石英ガラスの歪み点である１１００℃付近での冷却を穏やかに行う。１１００℃付近での冷却速度は、例えば５０〜１５０℃／時間程度に設定する。
【０２９４】
このような、熱処理によって、石英ガラス支持体１２、すなわち２枚の石英ガラス板１２ａ、１２ｂの接合面全体を融着して実質的に一体化することができる。すなわち、上記ヒータ部材１１の周辺部に実質的に中空の空間が形成されており、この空間部を除いて実質的に一体化された構造となっている。
【０２９５】
なお、上記融着処理は、熱処理炉内で加熱する方法、つまり、外部からの加熱手段を採用しているが、これのみならず、所定炉内で石英ガラス板をカーボン部材によってはさみ、石英ガラス板中のカーボンワイヤを通電発熱させ、石英ガラス板を融着する方法や、もしくは、例えばカーボン部材のかわりにＡｌＮ等の部材によってはさみ、高周波誘導加熱によって石英ガラス板中のヒータ部材を発熱させる方法を採用することもできる。
【０２９６】
このような内部からの加熱手段であると石英ガラス板の外周からではなく、中心側より融着が進むため、石英ガラス板間に存在するガスを融着時に内部に取り込んで、気泡を残存させることが極力少なくなる。
【０２９７】
図５はカーボンヒータの使用状況の一例を示している。ヒータ部材１１の端部が、ヒータ部材１１からヒータ面１３に対してほぼ垂直に引き出され、カーボン端子６１を介してＭｏ端子線６２に接続されている。これらは石英ガラス管内に配置されている。そして、Ｍｏ端子線６２は、Ｍｏ箔６３を介して２本のＭｏ外接線６４に接続されている。Ｍｏ箔６３はピンチシールされている。
【０２９８】
次に、図６〜図７を参照して、第２実施例のカーボンヒータを説明する。これ以降の実施例については、第１実施例との相違点を中心に説明する。
【０２９９】
図７のカーボンヒータ１０では、石英ガラス支持体１２の厚さ方向で見てヒータ面１３に近い側にヒータ部材１１が配置されている。
【０３００】
このカーボンヒータ１０は、図６に示すように、厚さの異なる２枚の石英ガラス板１２ｃ、１２ｄを用いて形成される。例えば、一方の石英ガラス板１２ｃの厚さｔ₁は、他方１２ｄの厚さｔ₂の１／２以下に設定することができる。カーボン発熱体１１を収容する溝１４は、厚い方の石英ガラス板１２ｄに形成される。ただし、石英ガラス板の厚さとは、配線用溝の部分を含まない厚さである。
【０３０１】
上部の石英ガラス板１２ｃは例えば１００×１００×３、下部の石英ガラス１２ｄは例えば１００×１００×７の寸法で形成できる。
【０３０２】
次に、図８〜１０図を参照して、第３実施例のカーボンヒータを説明する。
【０３０３】
このカーボンヒータ１０は、多数の微細閉気孔を有する不透明（又は発泡）石英ガラス層１２ｅを有している。
【０３０４】
不透明石英ガラス層１２ｅはヒータ面の反対側に配置され、ヒータ下部に輻射熱が伝達するのを防止する。
【０３０５】
図８に示すように、ヒータ部材１１を配線した石英ガラス板１２ｄの上下に、薄手の石英ガラス板１２ｃと不透明石英ガラス板１２ｅを配置し、前述の融着処理を施す。これにより、図９に示すように、不透明石英ガラス層１２ｅを含み、ヒータ部材１１を１本封入した板状の石英ガラス支持体１２によって実質的に一体化されたものであって、この石英ガラス支持体１２中の上記ヒータ部材の周辺部には中空の空間が形成された構造を得ることができる。
【０３０６】
図１０は、図９のカーボンヒータ１０の変形例である。このカーボンヒータ１０では、不透明石英ガラス層１２ｅが、石英ガラス支持体１２の全厚の約１／２を占めている。また、ヒータ部材１１は、不透明石英ガラス層１２ｅと透明石英ガラス層の間に跨って配置されている。
【０３０７】
このように、不透明石英ガラス層１２ｅを厚くすることにより、ヒータ下方への輻射熱の伝達防止作用を大きくすることができる。
【０３０８】
次に、図１１〜図１３を参照して、第４実施例を説明する。
【０３０９】
このカーボンヒータ１０は、カーボンファイバーからなるヒータ部材１１と、少なくともヒータ部材１１と対向する側の片面が鏡面のカーボン製反射板１５とを板状の石英ガラス支持体１２に封入した構成になっている。そして、石英ガラス支持体１２は、上記ヒータ部材１１の周辺部には、中空の空間が形成され、それ以外の部分においては実質的に一体化されている。
【０３１０】
石英ガラス上板１２ｃ、石英ガラス中板１２ｄ、ヒータ部材１１、カーボン反射板１５、及び、石英ガラス下板１２ｅとを図１１に示すように組み立て、前述の融着処理を施すことにより、石英ガラス支持体１２（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）を実質的に一体化させる。
【０３１１】
石英ガラス下板１２ｅにはカーボン反射板用座ぐり１６が設けられているが、座ぐり１６は熱膨張差を吸収するために反射板より少し大きめに形成されている。
【０３１２】
このように、カーボン発熱体の下方にカーボン製反射板を設けることによって、ヒータ下方への輻射熱の伝達防止作用を大きくすることができ、また、ヒータ上方への熱輻射をより良好なものとすることができる。
【０３１３】
次に、図１４〜図１６を参照して、第５実施例を説明する。
【０３１４】
この実施例はカーボンヒータ用反射板状体２０であり、前述の反射板を備えたカーボンヒータ１０（図１１〜図１３）から、反射板の部分を単独で取り出したものに相当する。
【０３１５】
すなわち、カーボンヒータ用反射板状体２０は、少なくとも片面が鏡面のカーボン製反射板１５を、板状の石英ガラス支持体２２に封入した構成になっている。
【０３１６】
石英ガラス上板２２ａと、片面が鏡面のカーボン製反射板１５と、反射板用設定座ぐりを有する石英ガラス下板２２ｂとを、図１４に示す配置で組み立て、前記融着処理を施すことにより、石英ガラス支持体２２（２２ａ、２２ｂ）を一体化させる。
【０３１７】
このカーボンヒータ用反射板状体２０を封止した石英ガラス支持体２２は、図１７に示すように例えば、図７のカーボンヒータの下面に重ねて配置することによって、本発明のカーボンヒータの一つの形態とすることができる。
【０３１８】
石英ガラス下板２２ｂの反射板用設定座ぐりは、熱膨張差を吸収するために反射板より大きめであり、図１５に示すようにそのための空間が形成される。
【０３１９】
上述のカーボン製反射板状体１５はいずれも熱膨張黒鉛シート、カプトン焼成体シート、ガラス状カーボンシート等で形成し、厚さは２０〜２０００μｍとする。
【０３２０】
なお、上記シートは、カーボンヒータをよりコンパクト化するために及び、低熱容量化を図るために、２０〜２００μｍの薄い厚さの構造とすることが好ましいが、このようなものをより簡易に低コストで得るためには、カプトンシートを焼成することで製造するカプトン焼成シートが最も好ましい。
【０３２１】
尚、上記カーボン製反射板状体に関する説明は、本発明で記載するカーボン製反射板状体に共通するものである。
【０３２２】
このカーボンヒータ用反射板状体２０はクリーンで耐熱性に優れており、低熱容量であるため、ヒータの下側や外側に配置する熱反射板として好適である。
【０３２３】
図１６は、図１５のカーボンヒータ用反射板状体２０の変形例である。このカーボンヒータ用反射板状体２０では、石英ガラス支持体２２内に２枚のカーボン製反射板１５ａ、１５ｂが封着されている。このように小面積をもつカーボン製反射板を複数枚並べて構成することによって、同カーボン材の熱膨脹に伴うクラック発生をより効果的に抑制することが可能となる。尚、図１６では、２枚のカーボン製反射板を１部のみを重複させた構造としているが、上記２枚のカーボン製反射板を全体を重複させた構造としてもよい。この場合には、より効果的な断熱性が得られる。
【０３２４】
図１８と１９の実施例では、カーボンファイバーからなるヒータ部材１１が配線用溝１４内に２本（３本以上も可）が並列に配置されている。配線用溝１４の底部には、ヒータ部材の本数に合わせて２本の補助溝１４ｃが形成されている。これにより、ヒータ部材を例えば３ヶ所の線接触で支持することができ、面接触に伴う発熱ムラ等の不具合を解消することができる。
【０３２５】
図２０と２１の実施例では、配線用溝の横断面の底部１４ｄ及び全体１４ｄ，１４ｅが断面湾曲形状になっている。これにより、複数枚の石英ガラス板を融着一体化する際に、配線用溝の横断面形状が熱変形しヒータ部材と面接触するのを極力防止することができ、石英ガラスとカーボンの反応に伴うヒータ部材の劣化を防止することができる。また、同熱変形に伴う石英ガラス支持体の内部歪みの蓄積を抑制することができ、この割れ等の不具合を防止することができる。さらには、この面接触に伴うヒータ部材からの発熱量の吸収による、当該ヒータ部材としての発熱ムラを防止することができる。
【０３２６】
図２２〜２４の実施例では、ヒータ面（外表面）に断面半円状又は台形状の凸部１３ａ又は１３ｂが形成されている。図２２は、ヒータ面上方から見て、ストライプ状に、また図２３は同心円状に凸部が形成されたものであり、図２４は格子状に多数の凸部が形成されたものである。これらの凸部１３ａ及び１３ｂの表面は、酸水素バーナでの加熱によるつや出し処理されている。
【０３２７】
このような構成を採用することによって、上記ヒータ部材の如き線状ヒータ部材によるヒータ面上方への面状発熱を、光の散乱によって均一化せしめるといったプリズム効果が得られる。
【０３２８】
通常、同様の効果を得るために、ヒータ面をサンドブラスト処理する方法が採用されるが、この場合には、表面が砂目状となっており、この表面からの放熱が抑制され、石英ガラス自身に熱を蓄積してしまいエネルギー効率が低下してしまう。この意味で、上記つや出し処理されていることは、重要な事項である。
【０３２９】
さらにまた、同構成によって、ダストの発生を防止することができる。
【０３３０】
凸部１３ａ又は１３ｂの半径又は底部長さは、いずれも０．５〜５ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満では、微細な加工のため製造コストが多大となる。また、充分なつや出し処理が施せない。さらに、充分なプリズム効果も得られない。反対に５ｍｍを超えると、発熱ムラが生じる恐れがある。
【０３３１】
また、２つの凸部の間隔は、０．２〜１ｍｍに設定できる。
【０３３２】
次に、図２５（Ａ）→（Ｄ）を参照して、他のカーボンヒータの製造方法の一例を説明する。
【０３３３】
先ず、図２５（Ａ）のように、配線用溝１４ａ（溝幅：２〜４ｍｍ）を形成しこの溝部を酸水素バーナーにより、所定時間あぶることでつや出し処理した第１石英ガラス板３２ａと、この溝１４ａと対になる挿入用溝１４ｂ（溝幅：１４ａの幅より小さく１．５〜２．５ｍｍ）を形成した第２石英ガラス板３２ｂとを、溝同士１４ａ、１４ｂが対向（連通）するように接合する。この接合は、２枚の石英ガラス板３２ａ、３２ｂを一体化させる融着でも良いし、次の研磨又は研削工程に耐え得る程度の固着でも良い。なお、挿入用溝１４ｂは、配線用溝の一種と見ることもできる。
【０３３４】
そして、図２５（Ｂ）のように、第２石英ガラス板３２ｂの表層３２ｄを研磨又は研削によって削除し、挿入用溝１４ｂを露出させる。これにより、挿入用溝１４ｂは、ヒータ部材１１を挿入するための挿入窓となる。その挿入窓から、ヒータ部材１１を入れ、内側の配線用溝１４ａまで押し込む。
【０３３５】
溝の断面形状が「凸」の字状であるため、ヒータ部材１１を挿入した後で、ヒータ部材１１が溝から盛り上がって飛び出すことを確実に防止できる。また、これによって、石英ガラス板の融着を接合面全般にわたって均一かつ確実に行うことができる。
【０３３６】
配線後に、石英ガラス板表面３３のダストを除去し、図２５（Ｃ）のように、第２石英ガラス板３２ｂの研磨面３３の上に第３石英ガラス板３２ｃを載せ、融着処理を行う。
【０３３７】
融着処理により、３枚の石英ガラス板の接合面が溶接され、図２５（Ｄ）に示すように、溝１４（１４ａ、１４ｂ）以外の部分が実質的に一体化される。
【０３３８】
この実施例では、融着前の配線用溝１４ａ，１４ｂが全体的に「凸」の字状となっている。融着後には上記「凸」の字状は変形して多少つぶれた形状となる。このように融着前の配線用溝を「凸」の字状にすることにより、溝周囲部の自重によるたわみなどによる熱歪を緩和できる。この自重によるたわみは、特に溝の上辺で大きくなるので、溝を「凸」の字状にすることによって、残留する熱歪を少なくできるのである。それゆえ、本実施例では、使用中の熱履歴によって上板に生じる亀裂やクラックの発生確率を大幅に低減できる。
【０３３９】
図２５における各部の寸法の一例を挙げると、Ｌが０．５〜１．５ｍｍ、Ｍが２ｍｍ程度、Ｎが３ｍｍ程度である。
【０３４０】
また、ヒータ部材としては、その径が２ｍｍ程度のものを平行して１〜３本配線することができる。カーボンヒータの全体の厚さは、例えば５〜１０ｍｍにすることができる。
【０３４１】
次に、図２６を参照して、円弧形断面を有するカーボンヒータ又はカーボンヒータ用反射板の製造方法を説明する。
【０３４２】
この製造方法は、前述のカーボンヒータ１０を所定形状に湾曲させる方法である。
【０３４３】
平板状カーボンヒータ１０を、凸型半円断面を有するカーボン製下型４１と、これと対応した凹型半円断面を有するカーボン製上型４２の間に挿入する。上型４２は、カーボン荷重として機能する。もちろん、上型４２と別体のカーボン荷重を用いても良い。
【０３４４】
上下型４１、４２の側部には、ズレ防止用カーボン型４３が配置される。ズレ防止用型４３は、上型４２が真下に移動するようにガイドする。
【０３４５】
このようにセッティングしたものを、熱処理炉内に挿入し、１５００〜１６００℃で１〜５時間加熱することにより、厚さ５〜１５ｍｍ程度の平板状のカーボンヒータ１０を断面円弧状に変形させることができる。
【０３４６】
断面円弧状の例としては、１／３円弧や１／２円弧があり、図２７のカーボンヒータ４０は断面半円形（１／２円弧）である。
【０３４７】
図２８に記載のカーボンヒータは、図１９のカーボンヒータ４０を２個組み合わせた円筒ヒータであり、ほぼ円筒形のヒータ面を形成している。端子線には、石英ガラス管１９が被せてある。
【０３４８】
一方、カーボンヒータ用反射板も、柔軟な変形をするシート状の上述したようなカーボン製反射板のものを用いればカーボンヒータと同様にして円弧状に変形することができる。図２６では、括弧付きの符号でそれを示した。
【０３４９】
このような、円弧状に変形させたカーボン製反射板は、上記の同様に変形させたカーボンヒータに、隣接配置して一体的に使用することができる。
【０３５０】
エグザンプル２−１
以下の手順で、図７のカーボンヒータを製造した。
【０３５１】
１００×１００×３ｔの上部石英ガラス板を準備し、融着面に鏡面仕上げを施した。また、ピッチング防止のためＣ０．２の面取りを行った。
【０３５２】
また、１００×１００×７ｔの下部石英ガラス板を準備し、深さ４ｍｍ、幅２ｍｍの配線用溝を加工しその後、この溝部を酸水素バーナーによるつや出し処理を行った。また、融着面を鏡面加工し、Ｃ０．２の面取りを行った。
【０３５３】
上記鏡面仕上げの替りに、火炎によるつや出しを行っても良い。
【０３５４】
図４と同様にして、熱処理炉内で、カーボンファイバーから成るヒータ部材を下部石英ガラス板の配線用溝に配置し、この際に下部石英ガラス板表面に付着したカーボンファイバーくずを完全に除去した後、その上に上部石英ガラス板を載せ、これらをガラス状カーボン鏡面板の上にセットした。その上に、１０ｋｇのカーボンブロック重りを置いた。
【０３５５】
なお、これらのカーボン部材は全て、不純物５ｐｐｍ以下の純化品を用いた。カーボン材が未純化であると、石英ガラス表面が失透する恐れがあり、石英ガラスに不純物がついて半導体製造装置内で拡散する可能性があるからである。
【０３５６】
そして、炉内を１ｔｏｒｒ以下に減圧し、１４５０℃で３時間の熱処理を実施した。冷却に際しては、石英ガラスの歪み点である１１００℃付近では穏やかに冷却を行った。すなわち、１４５０〜１０００℃での冷却速度は１００℃／時間に設定した。それ以外の温度領域での冷却速度は、特に制御しなかった。
【０３５７】
以上の融着処理によって、上下部石英ガラス板の接触部分は、完全に融着され、外観上は一体の石英ガラス内部に上記ヒータ部材が配線された構造になった。
上記ヒータ部材は、荷重により多少圧迫されていた。
【０３５８】
石英ガラス板に設けた配線用溝も、融着の際に変形して圧迫され、溝幅と、溝深さが共に小さくなった。
【０３５９】
そして、このカーボンヒータを用い、図５のように端子部カーボンワイヤを石英ガラスパイプ中に通して電源に接続し、昇温試験を行った。
【０３６０】
その結果、ヒータ温度で１３５０℃まで問題なく加熱することができた。
【０３６１】
また、室温〜１２００℃の間で１００回昇降温を繰り返したが、クラック発生等の問題はなかった。
【０３６２】
尚、同様の製造方法によって両石英ガラス板の全接触面積中の５％の未融着部を有するものを製造し、上記評価を行なったが同等の結果であった。（この未融着部は、ヒータ部材を配線用溝に配置した際に下部石英ガラス板表面に付着したカーボンファイバーくずの除去が完全に行なわれない場合に生ずるものである。）
さらにまた、これら２つのカーボンヒータを用いて、各々についてリング状サセプタにより外周部を支持したφ２００ｍｍ半導体ウエハを、真空中の炉内で約５０ｍｍ下方から１０００℃に加熱する試験を行なったが、いずれの場合においても上記半導体ウエハの上面内の温度ムラを±０．５℃の範囲以内に抑制することができた。
【０３６３】
他に、大気中の炉内で上記カーボンヒータ中のヒータ部材の温度を１３００℃に設定し、これを長時間持続することで、石英ガラスとカーボン製ヒータ部材との反応評価試験を行なったが、２５００時間経過した現在においても、上記いずれのカーボンヒータにおいて何ら問題が生じていないことが確認されている。
【０３６４】
第２グループの発明のカーボンヒータにおいては、石英ガラス支持体が融着によって一体化されているため、応力集中が生じず、長寿命を享受できる。
【０３６５】
しかも、ヒータ部材を支持する石英ガラス支持体がヒータ部材の周辺以外で一体化されているので、石英ガラス支持体を薄くして熱容量を小さくできる。それゆえ、急速昇降温に対応できる。
【０３６６】
第２グループの発明のカーボンヒータ用反射板状体は、クリーンで耐熱性に優れているため、ヒータの下側や外側に配置する熱反射板として好適である。また、前述の理由により肉薄化・低熱容量化できるので、特に半導体熱処理装置のヒータ用として好適である。
【０３６７】
第２グループの発明のカーボンヒータ及びそれ用の反射板の製造方法によれば、前述のような効果を有する高品質のカーボンヒータ及び反射板を低コストで効率良く製造することができる。
【０３６８】
なお、第２グループの発明は前述の実施例に限定されない。例えば、カーボンヒータや反射板の形状は、矩形に限らず円形や他の様々な形状を採用できる。また、ヒータ部材は石英ガラス支持体内において、２段以上に配置することもできる。
【０３６９】
第３グループの発明
以下、図６２〜図６９を参照して第３グループの発明の好適な実施例を説明する。
【０３７０】
図６２は、第３グループの発明の特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒータを示す概略図である。
【０３７１】
カーボンヒータ４１０は全体的に平板形状に形成されている。
【０３７２】
カーボンヒータ４１０は、石英ガラス製の設定部材４１２の設定凹所４１３に、発熱体としてカーボンファイバーからなるヒータ部材４１１を配置し、石英ガラス製の蓋部材４１４を被せた構成になっている。従って、ヒータ部材４１１は、石英ガラスに挟み込まれる格好となる。
【０３７３】
ヒータ部材４１１の具体例としては、直径７μｍのカーボンファイバーを４００本束ねたカーボンファイバー束を９本用いて、直径約２ｍｍのワイヤ形状に編み込んだものがある。また、上記編み込みのスパンは約３．２ｍｍであり、カーボンファイバーによる毛羽立ちは各々１．０〜３．０ｍｍ程度である。
【０３７４】
ヒータ部材４１１の配線形態は任意で良い。図示の例ではジグザグ状であるが、渦巻状やその他の形状でも良い。また、複数のゾーンに分割することも可能である。その場合には、端子は複数個必要となる。
【０３７５】
図６３、図６４にも示すように、設定部材４１２は、全体的に矩形の石英ガラス板である。設定部材４１２には、ヒータ部材４１１の設定凹所となる蛇行した溝４１３が形成されている。溝４１３の両端には、幅広のターミナル設定部４２１が設けられている。カーボンターミナル設定部４２１からは、金属電極通し溝４２２が外部まで伸びている。
【０３７６】
設定部材４１２には、非酸化性ガスを導入するためのガス導入溝４２３も形成されている。
【０３７７】
金属電極通し溝４２２とガス導入溝４２３には、それぞれ金属電極用石英ガラス管４２８とガス導入用石英ガラス管４２９が接続されている。石英ガラス管４２８、４２９は設定部材４１２に溶接され、溶接後に、クラック発生を防ぐためのアニール処理が施されている。
【０３７８】
これらの石英ガラス管４２８、４２９は、補強棒４３１によって補強することができる。
【０３７９】
溝４１３は、例えば、板状の設定部材４１２をダイヤモンドドリルを用いた機械加工によって堀削し、加工表面を平滑化して形成する。切削加工表面には無数のチッピングが存在するが、これは熱衝撃によるクラック発生の原因になるので、鏡面研磨もしくはつや出し処理での平滑化を行う。特に上述ように発熱ムラを防止するためには、酸水素バーナでの加熱によるつや出し処理を行うことが最適である。但し、後述するように、溝内にアルミナ粉４１５を充填する場合には、上記平滑化は必ずしも必要ではない。
【０３８０】
ここで鏡面とは、表面粗さＲｍａｘ（最大高さＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２に基づく。）が１μｍ以下の面をいう。
【０３８１】
溝４１３の表面の表面粗さＲｍａｘが１μｍより大きい場合には、ヒータ部材との局部的な接触が生じ、その領域で反応性が高まりヒータ部材の寿命が短くなる。すなわち、石英ガラスとカーボンがＳｉＯ₂＋３Ｃ→ＳｉＣ＋２ＣＯやＳｉＯ₂＋２Ｃ→ＳｉＣ＋ＣＯ₂の反応を起し、ヒータ部材４１１がダメージを受けることになる。例えば、１２００℃、３００時間で珪化による１０％抵抗増加が確認された。
【０３８２】
溝４１３内には１本または複数本のヒータ部材４１１を配置することができるが、溝４１３の深さはこれらの正味の太さよりも深くすることが好ましい。また、ヒータ部材４１１と蓋部材４１４が面接触しないようにすることも大切である。
【０３８３】
図６８、６９に示すように、設定部材４１２と蓋部材４１４は、酸水素バーナを用いた溶接４２７によって密封固定されている。設定部材４１２と蓋部材４１４の対向面はＬの距離をおいて対向している。距離Ｌは、０．２〜１ｍｍである。
【０３８４】
距離Ｌを短め（０．２ｍｍ付近）にする場合には、設定部材４１２と蓋部材４１４の対向面を鏡面加工することが好ましい。これは、つや出しで面ダレが発生した時に、対向面が接してしまい、破損を招く可能性があるからである。距離Ｌが０．２ｍｍ未満では、破損の可能性が大きくなる。
【０３８５】
距離Ｌを長め（１ｍｍ付近）にとる場合には、面接触の恐れがないので鏡面加工の必要はない。距離Ｌが１ｍｍを超える場合には、溶接用火炎が入り込み、発熱体４１１が酸化される恐れが大きくなる。
【０３８６】
設定部材４１２と蓋部材４１４の周囲には、開先が設けてある。これにより、設定部材４１２と蓋部材４１４の溶接強度を飛躍的に向上できる。開先を設けずに直角コーナのみを溶接すると、辺溶接となって十分な溶接強度を得ることができない。
【０３８７】
例えば、設定部材４１２と蓋部材４１４の肉厚が６ｍｍの場合には、開先の面取りをＣ５とする。一般には、Ｃの幅：ｙは、ｙ≦ｔ−１ｍｍ（ｔは肉厚）によって選定されることが好ましい。これは設定部材４１２と蓋部材４１４の上端及び下端を１ｍｍ程残すことによって、これらのチッピングを防止するためである。また、溶接は開先部だけでなく、符号４２７で示すように１ｍｍ程度肉盛り溶接することが好ましく、その場合にはさらに強度を向上できる。
【０３８８】
なお、設定部材４１２と蓋部材４１４の間隔を開けることは、溶接時の局部的な温度差による破損を防止するのにも役立つ。
【０３８９】
設定部材４１２と蓋部材４１４の間隔を設けて、これらを溶接するためには、図６９の場合には、厚さが０．２〜１ｍｍのスペーサを介在させ、設定部材４１２と蓋部材４１４の外周部を３〜４点肉盛溶接し、スペーサを取り除いた後に、外周部全域を肉盛り溶接すればよい。また、図６８のように蓋部材４１４の外周側全域にあらかじめ高さ０．２〜１ｍｍで幅０．１〜９ｍｍ程度の防炎堤４３４を蓋部材４１４に一体成形もしくは溶接により形成したおき、この設定部材４１２と蓋部材４１４を重ね合わせた後、所定の石英ガラス棒を開先部にあてがいながら酸水素バーナーで加熱することによって防炎堤部を溶着させ、さらに肉盛部４２７を形成して溶接することができる。
【０３９０】
特に後者の方法によれば▲１▼バーナー加熱によるヒータ部材の酸化を極力防止することができ、▲２▼設定部材と蓋部材の間隔寸法をより均一化することができ、さらに▲３▼設定部材と蓋部材の外周部にＳｉＯ₂微粉による白色の曇りが発生するのを防止でき、本カーボンヒータの均熱性を向上せしめることができる。
【０３９１】
尚、防炎堤４３４は、蓋部材４１４に０．２〜１ｍｍの高さで設けてもよく、さらには、設定部材４１２及び蓋部材４１４いずれにも、トータル高さが０．２〜１ｍｍとなるように設けてもよい。
【０３９２】
図６５に示すように、設定部４１３にアルミナ粉４１５を充填し、そのアルミナ粉４１５でヒータ部材４１１を支持すると有利である。アルミナ粉４１５は、設定部４１３にアルミナ粉４１５及びヒータ部材４１１を配置した後で、１３００℃程度の熱処理を行って焼結させる。
【０３９３】
これによってカーボンヒータの使用最高温度をより確実に１３５０℃程度まで引き上げることができる。
【０３９４】
アルミナ粉末は、例えば、次の手順で配置する。石英ガラス管４２８、４２９を溶接しアニールした後で、設定部材４１２の溝４１３にアルミナ粉末を純水で解いたペーストを流し込み、ヒータ部材４１１を設定した後で、ヒータ部材の上部にもアルミナペーストを流し込む。そして、２００℃、３時間乾燥機で水分を除去する。
【０３９５】
カーボンターミナル設定部４２１にはカーボンターミナル４１６が配置してあり、そこにヒータ部材４１１の両端が各々接続されている。
【０３９６】
図６６、図６７に示すように、ヒータ部材４１１はカーボンターミナル４１６の穴に差し込まれ、ネジ４２５によって固定されている。
【０３９７】
また、カーボンターミナル４１６には、Ｍｏ製の金属電極４１７も接続されている。金属電極４１７の先端にはネジ４２６が切ってあり、カーボンターミナル４１６のネジ穴にネジ込み固定されている。
【０３９８】
金属電極４１７は石英ガラス管４２８を通って外側に引き出され、電極４３２に接続されている。
【０３９９】
そして、前述と同様に設定部材４１２と蓋部材４１４を溶接し密封固定した後に、石英ガラスの歪みを１１５０℃の熱処理によって解消する。この熱処理によって乾燥されたアルミナ粉末は仮焼状態となるが、これをさらに１３００℃の熱処理を施すことによって焼結体とすることができる。設定部材４１２と蓋部材４１４の間には、０．２〜１．０ｍｍの隙間が開いている。
【０４００】
ガス導入管４２９にはフレキシブルチューブ４３３が接続され、そこから窒素ガス等の非酸化性ガスが吹き込まれる（矢印Ｇ）。吹き込まれたガスは、ガス導入通路４２３を通り、カーボンターミナル周辺部に流れる。そして、金属電極用石英管４２８を通って排出される。
【０４０１】
また、ヒータ部材４１１にもガスを供給するようにできるが、その際には、温度ムラが生じ易くなるため注意が必要である。
【０４０２】
エグザンプル３−１
アルミナ粉を用いずに図６２に示す形態のカーボンヒータを作成した。
【０４０３】
このカーボンヒータに窒素ガスを導入しながら加熱試験を行ったところ、カーボンワイヤヒータ部の温度が８５０℃で５１Ｖ１０．６Ａであった。１００時間使用しても抵抗変化はなく、安定した加熱を行うことができた。更に、カーボンヒータの温度を１３００℃にしても２０００時間以上問題なく使用可能であった。
【０４０４】
エグザンプル３−２
アルミナ粉を用いてカーボンワイヤを支持した点以外はエグザンプル３−１と同様にして、カーボンヒータを作成した。
【０４０５】
窒素ガスを導入しながら加熱試験を行い、１３５０℃のヒータ温度（アルミナ粉表面温度）で２００時間連続使用したが、抵抗増加等の不具合は無かった。その後、さらに温度を上昇させたところ、アルミナ粉表面が１５５０℃でヒータ部材が断線した。
【０４０６】
第３グループの発明の特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒータは、従来のヒータに比べて耐用寿命が大幅に長く、また急速昇降温が可能である。
【０４０７】
なお、第３グループの発明は前述の実施例に限定されない。例えば、ヒータの全体的形状は矩形平板に限らず、円形板や円筒形でも良い。また、設定部材だけでなく、蓋部材にも溝を形成することができる。
【０４０８】
第４−１グループの発明
以下、図８７、図８９〜９２を参照して第４−１グループの発明の好適な実施例を説明する。
【０４０９】
図８９は第４−１グループの発明による特に半導体熱処理装置用として有効なカーボンヒータの使用状態を示す斜視図である。また、図９０はカーボンヒータの詳細を示す上面図、図９１は一部分を省略した側面図、また図８７は図９１の一部分の拡大図である。
【０４１０】
第４−１グループの発明のカーボンヒータ６１０では、複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本編み込んでワイヤ状にしたヒータ部材６１２を使用する。
【０４１１】
ヒータ部材６１２として用いるカーボンワイヤの具体例としては、例えば、直径７μｍのカーボンファイバーを３００本束ねたカーボンファイバー束を９本用いて、直径約２ｍｍのワイヤ形状に編み込んだものがある。また、上記編み込みのスパンは約３ｍｍであり、カーボンファイバーによる表面の毛羽立ちは各々０．５〜２．５ｍｍ程度である。
【０４１２】
ヒータ部材６１２は、石英ガラス支持体１２のほぼ中心面上で同心円状にジグザグに配置されている。配線形態は、渦巻状やその他の形状でも良い。
【０４１３】
ヒータ部材６１２の端子線は、例えば直径３ｍｍの穴２１からヒータ面１３と垂直に引き出されている。
【０４１４】
配線用溝は、「凸」の字状に形成されている。
【０４１５】
熱処理によって、石英ガラス支持体６０２、すなわち２枚の石英ガラス板の接合面全体を融着して実質的に一体化されている。すなわち、このカーボンヒータはヒータ部材６１２を２本封入した板状の石英ガラス支持体６０２によって実質的に一体化されたものであって、この板状の石英ガラス支持体６０２中の上記ヒータ部材６１２の周辺部には、該ヒータ部材６１２の表面に形成されたカーボンファイバーの毛羽立ちによって中空の空間が形成された構造となっている。
【０４１６】
この実施例の端子部作製方法を説明する。
【０４１７】
１）Ｎ₂を流しながら大径（例えば直径１９ｍｍ）の石英透明パイプ６０３を平板状石英容器に溶接する。割れ防止のため適宜アニール処理（例えば１１５０℃、１ｈｒで除冷）を行う。
【０４１８】
２）小径（例えば直径９ｍｍ）の石英パイプ６６１中にヒモを用いて複数のワイヤー状カーボンを引張り込む。そして、この石英パイプを石英容器の設定穴に挿入する。なお、ワイヤーは小径の石英パイプ６６１中にきつめに配置される。
３）各部材を図８７のように配置して、接続部材６４０を組み立てる。その際、カラ迴り用カーボン材６６２の作用で、カーボンワイヤの切断を防止できる。
４）予め溶接により接合されていた不透明パイプ６０３ａの下部に、透明パイプを溶接する。その際、枝パイプ６６４からＮ₂ガスを導入してヒータ部材の酸化を防ぐ。
【０４１９】
５）Ｎ₂を導入しながら下部透明パイプの下側に封止端子を取り付ける。
【０４２０】
６）枝管６６４から真空引きし、ヒータ内部を減圧する。その後、技管６６４のつけ根６６４ａを火炎で丸めて封着し、枝管６６４を取る。
【０４２１】
ヒータ部材６１２の端部は、ヒータ部材からヒータ面に対してほぼ垂直に引き出され、カーボン端子を介してＭｏ端子線６４１に接続されている。これらはガラス管内に配置されている。そして、Ｍｏ端子線６４１は、Ｍｏ箔６５５を介して２本のＭｏ外接線６５３に接続されている。Ｍｏ箔６５５はピンチシールされている。
【０４２２】
尚、上記第４−１グループの発明のカーボンヒータは、上記の端子部以外は上述の第２グループの発明のカーボンヒータと同一の構成であり、また同等の製造方法によって製造される。
【０４２３】
また、第４−１グループの発明のカーボンヒータは、上記端子部及び石英ガラス支持体（融着方法）以外の構造は、後述する第４−２グループの発明のカーボンヒータと同じ構成にすることができる。
【０４２４】
このような構成にすることにより、本カーボンヒータの上方に約１００ｍｍ離間し配置した半導体ウエハ面上での温度ムラを±０．５℃以下に保つことができる。また、コンパクト化が可能であり、製造が容易でコスト的にもメリットが大である。
【０４２５】
石英透明ガラスパイプ６０３の途中に配置した不透明石英ガラスパイプ６０３ａは、ヒータ部から伝わる石英透明ガラスパイプ６０３の内部の熱幅射及びこれ自身による熱伝導を遮断する効果がある。これにより、Ｍｏロッド６４１、６５３の酸化を防止でき、さらに石英ピンチ部６５６の破損を効果的に防止できる。また、この実験例では、中子６３５と円筒中子６４８の間にカラ迴り用カーボン材６６２を介在させているので、中子によってワイヤー状カーボンを押圧する際に、中子が回転してカーボンワイヤが切断される不具合を解消することができる。
【０４２６】
第４−２グループの発明
以下、図７０〜図７５を参照して第４−２グループの発明の好適な実施例を説明する。
【０４２７】
図７０は第４−２グループの発明による特に半導体熱処理装置用として有効なカーボンヒータの使用状態を示す斜視図、図７１はカーボンヒータ単体を示す斜視図である。また、図７２は図７１のカーボンヒータの詳細を示す上面図、図７３は一部分を省略した側面図である。
【０４２８】
