KR100334993B1

KR100334993B1 - 히터

Info

Publication number: KR100334993B1
Application number: KR1019990053968A
Authority: KR
Inventors: 도야에이이치; 곤도미오; 나가타도모히로; 사이토노리히코; 야마무라시게루; 나카오켄; 사이토다카노리; 오사나이히사에이; 마키야도시유키
Original assignee: 추후제출; 도시바 세라믹스 가부시키가이샤; 히가시 데츠로; 도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: US6515264B2; EP1006754A3; US6407371B1; US20020162835A1; EP1006754A2; KR20000047805A; DE69928359D1; EP1006754B1; TW469612B; DE69928359T2

Abstract

소직경 혹은 대직경 석영 유리관내에 봉입된 카본 와이어 발열체(2)와, 와이어 카본재(A)를 압축 상태로 수용하는 동시에 카본 와이어 발열체의 단부를 와이어 카본재 사이에 압축 상태로 수용하는 소직경의 석영 유리관부(3a, 3b)와, 소직경의 석영 유리관부의 와이어 카본재 사이에 수용되어, 전력을 공급하기 위한 접속선(11a, 11b)을 갖는 밀봉 단자부(10)를 구비하며, 접속선과 카본 와이어 발열체가, 와이어 카본재를 통해 전기적으로 접속되어 있는 막대형 히터를 제공한다. 카본 와이어 발열체를 이용한 이 막대형 히터는 세정액, 연마액 등을 수용하는 액체 저장조에 직접 넣어 액체를 간편하게 승온시키는 데에 적합하다.

Description

히터{HEATER}

본 발명은 히터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 카본 와이어 발열체를 석영유리 부재 중에 봉입한 막대형 히터, 판형 히터에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에서는 산화, 확산 혹은 CVD 처리 등의 각종 열처리에 있어서 그 열처리 분위기에서, 엄밀한 온도 관리가 요구된다.

또한, 반도체 제조 프로세스에서는 다른 세정 혹은 연마 등의 공정에서 이용되는 세정액, 연마액 등에 관해서도 엄밀한 온도 관리가 요구된다.

이들 온도 관리에는 일반적으로는 히터로서 막대형 히터 혹은 판형 히터가 이용되고 있다.

이런 종류의 히터로서는, 텅스텐 등으로 이루어지는 발열체의 외측을 석영 유리관으로 덮은 것이 이용되고 있다.

이러한 막대형 히터, 판형 히터는 예컨대, 세정액, 연마액을 수용하는 액체 저장층에 직접 넣기 때문에, 발열체를 덮고 있는 석영 유리관이 만일 파손되면, 세정액, 연마액 등을 금속 오염시키게 되고, 나아가서는 연마, 혹은 세정한 웨이퍼가 오염된다고 하는 기술적 과제가 있었다.

또한, 상기 석영 유리관이 파손되지 않더라도, 상기 발열체로부터 상기 석영 유리관을 통해, 세정액, 연마액 등을 서서히 금속 오염시킨다고 하는 기술적 과제가 있었다.

본 발명자들은 상기한 것과 같은 금속질 발열체에 비교해서, 반도체 제조용 히터로서, 매우 적합하게 사용할 수 있는 카본 와이어 발열체를 이용한 것을 이미 일본국 특허 출원 평10-254513호에서 제안하고 있다.

상기 카본 와이어 발열체는 극히 가는 카본 섬유를 묶은 카본 파이버 다발을복수 다발 엮어 제작한 것으로, 종래의 금속 발열체에 비해서, 열 용량이 작고 온도의 승강(昇降) 특성이 우수하며, 또 비산화성(非酸化性) 분위기 중에서는 고온 내구성도 우수하다.

또한, 가는 카본 섬유의 섬유 다발을 복수 가닥 엮어 제작된 것이기 때문에, 순수한 카본재로 이루어지는 발열체에 비하여 유연성이 풍부하고, 반도체 제조용 히터로서 여러 가지 구조, 형상으로 용이하게 가공할 수 있다고 하는 이점을 갖고 있다.

본 발명은 상기 카본 와이어 발열체를 이용함으로써, 상기한 막대형 히터 및 판형 히터가 갖는 기술적 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 세정액, 연마액 등을 수용하는 액체 저장층에 직접 넣어, 액체를 승온시키는 데에 적합한 히터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

특히, 본 발명은 세정액, 연마액 등의 금속 오염을 방지할 수 있는 히터를 또한, 세정액, 연마액 등을 수용하는 액체 저장층에 직접 넣더라도 파손시키는 일이 없는 기계적 강도가 높은 히터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

더욱이, 본 발명은 반도체의 상기 각종 열처리에 있어서, 이 열처리 분위기의 금속 오염을 방지하고, 또한 기계적 강도가 높으며, 사용에 있어서 내구성이 강해 수명이 긴 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 막대형 히터의 제1 실시 형태를 나타내는 사시도.

도 2는 도 1의 접속선과 카본 와이어 발열체와의 접속 관계를 나타내는 단면도로, (a)는 종단면도, (b)는 횡단면도.

도 3은 도 1의 막대형 히터에 이용되고 있는 카본 와이어 발열체, 와이어 카본재를 나타내는 평면도.

도 4는 도 1의 막대형 히터에 이용되고 있는 밀봉 단자를 나타내는 사시도.

도 5는 도 1의 막대형 히터에 이용되고 있는 접속선과 도전박과의 접속 관계를 나타낸 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 측면도.

도 6은 도 4의 밀봉 단자에 이용되고 있는 석영 유리체를 나타내는 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 막대형 히터의 제2 실시 형태를 나타낸 도면으로, (a)는 전체 사시도, (b)는 주요부 분해 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 막대형 히터의 제3 실시 형태를 나타내는 일부 측면도.

도 9는 도 8의 막대형 히터에 이용되고 있는 밀봉 단자를 나타내는 사시도.

도 10은 본 발명에 따른 막대형 히터의 제4 실시 형태를 나타내는 사시도.

도 11은 도 10에 나타내는 석영 유리체 및 석영 유리관을 나타낸 도면으로,(a)는 석영 유리체를 나타내는 사시도, (b)는 석영 유리관을 나타내는 단면도.

도 12는 도 10에 나타내는 석영 유리체와 석영 유리관의 융착을 설명하기 위한 개략도.

도 13은 본 발명에 따른 막대형 히터의 제2 실시 형태의 변형예를 나타내는 도면으로, (a)∼(d)는 제조 공정을 나타내는 도면.

도 14는 본 발명에 따른 막대형 히터의 제5 실시 형태를 나타내는 일부 단면도.

도 15는 본 발명에 따른 판형 히터의 실시 형태를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 막대형 히터

2 : 카본 와이어 발열체

3 : 소직경의 석영 유리관

4 : 대직경의 석영 유리관

5 : 고정부

10 : 밀봉 단자부

A : 와이어 카본재

상기 기술적 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명에 관한 히터는, 대직경 석영 유리관과, 상기 대직경 유리관내에 봉입되며 양단부를 갖는 카본 와이어 발열체와, 압축된 와이어 카본 부재가 충전되고 이 압축된 와이어 카본 부재가 상기 카본 와이어 발열체의 양단부를 강하게 협지하는 상태의 소직경 석영 유리관부와, 상기 압축된 와이어 카본 부재에 협지된 전력 공급용 접속선을 갖는 밀봉 단자부를 포함하며, 상기 접속선과 상기 카본 와이어 발열체는 상기 와이어 카본 부재를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 히터는, 양단부를 갖는 카본 와이어 발열체와, 압축된 와이어 카본 부재가 충전되고 이 압축된 와이어 카본 부재가 상기 카본 와이어 발열체의 양단부를 강하게 협지하여 상기 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 석영 유리관부와, 상기 압축된 와이어 카본 부재에 협지된 전력 공급용 접속선을 갖는 밀봉 단자부를 포함하며, 상기 접속선과 상기 카본 와이어 발열체는 상기 와이어 카본 부재를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명에 따른 히터는, 판형 석영 유리체와, 상기 판형 석영 유리체내에 봉입되며 양단부를 갖는 카본 와이어 발열체와, 압축된 와이어 카본 부재가 충전되고 이 압축된 와이어 카본 부재가 상기 카본 와이어 발열체의 양단부를 강하게 협지하는 상태의 소직경 석영 유리관부와, 상기 압축된 와이어 카본 부재에 협지된 전력 공급용 접속선을 갖는 밀봉 단자부를 포함하며, 상기 접속선과 상기 카본 와이어 발열체는 상기 와이어 카본 부재를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 히터는, 와이어 카본재 사이에 접속선이 압축 상태로 수용되어 있기 때문에, 와이어 카본의 탄소 성분이 환원성 작용을 하여, 접속선의 산화 증대를 억제할 수 있다.

그 결과, 접속선의 산화에 따른 스파크의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 와이어 카본재가 압축 수납된 부분에, 카본 와이어 발열체 및 접속선이 장착되기 때문에, 카본 와이어 발열체에 의해서 고온으로 되더라도, 접속이 느슨해져 버리는 일이 없고, 양호한 전기적 접속 상태가 유지된다.

더욱이, 카본 와이어 발열체를 이용하고 있기 때문에, 상기 발열체로부터 상기 석영 유리관을 통해, 세정액, 연마액 등의 금속 오염을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 와이어 카본재 및 카본 와이어 발열체는 소직경의 석영 유리관부의 축선 방향과 거의 평행하게, 압축된 상태로 수용되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 와이어 카본재 및 카본 와이어 발열체는 카본 파이버를 묶은 섬유 다발을 복수 다발 엮어 이루어지는 엮은 끈(編紐) 형상 혹은 꼰 끈(組紐) 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 와이어 카본재 및 카본 와이어 발열체가 소직경의 석영 유리관부의 축선 방향과 거의 평행하게, 압축된 형태로 수용되어 있기 때문에, 카본 와이어 발열체에 의해서 고온으로 되더라도, 와이어 카본재와 카본 와이어 발열체와의 접속 혹은 접속선과의 접속이 느슨해져 버리는 일이 없고, 양호한 전기적 접속 상태가 유지된다.

특히, 상기 와이어 카본재 및 카본 와이어 발열체가 카본 파이버를 묶은 섬유 다발을 복수 다발 엮어 이루어지는 엮은 끈 형상 혹은 꼰 끈 형상으로 형성되어있는 경우에는, 소직경의 석영 유리관부의 지름 방향으로 탄성을 지니고 있기 때문에, 접속선은 확실하게 유지되어, 접속이 느슨해져 버리는 일이 없고, 양호한 전기적 접속 상태가 유지된다.

또한, 상기 소직경의 석영 유리관부에는 상기 카본 와이어 발열체가 1가닥 혹은 여러 가닥 이상 수납되고, 와이어 카본재가 복수 가닥 수용되어 있는 것이 바람직하며, 상기 와이어 카본재 및 카본 와이어 발열체가 동일한 구성재료에 의해서 형성되어 있는 경우에 있어서는, 와이어 카본재의 가닥수가 상기 카본 와이어 발열체의 가닥수의 5배 이상인 것이 바람직하다.

이와 같이, 와이어 카본재의 가닥수가 카본 와이어 발열체의 가닥수 이상이면, 와이어 카본재에 의한 발열을 저하시킬 수 있다.

