(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス管内に配設された複数のカーボンワイヤー発熱体と、前記石英ガラス管の両端に設けられた封止端子部と、前記封止端子部に設けられた接続端子とからなるヒータにおいて、
前記カーボンワイヤー発熱体が複数のカーボンファイバーにより形成されるカーボンワイヤーからなると共に、前記複数のカーボンワイヤー発熱体が並列に配設され、
少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管の両端に設けられた封止端子部において、主として圧縮収容されたワイヤーカーボン部材を介して電気的に接続端子に接続されることにより、夫々の封止端子部の接続端子と電気的に接続され、
前記一のカーボンワイヤー発熱体に対して、長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体が、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体に電気的に接続されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記他のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管の一端に設けられた封止端子部において圧縮収容されたワイヤーカーボン部材を介して電気的に接続端子に接続されると共に、他のカーボンワイヤー発熱体の少なくとも先端部において、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載されたヒータ。
【請求項３】
前記他のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管内にＵ字状に折返されて収容され、封止端子部間において前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載されたヒータ。
【請求項４】
前記封止端子部が、カーボンワイヤー発熱体が配設された石英ガラス管より大径の石英ガラス管によって形成され、該石英ガラス管の端部に前記接続端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項５】
前記カーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管の端部に挿入される束ねパイプ内にワイヤーカーボン部材によって圧縮固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項６】
前記束ねパイプの内径が、石英ガラス管端部への挿入側方向にゆくにしたがって、徐々に小さくなることを特徴とする請求項５に記載されたヒータ。
【請求項７】
前記ワイヤーカーボン部材の挿入側が、Ｕ字状に折返されて封止端子部に圧縮収容されていることを特徴とする請求項５に記載されたヒータ。
【請求項８】
前記長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体が２本以上のカーボンワイヤー発熱体からなり、長さの異なるカーボンワイヤー発熱体のうち最短のカーボンワイヤー発熱体を除いたカーボンワイヤー発熱体の先端部分と、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体とを保持する保持リングを石英ガラス管内に配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項９】
前記封止端子部に圧縮収容されたワイヤーカーボン部材の総本数が、前記封止端子部におけるカーボンワイヤー発熱体の総本数の５倍以上あることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項１０】
石英ガラス管の両端部に前記石英ガラス管より大径の石英ガラス管を溶着することによって大径部を形成する工程と、
前記石英ガラス管の両端部に設けられた大径部間に、少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体を渡すと共に、長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管内に収容する工程と、
前記大径部にワイヤーカーボン部材を圧縮収容する工程と、
前記大径部の開放端部から封止端子の接続端子を内部に挿入し、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と接続端子とを電気的に接続する工程と、
不活性ガスを導入しながら、大径部の開放端部と封止端子の端部とを溶着する工程と、
前記不活性ガス導入口から石英ガラス管内部を脱気し、前記不活性ガス導入口を加熱し封着する工程とを含むことを特徴とするヒータの製造方法。
【請求項１１】
石英ガラス管の両端部に前記石英ガラス管より大径の石英ガラス管を溶着することによって大径部を形成する工程と、
前記大径部が形成された石英ガラス管の大径部が形成されていない端部に保持リングを挿入し、配設する工程と、
前記保持リングが形成された石英ガラス管の大径部が形成されていない端部と、前記保持リングが形成されていない石英ガラス管の大径部が形成されていない端部とを溶着し、両者を一体化する工程と、
前記石英ガラス管の両端部に設けられた大径部間に、少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体を渡すと共に、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体及び長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体の先端部とを保持リングが保持するように、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体及び長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管内に収容する工程と、
前記大径部にワイヤーカーボン部材を圧縮収容する工程と、
前記大径部の開放端部から、封止端子の接続端子を内部に挿入する工程と、
不活性ガスを導入しながら、大径部の開放端部と封止端子端部とを溶着する工程と、
前記不活性ガス導入口から石英ガラス管内部を脱気し、前記不活性ガス導入口を加熱し封着する工程を含むことを特徴とするヒータの製造方法。