第４−２グループの発明のカーボンヒータ５１０では、複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本編み込んでワイヤ状にしたヒータ部材５１５を使用する。ヒータ部材５１５の断面は、円形に限らず偏平した形状でも良い。
【０４２９】
ヒータ部材５１５の具体例としては、例えば、直径７μｍのカーボンファイバーを３００本束ねたカーボンファイバー束を９本用いて、直径約２ｍｍのワイヤ形状に編み込んだものがある。また、上記編み込みのスパンは約３ｍｍであり、カーボンファイバーによる表面の毛羽立ちは、各々０．５〜２．５ｍｍ程度である。
【０４３０】
このようなヒータ部材５１５を用いることにより、電流負荷密度を従来のＭｏ−Ｓｉ線に比べて１．５倍程度に向上でき、急速加熱が可能となる。
【０４３１】
ヒータ部材５１５は石英ガラス平板容器の下容器５１１の設定凹所５１６内に配置され、そこに上容器５１２が被せられる。ヒータ部材５１５は、石英ガラス平板容器の下容器５１１と上容器５１２の間に挟まれる格好で、容器内に封じ込まれる。
【０４３２】
上容器５１２の上面がヒータ面５１２となるが、この実施例ではヒータ面５１２は半円形の平面である。
【０４３３】
設定凹所５１６は図７２の平面で左右対称に配置されており、その対称線上にガスを導くためのガス通路５１７とガス導入・排出口５１８が形成されている。
ヒータ部材５１５の配線形態、すなわち設定凹所５１６の形状は任意で良い。図示の例ではジグザグ状であるが、渦巻状やその他の形状でも良い。
【０４３４】
石英ガラス容器５１１、５１２は、半円形状で中心部に半円形の切欠きを有する割型になっている。それゆえ、図７０に示すように、２個組み合わせればドーナツ状ヒータ５２０を形成できる。
【０４３５】
設定凹所５１６の両端部には棒状端子挿入部５１９が形成してあり、棒状端子５２１がヒータ面５３１と垂直に配置されている。棒状端子５２１には、ヒータ部材５１５の端部が接続されている。上容器５１２の対応位置にも、棒状端子用の溝が形成されている。
【０４３６】
棒状端子挿入部５１９には石英ガラス管５１３が接続されている。石英ガラス管５１３は、下容器５１１の下面にヒータ面５３１と垂直に密封固定されている。
【０４３７】
石英ガラス管５１３の一部に不透明石英を使用することができる。この場合、ヒータ側からの光による熱伝達及び熱伝導を抑えることができる。そして、それより下部に配置する部材の温度上昇を抑制し、当該部材を保護すると共に熱ロスを防止することができる。
【０４３８】
石英ガラス管５１３の内部において端子部本体５２３と棒状端子５２１は、複数のワイヤー状カーボンからなる端子線５２２によって接続されている。端子部本体５２３からはＭｏ製の内接線５２４が下方に導き出されている。このように、導電線として複数のワイヤー状カーボンからなる端子線５２２を使用することにより、電気抵抗を下げ発熱を抑えることができる。
【０４３９】
石英ガラス管５１３の下端部には、石英ガラス製のキャップ５２６が接続されている。内接線５２４はキャップ５２６を通って下方に引き出されている。
【０４４０】
引き出された内接線５２４の下端部はＭｏ製の箔体５２８の上部に接続されている。箔体５２８の下部にはＭｏ製の外接線５２９が接続されている。外接線５２９は、図７３では二極であるが一極の場合もある。Ｍｏ製の箔体５２８は石英封止端子５２７によって密封されている。この石英封止端子５２７は、石英製のキャップ５２６の先端部を加熱軟化させピンチして（はさみ込んで）密封している。
【０４４１】
ところで、内接線５２４をそのままキャップの外に出してピンチした場合には、Ｍｏと石英の熱膨張係数差によって石英封止端子５２７に亀裂等が発生し、密封性が阻害されてしまう不具合が生じる。このような不具合を解消するために、箔体５２８を介在させ、石英封止端子５２７でピンチして密封するのである。
【０４４２】
図７４、図７５に示すように、上容器５１２と下容器５１１の対向面はＬの距離をおいて対向している。距離Ｌは、０．２〜１ｍｍである。
【０４４３】
距離Ｌを短め（０．２ｍｍ付近）にする場合には、上下容器５１１、５１２の対向面を鏡面加工することが好ましい。これは、つや出しで面ダレが発生した時に、対向面が接してしまい、破損を招く可能性があるからである。距離Ｌが０．２ｍｍ未満では、破損の可能性が大きくなる。
【０４４４】
距離Ｌを長め（１ｍｍ付近）にとる場合には、面接触の恐れがないので鏡面加工の必要はない。距離Ｌが１ｍｍを超える場合には、溶接用火炎が入り込み、発熱体５１５が酸化される恐れが大きくなる。
【０４４５】
上下容器５１１、５１２の周囲には、開先が設けてある。これにより、上下容器５１１、５１２の溶接強度を飛躍的に向上できる。開先を設けずに直角コーナのみを溶接すると、辺溶接となって十分な溶接強度を得ることができない。
【０４４６】
例えば、上下容器５１１、５１２の肉厚が６ｍｍの場合には、開先の面取りをＣ５とする。一般には、Ｃの幅：ｙは、ｙ≦ｔ−１ｍｍ（ｔは肉厚）によって選定されることが好ましい。これは上下容器５１１、５１２の上端及び下端を１ｍｍ程残すことによって、これらのチッピングを防止するためである。また、溶接は開先部だけでなく、符号５３２で示すように１ｍｍ程度肉盛り溶接することが好ましく、その場合にはさらに強度を向上できる。
【０４４７】
なお、上下容器５１１、５１２の間隔を開けることは、溶接時の局部的な温度差による破損を防止するのにも役立つ。
【０４４８】
上下容器５１１、５１２の間隔を設けて、これらを溶接するためには、図７５の場合には、厚さが０．２〜１ｍｍのスペーサを介在させ、上下容器５１１、５１２の外周部を３〜４点肉盛溶接し、スペーサを取り除いた後に、外周部全域を肉盛り溶接すればよい。また、図７４のように、上容器５１２の外周側全域にあらかじめ高さ０．２〜１ｍｍで幅０．１〜９ｍｍ程度の防炎堤５３４を上容器５１２に一体成形もしくは溶接により形成したおき、この上容器５１２と下容器５１１を重ね合わせた後、所定の石英ガラス棒を開先部にあてがいながら酸水素バーナーで加熱することによって防炎堤部を溶着させ、さらに肉盛部５３２を形成して溶接することができる。
【０４４９】
特に後者の方法によれば▲１▼バーナー加熱によるヒータ部材の酸化を極力防止することができ、▲２▼上下容器の間隔寸法をより均一化することができ、さらに▲３▼上下容器の外周部にＳｉＯ₂微粉による白色の曇りが発生するのを防止でき、本カーボンヒータの均熱性を向上せしめることができる。
【０４５０】
尚、防炎堤５３４は、下容器５１１に０．２〜１ｍｍの高さで設けてもよく、さらには、上容器５１２及び下容器５１１いずれにも、トータル高さが０．２〜１ｍｍとなるように設けてもよい。
【０４５１】
上下容器５１１、５１２の溶接は、ガス導入・排出口５１８に接続したガス導入用パイプ５１４から、窒素ガスを導入しながら行う。窒素ガスを導入して窒素ガスを周囲から流れ出させ、溶接用の酸水素火炎を押し戻すようにして、設定凹所５１６に配置した発熱体５１５の酸化を防止する。ガス通路５１７は、このような窒素ガスの作用に適するように配置する必要がある。また、窒素ガスの導入は、石英ガラスパイプ中の端子や端子線のワイヤー状カーボンの酸化防止にも役立つ。
【０４５２】
溶接後に行うアニール工程でも、窒素ガスを導入しながら作業を進める。
【０４５３】
その後で、やはり窒素を導入しながら、ワイヤー状カーボン５２２を石英ガラス管５１３にセットし、封着用端子５２３を取り付ける。
【０４５４】
端子部本体設定後のアニール工程も窒素ガスを導入しながら行う。
【０４５５】
導入ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン等の非酸化性ガスを用いることができるが、経済性の点からは窒素が妥当である。
【０４５６】
石英ガラス容器の組み立てが終わったら、容器内の排気を行って容器内を所定の圧力に設定する。これによって、前述の石英ガラス管５１３内も、所定の減圧状態となる。
【０４５７】
一般に、カーボン材は、酸化され易いため窒素等の非酸化性ガスを容器内に充填するか又は容器内を真空にする必要がある。しかし、真空状態では、カーボン材と石英ガラスとの反応が促進する傾向があるため、本発明では容器内に非酸化性ガスを充填する方法を採用する。
【０４５８】
窒素ガスを導入しながらヒータを加熱する方法では、窒素ガスラインの設置等により熱処理装置の構造が複雑になるため、本発明の好ましい態様では容器内部を密閉型にして若干の窒素ガスを内部に封入する。封入圧力は、以下のようにして定める。
【０４５９】
例えば、１０００℃で使用し、熱処理炉内の圧力が真空と常圧の両方で使用する場合は、ヒータ内部の圧力は、０〜１ａｔｍの中間をとって０．５ａｔｍ程度に設定する。１０００℃で０．５ａｔｍにするためには、室温２０℃では０．５ａｔｍ×２９３Ｋ／１２７３Ｋ×７６０Ｔｏｒｒ／ａｔｍ＝８７Ｔｏｒｒとなり、室温で８７Ｔｏｒｒになるようにヒータ内部を減圧してから封じる。ヒータ内部は、例えば０．１気圧程度に設定する。
【０４６０】
すなわち、窒素ガスを導入しながら組み立て作業を行い、組み立て終了後にガス導入管５１４から窒素ガスを抜き、容器内部を所定の圧力に調整する。
【０４６１】
容器内を減圧することは、石英ガラス容器の寿命の点でも有利である。コンピュータシミュレーションの結果、ヒータ用の石英ガラス容器では、外部からの圧力より内部からの圧力に対して破損に弱いとの結果が得られている。窒素ガスを常温で１気圧に封入すると、ヒータ加熱時には内部の窒素が膨張し、石英ガラス容器の内部から圧力が作用することになる。
【０４６２】
最後に、ガス導入管５１４は、下容器５１１の下面に近い位置で火炎により封じて除去する。このため、ガス導入管５１４と石英ガラス管５１３は、閉栓作業ができる程度の間隔をおいて配置する。
【０４６３】
なお、本発明の特に半導体処理装置用としての有効なカーボンヒータは上述のような熱処理装置のみならず、半導体を高温化で洗浄を行う洗浄装置などにも適用することができる。
【０４６４】
エグザンプル４−２−１
厚さ８．０ｍｍの石英ガラス板に溝加工及び外径加工を施し、その後、加工表面に酸水素火炎でつや出し処理を行って外径２４０ｍｍの半円形、石英ガラス製下容器を得た。また、厚さ８．０ｍｍの石英ガラス板を用いて下容器に対応する上容器を形成した。
【０４６５】
下容器にはガス導入用の石英ガラス管と端子用の石英ガラス管を下容器に溶接した。前者の外径は６．５ｍｍ、後者の外径は２５．４ｍｍであった。
【０４６６】
下容器の溝内及び端子用ガラス管内にヒータ部材と端子一式を配置して上容器を被せ、ガス導入用ガラス管から窒素ガスを導入しながら、上下容器の外周を溶接した。なお、開先はＣ５とし、溶接肉盛りは１ｍｍとした。これ以降の工程も、原則として、窒素ガスを導入しながら行った。
【０４６７】
ヒータ部材の他端の端子部本体を石英ガラス管の解放端に配置して封着した。そして、アニール処理を行った。
【０４６８】
最後に、ガス導入用の石英ガラス管から窒素ガスを排気し、容器内圧力を１８０Ｔｏｒｒに設定して、ガス導入用管を封着除去した。
【０４６９】
以上の手順で製作した断面Ｔ字形のカーボンヒータを用いて、加熱試験を行った。
【０４７０】
発熱体に電流を流し、ヒータ温度が放射温度計で１１００℃になった時点でヒータ内圧力を測定したところ、約１気圧であった。また、複数本のカーボンワイヤ束部の温度は、１０５℃であった。
【０４７１】
室温からヒータ温度が１１００℃になるまでに要した時間は、約１０秒であった。
【０４７２】
ヒータ温度１１００℃で１０００時間継続使用したが、異常は認められなかった。
【０４７３】
また、ヒータ温度１３００℃の加熱も問題なく行うことができた。
【０４７４】
以下、図７６〜図８６を参照して第４−２グループの発明のより好適な実施例を説明する。
【０４７５】
図７６は、本発明のカーボンヒータ用端子装置を適用したカーボンヒータを示す斜視図である。図７７は、その上面図である。
【０４７６】
カーボンヒータ６０１は、半ドーナツ形の石英ガラス製容器６０２を有し、その下部に石英ガラス管６０３が垂直に接続されている。
【０４７７】
石英ガラス製容器６０２は容器本体とフタ部材から構成され、容器本体にはヒータ部材６１２を配置するための溝６０４が形成されている。溝６０４の両端には、端子装置を配置するための端子用凹所６０６が設けてある。また、容器６０２内を非酸化性雰囲気にするためのガス導入・排出口６０８とガス通路６０７も形成されている。
【０４７８】
カーボンヒータ６０１を２個組合わせて円形のヒータ面を形成し、半導体製造装置用ヒータとして用いることができる。
【０４７９】
端子用凹所６０６及び石英ガラス管６０３内には、本発明における端子装置が配置される。
【０４８０】
本発明の端子装置には、ヒータ部材６１２と複数のワイヤー状カーボン端子線６１３を接続するための第１の端子装置６１０及び６００、複数のワイヤー状カーボン端子線６１３と金属製端子線６４１を接続するための第２の端子装置６４０、石英ガラス管６０３の内側の金属端子線（内接線）６４１と電源側の金属製端子線（外接線）６５３を接続するための第３の端子装置６５０の３種類がある。
【０４８１】
先ず、図７８〜図８３を参照して、第１の端子装置について説明する。
【０４８２】
この端子装置６２０は、中間部材６３４を用いて端子部材６１１と端子線接続部材６１６を接続する構成になっている。
【０４８３】
棒状端子部材６１１の外形は、全体的に円柱棒状である。棒状端子部材６１１の一端側には、ヒータ部材６１２を挿入するための貫通穴６１４が端面と平行に形成されている。この貫通穴６１４に通じるように、ねじ穴６２３が設けてある。貫通穴６１４とねじ穴６２３は、図８０に示すように、貫通穴６１４の中央でＴ字形に交差している。
【０４８４】
貫通穴６１４にヒータ部材６１２を挿入し、ねじ穴６２３に固定用ねじ６１９をねじ込んで発熱体６１２を固定する。このようにすれば、確実にしっかりと固定でき、スパークを発生させずに棒状端子部材６１１からヒータ部材６１２に電力を供給することができる。
【０４８５】
棒状端子部材６１１の他端側には、端子線ガイド部材６１６を接続するための大径のめくらねじ穴６１５が形成されている。めくらねじ穴は軸線上に配置される。端子線ガイド部材６１６は、中間部材６３３を介し、端子部材６１１に連結される。
【０４８６】
中間部材６３３は、外周におねじ部６３４を有する円筒形の部材である。
【０４８７】
端子線接続部材６１６は、全体的に円筒状に形成される。その貫通穴は、下端部付近で円錐状に狭くなっている。その反対側の接続端側の内周には、中間部材６３３のおねじ部６３４に対応するめねじ部６２２が形成されている。
【０４８８】
端子線接続部材６１６の貫通穴内には中子部材６３５が挿入される。中子部材６３５はプレーンな円筒状であり、端子線側の端部は円錐状に突出している。
【０４８９】
中子部材６３５は、その一部分のみが端子線接続部材６１６の貫通穴内に挿入されるようにすることもできる。そのためには、例えば、中間部材６３３に凹所を形成すれば良い。
【０４９０】
ワイヤー状カーボンからなる端子線６１３は、端子線接続部材６１６と中子部材６３５の間に挟まれて分配された状態で押圧固定される。中子部材６３５の外側に浅い溝を複数本設けて、分割したワイヤを案内するようにしても良い。
【０４９１】
組み立てに際しては、図７８に示すように、複数のワイヤー状カーボン端子線６１３を複数のワイヤ６１３ａに適当に分配して中子部材６３５で軽く押え、ズレないようにして中間部材６３５のネジ込みを行う。
【０４９２】
このように複数のワイヤー状カーボン端子線６１３を配置した接続部材６１８と中子部材６３１のセットを、中間部材６３３を介して端子部材６１１に捩じ込むことにより、前記溝状領域に配置された端子線６１３ａを端子部材６１１に強く接続することができる。従って、良好な導通が保証される。
【０４９３】
また、形状柔軟性があるヒータ部材を、熱膨張や熱変形に対して、カーボンヒータ内で異常な応力を生じさせずに接続することが可能となる。
【０４９４】
上記ワイヤー状カーボン端子線６１３は、ヒータ部材６１２と同じ材質である方が良い。また、材質が異なる場合には、複数本のワイヤー状カーボンの端子線６１３の単位長さ当たりの抵抗値を、ヒータ部材６１２のそれより相応に小さくして、端子線の発熱を十分に抑えるようにする。
【０４９５】
ワイヤー状カーボン端子線６１３とヒータ部材６１２の温度は、概ね電気的抵抗値比率となった。例えば、ヒータ部材６１２の抵抗値が１０Ω／ｍ・本で端子線６１３が１Ω／ｍ・本の場合には、ヒータ部材６１２の温度が１０００℃であれば端子線は約１００℃であった。
【０４９６】
ワイヤー状カーボン端子線６１３とヒータ部材６１２が同じ材質の場合には、端子線のワイヤ本数をヒータ本数の５倍以上にすることが好ましい。仮に、ヒータ１本に対して端子線のワイヤ本数が４本とすると、通常の半導体処理工程におけるようにヒータ温度が１１００℃となった場合に、端子線温度は約２７５℃であった。２７５℃は、バイトン等の真空シール材が劣化する温度である。これに対し、ワイヤ本数を５本にすることによって、端子線温度が約２２０℃となり、耐熱温度２３０℃以下にすることができた。
【０４９７】
このように、電力を伝達する上記ワイヤー状カーボン端子線６１３の温度をさげることにより、バイトン等の真空シール材の劣化を防止することができる。また、ワイヤー状カーボン自体がカーボンファイバから構成されているため、ヒータからの熱伝導を抑えることができる。例えば、通常の特殊炭素材料の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫであるのに対し、ワイヤー状カーボンでは１Ｗ／ｍＫ以下である。
【０４９８】
次に、図８４と図８５を参照して、第２の端子装置について説明する。
【０４９９】
この端子装置６４０は、ワイヤー状カーボンからなる端子線６１３と金属製の端子線６４１とを、上記ワイヤー状カーボン接続部材６４３と、端子部本体６４２と、金属線接続部材６４５を用いて接続する構成になっている。
【０５００】
上記ワイヤー状カーボン接続部材６４３は、前述した第１の端子装置における端子線接続部材６１６と大体同じ形状であり、その作用も同様である。
【０５０１】
端子部本体６４２は全体的に円筒型の部材であり、その一端側にはワイヤ束ガイド手段６４３を接続するための接続部６４４が設けてある。他端側には金属線接続部材６４５を接続するための接続部６４６が設けてある。
【０５０２】
接続部６４４は、めねじ部を有する大径のねじ穴である。
【０５０３】
接続部６４６には、中子部材６４７を収容するためのテーパ部（穴）６４２ｂが形成されている。このテーパ穴と前記大径ねじ穴は貫通している。また、接続部６４６の外周には、おねじ部が形成されている。
【０５０４】
金属線接続部材６４５はカップ状部材として構成され、端子部本体６４２の接続部４６に被せてねじ込むようになっている。
【０５０５】
図８５に示すように、中子部材６４７は２つの割型になっており、合わせると円錐台形状となる。外周のテーパ面は、端子部本体６４２のテーパ部６４２ｂに対応している。各割型の対向面には、金属線を保持するための溝状保持部６４７ａが設けてある。
【０５０６】
端子部本体６４２の接続部６４４と複数のワイヤー状カーボン接続部材６４３の底部（ワイヤ束６１３の反対側）は、外周にネジ部を有する円筒中子６４８を介して接続される。
【０５０７】
図８４に示すように、金属線６４１を保持した状態の端子部本体６４２の接続部６４６に、金属線接続部材６４５をねじ込むことにより、金属線６４１を確実に端子部本体６４２に接続することができスパーク発生を防止できる。これは、割型中子６４７と端子部本体６４２のテーパ穴とのテーパ係合作用による。
【０５０８】
金属製端子線６４１としては、Ｍｏ（モリブデン）製金属棒６４１を用いることが好ましいが、タングステンも使用可能である。
【０５０９】
Ｍｏは、炭素材料と極めて近い熱膨脹係数を有するため、炭素製端子本体の熱履歴によりクラック等の割れを防止できる。
【０５１０】
また、Ｍｏは、融点が約２１００℃と高温であるため、金属不純物の発生を抑えることができる。それゆえ、Ｍｏ製金属棒は、石英製の封着端子の内接線（ヒータ側の端子線）として好適である。
【０５１１】
端子部本体６４２と中子部材６４７は炭素材で形成することが好ましい。炭素材は、純化し易く、３０００℃の高温まで耐え得るので都合が良い。また、中子部材６４７はモリブデンロッドを支持するので、クラック防止のため、モリブデンと近似の熱膨張係数を有する炭素材が好適である。なお、Ｍｏと炭素材の熱膨張係数は、いずれも４．２〜４．８×１０^-6／℃である。
【０５１２】
最後に、図８６を参照して、第３の端子装置の実施例を説明する。図８６は、カーボンヒータの一部と第１〜第３の端子装置を概略的に示している。
【０５１３】
第１の端子装置と第２の端子装置は、ガラス管６０３内で複数のワイヤー状カーボン端子線６１３によって接続されている。このように導電線として複数のワイヤー状カーボン端子線６１３を用いることにより、電気抵抗を下げ発熱を押さえることができる。また、ワイヤー状カーボンは熱伝導も極めて小さい利点を有している。
【０５１４】
ガラス管６０３内には、窒素あるいはアルゴンガスをチャージするのが好ましい。これにより、管内に配置した端子装置の高温時耐酸化性を向上できる。
【０５１５】
第３の端子装置６５０は、石英ガラス管６０３の内側に配置された内接線６４１と電源側の外接線６５３を接続するためのものである。
【０５１６】
この実施例では、内接線６４１はモリブデン棒６４１である。モリブデン棒６４１の一端は第２の端子装置６４０に接続され、他端はモリブデン箔６５５に接続されている。モリブデン棒６４１は、ヒータ部材６１２とは間接的に接続される。
【０５１７】
石英ガラス管６０３の下端部には、石英ガラス製のキャップが接続されており、モリブデン棒６４１はキャップを通って引き出されている。
【０５１８】
モリブデン箔６５５の底部側からは、２本の外接線６５３が外側に引き出されている。外接線６５３は一極でも良い。
【０５１９】
そして、モリブデン箔６５５全体が包み込まれるように、ピンチシール部６５６が形成されている。ピンチシール部６５６は、モリブデン箔６５５を、ガラス管３の内部及び大気から遮断している。ピンチシール部６５６は、石英ガラス製である。
【０５２０】
ピンチシール部６５６は、例えば石英製のキャップの先端部を加熱軟化させピンチして（はさみ込んで）密封することにより形成できる。
【０５２１】
以上のように、カーボンファイバー束を編み込んだヒータ部材６１２は、内接線６４１に直接接続せず、間接的に接続される。つまり、上記ヒータ部材を熱的に遠ざけて配置することが重要である。
【０５２２】
外接線６５３としては、直径１．４ｍｍ〜２．０ｍｍのモリブデンロッド２本を用いることができる。
【０５２３】
内接線６４１としては、直径１．４ｍｍ〜２．０ｍｍのモリブデンロッドを使用できる。
【０５２４】
石英パイプ６０３としては、外形１５ｍｍ以上のパイプを使用できる。
【０５２５】
モリブデン箔６５５としては、幅が８ｍｍ以上で、厚さが０．２ｍｍ〜０．５ｍｍのものを使用できる。
【０５２６】
エグザンプル４−２−２
エグザンプル４−２−２は第１の端子装置に係る。
【０５２７】
窒素雰囲気中で純化した端子部材を２個配置し、その間に純化したヒータ部材２本を１ｍの間隔で固定した。この時の電気抵抗値は５Ωであった。次に、中子部材と端子線接続部材を用いて端子部材に１８本のヒータ部材を固定し、図７８の端子装置を製作した。そして、このヒータ部材からヒータに電力を供給した。１０分後にヒータの温度が１１００℃になり、電気抵抗値は２．５Ωになった。また、この時のカーボンワイヤ１８本の温度を測定したところ１０５℃であった。
【０５２８】
この状態で１０００時間使用したが、電気抵抗の変化は確認されなかった。
【０５２９】
使用したカーボンワイヤ、端子部材、及び他の炭素部材は、灰分で５ｐｐｍ以下に純化したものである。
【０５３０】
これに対して、未純化品を使用したところ、１６時間で断線した。断線後のカーボンワイヤヒータ部をＥＰＭＡで観察したところ、鉄による劣化が認められた。
【０５３１】
このように、ヒータ部材及びその他の炭素部材は、配分で５ｐｐｍ以下とするのが好ましい。また、純化した炭素材の鉄濃度は、０．１ｐｐｍ以下とするのが良い。
【０５３２】
エグザンプル４−２−３
エグザンプル４−２−３は第２の端子装置に係る。
【０５３３】
直径２ｍｍのＭｏ製金属棒を用いて、図８４の端子装置を製作した。石英ガラス製容器にカーボンワイヤヒータを配置して容器内を窒素雰囲気に保ち、エグザンプル４−２−２の端子装置、及びエグザンプル４−２−３の端子装置を接続した。
【０５３４】
ヒータ部材の長さは１ｍで、２本の配線とした。ヒータの抵抗値は、室温では５Ωであり、１１００℃の加熱時に２．５Ωであった。ヒータが１１００℃の時、ワイヤー状カーボン端子線（１８本）の温度は、１０５℃であった。また、Ｍｏ製金属端子部は、５５℃であった。
【０５３５】
このカーボンヒータを１０００時間使用した結果、端子本体にクラック等の損傷は発生せず、その他の問題も生じなかった。
【０５３６】
なお、エグザンプル４−２−３における端子装置の炭素部材も、エグザンプル４−２−２と同様に純化処理したものを用いた。
【０５３７】
エグザンプル４−２−４
エグザンプル４−２−４は第３の端子装置に係る。
【０５３８】
直径１．４ｍｍの外接線を２本、外径が１５ｍｍの石英パイプ、また幅８ｍｍのＭｏ箔を使用し、図８６に示す第３の端子装置を製作した。この端子装置に３０Ａの電流を流したところ封着部にクラック等の破損が生ずることがないことが確認された。
【０５３９】
第４−２グループの発明の第１のカーボンヒータ用端子装置によれば、ヒータ部材と複数のワイヤー状カーボンからなる端子線とを確実に且つ容易に接続することができる。また、この端子装置はシンプルな構造を有し、寿命も充分に良い。
【０５４０】
第４−２グループの発明の第２のカーボンヒータ用端子装置によれば、複数のワイヤー状カーボンからなる端子線と金属製の端子線とを確実に且つ容易に接続することができる。また、この端子装置はシンプルな構造を有し、寿命も充分に良い。
【０５４１】
第４−２グループの発明の第３のカーボンヒータ用端子装置によれば、３０Ａ程度の大電流で使用しても長寿命を享受できる。
【０５４２】
なお、第４−２グループの発明は前述の実施例に限定されない。例えば、各部材のめねじとおねじの関係や凹凸の関係を逆にすることは自在にできる。そのような設計変更は、本明細書の記載に基づいて当業者が容易に成し得ることなので、ここでは詳述しない。
【０５４３】
第５グループの発明
以下、図４１〜図６１を参照して第５グループの発明の好適な実施例を説明する。
【０５４４】
図４１の（Ａ）及び（Ｂ）は第５グループの発明を半導体製造装置に用いた第１実施例と第２実施例を示す概略図である。
【０５４５】
ヒータユニット２１０は円筒形の炉芯筒管２１１を備え、その外側にヒータ部材２１２が巻かれている。図４１の（Ａ）に示す第１実施例では、ヒータ部材２１２は縦方向に往復するように巻かれているが、図４１の（Ｂ）に示す第２実施例では、ヒータ部材２１２は螺旋状に巻かれている。
【０５４６】
また、上記第１実施例及び第２実施例のヒータ部材２１２は、複数のゾーンに分割して別個に制御すれば、炉内上下の温度分布を均一に制御し易くなる。
【０５４７】
ヒータ部材２１２としては、灰分が１０ｐｐｍ以下の高純度カーボンワイヤーが適している。このような高純度カーボンワイヤーを用いることによって、不純物汚染を防止でき、また、熱伝導が小さく熱容量も少ないので急速昇降温が可能となる。
【０５４８】
炉芯筒管２１１の内側下部には、複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー状の長細形状に編み込んだヒータ部材２２２とする平板容器状のカーボンヒータ２２０が配置されている。なお、ヒータ部材２２２としては、長細形状であれば、テープ形状のようなものでも使用できる。また、上記ヒータ部材の具体例としては直径３μｍのカーボンファイバーを３３０本束ねたカーボンファイバー束を９本用いて、直径約２ｍｍのワイヤー形状に編み込んだものである。
【０５４９】
図４２と図４３はカーボンヒータ２２０を示す上面図及び断面図である。
【０５５０】
カーボンヒータ２２０は、石英ガラス製容器２２１内で、高純度カーボン製棒状端子部材２２３及び透光性アルミナ単体からなるワイヤー支え治具２２４により前記ヒータ部材２２２を支持した構成になっている。
【０５５１】
石英ガラス製容器２２１は透明石英で構成でき、容器本体２４７とベース２４８からなる。容器本体２４７とベース２４８は、磨りガラスによって接合される。
【０５５２】
容器本体２４７の外表面露出部、特に発熱面となる上面は断面半円状もしくは台形状の凸部が全体としてストライプ状に、もしくは同心円状に、さらにもしくは格子状に形成されており、この外表面がつや出し処理されていることが好ましい。これにより本発明のヒータ部材の如き線状ヒータ部材によるヒータ面上方への発熱を、光の散乱によって均一化せしめるといったプリズム効果が得られる。通常、同様の効果を得るために、ヒータ面をサンドプラスト処理する方法が採用されるが、この場合には、表面が砂目状となっており、この表面からの放熱が抑制され、石英ガラス自身に熱を蓄積してしまいエネルギー効率が低下してしまう。この意味で、上記つや出し処理されていることは、重要な事項である。
【０５５３】
また、石英ガラス製容器は、多数の微小閉気孔が内在する不透明石英で構成することもできる。
【０５５４】
ベース２４８には、石英ガラス製の枝管２３３が接続されている。ヒータ部材であるカーボンの酸化を防止するために、この枝管２３３から不活性ガスや窒素ガス等を導入できる。また、容器内の排気を行い、例えば１０ｔｏｒｒ以下の真空にする場合にも枝管２３３を利用できる。
【０５５５】
ベース２４８の上面には、後述するワイヤー支持部材２２４を設定する多数の挿入穴と、棒状端子部材２２３を通すための２つの貫通穴が設けてある。
【０５５６】
ベース２４８は、カーボンヒータ２２０の下方への熱の逃げを防止するために、不透明石英ガラスで構成される。ベースの上面又は上方には、ガラス状カーボンからなるカーボン製反射板２２５が配置される。このように、ヒータ部材２２２の下方に反射板２２５を置くことにより、下方への熱放射を低減することができる。反射板２２５の表面には中心線平均粗さＲａで０．１μｍ以下の鏡面加工が施されている。
【０５５７】
上述のとおり、第５グループの発明では、カーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤ状の長細形状に編み込んだヒータ部材２２２をヒータとして使用し、これを複数のワイヤー支え治具２２４によって屈曲させ、半導体ウエハのような略円板状体をその面内温度分布が均一となるように加熱しようとするものである。
【０５５８】
そのためには、このヒータ部材２２２をいかに均一な張り状態とするかが重要なポイントとなる。
【０５５９】
第５グループの発明では、図４２に示す如く、まずヒータ部材２２２を、すべてのワイヤー支え治具２２４の貫通孔に通し、また、両端を各々棒状の端子部材２２３の横穴２３７に挿通した後、一方の棒状端子部材２２３に、ボルト状の押え部材２２８でヒータ部材２２２を加圧保持し、他の一方側のヒータ部材２２２を適度な力で引張りながら、同様にボルト状の押え部材２２８で加圧保持させるのである。
【０５６０】
上記ヒータ部材２２２としては、灰分１０ｐｐｍ以下のものを用いるのが好ましい。この場合、不純物汚染を防止でき、また、熱伝導が小さく熱容量も少ないので急速な昇降温が可能となる。
【０５６１】
上記ヒータ部材２２２は、ワイヤー支え治具２２４にガイドされ、容器２２１の面と平行な面上で複数の屈曲部を有しジグザグに配置される。ヒータ部材２２２の両端には、棒状の端子部材２２３が配置されており、これを介して電力が供給される。
【０５６２】
図４４は、端子部材２２３の組立図である。端子部材２２３は、端子本体２２３ａと、押え部材２２８と、キャップ２２９から構成される。端子部材２２３は、露出部の少なくとも一部、好ましくは露出部全部がＳｉＣでコーティングされる。このようにＳｉＣコーティングを行えば、大気中でも使用可能となる。
【０５６３】
端子本体２２３ａはカーボン製であり、全体的にボルト型に形成されている。端子本体２２３ａの軸方向の中間付近には、軸と直交する貫通した横穴２３７が設けてある。端子本体２２３ａの六角状頭部から貫通した横穴２３７にかけては、押え部材を収容するための軸方向穴２３６が形成されている。軸方向穴２３６の内壁にはネジが切ってある。端子本体２２３ａの脚部にもネジが切ってある。図４４では、端子本体２２３の頭部は六角になっているが、スパナ等の工具で回転できる形状であれば他の形状でも良い。
【０５６４】
押え部材２２８は、端子本体２２３の軸方向穴２３６に対応したネジ型に形成されている。その頭部には、マイナスドライバー用の溝２３５が設けてある。押え部材２２８は端子本体２２３の軸方向穴２３６にねじ込まれ、貫通穴２０３に挿入されたヒータ部材２２２を押える。このように、押え部材２２８を用いてヒータ部材２２２を端子本体２２３ａにしっかり密着させることにより、ヒータ部材２２２の抜け落ちとスパーク発生を防止できる。
【０５６５】
キャップ２２９は、端子本体２２３ａの脚部のネジに対応したナット型に形成されている。
【０５６６】
端子本体２２３ａ及びキャップ２２９と石英ガラス表面との接触部に膨張黒鉛シート（図示せず）を挟むことにより、ヒータ内部への空気漏れやダスト発生を防止できる。
【０５６７】
図４５の（Ａ）は、図４２〜図４３のワイヤー支え治具２２４を示す斜視図であり、（Ｂ）は、ワイヤー支え治具の変形例を示す断面図である。
【０５６８】
ワイヤー支え治具２２４は、薄肉の円筒型であり、ヒータ部材２２２を通すための穴２２４ａが開けられている。ワイヤー支え治具２２４の根元部は、石英ガラス容器２２１の設定穴内に埋め込まれる。
【０５６９】
ワイヤー支え治具２２４でヒータ部材２２２を支持することによって、ヒータ部材２２２が石英ガラス容器に触れないように保つ。このようにすれば、ワイヤーの珪化を防ぎ、電気抵抗の変化を防止できる。
【０５７０】
ワイヤー支え治具２２４を薄肉の円筒型つまりパイプ状にすると、上方への熱放射を大きくすると共に、熱容量を小さくできる。熱容量が小さいと、熱応答が早くなり、サーマルショックに強くなる。
