JP3871204B2

JP3871204B2 - Fluid heating device

Info

Publication number: JP3871204B2
Application number: JP2002094543A
Authority: JP
Inventors: 栄一外谷; 富雄金; 智浩永田; 順瀬古; 孝規斎藤; 一敏三浦; 陽成長谷川; 丈治星; 勝利石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003294312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスもしくは液体である流体加熱装置に関し、例えば、半導体製造工程中で使用される各種半導体加熱処理炉に接続され、前記半導体加熱処理炉に供給されるガスの温度を昇降制御する流体加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいて、例えば、不純物拡散炉、酸化炉、アニール炉、薄膜製造装置、エッチング装置等において種々の半導体加熱処理炉が用いられている。これら半導体加熱処理炉には、その目的、用途に応じ、枚葉式、縦型、横型バッチ式等のタイプのものが存在している。
これら半導体加熱処理炉において、ウエハに生成される膜厚、膜質を均一になすために、特開昭６３−３１６４２５号公報、特開平７−１７６４９８号公報に見られるように、反応ガスを炉内に導入する前に加熱装置を用いて加熱し、半導体加熱処理炉の処理温度に見合う所定温度に予熱昇温して、炉内温度分布の均一化を図ることがなされている。
【０００３】
更に、前記特開平７−１７６４９８号公報に示されたガス加熱装置について図１２に基づいて説明すると、このガス加熱装置７０は、細長い蛇行状に形成された加熱経路部７３と前記加熱経路部７３中に設けられた均熱体（発熱体）７２とを備え、ガス入口７１から導入された反応ガスは、ガス加熱装置の均熱体（発熱体）７２により加熱されながら、細長い蛇行状に形成された加熱経路部７３内を流れ、炉７４内に導入されるように構成されている。なお、図１２中の矢印は反応ガスの流れを示している。
【０００４】
また、前記特開昭６３−３１６４２５号公報には、枚葉式ベルジャー炉を用いたエピタキシャル薄膜気相成長装置内へ導入する反応ガスを所定の温度に加熱制御するガス加熱装置が示されている。
このガス加熱装置について図１３、１４に基づいて説明すると、このガス加熱装置８０はスパイラル管８１と、前記スパイラル管８１の外側に設けられたヒータ部８２とを備え、反応ガスはスパイラル管８１を通過する間に、ヒータ部８２からの熱で所定温度にまで加熱された後、ノズル８３からベルジャー８４内に供給されるように構成されている。なお、図１３、１４中の矢印は反応ガスの流れを示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したいずれの加熱装置も、加熱経路部７３、スパイラル管８１の内部を反応ガスが通過するように構成されているが、ガスの滞留性が悪く、加熱経路部７３、スパイラル管８１の長さを相当長くしなければ、所定温度にまで加熱することができなかった。一方、ガスを所定温度にまで加熱するため、加熱経路部７３、スパイラル管８１の長さを長くするとガス加熱装置の小型化が図れないという問題があった。
かかる問題を解決するために、本願出願人らは、前記加熱管の内部に、通過する流体の抵抗となる充填物が配設された流体加熱装置を提案している（特願２００１−３８４２４）。
【０００６】
この提案した流体加熱装置について、図９乃至図１１に基づいて説明すると、流体供給源から供給される流体を加熱する加熱管９０と、前記加熱管９０の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部９１と、前記加熱管９０及びヒータ部９１を収容するハウジング９２とを備えている。なお、図９中、符号９４は、ガス導入管、９５はガス導出管である。そして、前記加熱管９０の内部に、通過する流体の抵抗となる充填物９３が配設されている。この充填物９３は短柱状の石英ガラスビーズを融着することによって形成された成形体である。
このように、加熱管９０の内部に充填物９３が配設されているため、通過する流体の抵抗となり、ガスの滞留性が良く、加熱管９０の長さが短くても、所定温度にまで加熱することができる。一方、加熱管９０の長さを短くできるため、流体加熱装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
しかしながら、提案した流体加熱装置は、従来の装置に比べてガスの滞留性が向上したものの、図１０に示すようにガスの滞留にほとんど寄与しない部分９３ａが存在することが知見された。
即ち、図１０に示すように、ガス導入管９４から加熱管９０に導入されたガスは、加熱管９０の外周部方向に拡散しながらガス導出管９５の方向に流れるため、図１０に示すようにガスの滞留にほとんど寄与しない部分９３ａが発生する。したがって、ガスの滞留に寄与しない部分９３ａは流通するガスに対する熱交換にほとんど寄与しないため、より熱交換効率の向上が望まれていた。なお、図１０中の２点鎖線はガスの流れを示している。
【０００８】
また、この充填物９３は、図１１に示すように加熱管９０の内部にカーボン治具９６を置き、その上に短柱状の石英ガラスビーズを収容し、所定温度まで加熱した後、カーボン治具（図示せず）等を用い、圧力を加えて石英ガラスビーズ同士を融着することによって形成される。
そのため、カーボン治具９６の近傍の石英ガラスビーズには充分な力が加わらず、石英ガラスビーズ同士が確実に融着され難いという技術的課題があった。特に、大きな石英ガラスビーズに挟まれた小さな石英ガラスビーズには力が加わらないため、石英ガラスビーズ同士が確実に融着されず、石英ガラスビーズが脱落する虞があった。また、それに共にパーティクル等が発生する虞があった。
【０００９】
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、滞留性に優れ、しかもパーティクル等の発生を抑制でき、小型化可能な流体加熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するためになされた本発明にかかる流体加熱装置は、通過する流体の抵抗となる充填物が配設されると共に、流体供給源から供給される流体を加熱する加熱管と、前記加熱管の外周囲に形成されたヒータ部と、前記加熱管及びヒータ部を収容するハウジングとを備えた流体加熱装置において、前記充填物が、短柱状の石英ガラスビーズが融着することによって形成されると共に、加熱管の内周面と融着し、一体に形成され、かつ、前記充填物の上流側面に、石英ガラス板からなる拡散板が融着すると共に、加熱管の内周面と融着し、一体に形成されていることを特徴としている。
【００１１】
このように、加熱管の内部に、通過する例えばガスの抵抗となる充填物が配設されているため、通過する流体に対して適度な滞留時間を付与することができる。その結果、加熱管内部を通過する流体は、前記ヒータ部からの輻射熱により、充分な熱を得ることができ、所定温度まで昇温させることができる。また、加熱管内部を通過する流体を滞留させることができるため、加熱管、ヒ−タ部を小型化することができる。