또한, 카본 와이어 발열체와 접속선과의 사이에 와이어 카본재가 개재하기 때문에, 카본 와이어 발열체의 열이 극력 전해지지 않도록 할 수 있어, 밀봉 단자부의 고온 열화를 방지할 수 있다.

특히, 와이어 카본재의 가닥수가 상기 카본 와이어 발열체의 가닥수의 5배 이상인 경우에는 상기한 현저한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 밀봉 단자부를 구성하는 석영 유리관은 석영 유리부, 그레이디드(Graded) 시일부, 텅스텐 유리부에 의해서 구성되고, 접속선은 상기 텅스텐 유리부에서 핀치 시일되는 동시에, 상기 석영 유리부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경 석영 유리관과 융착되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 밀봉 단자부를 구성하는 석영 유리관이 구성되어 있기 때문에,밀봉 단자부의 구성을 보다 간략화할 수 있고, 그에 따라 부품수의 삭감, 작업 공정수의 삭감이 가능하다. 또한 대직경 석영 유리관 등과 융착하여 일체화되는 석영 유리관을, 대직경 석영 유리관 등과의 융착측에서부터, 석영 유리부, 그레이디드(Graded) 시일부, 텅스텐(W) 유리부로 하였기 때문에, 고온시 등에 있어서 파손을 방지할 수 있다.

또한, 상기 밀봉 단자부는 카본 와이어 발열체와 전기적으로 접속되는 내접속선과, 전력이 공급되는 외접속선과, 상기 내접속선과 외접속선을 각각 유지하는 복수의 홈이 외주면에 형성된 석영 유리체와, 상기 내접속선과 외접속선을 전기적으로 접속하는 도전박(導電箔)과, 상기 내접속선 및 외접속선의 선단부가 상기 석영 유리체로부터 돌출된 상태로 내부에 수납하는 동시에 상기 석영 유리체의 외주면과 융착되는 석영 유리관과, 상기 석영 유리관의 일단부를 폐쇄하는 폐쇄부로 구성되고, 상기 석영 유리관의 타단부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경 석영 유리관과 융착되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 카본 와이어 발열체 및 와이어 카본재가 압축 수용되어 있기 때문에, 밀봉 단자부의 내접속선을 상기 압축부에 끼워 넣음으로써, 카본 와이어 발열체와 밀봉 단자부를 용이하게 접속할 수 있다.

또한 확실하게 접속되기 때문에, 스파크, 쇼트 등의 사고를 방지할 수 있다.

또, 소직경의 석영 유리관부가 상기 카본 와이어 발열체를 봉입하는 U자형 혹은 나선형의 소직경의 석영 유리관과 일체물(一體物)인 것이 바람직하다.

이와 같이, 소직경의 석영 유리관부가 상기 카본 와이어 발열체를 봉입하는U자형 혹은 나선형의 소직경의 석영 유리관과 일체가 됨으로써, 카본 와이어 발열체를 봉입하는 석영 유리관을 단일관(單管)으로 할 수 있고, 발열체 봉입부의 저열 용량화를 달성할 수 있어, 열 응답성이 좋은 히터를 얻을 수 있다. 또, 상기 소직경의 석영 유리관부 및 카본 와이어 발열체를 봉입하는 U자형 혹은 나선형의 소직경의 석영 유리관을, 대직경의 석영 유리관으로 덮는 것이 바람직하며, 대직경의 석영 유리관으로 덮음으로써, 기계적 강도가 강하고 신뢰성이 높은 히터를 얻을 수 있다.

더욱이, 카본 와이어 발열체를 수용하는 홈이 외주면에 형성된 속이 찬 석영 유리체의 아래쪽에, 상기 와이어 카본재가 압축 수납된 소직경 석영 유리관을 일체 혹은 분리하여 배치하는 동시에, 상기 외주면에 카본 와이어 발열체가 장착된 속이 찬 석영 유리체와 소직경 석영 유리관을 대직경의 석영 유리관으로 덮고, 상기 속이 찬 석영 유리체의 외주면과 대직경 석영 유리관이 융착되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 속이 찬 석영 유리체를 이용하여, 속이 찬 석영 유리체의 외주면과 대직경 석영 유리관을 융착함으로써, 기계적 강도가 보다 높고, 신뢰성이 보다 높은 히터를 얻을 수 있다.

한편, 전술한 본 발명에서 말하는 소직경의 석영 유리관이란, 적어도 그 내경(內徑)이 5∼15 mm 정도(바람직하게는 5∼15 mm)인 것을 의미한다. 이 소직경의 석영 유리관에 있어서, 특히 복수의 와이어 카본재가 압축 수납되어 있는 부분의 내경이 5 mm 미만일 때는, 이 부분에서의 발열량이 너무 커져 바람직하지 못하고, 또, 15 mm을 넘으면 막대형 히터 혹은 판형 히터가 필요 이상으로 대형화되므로 바람직하지 못하다.

또한, 이 소직경의 석영 유리관의 두께는 1∼2 mm 정도(바람직하게는 1∼2 mm)이며, 본 발명에서 말하는 대직경의 석영 유리관이란, 적어도 2가닥의 소직경 석영 유리관의 외경(外徑)의 합보다 큰 내경을 갖는 석영 유리관을 의미한다. 즉, 내경이 14 mm을 넘는 것이다.

또한, 상기 카본 와이어 발열체를 수용하는 홈이 일면에 형성된 가늘고 긴 평판형의 제1 석영 유리체와, 제1 석영 유리체와 융착되어 상기 홈을 폐쇄하는 제2 석영 유리체에 의해서, 카본 와이어 발열체를 봉입하는 석영 유리관을 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 가늘고 긴 평판형의 석영 유리체를 이용함으로써, 가늘고 긴 평판형의 발열체부를 형성할 수 있어, 기계적 강도가 보다 높고 신뢰성이 보다 높은 히터를 얻을 수 있다.

한편, 카본 와이어 발열체를 봉입하는 석영 유리관은 통상의 원통의 관뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 가늘고 긴 평판형의 석영 유리체를 융착하여 형성되는 가늘고 긴 평판형의 것도 포함된다.

또한, 밀봉 단자부를 구성하는 석영 유리관이 독립적으로 2개 존재하여, 각각이 석영 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부에 의해서 구성되고, 접속선은 텅스텐 유리부로 시일되는 동시에, 상기 석영 유리부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경 석영 유리관과 융착되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 접속선간의 글로우 방전을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 석영 유리체가 복수의 판형 혹은 만곡 판형의 석영 유리를 대향면에서 융착 일체화시킨 것으로, 적어도 하나의 판형 석영 유리체의 일면에 배선용 홈을 형성하고 거기에 카본 와이어 발열체를 배치하여, 이 배선용 홈 이외의 면부에서 다른 판형 석영 유리체와 융착 일체화되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 융착 일체화되어 있기 때문에, 높은 기계적 강도를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 히터는 세정액, 연마액 등을 수용하는 액체 저장층에 직접 넣어, 액체를 승온시키는 데에 적합하다.

특히, 본 발명은 세정액, 연마액 등의 금속 오염을 방지할 수 있고, 또한, 세정액, 연마액 등을 수용하는 액체 저장층에 직접 넣더라도 파손되는 일이 없는 높은 기계적 강도를 갖추고 있다.

더욱이, 이상과 같이 본 발명에 따른 히터는, 반도체의 각종 열처리에 있어서도 이 열처리 분위기의 금속 오염을 방지하여, 기계적 강도가 높고, 또한 사용에 있어서 내구성이 강해 수명이 길다고 하는 현저한 효과를 발휘한다.

이하에, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 막대형 히터의 제1 실시 형태를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1의 내접속선과 카본 와이어 발열체의 접속 부분을 나타낸 도면, 도 3은 카본 와이어를 나타낸 도면, 도 4는 그에 이용되는 밀봉 단자를 나타내는 사시도이다.

도 5는 도 4에 이용되고 있는 도전박과 내접속선 및 외접속선의 접속 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4에 나타내어져 있는 석영 유리체의 사시도이다.

도 1에 나타내어져 있는 막대형 히터(1)는 카본 와이어 발열체(2)와, 상기 카본 와이어 발열체(2)를 수납하는 양단이 개방된 U자형 소직경의 석영 유리관(3)과, 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부(3a, 3b)에 압축 수납된 와이어 카본재(A)와, 상기 소직경의 석영 유리관(3)을 수용하는 동시에, 일단이 폐쇄되고 또한 타단이 개방된 대직경의 석영 유리관(4)과, 상기 대직경의 석영 유리관(4)의 개방된 단부에 장착된, 카본 와이어 발열체(2)와 접속되는 내접속선(11a, 11b)과 전력이 공급되는 외접속선(12a, 12b)을 구비하는 밀봉 단자부(10)로 구성되어 있다.

한편, 상기 소직경의 석영 유리관(3)은 그 꼭대기부에 있어서 대직경의 석영 유리관(4)의 내부에 고정부(5)를 통해 고정되어 있다.

상기 고정부(5)는 소직경의 석영 유리관(3)의 꼭대기부에 돌기를 형성하여, 대직경의 석영 유리관(4)의 내부에 소직경의 석영 유리관(3)을 수납한 상태로 대직경의 석영 유리관(4)의 외측에서부터, 상기 돌기를 녹여, 대직경의 석영 유리관(4)의 관벽에 융착함으로써 형성된다.

상기 카본 와이어 발열체(2)로서는 도 3에 나타낸 바와 같은 복수 가닥의 카본 파이버를 묶은 섬유 다발을 복수 다발 이용하여 와이어형으로 엮어 넣은 것 등이 이용된다.

이 카본 와이어 발열체(2)는 소직경의 석영 유리관(3)의 내부를 삽입 관통시켜, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 그 개방된 양단부(3a, 3b)의 단면부(端面部) 혹은 단면부 근방까지 연장되어 설치된다.

또한, 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부(3a, 3b)에는 도 3에 나타낸 바와 같은 복수 가닥의 와이어 카본재(A)가 압축 수납되어 있다.

그 때문에, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 카본 와이어 발열체(2)는 압축 수납된 복수 가닥의 와이어 카본재(A) 중에 압축된 상태로 매설된다.

한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 와이어 카본재(A) 및 카본 와이어 발열체(2)는 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부(3a, 3b)의 축선 방향과 거의 평행하게, 압축된 상태로 수용되어 있다.

또한, 도 1에는 소직경의 석영 유리관(3)으로서, U자형의 것을 나타냈지만, 특별히 이 형상에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 W자형, 나선형 등의 형상이라도 좋다.

또, 도 l에서는 소직경의 석영 유리관(3)에 있어서, 양단부(3a, 3b)가 미리 일체화되어 있는 것을 나타내고 있지만, 이에 한하지 않고 그 양단부(3a, 3b)가 별개의 부재로서 분리되어 있더라도 좋으며, 또한 이들을 U자형의 소직경 석영 유리관의 양단에 뒤에서부터 용접한 것이라도 좋다.

상기 카본 와이어 발열체(2)의 구체예로서는 직경 5 내지 15 μm의 카본 파이버, 예컨대, 직경 7 μm의 카본 파이버를 약 300 내지 350 가닥 정도 묶은 파이버 다발을 9 다발 정도 이용하여 직경 약 2 mm의 엮은 끈 혹은 꼰 끈 형상으로 엮어 넣은 것 등의 카본 와이어가 이용된다.