【０５７１】
ワイヤー支え治具２２４は、透光性の透明アルミナで形成することができる。この場合、透明部からの熱の輻射が多くなるため、被処理物の温度均熱性を向上できる。
【０５７２】
ワイヤー支え治具２２４に必要とされる特性は、例えば、１３００℃程度の高温下でのヒータ部材２２２との非反応性であり、また非導電性である。この両条件を満足するのが透光性アルミナであり、これならば単体で形成することができる。ただし、透光性アルミナにおいても、急速昇温の度合いを高めようとすると、熱衝撃のため、ワイヤー支え治具にクラックや破損が生ずるおそれがある。これを解決する構造として、高純度カーボン及び透光性アルミナの組立部材からなる。特に、前記組立部材のヒータ部材に接する部分が、高純度カーボン材料から成り、前記組立部材の、平板状容器２２１に配置接続する部分が、透光性アルミナ材料から成る構成が最適なものとなる。
【０５７３】
図４５の（Ｂ）のワイヤー支え治具２４１は、カーボン部材２４２とアルミナパイプ部材２４３を接続した構成になっている。カーボン部材２４２には、ヒータ部材２２２を貫通させるための横穴２４４が形成されている。
【０５７４】
図４６〜６０は、図４２〜４４の実施例に変更を加えた実施例を示している。図４６はヒータ部材２２０の主要部を示す断面図である。棒状端子部材や、これとのヒータ部材との接続構造は、図４２〜４４の実施例と、図４６〜６０の実施例で、実質的に共通している。以下に、特徴となる構成について説明する。
【０５７５】
ヒータ部材２２２は、複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状に編み込んだものである。このヒータ部材２２２としては、長細形状であれば、テープ形状のようなものでも使用できる。ヒータ部材２２２は、ある厚み（約２ｍｍ）を有する編み込み式のものが好ましい。ねじり（捩り）ワイヤーは、ほぐれ易く、温度のバラツキがあり、均熱性に劣る傾向がある。すると、電気抵抗にバラツキが生じ、ウエハに対する均熱性が低下する。
【０５７６】
上記ヒータ部材２２２としては、灰分３ｐｐｍ以下のカーボンワイヤーを使用するのが好ましい。この場合、不純物汚染を防止でき、また、熱伝導が小さく熱容量も少ないので急速な昇降温が可能となる。
【０５７７】
ヒータ部材２２２の両端には、カーボン製端子部材２２３が配置されており、端子部材２２３を介して電力が供給される。
【０５７８】
図４６〜４８に示されているように、端子部材２２３は、中間部にフランジ２２３ａを有する。そのフランジ２２３ａの一方側にはオネジ２２３ｂが形成されており、他方側には軸方向の穴２２３ｃと横方向の穴２２３ｄが形成されている。ワイヤーのヒータ部材２２２を端子部材２２３の横方向の穴２２３ｄに挿入してから、カーボン製のボルト状押え部材２２８を端子部材２２３の軸方向の穴２２３ｃにねじ込んで、ワイヤー２２３を端子部材２２３に固定する。
【０５７９】
アルミナ碍子のリング２６３がワイヤーのヒータ部材２２２から下方に離れていて、端子部材２２３のフランジ２２３ａに接して配置してある。これによって、ガラス状カーボンからなるカーボン製反射板２２５とカーボン製端子部材２２３の電気的絶縁を図っている。
【０５８０】
ベース２４８の上側に前述の端子部材２２３のフランジ２２３ａが設定され、ベース２４８の下側に炭素と炭素繊維の複合材（Ｃ／Ｃ）で作られたスプリング・ワッシャー２６５が設定されている。ナット２６６を端子本体２２３のオネジ２２３ｂにねじ込むことにより、端子部材２２３はベース２４８に固定される。
付加端子２６７はその軸方向の穴２６７ｂに形成したメネジが端子部材２２３のオネジ２２３ｂにねじ結合されて固定されている。
【０５８１】
カーボン製付加端子２６７には、ボルト状の押え部材２６８がネジ込まれている。付加端子２６７は、露出部の少なくとも一部、好ましくは露出部全部がＳｉＣでコーティングされる。このようにＳｉＣコーティングを行えば、大気中でも使用可能となる。
【０５８２】
付加端子２６７の軸方向の中間付近には、軸と直交する貫通した横穴２６７ａが設けてある。付加端子２６７の一端部から穴２６７ａにかけては、押え部材２６８を収容するための軸方向の穴２６７ｂが形成されている。軸方向の穴２６７ｂの内壁にはネジが切ってある。付加端子２６７の他端部にもネジが切ってある。
【０５８３】
押え部材２６８は、付加端子２６７の軸方向穴２６７ｂに対応したネジ型に形成されている。押え部材２６８は付加端子２６７の軸方向穴２６７ｂにねじ込まれ、横穴２６７ａに挿入されたワイヤー状カーボンからなる端子線２７０を押える。このように、押え部材２６８を用いてワイヤー状カーボンからなる端子線２７０を付加端子２６７にしっかり密着させることにより、ワイヤー状カーボンからなる端子線２７０の抜け落ちとスパーク発生を防止できる。
【０５８４】
ワイヤー状カーボンからなる端子線２７０は、複数本のカーボンファイバーを束ねて拠ったカーボンファイバー束を複数本（例えば２０本）編み込んだものである。
【０５８５】
ワイヤー状カーボンからなる端子線２７０の他端は、さらに別の付加端子２７２に固定されている。この付加端子２７２の上端には軸方向の穴２７２ａが形成されており、そこにメネジが切ってある。その穴２７２ａの底を貫通するように横方向の穴２７２ｂが付加端子２７２に形成されている。ワイヤー状カーボンからなる端子線２７０の端部をその横方向の穴２７２ｂに挿入してから、止めネジ２７３を付加端子２７２の軸方向の穴２７２ａにねじ込んで、ワイヤー状カーボンからなる端子線２７０を付加端子２７２に固定する。
【０５８６】
付加端子２７２の下端部には、オネジ部２７２ｃが形成してある。そこにナット２７４をねじ込んで、金属配線２７５の一端が付加端子２７２に固定される。この金属配線２７５の他端は、電源（図示せず）に接続されている。
【０５８７】
通常は、上述のナット２６６に金属配線２７５を接続するが、この場合には、カーボン製端子本体２２３の発熱に伴い、金属配線が酸化され劣化するが、特に上記ワイヤー状カーボンからなる端子線を設けた構造によって、このような問題が解消される。
【０５８８】
図４８〜４９は、図４６の端子部材２３の具体例を示している。
【０５８９】
図５０〜５１は、図４６の付加端子６７の具体例を示している。
【０５９０】
図５２〜５３は、図４６の押え部材２８の具体例を示している。
【０５９１】
図５４〜５５は、図４６の押え部材６８の具体例を示している。
【０５９２】
図５６〜５７は、図４６の付加端子７２の具体例を示している。
【０５９３】
図５８〜５９は、図４６のナット７４の具体例を示している。
【０５９４】
ワイヤー支え治具２２４には、薄肉の円筒型でありヒータ部材２２２を通すための穴が開けられている。ワイヤー支え治具２２４の根元部は、石英ガラス容器２２１の設定穴内に埋め込まれる。
【０５９５】
ワイヤー支え治具２２４でヒータ部材を支持することによって、ヒータ部材２２２が石英ガラス容器に触れないように保つ。このようにすれば、カーボン製のヒータ部材の珪化をより確実に防ぎ、電気抵抗の変化を防止できる。
【０５９６】
ワイヤー支え治具２２４を薄肉の円筒型つまりパイプ状にすることにより、上方への熱放射を大きくすると共に、熱容量を小さくできる。熱容量が小さいと、熱応答が早くなり、サーマルショックに強くなる。
【０５９７】
ワイヤー支え治具２２４は、透光性の透明アルミナで形成することができる。この場合、透明部からの熱の輻射が多くなるため、被処理物の温度均熱性を向上できる。
【０５９８】
第５グループの発明においては、棒状端子部材２２３の長さ方向に、ボルト状押え部材２２８差し込み用の略円筒状の穴２２３ｃが形成されており、かつ、少なくともこの穴２２３ｃを貫通する略円状横穴２２３ｄが形成されており、横穴２２３ｄにヒータ部材を差し込み、穴に少なくとも横穴２２３ｄの下部に達する長さを有するボルト状押え部材２２８を回転挿入する構造にしているが、そのとき、図６０の（Ａ）に示すように、ボルト状押え部材２２８差し込み用の略円筒状穴２２３ｃの径を略円筒状横穴２２３ｄの径より大きくし、図６０の（Ｂ）に示すように、横穴２２３ｄに差し込まれたヒータ部材が、ボルト状押え部材２２８によって加圧され、穴２２３ｄの底に達するように偏平に変形されているのが好ましい。
【０５９９】
図６０の如く、ヒータ部材２２２を直接ボルト状押え部材２２８で偏平変形させて保持しようとすると、ボルト状押え部材２２８を回転挿入している際に、ヒータ部材２２２を構成するカーボンファイバーを少なからず切断してしまい、その結果、保持強度が低下してしまうおそれがあるが、ボルト状押え部材２２８とヒータ部材２２２との間に膨脹黒鉛シート（図示せず）を介在させる構成とすることによって、このような不具合を回避することができる。
【０６００】
なお、第５グループの発明のカーボンヒータは上述の態様のみならず例えば図６１に示すような半導体ウェハの下方にこれを配置し加熱処理を行う半導体製造装置に適用できる。
【０６０１】
また、第５グループの発明は前述の実施例に限定されない。例えば、カーボンヒータは円筒形に限らず、六角形や矩形等でも良い。また、カーボンヒータにおけるヒータ部材の配置は、渦巻状やその他の形状でも良い。
【０６０２】
第５グループの発明においては、特に半導体製造装置用として有効なカーボンヒーターを複数本のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー状の長細形状に編み込んだヒータ部材を複数の棒状端子部材及びワイヤー支え治具によって平板状容器内に非接触で支持されて封入した構成にすることによって、発熱体の発熱ムラを低減することができ、均熱性が向上する。また、急速昇・降温を可能とすることができる。
【０６０３】
また、本カーボンヒータを簡易構造とすることができ、低コスト化が図られ、さらにはその詳細な構造・材質の選択によって、本カーボンヒータ特有の諸問題を解決することができ、同ユニットの耐用寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第２グループの発明のカーボンヒータの一実施例を示す平面図。
【図２】図１のカーボンヒータのＸＸ断面図。
【図３】図１のカーボンヒータを融着処理する前の組み立て状態を示す断面図。
【図４】図１のカーボンヒータの融着処理方法を示す断面図。
【図５】図１のカーボンヒータの使用状況を示す側面図。
【図６】図７のカーボンヒータを融着処理する前の組み立て状態を示す断面図。
【図７】第２グループの本発明のカーボンヒータの他の実施例を示す断面図。
【図８】図９のカーボンヒータを融着処理する前の組み立て状態を示す断面図。
【図９】第２グループの本発明のカーボンヒータのさらに他の実施例を示す断面図。
【図１０】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例を示す断面図。
【図１１】図１２のカーボンヒータの組み立て図。
【図１２】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例を示す断面図。
【図１３】図１２のカーボンヒータの平面図。
【図１４】図１５のカーボンヒータ用反射板の組立図。
【図１５】第２グループの発明のカーボンヒータ用反射板の一実施例を示す断面図。
【図１６】第２グループの発明のカーボンヒータ用反射板の他の実施例を示す断面図。
【図１７】第２グループの発明のカーボンヒータ用反射板が隣接配置されたカーボンヒータの実施例を示す断面図。
【図１８】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例における融着処理前の状態を示す断面図。
【図１９】図１８のカーボンヒータの融着処理後の状態を示す断面図。
【図２０】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例における融着処理前の状態を示す断面図。
【図２１】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例における融着処理前の状態を示す断面図。
【図２２】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例を示す図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が断面半円状凸部を有する場合のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）が断面台形状凸部を有する場合のＸ−Ｘ断面図。
【図２３】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例を示す図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が断面半円状凸部を有する場合のＹ−Ｙ断面図、（Ｃ）が断面台形状凸部を有する場合のＹ−Ｙ断面図。
【図２４】第２グループの発明のカーボンヒータのさらに他の実施例を示す図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が断面半円状凸部を有する場合のＺ−Ｚ断面図、（Ｃ）が断面台形状凸部を有する場合のＺ−Ｚ断面図。
【図２５】第２グループの発明のカーボンヒータの製造方法の一例を示す工程図。
【図２６】第２グループの発明のカーボンヒータ（又はカーボンヒータ用反射板）の製造方法の他の例を示す工程図。
【図２７】図２６の製造方法で製造したカーボンヒータ（又はカーボンヒータ用反射板）の一例を示す斜視図。
【図２８】図２７のカーボンヒータ（又はカーボンヒータ用反射板）の使用状態を示す斜視図。
【図２９】第１グループの発明のカーボンヒータの第１実施例を示す斜視図。
【図３０】第１グループの発明のカーボンヒータの第２実施例を示す斜視図。
【図３１】図３０のカーボン電極付近を示す断面図。
【図３２】第１グループの発明のカーボンヒータの第３実施例を示す斜視図。
【図３３】第１グループの発明のカーボンヒータの第４実施例を示す斜視図。
【図３４】図３３のカーボンヒータの一部を示す平面図。
【図３５】図３３のカーボンヒータの変形例を示す平面図。
【図３６】図３３のカーボンヒータの別の変形例を示す平面図。
【図３７】第１グループの発明のカーボンヒータの第５実施例を示す斜視図。
【図３８】（Ａ），（Ｂ）は図３７のカーボンヒータの一部を示す斜視図、（Ｃ），（Ｄ）はその側面図。
【図３９】図３８のカーボンヒータの変形例を示す斜視図。
【図４０】第１グループの発明の他の実施例を示しており、（Ａ）が横断面図、（Ｂ）が縦断面図。
【図４１】（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ第５グループの発明を半導体熱処理装置に用いた第１実施例と第２実施例を示す概略図。
【図４２】図４１のカーボンヒータを示す平面図。
【図４３】図４１のカーボンヒータの断面図。
【図４４】図４１のカーボン製の棒状端子部材の組立図。
【図４５】（Ａ）は図４１のワイヤー支持治具を示す斜視図、（Ｂ）はその変形例を示す断面図。
【図４６】第５グループの発明のカーボンヒータの別の実施例における主要部の概略を示す断面図。
【図４７】図４６の端子部材の一例を示す斜視図。
【図４８】図４６の端子部材の一例を示す正面図。
【図４９】図４６の端子部材の一例を示す上面図。
【図５０】図４６の付加端子の具体例を示す正面図。
【図５１】図４６の付加端子の具体例を示す上面図。
【図５２】図４６の押え部材の具体例を示す正面図。
【図５３】図４６の押え部材の具体例を示す上面図。
【図５４】図４６の押え部材の具体例を示す上面図。
【図５５】図４６の押え部材の具体例を示す上面図。
【図５６】図４６の付加端子の具体例を示す正面図。
【図５７】図４６の付加端子の具体例を示す上面図。
【図５８】図４６のナットの具体例を示す正面図。
【図５９】図４６のナットの具体例を示す上面図。
【図６０】（Ａ）は第５グループの発明の実施例において、端子部材の横方向の穴にワイヤーの発熱体を入れ、軸方向の穴には押え部材が入っていない状態を示し、（Ｂ）は、そのあと、押え部材を端子部材の軸方向の穴に十分にねじ込んだ状態をしており、
【図６１】第５グループの発明のカーボンヒータの１つの配置例を示す説明図。
【図６２】第３グループの発明のカーボンヒータを示す概略図。
【図６３】第３グループの発明のカーボンヒータの設定部材を示す上面図。
【図６４】図６３の設定部材の端面図。
【図６５】第３グループの発明の実施例におけるヒータ部材の設定の仕方を示す断面図。
【図６６】第３グループの発明の実施例におけるカーボンターミナルを示す上面図。
【図６７】第３グループの発明の実施例におけるカーボンターミナルを示す断面図。
【図６８】第３グループの発明のカーボンヒータの実施例における外周部付近を示す断面図。
【図６９】第３グループの発明のカーボンヒータの実施例における外周部付近の別の態様を示す断面図。
【図７０】第４グループの発明によるカーボンヒータの使用状態を示す斜視図。
【図７１】第４グループの発明のカーボンヒータ単体を示す斜視図。
【図７２】第４−２グループの発明のカーボンヒータの詳細を示す上面図。
【図７３】第４−２グループの発明のカーボンヒータの一部分を省略した側面図。
【図７４】第４−２グループの発明のカーボンヒータの外周部を示す部分断面図。
【図７５】第４−２グループの発明のカーボンヒータの外周部を示す部分断面図。
【図７６】第４−２グループの発明の端子装置を適用したカーボンヒータを示す斜視図。
【図７７】図７６のカーボンヒータの上面図。
【図７８】第４−２グループの発明による第１の端子装置の実施例を示す部分断面図。
【図７９】図７８の端子装置の端子部材を示す側面図。
【図８０】図７９の端子部材Ａ−Ａ断面図。
【図８１】図７８の端子装置に用いるねじを示す側面図。
【図８２】図８１のねじを示す上面図。
【図８３】図７８の端子装置の組立図。
【図８４】第４−２グループの発明による第２の端子装置を示す断面図。
【図８５】図８４の端子装置の割型中子部材を示す斜視図。
【図８６】第４−２グループの発明による第１〜第３の端子装置とそれを適用したカーボンヒータの一部を示す概略図。
【図８７】第４−１グループの発明の別の実施例を示す断面図。
【図８８】第１グループの発明におけるヒータ部材の一例を示しており、カーボンファイバー束３本を３つ編みにした状態を示しており、
【図８９】第４−１グループの発明による半導体熱処理装置用のカーボンヒータの使用状態を示す斜視図。
【図９０】図８９のカーボンヒータの詳細を示す上面図。
【図９１】図８９のカーボンヒータを概略的に示す側面図。
【図９２】図９１の符号１００の部分の拡大断面図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a carbon heater, and more particularly to a carbon heater suitable for use in a semiconductor manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the semiconductor manufacturing process, for example, various heat treatments of a silicon wafer are performed. In such a semiconductor manufacturing process involving some heating, strict temperature control is required. It is also important to keep the heat treatment atmosphere clean.
[0003]
Therefore, development and commercialization of a high-performance heater for semiconductor manufacturing equipment that is excellent in temperature uniformity and temperature rise / fall properties and does not release pollutants are strongly desired.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-161725 discloses an electrode structure in which a graphite-carbon fiber composite material (hereinafter referred to as C / C) that is solidified using a resin in a wafer heating apparatus and integrated is used as a heater member. .
[0005]
Conventionally, a flat spiral SiC heater member or a complex-shaped Mo—Si heater member subjected to a welding process has been used in the same apparatus.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the C / C heater member has a very high mechanical strength as long as its length is sufficiently thin in two dimensions even if it is thin in structure. For example, the C / C heater member has a one-dimensional length or width. In the case of a vertically long shape of 5 mm or less, sufficient mechanical strength cannot be obtained, and when used as a heater for a semiconductor manufacturing apparatus, if both ends in the length direction are fixed to a terminal, C / C Along with the thermal expansion, there is a problem that a thermal load is generated and is easily damaged, particularly in the vicinity of the terminal fixing portion.
[0007]
Therefore, if the width is widened, the resistance value becomes small this time, and in order to perform predetermined heat generation, the current value has to be greatly increased, and the heat capacity becomes large and rapid heating is difficult. It was.
[0008]
Further, when trying to obtain a complicated shape such as a substantially spiral shape as shown in FIG. 3 of the above-mentioned JP-A-7-161725, it is difficult to perform slit processing to obtain a soaking structure, and to make it high resistance as described above. However, it is necessary to reduce the width of the same member, but such processing is difficult, and if the processing that increases the cost or matches the cost is performed, the thermal uniformity is not sufficient. Was the current situation.
[0009]
The SiC heater member and the Mo-Si heater member have an electric load density of about 20 W / cm in order to suppress deterioration due to sublimation.²As a result, there was a limit to shortening the heating rate. In addition, even in these heater members, sufficient heat resistance strength has not been obtained in a complicated shape requiring a bent portion.
[0010]
Conventionally, a metal heater is sometimes used as a heater for a semiconductor heat treatment apparatus. However, the metal heater is liable to cause metal contamination, and the quality is likely to be unstable.
[0011]
In order to improve the heat treatment efficiency of the semiconductor, a heater capable of rapidly raising and lowering temperature is required. However, since the metal heater has a large heat capacity, there is a limit to improving the temperature raising / lowering characteristics.
[0012]
In general, the metal heater has a problem that it is difficult to rapidly raise and lower the temperature because the incidental facilities such as a heat insulating material and the heat capacity of the metal heater itself are large.
[0013]
Therefore, a carbon material having a small heat capacity and excellent in high temperature resistance in a non-oxidizing atmosphere has been used as a heater.
[0014]
However, a carbon material using a normal electrode material has a problem in terms of flexibility, and has become a bottleneck in shape design.
[0015]
In general, in a carbon heater using a carbon wire as a heating element, the carbon wire is disposed in a container kept in a non-oxidizing atmosphere in order to prevent oxidation. And since a carbon wire becomes very high temperature at the time of heat_generation | fever, what bundled a plurality of carbon wires is used as a terminal wire.
[0016]
Conventionally, carbon wires have been fixed by impregnation with carbon paste and firing. In the case of a relatively thin carbon wire, it may be fixed by screwing.
[0017]
However, in the fixing method using the carbon paste, the carbon paste fired body is peeled off, which may cause dust generation.
[0018]
On the other hand, with the screw-type fixing method, screwing work is complicated when the number of carbon wire bundles is large. Further, in the case of a thick carbon wire, it may not be able to be fixed firmly.
[0019]
Further, in a heater using a carbon wire as a heating element, a terminal device for connecting a terminal wire made of a carbon heater bundle and a metal terminal wire is also required.
[0020]
However, a terminal device that can reliably and easily connect both terminal wires has not yet been provided.
[0021]
In general, in order to keep the atmosphere around the carbon heating element in a non-oxidizing atmosphere, the sealing technique of the carbon heating element is important.
[0022]
However, in the conventional sealing method in which the carbon heating element is sandwiched between two quartz glass plates and the outer periphery is welded, the contact surface is distorted or deformed due to partial heating, and stress is concentrated on the weld fixing part. There was a great risk of breakage of the glass plate.
[0023]
An object of the present invention is to provide a carbon heater that is excellent in heat uniformity and flexibility, can be rapidly raised and lowered, and can be manufactured at low cost.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a heater member in which a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers are knitted into a long shape such as a wire shape or a tape shape, and the impurity content is 10 ppm or less in ash content. A carbon heater provided with a heater member is one preferred solution.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The carbon heater of the present invention uses a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers having a diameter of 5 to 15 μm, and weaves them into a vertically long shape such as a wire shape or a tape shape. The following heater member is provided.
[0026]
One or a plurality of the heater members can be enclosed in a sealed member made of quartz glass or alumina.
[0027]
The resistance value of the heater member at 1000 ° C. is preferably 1 to 20 Ω / m · book.