【請求項１２】
前記大径部にワイヤーカーボン部材を圧縮収容する工程が、束ねパイプに前記カーボンワイヤー発熱体を挿通させると共に、ワイヤーカーボン部材の挿入側がＵ字状の状態で圧縮収容し、該束ねパイプを大径部に挿入することによって行われることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載されたヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒータ及びこのヒータの製造方法に関し、より詳細には、カーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管中に封入してなるヒータ及びこのヒータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスでは、酸化、拡散あるいはＣＶＤ処理等の各種熱処理工程において夫々の熱処理雰囲気中における厳密な温度管理が求められる。また、半導体製造プロセスの洗浄あるいは研磨等の工程において用いられる洗浄液、研磨液等についても、厳密な温度管理が求められる。このように、半導体製造プロセスにおいて、厳密な温度管理が求められることが多い。
また、前記熱処理工程での加熱手段、洗浄あるいは研磨等の工程での加熱手段は、不純物金属等の半導体性能を劣化させる物質の発生源とならないことも必須の要件とされ、このことより、従来から、例えば、タングステン等からなる発熱体の外側を石英ガラス管で覆った棒状、あるいは板状ヒータ等が多く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、棒状、板状ヒータは、例えば、半導体製造プロセス分野等において使用した場合、タングステン等からなる発熱体を覆っている石英ガラス管が万一破損すると、雰囲気あるいは洗浄液、研磨液等を金属汚染することとなり、ひいてはウエハが汚染するという問題があった。また、前記石英ガラス管が破損しなくとも、前記発熱体から前記石英ガラス管を介して、金属汚染するという問題があった。
【０００４】
本発明者等は、不純物金属汚染防止の観点から、特に、金属質発熱体に比べて、半導体製造用ヒータとして好適に使用することができるカーボンワイヤー発熱体を用いたヒータを、既に、特願平１０ー２５４５１３号として提案した。
このカーボンワイヤー発熱体は、極細いカーボン繊維を束ねたカーボンファイバー束を複数束編み上げて作製したものであり、従来の金属発熱体に比べて、熱容量が小さく昇降温特性に優れ、また非酸化性雰囲気中では高温耐久性にも優れている。また、細いカーボン繊維の繊維束を複数本編んで作製されたものであるため、むくのカーボン材からなる発熱体に比べフレキシビリティに富み、半導体製造用ヒータとして種々の構造、形状に容易に加工できるという利点を有している。
【０００５】
ところが、最近、特に半導体製造工業分野においては、半導体回路の大容量集積化のためウエハの大口径化傾向になり、加えてコスト削減のため歩留まり向上要求が強くなり、これらの要求に対応するため、従来より、更に一層厳密な温度調節管理が要求されるようになっている。そのため、処理炉等を所望の状態に加熱できるヒータの出現が望まれていた。
【０００６】
本発明は上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ヒータからの汚染物質拡散、特に、発熱体からの不純物金属等の汚染物質の拡散がなく、処理対象物の汚染が抑制されると共に、棒状のヒータにおいて発熱量がその長さ方向の部位によって異なるヒータ及びこのヒータの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかるヒータは、石英ガラス管内に配設された複数のカーボンワイヤー発熱体と、前記石英ガラス管の両端に設けられた封止端子部と、前記封止端子部に設けられた接続端子とからなるヒータにおいて、前記カーボンワイヤー発熱体が複数のカーボンファイバーにより形成されるカーボンワイヤーからなると共に、前記複数のカーボンワイヤー発熱体が並列に配設され、少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管の両端に設けられた封止端子部において、主として圧縮収容されたワイヤーカーボン部材を介して電気的に接続端子に接続されることにより、夫々の封止端子部の接続端子と電気的に接続され、一のカーボンワイヤー発熱体に対して、長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体が、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体に電気的に接続されていることを特徴としている。
【０００８】
上記したように本発明にかかるヒータは、石英ガラス管内において複数のカーボンワイヤー発熱体が設けられ、少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管両端の夫々の封止端子部の接続端子と電気的に接続され、長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体が、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体に電気的に接続されている。
本発明にかかるヒータは、長さの異なる複数本のカーボンワイヤーをカーボンワイヤー発熱体とすることにより、該カーボンワイヤー発熱体の断面積の総和は長さ方向で異なることとなる。すなわち、カーボンワイヤー発熱体の断面積の総和の大きい領域にあっては発熱温度が低く、発熱体の断面積の総和の小さい領域にあっては、発熱温度が高くなる。
【０００９】
したがって、カーボンワイヤー発熱体を長さの異なる複数本のカーボンワイヤーとすることによって、所定の発熱を行う領域の長さ（有効発熱長）を調節することができ、該ヒータを用いることによって、加熱対象域内を所望の状態に加熱できる。特に、他のカーボンワイヤー発熱体の長さ、あるいは形成する位置を変えることにより、封止端子部間の距離を変えることなく、所望のヒータの有効発熱長さ、位置を得ることができる。
【００１０】
また、ヒータのカーボンワイヤー発熱体が、複数のカーボンファイバーで形成するカーボンワイヤーであるため、高純度化処理も容易でありヒータからの汚染物質拡散、特に、発熱体からの不純物金属等の汚染物質の拡散がなく、処理対象物の汚染が抑制される。また、前記封止端子部には圧縮収容されたワイヤーカーボン部材が配設され、かつ前記カーボンワイヤー発熱体が、主として封止端子部のワイヤーカーボン部材を介して電気的に接続端子に接続されているため、封止端子部において発熱を極力抑制しつつ、カーボンワイヤー発熱体に電力を供給することができる。