상기한 경우에 있어서, 와이어의 엮어넣기 스팬(span)은 2 내지 5 mm 정도이며, 카본 파이버에 의한 표면의 보풀은 0.5 내지 2.5 mm 정도이다. 또, 상기 보풀이란, 도 3의 부호 a에 나타낸 바와 같은, 카본 파이버가 절단된 것의 일부가 카본 와이어의 외주면으로부터 돌출한 것이다.

상기 카본 와이어 발열체(2)는 소직경의 석영 유리관(3)의 내부에 있어서, 상기한 보풀(a)만이 소직경의 석영 유리관(3)의 내측벽과 접촉하고, 카본 와이어 발열체(2)의 본체는 접촉하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.

그와 같이 함으로써, 상기한 것과 같은 석영 유리(SiO₂)와 카본 와이어 발열체(2)의 탄소(C)와의 고온에서 반응이 극력 억제되어, 석영 유리의 열화, 카본 와이어의 내구성의 저하는 억제된다.

이러한 구성으로 하기 위해서는, 상기 카본 와이어 발열체의 직경 및 가닥수에 대하여, 상기 소직경의 석영 유리관의 내경을 적절하게 선정하면 된다.

또한, 발열 성상의 균질성, 내구 안정성 등의 관점 및 먼지 발생 회피상의 관점에서, 상기 카본 파이버는 고순도인 것이 바람직하며, 특히, 히터(1)가 반도체 제조 프로세스에 있어서의 웨이퍼 등의 열처리용으로 이용되는 것인 경우에는 카본 파이버 중에 포함되는 불순물량이 회분(灰分)(일본공업규격 JISR 7223-1979)으로서 10 ppm 이하인 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는 카본 파이버 중에 포함되는 불순물량이 회분으로서 3 ppm 이하인 것이 바람직하다.

또, 와이어 카본재(A)의 구체예에 관해서 설명하면, 상기한 카본 와이어 발열체(2)와 같은 직경 5 내지 15 μm의 카본 파이버, 예컨대 직경 7 μm의 카본 파이버를 약 300 내지 350 가닥 정도 묶은 섬유 다발을 9 다발 정도 이용하여 직경약 2 mm의 엮은 끈 혹은 꼰 끈 형상으로 엮어넣은 것 등의 카본 와이어가 이용된다.

상기한 경우에 있어서, 와이어의 엮어넣기 스팬은 2 내지 5 mm 정도이며, 카본 파이버에 의한 표면의 보풀은 0.5 내지 2.5 mm 정도이다. 한편, 상기 보풀이란, 도 3의 부호 a에 나타낸 바와 같은, 카본 파이버가 절단된 것의 일부가 카본 와이어의 외주면에서 돌출한 것이다. 상기 와이어 카본재(A)는 카본 와이어 발열체(2)와 동일하거나 혹은 적어도 카본 파이버를 묶은 섬유 다발을 여러개 엮어 이루어지는 엮은 끈 혹은 꼰 끈 형상인 점에서 동등한 구성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 동일한 구성 재료란, 카본 파이버 직경, 카본 파이버를 묶은 가닥수, 섬유 다발을 묶는 다발수, 엮어넣는 방법, 엮어넣기 스팬 길이, 보풀 길이, 재질이 동일한 것이 바람직하다.

또, 카본 와이어 발열체(2)의 경우와 마찬가지로, 반도체 제조 프로세스에 있어서의 웨이퍼 등의 열처리용으로 이용되는 것인 경우에는, 와이어 카본재(A)의 카본 파이버 중에 포함되는 불순물량이 회분으로서 10 ppm 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 카본 파이버 중에 포함되는 불순물량이 회분으로서 3 ppm 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부(3a, 3b)에 수용되는 와이어 카본재(A)의 가닥수는 카본 와이어 발열체(2)의 가닥수 이상이 수용되는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 카본 와이어 발열체(2) 가닥수의 5배 이상의 가닥수가, 와이어 카본재(A)로서 수용되어 있는 것이 좋다.

구체적으로 설명하면, 예컨대 카본 와이어 발열체(2)가 1 가닥일 때 와이어 카본재(A)가 14 가닥, 혹은 카본 와이어 발열체(2)가 2 가닥일 때 와이어 카본재(A)가 12 가닥 등, 5배 이상의 가닥수가 와이어 카본재(A)로서 이용되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 카본 와이어 발열체(2)와 와이어 카본재(A)로서 예시한, 직경 7 μm의 카본 파이버를 약 300 내지 350 가닥 정도 묶은 섬유 다발을 9 다발 정도 이용하여 직경 약 2 mm의 엮은 끈, 혹은 꼰 끈 형상으로 엮어넣은 것 등의 카본 와이어의 전기 저항은 실온에서 대략 10 Ω/1m 1가닥, 1000 ℃에서 5 Ω/1m 1가닥이다.

또한, 상기 카본 와이어를 5 가닥 묶었을 때의 전기 저항은 실온에서 대략 2 Ω/1m 1가닥, 1000 ℃에서 1 Ω/1m 1가닥이다.

따라서, 와이어 카본재(A)로서, 소직경 석영 유리관(3a, 3b)에 상기 카본 와이어가 5 가닥 압축 수용되어 있는 경우에는, 상기한 바와 같이 실온에서 대략 2 Ω/1m 1가닥, 1000 ℃에서 1 Ω/1m 1가닥이 되고, 전기 저항이 1/5(1/가닥수)가 되어, 저하된다.

그 결과, 와이어 카본재(A)에 의한 발열을 카본 와이어 발열체(2)의 발열에 비하여, 극단적으로 저하시킬 수 있다.

또한, 카본 와이어 발열체(2)와 후술하는 내접속선(11a, 11b)과의 사이에 와이어 카본재(A)가 개재하기 때문에, 카본 와이어 발열체(2)의 열이 내접속선(11a, 11b)에 극력 전해지지 않도록 할 수 있어, 밀봉 단자부(10)의 고온 열화를 방지할수 있다.

또, 카본 와이어 발열체(2)의 경우와 마찬가지로, 석영 유리(SiO₂)와 와이어 카본재(A)의 탄소(C)와의 고온에서 반응이 극력 억제되어, 석영 유리의 열화, 카본 와이어의 내구성의 저하는 억제된다.

이어서, 밀봉 단자부(10), 또 밀봉 단자부(10)의 내접속선과 카본 와이어 발열체(2)와의 접속 관계에 관해서, 도 4 내지 도 6에 기초하여 설명한다.

상기한 바와 같이 소직경의 석영 유리관(3)의 개방된 단부(3a, 3b)내에는, 와이어 카본재(A)가 압축, 수납되어 있다.

그리고 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 와이어 카본재(A) 중에 상기 카본 와이어 발열체(2)가 수용되는 동시에, 후술하는 밀봉 단자부(10)의 내접속선(11a, 11b)이 수용되도록 구성되어 있다.

또한, 밀봉 단자부(10)는 소직경의 석영 유리관(3)의 개방단부(3a, 3b)내에 수납되어 있는 카본 와이어의 압축부와 접속되는 내접속선(11a, 11b)과, 도시하지 않은 전원에 접속되는 외접속선(12a, 12b)과, 상기 대직경 석영 유리관(4)에 삽입할 수 있는 직경을 갖는 석영 유리관(13)과, 상기 석영 유리관(13)의 내벽과 밀착하여 수납되는 석영 유리체(14)와, 상기 석영 유리체(14)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 홈(14a)과, 석영 유리체(14)의 외주면에 유지된 내외 접속선을 전기적으로 접속하는 도전박인 Mo(몰리부텐)박(15a, 15b)과, 상기 석영 유리관(13)의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재(16)로 구성되어 있다.

또, 도 1에는 석영 유리관(13)이 상기 대직경 석영 유리관(4)에 삽입되는 직경을 갖고 있는 경우를 도시했지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 대직경 석영 유리관(4)을 삽입할 수 있는 지름을 갖는 석영 유리관(13)이라도 좋고, 또, 대직경 석영 유리관(4)과 동일한 지름을 갖는 석영 유리관(13)이라도 좋다.

즉, 석영 유리관(13)과 대직경 석영 유리관(4)이 용접 등의 수단에 의해서, 일체화될 수 있는 것이라면 된다.

여기서, 상기 내접속선(11a, 11b) 및 외접속선(12a, 12b)은 Mo(몰리브덴), 혹은 W(텅스텐) 막대로 이루어지고, 그 직경은 1 mm 내지 3 mm로 형성되어 있다.

상기 내접속선(11a, 11b) 및 외접속선(12a, 12b)의 직경은 필요에 따라서 적절하게 선택할 수 있지만, 직경이 너무 작은 경우에는 큰 전기 저항으로 되기 때문에 바람직하지 못하다.

또한 직경이 지나치게 큰 경우에는 단자 자체가 커지기 때문에 바람직하지 못하다.

또, 내접속선(11a, 11b)은 소직경 석영 유리관(3)내에 압축 수납되어 있는 카본 와이어에 용이하게 접속이 가능하도록, 그 선단부는 뾰족하게 되어 있다.

또한, 내접속선(11a, 11b) 및 외접속선(12a, 12b)의 단부는 상기 석영 유리체(14)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 홈(14a)에 수납되며, 수납했을 때 내접속선(11a, 11b) 및 외접속선(12a, 12b)의 외주면이 석영 유리체(14)의 외주면에서 너무 돌출되지 않도록 형성되어 있다.

또한, 내접속선(11a, 11b)과 외접속선(12a, 12b)은 홈(14a)에 수납한 상태에 있어서는, 석영 유리체(14)에 의해서 전기적으로 절연되고, 도전박인 Mo(몰리부텐)박(15a, 15b)에 의해서 전기적으로 도통된다.

또, 내접속선(11a, 11b)과 외접속선(12a, 12b)은 도 5에 나타낸 바와 같이, Mo(몰리부텐)박(15a, 15b)의 일면에 소정의 간격을 두고, 그 상부 및 하부에 스폿 용접으로 고정, 접속된다.

상기 스폿 용접은 도 5의 b 방향으로 이루어진다.

상기 내접속선(11a)과 외접속선(12a)이 고정된 상기 Mo(몰리부텐)박(15a, 15b)은 석영 유리체(14)의 외주면을 따르도록 장착되어 있다.

또, Mo박(15a)과 Mo박(15b)은 전기적인 쇼트를 피하기 위해 일정한 간극(S)이 마련되어 있다.

또한, 상기 석영 유리관(13)과의 단부를 폐쇄하여, Mo(몰리부텐)박(15a, 15b)과 외접속선(12a, 12b)의 산화를 방지하기 위한 폐쇄 부재(16)로서, Al₂O₃가루를 주성분으로 한 시멘트 부재가 장전되어 있다.

이 시멘트 부재는 예컨대 알루미나 가루에 물을 첨가하여, 200 ℃에서 건조 고화(固化)한 것이다.

상기한 Mo박(15a, 15b)은 350 ℃ 이상에서 산소 또는 습기와 반응하여 산화물이 되고, 이 산화물로 변화될 때, 체적이 팽창한다.