特に、該充填物の上流側面に拡散板が充填物と一体に形成されているため、加熱管の内部に導入されたガスは該拡散板によって拡散され、充填物の上流側面の全面からガスが流入する。その結果、ガスは充填物の全領域を流れるため、ガスの滞留性が向上すると共に、熱交換効率を向上させることができる。
また、充填物の上流側面に拡散板が充填物と一体に形成されているため、充填物の一部が脱落することもなく、それに伴うパーティクル等の発生を防止することができる。
【００１３】
また、前記充填物が短柱状の石英ガラスビーズであると共に、前記拡散板が石英ガラス板であり、前記石英ガラスビーズを融着することによって形成された充填物の少なくとも一面に、前記拡散板が融着されていることが望ましい。
このように、充填物を短柱状の石英ガラスビーズとし、拡散板を石英ガラス板とした場合には、融着させることにより容易に一体物を製造することができる。
【００１４】
更に、前記拡散板が、複数の貫通穴を有する円板状の石英ガラスからなり、貫通穴による単位面積あたりの開口率が、中心部より外周部の方が大きいことが望ましい。
このように、外周部における単位面積あたりの開口率が、中心部より大きく形成されているため、加熱管内部に導入されたガスは加熱管の外周部方向により拡散し、充填物の上流側面の全面からガスが流入する。その結果、ガスは充填物の全領域を流れるため、ガスの滞留性が向上すると共に、熱交換効率を向上させることができる。
また、ヒータ部が外周囲に配置されているため、ガスを外周部方向により拡散させることにより、より効率的に加熱することができ、熱交換効率をより確実に高めることができる。
【００１５】
また、短柱状の石英ガラスビーズを融着することによって形成された充填物が、直径６乃至１２ｍｍ、長さ６乃至１２ｍｍのビーズと、直径４乃至１０ｍｍ、長さ４乃至１０ｍｍのビーズの大小二種類のビーズを、個数比で１：４乃至４：１の割合で混合して、融着することによって形成された成形体であることが望ましい。
【００１６】
このように、石英ガラスビーズを融着することによって形成された成形体よりなる充填物が加熱管内に配設されているため、加熱管内に導入されたガスが前記充填物により形成された複雑に屈曲交差する微細な流路を通過することにより適度な滞留時間が付与される。また、前記ヒータ部からの輻射熱は、前記成形体内部で、複雑に透過、屈折、散乱、反射を繰り返す。
その結果、導入されたガスに充分な熱量を付与することができるため、熱交換効率が優れ、加熱管、ヒ−タ部を小型にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる流体加熱装置の第一の実施形態で、特にこの流体としてガスを用いる場合を図１乃至図６に基づいて、詳細に説明する。なお、図１は、本発明にかかるガス加熱装置の第一の実施形態を示す側面断面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線切断断面図を示す。図３は、加熱管内に配設された充填物および拡散板を示す図であり、図４は、ガスの流れを模式的に示した図である。図５は、充填物及び拡散板の製造過程を示す図、図６は拡散板の正面図である。
【００２０】
本発明にかかるガス加熱装置１は、図１に示すように、ガス供給源から供給されるガスを加熱する加熱管２と、前記加熱管２の外周囲に螺旋状に形成されたヒータ部３と、前記加熱管２とヒータ部３とが、収納された石英ガラス製の熱遮蔽体４と、前記加熱管２及びヒータ部３を収納する熱遮蔽体４を更に収容するハウジング５と、熱遮蔽体４とハウジング５との間に設けられた高純度な断熱材６と、一端がガス供給源に接続されると共に他端が加熱管２に接続されたガス導入管である接続管７と、一端が加熱管２に接続されると共に他端が半導体加熱処理炉（図示せず）に接続されたガス導出管である接続管８とから構成されている。
また、前記加熱管２の内部には、図３に示すように通過するガスの抵抗となる充填物１２および拡散板１３が配設されている。
【００２１】
また、前記ヒータ部３は、その発熱部が、カーボンファイバー束からなるカ−ボンワイヤー発熱体（図示せず）を封入した石英ガラス管１１からなり、前記加熱管２の表面を螺旋状にように配設されている。
この石英ガラス管１１は、図１に示されているように、螺旋状の石英ガラス管１１ａと、前記螺旋状の石英ガラス管１１ａの一端に接続して前記石英ガラス管１１ａの螺旋構造を支持する石英ガラス製の直管１１ｂと、前記螺旋状の石英ガラス管１１ａ他端に接続して前記石英ガラス管１１ａの螺旋構造を支持する石英ガラス製の直管１１ｃ（図示せず）とから構成されている。
【００２２】
螺旋状の石英ガラス管１１ａは、直管１１ｂ、１１ｃと連通しており、カーボンワイヤー発熱体は、螺旋状の石英ガラス管１１ａに収容され、直管１１ｂ、１１ｃから導出される。
また、直管１１ｂ、１１ｃの各端部には、図１に示すような封止端子部２０が設けられている。この封止端子部１７には接続線１７ａが設けられ、電力が供給されるように構成されている。
【００２３】
このカーボンワイヤー発熱体は、極細いカーボン単繊維を束ねたカーボンファイバー束を、編紐形状、あるいは組紐形状に複数束編み上げて作製したものであり、従来の金属製やＳｉＣ製の発熱体に比べて、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、細いカーボン単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、ムク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、形状変形順応性や加工性に優れている。
このように、カーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管１１に封入したヒータ部３は、従来の高純度炭化珪素製ヒータに比較して熱容量が小さく、半導体ウエハに有害な金属汚染やパーティクルの生成、不純物ガスの発生等が少ない。
【００２４】
また、前記加熱管２は、通常、厚さ１乃至３ｍｍ程度の透明石英ガラス材で円筒状に形成されている。また、加熱管２は充填物１２および拡散板１３を内部に収容した後、接続管７、８が形成された側端板によって閉塞され、密閉される。なお、前記加熱管２のサイズ（有効径、有効長）は、加熱するガス量、加熱温度、ガスの熱容量等の諸要素を勘案して適宜設定されるが、通常、有効直径５０乃至１００ｍｍ、長さ１００乃至２００ｍｍ程度である。
【００２５】
また、加熱管２の内部に配設される充填物１２として、図３に示すような短柱状の透明石英ガラスビーズを融着して形成された成形体が用いられる。
なお、石英ガラスビーズの形状としては、輻射熱を吸収して通過ガスに有効に熱を付与できる形状のものであれば、必ずしも短柱状に限定されるものではなく、球状、回転楕円体状、短柱円筒状、鞍型形状等のものを随意採用して差し支えない。しかしながら、融着時に歪みを生じたり、取り扱い時、使用時等に割れや欠けが生じ易いものは好ましくなく、またできるだけ安価で、かつ形状加工が容易な点等から短柱円柱形状のものが好ましい。
【００２６】
前記石英ガラス等の石英質の熱伝導性は大きくないため、前記ヒータ部３のカーボンワイヤー発熱体１０から、それを封入する石英ガラス管１１を介して前記加熱管２内部に伝達される熱エネルギーの大部分は、輻射熱である。そのため、前記加熱管２内の充填物１２は、黒色体であるより、むしろ透明体である方が好ましい。