【００１１】
なお、「前記の少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管の両端に設けられた封止端子部において、主として圧縮収容されたワイヤーカーボン部材を介して電気的に接続端子に接続されることにより、それぞれの封止端子部の接続端子と電気的に接続する」とは、石英ガラス管の両端に設けられた封止端子部において、圧縮収容されたワイヤーカーボン部材により圧縮固定されるカーボンワイヤー発熱体は、本ヒータの全体的発熱量を大きくすべく２本以上とすることもできることを意味し、また、ワイヤーカーボン部材によって圧縮固定されたカーボンワイヤー発熱体は、この固定位置が封止端子部の略中央部であった場合には、上記ワイヤーカーボン部材を介さず直接、接続端子に接する場合があることを意味する。
【００１２】
ここで、前記長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管の一端に設けられた封止端子部において圧縮収容されたワイヤーカーボン部材を介して電気的に接続端子に接続されると共に、他のカーボンワイヤー発熱体の少なくとも先端部において、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と電気的に接続されていることが望ましい。
このように、前記長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体の先端部において前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と電気的に接続されているため、他のカーボンワイヤー発熱体の全長部分において発熱量を小さくでき、それを除く部分において発熱量を大きくすることができる。
【００１３】
なお、他のカーボンワイヤー発熱体は、その全長において、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と接触するように並列配置されていることが好ましい。これによって、石英ガラス管内でのより安定したカーボンワイヤー発熱体の固定が可能となり、電気的にも良好な接続とすることができる。
【００１４】
また、前記他のカーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管内にＵ字状に折返されて収容され、封止端子部間において前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と電気的に接続されていても良い。
この場合、他のカーボンワイヤー発熱体が位置する部分の発熱量を小さく、それを除く部分の発熱量を大きくすることができる。
【００１５】
更に、前記封止端子部が、カーボンワイヤー発熱体が配設された石英ガラス管より大径の石英ガラス管によって形成され、該石英ガラス管の端部に前記接続端子が設けられていることが望ましい。
このように、封止端子部が、カーボンワイヤー発熱体が配設された石英ガラス管より大径の石英ガラス管によって形成さているため、より多くのワイヤーカーボン部材を封止端子部に収容することができ、その結果、封止端子部における発熱を極力抑制することができ、封止端子部の熱による破損を防止することができる。
【００１６】
また、前記カーボンワイヤー発熱体が、石英ガラス管の端部に挿入される束ねパイプ内にワイヤーカーボン部材によって圧縮固定されていることが望ましい。このように、石英ガラス管の端部に挿入される束ねパイプ内に、カーボンワイヤー発熱体がワイヤーカーボン部材によって圧縮固定されるため、前記圧縮固定が簡易であり、より確実な、信頼性のあるカーボンワイヤー発熱体の圧縮固定が可能となる。
【００１７】
特に、束ねパイプを用いない場合、両封止端子部の内径が同一のため、前記他のカーボンワイヤー発熱体及び前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体が圧縮固定される封止端子部と、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体のみが圧縮固定される封止端子部とでは、同等の圧縮固定状態にするとワイヤーカーボン部材の本数が異なる。その結果、両封止端子部における発熱量が異なる。
しかし、前記した両端各々の束ねパイプにおいて内径が異なるものを用いることによって、両封止端子部におけるワイヤーカーボン部材の量を調節することにより、発熱量を同一とすることができる。
【００１８】
即ち、他のカーボンワイヤー発熱体及び前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体が圧縮固定される封止端子部には、内径の小さな束ねパイプを用い、ワイヤーカーボン部材の本数を少なくする。一方、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体のみが圧縮固定される封止端子部には、内径の大きな束ねパイプを用い、ワイヤーカーボン部材の本数を多くする。これにより、両封止端子部における発熱量を略同一とすることができる。
前記したように束ねパイプを用いることによって、封止端子部の内外径を変えることなく、ワイヤーカーボン部材の本数を変えることができる。
【００１９】
また、前記束ねパイプの内径が、石英ガラス管端部への挿入側方向にゆくにしたがって、徐々に小さくなることが望ましい。
このように、束ねパイプの内径が、石英ガラス管端部への挿入側方向にゆくにしたがって、徐々に小さくなるように形成されているため、カーボンワイヤー発熱体が圧縮固定される封止端子部に接続端子を挿入した際に、束ねパイプからワイヤーカーボン部材及びカーボンワイヤー発熱体が押し出されることがなく、安定した電気的接続を確保することができる。
【００２０】
また、前記ワイヤーカーボン部材の挿入側が、Ｕ字状に折返されて封止端子部に圧縮収容されていることが望ましい。
このように、ワイヤーカーボン部材の挿入側がＵ字状の線材であるため、封止端子部に収容後、ワイヤーカーボン部材の挿入側端部は、外側に拡がろうとする。その結果、カーボンワイヤー発熱体はより強固に圧縮固定でき、接続端子との安定した電気的接続を確保することができる。
【００２１】