이 폐쇄 부재(16)는 외기와 차단함으로써, Mo박(15a, 15b)의 체적 팽창을 방지하여, 석영 유리관(13)의 파손을 방지하기 위해서 설치되어 있다.

폐쇄 부재로서, 상기한 시멘트(Al₂O₃질) 부재 이외에, 수지나 SiO₂미분(微粉)을 이용한 시멘트를 사용할 수 있지만, 내열성이나 건조시의 크랙 발생을 억제하는 관점에서 Al₂O₃가루를 주성분으로 한 시멘트 부재를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 실시 형태의 막대형 히터에 있어서의 제조 순서는 원칙적으로 다음과 같다. 즉,

① 소직경의 석영 유리관(3) 내부에의 카본 와이어 발열체(2)의 배치 제조(상기 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부에 있어서의 복수 와이어 카본재(A)와 카본 와이어 발열체(2)와의 접속을 포함한다).

② 내접속선(11a, 11b) 및 외접속선(12a, 12b)을 접속한 밀봉 단자부(10)의 제조.

③ 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부에 수용된 복수의 와이어 카본재(A)에의 밀봉 단자부(10)의 상기 내접속선(11a, 11b)의 관통 접속.

④ U자형의 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 굴곡부의 외측을 상기 일단이 봉해진 대직경의 석영 유리관(4)의 일단이 봉해진 쪽 내부와 용착시킨다.

⑤ 상기 밀봉 단자부(10)의 내접속선 배치측 단부와, 상기 소직경의 석영 유리관(3) 전체를 덮는 일단이 봉해진 대직경의 석영 유리관(4)의 개방단의 용접(이 경우에는, 미리 상기 대직경의 석영 유리 사이의 개방단 부근 측벽에 도시하지 않은 지관(枝管)을 내통하도록 접속해 두고, 이로부터 질소 가스 등을 흘리면서, 산 수소(酸水素) 버너로 용접한다).

⑥ 최종적으로, 상기 도시하지 않은 지관으로부터, 대직경의 석영 유리관(4)및 밀봉 단자부(10) 내부를 1 torr 혹은 2 torr 이하로 감압한 후에, 이 지관의 접속측 단부를 산 수소 버너로 가열하여 봉하는 동시에, 지관을 배제함으로써 행해진다.

상기한 바와 같이 제1 실시 형태에서는, 소직경의 석영 유리관(3)의 개방단부(3a, 3b)내에 와이어 카본재(A)를 압축, 수납하여, 상기 와이어 카본재(A) 중에 상기 카본 와이어 발열체(2)를 수용하는 동시에, 밀봉 단자부(10)의 내접속선(11a, 11b)이 수용되도록 구성되어 있는 점에 특징이 있다.

또, 소직경의 석영 유리관의 개방단부는 수용하는 복수의 와이어 카본재(A)의 가닥수를 늘리고 싶은 경우에는, 소직경의 석영 유리관의 지름보다도 적절하게 큰 직경이 되는 구조로 하여도 좋다.

와이어 카본재(A)를 구성하는 카본 와이어는 미세한 지름의 카본 파이버 다발을 엮은 끈 혹은 꼰 끈 형상으로 엮어 넣은 것이기 때문에, 이 중에는 미량의 습기를 포함하고 있다.

또한 Mo(몰리브덴) 혹은 W(텅스텐) 막대로 이루어지는 내접속선(11a, 11b)은 미량이지만 표면이 산화하고 있다.

더욱이, 도 1의 대직경의 석영 유리관(4)과 석영 유리관(13)을 용접하여 일체화할 때에는, 적잖이 산 수소 버너로부터 산소가 상기 석영 유리관(4, 13) 중에 혼입된다.

그러나, 상기 특정의 구성으로 함으로써, 카본 와이어의 탄소 성분이 환원성 작용을 하여, Mo(몰리부덴), 혹은 W(텅스텐) 막대로 이루어지는 내접속선(11a,11b)의 산화의 증대를 억제할 수 있고, 그 결과, 이에 따른 스파크의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 예컨대 일반적인 유형 탄소 부재를 통해, 발열체와 내접속선을 접속 사용으로 하면, 상기 탄소 부재와 내접속선과의 열팽창 계수의 차에 의해서, 고온하에서 양호한 접속 상태가 유지되지 않는 경우가 있다.

그러나, 제1 실시 형태에서는, 석영 유리관(3)의 단부(3a, 3b)의 축선 방향으로, 대략 평행하게 배열된 복수 가닥의 카본 와이어가 압축 수납된 부분에, 카본 와이어 발열체(2) 및 내접속선(11a, 11b)이 부착되기 때문에, 카본 와이어 발열체(2)에 의해서, 이러한 부분이 고온이 되더라도 이들 접속이 느슨해져 버리는 일이 없고, 양호한 전기적 접속 상태가 유지된다.

또, 카본 와이어 발열체(2)를 이용하고 있기 때문에, 상기 발열체(2)에서부터 상기 석영 유리관을 통해, 세정액, 연마액 등의 금속 오염을 방지할 수 있다.

이어서, 도 7에 기초하여, 제2 실시 형태에 관해서 설명한다.

도 7은 막대형 히터의 사시도이고, 도 1 내지 도 6에 나타낸 부재와 동일하거나 혹은 그에 상당하는 부재는 동일한 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시 형태는 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와 비교해서, 대직경 석영 유리관(4)을 생략한 점에 특징이 있다.

즉, 밀봉 단자부(10)의 석영 유리관(14)은 석영 유리로 이루어지는 2분기 캡(17)에 장치되고, 상기 2분기 캡(17)의 장착부(17a, 17b)에 상기 소직경 석영 유리관(3)의 단부(3a, 3b)가 장착된다.

이 제2 실시 형태에 따른 막대형 히터(1)는 상기 석영 유리관(14)과 2분기 캡(17), 장착부(17a, 17b)와 소직경 석영 유리관(3)의 단부(3a, 3b)를 용접에 의해 결합하여, 일체화한 것이다.

이와 같이, 대직경 석영 유리관(4)이 생략되어 있기 때문에, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태에 비해서, 발열체 봉입부의 열 용량을 작은 것으로 할 수 있어, 열 응답성이 높은 히터를 실현할 수 있다.

또, 소직경 석영 유리관(3)은 도 7(a)에 나타낸 바와 같이 U자형에 특별히 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 U자형의 소직경 석영 유리관(3)의 일단부(3)b의 상측만을 나선형으로 형성한 것이라도 좋고, 또 기타 특수한 형상으로 형성하더라도 좋다.

또, 제2 실시 형태의 막대형 히터에 있어서의 제조 순서는 원칙적으로 다음과 같다. 즉,

② 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부(3a, 3b)의 단에 2분기 캡(17)의 장착부(17a, 17b)를 각각 용접한다(이 경우에는, 미리 상기 2분기 캡(17)의 장착부(17a, 17b)와는 반대측을 도시한 것보다 길게 형성하고, 또 그 단부를 봉한 구조 로 해 두며, 또한 이 2분기 캡(17)의 장착부(17a, 17b)의 부근 측벽에 도시하지 않은 지관을 내통하도록 접속해 둔다.

그리고, 상기 지관으로부터 질소 가스 등을 흘리면서, 산 수소 버너로 용접한다. 그 후에, 도시한 2분기 캡(17)과 같은 형상으로, 장착부(17a, 17b)의 반대측을 절단한다.).

③ 내접속선(11a, 11b) 및 외접속선(12a, 12b)을 접속한 밀봉 단자부(10)의 제조.

④ 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부에 수용된 복수의 와이어 카본재(A)에의 밀봉 단자부(10)의 상기 내접속선(11a, 11b)의 관통 접속.

⑤ 상기 밀봉 단자부(10)의 내접속선 배치측 단부와, 상기 2분기 캡의 장착부(17a, 17b)와 반대측의 단부의 용접(이 경우에는, 상기 ②와 같은 식으로 질소 가스 등을 흘리면서 행한다.).

⑥ 최종적으로, 상기 도시하지 않은 지관으로부터, 상기 소직경의 석영 유리관(3) 및 밀봉 단자부(10) 내부를 1 torr 혹은 2 torr 이하로 감압한 후에, 이 지관의 접속측 단부를 산 수소 버너로 가열하여 봉하는 동시에, 지관을 배제함으로써 행해진다.

이어서, 도 8, 도 9에 기초하여, 제3 실시 형태에 관해서 설명한다.

또, 도 8은 막대형 히터의 측면도이며, 도 9는 도 8에 이용되고 있는 밀봉 단자부의 사시도이다.

또한 도면 중, 도 1 내지 도 7에 나타낸 부재와 동일하거나 혹은 그에 상당하는 부재는 동일한 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시 형태는, 밀봉 단자부의 구성을 보다 간략화한 것이다.

구체적으로 설명하면, 밀봉 단자부(20)를 구성하는 유리관(21)은 즉, 대직경 석영 유리관(4)과 융착하거나 혹은 용접하여 일체화되는 유리관(21)은 대직경 석영 유리관(4)과의 융착측에서부터, 석영 유리부(21a), 그레이디드(Graded) 시일부(21b), 텅스텐(W) 유리부(21c)에 의해서 구성되어 있다.

그리고, 소직경의 석영 유리관(3)내에 압축 수납되어 있는 카본 와이어에 접속되는 텅스텐(W)으로 이루어지는 접속선(22a, 22b)은 텅스텐(W) 유리부(21c)의 핀치 시일부(21d)에 의해 핀치 시일된다.

즉, 핀치 시일부(21d)를, 접속선을 구성하는 텅스텐(W)의 열팽창 계수에 가까운 텅스텐(W) 유리로 형성하는 동시에, 대직경 석영 유리관(4)과의 융착측을 석영 유리로 형성한 점에 특징이 있다.

이와 같이, 핀치 시일부(21d)를, 접속선을 구성하는 텅스텐(W)의 열팽창 계수에 가까운 텅스텐(W) 유리로 형성했기 때문에, 접속선(22a, 22b)의 고온시 열팽창에 따른 유리부(핀치 시일부(21d))의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 막대형 히터를 반도체용 히터로서 이용하는 경우는 고순도의 석영 유리인 대직경 석영 유리관(4)이 이용된다.

그 때문에, 대직경 석영 유리관(4)과 융착되는 석영 유리관(21)(석영 유리부21a)을 대직경 석영 유리관(4)과 동등하거나 혹은 동일한 석영 유리로 함으로써 열팽창에 따른 파손을 방지할 수 있다.

또한 고순도의 석영 유리를 이용함으로써, 금속 오염을 방지할 수 있다.

더욱이, 석영 유리부(21a)와 텅스텐(W) 유리부(21c) 사이에그레디데드(Graded) 시일부(21b)를 형성한 점에도 특징이 있다.

즉, 상기 석영 유리부(21a)와 접하는 쪽을 석영 유리 조성 혹은, 이와 열팽창 계수가 가까운 재료로 하여, 상기 W 유리부(21b)와 접하는 쪽으로 향하게 하여, SiO₂성분과 W 유리 성분이 서서히 변화하고, 상기 열팽창 계수를 W 유리의 그것에 보다 가까워지도록 경사 분포시킨 재료로 이루어지는 그레이디드(Graded) 시일부(21b)를 석영 유리부(21a)와 텅스텐(W) 유리부(21c) 사이에 설치함으로써, 고온시 열팽창에 따른 유리관(21)의 파손을 방지할 수 있다.