前記充填物１２が黒色体の場合、黒色体の表面部分で輻射線が吸収されてしまい、前記表面部のみが局部に加熱されしまうためである。これに対して充填物１２が透明体の場合、照射された輻射熱は、複雑に透過、反射、屈折して中心部分にまで達し、前記充填物１２内部を均等に加熱することができる。その結果、加熱管２内部を通過するガスを均一に、加熱することができる。
【００２７】
また、前記透明石英ガラスビーズの形状は短柱円柱形状になされ、通気性（通気抵抗圧損）に応じて適宜選択されるが、通常、直径４乃至１５ｍｍ、長さ４乃至１５ｍｍ程度、より好ましくは直径６乃至１２ｍｍ、長さ６乃至１２ｍｍ程度のものが用いられる。
特に、直径６乃至１２ｍｍ、長さ６乃至１２ｍｍの石英ガラスビーズと直径４乃至１０ｍｍ、長さ４乃至１０ｍｍの石英ガラスビーズの大小二種類の短柱円柱状ビーズを、個数比で１：４乃至４：１の割合（より好ましくは６：４乃至８：２）の個数比率で混合したものを融着し成形した成形体は、破損や欠けが生じにくく、また充填率やガス圧損の点でも適当であるため好ましい。
【００２８】
また、前記石英ガラスビーズの成形体（充填物１２）の上流側面には、石英ガラスからなる円板状の拡散板１３がこの石英ガラスビーズの成形体と融着等により一体に形成されている。
この拡散板１３には、図６に示すように、複数の貫通穴１３ａが形成されている。この貫通穴１３ａは中心部から外周部に行くにしたがって、数多くの貫通穴が設けられている。即ち、単位面積あたりの開口率が、中心部より外周部の方が大きく形成されている。
【００２９】
このように、前記石英ガラスビーズの成形体（充填物１２）の上流側面には、石英ガラスからなる円板状の拡散板１３がこの石英ガラスビーズの成形体（充填物１２）と融着等により一体に形成されているため、加熱管２の内部に導入されたガスは、拡散板１３によって中心部から外周部へ拡散され、充填物１２の上流側面の全面から内部に流入する。
特に、外周部における単位面積あたりの開口率が、中心部より大きく形成されているため、加熱管２に導入されたガスは加熱管２の外周部方向により拡散し、充填物１２の上流側面の全面からガスが流入する。その結果、ガスは充填物１２の全領域を流れる
したがって、充填物１２の全域をガスが流通するため、熱交換効率が向上するとともに、ガスの滞留性をより向上させることができる。
【００３０】
また、充填物１２の上流側面に拡散板１３が融着等により一体に形成されているため、充填物１２の一部（石英ガラスビーズ）が脱落することもなく、それに伴うパーティクル等の発生を防止することができる。
【００３１】
なお、上記のように充填物１２の上流側の全面からガスが流入される手段として、拡散板１３の外径を加熱管２の内径よりも小さく形成し、両者の間に隙間を形成し、前記拡散板１３を加熱管２に融着しない構造としても良い。また、このような構造によれば、製造時に加熱管２の変形を防止でき、寸法安定性をより高めることができる。
【００３２】
前記拡散板１３の外周面と加熱管の内周面との間に隙間が存在する構造における拡散板１３について具体的に示せば、前記加熱管２が内径φ５６ｍｍ、長さ２０５ｍｍ、肉厚３ｍｍである場合、拡散板１３として、外径φ５３ｍｍ、厚さ３ｍｍ、貫通穴径φ３ｍｍの貫通穴３７個を均等間隔に配置したものを用いることができる。
なお、上記拡散板１３の外周面と加熱管２の内周面が密接あるいは融着された構造とするには前記加熱管２の内径と拡散板１３の外径とを略同等に形成すれば良い。
【００３３】
前記熱遮蔽体４は、ヒータ部３から外部側に向けて輻射する熱線を反射してヒータ部３の熱効率をより一層向上させるため、前記加熱管２とヒータ部３とを覆っている。そして前記熱遮蔽体４はハウジング５内に配設される。
また、前記熱遮蔽体４とハウジング５の空間、また熱遮蔽体４とヒータ部３との間の空間に、例えばグラスウール等の高純度断熱材６を充填することが好ましい。
また、熱遮蔽体４を内部に収納し、ガス加熱装置１の外形を形成するハウジング５は、石英ガラス材で作製されているのが好ましいが、石英ガラス材に限ったものではなく、例えば金属性ケースであってもよい。このハウジング５は筒状をなし、加熱管２、ヒ−タ部３、熱遮蔽板４を収納した後、密閉される。なお、ハウジング５の側端面には接続管７、８、ヒ−タ部３の封止端子部１７を導出する開孔部が設けられている。
【００３４】
次に、前記した石英ガラスビーズを用いて成形体（充填物１２）および拡散板１３を製造する方法について説明する。
まず、直径６乃至１２ｍｍ程度の透明石英ガラスのムク棒を６〜１２ｍｍ程度に切断して形成される２種類の大きさの石英ビーズを例えば７（寸法の大きいビーズ）：３（寸法の小さいビーズ）に混ぜ（通常６００乃至１０００個）を製造する。また、拡散板１３を石英ガラス板により製造するとともに、貫通穴を所定位置、所定数形成する。
【００３５】
そして、図５に示すようにカーボン治具１４を石英筒（加熱管２）に入れて、その上に拡散板１３を載せる。更に、この拡散板１３の上に石英ガラスビーズを入れる。
その後、この石英筒（加熱管２）をカーボン製の筒形の割り型１５内に投入し、上からカーボン製の重りを用いて押しつけ、１４５０℃以上に加熱して前記石英ガラスビーズ同士を部分的に融着させて円柱状成形体とする。また同時に、前記拡散板１３と前記円柱成形体とが融着し、一体に形成される。このとき、前記円柱状成形体は、石英筒（加熱管２）と融着し、一体化する。
【００３６】
このように製造する場合においても、従来と同様に上部に加えられた荷重は、拡散板１３の近傍の石英ガラスビーズには充分に加わらないが、石英ガラスビーズの自重によって拡散板１３と融着される。その結果、石英ガラスビーズの脱落を抑制でき、それに共にパーティクル等の発生を抑制することができる。
【００３７】
以上のようにして製造された充填物１２が加熱管２に配設されているため、加熱管２に導入されたガスは、前記充填物１２により形成された複雑に屈曲交差する微細な流路を通過し、適度な滞留時間が付与される。また、前記カーボンワイヤー発熱体からの輻射熱は、前記充填物１２の内部で、複雑に透過、屈折、散乱、反射を繰り返す。
その結果、導入されたガスに充分な熱量を付与することができるため、熱交換効率が優れ、加熱管、ヒ−タ部を小型にすることができる。
【００３８】
また、該充填物１２の上流側面に拡散板１３が一体に形成されているため、図４に示すように加熱管２の内部に導入されたガスは該拡散板１３によって拡散され、充填物１２の上流側面の全面からガスが流入する。
その結果、ガスは充填物１２の全領域を流れるため、ガスの滞留性が向上すると共に、熱交換効率を向上させることができる。また、充填物１２の一部が脱落することもなく、それに伴うパーティクル等の発生を防止することができる。なお、図４の２点鎖線はガスの流れを示している。
【００３９】
次に、第二の実施形態を図７、図８に基づいて説明する。
この実施形態にあっては、前記第一の実施形態が充填物１２の上流面に拡散板１３が形成されているのに対して、充填物（円柱成形体）１２の上流面および下流面に拡散板１３，１６が形成されている点が相違する。