また、前記封止端子部に圧縮封入されるワイヤーカーボン部材の挿入側がＵ字状をなしているため、ワイヤーカーボン部材からのファイバー屑が、石英ガラス管の内部（発熱部）に入り込むことを抑制できる。即ち、ワイヤーカーボン部材の挿入側が閉じていない場合には、ワイヤーカーボン部材のファイバー屑が石英ガラス管の内部（発熱部）に入り込み、その結果、発熱にムラが生じる可能性が高くなる。
【００２２】
また、前記長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体が２本以上のカーボンワイヤー発熱体からなり、長さの異なるカーボンワイヤー発熱体のうち最短のカーボンワイヤー発熱体を除いたカーボンワイヤー発熱体の先端部分と、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体とを保持する保持リングを石英ガラス管内に配設することが望ましい。
【００２３】
長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体が２本以上のカーボンワイヤー発熱体からなる場合、長さの異なるカーボンワイヤー発熱体のうち最短のカーボンワイヤー発熱体は、石英ガラス管の内径をカーボンワイヤー発熱体の総数により調整することで、その先端部分を安定に固定できる。これに対し、これ以外の長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体の夫々の先端部は石英ガラス管の途中に位置する場合、石英ガラス管の内部において不安定な状態に置かれる。
前記保持リングは、他のカーボンワイヤー発熱体の不安定な状態を回避し、石英カラス管に固定するものである。
【００２４】
また、前記封止端子部に圧縮収容されたワイヤーカーボン部材の総本数が、前記封止端子部におけるカーボンワイヤー発熱体の総本数の５倍以上あることが望ましい。
このように、封止端子部に圧縮収容されたワイヤーカーボン部材の総本数が、前記封止端子部におけるカーボンワイヤー発熱体の総本数の５倍以上ある場合には、封止端子部における発熱が少なく、封止端子部の熱による破損を防止することができる。
【００２５】
なお、ここでいうワイヤーカーボン部材の総本数とは、ワイヤーカーボン部材の挿入側がＵ字状をなして、圧縮固定されている場合には、実際に用いた本数の２倍を意味する。即ち、断面上の本数がカーボンワイヤー発熱体の総本数の５倍以上実質的には６本以上あることを意味する。
【００２６】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかるヒータの製造方法は、石英ガラス管の両端部に前記石英ガラス管より大径の石英ガラス管を溶着することによって大径部を形成する工程と、前記石英ガラス管の両端部に設けられた大径部間に、少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体を渡すと共に、長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管内に収容する工程と、前記大径部にワイヤーカーボン部材を圧縮収容する工程と、前記大径部の開放端部から封止端子の接続端子を内部に挿入し、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体と接続端子とを電気的に接続する工程と、不活性ガスを導入しながら、大径部の開放端部と封止端子の端部とを溶着する工程と、前記不活性ガス導入口から石英ガラス管内部を脱気し、前記不活性ガス導入口を加熱し封着する工程とを含むことを特徴としている。
このような製造方法によれば、前記大径部からなる封止端子部における複数のワイヤーカーボン部材によるカーボンワイヤー発熱体の固定をより強固なものとすることができ、かつ本発明にかかるヒータを容易に製造することができる。
【００２７】
また、上記目的を達成するためになされた本発明にかかるヒータの製造方法は、石英ガラス管の両端部に前記石英ガラス管より大径の石英ガラス管を溶着することによって大径部を形成する工程と、前記大径部が形成された石英ガラス管の大径部が形成されていない端部に保持リングを挿入し、配設する工程と、前記保持リングが形成された石英ガラス管の大径部が形成されていない端部と、前記保持リングが形成されていない石英ガラス管の大径部が形成されていない端部とを溶着し、両者を一体化する工程と、前記石英ガラス管の両端部に設けられた大径部間に、少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体を渡すと共に、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体及び長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体の先端部とを保持リングが保持するように、前記少なくとも一のカーボンワイヤー発熱体及び長さの異なる他のカーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管内に収容する工程と、前記大径部にワイヤーカーボン部材を圧縮収容する工程と、前記大径部の開放端部から、封止端子の接続端子を内部に挿入する工程と、不活性ガスを導入しながら、大径部の開放端部と封止端子端部とを溶着する工程と、前記不活性ガス導入口から石英ガラス管内部を脱気し、前記不活性ガス導入口を加熱し封着する工程を含むことを特徴としている。
このような製造方法により、保持リングを備えた本発明にかかるヒータを容易に製造することができる。
【００２８】
ここで、前記大径部にワイヤーカーボン部材を圧縮収容する工程が、束ねパイプに前記カーボンワイヤー発熱体を挿通させると共に、ワイヤーカーボン部材の挿入側がＵ字状の状態で圧縮収容し、該束ねパイプを大径部に挿入することによって行われることが望ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面を参照して更に詳細に説明する。
図１は、本発明にかかるヒータの一実施形態を示す断面図であり、図２は、他の実施形態を示す断面図である。なお、図１及び図２に示したヒータは、共にヒータの長さ方向に温度勾配を付けた加熱に適する態様に形成されたヒータである。また、図３は本発明のヒータで用いられるカーボンワイヤー発熱体の一例を示す平面図であり、図４は本発明のヒータの封止端子部の内部構造を示す断面図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【００３０】
