(57)【要約】  本発明の一実施形態は加熱素子構造体である。第１のトレイが、内側境界と外側境界を有する。内側境界と外側境界はスペースを決める。第１のトレイに取り付けられかつ内側境界を取り囲む第１の加熱素子が、電源が投入されたときに発熱する。加熱素子は、ある温度範囲内でそのスペース内で膨張する。
2008534893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペースを決める内側境界と外側境界を有する第１のトレイと、
電源が投入されたときに発熱する、前記第１のトレイに取り付けられかつ前記内側境界を取り囲む第１の加熱素子あって、ある温度範囲内で前記スペース内で膨張する、第１の加熱素子と
を含む加熱装置。
【請求項２】
前記第１のトレイが、
前記内側境界を決めるリングであって、前記内側境界の近くで離間された複数のスロットを有するとともにある高さを有し、前記複数のスロットが、前記加熱素子が発熱したときに熱を伝達する、リングと、
前記リングの前記内側境界に取り付けられかつ前記外側境界を決め、柱を取り付けるための切欠部を有するディスクとを含む請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記第１の加熱素子が、垂直スペースを有するリングの高さに対応するワイヤ形状を有しかつ前記複数のスロットを取り囲むワイヤを含む請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記ワイヤ形状が、螺旋形状、固体形状、平面形状のうちの１つである請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記スペースが、０．１インチ（０．３ｃｍ）〜２５インチ（６４ｃｍ）のサイズを有する請求項１に記載の加熱装置。
【請求項６】
第２のトレイが前記第１のトレイの上方または下方に積層され、前記第１の加熱素子を前記第２のトレイ内の第２の加熱素子に接続するために、柱の箇所で前記第１の加熱素子の第１の端部に取り付けられた接続導体をさらに含む請求項５に記載の加熱装置。
【請求項７】
第２のトレイが前記第１のトレイの上方または下方に積層され、前記第１の加熱素子を前記第２のトレイ内の第２の加熱素子に接続するために、柱の箇所で前記第１の加熱素子の第１の端部に取り付けられる電力導体であって、電源に接続する電力導体をさらに含む請求項５に記載の加熱装置。
【請求項８】
スペースを決める内側境界と外側境界を有する第１のトレイを形成するステップと、
電源が投入されたときに発熱し、ある温度範囲内で前記スペース内で膨張する第１の加熱素子を、前記内側境界を取り囲むように前記第１のトレイに取り付けるステップと
を含む加熱装置を製造する方法。
【請求項９】
前記第１のトレイを形成することが、
前記内側境界を決めるリングであって、前記内側境界の近くで離間された複数のスロットを有するとともにある高さを有し、前記複数のスロットが、前記加熱素子が発熱したときに熱を伝達する、リングを形成するステップと、
柱を取り付けるための切欠部を有するとともに前記外側境界を決めるディスクを、前記リングの前記内側境界に取り付けるステップとを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の加熱素子を取り付けるステップが、垂直スペースを有するリングの高さに応じたワイヤ形状を有しかつ前記複数のスロットを取り囲むワイヤを取り付けることを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ワイヤ形状が、螺旋形状、固体形状、平面形状のうちの１つである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記スペースが、０．１インチ（０．３ｃｍ）〜２５インチ（６４ｃｍ）のサイズを有する請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
第２のトレイが前記第１のトレイの上方または下方に積層され、前記第１の加熱素子を第２のトレイ内の第２の加熱素子に接続するために、前記柱の箇所で前記第１の加熱素子の第１の端部に接続導体を取り付けるステップとをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２のトレイが前記第１のトレイの上方または下方に積層され、前記第１の加熱素子を第２のトレイ内の第２の加熱素子に接続するために、前記柱の箇所で前記第１の加熱素子の第１の端部に電力導体を取り付けるステップと、