なお、この上流面に設けられる拡散板１３は、第一の実施形態の拡散板と同一の構成を備えている。また、拡散板１６は第一の実施形態の拡散板と基本的には同一の構成を備えているが、拡散板１６の外径を加熱管２の内径よりも小さく形成されている。更に、上流面に設けられる拡散板１３を、拡散板１６と同様に、その外径を加熱管２の内径よりも小さく形成しても良い。
【００４０】
このような石英ガラスビーズを用いて成形体および拡散板１３，１６を製造するには、第一の実施形態の場合と同様に、石英ガラスビーズおよび第一、第二の拡散板１３，１６を製造し、図７に示すようにカーボン治具１４を石英筒（加熱管２）に入れて、その上に拡散板１３を載せる。更に、この拡散板１３の上に石英ガラスビーズおよび第二の拡散板１６を入れる。
【００４１】
その後、この石英筒（加熱管２）をカーボン製の筒形の割り型１５内に投入し、上からカーボン製の重りを用いて押しつけ、１４５０℃以上に加熱して前記石英ガラスビーズ同士を部分的に融着させて円柱状成形体とする。
また同時に、前記第一、第二の拡散板１３，１６と前記円柱成形体とが融着し、一体に形成される。更に、前記円柱状成形体１２ａは、石英筒（加熱管２）と融着し、一体化する。
【００４２】
なお、前記第一の拡散板１３の外径が加熱管２の内径よりも小さく形成されている場合には、両者の間には隙間が形成される。また第一の拡散板１３の外径と加熱管２の内径とが同径の場合には、両者は融着し、一体化する。
一方、第二の拡散板１６は、その外径を加熱管２の内径よりも小さく形成されているため、両者は融着、一体化しない。即ち、第二の拡散板１６を押付けることによって石英ガラスビーズに荷重を加えるため、石英ガラスビーズの変形によって第二の拡散板１６が沈み込む。そのため、第二の拡散板１６が加熱管２の内径と同径に形成され、両者が融着していると、第二の拡散板１６のみならず加熱管２に変形が生じ、寸法安定性が欠け、好ましくない。
【００４３】
また、上からの荷重によって、上方の石英ガラスビーズには充分な力が加わるため、石英ガラスビーズ同士の融着される部分（ネック部）が大きい。
これに対して、上から下に行くにしたがって荷重が分散され、下方向の石英ガラスビーズに加わる力は小さくなるため、石英ガラスビーズ同士の融着される部分が、上方の石英ガラスビーズ同士の融着される部分（ネック部）に比べて、小さくなる。
これはネック部が大きくなると、石英ガラスビーズの間の隙間が小さく、これに対してネック部が小さいと、石英ガラスビーズの間の隙間は大きいことを意味している。
したがって、石英ガラスビーズを融着することによって形成された前記成形体の上側の気孔率が、下側の気孔率よりも小さく形成される。なお、この成形体の上側が加熱管の下流側に対応し、下側が加熱管の上流側に対応する。
【００４４】
ここで、石英ガラスビーズ同士の融着される部分（ネック部）の大きさを具体的に測定した。測定は、成形体をフッ化水素液に漬し、石英ガラスビーズが脱落するまでの時間を測定し、前記時間からネック部の大きさを算出した。
具体的には、１６％濃度のＨＦ溶液では８μｍ／ｈの速さで石英ガラスがエッチングされるため、石英ガラスビーズが脱落するまでの時間を測定し、この時間に該エッチング速さ及び定数（エッチングはネック部両側から進むため、定数は２）を掛けることにより、ネック部がエッチングされた量（ネック部の大きさ）を求めた。
その結果、図８に示すように、上流側が４μｍであるのに対して、下流側が８０μｍであった。これから明らかなように、上流側の気孔率が大きく、下流側の気孔率が小さいことが認められた。
【００４５】
このように、石英ガラスビーズを融着することによって形成された前記成形体の下流側の気孔率が、上流側の気孔率よりも小さいため、ガスの滞留性を向上させることができ、熱交換効率を向上させることができる。
また、前記充填物の上下流側面に拡散板が一体に形成されているため、充填物の一部が脱落することもなく、それに伴うパーティクル等の発生を防止することができる。
【００４６】
上述の説明においては、本発明の流体加熱装置について、特に流体としてガスを用いる場合を説明したが、ガスに換えて例えば純水等の液体を用いる場合においても同等の作用、効果を示すものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、滞留性に優れ、また熱交換効率に優れ、しかもパーティクル等の発生を抑制でき、小型化可能な流体加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかるガス加熱装置の第一の実施形態を示す側面断面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線切断断面図である。
【図３】図３は、加熱管内に配設された充填物および拡散板を示す図である。
【図４】図４は、ガスの流れを模式的に示した図である。
【図５】図５は、充填物及び拡散板の製造過程を示す図である。
【図６】図６は拡散板の正面図である。
【図７】図７は、第二の実施形態における充填物及び拡散板の製造過程を示す図である。
【図８】図８は、本発明にかかる流体加熱装置の第二の実施形態を示す断面図およびネック部の変化を示す図である。
【図９】図９は、本願出願人が先に提案した流体加熱装置の概念図である。
【図１０】図１０は、図９に示した流体加熱装置におけるガスの流れを示した概念図である。
【図１１】図１１は、図９に示した充填物の製造過程を示す図である。
【図１２】図１２は、従来型のガス予熱装置を配設した縦型バッチ式酸化反応炉の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、従来型のガス予熱装置を配設した枚葉型ベルジャー炉エピタキシャル薄膜成長装置の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３の装置のガス予熱装置構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１ガス加熱装置
２加熱管
３ヒ−タ部
４熱遮蔽板
５ハウジング
６断熱材
７接続管
８接続管
１１石英ガラス管
１１ａ螺旋管
１１ｂ直管
１２充填物
１３拡散板
１３ａ貫通穴
１６拡散板
１７封止端子部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid heating apparatus that is a gas or a liquid, for example, a fluid that is connected to various semiconductor heat treatment furnaces used in a semiconductor manufacturing process and controls the temperature of the gas supplied to the semiconductor heat treatment furnace to be raised and lowered. The present invention relates to a heating device.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor manufacturing processes, various semiconductor heat treatment furnaces are used in, for example, impurity diffusion furnaces, oxidation furnaces, annealing furnaces, thin film manufacturing apparatuses, etching apparatuses, and the like. These semiconductor heat treatment furnaces include single-wafer type, vertical type, horizontal batch type, and the like depending on the purpose and application.