図１、図２に示されているように本発明のヒータ１は、カーボンワイヤー発熱体２（２ａ、２ｂ、２ｃ）と、前記カーボンワイヤー発熱体２を内部に収納する石英ガラス製の直管（石英ガラス管）３と、直管３の両端部に形成された大径部３ａ、３ｂと前記石英ガラス直管３の両端部の大径部３ａ、３ｂに溶着された石英ガラス製の封止端子６ａ、６ｂとからなる封止端子部７ａ、７ｂと、前記封止端子部７ａ、７ｂ内に圧縮収容されたワイヤーカーボン部材４ａ、４ｂと、前記封止端子部７ａ、７ｂに設けられ、前記カーボンワイヤー発熱体２と電気的に接続する導電性金属からなる接続端子５ａ、５ｂとから構成されている。
【００３１】
前記カーボンワイヤー発熱体２は、図１、図２いずれのヒータにおいても、１本のカーボンワイヤー発熱体２ａは、封止端子部７ａ、７ｂ間に配設されている。また、図１のヒータでは他のカーボンワイヤー発熱体２ｂが封止端子部７ａから石英ガラス製の直管３の略中間部分まで配設されている。
【００３２】
また、図２のヒータでは、他のカーボンワイヤー発熱体２ｂが封止端子部７ａから封止端子部７ａ、７ｂ間の略２／３の部分まで配設され、更にカーボンワイヤー発熱体２ｃが封止端子部７ａから封止端子部７ａ、７ｂ間の略１／３の部分まで配設されている。このとき、他のカーボンワイヤー発熱体２ｂの長さが長いため、石英ガラス管３の内部で不安定な状態にあり、移動する虞がある。かかる他のカーボンワイヤー発熱体２ｂの不安定な状態を回避し、石英カラス管３に固定するため、保持リング８が設けられている。
【００３３】
なお、図１、２においてカーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂ、２ｃは、図上、離れて個別に記載されているが、実際はそれぞれが接触している。このとき少なくとも、カーボンワイヤー発熱体２ｂ、２ｃの先端部２ｂ−ｅ、２ｃ−ｅはカーボンワイヤー発熱体２ａと接触し、また封止端子部において、カーボンワイヤー発熱体２ｂ、２ｃはカーボンワイヤー発熱体２ａとワイヤーカーボン材を介して電気的に接続されている。
【００３４】
このように、カーボンワイヤー発熱体２ａのほか、長さの異なるカーボンワイヤー発熱体２ｂ、２ｃを発熱体とすることによって、該カーボンワイヤー発熱体２の断面積（カーボンワイヤー発熱体の断面積の総和）は長さ方向で異なることとなる。すなわち、カーボンワイヤー発熱体の断面積（カーボンワイヤー発熱体の断面積の総和）の大きい領域にあっては抵抗が小さいため、発熱温度が低くなる。これに対して、発熱体の断面積（カーボンワイヤー発熱体の断面積の総和）の小さい領域にあっては、抵抗が大きいため、発熱温度が高くなる。
したがって、長さの異なるカーボンワイヤー発熱体を適宜配設することにより、所定の発熱を行う領域の長さ（有効発熱長）を任意に調整することができる。また、ヒータの長さ方向において、発熱温度の温度勾配を形成することができる。
【００３５】
図１に基づいて、更に具体的に述べる。まず、カーボンワイヤー発熱体１本からなるヒータの発熱温度が１０００℃になる電圧を求め、これと同じ電圧値を、図１のヒータに印加する。
このとき、カーボンワイヤー発熱体２の断面積（カーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂの断面積の和）は、長さ方向で異なる。そのため、カーボンワイヤー発熱体２の断面積の大きい領域（カーボンワイヤー発熱体２ｂが配設された領域）にあっては、他の領域（カーボンワイヤー発熱体２ａのみが配設された領域）に比べて抵抗が小さくなるため、発熱温度が５００℃〜７００℃と低くなる。
一方、カーボンワイヤー発熱体２の断面積の小さい領域（カーボンワイヤー発熱体２ａのみが配設された領域）にあっては、カーボンワイヤー発熱体１本からなるヒータの抵抗と同じため、カーボンワイヤー発熱体２ｂが配設された領域の発熱温度よりも高温の１０００℃となる。
【００３６】
このように、発熱温度が１０００℃の領域の長さは、カーボンワイヤー発熱体２ｂの長さによって決定され、カーボンワイヤー発熱体２ｂを変えることによって、調節することができる。したがって、前記封止端子部６ａ、６ｂの端子間距離を変えることなくヒータ発熱有効長を任意に調整することができる。また、ヒータの長手方向に温度勾配を形成することができる。
【００３７】
また、同様に前記電圧を、図２のヒータに印加した場合、図２のヒータにおけるカーボンワイヤー発熱体２ａのみが配設された領域の発熱温度は１０００℃となり、カーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂが配設された領域の発熱温度は５００℃〜７００℃となり、カーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂ、２ｃが配設された領域の発熱温度は３００℃〜５００℃となる。
このように、ヒータの長手方向の発熱温度を適宜変化させることができ、ヒータの発熱温度に、いわゆる温度勾配を付与することができる。
【００３８】
前記カーボンワイヤー発熱体２としては、図３に示すような複数本のカーボンファイバーを束ねたファイバー束を複数束用いてワイヤー状に編み込んだもの等が用いられる。
このカーボンワイヤー発熱体２は石英ガラス製の直管３の内部を挿通させ、図４（ａ）に示すように、前記直管３の大径部３ａ、３ｂの端部、あるいは端部近傍まで延設される。
【００３９】
また、図１、図２のヒータの場合、前記封止端子６ａ、６ｂの石英ガラス管の口径は、前記石英ガラス製の直管３の両端部に形成された大径部３ａ、３ｂと略同径に（石英ガラス製の直管３の口径に比べて大きく）形成されている。また、封止端子６ａ、６ｂと前記大径部３ａ、３ｂとは、溶着等の手段により、一体化される。
更に、前記大径部３ａ、３ｂには、図４に示すような複数本のワイヤーカーボン部材４ａ、４ｂが夫々管内に圧縮収納されている。
そのため、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、前記カーボンワイヤー発熱体２は、圧縮収納されたワイヤーカーボン部材４ａ，４ｂの中に圧縮された状態で埋設される。
【００４０】
なお、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、前記ワイヤーカーボン部材４ａ、４ｂ及びカーボンワイヤー発熱体２は、石英ガラス製の大径部３ａ、３ｂの軸線方向と略平行に、圧縮された状態で収容されている。この場合、図示するようにカーボンワイヤー発熱体２では、前記大径部３ａ、３ｂ内において、接続端子５ａ、５ｂと同様に、ほぼ中心位置に配置することが好ましい。これらが、外周側に位置すると、この大径部での異常発熱につながるおそれがあるからである。また、図４においては、便宜上、カーボンワイヤー発熱体２が１本の場合を示している。