前記電力導体を電源に接続するステップとをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
シールドと、
前記シールドで囲まれた絶縁層と、
前記絶縁層で囲まれた加熱コアとを含む炉であって、前記加熱コアが複数の加熱素子構造体を含み、前記加熱素子構造体のそれぞれが、
スペースを決める内側境界と外側境界を有する第１のトレイと、
電源が投入されたときに発熱する、前記第１のトレイに取り付けられかつ前記内側境界を取り囲む第１の加熱素子とを含み、前記加熱素子がある温度範囲内で前記スペース内で膨張する、炉。
【請求項１６】
前記第１のトレイが、
前記内側境界を決めるリングであって、前記内側境界の近くで離間された複数のスロットを有するとともにある高さを有し、前記複数のスロットが、前記加熱素子が発熱したときに熱を伝達する、リングと、
柱を取り付けるための切欠部を有し、前記リングの前記内側境界に取り付けられかつ前記外側境界を決めるディスクと
を含む請求項１５に記載の炉。
【請求項１７】
前記第１の加熱素子が、垂直スペースを有する前記リングの高さに応じたワイヤ形状を有しかつ前記複数のスロットを取り囲むワイヤを含む請求項１６に記載の炉。
【請求項１８】
前記ワイヤ形状が、螺旋形状、固体形状、平面形状のうちの１つである請求項１７に記載の炉。
【請求項１９】
前記スペースが、０．１インチ（０．３ｃｍ）〜２５インチ（６４ｃｍ）のサイズを有する請求項１５に記載の炉。
【請求項２０】
前記加熱素子構造体のそれぞれが、
第２のトレイが前記第１のトレイの上方または下方に積層され、前記第１の加熱素子を前記第２のトレイ内の第２の加熱素子に接続するために、前記柱の箇所で前記第１の加熱素子の第１の端部に取り付けられた接続導体をさらに含む請求項１９に記載の炉。
【請求項２１】
前記加熱素子構造体のそれぞれが、
第２のトレイが前記第１のトレイの上方または下方に積層され、前記第１の加熱素子を第２のトレイ内の第２の加熱素子に接続するために、前記柱の箇所で前記第１の加熱素子の第１の端部に取り付けられた電力導体であって、電源に接続する電力導体をさらに含む請求項１９に記載の炉。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願）
本特許出願は、「効率的発熱を有し、機械的安定性を有する加熱素子（Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｗｉｔｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｈｅａｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）」という名称の米国仮出願第６０／６４６，３８３号、出願日２００５年１月２４日の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明の実施態様は、炉の分野に関し、より詳細には、炉内の加熱素子構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
炉は一般に、加熱素子として抵抗線を使用している。炉を使用した多くの応用例が、温度変化に応答しかつある時間にわたって均一温度を保つためにヒータを必要とする。抵抗線は一般に、その寿命の間に多くの熱サイクルを受ける。抵抗線は、長期にわたって高温にさらされるため、膨張したり、成長したり、あるいは伸長したりする。これらのワイヤは、機械的安定性のためにいくつかの固定点にセラミック・セパレータでしっかりと保持されていると、これらの固定点から膨張すなわち伸長して、初期故障すなわち断線の原因となりうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