In these semiconductor heat treatment furnaces, in order to make the film thickness and film quality generated on the wafer uniform, as shown in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-316425 and 7-176498, the reaction gas is introduced into the furnace. Before being introduced into the furnace, it is heated using a heating device, preheated to a predetermined temperature corresponding to the processing temperature of the semiconductor heat treatment furnace, and the furnace temperature distribution is made uniform.
[0003]
Further, the gas heating device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-176498 will be described with reference to FIG. 12. The gas heating device 70 includes a heating path portion 73 formed in an elongated meandering shape and the heating path portion 73. The reaction gas introduced from the gas inlet 71 is formed in an elongated meandering shape while being heated by the heat equalizing body (heating element) 72 of the gas heating device. It is configured to flow in the heated heating path portion 73 and be introduced into the furnace 74. In addition, the arrow in FIG. 12 has shown the flow of the reactive gas.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-316425 discloses a gas heating apparatus that controls the reaction gas introduced into an epitaxial thin film vapor phase growth apparatus using a single wafer bell jar furnace to a predetermined temperature. .
The gas heating device will be described with reference to FIGS. 13 and 14. The gas heating device 80 includes a spiral tube 81 and a heater portion 82 provided outside the spiral tube 81, and the reaction gas passes through the spiral tube 81. While passing, it is configured to be heated to a predetermined temperature by heat from the heater section 82 and then supplied from the nozzle 83 into the bell jar 84. In addition, the arrow in FIG. 13, 14 has shown the flow of the reactive gas.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although any of the above-described heating devices is configured such that the reaction gas passes through the inside of the heating path portion 73 and the spiral tube 81, the gas retention is poor, and the heating path portion 73 and the spiral tube 81 If the length was not made considerably long, it could not be heated to a predetermined temperature. On the other hand, in order to heat the gas to a predetermined temperature, there is a problem that if the length of the heating path portion 73 and the spiral tube 81 is increased, the gas heating device cannot be reduced in size.
In order to solve such a problem, the applicants of the present application have proposed a fluid heating device in which a filler serving as a resistance of a fluid passing therethrough is disposed inside the heating pipe (Japanese Patent Application No. 2001-38424). .