【００４１】
前記カーボンワイヤー発熱体２の具体例としては、直径５乃至１５μｍのカーボン単繊維ファイバー、例えば、直径７μｍのカーボン単繊維ファイバーを約３０００乃至３５００本程度束ねたファイバー束を９束程度用いて直径約２ｍｍの編紐、あるいは組紐形状に編み込んだ等のカーボンワイヤー発熱体が用いられる。
前記の場合において、ワイヤーの編み込みスパンは２乃至５ｍｍ程度である。なお、前記カーボンワイヤー発熱体には、例えば図３の符号２１に示すような、カーボン単繊維が切断されたものの一部が、カーボンワイヤー発熱体の外周面から突出した態様の毛羽立ちが形成されていることが好ましい。
【００４２】
即ち、この態様のカーボンワイヤー発熱体２では、石英ガラス直管３の内部において、前記毛羽立ち２１のみが石英ガラス直管３の内側壁と接触し、カーボンワイヤー発熱体２の本体は接触しないように構成することができる。
そのようにすることによって、石英ガラス（ＳｉＯ2 ）とカーボンワイヤー発熱体２の炭素（Ｃ）との高温での反応が極力抑えられ、石英ガラスの劣化、カーボンワイヤー発熱体の耐久性の低下が抑制される。
【００４３】
なお、カーボン単繊維ファイバーによる表面の毛羽立ちは０．５乃至２．５ｍｍ程度が好ましい。
本発明では、前記特有のカーボンワイヤー発熱体を用いることが、本ヒータの長さ方向において、特に該発熱体の本数を変え、結果該発熱体の断面積の異なる領域を形成したヒータを得るために有効である。何故ならば、特に上記毛羽立ち構造によって、異なる長さのカーボンワイヤー発熱体の機械的あるいは電気的接合状態をより安定なものとすることができるからである。
また、上記のような表面毛羽立ちを有するカーボンワイヤー発熱体を使用した構成とするためには、前記カーボンワイヤー発熱体の直径及び本数に対し、上記石英ガラス直管の口径（内径）を適宜選定すれば良い。
【００４４】
また、該カーボンワイヤー発熱体の酸化消耗をできる限り抑制し、加えて石英ガラスの失透を防止する観点から、更には、発熱性状の均質性、耐久安定性等の観点から、及びダスト発生回避上の観点から、前記カーボン単繊維は、できる限り高純度であることが好ましく、特に、ヒータ１が、半導体製造プロセスにおけるウエハ等の熱処理用ヒータに用いられるものである場合には、カーボンファイバー中に含まれる不純物量が灰分（日本工業規格ＪＩＳ  Ｒ  ７２２３−１９７９）として１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
より好ましくは、カーボンファイバー中に含まれる不純物量が灰分として３ｐｐｍ以下である。
【００４５】
次に、ワイヤーカーボン部材の具体例について説明する、この大径部３ａ、３ｂの石英ガラス管内に圧縮収容されるワイヤーカーボン部材は、前記したカーボンワイヤー発熱体と同様な、直径５乃至１５μｍのカーボン単繊維ファイバー、例えば、直径７μｍのカーボン単繊維ファイバーを約３０００乃至３５００本程度束ねたファイバー束を９束程度用いて直径約２ｍｍの編紐、あるいは組紐形状に編み込んだ等のカーボンワイヤー発熱体を複数本用いることがより好ましい。この場合において、ワイヤーの編み込みスパンは２乃至５ｍｍ程度である。
なお、カーボン単繊維ファイバーによる表面の毛羽立ちは０．５乃至２．５ｍｍ程度が好ましい。
【００４６】
前記ワイヤーカーボン部材は、カーボンワイヤー発熱体と同一もしくは、少なくともカーボン単繊維ファイバーを束ねたファイバー束を複数編み上げてなる編紐あるいは組紐形状である点において同等の構成材料からなるのが好ましい。
なお、同一の構成材料とは、カーボンファイバー直径、カーボンファイバーの束ねた本数、ファイバー束を束ねる束数、編み込み方、編み込みスパン長さ、毛羽立ち長さ、材質が同一であることが好ましい。
【００４７】
なお、カーボンワイヤー発熱体の場合と同様に、ヒータが半導体製造プロセスにおけるウエハ等の熱処理用に用いられるものである場合には、ワイヤーカーボン部材のカーボンファイバー中に含まれる不純物量が灰分として１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
より好ましくは、カーボンファイバー中に含まれる不純物量が灰分として３ｐｐｍ以下である。
【００４８】
そして、石英ガラス直管の両端部に形成された大径部に収容されるワイヤーカーボン部材の本数は、カーボンワイヤー発熱体の本数以上が収容されるのが良い。
カーボンワイヤー発熱体の本数の５倍以上の本数が、ワイヤーカーボン部材として収容されているのがより好ましい。
例えば、カーボンワイヤー発熱体の本数を１とした時、ワイヤーカーボン部材は１４、あるいはカーボンワイヤー発熱体１に対しワイヤーカーボン部材１２等、５倍以上の本数がワイヤーカーボン部材として用いられるのが好ましい。
【００４９】
前記のように、カーボンワイヤー発熱体及びワイヤーカーボン部材として例示した、直径７μｍのカーボンファイバーを約３０００乃至３５００本程度束ねたファイバー束を９束程度用いて直径約２ｍｍの編紐、あるいは組紐形状に編み込んだ等のカーボンワイヤー発熱体の電気抵抗は、室温で略１０Ω／１ｍ・１本、１０００℃で５Ω／１ｍ・１本程度である。
また、前記カーボンワイヤー発熱体を１０本束ねたときの電気抵抗は、室温で略１Ω／１ｍ・１本、１０００℃で０．５Ω／１ｍ・１本である。
【００５０】
従って、ワイヤーカーボン部材として、大径部３ａ、３ｂの石英ガラス管に前記カーボンワイヤー発熱体が１０本、圧縮収容されている場合には、前記したように室温で略１Ω／１ｍ・１本、１０００℃で０．５Ω／１ｍ・１本となり、電気抵抗が１／１０（１／本数）となり、低下する。
その結果、ワイヤーカーボン部材による発熱を、カーボンワイヤー発熱体の発熱に比べ、極端に低下させることができる。
【００５１】
また、カーボンワイヤー発熱体２と接続端子５ａ、５ｂとの間にワイヤーカーボン部材が介在するために、カーボンワイヤー発熱体の高熱が接続端子に極力伝わらないようにすることができ、通常の金属製の接続端子の使用を可能とすると共に端子の高温劣化や変形を防止することができ、また封止端子６ａ、６ｂ、あるいは封止端子６ａ、６ｂと大径部３ａ、３ｂとの接続部が熱によって破損するのを防止することができる。
【００５２】