이와 같이, 이 실시 형태는 제1 실시 형태의 경우에 비해서, 밀봉 단자부의 구성을 보다 간략화할 수 있고, 그에 따라 부품수의 삭감, 작업 공정수의 삭감이 가능하다.

또한 대직경 석영 유리관(4)과 융착하거나 혹은 용접하여 일체화하는 유리관(21)을, 대직경 석영 유리관(4)과의 융착측에서부터, 석영 유리부(21a), 그레이디드(Graded) 시일부(21b), 텅스텐(W) 유리부(21c)로 하였기 때문에, 고온시 등에 있어서 파손을 극력 방지할 수 있다.

또한, 제3 실시 형태의 막대형 히터에 있어서의 제조 순서는 원칙적으로 다음과 같다. 즉,

② 상기 W 접속선(22a, 22b)을 펀치 시일로 고정한 밀봉 단자부(20)의 제조.

③ 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 양단부(3a, 3b)에 수용된 복수의 와이어 카본재(A)에의 밀봉 단자부(10)의 상기 W 접속선(22a, 22b)의 관통 접속.

④ U자형의 상기 소직경의 석영 유리관(3)의 굴곡부의 외측을 상기 일단이 봉해진 대직경 석영 유리관(4)의 일단이 봉해진 측 내부와 용착시킨다.

⑤ 상기 일단이 봉해진 대직경 석영 유리관(4)의 개방단과 상기 밀봉 단자부(20)의 개방단의 용접(이 경우에는, 미리 상기 대직경 석영 유리관(4)의 개방단 부근 측벽에, 도시하지 않은 지관을 내통하도록 접속해 두고, 이로부터 질소 가스 등을 유입시키면서 산 수소 버너로 용접한다).

⑥ 최종적으로, 상기 도시하지 않은 지관으로부터, 대직경의 석영 유리관(4) 및 밀봉 단자부(20) 내부를 1 torr 혹은 2 torr 이하로 감압한 후에, 이 지관의 접속측 단부를 산 수소 버너로 가열하여 봉하는 동시에, 지관을 배제함으로써 행해진다.

다음에, 도 10 내지 도 12에 기초하여, 제4 실시 형태에 관해서 설명한다.

도 10은 막대형 히터의 일부 측면도이며, 도 11은 도 10에 이용되고 있는 석영 유리체 및 석영 유리관을 나타낸 개략도이다.

도 12는 제조 방법을 나타낸 개략도이다.

또 도면 중, 도 1 내지 도 9에 나타낸 부재와 동일하거나 혹은 그에 상당하는 부재는 동일한 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시 형태는, 속이 찬 석영 유리체(6)의 외주면에 형성된 홈(6a)에 카본 와이어 발열체(2)를 수용한 점에 특징이 있다.

즉, 이 실시 형태의 막대형 히터(1)는 와이어 카본재(A)를 압축 수납한 소직경 석영 유리관(3a, 3b)의 상측에, 카본 와이어 발열체(2)를 수용하는 홈(6a)이 외주면에 형성된 석영 유리체(6)를 일체적 혹은 분리하여 설치하고, 상기 외주면에 카본 와이어 발열체(2)가 장착된 석영 유리체(6)를, 일단이 폐쇄되고 또 타단이 개방된 석영 유리관(4)에 수용하여, 석영 유리체(6)를 석영 유리관(4)으로 덮은 것이다.

또, 도면에는 제3 실시 형태에 나타낸 밀봉 단자(20)를 나타냈지만, 밀봉 단자부는 제1 실시 형태에 나타낸 밀봉 단자(10)를 이용할 수도 있다.

상기 석영 유리체(6)는 도 11(a)에 나타낸 바와 같이, 속이 찬 원주체이며, 그 외주면에는 축선을 따라서 직선형으로 180°의 간격을 두고 2개의 홈(6a)이 설치되어 있다.

이 홈(6a)은 상기 석영 유리체(6)의 꼭대기부에도 형성되며, 카본 와이어 발열체(2)는 1의 홈(6a)에서부터 꼭대기부의 홈(6a)을 지나 다른 홈(6a)으로, 끌려 돌아다니게 된다. 또, 홈(6a)으로서 직선형의 것을 나타냈지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 석영 유리체(6)의 외주면에 있어서 나선형으로 형성되어 있는 것이라도 좋다.

이 나선형의 경우에는, 직선형의 경우에 비해서 발열량을 크게 할 수 있다.

석영 유리관(4)은 제1, 제3 실시 형태에 이용한 것을 이용할 수 있지만, 상기 석영 유리체(6)를 석영 유리관(4)에 수용하였을 때, 반경 방향의 틈이 극력 생기지 않는 것을 이용하는 것이 좋다.

이와 같이, 석영 유리관(4)과 석영 유리체(6) 사이의 틈이 거의 없는 경우에는, 막대형 히터의 기계적 강도가 증대된다.

특히, 상기 석영 유리체(6)의 외주면과 석영 유리관(4)의 내주면이 융착된 경우에는, 막대형 히터의 기계적 강도가 보다 증대된다.

이 융착 방법에 관해서, 도 12에 기초하여 설명한다.

우선, 석영 유리체(6)의 외주면의 홈(6a)에 카본 와이어 발열체(2)를 수용하고, 카본 와이어 발열체(2)의 양단부에, 소직경 석영 유리관(3a, 3b)을 복수의 와이어 카본재(A)를 이용하여 고정한 후에, 이 석영 유리체(6)를 석영 유리관(4)의 개방단부에서부터 삽입한다. 삽입후, 석영 유리관(4)의 외주면의 선단부로부터, 후단부(밀봉 단자부측)를 향하여, 산 수소 버너(30)에 의해서, 1300 ℃ 이상 가열하여, 서서히 연화(軟化), 융착시킨다.

이 때, 석영 유리관(4) 및 석영 유리체(6)는 산 수소 버너(30)에 대하여 회전하는 동시에, 석영 유리관(4) 내부가 100 torr 이하로 감압되고 있기 때문에, 외압에 의해서 석영 유리관(4)은 지름 방향으로 수축하고, 석영 유리관(4)은 석영 유리체(6)와 융착한다.

이와 같이, 석영 유리체(6)와 석영 유리관(4)이 융착에 의해 일체화함으로써, 막대형 히터의 기계적 강도가 보다 증대되어, 파손을 방지할 수 있다.

또한, 제4 실시 형태의 막대형 히터에 있어서의 제조 순서는 원칙적으로 다음과 같다. 즉,

① 석영 유리체(6)의 외주면의 홈(6a)에 카본 와이어 발열체(2)를 수용하고,카본 와이어 발열체(2)의 양단부에, 소직경 석영 유리관(3a, 3b)을 복수의 와이어 카본재(A)를 이용하여 고정한 후에, 이 석영 유리체(6)를 석영 유리관(4)의 개방단부에서부터 삽입한다.

② 상기 석영 유리관(4)의 개방단측에, 이것과 거의 동일한 형태를 갖는 일단이 봉해진 석영 유리관(도시하지 않음)을 가용접한다(이 경우에는, 상기 석영 유리관(4)의 개방단 부근 측벽에 도시하지 않은 지관을 내통하도록 접속해 두고, 이로부터 N₂가스를 흘리면서 산 수소 버너로 용접한다.).

③ 상기 지관으로부터 상기 석영 유리관(4) 내부를 100 torr 이하로 감압하면서 유리관(4)의 외주면의 선단부에서부터, 후단부(밀봉 단자부측)를 향하여, 버너(30)에 의해서, 1300 ℃ 이상 가열하여, 서서히 연화시켜 융착시킨다.

④ 상기 가용접한 일단이 봉해진 석영 유리관을 절단 등에 의해서 배제한다.

⑤ 미리, 전술한 제3 실시 형태와 같은 식으로 제조해 둔 W 접속선(22a, 22b)이 펀치 시일된 밀봉 단자부(20)의 개방단을 상기 석영 유리관의 개방단에 용접한다(이 경우, 상기 지관으로부터 N₂가스를 흘리면서 산 수소 버너로 용접한다.).

또한, 상기 석영 유리체(6)를 구성하는 석영 유리재로서, 그 용융 연화 온도, 즉, 1430 ℃에 있어서의 점성이 3.0×10¹⁰포이즈 이상, 보다 바람직하게는 3.1×10¹⁰내지 3.4×10¹⁰포이즈의 고점성의 석영 유리를 선택하여 사용한다.

상기 석영 유리체(6)를 구성하는 석영 유리에는, 막대형 히터(1)의 지지 부재로서, 고온에서의 안정된 형상 유지성, 즉 소정 온도에서의 내열 변형성을 갖출 필요가 있기 때문이다.

또한, 석영 유리관(4)을 구성하는 석영 유리재는 석영 유리체(6)를 구성하는 석영 유리재와 같은 재질이라도 좋지만, 보다 바람직하게는, 그 점성이 석영 유리체(6)의 점성의 0.05 내지 0.85배, 특히 바람직하게는, 0.35 내지 0.55배의 범위에 있는 저점성의 석영 유리를 사용한다.

이와 같이, 석영 유리체(6)의 고점성 석영 유리에, 석영 유리관(4)의 특정 저점성 석영 유리를 조합시킴으로써, 양자의 융착시에 과도한 변형이 생기지 않고, 더욱이 접합면에 미융착 부분이 생기지 않아 소정 형상으로 일체화할 수 있다.

여기서, 석영 유리관(4)에 이용하는 석영 유리의 점성이 석영 유리체(6)에 이용하는 석영 유리의 점성의 0.05배보다 작은 경우는, 융착시의 점성이 지나치게 낮기 때문에, 석영 유리관(4)의 일부가 석영 유리체(6)의 홈(6a) 내부로 수하(垂下)되어 버려, 홈(6a)내에 수용 배치되어 있는 카본 와이어 발열체(2)와 접촉한다.

그리고, 이 접촉부에 있어서, 석영 유리(SiO₂)와 카본 와이어 발열체(2)의 탄소(C)가 고온에서 반응하여 발열체 자체나 홈(6a)의 석영 유리의 열화를 초래하고, 이 결과, 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 발열 불균일을 일으키거나 하여, 그 내구성을 저하시킨다.

따라서, 석영 유리관(4)에 이용하는 석영 유리의 점성이 석영 유리체(6)에 이용하는 석영 유리의 점성의 0.05배 이상이 바람직하고, 특히, 석영 유리체(6)에 이용하는 석영 유리의 점성의 0.35배 이상이 바람직하다.

또한, 석영 유리관(4)에 이용하는 석영 유리의 점성이 석영 유리체(6)에 이용하는 석영 유리의 점성의 0.85배보다 큰 경우는 완전한 융착에 고온과 장시간이 필요하게 되어, 카본 와이어의 열화를 초래할지도 모른다.

따라서, 석영 유리관(4)에 이용하는 석영 유리의 점성이 석영 유리체(6)에 이용하는 석영 유리의 점성의 0.85배 이하가 바람직하고, 특히, 석영 유리체(6)에 이용하는 석영 유리의 점성의 0.5배 이하가 바람직하다.