[0006]
The proposed fluid heating apparatus will be described with reference to FIG. 9 to FIG. 11. A heating tube 90 for heating a fluid supplied from a fluid supply source, and a heater formed in a spiral shape around the outer periphery of the heating tube 90 And a housing 92 that houses the heating tube 90 and the heater portion 91. In FIG. 9, reference numeral 94 denotes a gas introduction pipe, and 95 denotes a gas outlet pipe. A filling 93 serving as resistance of the fluid passing therethrough is disposed inside the heating tube 90. The filler 93 is a molded body formed by fusing short columnar quartz glass beads.
As described above, since the filling 93 is disposed inside the heating tube 90, the resistance of the fluid passing therethrough is good, the gas staying property is good, and even if the length of the heating tube 90 is short, the heating tube 90 reaches a predetermined temperature. Can be heated. On the other hand, since the length of the heating tube 90 can be shortened, the fluid heating device can be downsized.
[0007]
However, although the proposed fluid heating apparatus has improved gas retention compared to the conventional apparatus, it has been found that there is a portion 93a that hardly contributes to gas retention as shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 10, the gas introduced from the gas introduction pipe 94 to the heating pipe 90 flows in the direction of the gas outlet pipe 95 while diffusing in the outer peripheral portion direction of the heating pipe 90, and as shown in FIG. 10. Thus, a portion 93a that hardly contributes to gas retention is generated. Accordingly, since the portion 93a that does not contribute to gas retention hardly contributes to heat exchange with respect to the flowing gas, further improvement in heat exchange efficiency has been desired. In addition, the dashed-two dotted line in FIG. 10 has shown the flow of gas.
[0008]
In addition, as shown in FIG. 11, the filling 93 has a carbon jig 96 placed inside a heating tube 90, accommodates short columnar quartz glass beads thereon, and is heated to a predetermined temperature. (Not shown) or the like, and is formed by fusing quartz glass beads by applying pressure.
Therefore, there is a technical problem that the quartz glass beads in the vicinity of the carbon jig 96 are not subjected to sufficient force, and the quartz glass beads are hardly reliably fused. In particular, since no force is applied to the small quartz glass beads sandwiched between the large quartz glass beads, the quartz glass beads are not reliably fused together, and the quartz glass beads may fall off. In addition, particles and the like may be generated.
[0009]
The present invention has been made to solve the above technical problem, Retention Another object of the present invention is to provide a fluid heating device that is excellent in size, can suppress generation of particles and the like, and can be downsized.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The fluid heating apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above technical problem, A filling that provides resistance to the fluid passing therethrough is disposed; In a fluid heating apparatus comprising: a heating tube for heating a fluid supplied from a fluid supply source; a heater unit formed on the outer periphery of the heating tube; and a housing for housing the heating tube and the heater unit. The filler is formed by fusing short columnar quartz glass beads, fused to the inner peripheral surface of the heating tube, and formed integrally with the quartz glass on the upstream side of the filler. A diffusion plate made of a plate is fused and fused with the inner peripheral surface of the heating tube to form a single unit It is characterized by that.
[0011]
Thus, since the filling which becomes resistance of the gas which passes is arrange | positioned in the inside of a heating pipe | tube, moderate residence time can be provided with respect to the fluid which passes. As a result, the fluid passing through the inside of the heating tube can obtain sufficient heat by the radiant heat from the heater section, and can be raised to a predetermined temperature. Further, since the fluid passing through the inside of the heating tube can be retained, the heating tube and the heater portion can be reduced in size.
In particular, since the diffusion plate is formed integrally with the packing on the upstream side of the packing, the gas introduced into the heating tube is diffused by the diffusion plate, and the gas is discharged from the entire upstream side of the packing. Inflow. As a result, the gas flows through the entire region of the packing, so that the gas retention can be improved and the heat exchange efficiency can be improved.
In addition, since the diffusion plate is formed integrally with the packing on the upstream side surface of the packing, a part of the packing does not drop off, and the generation of particles and the like associated therewith can be prevented.
[0013]
Further, the filler is short columnar quartz glass beads, the diffusion plate is a quartz glass plate, and the diffusion plate is formed on at least one surface of the filler formed by fusing the quartz glass beads. It is desirable to be fused.
As described above, when the filler is a short columnar quartz glass bead and the diffusion plate is a quartz glass plate, an integral product can be easily manufactured by fusing.
[0014]
Furthermore, it is desirable that the diffusion plate is made of disc-shaped quartz glass having a plurality of through holes, and the aperture ratio per unit area by the through holes is larger in the outer peripheral portion than in the central portion.
Thus, since the aperture ratio per unit area in the outer peripheral portion is formed larger than that in the central portion, the gas introduced into the heating tube diffuses in the direction of the outer peripheral portion of the heating tube, and the upstream side surface of the packing Gas flows from the entire surface. As a result, the gas flows through the entire region of the packing, so that the gas retention can be improved and the heat exchange efficiency can be improved.
Moreover, since the heater part is arrange | positioned in outer periphery, it can heat more efficiently by diffusing gas by an outer peripheral part direction, and can improve heat exchange efficiency more reliably.
[0015]
In addition, the filler formed by fusing the short columnar quartz glass beads is composed of beads having a diameter of 6 to 12 mm and a length of 6 to 12 mm, and beads having a diameter of 4 to 10 mm and a length of 4 to 10 mm. It is desirable that the molded body is formed by mixing and fusing various types of beads in a ratio of 1: 4 to 4: 1.
[0016]
As described above, since the filling made of the molded body formed by fusing the quartz glass beads is arranged in the heating tube, the gas introduced into the heating tube is complicatedly formed by the filling. An appropriate residence time is imparted by passing through a fine flow path that bends and intersects. In addition, the radiant heat from the heater part repeats transmission, refraction, scattering and reflection in a complicated manner inside the molded body.
As a result, since a sufficient amount of heat can be imparted to the introduced gas, the heat exchange efficiency is excellent, and the heating tube and the heater section can be reduced in size.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, in the first embodiment of the fluid heating apparatus according to the present invention, the case of using a gas as the fluid will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a side sectional view showing a first embodiment of the gas heating apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a view showing a filler and a diffusion plate arranged in the heating tube, and FIG. 4 is a view schematically showing a gas flow. FIG. 5 is a view showing a manufacturing process of the filler and the diffusion plate, and FIG. 6 is a front view of the diffusion plate.