[0028]
The sealed member has a shape selected from a double tube shape, a straight tube shape, and an annular tube shape, and a heating zone having a predetermined shape can be formed by combining a plurality of the sealed members. A non-oxidizing gas can be introduced into the space formed in the sealed member.
[0029]
The space formed in the sealed member can be evacuated to 20 torr or less.
[0030]
The sealed member is substantially integrated by a plate-like quartz glass support, and a hollow space is formed around the heater member in the quartz glass support. be able to.
[0031]
The quartz glass support is formed by fusing together the entire joining surfaces of a plurality of quartz glass plates, forming a wiring groove on the joining surface of at least one quartz glass plate, It can be set as the structure which has arrange | positioned the heater member.
[0032]
The quartz glass support is formed by fusing two quartz glass plates, and a wiring groove having a predetermined depth is formed on the joining surface of at least one quartz glass plate, including the depth. The thickness of each quartz glass plate which is not present can be made substantially the same.
[0033]
The quartz glass support is formed by fusing two quartz glass plates having different thicknesses, and a wiring groove having a predetermined depth is formed on the joining surface of at least one quartz glass plate. The thickness of one quartz glass plate not including the thickness can be made ½ or less of the other thickness.
[0034]
It is preferable that the wiring groove has a curved shape on at least the lower side of the cross-sectional shape perpendicular to the length direction and is polished.
[0035]
The wiring groove can be formed in a “convex” shape as a whole in a cross-sectional shape perpendicular to the length direction.
[0036]
A wiring groove is formed in the first quartz glass plate, a narrow insertion groove or a through slit is formed in the second quartz glass plate to be paired with the wiring groove, and the first and second quartz glass plates are formed. The grooves are joined so that they face each other, and the surface of the second quartz glass plate is polished or ground to remove the bottom of the insertion groove or the through slit, thereby exposing it as an insertion window. The heater member is pushed into the wiring groove of the quartz glass plate, the third quartz glass plate is aligned with the polished surface or the ground surface, and then the three quartz glass plates are fused to substantially cover the entire surface other than the groove. By integrating the wiring grooves, the cross-sectional shape perpendicular to the length direction of the wiring grooves can be formed into a “convex” shape as a whole. Furthermore, the same structure can be obtained even if a convex groove is formed on the first quartz glass plate and the third quartz is fused.
[0037]
It is preferable that the wiring structure is fused in a state of being kept in a reduced pressure or non-oxidizing gas atmosphere.
[0038]
The quartz glass support may comprise an opaque quartz glass layer.
[0039]
One of the plurality of quartz glass plates can be an opaque quartz glass plate.
[0040]
The heater member and a carbon reflector having at least one mirror surface may be enclosed in a plate-like quartz glass support.
[0041]
Three quartz glass plates are used, and a heater reflector and at least one mirror reflector made of carbon are arranged in a wiring groove and a reflector setting spot provided on two joint surfaces of any quartz glass plate. The joined portions of the quartz glass plates can be integrated by fusion.
[0042]
It is possible to dispose the reflector plate adjacent to the sealed member by enclosing the reflector plate made of carbon having a mirror surface at least on one side in the overall plate-like quartz glass support.
[0043]
A convex part having a semicircular or trapezoidal cross section is formed on at least one outer surface of the plate-like quartz glass support, and the outer surface can be polished.
[0044]
The sealed member includes a setting member made of quartz glass having a wiring groove and a lid member made of quartz glass, and the heater member can be arranged in the wiring groove.
[0045]
Either one of the setting member and the lid member or a flame barrier is formed on the outer peripheral portion of both of the setting members and the lid member, and opposing surfaces other than the flame barrier are arranged at intervals of 0.2 to 1.0 mm. Can be integrated by the method of overlaying.
[0046]
A carbon terminal can be arranged at both ends of the heater member, an electrode can be connected to the carbon terminal, and a portion of the electrode on the carbon terminal side can be covered with a quartz glass pipe.
[0047]
A non-oxidizing gas can be introduced into the space in which the heater member is enclosed, and the gas can be discharged from the quartz glass pipe placed on the electrode.
[0048]
The impurity concentration of the carbon terminal is preferably 10 ppm or less in terms of ash.
[0049]
Alumina powder can be arranged in the arrangement groove, and the heater member can be supported by the sintered body of alumina powder.
[0050]
The iron powder preferably has an iron impurity concentration of 5 ppm or less.
[0051]
The heater member or the terminal portions connected to both ends of the heater member can be drawn substantially perpendicular to the heater surface formed by the heater member.
[0052]
A wire shape in which both ends of a heater member are protruded to the opposite side of the heater surface, and a plurality of or at least one end is arranged in a plurality in a quartz glass cylinder in which the protruding heater member is in contact with a quartz glass support plate The sealed member can be sealed by fixing with carbon and covering the quartz glass tube with a quartz glass tube.
[0053]
The other end of the wire-like carbon is connected to a second wire-like carbon connecting member having a hollow member formed therein and a core member inside thereof by pressing with the core member, and a split core is used. The metal inscribed line is connected by the metal wire connecting member, and both the connecting members can be connected by any connecting member.
[0054]
A tapered surface is formed on the outer side of the split mold core, a tapered portion that engages with the tapered surface is formed on the terminal body, and a metal inscribed line is sandwiched between the support sections formed on the split mold core. It can be connected to any connecting member while pressing.
[0055]
The heater members are arranged in line symmetry in the sealed member, a gas inlet / outlet is formed on the axis of symmetry, and a non-oxidizing gas is introduced from the gas inlet / outlet when the container is welded. It can be configured to exhaust from the gas inlet / outlet at the time of wearing.
[0056]
A heater member made of carbon wire and wire-like carbon are fixed by a plurality of wire-like carbons arranged in a quartz glass tube or wire-like carbon having at least ends divided into a plurality, and the inside of the wire-like carbon and the metal on the power source side is fixed. The tangent is connected to the second terminal device, and the second terminal device includes a second wire-like carbon connecting member for connecting wire-like carbon having a plurality or divided into a plurality of ends, A metal wire connecting member configured to connect a metal inscribed line using a split core, and a terminal body for connecting the second wire-like carbon connecting member and the metal wire connecting member; It can be set as the structure which connects a connection member to the one end side and other end side of a terminal part main body.
[0057]
The heater member may have a structure in which a plurality of heater members or a quartz glass tube in which wire-like carbon having at least an end portion divided therein and a second terminal device are enclosed are enclosed in a quartz glass tube.
[0058]
A third terminal having a configuration in which a metal internal tangent disposed inside the quartz glass tube and an external tangent on the power source side are connected via a Mo foil, and the Mo foil is sealed with a pinch seal portion made of quartz glass. It is more preferable to have a device.
[0059]
A terminal member can be connected to both ends of the heater member and protruded to the opposite side of the heater surface, and the quartz glass tube can be sealed by covering the terminal member with a quartz glass tube. A terminal part main body can be arranged on the free end side of the quartz glass tube, and the terminal member and the terminal part main body can be connected to each other by a plurality of wire-like carbons, or at least one end part is divided into a plurality of parts. .
[0060]
The heater members are arranged in line symmetry in the sealed member, a gas inlet / outlet is formed on the axis of symmetry, and a non-oxidizing gas is introduced from the gas inlet / outlet when the container is welded. It can be configured to exhaust from the gas inlet / outlet at the time of wearing.
[0061]
The above-mentioned sealed member is a split plate with a semi-circular plate shape as a whole and a notch in the center part. A circular plate heater is formed by combining two of them, and a jig is passed through the center part. It is preferable to make it possible.
[0062]
The terminal member connects the heater member and the plurality of wire-like carbons, a heater member connecting portion is formed on one end side thereof to connect the heater member, and a plurality of or end portions are divided into a plurality. The first wire-like carbon connecting member for connecting the wire-like carbon in a lump is provided, and the first wire-like carbon connecting member is connected to the other end side of the terminal member. It is preferable that the connecting member is formed hollow, the core member is arranged inside, and the plurality of wire-like carbons are pressed and connected by the core member.
[0063]
Female screw portions are respectively formed on the opposite connection end sides of the terminal member and the first wire-like carbon connecting member, and male screw portions corresponding to the respective female screw portions are formed on the intermediate member. It is preferable to connect the members.
[0064]
The other end of the wire-like carbon is connected to a second wire-like carbon connecting member having a hollow member formed therein and a core member inside thereof by pressing with the core member, and a split core is used. It is preferable that the metal inscribed line is connected by the metal wire connecting member to be connected, and the both connecting members are connected by the terminal portion main body located in the middle.
[0065]
A taper surface is formed on the outer side of the split core, a taper portion that engages with the taper surface is formed on the terminal body, and a metal inscribed line is sandwiched by a support portion formed on the split core. It is preferable to connect to the terminal body while pressing.
[0066]
The metal inscribed line is preferably a Mo metal rod.
[0067]
It is preferable that the wire-like carbon connecting member and the terminal portion main body, and the terminal portion main body and the metal wire connecting member are respectively connected by a screw type.
[0068]
A heater member made of carbon wire and wire-like carbon are connected by a first terminal device, and the wire-like carbon and a metal inscribed line on the power source side are connected by a second terminal device. Is provided with a terminal member, and the heater member is connected to a heater member connecting portion formed on one end side thereof, and a first or the like for connecting a plurality of wire-shaped carbons having an end portion divided into a plurality thereof. The wire-like carbon connecting member is provided, and the first wire-like carbon connecting member is connected to the other end side of the terminal member. The core member is arranged, and the divided wire-like carbon is configured to be pressed and connected by the core member, and the second terminal device is a wire having a plurality of pieces or divided into a plurality of ends. A second wire-like carbon connection member for connecting the carbon-like carbon, a metal wire connection member configured to connect a metal inscribed line using a split core, and a second wire-like carbon connection The terminal part main body for connecting a member and a metal wire connection member is provided, and it can be set as the structure which connects both connection members to the one end side and other end side of a terminal part main body.
[0069]
The heater member and the first and second terminal devices are enclosed in a quartz glass tube, and a metal inscribed line and an outer tangent line on the power supply side disposed inside the quartz glass tube are connected via a Mo foil, It is more preferable to include a third terminal device having a configuration in which the Mo foil is sealed with a pinch seal portion made of quartz glass.
[0070]
The sealed member enclosing the heater member can be formed of a flat plate container made of quartz glass or alumina.
[0071]
The heater member can be configured to be supported in a non-contact manner and sealed in the flat container by a plurality of terminal members and wire support jigs.
[0072]
A substantially cylindrical hole for inserting a bolt is formed in the length direction of the terminal member, and at least a substantially cylindrical horizontal hole penetrating the hole is formed, and the heater member is placed in the horizontal hole. It is possible to make a structure in which a bolt having a length reaching at least the lower end of the lateral hole is inserted into the hole.
[0073]
The diameter of the substantially cylindrical hole for inserting the bolt is made larger than the diameter of the substantially cylindrical side hole, and the heater member inserted into the side hole is pressed by the bolt and flattened so as to reach the hole. It is preferable to have a configuration deformed to.
[0074]
It is preferable that an expanded graphite sheet is interposed between the bolt and the heater member.
[0075]
It is preferable that the wire support jig is made of translucent alumina alone or an assembly member of high-purity carbon and translucent alumina.
[0076]
The part of the assembly member that contacts the heater member is preferably made of a high-purity carbon material, and the part of the assembly member that is arranged and connected to the flat container is preferably made of a translucent alumina material.
[0077]
A carbon reflector can be disposed below the heater member.
[0078]
A convex portion having a semicircular cross section or a trapezoidal shape is formed on the heat generating surface of the flat container, and the surface can be polished.
[0079]
The sealed member enclosing the heater member may be curved.
[0080]
A plate-like carbon heater in which the heater member is enclosed in the plate-like quartz glass support and the quartz glass support other than the peripheral part of the heater member is substantially integrated is made of carbon The plate-shaped carbon heater can be curved into a predetermined shape by pressing between the mold and the carbon upper mold that is paired with the mold.
[0081]
The carbon upper and lower molds have a semicircular cross-sectional shape, and a substantially semi-cylindrical carbon heater can be obtained.
[0082]
A carbon reflector having at least one mirror surface can be enclosed in the plate-like quartz glass support independently of the heater member.
[0083]
A summary of the invention of the first group is described below.
[0084]
An object of the first group is to provide a carbon heater which is excellent in heat uniformity and flexibility and can be manufactured at a low cost, particularly effective for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0085]
The carbon heater of the first group of the invention uses a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers having a diameter of 5 to 15 μm, and braids them into a vertically long shape such as a wire shape or a tape shape, and the amount of impurities contained therein A heater member having an ash content of 10 ppm or less is provided.
[0086]
As a result, the tensile strength at a high temperature as the heater member is ensured, and the adhesion of the carbon fiber becomes uniform in the length direction, thereby reducing the heat generation unevenness in the length direction.
[0087]
Here, the diameter of each of the carbon fibers to be bundled is set to 5 to 15 μm. If the diameter is less than 5 μm, each fiber is weak, and a heater member that is bundled and knitted into a predetermined vertically long shape is used. It becomes difficult. Further, since the fibers are thin, the number of fibers for obtaining a predetermined resistance value increases, which is not practical. Further, if it exceeds 15 μm, not only is it difficult to weave a bundle of carbon fibers bundled with a plurality of bundles, but also a problem occurs that the carbon fibers are cut and the strength is significantly reduced.
[0088]
The reason why the carbon heater impurity is limited to 10 ppm or less in terms of ash is that if the impurity exceeds 10 ppm, even a very small amount of oxygen is likely to be oxidized, and abnormal heat generation is likely to occur.
[0089]
In fact, when the impurities are more than 10 ppm in ash, abnormal heat generation occurs in the air at 800 ° C. for 10 minutes, and in the atmosphere containing 100 ppm oxygen in nitrogen, abnormal heat generation occurs when used at 800 ° C. for 10 hours. It has been confirmed.
[0090]
On the other hand, when impurities are 10 ppm or less in ash content, abnormal heat generation will not occur even when used at 800 ° C. for 50 hours or more in an atmosphere containing 100 ppm oxygen in nitrogen, and in the atmosphere at 800 ° C. It has been confirmed that abnormal heat generation does not occur if it is less than 10 minutes.
[0091]
The impurities are more preferably 3 ppm or less in ash content. In this case, the effect of suppressing abnormal heat generation is particularly great, and a longer life can be achieved.
[0092]
The heater member is formed by bundling 100 to 800 carbon fibers of 5 to 15 μm, and knitting a bundle of 3 or more, preferably 6 to 12 into a vertically long shape such as a wire shape or a tape shape. It is preferable that
[0093]
If the number of carbon fibers to be bundled is less than 100, 6 to 12 bundles are insufficient to obtain a predetermined strength and resistance value, and knitting is difficult. Further, since the number is small, weaving is loosened against partial breakage, and it is difficult to maintain the shape. On the other hand, if the number exceeds 800, the number of bundles to obtain a predetermined resistance value decreases, and it becomes difficult to maintain the wire shape by weaving.
[0094]
Further, the heater member preferably has a resistance value at 1000 ° C. of 1 to 20 Ω / m · book. The reason is that it is necessary to match a conventional transformer capacity in a general heating apparatus for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0095]
That is, when the resistance value exceeds 20 Ω / m · book, the heater length cannot be increased because the resistance is large, and heat is deprived between the terminals, resulting in uneven temperature. On the other hand, when the resistance value is less than 1 Ω / m, the resistance is low and the heater length must be longer than necessary. The uneven structure of elongated heater members such as carbon wire and carbon tape There is a greater risk of variations in temperature due to uneven atmosphere.
[0096]
The electrical resistance value at 1000 ° C. of the heater member is more preferably 2 to 10 Ω / m · in order to obtain the above characteristics with higher reliability.
[0097]
In addition, by braiding the carbon fiber bundle, the diameter of the heater member having a substantially circular cross-sectional shape can be made constant in the length direction, and as a result, the heat generation amount can be stabilized in the length direction. . Furthermore, this braiding makes it possible to form a fluffed state by carbon fibers on the surface of the heater member described later. In addition, the heater member generates thermal expansion by being heated. For example, if the heater member stretched between two terminals is not braided, it will sag and generate heat. Although it causes unevenness, such problems do not occur due to being knitted.
[0098]
In the first group of the invention, unlike conventional C / C, it is preferable that the carbon fiber used as the carbon heater material is not solidified and integrated with a resin. This is because the flexibility of the carbon fiber is lost, and the fiber is cut as the resin contracts.
[0099]
It is preferable to arrange one or a plurality of the heater members and enclose them in a sealed member made of quartz glass or translucent alumina to constitute, for example, a carbon heater for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0100]
Thereby, the heater member can be used under various conditions such as an oxidizing atmosphere and a high temperature atmosphere.
[0101]
In particular, by using quartz glass, higher purity can be achieved, and it can be effective for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0102]
In addition, when enclosing a plurality of the heater members in the sealed member, it is preferable to arrange them in parallel. In this case, arranging a plurality of heater members in parallel means that two or more heater members are arranged adjacent to and substantially parallel to each other over the entire length of the heater member. As a result, the electrical resistance value of the entire carbon heater can be easily adjusted, and a plurality of heater members are adjacent to each other, that is, in a state where they are in contact with each other at a number of locations in the length direction Even if one heater member has a problem such as partial cutting at a predetermined portion, the presence of the contact portion in the vicinity thereof can prevent uneven heat generation due to the defect. it can.
[0103]
In addition, as used herein, the sealing member means a member that physically seals the heater member with quartz glass or a translucent alumina material. It also means a substantially sealed member in which a non-oxidizing gas such as nitrogen is flowed into and out of the member, and as a result, the heater member is prevented from coming into contact with outside air (air). It is.
[0104]
The shape of the sealed member can be selected from a double tube shape, a straight tube shape, an annular tube shape, and the like.
[0105]
By forming a heating zone having a predetermined shape by combining a plurality of quartz glass or translucent alumina containers having such shapes, it is possible to uniformly heat an object to be processed that matches the shape.
[0106]
Further, it is preferable that a non-oxidizing gas such as nitrogen flows into the sealed member or the inside of the container is evacuated to 20 torr or less. This is because the carbon heater is prevented from being deteriorated, and it is possible to extend the life and maintain the temperature uniformity for a long time.
[0107]
Next, the summary of the invention of the second group will be described.
[0108]
One of the objects of the invention of the second group is that there is little heat generation unevenness, for example, an object to be heated such as a semiconductor (wafer) can be uniformly heat-treated, high temperature strength can be maintained for a long time, and a high service life can be obtained. It is to provide a carbon heater.
[0109]
Another object of the invention of the second group is to form a sealed member that supports a heater member knitted into a vertically long shape such as a wire shape or a tape shape using a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers. An object of the present invention is to provide a carbon heater in which sealing can be reliably performed in a form in which stress concentration on the quartz glass support does not occur, and the thickness of the quartz glass support that supports the heater member can be freely set.
[0110]
A carbon heater according to a second group of inventions is such that a sealed member enclosing one or more heater members is substantially integrated by a plate-like quartz glass support, and this quartz glass support A hollow space is formed around the heater member in the body.
[0111]
Here, the substantially integrated configuration means that when the bonding surfaces of a plurality of quartz glass plates are fused and the carbon heater of the present invention is manufactured without using a bonding agent as described later, carbon is used. The peripheral part of the carbon heater is fused so that the space such as the groove and the terminal part where the heater member is placed inside the heater is cut off from the outside (atmosphere or atmosphere in the furnace) by the fused part. The state in which the glass contact surface is fused over the entire surface is shown. However, it may be present as long as the unfused portion is about 30% or less with respect to the contact area to the extent that the fusion effect is not hindered. Further, the reason for setting it to about 30% or less is to prevent the radiation light from the heater member from becoming non-uniform.
[0112]
As a result, it is possible to reliably perform adhesion in a form in which stress concentration does not occur on the quartz glass support that supports the heater member, and even when a low-strength quartz glass plate having a thickness of 5 mm or less is used, a reduced pressure environment There is no damage to the quartz glass underneath.
[0113]
The hollow space around the heater member is a space where there is a fluffed portion of carbon fiber formed on the surface of the heater member as described later.
[0114]
In the carbon heater of the second group of the invention, the quartz glass support is substantially integrated by fusing the entire joint surfaces of a plurality of quartz glass plates. It is preferable that a wiring groove is formed on the joint surface and the heater member is disposed there.
[0115]
In this way, a wiring groove is formed on the bonding surface of at least one quartz glass plate, and a plurality of carbon fiber bundles in which a plurality of carbon fibers having a diameter of 5 to 15 μm are bundled in the wiring groove are used. This carbonaceous heater member is made into a wire-shaped or tape-shaped heater by arranging a heater member that is knitted into a vertically long shape such as a wire shape or a tape shape, and the impurity content is 10 ppm or less in ash content. Since it becomes a structure in contact with a sealed member made of quartz glass by carbon fibers having a fuzzy diameter of 5 to 15 μm on the surface of the member, even if the heater member is energized and heated to a high temperature, Reaction of carbon and quartz glass proceeds, and as a result, deterioration of the carbonaceous heater member can be prevented. (Since the fluffy carbon fiber on the surface of the heater member comes into contact with the sealed member made of quartz glass, silicification proceeds from the contacted part, but since this diameter is extremely fine and the volume is small, this silicidation reaction It is presumed that the heat is prevented from proceeding to the entire heater member.) In other words, this means that unevenness in heat generation is prevented and the service life can be extended.
[0116]
In addition, in order to adjust the calorific value or stabilize the quality, it is possible to arrange one or two or more heater members in parallel. In that case, it is preferable to further provide a two-step groove corresponding to this number at the bottom of the wiring groove.
[0117]
A carbon heater according to a second group of inventions is such that a sealed member enclosing one or more heater members is substantially integrated by a plate-like quartz glass support, and this quartz glass support A carbon heater having a structure in which a hollow space is formed around the heater member of the body, wherein the quartz glass support is formed by fusing two quartz glass plates, and at least 1 A wiring groove having a predetermined depth is formed on the bonding surface of the quartz glass plates, and the thickness of each quartz glass plate not including the depth is substantially the same. Thereby, heat can be dissipated evenly.
[0118]
According to another carbon heater of the second group of the invention, a sealed member in which one or a plurality of the heater members are enclosed is substantially integrated by a plate-like quartz glass support, A carbon heater having a structure in which a hollow space is formed around the heater member of the quartz glass support, wherein the quartz glass support fuses two quartz glass plates having different thicknesses. A wiring groove having a predetermined depth is formed on the joint surface of at least one quartz glass plate, and the thickness of one quartz glass plate not including the depth is the thickness of the other. It is the structure which becomes 1/2 or less. Thereby, the heat dissipation with respect to one side can be enlarged. One of the two types of carbon heaters can be selected as appropriate depending on the place where the carbon heater is disposed.
[0119]
Further, in the carbon heater of the second group of the invention, it is more preferable that the wiring groove has a curved shape at least on the lower side of the cross-sectional shape perpendicular to the length direction and is polished. Of course, the entire cross section may be curved. As a result, when a plurality of quartz glass plates are fused and integrated, it is possible to prevent the cross-sectional shape of the wiring groove from being thermally deformed and coming into surface contact with the carbon wire as much as possible. It is possible to prevent the deterioration of the carbon wire accompanying the above. This is due to the fact that the curved shape allows the stress to be dispersed by having the curvature of the curved shape inside the groove, and the deformation inside the groove is suppressed.
[0120]
Moreover, accumulation of internal strain of the quartz glass support accompanying the thermal deformation can be suppressed, and problems such as cracks can be prevented. Furthermore, unevenness of heat generation as the carbon heater due to absorption of heat generated from the heater member due to the surface contact can be prevented.
[0121]
In addition, the above-mentioned wiring groove is polished by, for example, oxyhydrogen burner for a predetermined time, in a normal state where there are a number of irregularities with the wiring groove formed on the quartz glass plate by machining. When the carbon heater generates heat and the wiring groove is heated, among the above-described unevenness, particularly in the convex portion, the extreme portion is heated, resulting in a structure that is sparsely polished. It is intended to prevent this from occurring due to uneven heating.
[0122]
The carbon heater of the second group of the invention is preferably a carbon heater fused in a state where the inside of the wiring groove is kept in a reduced pressure or non-oxidizing gas atmosphere. This is to prevent oxidative degradation during the production of the carbon wire.
[0123]
According to another carbon heater of the second group of the invention, a sealed member enclosing one or more heater members is substantially integrated by a plate-like quartz glass support. A carbon heater having a structure in which a hollow space is formed in the periphery of the heater member of the glass support, wherein the wiring groove has a cross-sectional shape perpendicular to the length direction as a whole. It has a configuration of a “convex” shape.
[0124]
Thereby, when arrange | positioning a carbon wire in the groove | channel for wiring, it can prevent that the wire floats upwards, and can make workability | operativity favorable. Further, it is possible to alleviate thermal distortion due to the deflection of the upper side (upper plate) of the groove, particularly around the groove.
[0125]
Here, the “convex” character shape is a shape in which a square whose one side is shorter than the upper side or a vertically long rectangle whose upper side is shorter than the upper side is connected to the upper part of the upper side of the horizontally long rectangle. It means such a shape.
[0126]
In the carbon heater of the second group of the invention, a wiring groove is formed in the first quartz glass plate, and a narrow insertion groove or through slit that is paired with the wiring groove is formed in the second quartz glass plate. Forming and joining the first and second quartz glass plates so that the grooves face each other, and polishing or grinding the surface of the second quartz glass plate to remove the bottom of the insertion groove or through slit. It is exposed as an insertion window, and a heater member is pushed into the wiring groove of the first quartz glass plate from there, and the third quartz glass plate is aligned with the polished or ground surface, and then three quartz glass plates are attached. It is preferable that the cross-sectional shape perpendicular to the length direction of the wiring groove is entirely “convex” by fusing and substantially integrating the entire surface other than the groove.
[0127]
As a result, the workability can be improved and the thermal strain can be alleviated more reliably.
[0128]
According to another carbon heater of the second group of the invention, a sealed member enclosing one or more heater members is substantially integrated by a plate-like quartz glass support. The carbon heater has a structure in which a hollow space is formed around the heater member of the glass support, and the quartz glass support has an opaque quartz glass layer.
[0129]
Further, one of the plurality of quartz glass plates may be an opaque quartz glass plate.
[0130]
Thus, the opaque quartz glass layer can prevent heat radiation to the side that is not desired to be heated by the carbon heater.
[0131]
In another carbon heater of the second group of the invention, the heater member and a carbon reflector having at least one mirror surface are enclosed in a plate-like quartz glass support.
[0132]
The carbon reflector preferably has a mirror surface on the side facing the heater member.
[0133]
At this time, when three quartz glass plates are used, a heater member and a reflector made of carbon having at least one mirror surface are provided in a wiring groove and a reflector setting spot provided on two joint surfaces of the quartz glass plate. It is preferable that the joint portion of the quartz glass plate is substantially integrated by fusion.
[0134]
In this case, a more preferable form is as follows. That is, a reflector setting counterbore is formed on the upper surface of the first quartz glass plate, a carbon reflector having at least an upper surface is disposed on the counterbore portion, and the wiring is formed on the upper surface of the second quartz glass plate. The heater member is disposed in the groove, the second quartz glass plate is overlaid on the first quartz glass plate, and the third quartz glass plate is overlaid thereon. After that, the portions that contact each other are substantially integrated by fusion.
[0135]
As a result, heat dissipation in the direction of the reflector can be suppressed, and heat dissipation can be increased on the surface in one direction. Furthermore, the heat dissipated due to the presence of the reflector is uniformly dispersed by the stock heat, and the temperature distribution in the heater surface can be made uniform.
[0136]
The reason for selecting carbon in particular is that the carbon material is easy to purify, and by using the highly purified carbon material, metal contamination of the heater member and the object to be processed due to diffusion of impurities can be prevented. Because.
[0137]
A second aspect of the invention is a carbon heater in which a sealed member in which one or a plurality of heater members are enclosed is substantially integrated by a plate-like quartz glass support. A carbon heater having a structure in which a hollow space is formed in the peripheral portion of the heater member of the glass support, the carbon reflector having at least one mirror surface on the entire plate-like quartz glass support Is configured to be disposed adjacent to the sealed member.
[0138]
This makes it very easy to protect the portion that the reflector plate does not want to be heated by blocking and reflecting the radiation.
[0139]
In the carbon heater of the second group of the invention, in any of the forms described above, a convex part having a semicircular or trapezoidal cross section is formed on at least one outer surface of the plate-like quartz glass support, This outer surface is preferably polished. When viewed from above the heater surface, the convex portions are formed in a stripe shape or a concentric portion shape, or a plurality of the convex portions are formed in a lattice shape. As a result, a prism effect can be obtained in which heat generation upward of the heater surface by a linear heating element such as the heater member of the present invention is made uniform by light scattering.
[0140]
Usually, the heater surface is sanded to achieve the same effect.TheIn this case, the surface is grainy, heat dissipation from this surface is suppressed, heat is accumulated in the quartz glass itself, and energy efficiency is reduced. End up. In this sense, it is an important matter that the glossing process is performed.
[0141]
Furthermore, in the carbon heater of the second group of the invention, it is preferable that the heater member or the terminal portions connected to both ends of the heater member are pulled out substantially perpendicular to the heater surface formed by the heater member. By pulling out the terminal portion perpendicular to the heater surface, the fused surface of the quartz glass support can be enlarged, which is advantageous in terms of strength. Moreover, according to this structure, the said carbon heater can be easily arrange | positioned to the semiconductor manufacturing apparatus which heats the one or several semiconductor wafer which is a to-be-processed object from the downward side or the upper side. The specific structure of the terminal portion of the carbon heater according to the second group of inventions can be applied to the fourth group of inventions described later.
[0142]
According to another carbon heater of the second group of the invention, a sealed member enclosing one or more heater members is substantially integrated by a plate-like quartz glass support. The carbon heater has a structure in which a hollow space is formed in the peripheral portion of the heater member of the glass support, and the sealed member has a curved shape.
[0143]
Thereby, for example, a cylinder that can generate heat unevenness, can maintain a high temperature strength for a long time, has a long service life, and can uniformly heat a rod on which a heated body such as a semiconductor (wafer) is arranged. It is possible to provide a curved carbon heater having a two-part shape.
[0144]
In the curved carbon heater, a plate-like carbon heater in which the heater member is enclosed in the plate-like quartz glass support and the quartz glass support other than the peripheral portion of the heater member is substantially integrated, It is preferable that a plate-like carbon heater is curved into a predetermined shape by pressing between a carbon lower die having a predetermined cross section and a carbon upper die paired therewith.
[0145]
As a result, a curved carbon heater in which the heater member is hermetically sealed to the quartz glass support and the quartz glass support other than the peripheral portion of the heater member is substantially integrated is obtained, whereby the heater member is obtained. Can be reliably sealed in a form that does not cause stress concentration on the quartz glass support that supports the quartz glass, and even when a low-strength quartz glass plate with a thickness of 5 mm or less is used, No damage will occur.
[0146]
The upper and lower molds made of carbon have a semicircular cross-sectional shape, preferably a substantially semi-cylindrical carbon heater. Further, at least one surface of the plate-like quartz glass support is a mirror surface More preferably, the carbon reflector is enclosed independently of the heater member. This is to protect the non-heated part and to stop radiation.
[0147]
The carbon heater of the invention of the second group can be applied not only to semiconductor heat treatment devices such as oxidation, diffusion, and CVD, but also to any kind of semiconductor manufacturing device that involves some heating in a cleaning device or the like. is there.
[0148]
Next, the summary of the invention of the third group will be described.
[0149]
In the first group of inventions described above, a carbon heater is formed using a flexible carbon wire in which carbon fibers are knitted. Thus, by using a carbon wire, a freedom degree arises in the shape of a heater and it can enjoy the advantage on a design surface or handling.