信頼性のある線状加熱素子を提供する既存の技法には、いくつかの欠点がある。一技法では、セラミック・セパレータを使用して線状加熱素子を拘束し、セパレータ内にワイヤ伸長用のスペースを設ける。この技法は、絶縁体層に埋め込まれた複数のセパレータを使用する必要があり、組立てを困難にするとともにコストを増大させることになる。さらに、その技法では、伸長がセパレータ内に限定される。他の技法では、いくつかのアンカを使用してワイヤを固定する。アンカは、放射状の固定溝を有するアンカ切欠部に取り付けられる。この技法は、特別に設計されたアンカとアンカ切欠部を使用する必要がある。それはまた、伸長を溝内に限定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施態様は、加熱素子の構造体である。第１のトレイが、内側境界と外側境界を有する。内側境界と外側境界でスペースを決める。第１のトレイに取り付けられかつ内側境界を取り囲む第１の加熱素子が、電源が投入されたときに発熱する。加熱素子は、ある温度範囲内でそのスペースにおいて膨張する。
【０００６】
下記の説明では、多くの特定の詳細が示される。しかし、本発明の実施態様は、そうした特定の詳細なしに実施されうることが理解されよう。他の例では、周知の回路、構造、および技法は、この説明に対する理解を曖昧にしないように示されていない。
【０００７】
本発明の一実施態様は、通常はフローチャート、流れ図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスと称される場合がある。フローチャートは、動作を逐次プロセスとして記載することができるが、動作のうちの多くは、並行にすなわち同時に実施されることがる。さらに、動作の順番は、並べ替えることができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了する。プロセスは、方法、プログラム、手順、製造または製作の方法などに対応することができる。
【０００８】
本発明の一実施態様は、炉で使用される加熱素子構造体である。炉は、水平または垂直に配置される。炉は、加熱コアを含む。加熱コアは、互いに積層されたいくつかの加熱素子の構造体を有する。加熱素子構造体のそれぞれは、トレイと、トレイの周囲に配置された加熱素子とを含む。トレイには、いくつかの実施態様が考えられる。一実施態様では、トレイはリングとディスクを含む。リングは、加熱素子が発熱したときに効率的な熱伝達をもたらすように、いくつかのスロットまたは孔を有する。ディスクは、リングに取り付けられており、加熱素子が長期にわたって高温にさらされたときに加熱素子の膨張すなわち伸長を許容する水平スペースおよび垂直スペースの少なくとも一方を備えている。加熱素子構造体は、効率的な発熱と機械的安定性とをもたらす。加熱素子の成長を許容するスペースを設けることにより、加熱素子の寿命が延びて、初期故障を防止することができる。さらに、加熱素子構造体は構成するのが簡単であるので、加熱コアを容易に構成することができ、組立てコストが低減する。トレイ・組立体はまた、加熱コア内の加熱素子に信頼性の高い機械的支持を提供する。
【０００９】
本発明の実施態様は、下記説明と本発明の実施態様を説明するために使用される添付図面とを参照することにより、最も良く理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態が実施されるシステム１００を示す図である。システム１００は、熱設計または制御応用で発熱するように使用される拡散面を示す。システム１００は、シールド１１０、絶縁層１２０、加熱コア１３０、蓋１４０、下部リング１５０、電源１６０を含む。システム１００は、上記構成要素より多くても少なくてもよいことに留意されたい。
【００１１】
シールドすなわちシェル１１０は、加熱コア１３０を収容するまたは囲むためのハウジングまたは筐体である。ステンレス鋼で製作されている。それは、加熱コア１３０の上端部を遮蔽するための上端部リング１１２と側部シールド１１４とを含む。一般にシールド１１０は、円筒、卵形筒または楕円筒の形状を有する。シールド１１０は、電力導体(power bar)や熱電対を機械的・電気的に支持するための構造、部品、または素子を有してもよい。
【００１２】
絶縁層１２０は、加熱コア１３０を絶縁する。絶縁層１２０は、頂部絶縁層１２２と側部絶縁層１２４を含む。絶縁層１２０は、高い耐熱性があり、低い熱膨張率を有し、低い熱伝達率を有し、かつその特性を長期にわたって維持する任意材料で製作される。そのような材料の一例が、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と二酸化ケイ素すなわちシリカ（ＳｉＯ2）との混合物である。当業者によって知られるように、上記の望ましい特性を有する他の絶縁材料が使用されてもよい。