なお、カーボンワイヤー発熱体の場合と同様に、石英ガラス（ＳｉＯ2 ）とワイヤーカーボン部材の炭素（Ｃ）との高温での反応が極力抑えられ、石英ガラスの劣化、カーボンワイヤー発熱体の耐久性の低下が抑制される。
このように大径部内に収容されるワイヤーカーボン部材の本数がカーボンワイヤー発熱体を構成する本数より多く収容されるのが好ましいことから、該大径部３ａ、３ｂの石英ガラス管の口径は、直管３の口径より大きく形成されることがより好ましい。
【００５３】
また、前記大径部３ａ、３ｂの封止端子部のワイヤーカーボン部材内に、その一端部が挿入され、他端部が封止端子部から突出した接続端子５ａ、５ｂは、通常モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属棒からなり、その直径は通常１乃至３ｍｍ程度に形成される。
また、前記石英ガラス製の直管３（大径部３ａ、３ｂ）は、その両端部に前記封止端子６ａ、６ｂが設けられ、封止密閉される。そして、封止された石英ガラス製の直管３及び封止端子６ａ、６ｂ（封止端子部７ａ、７ｂ）の内部は、カーボンワイヤー発熱体等の酸化防止のため、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスに置換されるか、あるいは１００ｔｏｒｒ以下程度の減圧状態に維持される。
【００５４】
次に図５、図６に基づいて本発明にかかる製造方法について説明する。
（１）まず、石英ガラス管３の両端部に前記石英ガラス管より大径の石英ガラス管を溶着することによって大径部３ａ、３ｂを形成する。
このとき、図５（ａ）に示すように円板状のフランジ部９を石英ガラス管３の両端部に溶着する。続いて、図５（ｂ）に示すようにガス導入口１０ａが予め設けられた円筒状の大径部本体１０を石英ガラス管の両端部に溶着されたフランジ部９に溶着し、大径部３ａ、３ｂを形成する。
（２）前記石英ガラス管３の両端部に設けられた大径部３ａ、３ｂ間に、カーボンワイヤー発熱体２ａを渡すと共に、カーボンワイヤー発熱体２ｂを石英ガラス管内に収容する（図５（ｃ））。なお、カーボンワイヤー発熱体２ｂは石英ガラス管３の略中間点まで位置する。
【００５５】
（３）次に、束ねパイプ１１に前記カーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂを挿通させると共に、ワイヤーカーボン部材４ａ（４ｂ）の挿入側がＵ字状の状態で該束ねパイプ１１内部に収容する。
このとき、図５（ｄ）に示すように、導入糸１２をワイヤーカーボン部材挿入側のＵ字状部に通し、該導入糸１２を引くことにより、束ねパイプ１１にワイヤーカーボン部材４ａ、４ｂを圧縮収容することができる。これにより、カーボンワイヤー発熱体は強固に固定される。
（４）そして、ワイヤーカーボン部材４ａ（４ｂ）及びカーボンワイヤー発熱体２ａ、（２ｂ）が圧縮封入された束ねパイプ１１を大径部３ａ（３ｂ）内部に挿入する。そしてその端部からはみ出したワイヤーカーボン部材及びカーボンワイヤー発熱体を切断する（図６（ａ））。
【００５６】
（５）切断した後、封止端子６ａ（６ｂ）の接続端子５ａ（５ｂ）を内部に挿入し、前記カーボンワイヤー発熱体２ａと接続端子とを電気的に接続する（図６（ｂ））。
ここで、封止端子の構造について、図７に基づいて説明する。封止端子６ａ、６ｂを構成するガラス管は、即ち、石英ガラス管の大径部３ａ、３ｂに溶着されるガラス管は、石英ガラス管の大径部３ａ、３ｂに溶着される側から石英ガラス部１３ａ、グレイデッド（Graded）シール部１３ｂ、タングステン（Ｗ）ガラス部１３ｃによって構成されている。そして、タングステン（Ｗ）からなる接続端子は、タングステン（Ｗ）ガラス部のピンチシール部１３ｄでピンチシールされる。
【００５７】
即ち、ピンチシール部を接続端子を構成するタングステン（Ｗ）の熱膨張係数に近いタングステン（Ｗ）ガラスで形成すると共に、石英ガラス管の大径部に溶着される側を石英ガラスで構成されている。その結果、接続端子の高温時熱膨張に伴うガラス部（ピンチシール部）の破損を防止することができる。
【００５８】
（６）次に、ガス導入口１０ａから不活性ガス、例えば窒素ガスを導入しながら、大径部と封止端子とを溶着し、封止端子部７ａ、７ｂを形成する（図６（ｃ））。
なお、上記窒素ガスは、石英ガラス管の大径部３ａ（３ｂ）と束ねパイプ１１の間隙を通って、前記大径部まで導入され、加熱によるカーボンワイヤー発熱体及びワイヤーカーボン部材の劣化を防止する。
（７）前記ガス導入口１０ａから石英ガラス管内部を、１ｔｏｒｒもしくは２ｔｏｒｒ以下に減圧した後、ガス導入口を酸水素バーナーで加熱し封じることによってヒータとして完成する（図６（ｄ））。
上記製造方法により、本発明にかかるヒータを容易に製造することができる。
【００５９】
なお、上記製造方法においては束ねパイプを用いているが、この束ねパイプの内径が、図８（ａ）乃至（ｃ）に示すように、石英ガラス管端部への挿入側方向にゆくにしたがって、徐々に小さくなることが望ましい。
このように、束ねパイプの内径が、石英ガラス管端部への挿入側方向にゆくにしたがって、徐々に小さくなるように形成されていると、カーボンワイヤー発熱体が圧縮固定される大径部に接続端子を挿入した際に、束ねパイプからワイヤーカーボン部材あるいはカーボンワイヤー発熱体が押し出されることがなく、安定した電気的接続を確保することができる。
また、この束ねパイプの外径が、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、石英ガラス管端部への挿入側方向にゆくにしたがって、徐々に小さくなっていると、大径部に挿入しやすく、また、前記した大径部までの窒素ガスの導入が容易となり、より好ましい。
【００６０】
また、上記製造方法においては束ねパイプを用いているが、図９に示すように、カーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂを石英ガラス管３に挿通させると共に、ワイヤーカーボン部材４ａ（４ｂ）の挿入側がＵ字状の状態で石英ガラス管の大径部３ａ（３ｂ）に収容しても良い。このとき、図５（ｄ）の場合と同様に、導入糸１２をワイヤーカーボン部材４ａ、４ｂ挿入側のＵ字状部に通し、該導入糸１２を引くことにより、大径部にワイヤーカーボン部材を圧縮収容するのが良い（図９）。
【００６１】
更に、上記製造方法において、石英ガラス管３の内径をカーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂの直径の総和以上にするのが好ましい。図１０に示すように、２本のカーボンワイヤー発熱体２ａ、２ｂが石英ガラス管３に収容され、これらのカーボンワイヤー発熱体の直径が２ｍｍである場合、石英ガラス管の内径は３．５ｍｍ〜４．０ｍｍとすることが、カーボンワイヤー発熱体を安定して配置することができる。