[0020]
As shown in FIG. 1, a gas heating apparatus 1 according to the present invention includes a heating tube 2 that heats a gas supplied from a gas supply source, and a heater unit 3 that is formed in a spiral shape on the outer periphery of the heating tube 2. A heat shield 4 made of quartz glass in which the heating tube 2 and the heater section 3 are housed, a housing 5 for further housing the heat shield 4 for housing the heating tube 2 and the heater section 3, and a heat A high-purity heat insulating material 6 provided between the shield 4 and the housing 5; and a connecting pipe 7 which is a gas introduction pipe having one end connected to the gas supply source and the other end connected to the heating pipe 2. The connecting pipe 8 is a gas outlet pipe having one end connected to the heating pipe 2 and the other end connected to a semiconductor heat treatment furnace (not shown).
In addition, as shown in FIG. 3, a filler 12 and a diffusion plate 13 serving as a resistance of the gas passing therethrough are disposed inside the heating tube 2.
[0021]
The heater unit 3 is composed of a quartz glass tube 11 in which a carbon wire heating element (not shown) made of a carbon fiber bundle is enclosed, and the surface of the heating tube 2 is spiraled. It is arranged.
As shown in FIG. 1, this quartz glass tube 11 is connected to a spiral quartz glass tube 11a and one end of the spiral quartz glass tube 11a to support the spiral structure of the quartz glass tube 11a. A quartz glass straight tube 11b, and a quartz glass straight tube 11c (not shown) connected to the other end of the spiral quartz glass tube 11a and supporting the spiral structure of the quartz glass tube 11a. Has been.
[0022]
The spiral quartz glass tube 11a communicates with the straight tubes 11b and 11c, and the carbon wire heating element is accommodated in the spiral quartz glass tube 11a and led out from the straight tubes 11b and 11c.
Moreover, the sealing terminal part 20 as shown in FIG. 1 is provided in each edge part of the straight pipes 11b and 11c. The sealing terminal portion 17 is provided with a connection line 17a so that electric power is supplied.
[0023]
This carbon wire heating element is made by knitting a plurality of carbon fiber bundles made by bundling ultra-thin carbon single fibers into a braided or braided shape. Compared to conventional metal or SiC heating elements In addition, it has a small heat capacity and excellent temperature rise and fall characteristics, and also has excellent high-temperature durability in a non-oxidizing atmosphere.
In addition, since it is made by knitting a plurality of thin carbon single fiber bundles, it is more flexible than a heating element made of Muku's carbon material, and has excellent shape deformation adaptability and workability.
As described above, the heater unit 3 in which the carbon wire heating element is sealed in the quartz glass tube 11 has a smaller heat capacity than the conventional high-purity silicon carbide heater, and generates metal contamination, particle generation, and impurities harmful to the semiconductor wafer. There is little generation of gas.
[0024]
The heating tube 2 is usually formed in a cylindrical shape with a transparent quartz glass material having a thickness of about 1 to 3 mm. Further, the heating tube 2 contains the filler 12 and the diffusion plate 13 inside, and is then closed and sealed by the side end plate on which the connecting tubes 7 and 8 are formed. The size (effective diameter, effective length) of the heating tube 2 is appropriately set in consideration of various factors such as the amount of gas to be heated, the heating temperature, and the heat capacity of the gas. Usually, the effective diameter is 50 to 100 mm, The length is about 100 to 200 mm.
[0025]
Further, as the filler 12 disposed inside the heating tube 2, a molded body formed by fusing short columnar transparent quartz glass beads as shown in FIG. 3 is used.
The shape of the quartz glass beads is not necessarily limited to a short column shape as long as it can absorb radiant heat and effectively apply heat to the passing gas. Column cylindrical shapes, saddle-shaped shapes, etc. may be optionally adopted. However, it is not preferred that the material is distorted at the time of fusing, or that is liable to crack or chip during handling, use, etc., and is preferably a short columnar column because it is as cheap as possible and easy to shape. .
[0026]
Thermal energy transmitted from the carbon wire heating element 10 of the heater section 3 to the inside of the heating tube 2 through the quartz glass tube 11 enclosing it is not large because the thermal conductivity of quartz such as quartz glass is not large. Most of this is radiant heat. Therefore, it is preferable that the filler 12 in the heating tube 2 is a transparent body rather than a black body.
This is because when the filler 12 is a black body, radiation is absorbed by the surface portion of the black body, and only the surface portion is heated locally. On the other hand, when the filler 12 is a transparent body, the irradiated radiant heat is transmitted, reflected, and refracted in a complicated manner to reach the central portion, and the inside of the filler 12 can be heated evenly. As a result, the gas passing through the inside of the heating tube 2 can be heated uniformly.
[0027]
Further, the shape of the transparent quartz glass bead is a short columnar column, and is appropriately selected according to air permeability (ventilation resistance pressure loss). Usually, the diameter is 4 to 15 mm, and the length is about 4 to 15 mm, more preferably. Those having a diameter of 6 to 12 mm and a length of 6 to 12 mm are used.
In particular, quartz glass beads having a diameter of 6 to 12 mm and a length of 6 to 12 mm, and quartz glass beads having a diameter of 4 to 10 mm and a length of 4 to 10 mm, two types of short columnar cylindrical beads, having a number ratio of 1: 4 to A molded body obtained by fusing and molding a mixture of number ratios of 4: 1 (more preferably 6: 4 to 8: 2) is less likely to be damaged or chipped, and also in terms of filling rate and gas pressure loss. It is preferable because it is appropriate.
[0028]
Further, a disc-shaped diffusion plate 13 made of quartz glass is integrally formed on the upstream side surface of the quartz glass bead compact (filler 12) by fusion with the quartz glass bead compact. .
As shown in FIG. 6, the diffusion plate 13 has a plurality of through holes 13a. The through-hole 13a is provided with a large number of through-holes from the center to the outer periphery. That is, the aperture ratio per unit area is formed larger in the outer peripheral portion than in the central portion.