【００１３】
加熱コア１３０は、コアの内側に置かれた対象物１３５を発熱させる。対象物１３５は、予め決めたある温度範囲で加熱される必要がある対象物、構造、素子、または構成要素である。一実施形態では、対象物１３５は半導体ウェハである。温度範囲は、必要に応じて２５℃から１７００℃までの任意の適切な範囲とすることができる。例えば、半導体ウェハ応用の場合、温度範囲は、５００℃〜１２００℃とすることができる。加熱コア１３０は、電源１６０に接続するための電力導体を備える。加熱コア１３０は、加熱コア１３０内のいくつかのゾーンに熱を供給する。加熱ゾーンは、炉の要件や仕様に応じて異なる温度範囲を有することができる。電力導体は、加熱ゾーンに対応するように割り当てられる。
【００１４】
蓋１４０は、熱損失を低減するまたは最小限に抑えるために、加熱コア１３０の上端部を密閉し、頂部リング１１２に対する緊密な機械的嵌合を可能にする。底部リング１５０は、加熱コア１３０を機械的に支持する。
【００１５】
電源１６０は、電源が投入されたときに加熱コアに電力を供給して発熱させる。電源１６０は、電力導体を介して加熱コア１３０に接続される。電源１６０は、加熱コア１３０に対する電流および／または電圧の量を制御する電力コントローラ１６５を備えいる。個々の電力導体を介して異なる量の電流または電圧を受けることにより、加熱コア１３０は、対応する加熱ゾーンに異なる熱プロファイルを生成することができる。
【００１６】
図２は、本発明の一実施形態による加熱コア１３０を示す図である。図２は、接続導体すなわち電力導体なしの加熱コア１３０の断面を示す。加熱コア１３０は、複数の加熱素子構造体２１０1〜２１０Nを含む。
【００１７】
加熱素子構造体２１０1〜２１０Nは、互いに位置合せされ積層されている。一実施形態では、炉１００は縦型炉である。したがって、加熱素子構造体２１０1〜２１０Nは、垂直方向に積層されている。垂直配置の場合、考慮すべき点は、加熱コア１３０の底部にある加熱素子構造体（例えば加熱素子構造体２１０Nや２１０N-1）が、それらの上のすべての加熱素子構造体の重量を支えるように確実に設計されることである。加熱素子構造体の数Ｎは、用途や加熱領域内に分割されたゾーンの数に応じて変わる。
【００１８】
一般に、加熱素子構造体２１０1〜２１０Nは、類似の形状と構築スタイルを有する。したがって、加熱コア１３０の構造と組立体は、大幅に簡略化される。加熱素子構造体２１０k（ｋ＝１，．．．，Ｎ）は、トレイ２２０kと、トレイ２２０kに取り付けられる加熱素子２３０kとを含む。加熱素子２３０kは、電源が投入されたときに発熱する。絶え間ない加熱により、加熱素子２３０kは、長期にわたって膨張すなわち伸長する。トレイ２２０kの構造により、垂直寸法のスペース２４２kと水平寸法のスペース２５０kは、加熱素子２３０kの膨張すなわち伸長を可能とする。これによって、加熱素子２３０kの寿命を縮める可能性がある加熱素子２３０kの変形あるいは加熱素子２３０kに対する構造的および／または機械的損傷を防止することができる。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態による、図２に示した加熱素子構造体２１０の上面を示す図である。加熱素子構造体２１０は、トレイ２２０と加熱素子２３０を含む。下付き文字のｋは、明瞭にするために削除されている。
【００２０】
トレイ２２０は一般に、図１に示したシールド１１０と絶縁層１２０によって形成されたハウジングの内側に適合する円形、卵形、または楕円形を有する。トレイ２２０は、内側境界すなわち内周３１２と外側境界すなわち外周３１６を有する。内側境界と外側境界は、スペース２４０を決めている。スペース２４０は、用途、温度範囲、加熱素子の材料、加熱素子の熱膨張率、その他の機械的および／または電気的パラメータに応じて、０．１インチ（０．３ｃｍ）〜２５インチ（６４ｃｍ）のサイズまたは距離を有している。
【００２１】