[0150]
The invention of the third group is to provide a carbon heater for, for example, a semiconductor manufacturing apparatus that can significantly improve the service life and can rapidly increase / decrease temperature by using a carbon wire heater member having such advantages. It is aimed.
[0151]
The carbon heater of the third group of the invention uses a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers having a diameter of 5 to 15 μm, and weaves them into a vertically long shape such as a wire shape or a tape shape, and determines the amount of impurities contained therein. A sealed member in which one or a plurality of heater members having an ash content of 10 ppm or less is enclosed is substantially integrated by a plate-like quartz glass support, and the heater in the quartz glass support A carbon heater having a structure in which a hollow space is formed in the peripheral part of the member, wherein the sealed member is composed of a setting member made of quartz glass having a groove for wiring and a lid member made of quartz glass, The heater member is arranged in the wiring groove.
[0152]
With this structure, there is little unevenness in heat generation, that is, the semiconductor (wafer) that is the object to be heated can be uniformly heat-treated, and the high-temperature strength for a long time can be maintained, and a high service life can be obtained.
[0153]
By making the surface of the heater member knitted into a wire shape using a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers as described above with a fuzzy structure even with carbon fibers having a diameter of 5 to 15 μm, The surface contact area is extremely small (substantially, only the fluffy carbon fiber part of the heater member is in contact with the lath), and as a result, it can be used for a considerable time even at about 1350 ° C. Has been confirmed.
[0154]
In the carbon heater of the third group of the invention, a flame barrier is formed on the outer peripheral portion of either the setting member or the lid member, or the opposing surface other than the flame barrier is spaced by 0.2 to 1.0 mm. It is preferable that the two members are integrated by a quartz glass overlaying method.
[0155]
In addition, when covering the setting member and the lid member made of quartz glass, it is preferable that both members are fixed so as not to have a gap by a quartz glass build-up welding method in a state in which both members are separated from each other in a substantially parallel manner. This is because, for example, when the outer peripheral portion is welded or build-up welded in a state where both members are in contact with each other over almost the entire region, cracking or cracking occurs in both members or one of the members as the outer peripheral portion is heated. On the other hand, according to the above fixing, it is possible to firmly cover without such a problem. This is considered to be due to the relief of the concentration of thermal stress due to partial heating during processing and the occurrence of warpage due to the temperature difference between the setting member and the lid member.
[0156]
In addition, the presence of the fire barrier in the preferred embodiment can prevent the flame of the oxyhydrogen burner as a heating source from entering between the two members and oxidizing the internal carbon heater as much as possible. Further, the interval between the setting member and the lid member can be made uniform over the entire area, and further, the outer periphery of the setting member and the lid member can be made of SiO.₂White fogging due to fine powder can be prevented, and the heat uniformity of the carbon heater can be improved.
[0157]
In addition, it is important that the surface of the flame barrier that contacts the mating member is heated and welded on the entire surface. This is because cracks and cracks such as those described above will occur at the time of welding if there is a portion that is merely in surface contact without being welded.
[0158]
This flame barrier may be provided integrally when forming both members of a predetermined shape, or may be provided by welding to each outer peripheral portion later.
[0159]
And it is preferable that the opposing surface of the part which is not welded of both members is arrange | positioned in the space | interval of 0.2-1.0 mm. This is because if the thickness is less than 0.2 mm, cracks and cracks of both members cannot be sufficiently prevented, and if the thickness exceeds 1 mm, the welding flame easily enters and the carbon heater is likely to be oxidized. .
[0160]
Further, in the carbon heater of the third group of the invention, a carbon terminal is disposed at both ends of the heater member, an electrode is connected to the carbon terminal, and a portion of the electrode on the carbon terminal side is covered with a quartz glass pipe; It is preferable to do.
[0161]
By providing the carbon terminal, the carbon terminal can be kept at a lower temperature than the heater member, and oxidation can be prevented even if some oxygen enters. In particular, if a non-oxidizing gas is introduced from the periphery of the carbon terminal, the oxidation can be prevented more thoroughly.
[0162]
Further, when the heater member and the metal electrode are in direct contact, the life of the heater member is significantly reduced due to metal contamination. Interposing the carbon terminal is also useful in terms of eliminating contact between the heater member and the metal electrode.
[0163]
It is preferable to cover a quartz glass pipe on at least the carbon terminal side portion of the metal electrode. And the exposed part of a metal electrode or a terminal is arrange | positioned outside a furnace. Thus, by covering the furnace part of the metal electrode with quartz glass, impurity contamination such as Fe or Al from the metal electrode can be reduced.
[0164]
The impurity concentration of the carbon terminal is preferably 10 ppm or less in terms of ash. This is because the heater member can be prevented from deteriorating and the life can be extended.
[0165]
It is preferable that a non-oxidizing gas such as nitrogen or argon gas is introduced into the heater. By introducing the non-oxidizing gas in this way, it is possible to prevent the heater member from being oxidized.
[0166]
Although the metal electrode connected to the carbon terminal may also generate impurities when the temperature is high, the generation of impurities can be prevented by discharging the non-oxidizing gas from the quartz glass pipe containing the metal electrode.
[0167]
Furthermore, it is preferable to use molybdenum (Mo) as the metal electrode. This is because the thermal expansion coefficient of Mo approximates that of the carbon material, and good bonding with the carbon termill is maintained even at high temperatures.
[0168]
As the heater member, it is preferable to use the heater member described in the invention of the first group.
[0169]
It is possible to make the setting member and the lid member flat.
[0170]
Furthermore, in the carbon heater of the third group of the invention, in order to more reliably suppress the reaction between the carbon heater member and the quartz glass setting member, alumina powder is arranged in the arrangement groove, The heater member is preferably supported by the sintered body.
[0171]
As a result, the maximum operating temperature of the carbon heater can be more reliably raised to about 1350 ° C.
[0172]
The sintered body of alumina powder is formed by performing heat treatment at about 1300 ° C. after the alumina powder and the heater member are installed in the setting recess.
[0173]
Further, the iron impurity concentration of the alumina powder is preferably suppressed to 5 ppm or less so that the life of the carbonaceous heater member does not decrease due to iron contamination.
[0174]
The carbon heater of the invention of the third group can be applied not only to heat treatment devices such as semiconductor oxidation, diffusion, CVD, etc., but also to any device as long as it is a semiconductor manufacturing device that involves some heating in a cleaning device. is there.
[0175]
Next, the summary of the invention of the fourth group will be described.
[0176]
The invention of the fourth group provides a carbon heater for, for example, a semiconductor manufacturing apparatus that uses a carbon wire heater member having the advantages as described above, can greatly improve the service life, and can rapidly increase and decrease the temperature. It is an object.
[0177]
In addition, the invention of the fourth group is a simple one that can reliably and easily connect the heater member and the terminal wire made of wire-like carbon, and further, the terminal wire made of wire-like carbon and the metal terminal wire. The object is to provide a carbon heater having a structure.
[0178]
A carbon heater according to a fourth group of inventions is such that a sealed member enclosing one or more heater members is substantially integrated by a plate-like quartz glass support, and the quartz glass support A carbon heater having a structure in which a hollow space is formed in a peripheral portion of the heater member of the body, wherein the heater member or the terminal portion of the heater member is substantially with respect to a heater surface formed by the heater member. Thus, the structure is drawn vertically.
[0179]
According to such a configuration, the carbon heater can be easily disposed in a semiconductor manufacturing apparatus that heats a semiconductor wafer that is an object to be processed from the lower side or the upper side, and has excellent in-plane heat uniformity and durability. A heater having a long life can be obtained.
[0180]
The preferred form of the heater member is as described in the first group of inventions.
[0181]
One form of the carbon heater of the invention of the fourth group has a structure in which the heater member itself is pulled out substantially perpendicular to the heater surface formed by the heater member (hereinafter referred to as 4- In this case, both ends of the heater member are protruded to the opposite side of the heater surface, and the protruded heater members are arranged in a quartz glass cylinder that abuts the quartz glass support plate. It is preferable that a plurality of or at least end portions are fixed with a plurality of wire-like carbon, and the quartz glass tube is covered with a quartz glass tube to seal the sealed member.
[0182]
Thereby, a heater member can be tangent firmly and reliably to the terminal wire which consists of said wire-like carbon. Further, since the heater member is in contact with the same type of wire-like carbon and lowers the electrical contact resistance, problems such as sparks can be prevented.
[0183]
Furthermore, according to such a configuration, the end of the heater member as described later is disposed in the sealed member as compared with a method in which the terminal member is arranged in the quartz glass sealed member and connected to the terminal wire. Therefore, unevenness of heat generation above the heater surface tends to be further reduced by the amount of foreign matter other than the heater member.
[0184]
In the carbon heater of the invention of the 4th-1 group, the other end side of the above-mentioned wire-like carbon used as a terminal wire is formed into a second wire-like carbon connecting member having a hollow member and having a core member inside thereof. It is more preferable to connect by pressing with the core member, connect a metal inscribed line with a metal wire connecting member using a split core, and connect both connecting members with any connecting member.
[0185]
In particular, the electrical contact resistance can be suppressed and the occurrence of sparks can be prevented by a plurality of wire-like carbon connection methods utilizing the pressing by the core member. Further, the inscribed line connecting method using the split core allows the metal inscribed line and the carbon terminal member to be brought into contact with each other over a wide surface, thereby preventing the occurrence of sparks.
[0186]
As a method for connecting the inscribed line in the metal wire connecting member using the split core, a taper surface is formed on the outer side of the split core and the terminal body is engaged with the taper surface. It is preferable that the metal inscribed line is sandwiched between the support portions formed on the split core and pressed and connected to an arbitrary connecting member. Thereby, contact resistance can be suppressed and a spark generation can be prevented.
[0187]
Furthermore, the heater member is arranged in line symmetry in the sealed member, a gas introduction / discharge port is formed on the axis of symmetry, and a non-oxidizing gas is introduced from the gas introduction / discharge port during welding of the container, It is preferable that the gas is exhausted from the gas introduction / discharge port when the container is sealed. This makes it possible to introduce a non-oxidizing gas uniformly inside the heater, thereby preventing the oxidation of carbon and making the heater in-plane temperature distribution uniform.
[0188]
As understood from the above description, in the carbon heater of the 4-1th group of inventions, a plurality of heater members made of carbon wires and a wire-like carbon are arranged in a quartz glass tube, or at least a plurality of ends are provided. It fixes with the divided | segmented wire-like carbon, it is set as the structure which connects the said wire-like carbon and the metal inscribed line by the side of a power supply with a 2nd terminal device, A 2nd terminal device has two or more edge parts. A second wire-like carbon connecting member for connecting the divided wire-like carbon; a metal wire connecting member configured to connect a metal inscribed line using a split core; It is equipped with a terminal part main body for connecting the wire-like carbon connecting member and the metal wire connecting member, and is configured to connect both connecting members to an arbitrary connecting member. Masui it is clear.
[0189]
And the quartz glass tube and the 2nd terminal device which are such a structure and the said heater member arranged the wire-like carbon by which the said heater member was divided into several or at least the end part were enclosed in the inside of a quartz glass tube are enclosed. Depending on the configuration, a terminal wire made of a plurality of wire-like carbons, a second wire-like carbon connecting member, a terminal body, a metal wire connecting member, and a metal inscribed wire are connected from a heater member arranged on a quartz glass sealed member. All of the series of electrical connection systems can be cut off from the outside air, and as a result, the oxidation of all the members constituting the series of electrical connection systems can be prevented, and a long-life and stable heat uniformity can be ensured. It can be.
[0190]
In addition, as said arbitrary connection member, the cylindrical core which has a thread part on the outer periphery is employable, for example.
[0191]
In order to optimize the carbon heater according to the invention of the 4-1th group, the metal internal tangent line and the external tangent line on the power source side disposed inside the quartz glass tube are further passed through the Mo foil. It is important that the Mo foil is sealed with a quartz glass pinch seal.
[0192]
The pinch seal part is a structure in which a cap part of a quartz glass tube sealed at one end is sandwiched with a flat plate jig made of carbon at a high temperature and adhered and welded in a flat plate shape. means.
[0193]
On the other hand, if the inner tangent is pulled out of the cap and pinched, the pinch seal made of quartz glass will crack due to the difference in thermal expansion coefficient between Mo and quartz, and the sealing performance will be hindered. Occurs. In order to solve such a problem, a Mo foil body is interposed, and pinched with quartz glass and sealed.
[0194]
In the carbon heater of the fourth group of the invention, the quartz glass container can be formed into a flat plate donut shape having an opening in the center portion, and has a flat plate semicircular shape and a notch in the center portion as a whole. It is possible to form a doughnut-shaped flat plate heater by combining the split molds. This is because a shaft for supporting the object to be processed is inserted into the center opening of the donut shape so as to be inserted.
[0195]
In addition, the heating elements are arranged symmetrically in the quartz glass container, the gas introduction / discharge port is formed on the axis of symmetry, and the container is assembled by welding while introducing the non-oxidizing gas from the gas introduction / discharge port, Furthermore, it is preferable that the inside of the container is sealed under reduced pressure at normal temperature while exhausting from the gas inlet / outlet.
[0196]
It is preferable to seal the quartz glass container in a reduced pressure of 0.2 atm or less or a non-oxidizing gas atmosphere at room temperature.
[0197]
One form of the carbon heater of the invention of the fourth group has a configuration in which terminal portions connected to both ends of the heater member are pulled out perpendicularly to the heater surface formed by the heater member (hereinafter referred to as this). In this case, a terminal member is connected to both ends of the heater member and protruded to the opposite side of the heater surface, and the terminal member is covered with a quartz glass tube. The glass member is preferably sealed.
[0198]
In the carbon heater of the invention of the 4-2th group, the terminal part main body is further arranged on the free end side of the quartz glass tube in the above-described form, and the terminal member and the terminal part main body are plural or at least one end is plural. It is more preferable to use a configuration in which the wires are divided and connected. As a result, the electrical resistance at the terminal wire portion can be lowered, and the heat generation at this portion can be suppressed. Moreover, since heat conduction is small, heat transfer to the lower sealing terminal can be suppressed by heat transfer.
[0199]
Further, the heater member is arranged in line symmetry in the sealed member, a gas introduction / discharge port is formed on the axis of symmetry, and a non-oxidizing gas is introduced from the gas introduction / discharge port during welding of the vessel. It is preferable that the gas is exhausted from the gas introduction / exhaust port during sealing. As a result, the non-oxidizing gas can be uniformly introduced into the heater, and carbon oxidation can be prevented and the heater surface temperature distribution can be made uniform.
[0200]
Further, in the carbon heater of the invention of the 4-2th group, the terminal member connects the heater member and the plurality of wire-like carbons, and a heater member connecting portion is formed at one end side of the heater. A first wire-like carbon connecting member is provided for connecting the members, and connecting the wire-like carbon having a plurality of or one end portions divided into a plurality of pieces, and the first wire-like carbon connecting member is connected to the other end of the terminal member. A wire-like carbon connecting member is connected, a first wire-like carbon connecting member is formed in a hollow shape, a core member is disposed on the inside thereof, and the plurality of wire-like carbons are pressed and connected by the core member. It is preferable to adopt a configuration in which a female screw portion is formed on the connecting end side of the terminal member and the first wire-like carbon connecting member, and the intermediate member corresponds to each female screw portion. Forming a Ruoneji portion, it is more preferable that the configuration of connecting the two members via the intermediate member.
[0201]
And as a more preferable form, the other end side of the said wire-like carbon is connected to the 2nd wire-like carbon connection member in which a hollow part is formed and has a core member in the inside by the press in this core member. Then, a metal inscribed wire is connected by a metal wire connecting member using a split core, both the connecting members are connected by a terminal portion body located in the middle, and a taper that engages the tapered surface of the terminal portion main body. Forming the part, sandwiching the metal inscribed line with the support part formed in the split core, and pressing the same to connect the terminal part body to the metal inscribed line Mo metal rod, the above There exists a structure which connects a wire-shaped carbon connection member, a terminal part main body, and a terminal part main body and a metal wire connection member with a screw type, respectively.
[0202]
In the carbon heater of the 4-2 group invention, a heater member made of carbon wire and wire-like carbon are connected by a first terminal device, and the wire-like carbon and a metal inscribed line on the power source side are secondly connected. The first terminal device includes a terminal member, and the heater member is connected to the heater member connecting portion formed on one end side thereof, and a plurality of or a plurality of end portions are provided. A first wire-like carbon connecting member for connecting the wire-like carbon divided into two, and the first wire-like carbon connecting member is connected to the other end side of the terminal member. A wire-like carbon connecting member is configured to be connected, and the first wire-like carbon connecting member is formed in a hollow shape, and a core member is disposed on the inside thereof, and the wire-like carbon is divided. The second terminal device is configured to be connected by pressing with a core member, and the second terminal device is a second wire-like carbon connecting member for connecting a plurality of wire-like carbons whose ends are divided into a plurality. A metal wire connecting member configured to connect a metal inscribed line using a split core, and a terminal body for connecting the second wire-like carbon connecting member and the metal wire connecting member. It is preferable that both the connection members are connected to one end side and the other end side of the terminal body. As an optimal example, the heater member and the first and second terminal devices are made of quartz. A metal inner tangent line placed inside the quartz glass tube and a power supply side outer tangent line are connected via a Mo foil, and the Mo foil is sealed with a pinch seal made of quartz glass. A configuration having a third terminal device of Those were. In addition, the said pinch seal | sticker part is equivalent to what was described in description of invention of the said 4th-1 group.
[0203]
The carbon heater of the invention of the above-mentioned 4-2 group is different from the carbon heater of the above-mentioned invention of the 4-1 group in that the first wire-like carbon connecting member is present. In the configuration, substantially the same operation effect is established.
[0204]
Next, the summary of the invention of the fifth group will be described.
[0205]
An object of the fifth group is to provide a carbon heater for, for example, a semiconductor manufacturing apparatus that is excellent in heat uniformity and flexibility and can be manufactured at low cost.
[0206]
Another object is to provide a carbon heater that further reduces unevenness in heat generation and improves the service life.
[0207]
The carbon heater of the fifth group of the invention uses a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers having a diameter of 5 to 15 μm, and weaves them into a vertically long shape such as a wire shape or a tape shape, and determines the amount of impurities contained therein. A carbon heater in which one or more heater members having an ash content of 10 ppm or less are enclosed in a quartz glass sealed member in parallel, and the sealed member in which the heater member is sealed is made of quartz glass or alumina It is the structure which is a flat container.
[0208]
In particular, it is preferable that the heater member is supported and sealed in the flat container by a plurality of terminal members and wire support jigs in a non-contact manner.
[0209]
This is to prevent the heater member from deteriorating as much as possible due to the reaction between the carbon heater member and the quartz glass plate container at a high temperature.
[0210]
Further, a substantially cylindrical hole for inserting a bolt is formed in the length direction of the terminal member, and a substantially cylindrical horizontal hole penetrating at least the hole is formed. It is preferable that a heater member is inserted and a bolt having a length reaching at least the lower end of the lateral hole is rotationally inserted into the hole. Accordingly, the elongated heater member can be easily and securely held.
[0211]
Further, in this structure, the diameter of the substantially cylindrical hole portion for inserting the bolt is made larger than the width of the substantially cylindrical lateral hole, and the heater member inserted into the lateral hole is pressurized by the bolt, and the hole It is preferably deformed flat so as to reach the part. Accordingly, the elongated heater member can be connected to the rod-shaped terminal member firmly and without electrical loss. In the above structure, it is more preferable that an expanded graphite sheet is interposed between the bolt and the heater member. Thereby, the cutting | disconnection of the carbon fiber which forms a heater member at the time of the said bolt fastening can be reduced as much as possible.
[0212]
The wire support jig is preferably formed of translucent alumina alone or an assembly member of high-purity carbon and translucent alumina. Further, in the assembly member, a portion in contact with the heater member is made of a high-purity carbon material. It is more preferable that the portion where the assembly member is arranged and connected to the flat container is made of a translucent alumina material. According to translucent alumina, non-reactivity with a high-temperature carbon material and electrical insulation are achieved at a high level. In particular, according to the latter assembly member, even if there is a sudden temperature change of the heating element, the life of the component is extended without causing cracks or breakage in the wire support jig.
[0213]
More preferably, a structure in which a carbon reflector is disposed below the heater member is added.
[0214]
In particular, by providing a reflecting plate whose upper surface is mirror-finished, it is possible to reduce the release of heat to the lower side of the carbon heater and to greatly increase the heat uniformity and the temperature increase rate above the carbon heater.
[0215]
Furthermore, an effective carbon heater particularly for a semiconductor manufacturing apparatus is configured by enclosing the heater member, the rod-shaped terminal member and the wire support jig in a sealed quartz glass container or a translucent alumina container. Can do.
[0216]
At this time, it is preferable that a branch pipe is appropriately attached to the container so that a non-oxidizing gas such as nitrogen flows from the branch pipe or the inside of the container is evacuated to 20 torr or less. This is because the heater member is prevented from being deteriorated, and it is possible to extend the life and maintain the temperature uniformity for a long time.
[0217]
Furthermore, the carbon heater of the fifth group of the invention may have a configuration in which a convex portion having a semicircular or trapezoidal cross section is formed on the heater surface of the flat plate container, and the surface is polished. Preferably, this provides a prism effect in which heat generation upward of the heater surface by a linear heating element such as carbon wire is made uniform by light scattering.
[0218]
In addition, when the said convex part is seen from the heater surface upper direction, this is formed in the shape of a stripe or concentric part, or this is in the state formed in large numbers by the grid | lattice form.
[0219]
Usually, in order to obtain the same effect, a method of sand plasting the heater surface is adopted. In this case, the surface is grainy, and heat radiation from this surface is suppressed, and quartz glass is used. It accumulates heat in itself and reduces energy efficiency. In this sense, it is an important matter that the glossing process is performed.
[0220]
Further, the heater surface of the carbon heater can be made larger in diameter than the object to be processed. Since the carbon material has a small heat capacity, the heating rate can be further increased by increasing the diameter of the heater surface in this way, and the heat uniformity on the workpiece can be improved.
[0221]
【Example】
Group 1 invention
A preferred embodiment of the first group of inventions will be described below with reference to FIGS. 29 to 40 and 88. FIG.
[0222]
FIG. 88 is a three-dimensional view showing a first embodiment of the carbon heater according to the first group of the invention. (The drawing shows a case where three carbon fiber bundles are used so that the knitted state can be described most simply.)
In this embodiment, theheater member 111 is formed by knitting a wire shape using three carbon fiber bundles obtained by bundling 330 carbon fibers having a diameter of 7 μm. The diameter of the carbon wire is about 1.2 mm.
[0223]
This carbon fiber woven heater member has a braided span (in the length direction, one wire bundle is regularly entangled with the other two, and the distance until it returns to the original position) Is 5 to 7 mm.
[0224]
Therefore, even if each carbon fiber is cut halfway, the influence of this cutting is limited to only the length of 5 to 7 mm of the braiding span, which affects the overall length of the heater member. As a result, it is possible to effectively suppress variations in the electric resistance value in the length direction of the heater member, and hence generation of heat unevenness.
[0225]
Further, according to the heater member, when three carbon fiber bundles are knitted, a substantial number of 330 × 3 carbon fibers are cut at some points, and when viewed as a whole, A large number offluffs 115 of 3 to 6 mm are formed on the surface.
[0226]
FIG. 29 is a perspective view showing a second embodiment of the carbon heater according to the invention of the first group.
[0227]
In this embodiment, theheater member 111 is made of carbon wire. The carbon wire is knitted into a wire shape using nine carbon fiber bundles obtained by bundling 300 carbon fibers having a diameter of 7 μm. The diameter of the carbon wire is, for example, about 2 mm. The braided span is about 3 mm, and the fluff caused by the carbon fiber is about 0.5 to 2.5 mm.
[0228]
Carbon electrodes 112 are connected to both ends of theheater member 111. Theheater member 111 is supported by a plurality ofalumina support members 113 and is bent many times in the same plane. In this embodiment, the heating (uniform heating) zone is planar.
[0229]
The amount of impurities contained in theheater member 111 is 10 ppm or less in terms of ash. The resistance value of theheater member 111 at 1000 ° C. is 1 to 10 Ω / m · book.
[0230]
FIG. 30 is a perspective view showing a third embodiment of the carbon heater. FIG. 31 is a cross-sectional view showing a state in the vicinity of thecarbon electrode 122 in the carbon heater of FIG.
[0231]
In this embodiment, theheater member 121 is formed of carbon tape. The carbon tape is knitted into a tape shape using a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers. The width of the carbon tape is, for example, about 10 mm, and the thickness is, for example, about 1 mm. Also in this case, the fluff caused by the carbon fiber is equivalent to the case where the carbon wire is used.
[0232]
The fourheater members 121 are connected in series viasupport members 123 and 124, andcarbon electrodes 122 are disposed at both ends thereof. Thesupport members 123 and 124 are two flat plates, and sandwich and fix theheater member 121 therebetween. The lower (base)support member 124 is made of quartz, and the upper support member 123 is made of carbon. Also in this embodiment, the heating zone is planar.
[0233]
The amount of impurities contained in theheater member 121 is 10 ppm or less in terms of ash. Further, the resistance value of theheater member 121 at 1000 ° C. is 1 to 20 Ω / m · book.
[0234]
FIG. 32 is a perspective view showing a fourth embodiment of a carbon heater particularly effective for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0235]
In this embodiment, the heater member 131 is spirally disposed in the quartz glassdouble tube 136.
[0236]
The heater member suppresses oxidation consumption and prevents devitrification of the quartz glass, so that the impurity concentration is 10 ppm or less in terms of ash.
[0237]
The quartz glassdouble tube 136 has a sealed structure composed of an inner cylinder, an outer cylinder, and upper and lower plates, and nitrogen gas can be introduced into the interior or a vacuum state of 20 torr or less can be achieved.
[0238]
The heater member 131 is supported by asmall projection 133 made of alumina attached to the inner cylinder. Theprotrusion 133 may be linear. The heater member 131 can be supported by a groove instead of a protrusion.
[0239]
The small protrusions made of alumina are preferably made of high-purity translucent alumina, and even in translucent alumina, if an attempt is made to increase the degree of rapid temperature increase, the above-mentioned small projecting portions are caused by thermal shock. Since there is a possibility that cracks and breakage may occur in the protrusions, it is preferable to use the protrusions as an assembly member of high-purity carbon and translucent alumina. In that case, the portion in contact with the heater member is made of high purity carbon. Furthermore, quartz glass may be used instead of translucent alumina.
[0240]
In this embodiment, three heater members 131 are spirally wound around the inner cylinder, and three heating zones are continuously formed. Thus, by forming two or more heating zones, it becomes easy to balance the temperature of the heating region. The zone width and the number of zones can be arbitrarily determined. From the economical viewpoint, the number of zones is advantageously 3-5.
[0241]
The heater member 131 penetrates the outer cylinder through a metal attachment member 134 and is connected to apower source 135 through agraphite electrode 132.
[0242]
FIG. 33 is a perspective view showing a fifth embodiment of a carbon heater particularly effective for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0243]
Thecarbon heater 140 is formed by a number ofheater units 149.
[0244]
Eachheater unit 149 has a configuration in which theheater member 141 made of the above-described carbon wire is arranged in a sealed quartz glass straight pipe. A large number ofheater units 149 are arranged in a cylindrical shape, and acylindrical carbon heater 140 is formed as a whole.
[0245]
Thecarbon heater 140 has a cylindrical heating zone. Such a cylindrical shape is preferable for the heat treatment of the wafer, but depending on the object to be heated, or from the viewpoint of recognition of the heating conditions, it may be a box shape.
[0246]
When the furnace body is configured using thecarbon heater 140, a plurality of carbon heaters 140 (for example, 3 to 5 zones) can be used in order to improve the temperature balance above and below the furnace body. At that time, carbon heaters having different shapes and configurations may be used.
[0247]
In addition, although the said example was described about the case where the carbon heater unit used as a part of carbon heater was made into the tubular body, it is not limited to this, A quartz glass member other than the peripheral part of a heater member is not substantially limited to this carbon heater unit. Can be made into an integrated rod-shaped body.
[0248]
FIG. 34 shows an example of theheater unit 149 that is a part of thecarbon heater 140.
[0249]
Theheater unit 149 has a configuration in which both ends of a quartz glassstraight pipe 146 are sealed with aquartz flange 162 and a metal flange 161. Ametal electrode 144 is provided through bothflanges 161 and 162, and acarbon electrode 142 is connected to the inside thereof. Aheater member 141 is stretched between the twocarbon electrodes 142.
[0250]
Near both ends of the quartz glassstraight tube 146, N₂Entrances 147 and 148 used for introduction and vacuum suction are formed.
[0251]
Themetal electrode 144 may be a carbon electrode, but is preferably made of metal in order to maintain a vacuum state.
[0252]
FIG. 35 and FIG. 36 show a modification of theheater unit 149 that becomes a part of thecarbon heater 140.
[0253]
In theheater unit 149 of FIG. 35, the metal electrode 44 and thecarbon electrode 142 are inserted into the protruding portion from the side surface of the quartz glass straight pipe 46.
[0254]
In theheater unit 149 of FIG. 36, a wire support protrusion 143 is formed on the end face of a quartz glass straight pipe, and theheater member 141 is configured to face the other end via the support protrusion 143. For this reason, the heater length can be maximized, which can be used to improve the thermal uniformity in the furnace.
[0255]
FIGS. 37A and 37B show a sixth embodiment of a carbon heater particularly effective for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0256]
Thecarbon heater 150 is formed by a number of annulartube heater units 159.
[0257]
Eachheater unit 159 has a configuration in which aheater member 151 made of carbon wire is disposed in anannular tube 156 made of sealed translucent alumina. A large number of substantiallyannular heater units 150 are stacked in a cylindrical shape to form acylindrical heater 150 as a whole.
[0258]
Examples of theheater unit 159 are shown in FIGS. 38 (A), (C) and (B), (D).
[0259]
In theheater unit 159 of FIGS. 38A and 38C, both ends of the ring are arranged on the same plane. On the other hand, in theheater unit 159 of FIGS. 38B and 38D, both ends of the ring are overlapped vertically.
[0260]
Theheater unit 159 has a configuration in which both ends of a transparent aluminaannular tube 156 are sealed withflanges 163. Theflange 163 has a structure in which translucent alumina and metal are bonded together. Ametal electrode 154 passes through theflange 163, and acarbon electrode 142 is connected to the inside thereof. Aheater member 151 is connected between the two carbon electrodes.
[0261]
In thecarbon heater 150 of FIG. 37A, the positions of theelectrodes 154 are aligned in the vertical direction, and a phase is generated at the electrode terminal positions. On the other hand, in thecarbon heater 150 of FIG. 37 (B), the position of theelectrode 154 can be freely set as shown.
[0262]
The number of overlappingheater units 159 can be arbitrarily adjusted. Further, by controlling the power of each heater unit, it is possible to further improve the thermal uniformity.
[0263]
In theheater unit 159 shown in FIG. 39, both ends of a translucent aluminaannular tube 156 are in contact with each other, and theelectrode 154 protrudes in the radial direction from the center of the cross section of the tube. In this type ofheater unit 159, the heater length can be maximized, and the thermal uniformity of the furnace body can be improved.
[0264]
Although not shown in FIGS. 37 to 39, the translucent aluminaannular pipe 156 can also be provided with a piping system at both ends so that nitrogen gas can be introduced into the pipe or the inside of the pipe can be evacuated.
[0265]
In addition, although the example of FIGS. 37-39 described about the case where the carbon heater unit used as a part of carbon heater was made into the shape of an annular tube or an annular tube, it is not limited to this, All are the peripheral parts of a heater member A rod-like body in which the above quartz glass members are substantially integrated can be obtained. Further, in this example, the same effect can be achieved even if anannular tube 156 made of quartz glass is used.