또, 상기 제4 실시 형태에 있어서 설명한 융착을 제1, 제3 실시 형태에 적용할 수 있다.

즉, 대직경의 석영 유리관(4)을 소직경의 석영 유리관(3)에 융착시켜 기계적강도를 증대시킬 수 있다.

또한, 도 13(a)에 나타낸 바와 같이 가늘고 긴 평판형의 제1 석영 유리판(31)과, 일면에 카본 와이어 발열체가 수납되는 U자형의 홈(32a)이 형성된 가늘고 긴 평판형의 제2 석영 유리판(32)을 도 13(b)에 나타낸 바와 같이 겹치고, 그 후, 도 13(c)에 나타낸 바와 같이 융착함으로써, 카본 와이어 발열체(2)를 봉입한 발열부를 일체화하고, 상기 카본 와이어 발열체(2)의 양단에 소직경의 석영 유리관(3a, 3b)을 와이어 카본재(A)를 이용하여 고정한 후, W 접속선(22a, 22b)이 핀치 시일된 전술한 제1, 3 실시 형태와 동등한 밀봉 단자부(10)(20)를 같은 식으로 용접하여, 도 13(d)에 나타내는 가늘고 긴 평판형의 막대형 히터로 하여도 좋다.

이와 같이 일체화된 가늘고 긴 평판형의 막대형 히터로 함으로써, 발열부를 보다 높은 강도로 만들 수 있다.

이어서, 도 14에 기초하여, 제5 실시 형태에 관해서 설명한다.

도 14는 제5 실시 형태에 따른 막대형 히터의 일부 단면도이다.

이 실시 형태는 접속선(41a, 41b)을 별개의 공간에 배치한 점에 특징이 있다.

즉, 상기 밀봉 단자부(42)를 구성하는 석영 유리관(43, 43)이 독립적으로 2개 존재하여, 각각이 석영 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부(43a)에 의해서 구성되고, 접속선(41a, 41b)은 텅스텐 유리부로 시일되는 동시에, 상기 석영 유리부(43, 43)가 카본 와이어 발열체(2)를 봉입하는 소직경 유리관(44)과 융착되고 있다.

이와 같이, 밀봉 단자부(42)를 구성하는 석영 유리관(43, 43)을 독립적으로 2개 설치하여, 접속선(41a, 41b)을 별개의 공간에 배치했기 때문에, 접속선(41a, 41b) 사이의 글로우 방전을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 석영 유리관(43, 43)이 석영 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부(43a)에 의해서 구성되어 있기 때문에, 열팽창에 의한 파손을 극력 저감시킬 수 있다. 또, 카본 와이어 발열체(2)를 봉입하고 있는 소직경 유리관(44)을 더욱 대직경 유리관으로덮더라도 좋다. 또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 카본 와이어 발열체(2)를 봉입하는 소직경 유리관(44)의 단부, 즉 와이어 카본재(A)를 수용하는 부분은, 와이어 카본재(A)의 가닥수에 따라서 그 지름을 크게 하더라도 좋다. 또한, 밀봉 단자부(42)를 구성하는 석영 유리관(43, 43)의 양자를 하나의 고정 부재에 고정함으로써, 강고한 구조로 할 수 있다.

제5 실시 형태의 막대형 히터에 있어서의 제조 순서는 원칙적으로 다음과 같다. 즉,

① W(텅스텐)으로 이루어지는 접속선(41a, 41b)의 단부에 W(텅스텐) 유리 막대를 녹여, 그 부분에 W(텅스텐) 유리의 패딩을 실시한다.

② W(텅스텐) 유리가 패딩된 접속선(41a, 41b)을 밀봉 단자부(42)를 구성하는 석영 유리관(43, 43)의 내부에 삽입하고, W(텅스텐) 유리의 패팅부를 석영 유리관(43, 43)의 텅스텐 유리부(43a)에 위치시켜, 융착시킨다.

③ 접속선(41a, 41b)의 단부에 리드선(45)을 은납땜하거나, 혹은 스파크 용접한다. 그 후, 열수축 튜브(46)를 리드선(45)의 하단부에서부터 접속선(41a, 41b)의 단부까지 끌어올린다. 그 후, 열을 가하여, 접속선(41a, 41b)의 단부 및 접속선(41a, 41b)과 리드선(45)과의 접속부를 상기 열수축 튜브(46)로 덮는다. 이로써, 밀봉 단부(42)가 완성된다.

④ 이어서, 소직경 유리관(44) 내부에 카본 와이어 발열체(2)를 배치한다. 또한, 상기 소직경 유리관(44)의 단부에 와이어 카본재(A)에 압축 수납하고, 카본 와이어 발열체(2)의 단부를 와이어 카본재(A) 사이에 수용한다.

⑤ 그리고, 밀봉 단부를 구성하는 하나의 석영 유리관(43)의 개방단을 상기 석영 유리관(44)의 개방단에 용접한다(이 경우, 도시하지 않은 상기 지관으로부터 N₂가스를 흘리면서 산 수소 버너로 용접한다). 같은 식으로, 밀봉 단부를 구성하는 다른 석영 유리관(43)의 개방단을 상기 석영 유리관(44)의 개방단에 용접한다.

⑥ 최종적으로, 상기 도시하지 않은 지관으로부터, 석영 유리관(44) 및 밀봉 단자부 내부를 1 torr 혹은 2 torr 이하로 감압한 후에, 이 지관의 접속측 단부를 산 수소 버너로 가열하여 봉하는 동시에, 지관을 배제함으로써 행해진다.

다음에, 도 15에 기초하여, 본 발명에 따른 판형 히터의 실시 형태에 관해서 설명한다.

도 15에 나타내어져 있는 판형 히터(51)는 가열면이 원형 평판상으로 형성되어 있고, 석영 유리 지지체(52)내에 카본 와이어 발열체(53)가 봉입된 구조로 되어 있다.

상기 카본 와이어 발열체(53)로서는, 복수 가닥의 카본 파이버를 묶은 섬유 다발을 복수 다발 이용하여 와이어형으로 엮어 넣은 것 등이 이용된다. 또한, 상기 카본 와이어 발열체(53)는 석영 유리 지지체(52)면에, 소위 스파이럴 형상으로 배치되어 있다. 그 배선 패턴은 임의로 변경하더라도 좋으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 석영 유리 지지체(52)는 상기 카본 와이어 발열체(53)의 주변부에 실질적으로 속이 빈 공간부(54)가 형성되어 있고, 이 공간부(54)를 빼고서 융착 일체화된 구조로 되어 있다.

이 석영 유리 지지체(52)는 카본 와이어 발열체(53)가 내부에 수용되는 홈을 상면에 형성한 판형 석영 유리 부재(주부재)(52b)와, 상기 홈을 위에서부터 밀봉하기 위한 덮개부를 구성하는 판형 석영 유리 부재(밀봉용 덮개 부재)(52a)로 형성된다.

즉, 석영 유리 지지체(52)는 판형 석영 유리 부재(주부재)(52b)와 덮개부를 구성하는 석영 유리 부재(밀봉용 덮개 부재)(52a)를, 카본 와이어 발열체(53)를 상기 홈 내부에 배치하고, 상기 홈 내부를 비산화(非酸化) 분위기로 한 후, 양쪽 부재의 접합면에서 융착함으로써 제작된다.

상기 카본 와이어 발열체(53)의 구체예로서는, 직경 5 내지 15 μm의 카본 파이버, 예컨대, 직경 7 μm의 카본 파이버를 약 350 가닥 정도 묶은 섬유 다발을 9 다발 정도 이용하여 직경 약 2 mm의 엮은 끈, 혹은 꼰 끈 형상으로 엮어 넣은 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 발열체로서의 고온시의 인장 강도가 확보되고, 또한 카본 파이버의 밀착성이 그 길이 방향에 있어서 균일하게 되며, 따라서 길이 방향에서의 발열 불균일이 저감된다.

여기서, 복수 가닥 묶는 카본 파이버의 각각의 직경을 5∼15 μm로 한 것은, 5 μm 미만에서는 한가닥 한가닥의 파이버가 약하고, 이것을 묶어 소정의 종장형(縱長狀)으로 엮어넣은 발열체로 하기가 곤란하게 된다.

또한, 파이버가 가늘기 때문에, 소정의 저항치를 얻기 위한 파이버 가닥수가 많아져 실용적이지 못하다.

또, 15 μm을 넘는 경우에는, 유연성이 나빠 복수 가닥 묶은 카본 파이버 다발을 엮어넣기가 어려울 뿐만 아니라, 카본 파이버가 절단되어, 강도가 현저히 저하한다고 하는 문제점이 생기기 때문이다.

상기한 경우에 있어서, 와이어의 엮어넣기 스팬은 2 내지 5 mm 정도이며, 카본 파이버에 의한 표면의 보풀은 0.5 내지 2.5 mm 정도이다. 또, 상기 보풀이란, 도 3의 부호 a에 나타낸 바와 같이, 카본 파이버가 절단된 것의 일부가 카본 와이어의 외주면에서부터 돌출된 것이다.

이러한 카본 와이어 발열체와, 후술하는 밀봉 단자를 조합시킴으로써, 상기 카본 와이어 발열체는 상기 석영 유리 지지체과 이 보풀 부분에 의해서 접촉된 구조로 되기 때문에, 고온하에서의 부분적 열화가 방지되어, 길이 방향에서의 발열 불균일이 없고, 결과, 면내 균열성(均熱性)이 우수한 것이며, 또 매우 컴팩트하고 적합한 히터를 제공할 수 있다.

본 발명의 판형 히터(51)에 있어서는, 이러한 카본 와이어 발열체(53)를 복수 가닥 이용하더라도 좋고, 복수 가닥 이용한 경우는, 발열 특성에 관련된 품질을 보다 안정시킬 수 있다.

발열 성상의 균질성, 내구 안정성 등의 관점 및 먼지 발생 회피상의 관점에서, 상기 카본 파이버는 고순도인 것이 바람직하고, 특히, 판형 히터(51)가 반도체 제조 프로세스에 있어서의 웨이퍼 등의 열처리용으로 이용되는 것인 경우에는, 카본 파이버 중에 포함되는 불순물량이 회분(일본공업규격 JISR 7223-1979)으로서 10 ppm 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 3 ppm 이하이다.

이러한 카본 와이어 발열체와 후술하는 밀봉 단자를 조합시킴으로써, 상기 카본 와이어 발열체로부터 밀봉 단자를 구성하는 각 석영 유리로 만든 부재로의 불순물의 열 확산을 방지할 수 있어, 결과적으로, 석영 유리 부재의 투명성 상실 열화를 방지하여, 밀봉 단자의 사용에 있어서 내구성이 강해 수명을 향상시킬 수 있다.

상기 카본 와이어 발열체는 상기 5∼15 μm의 카본 파이버를 100∼800 가닥 묶고, 이 다발을 3 가닥 이상, 바람직하게는 6∼12 가닥 묶어 와이어 형상이나 테이프 형상과 같은 종장형으로 엮어넣은 것이 바람직하다.

카본 파이버를 묶는 가닥수가 100 가닥 미만이면 소정의 강도와 저항치를 얻기 위해서 6∼12 다발로는 모자라게 되어, 엮어넣기가 곤란하다.