加熱素子２３０は、電源が投入されたときに発熱するように、トレイ２２０に取り付けられ、かつ内側境界３１２を取り囲む。加熱素子２３０は、ある温度範囲内でスペース２４０、２４２の少なくとも一方において膨張すなわち伸長することができる。本質的には、スペース２４０、２４２は、水平方向にも垂直方向にもあるいは３次元空間においても膨張を許容する。加熱素子２３０は、あるワイヤ形状を有するワイヤとすることができる。ワイヤ形状は、螺旋形状、固体形状、平面形状のうちの１つとすることができる。螺旋形状は、大きな表面積に高ワット密度なしの高ワット数を与える。加熱応用の場合、ワイヤ２３０は、長期にわたって膨張すなわち伸長する。ワイヤ２３０は、高温にさらされた後、その元の長さに戻ることはなく、温度サイクルとともに連続的に成長する。スペース２４０、２４２は、長期にわたって成長または膨張するワイヤ２３０に十分な余地を提供する。これは、ワイヤ２３０の初期故障を防止する。加熱素子２３０は、任意適切な発熱用材料で製作される。一般的に使用される材料は、カンタル（Ｋａｎｔｈａｌ）、ニクロタル（Ｎｉｋｒｏｔｈａｌ）、スーパーカンタル（Ｓｕｐｅｒ−Ｋａｎｔｈａｌ）、ケイ化モリブデン（Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  Ｄｉｓｃｉｌｉｃｉｄｅ）などとすることができる。この材料は、１０００℃で約１５Ｅ−６［Ｋ-1］の熱膨張率を有することができる。
【００２２】
図４Ａは、本発明の一実施形態による、図３に示したトレイ２２０を示す図である。トレイ２２０は、リング４１０、ディスク４２０を含む。
【００２３】
リング４１０は、内側境界３１２を決め、リング高さ４１４を有する。リング４１０は、内側境界３１２の近くで離間された複数のスロットまたは孔４１２を有する。一般にスロット４１２は、均一な熱伝達をもたらすように等距離で離される。加熱素子２３０は、複数のスロット４１２の近くに配置されるかまたはそれらを取り囲む。明瞭にするために、加熱素子２３０は、図４に部分的にしか示されていない。リング高さ４１４は、ワイヤの上方に膨張を許容するスペース２４２が存在するように、加熱素子２３０の直径またはサイズに適するように選択される。スペース２４２のサイズは、加熱素子２３０のサイズの０〜約５０％とすることができる。複数のスロット４１２は、加熱素子２３０が発熱したときに熱を伝達させる。発生した熱は、加熱素子２３０からスロット４１２を通って加熱コア１３０の中心まで効率的に伝達される。リング４１０は、ハウジングまたは筐体の内側に適する形状を有している。一般にこの形状は、円または楕円である。リング４１０は、その厚みによる内径４１６と外径４１８を有する。内径４１６は、０．５インチ（１．３ｃｍ）〜数百インチ（数百ｃｍ）とすることができる。半導体ウェハ応用の場合、リング４１０の内径４１６は、８インチ（２０ｃｍ）〜３０インチ（７６ｃｍ）である。内側境界を決めるリング４１０の厚みは、約０．５インチ（１．３ｃｍ）であり、０．１インチ（０．３ｃｍ）〜数インチ（数ｃｍ）の範囲とすることができる。リング高さ４１４は、加熱素子２３０のサイズや他の機械的パラメータに応じて０．２５インチ（０．６４ｃｍ）〜５０インチ（１２７ｃｍ）とすることができる。一般にリング高さ４１４は、１．５インチ（３．８ｃｍ）〜１．８インチ（４．６ｃｍ）とすることができる。リング４１０は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）または二酸化ケイ素すなわちシリカ（ＳｉＯ2）、それらの同等物、あるいはそれらの任意組合せで製作される。
【００２４】
ディスク４２０は、リング４１０の内側境界３１２付近または内側境界３１２に取り付けられる。ディスクは、リング４１０の内径４１６または外径４１８に近接して取り付けられてもよい。ディスクは、外側境界３１６を有するまたは決める。ディスク４２０の表面は本質的に、内側境界３１２と外側境界３１６との間にスペース３３０を形成する。ディスクは切欠部４２２を有し、したがって柱または棒が挿入されて積層トレイが位置合せされる。さらに、切欠部４２２は、接続導体または電力導体が接続される加熱素子２３０の端部を決める。ディスク４２０は、その直径の両側に２つの切欠部４２２を有していて、トレイが互いに積層されるときに２つの位置合せポイントとなる。ディスクもまた、酸化アルミニウムすなわちシリカで製作される。
【００２５】