[0266]
Next, the embodiment of FIG. 40 will be described.
[0267]
The heater member 161 is supported in a spiral shape and enclosed in an insulatingmaterial container 166 by an arbitrary configuration not shown. Electrodes are installed at both ends of the heater member 161.
[0268]
The electrode part of the heater member 161 is made of a carbon material. Thesupport electrode portion 162 may be made of either metal or carbon, but preferably the tip portion in contact with the heater is made of high purity carbon in order to prevent impurity contamination.
[0269]
Thewire support member 163 is made of a nonconductive material such as alumina or quartz glass.
[0270]
The space between the heat insulatingmaterial container 166 containing the heater member and thefurnace core tube 167 is hermetically sealed, and nitrogen can be introduced into the inside or a vacuum state can be established. The degree of vacuum is set to 20 or 10 torr or less, for example. it can.
[0271]
A plurality of heater units can be used to form a long cylindrical heater heating zone.
[0272]
By overlapping the heater units in this way, the uniformity of the temperature distribution at the center can be improved. For example, in the single unit, the temperature difference of the central heater unit at 1000 ° C. was 50 ° C. or more, but when the heater unit was tripled, it was confirmed that the temperature difference was 5 ° C. or less.
[0273]
As a carbon heater, a heater member made of a plurality of carbon fiber bundles made by bundling a plurality of carbon fibers can reduce the heat capacity when compared with the C / C one, thus dramatically improving the rapid quenching throughput. did it.
[0274]
Further, by using the heater member, the heat generation unevenness can be reduced as compared with the case of using only carbon fiber.
[0275]
Further, in the conventional SiC heater, the electric load density is 10 W / cm.²However, when the carbon wire is used, the electric load density is 30 W / cm.²As a result, it was possible to increase the temperature rapidly by about three times.
[0276]
Further, it is possible to further improve the thermal uniformity by controlling the power of each heater unit.
[0277]
The carbon heater particularly effective for the semiconductor manufacturing apparatus of the invention of the first group is excellent in heat uniformity and flexibility, and can be manufactured at low cost.
[0278]
The invention of the first group is not limited to the above embodiment. The shape of the illustrated carbon heater is merely an example, and various modifications are possible. In the third embodiment of FIG. 30, a tape-shaped heater member can be used instead of the wire-shaped heater member.
[0279]
The invention of the second group
A preferred embodiment of the second group of the invention will be described below with reference to FIGS.
[0280]
1 to 28 are simplified drawings in which theheater member 11 and the peripheral portion of the heater member in the sealedmember 12 are in contact with each other. Is one in which a hollow space is formed (by fuzz of carbon fibers formed on the surface of the heater member).
[0281]
First, a first embodiment of the invention of the second group will be described with reference to FIGS.
[0282]
Thiscarbon heater 10 is a rectangular flat heater as a whole, and has a structure in which aheater member 11 is enclosed in aquartz glass support 12. As shown in FIG. 2, thequartz glass support 12 has a substantially hollow space formed in the periphery of theheater member 11, and is substantially integrated except for the space. It has become a structured.
[0283]
Here, the most preferable form as a substantially integrated configuration is that, when the carbon heater of the present invention is manufactured by fusing a plurality of quartz glass plates, the fused surfaces are fused on the quartz glass plates. This is a state in which there are no parts that are not attached and are not separated, or there are no structurally non-uniform parts in a semi-fused state.
[0284]
As theheater member 11, a member in which a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers and knitted into a wire shape is used.
[0285]
Theheater member 11 is arranged in a zigzag shape on substantially the center plane of thequartz glass support 12. The wiring form may be spiral or other shapes.
[0286]
As a specific example of the heater member, nine carbon fiber bundles (a total of 2970 pieces) obtained by bundling about 330 carbon fibers having a diameter of 7 μm are knitted into a wire shape having a diameter of about 2 mm. The braided span is 3 mm, and the surface fluff due to the carbon fiber is about 0.5 to 2.5 mm. Two, three or more such heater members can be used. If a plurality of lines are used, the quality related to the heat generation characteristics can be stabilized.
[0287]
As shown in FIG. 3, thequartz glass support 12 is formed by fusing together twoquartz glass plates 12a and 12b having a thickness at which the wire is located at the center, thereby substantially integrating them. On the joint surface of onequartz glass plate 12b, awiring groove 14 for accommodating theheater member 11 is formed in a rectangular cross section. Thickness t of thequartz glass plates 12a and 12b not including thewiring groove 14₁, T₂Are the same, and theheater member 11 is located at the center of thesupport 12.
[0288]
The terminal wire of theheater member 11 is drawn perpendicularly to theheater surface 13 from ahole 21 having a diameter of 3 mm, for example.
[0289]
FIG. 4 shows the manner of the fusing process. Thequartz glass plates 12a and 12b are arranged on the carbonlower member 27, the carbonupper member 28 is placed thereon, and theweight 29 made of a carbon material is placed thereon and set in the heat treatment furnace.
[0290]
The upper surface of thelower member 27 and the lower surface of theupper member 28 are mirror-finished. These carbon members are all purified products having impurities of 5 ppm or less.
[0291]
In order to adopt a configuration in which the quartz glass support other than the peripheral part of the heater member is substantially integrated like the present carbon heater, the homogeneity of the carbon member and the portion in contact with the quartz glass support are particularly important. Surface roughness is important. In order to make the surface roughness and homogeneity appropriate, the carbon member has an open porosity of 15% or less and 1.8 to 2.0 g / cm.^ThreeIt is important to use a material having a bulk density characteristic of buffing or mirror polishing to obtain a surface roughness state. This makes it possible to apply uniform pressure to the entire surface of the quartz glass support by the carbon member, and to prevent thermal strain from remaining in the quartz glass during production due to the difference in thermal expansion coefficient between quartz glass and carbon. It becomes.
[0292]
The inside of the furnace is kept at a vacuum of 1 torr or less, and is heat-treated at 1200 to 1600 ° C. for 0.5 to 5 hours to fuse the joining surfaces of the twoquartz glass plates 12a and 12b. This heat treatment is long when the temperature is low, short when the temperature is high, and is changed depending on the situation. The bonding is performed so that the atmosphere of theheater member 11, that is, the atmosphere in the wiring groove is a reduced pressure or non-oxidizing atmosphere.
[0293]
At the time of cooling, cooling near 1100 ° C., which is the strain point of quartz glass, is gently performed. The cooling rate in the vicinity of 1100 ° C. is set to, for example, about 50 to 150 ° C./hour.
[0294]
By such heat treatment, the entire bonded surface of thequartz glass support 12, that is, the twoquartz glass plates 12a and 12b can be fused and substantially integrated. That is, a substantially hollow space is formed in the peripheral part of theheater member 11, and the structure is substantially integrated except for the space part.
[0295]
The fusing process employs a method of heating in a heat treatment furnace, that is, an external heating means. However, not only this, a quartz glass plate is sandwiched between carbon members in a predetermined furnace, and quartz glass is used. A method in which the carbon wire in the plate is energized and heated to fuse the quartz glass plate, or a method in which the heater member in the quartz glass plate is heated by high frequency induction heating, for example, sandwiched by a member such as AlN instead of the carbon member Can also be adopted.
[0296]
With such a heating means from the inside, the fusion proceeds from the center side, not from the outer periphery of the quartz glass plate, so that the gas existing between the quartz glass plates is taken into the interior at the time of fusion and bubbles remain. That will be as little as possible.
[0297]
FIG. 5 shows an example of how the carbon heater is used. The end of theheater member 11 is drawn from theheater member 11 substantially perpendicularly to theheater surface 13 and connected to theMo terminal wire 62 via thecarbon terminal 61. These are arranged in a quartz glass tube. TheMo terminal wire 62 is connected to the two Mo outertangent wires 64 via theMo foil 63. TheMo foil 63 is pinch-sealed.
[0298]
Next, a carbon heater according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. The subsequent embodiments will be described with a focus on differences from the first embodiment.
[0299]
In thecarbon heater 10 of FIG. 7, theheater member 11 is disposed on the side close to theheater surface 13 when viewed in the thickness direction of thequartz glass support 12.
[0300]
As shown in FIG. 6, thecarbon heater 10 is formed by using twoquartz glass plates 12c and 12d having different thicknesses. For example, the thickness t of onequartz glass plate 12c₁Is the thickness t of the other 12d₂Can be set to 1/2 or less. Thegroove 14 for accommodating thecarbon heating element 11 is formed in the thickerquartz glass plate 12d. However, the thickness of the quartz glass plate is a thickness that does not include the wiring groove portion.
[0301]
The upperquartz glass plate 12c can be formed with a size of 100 × 100 × 3, for example, and thelower quartz glass 12d can be formed with a size of 100 × 100 × 7, for example.
[0302]
Next, a carbon heater according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
[0303]
Thecarbon heater 10 has an opaque (or foamed)quartz glass layer 12e having a large number of fine closed pores.
[0304]
The opaquequartz glass layer 12e is disposed on the opposite side of the heater surface and prevents radiant heat from being transmitted to the lower part of the heater.
[0305]
As shown in FIG. 8, a thinquartz glass plate 12c and an opaquequartz glass plate 12e are arranged above and below thequartz glass plate 12d to which theheater member 11 is wired, and the above-described fusing process is performed. As a result, as shown in FIG. 9, thequartz glass layer 12e including the opaquequartz glass layer 12e is substantially integrated by a plate-likequartz glass support 12 enclosing oneheater member 11, and this quartz glass A structure in which a hollow space is formed around the heater member in thesupport 12 can be obtained.
[0306]
FIG. 10 is a modification of thecarbon heater 10 of FIG. In thecarbon heater 10, the opaquequartz glass layer 12 e occupies about ½ of the total thickness of thequartz glass support 12. Theheater member 11 is disposed between the opaquequartz glass layer 12e and the transparent quartz glass layer.
[0307]
Thus, by increasing the thickness of the opaquequartz glass layer 12e, it is possible to increase the effect of preventing transmission of radiant heat below the heater.
[0308]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
[0309]
Thecarbon heater 10 has a configuration in which aheater member 11 made of carbon fiber and acarbon reflector 15 having at least one mirror surface facing theheater member 11 are enclosed in a plate-likequartz glass support 12. Yes. Thequartz glass support 12 is formed with a hollow space in the peripheral portion of theheater member 11 and is substantially integrated in other portions.
[0310]
The quartz glassupper plate 12c, the quartz glassmiddle plate 12d, theheater member 11, thecarbon reflector 15 and the quartz glasslower plate 12e are assembled as shown in FIG. The support 12 (12c, 12d, 12e) is substantially integrated.
[0311]
The quartz glasslower plate 12e is provided with acounterbore 16 for carbon reflector, but thecounterbore 16 is formed slightly larger than the reflector in order to absorb the thermal expansion difference.
[0312]
Thus, by providing the carbon reflector below the carbon heating element, it is possible to increase the effect of preventing the transmission of radiant heat below the heater, and to improve the heat radiation above the heater. be able to.
[0313]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
[0314]
This embodiment is areflector 20 for a carbon heater, which corresponds to a single reflector portion taken out from the carbon heater 10 (FIGS. 11 to 13) provided with the aforementioned reflector.
[0315]
That is, thereflector 20 for carbon heater has a configuration in which acarbon reflector 15 having at least one mirror surface is enclosed in a plate-likequartz glass support 22.
[0316]
By assembling a quartz glassupper plate 22a, acarbon reflecting plate 15 having a mirror surface on one side, and a quartz glasslower plate 22b having a setting spot for a reflecting plate in the arrangement shown in FIG. The quartz glass support 22 (22a, 22b) is integrated.
[0317]
As shown in FIG. 17, thequartz glass support 22 encapsulating thereflector 20 for carbon heater is disposed so as to overlap the lower surface of the carbon heater of FIG. It can be in one form.
[0318]
The setting spot for the reflecting plate of the quartz glasslower plate 22b is larger than the reflecting plate to absorb the difference in thermal expansion, and a space for this is formed as shown in FIG.
[0319]
The above-mentionedcarbon reflector 15 is made of a thermally expanded graphite sheet, a Kapton fired body sheet, a glassy carbon sheet, etc., and has a thickness of 20 to 2000 μm.
[0320]
The sheet preferably has a thin thickness of 20 to 200 μm in order to make the carbon heater more compact and to reduce the heat capacity. In order to obtain the cost, a Kapton fired sheet produced by firing a Kapton sheet is most preferable.
[0321]
In addition, the description regarding the said carbon reflecting plate-like body is common to the carbon reflecting plate-like body described in the present invention.
[0322]
Thecarbon heater reflector 20 is clean and excellent in heat resistance and has a low heat capacity, and is therefore suitable as a heat reflector disposed below or outside the heater.
[0323]
FIG. 16 is a modification of thecarbon heater reflector 20 of FIG. In thecarbon heater reflector 20, twocarbon reflectors 15 a and 15 b are sealed in aquartz glass support 22. By arranging a plurality of carbon reflectors having a small area in this manner, it is possible to more effectively suppress the occurrence of cracks associated with the thermal expansion of the carbon material. In FIG. 16, the two carbon reflectors have a structure in which only one part is overlapped. However, the two carbon reflectors may be entirely overlapped. In this case, more effective heat insulation can be obtained.
[0324]
18 and 19, twoheater members 11 made of carbon fibers are arranged in parallel in the wiring groove 14 (three or more are also possible). Twoauxiliary grooves 14c are formed at the bottom of thewiring groove 14 in accordance with the number of heater members. Thereby, a heater member can be supported by line contact of three places, for example, and troubles, such as heat generation unevenness accompanying surface contact, can be eliminated.
[0325]
20 and 21, thebottom 14d and the whole 14d, 14e of the cross section of the wiring groove have a curved cross section. As a result, when a plurality of quartz glass plates are fused and integrated, it is possible to prevent the cross-sectional shape of the wiring groove from being thermally deformed and coming into surface contact with the heater member as much as possible. It is possible to prevent the heater member from being deteriorated. Moreover, accumulation of internal strain of the quartz glass support accompanying the thermal deformation can be suppressed, and problems such as cracks can be prevented. Furthermore, unevenness of heat generation as the heater member due to absorption of the amount of heat generated from the heater member due to the surface contact can be prevented.
[0326]
22 to 24, aconvex portion 13a or 13b having a semicircular or trapezoidal cross section is formed on the heater surface (outer surface). FIG. 22 shows stripes as viewed from above the heater surface, FIG. 23 shows concentric protrusions, and FIG. 24 shows a large number of protrusions in a lattice pattern. The surface of theseconvex portions 13a and 13b is polished by heating with an oxyhydrogen burner.
[0327]
By adopting such a configuration, it is possible to obtain a prism effect in which planar heat generation by the linear heater member such as the heater member is made uniform by scattering of light.
[0328]
Usually, in order to obtain the same effect, a method of sandblasting the heater surface is adopted, but in this case, the surface is grainy, heat radiation from this surface is suppressed, and the quartz glass itself Heat accumulates and energy efficiency decreases. In this sense, it is an important matter that the glossing process is performed.
[0329]
Furthermore, generation of dust can be prevented by the same configuration.
[0330]
As for the radius or bottom part length of theconvex part 13a or 13b, 0.5-5 mm is preferable in all. If the thickness is less than 0.5 mm, the manufacturing cost is increased due to fine processing. In addition, sufficient polishing cannot be performed. Furthermore, a sufficient prism effect cannot be obtained. On the other hand, if the thickness exceeds 5 mm, uneven heat generation may occur.
[0331]
Moreover, the space | interval of two convex parts can be set to 0.2-1 mm.
[0332]
Next, an example of another carbon heater manufacturing method will be described with reference to FIGS.
[0333]
First, as shown in FIG. 25A, a firstquartz glass plate 32a formed with awiring groove 14a (groove width: 2 to 4 mm) and polished with a oxyhydrogen burner for a predetermined time, Thegrooves 14a and 14b face each other (communication) with the secondquartz glass plate 32b on which theinsertion groove 14b (groove width: 1.5 to 2.5 mm smaller than the width of 14a) is paired with thegroove 14a. To join. This bonding may be a fusion that integrates the twoquartz glass plates 32a and 32b, or may be a fixing that can withstand the next polishing or grinding process. Theinsertion groove 14b can also be regarded as a kind of wiring groove.
[0334]
Then, as shown in FIG. 25B, thesurface layer 32d of the secondquartz glass plate 32b is removed by polishing or grinding to expose theinsertion groove 14b. Thereby, theinsertion groove 14b serves as an insertion window for inserting theheater member 11. Theheater member 11 is inserted from the insertion window and pushed into theinner wiring groove 14a.
[0335]
Since the cross-sectional shape of the groove is a “convex” character, it is possible to reliably prevent theheater member 11 from rising and jumping out of the groove after theheater member 11 is inserted. This also allows the quartz glass plate to be fused uniformly and reliably over the entire joining surface.
[0336]
After wiring, dust on the quartzglass plate surface 33 is removed, and a thirdquartz glass plate 32c is placed on the polishingsurface 33 of the secondquartz glass plate 32b as shown in FIG. .
[0337]
As a result of the fusing process, the joining surfaces of the three quartz glass plates are welded, and the portions other than the grooves 14 (14a, 14b) are substantially integrated as shown in FIG.
[0338]
In this embodiment, thewiring grooves 14a, 14b before fusion are formed in a “convex” shape as a whole. After the fusion, the above-mentioned “convex” shape is deformed to a slightly collapsed shape. Thus, by forming the wiring groove before fusion into a “convex” shape, it is possible to alleviate thermal distortion due to deflection due to its own weight around the groove. Since the deflection due to its own weight becomes large especially at the upper side of the groove, the residual thermal strain can be reduced by making the groove into a “convex” shape. Therefore, in this embodiment, the probability of occurrence of cracks and cracks in the upper plate due to the thermal history during use can be greatly reduced.
[0339]
As an example of the dimensions of each part in FIG. 25, L is 0.5 to 1.5 mm, M is about 2 mm, and N is about 3 mm.
[0340]
As the heater member, one to three wires having a diameter of about 2 mm can be wired in parallel. The total thickness of the carbon heater can be 5 to 10 mm, for example.
[0341]
Next, with reference to FIG. 26, the manufacturing method of the carbon heater which has an arc-shaped cross section, or the reflector for carbon heaters is demonstrated.
[0342]
This manufacturing method is a method of bending the above-describedcarbon heater 10 into a predetermined shape.
[0343]
Theflat carbon heater 10 is inserted between a carbonlower mold 41 having a convex semicircular cross section and a carbonupper mold 42 having a concave semicircular cross section corresponding thereto. Theupper mold 42 functions as a carbon load. Of course, a carbon load separate from theupper mold 42 may be used.
[0344]
On the sides of the upper andlower molds 41 and 42, acarbon mold 43 for preventing misalignment is disposed. Themisalignment prevention mold 43 guides theupper mold 42 so that it moves directly below.
[0345]
Theflat carbon heater 10 having a thickness of about 5 to 15 mm is deformed into a circular arc cross section by inserting the setting in this manner into a heat treatment furnace and heating at 1500 to 1600 ° C. for 1 to 5 hours. Can do.
[0346]
Examples of the arc shape of the cross section include a 1/3 arc and a 1/2 arc, and thecarbon heater 40 in FIG. 27 has a semicircular cross section (1/2 arc).
[0347]
The carbon heater shown in FIG. 28 is a cylindrical heater in which twocarbon heaters 40 shown in FIG. 19 are combined, and forms a substantially cylindrical heater surface. The terminal wire is covered with aquartz glass tube 19.
[0348]
On the other hand, the carbon heater reflector can also be deformed into an arc shape in the same manner as the carbon heater if a sheet-like reflector made of carbon as described above is used. In FIG. 26, this is indicated by reference numerals with parentheses.
[0349]
Such a carbon reflector deformed in an arc shape can be used integrally with the carbon heater deformed in the same manner as described above.
[0350]
Example 2-1
The carbon heater of FIG. 7 was manufactured by the following procedure.
[0351]
A 100 × 100 × 3 t upper quartz glass plate was prepared, and the fused surface was mirror finished. Further, C0.2 chamfering was performed to prevent pitching.
[0352]
Further, a lower quartz glass plate of 100 × 100 × 7 t was prepared, a wiring groove having a depth of 4 mm and a width of 2 mm was processed, and then the groove portion was polished with an oxyhydrogen burner. Further, the fused surface was mirror-finished and C0.2 was chamfered.
[0353]
Instead of the above mirror finish, it may be polished with flame.
[0354]
In the same manner as in FIG. 4, the heater member made of carbon fiber was placed in the wiring groove of the lower quartz glass plate in the heat treatment furnace, and at this time, the carbon fiber waste adhering to the surface of the lower quartz glass plate was completely removed. Thereafter, an upper quartz glass plate was placed thereon, and these were set on a glassy carbon mirror plate. A 10 kg carbon block weight was placed thereon.
[0355]
In addition, all of these carbon members used purified products having impurities of 5 ppm or less. If the carbon material is impure, the quartz glass surface may be devitrified, and there is a possibility that impurities are attached to the quartz glass and diffused in the semiconductor manufacturing apparatus.
[0356]
Then, the pressure inside the furnace was reduced to 1 torr or less, and a heat treatment was performed at 1450 ° C. for 3 hours. During cooling, the cooling was gently performed at around 1100 ° C., which is the strain point of quartz glass. That is, the cooling rate at 1450 to 1000 ° C. was set to 100 ° C./hour. The cooling rate in other temperature ranges was not particularly controlled.
[0357]
Through the above-described fusing process, the contact portions of the upper and lower quartz glass plates were completely fused, and in appearance, the heater member was wired inside the integrated quartz glass.
The heater member was somewhat pressed by the load.
[0358]
The wiring groove provided on the quartz glass plate was also deformed and pressed during the fusion, and both the groove width and the groove depth were reduced.
[0359]
Then, using this carbon heater, a terminal portion carbon wire was passed through a quartz glass pipe and connected to a power source as shown in FIG.
[0360]
As a result, the heater temperature could be heated to 1350 ° C. without any problem.
[0361]
Moreover, although raising / lowering temperature was repeated 100 times between room temperature and 1200 degreeC, there were no problems, such as a crack generation.
[0362]
In addition, the thing which has 5% of unfused parts in the total contact area of both quartz glass plates by the same manufacturing method was manufactured, and the above evaluation was performed. (This unfused portion occurs when the carbon fiber scrap attached to the surface of the lower quartz glass plate is not completely removed when the heater member is disposed in the wiring groove.)
Furthermore, using these two carbon heaters, a test was carried out in which a φ200 mm semiconductor wafer, the outer periphery of which was supported by a ring-shaped susceptor, was heated to 1000 ° C. from below about 50 mm in a vacuum furnace. Even in this case, the temperature unevenness in the upper surface of the semiconductor wafer could be suppressed within a range of ± 0.5 ° C.
[0363]
In addition, a reaction evaluation test between quartz glass and a carbon heater member was performed by setting the temperature of the heater member in the carbon heater to 1300 ° C. in a furnace in the atmosphere and maintaining this temperature for a long time. Even after 2500 hours have passed, it has been confirmed that no problems have occurred in any of the above carbon heaters.
[0364]
In the carbon heater of the second group of the invention, since the quartz glass support is integrated by fusion, stress concentration does not occur and a long life can be enjoyed.
[0365]
In addition, since the quartz glass support that supports the heater member is integrated outside the periphery of the heater member, the quartz glass support can be made thinner to reduce the heat capacity. Therefore, it can cope with rapid temperature rise and fall.
[0366]
Since the reflector for carbon heaters of the second group of the invention is clean and excellent in heat resistance, it is suitable as a heat reflector disposed below or outside the heater. Moreover, since the thickness can be reduced and the heat capacity can be reduced for the above-mentioned reasons, it is particularly suitable for a heater of a semiconductor heat treatment apparatus.
[0367]
According to the carbon heater of the second group and the method of manufacturing the reflector for the same, a high-quality carbon heater and reflector having the above-described effects can be efficiently manufactured at low cost.
[0368]
The invention of the second group is not limited to the above embodiment. For example, the shape of the carbon heater or the reflecting plate is not limited to a rectangle, and a circle or other various shapes can be adopted. The heater member can also be arranged in two or more stages in the quartz glass support.
[0369]
Invention of the third group
A preferred embodiment of the invention of the third group will be described below with reference to FIGS.
[0370]
FIG. 62 is a schematic view showing a carbon heater particularly effective for a semiconductor manufacturing apparatus according to the invention of the third group.
[0371]
Thecarbon heater 410 is formed in a flat plate shape as a whole.
[0372]
Thecarbon heater 410 has a configuration in which aheater member 411 made of carbon fiber is disposed as a heating element in a setting recess 413 of a settingmember 412 made of quartz glass, and a lid member 414 made of quartz glass is covered. Therefore, theheater member 411 is dressed between quartz glass.
[0373]
As a specific example of theheater member 411, there is one in which nine carbon fiber bundles obtained by bundling 400 carbon fibers having a diameter of 7 μm are knitted into a wire shape having a diameter of about 2 mm. Further, the span of the weaving is about 3.2 mm, and the fluff caused by the carbon fiber is about 1.0 to 3.0 mm.
[0374]
The wiring form of theheater member 411 may be arbitrary. In the illustrated example, the shape is zigzag, but it may be spiral or other shapes. It can also be divided into a plurality of zones. In that case, a plurality of terminals are required.
[0375]
As shown also in FIGS. 63 and 64, the settingmember 412 is a quartz glass plate that is generally rectangular. The settingmember 412 is formed with a meandering groove 413 serving as a setting recess for theheater member 411. Wide terminal setting portions 421 are provided at both ends of the groove 413. A metal electrode throughgroove 422 extends from the carbon terminal setting portion 421 to the outside.
[0376]
The settingmember 412 is also formed with agas introduction groove 423 for introducing a non-oxidizing gas.
[0377]
A metal electrodequartz glass tube 428 and a gas introducingquartz glass tube 429 are connected to the metal electrode throughgroove 422 and thegas introduction groove 423, respectively. Thequartz glass tubes 428 and 429 are welded to the settingmember 412, and after the welding, an annealing process is performed to prevent the occurrence of cracks.
[0378]
Thesequartz glass tubes 428 and 429 can be reinforced by reinforcingbars 431.
[0379]
The groove 413 is formed by, for example, excavating a plate-like setting member 412 by machining using a diamond drill and smoothing the processed surface. There are countless chippings on the machined surface, which causes cracking due to thermal shock, and therefore is smoothed by mirror polishing or polishing. In particular, in order to prevent unevenness of heat generation as described above, it is optimal to perform a polishing process by heating with an oxyhydrogen burner. However, as will be described later, when the alumina powder 415 is filled in the groove, the above smoothing is not necessarily required.
[0380]
Here, the mirror surface means a surface having a surface roughness Rmax (based on the maximum height JIS B0601-1982) of 1 μm or less.
[0381]
When the surface roughness Rmax of the surface of the groove 413 is larger than 1 μm, local contact with the heater member occurs, the reactivity increases in that region, and the life of the heater member is shortened. That is, quartz glass and carbon are SiO₂+ 3C → SiC + 2CO or SiO₂+ 2C → SiC + CO₂Thus, theheater member 411 is damaged. For example, a 10% increase in resistance due to silicification was confirmed at 1200 ° C. for 300 hours.
[0382]
One or a plurality ofheater members 411 can be disposed in the groove 413, but the depth of the groove 413 is preferably deeper than their net thickness. It is also important that theheater member 411 and the lid member 414 do not come into surface contact.
[0383]
As shown in FIGS. 68 and 69, the settingmember 412 and the lid member 414 are hermetically fixed by welding 427 using an oxyhydrogen burner. The facing surfaces of the settingmember 412 and the lid member 414 are opposed to each other with a distance L. The distance L is 0.2-1 mm.
[0384]
When the distance L is short (near 0.2 mm), it is preferable to mirror the opposing surfaces of the settingmember 412 and the lid member 414. This is because when the surface sagging occurs due to glossing, the opposing surfaces may come into contact with each other, possibly causing damage. If the distance L is less than 0.2 mm, the possibility of breakage increases.
[0385]
When the distance L is long (around 1 mm), there is no need for mirror finishing because there is no risk of surface contact. When the distance L exceeds 1 mm, a welding flame enters and theheat generating element 411 is likely to be oxidized.
[0386]
A groove is provided around the settingmember 412 and the lid member 414. Thereby, the welding strength between the settingmember 412 and the lid member 414 can be dramatically improved. If only a right-angled corner is welded without providing a groove, it becomes side welding and sufficient welding strength cannot be obtained.
[0387]
For example, when the thickness of the settingmember 412 and the lid member 414 is 6 mm, the chamfering of the groove is C5. In general, the width of C: y is preferably selected according to y ≦ t−1 mm (t is the thickness). This is to prevent such chipping by leaving about 1 mm at the upper and lower ends of the settingmember 412 and the lid member 414. Further, it is preferable to weld not only the groove portion but also about 1 mm as shown byreference numeral 427. In that case, the strength can be further improved.
[0388]
Note that the gap between the settingmember 412 and the lid member 414 is useful for preventing damage due to a local temperature difference during welding.
[0389]
In order to provide a gap between the settingmember 412 and the lid member 414 and weld them, in the case of FIG. 69, a spacer having a thickness of 0.2 to 1 mm is interposed, and the settingmember 412 and the lid member 414 are separated. What is necessary is just to carry out the buildup welding of the outer peripheral part whole region, after carrying out 3-4 point buildup welding of an outer peripheral part and removing a spacer. In addition, as shown in FIG. 68, a fire barrier 434 having a height of 0.2 to 1 mm and a width of about 0.1 to 9 mm is formed in advance on the lid member 414 by integral molding or welding over the entire outer peripheral side of the lid member 414. After the settingmember 412 and the lid member 414 are overlaid, the flame barrier portion is welded by heating with a oxyhydrogen burner while a predetermined quartz glass rod is applied to the groove portion, and a built-upportion 427 is formed. Can be welded.
[0390]
In particular, according to the latter method, (1) oxidation of the heater member due to burner heating can be prevented as much as possible, (2) the distance between the setting member and the lid member can be made more uniform, and (3) setting can be made. SiO on the outer periphery of the member and lid member₂The occurrence of white clouding due to fine powder can be prevented, and the heat uniformity of the present carbon heater can be improved.
[0390]
The fire barrier 434 may be provided on the lid member 414 at a height of 0.2 to 1 mm, and the total height of both the settingmember 412 and the lid member 414 is 0.2 to 1 mm. You may provide so that it may become.
[0392]
As shown in FIG. 65, it is advantageous to fill the setting portion 413 with alumina powder 415 and support theheater member 411 with the alumina powder 415. The alumina powder 415 is sintered by performing heat treatment at about 1300 ° C. after the alumina powder 415 and theheater member 411 are arranged in the setting portion 413.
[0393]
As a result, the maximum operating temperature of the carbon heater can be more reliably raised to about 1350 ° C.
[0394]
Alumina powder is arrange | positioned in the following procedure, for example. After thequartz glass tubes 428 and 429 are welded and annealed, a paste obtained by dissolving alumina powder with pure water is poured into the groove 413 of the settingmember 412, and after setting theheater member 411, the alumina paste is also applied to the upper portion of the heater member. Pour. Then, moisture is removed with a dryer at 200 ° C. for 3 hours.
[0395]
A carbon terminal 416 is disposed in the carbon terminal setting portion 421, and both ends of theheater member 411 are connected thereto.
[0396]
As shown in FIGS. 66 and 67, theheater member 411 is inserted into the hole of the carbon terminal 416 and fixed by a screw 425.