또한, 가닥수가 적기 때문에 부분적인 파단에 의해서 엮어넣은 것이 풀려, 형상을 유지하는 것이 곤란하게 된다.

또, 상기 가닥수가 800 가닥을 넘으면, 소정의 저항치를 얻기 위해서 묶는 가닥수가 적어져, 엮어넣기에 의한 와이어 형상의 유지가 곤란하게 된다.

더욱이, 상기 카본 와이어 발열체는 1000 ℃에서의 저항치를 1∼20 Ω/m 가닥으로 하는 것이 바람직하다.

그 이유는, 일반적인 반도체 제조 장치용 가열 장치에 있어서, 종래부터의 트랜스 용량에 매칭시킬 필요가 있기 때문이다.

즉, 저항치가 20 Ω/m 가닥을 넘는 경우에는, 저항이 크기 때문에 히터 길이를 길게 잡을 수 없어, 단자간에 열이 빼앗겨 온도 차이가 일어나기 쉬워진다. 한편, 저항치가 1 Ω/m 가닥 미만인 경우에는, 반대로 저항이 낮기 때문에 히터 길이를 필요 이상으로 길게 잡지 않으면 안되어, 카본 와이어나 카본 테이프와 같은 종장형의 발열체의 조직 불균일이나 분위기 차이에 의해 온도의 변동이 생길 우려가 커진다.

또한, 상기 카본 와이어 발열체의 1000 ℃에서의 전기 저항치는 상기 특성을 보다 높은 신뢰성으로 얻기 위해서는, 2∼10 Ω/m 가닥으로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 카본 와이어 발열체(53)의 단자선(53a, 53b)은, 예컨대 주부재(52b)에 형성된 직경 10 mm의 구멍(52c)으로부터, 히터면(51a)과 수직으로 인출되어 있다.

그리고, 상기 단자선(53a, 53b)은 소직경의 석영 유리관(55a, 55b)내에 수납되고, 상기 단자선(53a, 53b)은 각각 소직경의 석영 유리관(55a, 55b)내 전체에 있어서, 와이어 카본재(A)에 의해서 압축 수납되어 있다.

즉, 카본 와이어 발열체(53)의 단자선(53a, 53b)은 각각 소직경의 석영 유리관(55a, 55b) 내부의 전체에 있어서 이 축선 방향과 거의 평행하게 복수 가닥 배치된 와이어 카본재(A)에 의해서 같은 관내에서 압축 수납되어 있다. 또, 이 압축 수납은 소직경의 석영 유리관(55a, 55b)의 선단 부분에 한정되지 않고, 그 관의 전체에 긴 와이어 카본재(A)가 배치됨으로써 이루어져 있더라도 좋다. 또한, 상기 와이어 카본재(A)로서는 상술한 제1 실시 형태와 동등한 것을 이용할 수 있다.

또한, 상기 소직경의 석영 유리관(55a, 55b)의 외측에는 대직경의 석영 유리관(6)이 배치되고, 그 일단은 카본 와이어 발열체(53)의 단자선(53a, 53b)이 도출되는 구멍(52c)을 둘러싸도록 용접되어, 외기와 폐쇄되도록 고정되어 있다.

또, 대직경 석영 유리관(56)의 측부에는, 카본 와이어 발열체(53)의 산화를 막기 위한 N₂가스를 도입하는 분기관(56a)이 설치되어 있다.

또, 상기 분기관(56a)은 히터 내부 및 단자 내부를 감압할 때에도 이용된다.

다음에, 밀봉 단자(60)에 관해서 설명한다.

밀봉 단자(60)는 소직경 석영 유리관(55a, 55b)내에 수납되어 있는 카본 와이어 발열체(53)의 단자선(53a, 53b)과 접속되는 내접속선(61a, 61b)과, 도시하지 않은 전원에 접속되는 외접속선(62a, 62b)과, 상기 대직경 석영 유리관(56)에 삽입할 수 있는, 혹은 상기 대직경 석영 유리관(56)을 삽입할 수 있는 지름을 갖는 석영 유리관(63)과, 상기 석영 유리관(63)의 내벽과 밀착하여 수납되는 석영 유리체(64)와, 상기 석영 유리체(64)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 홈(도시하지 않음)과, 석영 유리체(64)의 외주면에 유지된 내외 접속선을 전기적으로 접속하는 도전박인 Mo(몰리브덴)박(65a, 65b)과, 상기 석영 유리관(63)의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재(66)로 구성되어 있다.

또한, 상기 대직경 석영 유리관(56)과 석영 유리관(63)은 직경을 동일하게 하여, 각각의 단부면에서 용착할 수도 있다.

또한, 상기 석영 유리체(64)는 속이 찬 것이라도 좋고 또 속이 빈 것이라도 좋다.

여기서, 상기 내접속선(61a, 61b) 및 외접속선(62a, 62b)은 Mo(몰리부텐) 혹은 W(텅스텐) 막대로 이루어지고, 그 직경은 1 mm 내지 3 mm로 형성되어 있다. 상기 내접속선(61a, 61b) 및 외접속선(62a, 62b)의 직경은 필요에 따라서 적절하게 선택할 수 있지만, 직경이 1 mm보다 작은 경우에는, 전기 저항이 높아지게 되기 때문에 바람직하지 못하다.

또 직경이 큰 경우에는 단자 자체가 커지기 때문에 바람직하지 못하다.

또, 내접속선(61a, 61b)은 소직경 석영 유리관(55a, 55b)내에 압축 수납되어 있는 단자선(63a, 63b)에 끼워 넣음으로써 용이하게 접속할 수 있도록, 그 선단부는 뾰족하다.

이 경우, 끼워넣는 깊이는 단자(53a, 53b)와의 물리적 또 전기적 결합성을 양호한 것으로 하기 위해서는 10 mm 이상인 것이 바람직하다.

또한, 내접속선(61a, 61b) 및 외접속선(62a, 62b)의 단부는 상기 석영 유리체(64)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 석영 유리체(64)의 홈(64a)에 수납되며, 수납했을 때 내접속선(61a, 61b) 및 외접속선(62a, 62b)의 외주면이 석영 유리체(64)의 외주면에서부터 너무 돌출되지 않도록 형성되어 있다.

또한, 내접속선(61a, 61b)과 외접속선(62a, 62b)은, 홈(64a)에 수납한 상태에 있어서는 석영 유리체(64)에 의해서 전기적으로 절연되고, 후술하는 도전박인 Mo(몰리부텐)박(65a, 65b)에 의해서 전기적으로 도통된다.

상기 Mo(몰리브덴)박(65a, 65b)은 상기 내접속선(61a)과 외접속선(62a)을 또 상기 내접속선(61b)과 외접속선(62b)을 전기적으로 접속하기 위해서, 석영 유리체(64)의 외주면을 따르도록 장착되어 있다.

또, Mo박(65a)과 Mo박(65b)은 전기적인 쇼트를 피하기 위해서 일정한간격(S)이 설치되어 있다.

또, 도전박으로서, Mo박을 이용하고 있는데, 이 밖에 텅스텐(W)박 등을 이용할 수 있지만, Mo박을 이용하는 것이 이 높은 유연성의 점에서 바람직하다.

또한, 상기 석영 유리관(63)과의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재(66)로서, Al₂O₃가루를 주성분으로 한 시멘트 부재가 장전되어 있다.

이 시멘트 부재는 알루미나 가루에 물을 첨가하고, 200 ℃에서 건조하여 고화(固化)시킨 것이다.

상기한 Mo박(65a, 65b)은 350 ℃ 이상에서 산소 또는 습기와 반응하여 산화물로 되고, 이 산화물로 변화될 때, 체적 팽창한다.

이 폐쇄 부재(66)는 외기와 차단함으로써, Mo박(65a, 65b)의 체적 팽창을 방지하여, 석영 유리관(63)의 파손을 방지하기 위해서 설치되어 있다.

폐쇄 부재로서, 상기한 시멘트(Al₂O₃질) 부재 이외에, 수지나 SiO₂미분을 이용한 시멘트를 사용할 수 있지만, 내열성이나 건조시의 크랙 발생을 억제하는 관점에서 Al₂O₃가루를 주성분으로 한 시멘트 부재를 이용하는 것이 바람직하다.

이어서, 이 밀봉 단자(60)의 제조 방법에 관해서 설명한다.

우선, 소정의 열처리에 의해 발생 가스를 제거한 Mo박(65a)과 내접속선(61a) 및 외접속선(62a)을 스폿 용접한다.

즉, 외접속선(62a), 내접속선(61a)과 폭 8 mm 두께 35 μm의 Mo박(65a)을 접속, 고정한다.

같은 식으로, Mo박(65b)과 내접속선(61b) 및 외접속선(62b)을 스폿 용접한다.

그리고, 상기 접속된 외접속선(62a), 내접속선(61a)이 상기 석영 유리체(64)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 홈에 수납되도록 조립한다.

그리고, 이 조립된 석영 유리체(64)를 탈기하기 쉽도록 최종 밀봉 단자의 길이보다 길게 성형한 석영 유리관(63)의 내부에 삽입한다.

삽입후, 석영 유리체(64)가 위치하는 부분을, 상기 석영 유리관(63)의 외측에서부터 산 수소산 버너로 가열하여, 석영 유리관(63)을 연화시킨다.

이 때, 상기 석영 유리관(63)의 내부는 감압되어 있기 때문에, 대기압에 의해서 석영 유리관(63)은 석영 유리체(64)와 밀착하는 동시에, 융착된다.

그리고, 상기 석영 유리관(63)의 외접속선(62a)측의 단부에 시멘트 부재(66)를 장전하여, 폐쇄한다.

상기 시멘트 부재(66)를 건조 고화시킨 후, 상부에서부터 진공 펌프에 의해 탈기하여, 길게 만든 석영 유리관(63)의 내부를 진공으로 한다.

이상의 공정에 의해서 제조된 밀봉 단자에서는 내접속선(61a, 61b)측과 외접속선(62a, 62b)측과의 사이에 있어서 가스 등이 누설되는 일없이, 내접속선(61a, 61b)측과 외접속선(62a, 62b)측이 분리된다.

이어서, 상기 제조 방법에 의해서 제작된 밀봉 단자를 판형 히터(51)에 부착하는 방법에 관해서 설명한다.

1) 우선, 분기관(56a)에 N₂를 흘리면서 대직경 석영 유리관(56)을 석영 유리지지체(52)를 구성하는 주부재(52b)에 용접, 부착한다.

이 때, 깨어짐 방지를 위해 적절하게 어닐링 처리를 한다.

2) 소직경 석영 유리관(55a, 55b) 중에 끈을 이용하여 복수의 와이어형 카본의 단자선(53a, 53b)을 인장하여 넣는다.

그리고, 이 소직경 석영 유리관(55a, 55b)을 주부재(52c)의 장착용 구멍(52c)에 삽입한다.

또, 와이어형 카본의 단자선(53a, 53b)은 소직경 석영 유리관(55a, 55b)의 내부 전체로 유도하여 복수의 와이어 카본재(A)에 의해서 압축 수납된다.

이로써, 스파크 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

3) 각 부재를 도 15와 같이 배치하여, 분기관(56a)으로부터 N₂가스를 도입하여 카본 와이어 발열체(53), 단자선(53a, 53b)의 산화를 방지하면서, 주부재(52a)의 하부에, 대직경 석영 유리관(56)을 용접한다.