リング４１０、ディスク４２０は、溶接や接着などの任意の取付け機構によって一体に取り付けられる。あるいは、両方が、トレイ２２０として単一部品を形成するように一体とすることもできる。
【００２６】
リング４１０を形成するためのいくつかの実施形態が考えられる。その目的は、内側境界３１２の周囲にいくつかのガイドまたは柱を形成するとともに、電源が投入されたときに加熱素子２３０からコアまでの効率的な熱伝達をもたらすようにいくつかのスロットまたは孔を形成することである。
【００２７】
図４Ｂは、本発明の一実施形態による、柱が取り付けられたトレイ２２０の断面を示す図である。この実施形態では、図４Ａに示したリング４１０が、ディスク４２０に取り付けられかつ内側境界３１２の近くで離間されたいくつかの垂直柱４３０で置き換えられている。柱４３０をディスク４２０に取り付けるために、溶接、接着などを含む任意適切な機構を使用することができる。トレイが互いに積層されたときに、垂直柱４３０は、リング４１０のスロット４１２と類似のスロットを形成する。
【００２８】
図４Ｃは、本発明の一実施形態による、一体化された柱を有するトレイ２２０の断面を示す図である。この実施形態では、図４Ａに示したリング４１０は、ディスク４２０に一体のまたはディスク４２０に一体化されかつ内側境界３１２の近くで離間されたいくつかの垂直柱４３０で置き換えられている。トレイが互いに積層されたとき、垂直柱４３０は、リング４１０のスロット４１２と類似のスロットを形成する。この実施形態では、トレイ２２０は、垂直柱４３０を有するディスク４２０だけを含むように考慮されうる。
【００２９】
図４Ｄは、本発明の一実施形態による、垂直棒を有するトレイ２２０の断面を示す図である。この実施形態では、図４Ａに示したリング４１０は、内側境界３１２の近くで離間されかつ内側境界３１２で積層ディスクに取り付けられたいくつかの垂直棒４４０で置き換えられている。垂直棒４４０は本質的に、それらがすべての積層ディスク４２０を一体に連結するように取り付けられることを除けば、実施形態４Ｂ、４Ｃにおける柱４３０と類似している。
【００３０】
図５は、本発明の一実施形態による接続導体と電力導体を示す図である。図５は、加熱コア１３０の断面を示す。
【００３１】
加熱素子構造体２１０k内の加熱素子３２０kは、接続導体５１０kによって加熱素子構造体２１０k+1内の加熱素子３２０k+1に接続されている。接続導体５１０kは、切欠部４２２kにある加熱素子３２０kの端部と、切欠部４２２k+1にある加熱素子３２０k+1の端部に取り付けられるか溶接される。同様に、電力導体５２０jは、切欠部４２２jにある加熱素子３２０jの端部と、切欠部４２２j+1にある加熱素子３２０j+1の端部に取り付けられるか溶接される。電力導体５２０jは、２つの目的を果たす。１つは、接続導体５１０kのように２つの加熱素子を一体に接続することである。もう１つは、電源１６０に接続するための端子となることである（図１）。接続導体５１０kと電力導体５２０jは、機械的・電気的安定性のために十分なサイズを有する金属などの任意の導電材料で製作される。
【００３２】
したがって、加熱素子３２０i〜３２０Nは、最上端部トレイから最下部トレイまでジグザグ・パターンで接続されて、電気的に連続したワイヤを形成する。電力導体５２０jは、生成されるべき様々な熱量に対する適切な電力を供給するために、選択された加熱ゾーンに設けられる。
【００３３】
図６は、本発明の一実施形態による加熱コアを形成するプロセス６００を示すフローチャートである。
【００３４】
ＳＴＡＲＴの後、プロセス６００は、内側境界と外側境界を有する第１のトレイを形成する（ブロック６１０）。内側境界と外側境界でスペースを決める。次に、プロセス６００は、内側境界を取り囲むように第１のトレイに第１の加熱素子を取り付けるまたは配置する（ブロック６２０）。第１の加熱素子と第１のトレイの高さは、第１の加熱素子の上方に垂直スペースを形成する。第１の加熱素子は、電源が投入されたときに発熱する。第１の加熱素子は、その寿命の間、ある温度範囲内でそのスペースにおいて膨張、伸長、または変形することができる。
【００３５】
次に、プロセス６００は、第１の加熱素子を第２のトレイ内の第２の加熱素子に接続するために、柱のところで第１の加熱素子の第１の端部に接続導体または電力導体を取り付ける（ブロック６３０）。電力導体が電源に接続される。第２のトレイが、第１のトレイの上方または下方に積層される。次に、プロセス６００は終了する。