[0397]
The carbon terminal 416 is also connected with a metal electrode 417 made of Mo. A screw 426 is cut at the tip of the metal electrode 417 and is fixed by screwing into a screw hole of the carbon terminal 416.
[0398]
The metal electrode 417 is drawn out through thequartz glass tube 428 and connected to theelectrode 432.
[0399]
Then, after the settingmember 412 and the lid member 414 are welded and fixed in the same manner as described above, the distortion of the quartz glass is eliminated by heat treatment at 1150 ° C. The alumina powder dried by this heat treatment becomes a calcined state, and it can be made into a sintered body by further subjecting it to a heat treatment at 1300 ° C. A gap of 0.2 to 1.0 mm is opened between the settingmember 412 and the lid member 414.
[0400]
Aflexible tube 433 is connected to thegas introduction pipe 429, and a non-oxidizing gas such as nitrogen gas is blown from there (arrow G). The blown gas passes through thegas introduction passage 423 and flows around the carbon terminal. And it discharges through thequartz tube 428 for metal electrodes.
[0401]
Further, gas can be supplied also to theheater member 411, but care must be taken in that case because temperature unevenness is likely to occur.
[0402]
Example 3-1
A carbon heater having the form shown in FIG. 62 was prepared without using alumina powder.
[0403]
When a heating test was conducted while introducing nitrogen gas into the carbon heater, the temperature of the carbon wire heater was 850 ° C. and 51 V 10.6 A. Even after 100 hours of use, there was no change in resistance, and stable heating could be performed. Furthermore, even if the temperature of the carbon heater was 1300 ° C., it could be used without problems for 2000 hours or more.
[0404]
Example 3-2
A carbon heater was prepared in the same manner as in Example 3-1, except that the carbon wire was supported using alumina powder.
[0405]
A heating test was conducted while introducing nitrogen gas, and the heater was used continuously at a heater temperature of 1350 ° C. (alumina powder surface temperature) for 200 hours, but there were no problems such as an increase in resistance. Thereafter, when the temperature was further increased, the heater member was disconnected at 1550 ° C. on the surface of the alumina powder.
[0406]
The carbon heater particularly effective for the semiconductor manufacturing apparatus of the third group of the invention has a significantly longer service life than conventional heaters and can be rapidly raised and lowered.
[0407]
The invention of the third group is not limited to the above embodiment. For example, the overall shape of the heater is not limited to a rectangular flat plate, but may be a circular plate or a cylindrical shape. Further, the groove can be formed not only on the setting member but also on the lid member.
[0408]
4-1 Group invention
A preferred embodiment of the invention of the 4-1th group will be described below with reference to FIGS. 87 and 89-92.
[0409]
FIG. 89 is a perspective view showing a use state of a carbon heater particularly effective for a semiconductor heat treatment apparatus according to the invention of the 4-1th group. 90 is a top view showing details of the carbon heater, FIG. 91 is a side view with a part omitted, and FIG. 87 is an enlarged view of a part of FIG.
[0410]
In thecarbon heater 610 of the invention of the 4-1th group, aheater member 612 in which a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers are knitted into a wire shape is used.
[0411]
As a specific example of the carbon wire used as theheater member 612, for example, there is a carbon wire bundle of 300 carbon fibers having a diameter of 7 μm and knitted into a wire shape having a diameter of about 2 mm using nine carbon fiber bundles. Further, the span of the weaving is about 3 mm, and the surface fluff due to the carbon fiber is about 0.5 to 2.5 mm.
[0412]
Theheater members 612 are arranged concentrically and zigzag on substantially the center plane of thequartz glass support 12. The wiring form may be spiral or other shapes.
[0413]
The terminal wire of theheater member 612 is drawn perpendicularly to theheater surface 13 from ahole 21 having a diameter of 3 mm, for example.
[0414]
The wiring groove is formed in a “convex” shape.
[0415]
Through the heat treatment, thequartz glass support 602, that is, the entire joining surface of the two quartz glass plates is fused and substantially integrated. That is, this carbon heater is substantially integrated by a plate-likequartz glass support 602 in which twoheater members 612 are enclosed, and theheater member 612 in the plate-likequartz glass support 602 is integrated. A hollow space is formed in the peripheral portion of theheater member 612 by fuzz of carbon fibers formed on the surface of theheater member 612.
[0416]
A method for manufacturing the terminal portion of this embodiment will be described.
[0417]
1) N₂A quartztransparent pipe 603 having a large diameter (for example, a diameter of 19 mm) is welded to a flat plate-like quartz container. Annealing treatment (for example, cooling at 1150 ° C. for 1 hour) is appropriately performed to prevent cracking.
[0418]
2) A plurality of wire-like carbons are pulled into aquartz pipe 661 having a small diameter (for example, a diameter of 9 mm) using a string. Then, this quartz pipe is inserted into the setting hole of the quartz container. The wire is tightly arranged in the smalldiameter quartz pipe 661.
3) The members are arranged as shown in FIG. 87, and the connectingmember 640 is assembled. At this time, the cutting of the carbon wire can be prevented by the action of the carbonizing carbon material 662.
4) A transparent pipe is welded to the lower part of theopaque pipe 603a previously joined by welding. At that time,branch pipe 664 to N₂Gas is introduced to prevent oxidation of the heater member.
[0419]
5) N₂A sealing terminal is attached to the lower side of the lower transparent pipe while introducing.
[0420]
6) A vacuum is drawn from thebranch pipe 664 to reduce the pressure inside the heater. Thereafter, theroot 664a of thetechnique tube 664 is rolled and sealed with a flame, and thebranch tube 664 is taken out.
[0421]
The end of theheater member 612 is drawn from the heater member substantially perpendicular to the heater surface, and is connected to theMo terminal wire 641 through a carbon terminal. These are arranged in a glass tube. TheMo terminal line 641 is connected to the two Mo outertangent lines 653 via theMo foil 655. TheMo foil 655 is pinch-sealed.
[0422]
The carbon heater of the 4-1 group invention has the same configuration as the carbon heater of the 2nd group invention except for the terminal portion, and is manufactured by an equivalent manufacturing method.
[0423]
The structure of the carbon heater of the invention of the 4-1 group is the same as that of the carbon heater of the invention of the 4-2 group described later, except for the terminal part and the quartz glass support (fusion method). Can do.
[0424]
By adopting such a configuration, the temperature unevenness on the surface of the semiconductor wafer disposed approximately 100 mm apart above the carbon heater can be kept at ± 0.5 ° C. or less. Further, it can be made compact, easy to manufacture, and has great merit in terms of cost.
[0425]
The opaquequartz glass pipe 603a disposed in the middle of the quartztransparent glass pipe 603 has an effect of blocking the heat radiation inside the quartztransparent glass pipe 603 transmitted from the heater portion and the heat conduction by itself. Thereby, the oxidation of theMo rods 641 and 653 can be prevented, and further, the breakage of thequartz pinch portion 656 can be effectively prevented. In this experimental example, since the carbon material 662 for curling is interposed between the core 635 and thecylindrical core 648, the core rotates when the wire-like carbon is pressed by the core. The problem that the carbon wire is cut can be solved.
[0426]
4-2 Group Invention
A preferred embodiment of the 4-2 group invention will now be described with reference to FIGS.
[0427]
FIG. 70 is a perspective view showing a use state of a carbon heater particularly effective for a semiconductor heat treatment apparatus according to the invention of the 4-2 group, and FIG. 71 is a perspective view showing a carbon heater alone. 72 is a top view showing details of the carbon heater of FIG. 71, and FIG. 73 is a side view with a part omitted.
[0428]
In thecarbon heater 510 of the invention of the 4-2th group, aheater member 515 in which a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers are knitted into a wire shape is used. The cross section of theheater member 515 is not limited to a circle but may be a flat shape.
[0429]
As a specific example of theheater member 515, for example, there is one in which nine carbon fiber bundles obtained by bundling 300 carbon fibers having a diameter of 7 μm are knitted into a wire shape having a diameter of about 2 mm. Moreover, the span of the braid is about 3 mm, and the surface fluff due to the carbon fiber is about 0.5 to 2.5 mm.
[0430]
By using such aheater member 515, the current load density can be improved to about 1.5 times that of a conventional Mo-Si wire, and rapid heating becomes possible.
[0431]
Theheater member 515 is disposed in thesetting recess 516 of thelower container 511 of the quartz glass flat plate container, and theupper container 512 is covered thereon. Theheater member 515 is sealed in the container so as to be sandwiched between thelower container 511 and theupper container 512 of the quartz glass flat plate container.
[0432]
Although the upper surface of theupper container 512 is theheater surface 512, in this embodiment, theheater surface 512 is a semicircular plane.
[0433]
The setting recesses 516 are arranged symmetrically on the plane of FIG. 72, and agas passage 517 and a gas introduction /exhaust port 518 for guiding gas are formed on the symmetry line.
The wiring form of theheater member 515, that is, the shape of thesetting recess 516 may be arbitrary. In the illustrated example, the shape is zigzag, but it may be spiral or other shapes.
[0434]
Thequartz glass containers 511 and 512 have a semicircular shape and a split shape having a semicircular cutout at the center. Therefore, as shown in FIG. 70, if two are combined, a donut-shaped heater 520 can be formed.
[0435]
A rod-shaped terminal insertion portion 519 is formed at both ends of thesetting recess 516, and the rod-shapedterminal 521 is disposed perpendicular to theheater surface 531. The end of theheater member 515 is connected to the rod-shapedterminal 521. Grooves for rod-shaped terminals are also formed at corresponding positions of theupper container 512.
[0436]
Aquartz glass tube 513 is connected to the rod-shaped terminal insertion portion 519. Thequartz glass tube 513 is hermetically fixed to the lower surface of thelower container 511 perpendicular to theheater surface 531.
[0437]
Opaque quartz can be used for part of thequartz glass tube 513. In this case, heat transfer and heat conduction by light from the heater side can be suppressed. And the temperature rise of the member arrange | positioned below it can be suppressed, the said member can be protected, and a heat loss can be prevented.
[0438]
Inside thequartz glass tube 513, theterminal body 523 and the rod-like terminal 521 are connected byterminal wires 522 made of a plurality of wire-like carbons. An inscribedline 524 made of Mo is led downward from the terminal portionmain body 523. Thus, by using theterminal wire 522 made of a plurality of wire-like carbons as the conductive wire, the electrical resistance can be reduced and heat generation can be suppressed.
[0439]
Aquartz glass cap 526 is connected to the lower end of thequartz glass tube 513. The inscribedline 524 is drawn downward through thecap 526.
[0440]
The lower end portion of the drawn inscribedline 524 is connected to the upper portion of the Mo foil body 528. An external tangent 529 made of Mo is connected to the lower part of the foil body 528. The outer tangent line 529 is two poles in FIG. 73, but may be one pole. The foil body 528 made of Mo is sealed with a quartz sealing terminal 527. The quartz sealing terminal 527 is heat-softened and pinched (pinched) and sealed at the tip of aquartz cap 526.
[0441]
By the way, when the inscribedline 524 is taken out of the cap as it is and pinched, a crack or the like occurs in the quartz sealing terminal 527 due to the difference in thermal expansion coefficient between Mo and quartz, and the sealing performance is hindered. . In order to eliminate such a problem, the foil body 528 is interposed, and the quartz sealing terminal 527 is pinched and sealed.
[0442]
As shown in FIGS. 74 and 75, the opposing surfaces of theupper container 512 and thelower container 511 are opposed to each other with a distance L. The distance L is 0.2-1 mm.
[0443]
When the distance L is short (near 0.2 mm), it is preferable to mirror the opposing surfaces of the upper andlower containers 511 and 512. This is because when the surface sagging occurs due to glossing, the opposing surfaces may come into contact with each other, possibly causing damage. If the distance L is less than 0.2 mm, the possibility of breakage increases.
[0444]
When the distance L is long (around 1 mm), there is no need for mirror finishing because there is no risk of surface contact. When the distance L exceeds 1 mm, a welding flame enters and theheat generating element 515 is likely to be oxidized.
[0445]
A groove is provided around the upper andlower containers 511 and 512. Thereby, the welding strength of the upper andlower containers 511 and 512 can be dramatically improved. If only a right-angled corner is welded without providing a groove, it becomes side welding and sufficient welding strength cannot be obtained.
[0446]
For example, when the thickness of the upper andlower containers 511 and 512 is 6 mm, the chamfering of the groove is C5. In general, the width of C: y is preferably selected according to y ≦ t−1 mm (t is the thickness). This is to prevent such chipping by leaving about 1 mm at the upper and lower ends of the upper andlower containers 511 and 512. Further, it is preferable to weld not only the groove portion but also about 1 mm as shown byreference numeral 532, and in that case, the strength can be further improved.
[0447]
In addition, opening the space | interval of the upper andlower containers 511 and 512 is useful also for preventing the failure | damage by the local temperature difference at the time of welding.
[0448]
In order to weld the upper andlower containers 511 and 512 with a space therebetween, in the case of FIG. 75, a spacer having a thickness of 0.2 to 1 mm is interposed, and the outer peripheral portions of the upper andlower containers 511 and 512 are 3 After the 4-point overlay welding and removing the spacer, the entire outer peripheral portion may be overlay welded. In addition, as shown in FIG. 74, aflame barrier 534 having a height of 0.2 to 1 mm and a width of about 0.1 to 9 mm is previously formed on theupper container 512 by integral molding or welding over the entire outer peripheral side of theupper container 512. Then, after superposing theupper container 512 and thelower container 511, the flame barrier is welded by heating with a oxyhydrogen burner while a predetermined quartz glass rod is applied to the groove portion, and the built-upportion 532 is further formed. And can be welded.
[0449]
In particular, according to the latter method, (1) oxidation of the heater member due to burner heating can be prevented as much as possible, (2) the distance between the upper and lower containers can be made more uniform, and (3) the outer circumference of the upper and lower containers SiO in the part₂The occurrence of white clouding due to fine powder can be prevented, and the heat uniformity of the present carbon heater can be improved.
[0450]
Thefire barrier 534 may be provided at a height of 0.2 to 1 mm in thelower container 511. Furthermore, the total height of both theupper container 512 and thelower container 511 is 0.2 to 1 mm. You may provide so that it may become.
[0451]
The upper andlower containers 511 and 512 are welded while introducing nitrogen gas from a gas introduction pipe 514 connected to the gas introduction /discharge port 518. Nitrogen gas is introduced to flow out from the surroundings, and the oxyhydrogen flame for welding is pushed back to prevent theheating element 515 disposed in thesetting recess 516 from being oxidized. Thegas passage 517 needs to be arranged so as to be suitable for the action of such nitrogen gas. Introducing nitrogen gas is also useful for preventing oxidation of wire-like carbon in terminals and terminal wires in quartz glass pipes.
[0452]
Even in the annealing process after welding, work is carried out while introducing nitrogen gas.
[0453]
Thereafter, while introducing nitrogen, the wire-like carbon 522 is set on thequartz glass tube 513 and the sealingterminal 523 is attached.
[0454]
The annealing process after setting the terminal body is also performed while introducing nitrogen gas.
[0455]
As the introduced gas, a non-oxidizing gas such as nitrogen, helium, argon, or neon can be used, but nitrogen is appropriate from the viewpoint of economy.
[0456]
When the assembly of the quartz glass container is completed, the container is evacuated to set the container at a predetermined pressure. As a result, the above-describedquartz glass tube 513 is also in a predetermined reduced pressure state.
[0457]
In general, since carbon materials are easily oxidized, it is necessary to fill a container with a non-oxidizing gas such as nitrogen or to evacuate the container. However, since the reaction between the carbon material and quartz glass tends to accelerate in a vacuum state, the present invention employs a method of filling the container with a non-oxidizing gas.
[0458]
In the method of heating the heater while introducing nitrogen gas, the structure of the heat treatment apparatus becomes complicated due to the installation of a nitrogen gas line, etc. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the inside of the container is sealed and a slight amount of nitrogen gas is put inside. Encapsulate. The sealing pressure is determined as follows.
[0459]
For example, when it is used at 1000 ° C. and the pressure in the heat treatment furnace is used in both a vacuum and a normal pressure, the pressure inside the heater is set to about 0.5 atm taking a middle of 0 to 1 atm. In order to obtain 0.5 atm at 1000 ° C., 0.5 atm × 293 K / 1273 K × 760 Torr / atm = 87 Torr atroom temperature 20 ° C., and the inside of the heater is depressurized and sealed so as to be 87 Torr at room temperature. The inside of the heater is set to about 0.1 atm, for example.
[0460]
That is, an assembly operation is performed while introducing nitrogen gas, and after the assembly is completed, nitrogen gas is extracted from the gas introduction pipe 514 and the inside of the container is adjusted to a predetermined pressure.
[0461]
Depressurizing the inside of the container is also advantageous in terms of the life of the quartz glass container. As a result of computer simulation, it has been obtained that the quartz glass container for the heater is weaker to damage than the pressure from the outside against the pressure from the inside. When nitrogen gas is sealed at 1 atm at room temperature, the nitrogen inside expands when the heater is heated, and pressure acts from the inside of the quartz glass container.
[0462]
Finally, the gas introduction pipe 514 is removed by sealing with a flame at a position close to the lower surface of thelower container 511. For this reason, the gas introduction tube 514 and thequartz glass tube 513 are arranged at an interval that allows a capping operation.
[0463]
The carbon heater particularly effective for a semiconductor processing apparatus of the present invention can be applied not only to the heat treatment apparatus as described above but also to a cleaning apparatus for cleaning a semiconductor at a high temperature.
[0464]
Example 4-2-1
A quartz glass plate having a thickness of 8.0 mm was subjected to grooving and outer diameter processing, and then the processed surface was polished with an oxyhydrogen flame to obtain a semicircular, quartz glass lower container having an outer diameter of 240 mm. Moreover, the upper container corresponding to a lower container was formed using the quartz glass plate of thickness 8.0mm.
[0465]
A quartz glass tube for introducing gas and a quartz glass tube for terminals were welded to the lower container. The outer diameter of the former was 6.5 mm, and the outer diameter of the latter was 25.4 mm.
[0466]
A heater member and a set of terminals were placed in the groove of the lower container and the terminal glass tube to cover the upper container, and the outer periphery of the upper and lower containers was welded while introducing nitrogen gas from the gas introducing glass tube. The groove was C5 and the weld overlay was 1 mm. The subsequent steps were also performed while introducing nitrogen gas in principle.
[0467]
The terminal body of the other end of the heater member was placed at the open end of the quartz glass tube and sealed. Then, an annealing process was performed.
[0468]
Finally, nitrogen gas was exhausted from the quartz glass tube for gas introduction, the pressure in the container was set to 180 Torr, and the gas introduction tube was sealed and removed.
[0469]
A heating test was performed using a carbon heater having a T-shaped cross section manufactured by the above procedure.
[0470]
When a current was passed through the heating element and the heater temperature reached 1100 ° C. with a radiation thermometer, the pressure inside the heater was measured and found to be about 1 atmosphere. In addition, the temperature of the plurality of carbon wire bundle portions was 105 ° C.
[0471]
The time required for the heater temperature to reach 1100 ° C. from room temperature was about 10 seconds.
[0472]
Although it was continuously used at a heater temperature of 1100 ° C. for 1000 hours, no abnormality was observed.
[0473]
Further, heating at a heater temperature of 1300 ° C. could be performed without any problem.
[0474]
Hereinafter, a more preferred embodiment of the invention of the 4-2th group will be described with reference to FIGS.
[0475]
FIG. 76 is a perspective view showing a carbon heater to which the terminal device for carbon heater of the present invention is applied. FIG. 77 is a top view thereof.
[0476]
Thecarbon heater 601 has a semi-doughnut-shapedquartz glass container 602, and aquartz glass tube 603 is vertically connected to the lower part thereof.
[0477]
Thequartz glass container 602 includes a container main body and a lid member, and agroove 604 for arranging theheater member 612 is formed in the container main body. At both ends of thegroove 604,terminal recesses 606 for arranging the terminal device are provided. In addition, a gas inlet /outlet 608 and agas passage 607 for making the inside of thecontainer 602 into a non-oxidizing atmosphere are also formed.
[0478]
Twocarbon heaters 601 can be combined to form a circular heater surface and used as a semiconductor manufacturing apparatus heater.
[0479]
In theterminal recess 606 and thequartz glass tube 603, the terminal device according to the present invention is arranged.
[0480]
In the terminal device of the present invention, the firstterminal devices 610 and 600 for connecting theheater member 612 and the plurality of wire-like carbon terminal wires 613, and the plurality of wire-like carbon terminal wires 613 and themetal terminal wires 641 are connected. Of the secondterminal device 640 for connecting the metal terminal wire (inscribed line) 641 inside thequartz glass tube 603 and the metal terminal wire (outer tangent wire) 653 on the power source side of the third terminal device 650 There are three types.
[0481]
First, the first terminal device will be described with reference to FIGS. 78 to 83.
[0482]
The terminal device 620 is configured to connect the terminal member 611 and the terminalwire connecting member 616 using an intermediate member 634.
[0483]
The external shape of the rod-shaped terminal member 611 is a cylindrical rod shape as a whole. A throughhole 614 for inserting theheater member 612 is formed on one end side of the rod-shaped terminal member 611 in parallel with the end surface. Ascrew hole 623 is provided so as to communicate with the throughhole 614. The throughhole 614 and thescrew hole 623 intersect with each other in a T shape at the center of the throughhole 614 as shown in FIG.
[0484]
Theheater member 612 is inserted into the throughhole 614 and the fixing screw 619 is screwed into thescrew hole 623 to fix theheating element 612. If it does in this way, it can fix firmly and can supply electric power to theheater member 612 from the rod-shaped terminal member 611, without generating a spark.
[0485]
On the other end side of the rod-shaped terminal member 611, a large-diameterblind screw hole 615 for connecting the terminalwire guide member 616 is formed. The blind screw hole is arranged on the axis. The terminalwire guide member 616 is connected to the terminal member 611 via theintermediate member 633.
[0486]
Theintermediate member 633 is a cylindrical member having a threaded portion 634 on the outer periphery.
[0487]
The terminalline connecting member 616 is formed in a cylindrical shape as a whole. The through hole is conically narrow near the lower end. Afemale thread portion 622 corresponding to the male thread portion 634 of theintermediate member 633 is formed on the inner periphery of the opposite connection end side.
[0488]
Acore member 635 is inserted into the through hole of the terminalline connecting member 616. Thecore member 635 has a plain cylindrical shape, and an end portion on the terminal wire side projects in a conical shape.
[0489]
Only a part of thecore member 635 may be inserted into the through hole of the terminalwire connecting member 616. For this purpose, for example, a recess may be formed in theintermediate member 633.
[0490]
The terminal wire 613 made of wire-like carbon is pressed and fixed in a state of being sandwiched and distributed between the terminalwire connecting member 616 and thecore member 635. A plurality of shallow grooves may be provided outside thecore member 635 to guide the divided wires.
[0491]
When assembling, as shown in FIG. 78, the plurality of wire-like carbon terminal wires 613 are appropriately distributed to the plurality of wires 613a and lightly pressed by thecore member 635, and theintermediate member 635 is screwed so as not to be displaced. Do.
[0492]
The set of the connectingmember 618 and the core member 631 in which the plurality of wire-like carbon terminal wires 613 are arranged in this way is screwed into the terminal member 611 via theintermediate member 633, and is arranged in the groove-like region. The terminal wire 613a can be strongly connected to the terminal member 611. Therefore, good conduction is guaranteed.
[0493]
Moreover, it becomes possible to connect the heater member having shape flexibility without causing abnormal stress in the carbon heater against thermal expansion and thermal deformation.
[0494]
The wire-like carbon terminal wire 613 is preferably made of the same material as theheater member 612. When the materials are different, the resistance value per unit length of the plurality of wire-like carbon terminal wires 613 is made to be correspondingly smaller than that of theheater member 612 so as to sufficiently suppress the heat generation of the terminal wires. To.
[0495]
The temperature of the wire-like carbon terminal wire 613 and theheater member 612 was approximately the electrical resistance value ratio. For example, when the resistance value of theheater member 612 is 10 Ω / m · and the terminal wire 613 is 1 Ω / m · wire, the terminal wire is about 100 ° C. when the temperature of theheater member 612 is 1000 ° C.
[0496]
When the wire-like carbon terminal wire 613 and theheater member 612 are made of the same material, it is preferable that the number of wires of the terminal wire is five times or more the number of heaters. Assuming that the number of terminal wires is four for one heater, the terminal wire temperature was about 275 ° C. when the heater temperature was 1100 ° C. as in a normal semiconductor processing process. 275 ° C. is a temperature at which a vacuum sealing material such as Viton deteriorates. On the other hand, by setting the number of wires to five, the terminal wire temperature was about 220 ° C., and the heat resistant temperature was 230 ° C. or lower.
[0497]
In this way, by reducing the temperature of the wire-like carbon terminal wire 613 that transmits electric power, it is possible to prevent deterioration of the vacuum sealing material such as Viton. Moreover, since wire-like carbon itself is comprised from the carbon fiber, the heat conduction from a heater can be suppressed. For example, the thermal conductivity of a normal special carbon material is 100 W / mK, while that of wire-like carbon is 1 W / mK or less.
[0498]
Next, the second terminal device will be described with reference to FIGS.
[0499]
Thisterminal device 640 is configured to connect a terminal wire 613 made of wire-like carbon and ametal terminal wire 641 using the wire-likecarbon connecting member 643, the terminal portionmain body 642, and the metalwire connecting member 645. It has become.
[0500]
The wire-likecarbon connecting member 643 has substantially the same shape as the terminalwire connecting member 616 in the first terminal device described above, and the operation thereof is also the same.
[0501]
The terminal portionmain body 642 is a cylindrical member as a whole, and aconnection portion 644 for connecting the wire bundle guide means 643 is provided on one end side thereof. A connectingportion 646 for connecting a metalwire connecting member 645 is provided on the other end side.
[0502]
Theconnection portion 644 is a large-diameter screw hole having a female screw portion.
[0503]
The connectingportion 646 is formed with a tapered portion (hole) 642 b for accommodating thecore member 647. The tapered hole and the large diameter screw hole penetrate. A male thread portion is formed on the outer periphery of theconnection portion 646.
[0504]
The metalwire connecting member 645 is configured as a cup-shaped member, and is screwed over the connecting portion 46 of the terminal portionmain body 642.
[0505]
As shown in FIG. 85, thecore member 647 has two split shapes, and when combined, it has a truncated cone shape. The outer tapered surface corresponds to the tapered portion 642 b of theterminal body 642. A groove-shaped holding portion 647a for holding a metal wire is provided on the opposing surface of each split mold.
[0506]
Theconnection part 644 of the terminal partmain body 642 and the bottom part (the opposite side of the wire bundle 613) of the plurality of wire-likecarbon connection members 643 are connected via acylindrical core 648 having a screw part on the outer periphery.
[0507]
As shown in FIG. 84, themetal wire 641 can be reliably connected to the terminal portionmain body 642 by screwing the metalwire connecting member 645 into theconnection portion 646 of the terminal portionmain body 642 in a state where themetal wire 641 is held. Can prevent the occurrence of sparks. This is due to the taper engagement action between thesplit core 647 and the tapered hole of theterminal body 642.
[0508]
As themetal terminal wire 641, it is preferable to use ametal rod 641 made of Mo (molybdenum), but tungsten can also be used.
[0509]
Since Mo has a thermal expansion coefficient very close to that of the carbon material, cracks such as cracks can be prevented by the thermal history of the carbon terminal body.
[0510]
Moreover, since Mo has a high melting point of about 2100 ° C., generation of metal impurities can be suppressed. Therefore, the Mo metal rod is suitable as an inscribed line (heater side terminal wire) of the sealing terminal made of quartz.
[0511]
Theterminal body 642 and thecore member 647 are preferably formed of a carbon material. Carbon materials are convenient because they are easy to purify and can withstand high temperatures of 3000 ° C. Further, since thecore member 647 supports the molybdenum rod, a carbon material having a thermal expansion coefficient close to that of molybdenum is suitable for preventing cracks. In addition, as for the thermal expansion coefficient of Mo and a carbon material, all are 4.2-4.8x10.^-6/ ° C.
[0512]
Finally, an example of the third terminal device will be described with reference to FIG. FIG. 86 schematically shows a part of the carbon heater and the first to third terminal devices.
[0513]
The first terminal device and the second terminal device are connected by a plurality of wire-like carbon terminal wires 613 within theglass tube 603. As described above, by using the plurality of wire-like carbon terminal wires 613 as the conductive wires, the electrical resistance can be reduced and heat generation can be suppressed. Further, wire-like carbon has an advantage that heat conduction is extremely small.
[0514]
Theglass tube 603 is preferably charged with nitrogen or argon gas. Thereby, the oxidation resistance at the time of high temperature of the terminal device arrange | positioned in a pipe | tube can be improved.
[0515]
The third terminal device 650 is for connecting the internaltangent line 641 disposed inside thequartz glass tube 603 and the externaltangent line 653 on the power source side.
[0516]
In this embodiment, the inscribedline 641 is amolybdenum rod 641. One end of themolybdenum rod 641 is connected to the secondterminal device 640, and the other end is connected to themolybdenum foil 655. Themolybdenum rod 641 is indirectly connected to theheater member 612.
[0517]
A quartz glass cap is connected to the lower end of thequartz glass tube 603, and themolybdenum rod 641 is drawn through the cap.
[0518]
Two externaltangent lines 653 are drawn out from the bottom side of themolybdenum foil 655. The outertangent line 653 may be a single pole.
[0519]
Apinch seal portion 656 is formed so that theentire molybdenum foil 655 is wrapped. Thepinch seal portion 656 blocks themolybdenum foil 655 from the inside of theglass tube 3 and the atmosphere. Thepinch seal portion 656 is made of quartz glass.
[0520]
Thepinch seal portion 656 can be formed, for example, by heat softening and pinching (pinching) the tip portion of a quartz cap.
[0521]
As described above, theheater member 612 in which the carbon fiber bundle is knitted is not directly connected to the inscribedline 641 but is indirectly connected. That is, it is important to arrange the heater member away from the heat.
[0522]
As the outertangent line 653, two molybdenum rods having a diameter of 1.4 mm to 2.0 mm can be used.
[0523]
As the inscribedline 641, a molybdenum rod having a diameter of 1.4 mm to 2.0 mm can be used.
[0524]
As thequartz pipe 603, a pipe having an outer diameter of 15 mm or more can be used.
[0525]
As themolybdenum foil 655, one having a width of 8 mm or more and a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm can be used.
[0526]
Example 4-2-2
Example 4-2-2 relates to the first terminal device.
[0527]
Two terminal members purified in a nitrogen atmosphere were arranged, and two purified heater members were fixed between them at an interval of 1 m. The electrical resistance value at this time was 5Ω. Next, 18 heater members were fixed to the terminal member using the core member and the terminal wire connecting member, and the terminal device of FIG. 78 was manufactured. And electric power was supplied to the heater from this heater member. After 10 minutes, the temperature of the heater reached 1100 ° C. and the electrical resistance value became 2.5Ω. The temperature of the 18 carbon wires at this time was measured and found to be 105 ° C.
[0528]
Although it was used for 1000 hours in this state, no change in electrical resistance was confirmed.
[0529]
The used carbon wire, terminal member, and other carbon member are purified with ash to 5 ppm or less.
[0530]
On the other hand, when an unpurified product was used, it was disconnected in 16 hours. When the carbon wire heater portion after the disconnection was observed with EPMA, deterioration due to iron was observed.
[0531]
Thus, the heater member and other carbon members are preferably 5 ppm or less in distribution. The iron concentration of the purified carbon material is preferably 0.1 ppm or less.
[0532]
Example 4-2-3
Example 4-2-3 relates to the second terminal device.