4) 대직경 석영 유리관(56)의 아래에서부터, 상기한 방법에 의해 제작된 밀봉 단자(60)를 삽입하여, 내측 접속선(61a, 61b)을 상기 단자선(53a, 53b)에 끼워넣고, 전기적으로 접속한다.

5) 분기관(56a)으로부터 N₂를 도입하면서, 대직경 석영 유리관(56)과 밀봉 단자 접합 부분을 융착함으로써, 밀봉 단자를 부착한다.

6) 그 후, 분기관(56a)으로부터 진공 탈기하여, 히터 내부를 감압한다.

그 후, 분기관(56a)을 화염으로 뭉쳐 밀봉 부착하여, 분기관(56a)을 취함으로써, 밀봉 단자(60)의 장착이 완료된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 히터는, 카본 와이어 발열체를 이용하고 있기 때문에, 반도체 제조 공정 등에 이용하여도, 세정액, 연마액 등을 금속 오염시키는 것을 방지할 수 있고, 더구나 기계적 강도가 강하여, 세정액, 연마액을 수용하는 액체 저장층에 직접 넣더라도 파손을 극력 방지할 수 있으므로, 세정액, 연마액을 수용하는 액체 저장층에 직접 넣어, 액체를 승온시키는 데에 적합하다.

특히, 상술한 소정의 카본 와이어 발열체를 소정의 석영 유리체로 진공으로 둘러싼 구조에 의하면, 보다 급속한 온도의 승강 제어를 가능하게 하고, 또한 히터의 길이 방향이 균일한 발열을 가능하게 하며, 더구나 사용에 있어서 내구성이 강해 수명이 긴 막대형, 판형 히터를 제공할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 각 부재에 석영 유리를 이용한 경우에 관해서 설명했지만, 사용 목적, 용도에 따라서, 고규산 유리(high sillca glass), 붕규산 유리(borosilicate glass), 알루미노규산 유리(alumlnosilicate glass), 소다 석회 유리(sula-lime glass), 납유리(lead glass)를 이용할 수 있다. 상기 유리로 이루어지는 부재는, 예컨대 반도체 웨이퍼의 세정 공정 혹은 연마 공정에서 이용되는 각종 액체를 저온도(예컨대 100 ℃ 이하)로 가열, 제어할 때의 히터 부재로서 이용할 수 있다.

Claims

대직경 유리관과,

상기 대직경 유리관내에 봉입되며 양단부를 갖는 카본 와이어 발열체와,

압축된 와이어 카본 부재가 충전되고 이 압축된 와이어 카본 부재가 상기 카본 와이어 발열체의 양단부를 협지하는 상태의 소직경 유리관부와,

상기 압축된 와이어 카본 부재에 협지된 전력 공급용 접속선을 갖는 밀봉 단자부를 포함하며,

상기 접속선과 상기 카본 와이어 발열체는 상기 와이어 카본 부재를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
양단부를 갖는 카본 와이어 발열체와,

압축된 와이어 카본 부재가 충전되어 이 압축된 와이어 카본 부재가 상기 카본 와이어 발열체의 양단부를 협지하여 상기 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 유리관부와,

상기 압축된 와이어 카본 부재에 협지된 전력 공급용 접속선을 갖는 밀봉 단자부를 포함하며,

상기 접속선과 상기 카본 와이어 발열체는 상기 와이어 카본 부재를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 대직경 유리관 및 소직경 유리관은 모두 석영 유리재로 이루어지는 것인 히터.
판형 유리체와,

상기 판형 유리체내에 봉입되며 양단부를 갖는 카본 와이어 발열체와,

압축된 와이어 카본 부재가 충전되고 이 압축된 와이어 카본 부재가 상기 카본 와이어 발열체의 양단부를 협지하는 상태의 소직경 유리관부와,

상기 압축된 와이어 카본 부재에 협지된 전력 공급용 접속선을 갖는 밀봉 단자부를 포함하며,

상기 접속선과 상기 카본 와이어 발열체는 상기 와이어 카본 부재를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제4항에 있어서, 상기 판형 유리체는 석영 유리재로 이루어지는 것인 히터.
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이어 카본 부재와 상기 카본 와이어 발열체는 압축 형태로 유지되어 상기 소직경 유리관부의 축선에 거의 평행하게 연장되는 것인 히터.
제6항에 있어서, 상기 와이어 카본 부재와 상기 카본 와이어 발열체는 각각 복수의 카본 섬유를 묶어 한가닥의 카본 섬유 다발로 하고 그와 같은 카본 섬유 다발을 복수 가닥 엮어서 이루어지는 엮은 끈 또는 꼰 끈인 것인 히터.
제6항에 있어서, 상기 소직경 유리관부는 한가닥 또는 여러 가닥의 카본 와이어 발열체를 수용하며, 복수 가닥의 와이어 카본 부재로 충전되어 있는 것인 히터.
제8항에 있어서, 상기 와이어 카본 부재와 상기 카본 와이어 발열체는 서로 동일한 구성 재료에 의해서 형성되고, 상기 와이어 카본 부재의 수는 상기 카본 와이어 발열체의 5배 이상인 것인 히터.
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 단자부는 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부를 포함하는 유리관으로 구성되고, 상기 접속선은 텅스텐 유리부로 핀치 시일되며, 상기 유리부는 상기 소직경 혹은 대직경 유리부에 융착되는 것인 히터.
삭제
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 단자부는 카본 와이어 발열체와 전기적으로 접속되는 내접속선과, 전력이 공급되는 외접속선과, 상기 내접속선과 상기 외접속선을 각각 유지하는 복수의 홈이 외주면에 형성된 유리체와, 상기 내접속선과 상기 외접속선을 전기적으로 접속하는 도전박(導電箔)과, 상기 내접속선과 상기 외접속선의 선단부가 상기 유리체로부터 돌출된 상태로 내부에 수납하는 동시에 상기 유리체의 외주면과 융착되는 유리관과, 상기 유리관의 일단부를 폐쇄하는 폐쇄부로 구성되고,

상기 유리관의 타단부는 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경 유리관과 융착되는 것인 히터.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소직경 유리관부는 상기 카본 와이어 발열체를 봉입하는 U자형 혹은 나선형의 소직경 유리관과 일체물인 것인 히터.
제14항에 있어서, 상기 소직경의 유리관부와 카본 와이어 발열체를 봉입하는 U자형 혹은 나선형의 소직경의 유리관을 대직경의 유리관으로 덮은 것인 히터.
제1항에 있어서, 상기 카본 와이어 발열체를 수용하는 홈이 외주면에 형성된 속이 찬 유리체의 아래쪽에, 상기 와이어 카본 부재가 압축 수납된 소직경 유리관을 일체 혹은 분리하여 배치하며, 상기 외주면에 카본 와이어 발열체가 부착된 속이 찬 유리체와 소직경 유리관을 대직경의 유리관으로 덮고, 상기 속이 찬 유리체의 외주면과 대직경 유리관이 융착되는 것인 히터.
제16항에 있어서, 상기 대직경 유리관, 소직경 유리관 및 속이 찬 유리체는 석영 유리재로 이루어지는 것인 히터.
제1항에 있어서, 상기 카본 와이어 발열체를 봉입하는 홈이 일면에 형성된 가늘고 긴 평판형의 제1 유리체와, 제1 유리체와 융착되어 상기 홈을 폐쇄하는 제2 유리체에 의해서 구성되는 것인 히터.
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 단자부를 구성하는 유리관이 독립적으로 2개 존재하여, 각각이 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부에 의해서 구성되며, 접속선은 텅스텐 유리부로 시일되는 동시에, 상기 유리부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경 유리관과 융착되는 것인 히터.
삭제
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 유리체는 복수의 판형 혹은 만곡 판형의 유리를 대향면에서 융착 일체화시킨 것으로, 적어도 하나의 판형 유리체의 일면에 배선용 홈을 형성하고 거기에 카본 와이어 발열체를 배치하여, 이 배선용 홈 이외의 면 부분에서 다른 판형 유리체와 융착 일체화되어 있는 것인 히터.
제3항에 있어서, 상기 밀봉 단자부는 석영 유리재로 이루어진 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부를 포함하는 유리관으로 구성되고, 상기 접속선은 텅스텐 유리부로 핀치 시일되는 동시에 상기 석영 유리재로 이루어진 유리부는 상기 소직경 혹은 대직경 유리부에 융착되는 것인 히터.
제5항에 있어서, 상기 밀봉 단자부는 석영 유리재로 이루어진 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부를 포함하는 유리관으로 구성되고, 상기 접속선은 텅스텐 유리부로 핀치 시일되는 동시에 상기 석영 유리재로 이루어진 유리부는 상기 소직경 혹은 대직경 유리부에 융착되는 것인 히터.
제3항에 있어서, 상기 밀봉 단자부는 카본 와이어 발열체와 전기적에 접속되는 내접속선과, 전력이 공급되는 외접속선과, 상기 내접속선과 상기 외접속선을 각각 유지하는 복수의 홈이 외주면에 형성된 석영 유리재로 이루어진 유리체와, 상기 내접속선과 상기 외접속선을 전기적으로 접속하는 도전박과, 상기 내접속선과 상기 외접속선의 선단부가 상기 유리체로부터 돌출된 상태로 내부에 수납하는 동시에 상기 유리체의 외주면과 융착되는 유리관과, 상기 유리관의 일단부를 폐색하는 폐색부로 구성되고, 상기 유리관의 타단부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경 유리관과 융착되는 것인 히터.
제5항에 있어서, 상기 밀봉 단자부는 카본 와이어 발열체와 전기적으로 접속되는 내접속선과, 전력이 공급되는 외접속선과, 상기 내접속선과 상기 외접속선을 각각 유지하는 복수의 홈이 외주면에 형성된 석영 유리재로 이루어진 유리체와, 상기 내접속선과 상기 외접속선을 전기적으로 접속하는 도전박과, 상기 내접속선과 상기 외접속선의 선단부가 상기 유리체로부터 돌출된 상태로 내부에 수납하는 동시에 상기 유리체의 외주면과 융착되는 유리관과, 상기 유리관의 일단부를 폐색하는 폐색부로 구성되고, 상기 유리관의 타단부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경 유리관과 융착되는 것인 히터.
제3항에 있어서, 상기 밀봉 단자부를 구성하는 유리관이 독립하여 2개 존재하고, 각각이 석영 유리로 이루어진 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부에 의해 구성되며, 접속선은 텅스텐 유리부로 시일되는 동시에 상기 석영 유리로 이루어진 유리부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경의 석영 유리로 이루어진 유리관과 융착되는 것인 히터.
제5항에 있어서, 상기 밀봉 단자부를 구성하는 유리관이 독립하여 2개 존재하고, 각각이 석영 유리로 이루어진 유리부, 그레이디드 시일부, 텅스텐 유리부에 의해 구성되며, 접속선은 텅스텐 유리부로 시일되는 동시에 상기 석영 유리로 이루어진 유리부가 카본 와이어 발열체를 봉입하는 소직경 혹은 대직경의 석영 유리로 이루어진 유리관과 융착되는 것인 히터.