【００６２】
次に、保持リング８を石英ガラス管３内に固定配置したヒータの製造方法について図１１に基づいて説明する。なお、前記した製造方法と同一の部分は、その詳細な説明は省略する。
（１）まず、石英ガラス管３の一端部に前記石英ガラス管より大径の石英ガラス管を溶着することによって大径部３ｂを形成する。同様に、他の石英ガラス管の一端部に大径部３ａを形成する。
（２）封止端子部が形成されていない端部に保持リング８を挿入し、溶着により固定配置する（図１１（ａ））。そして、前記保持リング１１が形成された石英ガラス管と保持リング１１が形成された石英ガラス管の、封止端子部が形成されていない端部同士を溶着し、両者を一体化する（図１１（ｂ）（ｃ））。
なお、保持リング８は、図１１（ｂ）に示すように石英ガラス管３の端部より突出するように配置することが好ましい。これによって、前記端部同士の溶着、一体化をより強固とすることができる。
【００６３】
（３）前記石英ガラス管の両端部に設けられた大径部３ａ、３ｂ間に、カーボンワイヤー発熱体２ａを渡すと共に、カーボンワイヤー発熱体２ａ及びカーボンワイヤー発熱体２ｂの先端部を保持リング１１が保持するように石英ガラス管内に収容する。そして、大径部３ａ、３ｂにワイヤーカーボン部材４ａ、４ｂを圧縮収容する（図１１（ｄ））。
（４）図示しないが、前記した製造方法と同様に、前記大径部３ａ、３ｂの開放端部から、封止端子の接続端子５ａ、５ｂを内部に挿入し、不活性ガスを導入しながら、大径部の開放端部と封止端子端部とを溶着する。
その後、ガス導入口１０ａから石英ガラス管３内部を脱気し、前記ガス導入口１０ａを酸水素バーナで加熱し封着することによって、封止端子部７ａ、７ｂを形成すると共にヒータとして完成する。
このような製造方法により、保持リングを備えた本発明にかかるヒータを容易に製造することができる。
【００６４】
なお、この製造方法においても、前記した束ねパイプに前記カーボンワイヤー発熱体を挿通させると共に、ワイヤーカーボン部材の挿入側がＵ字状の状態で圧縮収容し、該束ねパイプを大径部に挿入することによって行われることが望ましい。
【００６５】
なお、上記実施形態にあっては、ヒータとして、カーボンワイヤー発熱体が１本、２本、３本のものを示したが、特にこの本数に限定されるものではなく、その本数は必要に応じて適宜変更することができる。
また、図１２（ｂ）に示すように、カーボンワイヤー発熱体２ｂが、石英ガラス管内にＵ字状に折返されて収容され、封止端子部間において封止端子に接続されたカーボンワイヤー発熱体２ａと電気的に接続されていても良い。この場合、カーボンワイヤー発熱体２ｂが位置する部分の発熱量が小さく、それを除く部分が発熱量を大きすることができる。
石英ガラス管３内にＵ字状に折返してカーボンワイヤー発熱体２ｂを収容するには、図１２（ａ）に示すように導入糸１２をＵ字状のカーボンワイヤー発熱体に通し、石英ガラス管３内に引き込むことによってなすことができる。
【００６６】
【発明の効果】
上述した通り、本発明にかかるヒータによれば、封止端子間距離を変えることなく、有効発熱長さを変えることができ、加熱対象域内を所望の状態に加熱できる。また、ヒータからの汚染物質拡散、特に、カーボンワイヤー発熱体からの不純物金属等の汚染物質の拡散がなく、処理対象物の汚染が抑制される。
また、本発明にかかるヒータの製造方法によれば、容易に前記ヒータを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかるヒータの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明にかかるヒータの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明のヒータで用いられるカーボンワイヤー発熱体の一例を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明のヒータの封止端子部の内部構造を示す断面図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図５】図５は、本発明にかかるヒータの製造方法の各工程を示す概略図である。
【図６】図６は、図５に示された本発明にかかるヒータの製造方法の工程に続く工程を示す概略図である。
【図７】図７は、封止端子を示す斜視図である。
【図８】図８は、束ねパイプの変形例を示す側面である。
【図９】図９は、束ねパイプを用いない場合の製造方法を示す概略図である。
【図１０】図１０は、石英ガラス管の内径とカーボン発熱体の直径の関係を示した断面図である。
【図１１】図１１は、保持リングを設けたヒータの製造方法の工程を示す概略図である。
【図１２】図１２は、Ｕ字状に折り返されたカーボン発熱体が石英ガラス管内部に収容されたヒータ及びその製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１                    ヒータ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ  カーボンワイヤー発熱体
３                    石英ガラス製の直管
３ａ、３ｂ            大径部
４ａ、４ｂ            ワイヤーカーボン部材
５ａ、５ｂ            接続端子
６ａ、６ｂ            封止端子
７ａ、７ｂ            封止端子部
８                    保持リング
９                    フランジ部
１０                  大径部本体
１０ａ                （不活性）ガス導入口
１１                  束ねパイプ
１２                  導入糸
２１                  毛羽立ち
【図１】
0004172565.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004172565.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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