[0533]
A terminal device shown in FIG. 84 was manufactured using a Mo metal rod having a diameter of 2 mm. A carbon wire heater was placed in a quartz glass container to keep the inside of the container in a nitrogen atmosphere, and the terminal device of Example 4-2-2 and the terminal device of Example 4-2-3 were connected.
[0534]
The length of the heater member was 1 m, and two wires were used. The resistance value of the heater was 5Ω at room temperature and 2.5Ω when heated at 1100 ° C. When the heater was 1100 ° C., the temperature of the wire-like carbon terminal wires (18 wires) was 105 ° C. Moreover, Mo metal terminal parts were 55 degreeC.
[0535]
As a result of using this carbon heater for 1000 hours, no damage such as cracks occurred in the terminal body, and other problems did not occur.
[0536]
In addition, the carbon member of the terminal device in Example 4-2-3 was also used after purification as in Example 4-2-2.
[0537]
Example 4-2-4
Example 4-2-4 relates to a third terminal device.
[0538]
A third terminal device shown in FIG. 86 was manufactured using two outer tangent lines with a diameter of 1.4 mm, a quartz pipe with an outer diameter of 15 mm, and a Mo foil with a width of 8 mm. When a current of 30 A was passed through the terminal device, it was confirmed that no damage such as cracks occurred in the sealing portion.
[0539]
According to the first carbon heater terminal device of the invention of the 4-2th group, the heater member and the terminal wire made of a plurality of wire-like carbons can be reliably and easily connected. Further, this terminal device has a simple structure and has a sufficiently long life.
[0540]
According to the second carbon heater terminal device of the invention of the 4-2 group, a plurality of wire-like carbon terminal wires and metal terminal wires can be reliably and easily connected. Further, this terminal device has a simple structure and has a sufficiently long life.
[0541]
According to the third carbon heater terminal device of the invention of the 4th-2 group, a long life can be enjoyed even when used with a large current of about 30A.
[0542]
The invention of the 4-2th group is not limited to the above-described embodiments. For example, it is possible to freely reverse the relationship between the female screw and the male screw of each member and the relationship between the irregularities. Such design changes can be easily made by those skilled in the art based on the description of the present specification, and thus will not be described in detail here.
[0543]
Invention of the fifth group
A preferred embodiment of the fifth group of the invention will be described below with reference to FIGS.
[0544]
FIGS. 41A and 41B are schematic views showing a first embodiment and a second embodiment in which the invention of the fifth group is used in a semiconductor manufacturing apparatus.
[0545]
Theheater unit 210 includes a cylindricalfurnace core tube 211, and aheater member 212 is wound around the outer side thereof. In the first embodiment shown in FIG. 41A, theheater member 212 is wound so as to reciprocate in the vertical direction. However, in the second embodiment shown in FIG. It is wound into a shape.
[0546]
Further, if theheater members 212 of the first and second embodiments are divided into a plurality of zones and controlled separately, the temperature distribution in the upper and lower sides of the furnace can be easily controlled uniformly.
[0547]
As theheater member 212, a high purity carbon wire having an ash content of 10 ppm or less is suitable. By using such a high-purity carbon wire, impurity contamination can be prevented, and since the heat conduction is small and the heat capacity is small, rapid temperature rise and fall is possible.
[0548]
A plurality of carbon fibers are attached to the inner lower part of the furnace core tube 211.bundleA flat-plate container-like carbon heater 220 is arranged as aheater member 222 knitted into a wire-like elongated shape using a plurality of twisted carbon fiber bundles. As theheater member 222, a tape-like member can be used as long as it has an elongated shape. Further, as a specific example of the heater member, nine carbon fiber bundles obtained by bundling 330 carbon fibers having a diameter of 3 μm are knitted into a wire shape having a diameter of about 2 mm.
[0549]
42 and 43 are a top view and a cross-sectional view showing thecarbon heater 220. FIG.
[0550]
Thecarbon heater 220 is configured such that theheater member 222 is supported in aquartz glass container 221 by awire support jig 224 made of a high-purity carbon rod-shapedterminal member 223 and a translucent alumina alone.
[0551]
Thequartz glass container 221 can be made of transparent quartz and includes acontainer body 247 and abase 248. Thecontainer body 247 and the base 248 are joined by frosted glass.
[0552]
The outer surface exposed portion of thecontainer body 247, particularly the upper surface serving as a heat generating surface, is formed with a semicircular or trapezoidal cross section as a whole in a stripe shape, a concentric shape, or a lattice shape. The surface is preferably polished. As a result, a prism effect can be obtained in which the heat generated above the heater surface by the linear heater member such as the heater member of the present invention is made uniform by scattering of light. Usually, in order to obtain the same effect, a method of sand plasting the heater surface is adopted. In this case, the surface is grainy, and heat radiation from this surface is suppressed, and quartz glass is used. It accumulates heat in itself and reduces energy efficiency. In this sense, it is an important matter that the glossing process is performed.
[0553]
The quartz glass container can also be made of opaque quartz having a large number of minute closed pores.
[0554]
Abranch pipe 233 made of quartz glass is connected to thebase 248. An inert gas, nitrogen gas, or the like can be introduced from thebranch pipe 233 in order to prevent oxidation of carbon as a heater member. Further, thebranch pipe 233 can be used also when the inside of the container is evacuated to make a vacuum of, for example, 10 torr or less.
[0555]
The upper surface of thebase 248 is provided with a number of insertion holes for setting awire support member 224, which will be described later, and two through holes for allowing the rod-shapedterminal member 223 to pass therethrough.
[0556]
Thebase 248 is made of opaque quartz glass in order to prevent heat from escaping below thecarbon heater 220. Acarbon reflector 225 made of glassy carbon is disposed on or above the base. Thus, by placing thereflector 225 below theheater member 222, downward heat radiation can be reduced. The surface of the reflectingplate 225 is mirror-finished with a center line average roughness Ra of 0.1 μm or less.
[0557]
As described above, in the fifth group of the invention, theheater member 222 knitted into a wire-like long shape using a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling carbon fibers is used as a heater, and this is used as a plurality of wire support jigs. It is bent by 224 to heat a substantially disk-like body such as a semiconductor wafer so that its in-plane temperature distribution is uniform.
[0558]
For that purpose, an important point is how to make theheater member 222 in a uniform tension state.
[0559]
In the invention of the fifth group, as shown in FIG. 42, first, theheater member 222 is passed through the through holes of all the wire support jigs 224, and both ends are respectively inserted into thehorizontal holes 237 of the rod-shapedterminal members 223. Theheater member 222 is pressed and held on one rod-shapedterminal member 223 by a bolt-shapedpressing member 228, and the other one-side heater member 222 is similarly pulled by a bolt-shapedpressing member 228 while being pulled with an appropriate force. The pressure is maintained.
[0560]
As theheater member 222, one having an ash content of 10 ppm or less is preferably used. In this case, impurity contamination can be prevented, and since the heat conduction is small and the heat capacity is small, rapid temperature rise / fall is possible.
[0561]
Theheater member 222 is guided by thewire support jig 224 and has a plurality of bent portions on a surface parallel to the surface of thecontainer 221 and is arranged in a zigzag manner. At both ends of theheater member 222, rod-shapedterminal members 223 are arranged, and electric power is supplied through these.
[0562]
FIG. 44 is an assembly diagram of theterminal member 223. Theterminal member 223 includes a terminal body 223a, a pressingmember 228, and acap 229. Theterminal member 223 is coated with SiC at least a part of the exposed portion, preferably the entire exposed portion. If SiC coating is performed in this way, it can be used even in the atmosphere.
[0563]
The terminal body 223a is made of carbon and is formed in a bolt shape as a whole. A penetratinghorizontal hole 237 perpendicular to the axis is provided in the vicinity of the middle of the terminal body 223a in the axial direction. An axial hole 236 for accommodating the pressing member is formed from the hexagonal head of the terminal body 223a to thehorizontal hole 237 penetrating therethrough. The inner wall of the axial hole 236 is threaded. Screws are also cut in the legs of the terminal body 223a. In FIG. 44, the head of theterminal body 223 has a hexagonal shape, but other shapes may be used as long as the shape can be rotated with a tool such as a spanner.
[0564]
The holdingmember 228 is formed in a screw shape corresponding to the axial hole 236 of theterminal body 223. Agroove 235 for a flathead screwdriver is provided on the head. The holdingmember 228 is screwed into the axial hole 236 of theterminal body 223 and holds theheater member 222 inserted into the through hole 203. As described above, theheater member 222 is firmly attached to the terminal main body 223a using thepressing member 228, so that theheater member 222 can be prevented from falling off and sparking.
[0565]
Thecap 229 is formed in a nut shape corresponding to the screw of the leg portion of the terminal body 223a.
[0566]
By sandwiching an expanded graphite sheet (not shown) in the contact portion between the terminal body 223a andcap 229 and the quartz glass surface, air leakage and dust generation into the heater can be prevented.
[0567]
45A is a perspective view showing thewire support jig 224 of FIGS. 42 to 43, and FIG. 45B is a cross-sectional view showing a modification of the wire support jig.
[0568]
Thewire support jig 224 has a thin cylindrical shape, and has a hole 224a through which theheater member 222 passes. The root portion of thewire support jig 224 is embedded in the setting hole of thequartz glass container 221.
[0569]
By supporting theheater member 222 with thewire support jig 224, theheater member 222 is kept from touching the quartz glass container. If it does in this way, silicidation of a wire can be prevented and a change of electrical resistance can be prevented.
[0570]
If thewire support jig 224 is formed into a thin cylindrical shape, that is, a pipe shape, the heat radiation upward can be increased and the heat capacity can be decreased. If the heat capacity is small, the thermal response is quick and it is strong against thermal shock.
[0571]
Thewire support jig 224 can be formed of translucent transparent alumina. In this case, since heat radiation from the transparent portion is increased, the temperature uniformity of the workpiece can be improved.
[0572]
The characteristic required for thewire support jig 224 is, for example, non-reactivity with theheater member 222 at a high temperature of about 1300 ° C. and non-conductivity. Translucent alumina satisfies both of these conditions and can be formed as a single substance. However, even in translucent alumina, if an attempt is made to increase the degree of rapid temperature rise, the wire support jig may be cracked or broken due to thermal shock. As a structure to solve this, it is composed of an assembly member of high-purity carbon and translucent alumina. In particular, a configuration in which a portion of the assembly member that contacts the heater member is made of a high-purity carbon material, and a portion of the assembly member that is arranged and connected to theflat container 221 is made of a translucent alumina material is optimal. .
[0573]
Thewire support jig 241 in FIG. 45B has a configuration in which acarbon member 242 and an alumina pipe member 243 are connected. Thecarbon member 242 is formed with alateral hole 244 for allowing theheater member 222 to pass therethrough.
[0574]
46-60 has shown the Example which added the change to the Example of FIGS. 42-44. FIG. 46 is a cross-sectional view showing the main part of theheater member 220. The connection structure between the rod-shaped terminal member and the heater member is substantially the same in the embodiments of FIGS. 42 to 44 and the embodiments of FIGS. Below, the characteristic structure will be described.
[0575]
Theheater member 222 is formed by weaving a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers into a wire shape. As theheater member 222, a tape-like member can be used as long as it has an elongated shape. Theheater member 222 is preferably a braided type having a certain thickness (about 2 mm). Twisted (twisted) wires are easy to loosen, have temperature variations, and tend to be inferior in heat uniformity. As a result, the electrical resistance varies, and the thermal uniformity with respect to the wafer decreases.
[0576]
As theheater member 222, it is preferable to use a carbon wire having an ash content of 3 ppm or less. In this case, impurity contamination can be prevented, and since the heat conduction is small and the heat capacity is small, rapid temperature rise / fall is possible.
[0577]
Carbon terminal members 223 are disposed at both ends of theheater member 222, and power is supplied through theterminal members 223.
[0578]
As shown in FIGS. 46 to 48, theterminal member 223 has a flange 223a at the intermediate portion. Amale screw 223b is formed on one side of the flange 223a, and an axial hole 223c and a horizontal hole 223d are formed on the other side. After thewire heater member 222 is inserted into the lateral hole 223d of theterminal member 223, the carbon bolt-like holding member 228 is screwed into the axial hole 223c of theterminal member 223, and thewire 223 is attached to theterminal member 223. Fix it.
[0579]
Analumina insulator ring 263 is spaced downward from thewire heater member 222 and is in contact with the flange 223 a of theterminal member 223. Thus, electrical insulation between thecarbon reflector 225 made of glassy carbon and thecarbon terminal member 223 is achieved.
[0580]
The flange 223a of theterminal member 223 described above is set on the upper side of thebase 248, and aspring washer 265 made of a composite material of carbon and carbon fiber (C / C) is set on the lower side of thebase 248. Theterminal member 223 is fixed to thebase 248 by screwing thenut 266 into themale screw 223 b of theterminal body 223.
Theadditional terminal 267 is fixed by screwing a female screw formed in anaxial hole 267 b to amale screw 223 b of theterminal member 223.
[0581]
A bolt-shapedpressing member 268 is screwed into the carbonadditional terminal 267. Theadditional terminal 267 is coated with SiC at least a part of the exposed portion, preferably the entire exposed portion. If SiC coating is performed in this way, it can be used even in the atmosphere.
[0582]
Near the middle of theadditional terminal 267 in the axial direction, a penetrating horizontal hole 267a perpendicular to the axis is provided. Anaxial hole 267b for accommodating the holdingmember 268 is formed from one end of theadditional terminal 267 to the hole 267a. The inner wall of theaxial hole 267b is threaded. The other end of theadditional terminal 267 is also threaded.
[0583]
The holdingmember 268 is formed in a screw shape corresponding to theaxial hole 267 b of theadditional terminal 267. The holdingmember 268 is screwed into theaxial hole 267b of theadditional terminal 267 and holds theterminal wire 270 made of wire-like carbon inserted into the lateral hole 267a. As described above, theterminal wire 270 made of wire-like carbon is firmly attached to theadditional terminal 267 using thepressing member 268, so that theterminal wire 270 made of wire-like carbon can be prevented from falling off and sparking.
[0584]
Theterminal wire 270 made of wire-like carbon is obtained by weaving a plurality (for example, 20) of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers.
[0585]
The other end of theterminal wire 270 made of wire-like carbon is fixed to anotheradditional terminal 272. An axial hole 272a is formed at the upper end of theadditional terminal 272, and a female screw is cut there. A lateral hole 272b is formed in theadditional terminal 272 so as to penetrate the bottom of the hole 272a. After inserting the end portion of theterminal wire 270 made of wire-like carbon into the lateral hole 272b, theset screw 273 is screwed into the hole 272a in the axial direction of theadditional terminal 272, and theterminal wire 270 made of wire-like carbon is attached. Fix to theadditional terminal 272.
[0586]
A male screw portion 272 c is formed at the lower end of theadditional terminal 272. Anut 274 is screwed there, and one end of themetal wiring 275 is fixed to theadditional terminal 272. The other end of themetal wiring 275 is connected to a power source (not shown).
[0587]
Normally, themetal wiring 275 is connected to the above-describednut 266. In this case, the metal wiring is oxidized and deteriorated as thecarbon terminal body 223 generates heat. Such a problem is solved by the provided structure.
[0588]
48 to 49 show specific examples of theterminal member 23 of FIG.
[0589]
50 to 51 show specific examples of the additional terminal 67 of FIG.
[0590]
52 to 53 show specific examples of the pressingmember 28 of FIG.
[0591]
54 to 55 show specific examples of the pressing member 68 of FIG.
[0592]
56 to 57 show specific examples of the additional terminal 72 of FIG.
[0593]
58 to 59 show specific examples of the nut 74 shown in FIG.
[0594]
Thewire support jig 224 has a thin cylindrical shape and is provided with a hole for allowing theheater member 222 to pass therethrough. The root portion of thewire support jig 224 is embedded in the setting hole of thequartz glass container 221.
[0595]
By supporting the heater member with thewire support jig 224, theheater member 222 is kept from touching the quartz glass container. If it does in this way, silicidation of the heater member made of carbon can be prevented more certainly, and change of electric resistance can be prevented.
[0596]
By making thewire support jig 224 into a thin cylindrical shape, that is, a pipe shape, the heat radiation upward can be increased and the heat capacity can be decreased. If the heat capacity is small, the thermal response is quick and it is strong against thermal shock.
[0597]
Thewire support jig 224 can be formed of translucent transparent alumina. In this case, since heat radiation from the transparent portion is increased, the temperature uniformity of the workpiece can be improved.
[0598]
In the fifth group of the invention, a substantially cylindrical hole 223c for inserting the bolt-shapedpressing member 228 is formed in the length direction of the rod-shapedterminal member 223, and at least a substantially circular shape penetrating through the hole 223c. A horizontal hole 223d is formed, and a heater member is inserted into the horizontal hole 223d, and a bolt-shapedpressing member 228 having a length reaching at least the lower portion of the horizontal hole 223d is rotationally inserted into the hole. As shown in FIG. 60A, the diameter of the substantially cylindrical hole 223c for inserting the bolt-shapedpressing member 228 is made larger than the diameter of the substantially cylindrical side hole 223d, and inserted into the horizontal hole 223d as shown in FIG. It is preferable that the heater member thus pressed is pressed by the bolt-shapedpressing member 228 and is flattened so as to reach the bottom of the hole 223d.
[0599]
As shown in FIG. 60, if theheater member 222 is held flat by being directly deformed by the bolt-shapedpressing member 228, the carbon fiber constituting theheater member 222 is not a little when the bolt-shapedpressing member 228 is rotationally inserted. As a result, the holding strength may decrease, but by adopting a configuration in which an expanded graphite sheet (not shown) is interposed between the bolt-shapedpressing member 228 and theheater member 222, Such a problem can be avoided.
[0600]
The carbon heater of the fifth group of the invention can be applied not only to the above-described embodiment, but also to a semiconductor manufacturing apparatus that performs heat treatment by placing it under a semiconductor wafer as shown in FIG. 61, for example.
[0601]
The invention of the fifth group is not limited to the above-described embodiments. For example, the carbon heater is not limited to a cylindrical shape, and may be a hexagonal shape or a rectangular shape. In addition, the arrangement of the heater members in the carbon heater may be spiral or other shapes.
[0602]
In the invention of the fifth group, a heater member knitted into a wire-like long shape using a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling a plurality of carbon fibers with a carbon heater particularly effective for a semiconductor manufacturing apparatus is formed into a plurality of rod shapes. By adopting a structure in which the terminal member and the wire support jig are supported in a flat container in a non-contact manner and sealed, heat generation unevenness of the heating element can be reduced, and soaking performance is improved. In addition, rapid temperature increase / decrease can be achieved.
[0603]
In addition, the carbon heater can have a simple structure, and the cost can be reduced. Furthermore, by selecting the detailed structure and material, various problems unique to the carbon heater can be solved. The service life can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a carbon heater according to a second group of the invention.
2 is a cross-sectional view of the carbon heater in FIG. 1 taken along XX.
3 is a cross-sectional view showing an assembled state before the carbon heater of FIG. 1 is fused. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a method for fusing the carbon heater of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a side view showing how the carbon heater shown in FIG. 1 is used.
6 is a cross-sectional view showing an assembled state before the carbon heater of FIG. 7 is fused. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the carbon heater according to the second group of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing an assembled state before the carbon heater of FIG. 9 is fused. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the carbon heater according to the second group of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing still another embodiment of the carbon heater according to the second group of the invention.
FIG. 11 is an assembly diagram of the carbon heater of FIG.
FIG. 12 is a sectional view showing still another embodiment of the carbon heater according to the second group of the invention.
13 is a plan view of the carbon heater of FIG.
14 is an assembly diagram of the reflector for carbon heater of FIG. 15. FIG.
FIG. 15 is a sectional view showing one embodiment of a reflector for a carbon heater according to the invention of the second group.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing another embodiment of the reflector for a carbon heater according to the invention of the second group.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an embodiment of a carbon heater in which the reflectors for carbon heaters of the second group of the invention are arranged adjacent to each other.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state before the fusion treatment in still another embodiment of the carbon heater of the second group of the invention.
19 is a cross-sectional view showing a state after the fusion treatment of the carbon heater of FIG.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a state before the fusion treatment in still another embodiment of the carbon heater of the second group of the invention.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state before the fusion treatment in still another embodiment of the carbon heater of the second group of the invention.
22 is a view showing still another embodiment of the carbon heater according to the invention of the second group, in which (A) is a top view, and (B) is an XX cross-sectional view in the case of having a semicircular convex portion in cross section; XX sectional drawing in case (C) has a cross-sectional trapezoid convex part.
23 is a view showing still another embodiment of the carbon heater according to the invention of the second group, in which (A) is a top view, and (B) is a YY sectional view in the case of having a semicircular cross section in section, YC sectional drawing in case (C) has a cross-sectional trapezoidal convex part.
24 is a view showing still another embodiment of the carbon heater according to the invention of the second group, wherein (A) is a top view, and (B) is a ZZ cross-sectional view in the case of having a semicircular convex section. ZZ sectional drawing in case (C) has a cross-sectional trapezoid convex part.
FIG. 25 is a process diagram showing an example of a carbon heater manufacturing method according to the invention of the second group.
FIG. 26 is a process chart showing another example of the method for producing the carbon heater (or the reflector for carbon heater) of the second group of the invention.
27 is a perspective view showing an example of a carbon heater (or a reflector for carbon heater) manufactured by the manufacturing method of FIG. 26. FIG.
28 is a perspective view showing a usage state of the carbon heater (or the reflector for carbon heater) of FIG. 27. FIG.
FIG. 29 is a perspective view showing a first embodiment of the carbon heater of the first group of the invention.
FIG. 30 is a perspective view showing a second embodiment of the carbon heater of the first group of the invention.
31 is a cross-sectional view showing the vicinity of a carbon electrode in FIG. 30;
FIG. 32 is a perspective view showing a third embodiment of the carbon heater according to the first group of the invention.
FIG. 33 is a perspective view showing a fourth embodiment of the carbon heater of the first group of the invention.
34 is a plan view showing a part of the carbon heater of FIG. 33. FIG.
35 is a plan view showing a modification of the carbon heater of FIG. 33. FIG.
36 is a plan view showing another modification of the carbon heater of FIG. 33. FIG.
FIG. 37 is a perspective view showing a fifth embodiment of the carbon heater of the first group of the invention.
FIGS. 38A and 38B are perspective views showing a part of the carbon heater of FIG. 37, and FIGS.
39 is a perspective view showing a modification of the carbon heater in FIG. 38. FIG.
40 shows another embodiment of the invention of the first group, (A) is a transverse sectional view, and (B) is a longitudinal sectional view. FIG.
41A and 41B are schematic views showing a first embodiment and a second embodiment in which the invention of the fifth group is used in a semiconductor heat treatment apparatus, respectively.
42 is a plan view showing the carbon heater of FIG. 41. FIG.
43 is a sectional view of the carbon heater of FIG. 41. FIG.
44 is an assembly drawing of the carbon rod-shaped terminal member of FIG. 41. FIG.
45A is a perspective view showing the wire support jig of FIG. 41, and FIG. 45B is a cross-sectional view showing a modified example thereof.
FIG. 46 is a sectional view showing the outline of the main part in another embodiment of the carbon heater of the fifth group of the invention.
47 is a perspective view showing an example of the terminal member of FIG. 46. FIG.
48 is a front view showing an example of the terminal member of FIG. 46. FIG.
49 is a top view showing an example of the terminal member of FIG. 46. FIG.
50 is a front view showing a specific example of the additional terminal of FIG. 46. FIG.
51 is a top view showing a specific example of the additional terminal of FIG. 46. FIG.
52 is a front view showing a specific example of the presser member of FIG. 46. FIG.
53 is a top view showing a specific example of the presser member of FIG. 46. FIG.
54 is a top view showing a specific example of the presser member of FIG. 46. FIG.
55 is a top view showing a specific example of the presser member of FIG. 46. FIG.
56 is a front view showing a specific example of the additional terminal of FIG. 46. FIG.
57 is a top view showing a specific example of the additional terminal of FIG. 46. FIG.
58 is a front view showing a specific example of the nut of FIG. 46. FIG.
59 is a top view showing a specific example of the nut of FIG. 46. FIG.
FIG. 60A shows a state where a heating element of a wire is inserted in a lateral hole of a terminal member and a presser member is not inserted in an axial hole in the embodiment of the fifth group of the invention; B) is then in a state where the presser member is fully screwed into the axial hole of the terminal member,
FIG. 61 is an explanatory view showing one arrangement example of the carbon heaters of the fifth group of the invention.
FIG. 62 is a schematic view showing a carbon heater according to the invention of the third group.
FIG. 63 is a top view showing the setting member of the carbon heater of the third group of the invention.
64 is an end view of the setting member of FIG. 63. FIG.
FIG. 65 is a sectional view showing how to set a heater member in an embodiment of the third group of the invention;
FIG. 66 is a top view showing a carbon terminal in an embodiment of the invention of the third group.
FIG. 67 is a sectional view showing a carbon terminal in an embodiment of the invention of the third group.
FIG. 68 is a sectional view showing the vicinity of an outer peripheral portion in an example of the carbon heater of the third group of the invention.
FIG. 69 is a sectional view showing another aspect of the vicinity of the outer peripheral portion in the embodiment of the carbon heater of the third group of the invention.
FIG. 70 is a perspective view showing a usage state of the carbon heater according to the invention of the fourth group.
FIG. 71 is a perspective view showing a single carbon heater according to the fourth group of the invention.
FIG. 72 is a top view showing details of a carbon heater according to the invention of the 4-2 group.
FIG. 73 is a side view in which a part of the carbon heater according to the invention of the 4-2th group is omitted.
FIG. 74 is a partial cross-sectional view showing the outer periphery of the carbon heater of the invention of the 4-2 group.
FIG. 75 is a partial cross-sectional view showing the outer periphery of the carbon heater of the 4-2 group invention.
FIG. 76 is a perspective view showing a carbon heater to which the terminal device of the invention of the 4-2 group is applied.
77 is a top view of the carbon heater of FIG. 76. FIG.
78 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of a first terminal device according to the invention of the 4-2 group. FIG.
79 is a side view showing a terminal member of the terminal device of FIG. 78. FIG.
80 is a cross-sectional view of the terminal member AA in FIG. 79. FIG.
81 is a side view showing a screw used in the terminal device of FIG. 78. FIG.
82 is a top view showing the screw of FIG. 81. FIG.
83 is an assembly view of the terminal device of FIG. 78. FIG.
FIG. 84 is a sectional view showing a second terminal device according to the invention of the 4-2 group.
85 is a perspective view showing a split core member of the terminal device of FIG. 84. FIG.
FIG. 86 is a schematic view showing a part of first to third terminal devices according to the invention of the 4-2 group and a carbon heater to which the first to third terminal devices are applied.
FIG. 87 is a cross-sectional view showing another embodiment of the invention of the 4th-1 group.
FIG. 88 shows an example of a heater member according to the invention of the first group, showing a state in which three carbon fiber bundles are knitted,
FIG. 89 is a perspective view showing a use state of a carbon heater for a semiconductor heat treatment apparatus according to the invention of the 4-1th group.
90 is a top view showing details of the carbon heater of FIG. 89. FIG.
91 is a side view schematically showing the carbon heater of FIG. 89. FIG.
92 is an enlarged cross-sectional view of a portion denoted byreference numeral 100 in FIG. 91. FIG.

Claims (7)

Translated fromJapanese

カーボンファイバーを複数本束ねたカーボンファイバー束を複数本用いて縦長形状に編み込むだけで作ったヒータ部材が、石英ガラス支持体からなる密封形部材内に支持され封入されている半導体製造装置用のカーボンヒータ。Carbonfor semiconductor manufacturing equipment, in which a heater member made simply by weaving a plurality of carbon fiber bundles made by bundling a plurality of carbon fibers into a vertically long shape is supported and sealed in a sealed member made of a quartz glass support heater. ヒータ部材の両端をヒータ面の反対側に突出させ、突出したヒータ部材を石英ガラス支持板に当接する石英ガラス筒内に配列された複数のもしくは少なくとも一方の端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンにより固定し、上記石英ガラス筒に石英ガラス管を被せて上記密閉形部材を密封した請求項１に記載の半導体製造装置用のカーボンヒータ。A wire shape in which both ends of a heater member are protruded to the opposite side of the heater surface, and a plurality of or at least one end is arranged in a plurality in a quartz glass cylinder in which the protruding heater member is in contact with a quartz glass support plate fixed by carbon, carbon heaterfor a semiconductor manufacturing apparatus according to claim1 in which sealed the sealed type member is covered with a quartz glass tube in the quartz glass tube. 上記ワイヤー状カーボンの他端側を、中空部が形成されその内側に中子部材を有する第２のワイヤー状カーボン接続部材に、この中子部材での押圧によって接続し、割型中子を利用する金属線接続部材により金属製の内接線を接続し、両接続部材を任意の接続部材によって接続した請求項２に記載の半導体製造装置用のカーボンヒータ。The other end of the wire-like carbon is connected to a second wire-like carbon connecting member having a hollow member formed therein and a core member inside thereof by pressing with the core member, and a split core is used.The carbon heaterfor a semiconductor manufacturing apparatus according to claim2 ,wherein a metal inscribed line is connected by a metal wire connecting member, and both connecting members are connected by an arbitrary connecting member. 前記ワイヤー状カーボンと電源側の金属製の内接線を第２の端子装置で接続する構成にし、第２の端子装置が、複数のもしくは端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンを接続するための第２のワイヤー状カーボン接続部材を備え、割型中子を利用して金属製の内接線を接続する構成の金属線接続部材を備え、第２のワイヤー状カーボン接続部材と金属線接続部材を接続するための端子部本体を備え、両接続部材を任意の接続部材に接続する構成になっている請求項２に記載の半導体製造装置用のカーボンヒータ。In order to connect the wire-like carbon and the metal inscribed line on the power source side with a second terminal device, and the second terminal device connects the wire-like carbon having a plurality of ends or divided into a plurality of ends. A second wire-like carbon connecting member, a metal wire connecting member configured to connect a metal inscribed line using a split core, and a second wire-like carbon connecting member and a metal wire connecting memberThe carbon heaterfor a semiconductor manufacturing apparatus according to claim2 , further comprising: a terminal portion main body for connecting the two connecting members to an arbitrary connecting member. 上記ヒータ部材が複数のもしくは少なくとも端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンが内部に配列された石英ガラス筒及び第２端子装置が石英ガラス管内に封入されている請求項４に記載の半導体製造装置用のカーボンヒータ。Thesemiconductor manufacturing device according to claim4 , wherein the quartz glass tube and the second terminal device in which the heater member has a plurality of or at least end portions divided into a plurality of wire-like carbons are arranged inside are enclosed in a quartz glass tube. Carbon heaterfor equipment . 上記石英ガラス管の内側に配置された金属製の内接線と電源側の外接線をＭｏ箔を介して接続し、Ｍｏ箔を石英ガラス製のピンチシール部で封着した構成の第３の端子装置を有する請求項５に記載の半導体製造装置用のカーボンヒータ。A third terminal having a configuration in which a metal internal tangent disposed inside the quartz glass tube and an external tangent on the power source side are connected via a Mo foil, and the Mo foil is sealed with a pinch seal portion made of quartz glass.The carbon heaterfor a semiconductor manufacturing apparatus according to claim5 , comprising theapparatus . 上記石英ガラス管の自由端側に端子部本体を配置し、端子部材と端子部本体を複数本のもしくは少なくとも一方の端部が複数に分割されたワイヤー状カーボンで接続した請求項６に記載の半導体製造装置用のカーボンヒータ。The terminal body is disposed on the free end side of the quartz glass tube, according to claim6 or at least one end of the plurality of terminal members and the terminal portion body are connected by wire-like carbon which is divided into a plurality Carbon heaterfor semiconductor manufacturing equipment .

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