【００３６】
図７は、本発明の一実施形態によるトレイを形成する図６に示したプロセス６１０を示すフローチャートである。図７に示すプロセス６１０は、図４Ａに示したトレイに対応する。
【００３７】
ＳＴＡＲＴの後、プロセス６１０は、内側境界を形成することになるリングを形成する（ブロック７１０）。リングは、内側境界の近くで離間された複数のスロットを有する。リングは、あるリング高さを有する。リング高さは、必要ならば、垂直スペースを加えた加熱素子のサイズまたは直径に一致する。複数のスロットは、加熱素子が発熱したときにコアへの熱伝達をもたらす。
【００３８】
次に、プロセス６１０は、リングの内側境界にディスクを取り付ける（ブロック７２０）。ディスクは外側境界を決める。ディスクは柱を取り付けるための切欠部を有する。次に、プロセス６１０は終了する。ディスクとリングは、２つの別個の部分から一体に取り付けられるか、接着されるか、または溶接される。あるいは、それらは、単一部品を形成するように一体的に構成されてもよい。
【００３９】
プロセス６１０は、図４Ｂ、４Ｃ、４Ｄによるトレイを形成するために変形させても良い。例えば、リングを形成するのではなく、プロセスは、ディスク上に、またはすべての積層ディスクに付着する複数の垂直棒の上に垂直柱を取り付けることもできる。さらに、ディスクは、ベースと一体垂直柱を含むように形成されてもよい。
【００４０】
図８は、本発明の一実施形態による、機械加工チャネルまたは成形チャネルを用いたシステム８００を示す図である。システム８００は、頂部絶縁リング８１０、側部絶縁リング８２０、外殻８３０、加熱コア８４０を含む。図８に示すシステム８００は、加熱コア８４０が異なることを除けば、図１に示したシステム１００と類似のものである。
【００４１】
頂部絶縁リング８１０、側部絶縁リング８２０、外殻８３０は、図１に示したシステム１００の対応する部分と類似のものである。したがって、それらの説明は、ここでは繰り返さない。
【００４２】
加熱コア８４０は、コア・シリンダの外径に螺旋状または平行状に機械加工されるか形成された特定の溝を有する。コア８４０は、円筒、多角形または長方形の形状あるいは任意の適切な形状とすることができる。溝の深さは、加熱素子の形状やサイズによって、および膨張を許容するスペースで決定される。
【００４３】
図９は、本発明の一実施形態による、図８に示した加熱コア８４０を示す図である。加熱コア８４０は、成形チャネル９１０、スロット９２０を含む。
【００４４】
成形チャネル９１０は、コア・シリンダの外径に螺旋状または平行状に形成される。それは、特定の機械加工手順で実現できる。成形チャネル９１０は、溝の中心に等間隔で製作されたスロット（または孔）９２０を有する。スロット９２０の目的は、加熱素子からヒータの中心のプロセス領域までの急速な熱伝達を可能にすることである。スロット９２０相互間の等距離部分は、２つの機能、すなわち、第１に円筒の元の形状を支持し維持すること、第２に加熱素子がその位置から移動しようとした場合に加熱素子に対する障壁として働くことを提供する。
【００４５】
図１０は、本発明の一実施形態による成形チャネル９１０を示す図である。
【００４６】
成形チャネル９１０は、加熱素子１０１０の形状に対して特別に設計された溝９１５を有する。溝９１５は、加熱素子１０１０の膨張すなわち大きくなるのを許容するスペース１０２０を提供する。また、チャネル９１０は、加熱素子１０１０を重力に対して支持する。したがって、加熱構造は機械的に安定する。
【００４７】
加熱素子１０１０は本質的に、図２に示した加熱素子２３０と類似のものである。加熱素子１０１０は、溝９１５の内側に配置される。すべての加熱素子が配置された後、絶縁層すなわち絶縁ブランケット８４０と外殻８３０がコア８４０の周囲にそれに従って巻き付けられる。絶縁ブランケット８４０は、加熱素子１０１０の移動がコアの外径方向のチャネルの長さを超えたときに、その移動に対する障壁として働く。
【００４８】
チャネル内にはスペース１０２０が、加熱素子１０１０の高温での膨張でき、伸長でき、または移動できるように設けられている。スペース１０２０のサイズは、図２に示したスペース２４０のサイズとほぼ同じでよい。さらに、溝９２０は、垂直方向と水平方向を含むいくつかの方向へ膨張できるように、加熱素子１０１０の周囲にスペースを設けることもできる。
【００４９】
平行チャネルまたは１つの螺旋状チャネルの配置により、加熱素子１０１０の均一かつ連続的配置がその全長にわたって可能となる。これにより、ヒータ全体、より詳細には「フラット・ゾーン」を呼ばれる中心に位置する領域全体にわたって均一な温度を保つことができる。フラット・ゾーンは、半導体製品が処理される場所であり、温度の均一性は、半導体製品の性能に影響を及ぼす。この領域は一般に、用途に応じて±０．１〜０．２５℃の許容誤差で制御される。上述のように抵抗線が正確に離間するのを制御する能力は、所要の温度均一性の達成に大いに貢献する。
【００５０】
製造工程は、ヒータのコアに隣接する加熱素子の両端に支持絶縁リングを配置することにより継続する。次いで、その両端にステンレス鋼のリングが溶接されて、加熱素子の構造が完成する。このステップの後、電力線への接続を可能にする端子棒を支持しかつ熱電対を支持するために、必要な部品がステンレス鋼の外殻に付加される。最終ステップでは、ヒータの上に警告ラベルを置く。
【００５１】
図１に示した実施形態におけるように、ヒータの使用温度範囲は、２５℃〜１７００℃の範囲とすることができる。抵抗線は、カンタル、スーパーカンタル、ケイ化モリブデンなどの、任意の一般的に使用される材料でよい。最終加熱素子組立体は、拡散炉内に配置され、そこでコンピュータ・システムが、半導体基板を処理する前にヒータを所与の温度に制御する。製造という観点から、本発明の実施形態は、加熱素子の製造が、セラミック・セパレータを用いた方法に比べてずっと簡単かつ高速になる。この利点は、加熱素子の製造コストの節減をもたらす。
【００５２】
本発明についていくつかの実施形態に関して説明してきたが、当業者なら、本発明は記載されている実施形態に限定されず、特許請求の精神と範囲内での修正や改変で実現できることを理解するであろう。したがって、本明細書は、限定するものではなく例示的なものと見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態が実施されうるシステムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による加熱コアを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による加熱素子構造体の上面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるトレイを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、柱が取り付けられたトレイ示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による、一体化された柱を有するトレイを示す図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による、垂直棒を有するトレイを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による接続導体および電力導体を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による加熱コアを形成するプロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態によるトレイを形成するプロセスを示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態による、機械加工チャネルまたは成形チャネルを用いたシステムを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による加熱コアを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による成形チャネルを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ａ】
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【国際調査報告】
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