[0029]
Thus, on the upstream side surface of the quartz glass bead compact (filler 12), a disk-shaped diffusion plate 13 made of quartz glass is fused to the quartz glass bead compact (filler 12). Therefore, the gas introduced into the heating tube 2 is diffused from the central portion to the outer peripheral portion by the diffusion plate 13 and flows into the inside from the entire upstream side surface of the filler 12.
In particular, since the opening ratio per unit area in the outer peripheral portion is larger than that in the central portion, the gas introduced into the heating tube 2 diffuses in the direction of the outer peripheral portion of the heating tube 2, Gas flows from the entire surface. As a result, the gas flows through the entire area of the filling 12.
Accordingly, since the gas flows through the entire area of the filler 12, the heat exchange efficiency can be improved and the gas retention can be further improved.
[0030]
Further, since the diffusion plate 13 is integrally formed on the upstream side surface of the filler 12 by fusion or the like, a part of the filler 12 (quartz glass beads) does not fall off, and the generation of particles and the like accompanying with it does not occur. Can be prevented.
[0031]
As described above, as a means for the gas to flow from the entire upstream surface of the packing 12, the outer diameter of the diffusion plate 13 is formed smaller than the inner diameter of the heating tube 2, and a gap is formed between the two. The diffusion plate 13 may be structured not to be fused to the heating tube 2. Moreover, according to such a structure, a deformation | transformation of the heating pipe 2 can be prevented at the time of manufacture, and dimensional stability can be improved more.
[0032]
Specifically, the diffusion plate 13 in a structure in which a gap exists between the outer peripheral surface of the diffusion plate 13 and the inner peripheral surface of the heating tube, the heating tube 2 has an inner diameter of φ56 mm, a length of 205 mm, and a wall thickness of 3 mm. In some cases, as the diffusion plate 13, a plate in which 37 through holes having an outer diameter of 53 mm, a thickness of 3 mm, and a through hole diameter of 3 mm are arranged at equal intervals can be used.
In order to obtain a structure in which the outer peripheral surface of the diffusion plate 13 and the inner peripheral surface of the heating tube 2 are in close contact or fused, the inner diameter of the heating tube 2 and the outer diameter of the diffusion plate 13 are formed to be approximately equal. good.
[0033]
The heat shield 4 covers the heating tube 2 and the heater unit 3 in order to further improve the thermal efficiency of the heater unit 3 by reflecting heat rays radiated from the heater unit 3 toward the outside. The heat shield 4 is disposed in the housing 5.
Moreover, it is preferable to fill the space between the heat shield 4 and the housing 5 and the space between the heat shield 4 and the heater portion 3 with a high-purity heat insulating material 6 such as glass wool.
The housing 5 that houses the heat shield 4 and forms the outer shape of the gas heating device 1 is preferably made of a quartz glass material. However, the housing 5 is not limited to the quartz glass material. It may be a sex case. The housing 5 has a cylindrical shape and is sealed after the heating tube 2, the heater portion 3 and the heat shielding plate 4 are accommodated. In addition, the side end surface of the housing 5 is provided with an opening portion for leading out the connecting pipes 7 and 8 and the sealing terminal portion 17 of the heater portion 3.
[0034]
Next, a method for manufacturing the molded body (filler 12) and the diffusion plate 13 using the above-described quartz glass beads will be described.
First, two types of quartz beads formed by cutting a transparent quartz glass rod having a diameter of about 6 to 12 mm to about 6 to 12 mm are used, for example, 7 (large size beads): 3 (small size beads) ) (Usually 600 to 1000). Further, the diffusion plate 13 is manufactured from a quartz glass plate, and a predetermined number of through holes are formed at a predetermined position.
[0035]
Then, as shown in FIG. 5, the carbon jig 14 is placed in the quartz tube (heating tube 2), and the diffusion plate 13 is placed thereon. Further, quartz glass beads are put on the diffusion plate 13.
Thereafter, this quartz tube (heating tube 2) is put into a carbon-made split mold 15 and pressed from above using a carbon weight, and heated to 1450 ° C. or more to partially separate the quartz glass beads. To form a cylindrical shaped body. At the same time, the diffusion plate 13 and the cylindrical molded body are fused and formed integrally. At this time, the cylindrical molded body is fused and integrated with the quartz cylinder (heating tube 2).
[0036]
Even in the case of manufacturing in this way, the load applied to the upper portion as in the conventional case is not sufficiently applied to the quartz glass beads in the vicinity of the diffusion plate 13, but is fused to the diffusion plate 13 by the dead weight of the quartz glass beads. Is done. As a result, dropping of the quartz glass beads can be suppressed, and generation of particles and the like can be suppressed together.
[0037]
Since the filler 12 manufactured as described above is disposed in the heating pipe 2, the gas introduced into the heating pipe 2 is a fine flow path formed by the filler 12 that bends and intersects in a complicated manner. And a moderate residence time is given. The radiant heat from the carbon wire heating element repeats transmission, refraction, scattering, and reflection in a complicated manner inside the filler 12.
As a result, since a sufficient amount of heat can be imparted to the introduced gas, the heat exchange efficiency is excellent, and the heating tube and the heater section can be reduced in size.
[0038]
Further, since the diffusion plate 13 is integrally formed on the upstream side surface of the packing 12, the gas introduced into the heating tube 2 is diffused by the diffusion plate 13 as shown in FIG. Gas flows from the entire upstream side of the.
As a result, the gas flows through the entire region of the filler 12, so that the gas retention can be improved and the heat exchange efficiency can be improved. In addition, a part of the filler 12 does not fall off, and the generation of particles and the like associated therewith can be prevented. In addition, the two-dot chain line of FIG. 4 has shown the flow of gas.
[0039]
Next, 2nd embodiment is described based on FIG. 7, FIG.
In this embodiment, the diffusion plate 13 is formed on the upstream surface of the filler 12 in the first embodiment, whereas the upstream surface and the downstream surface of the filler (cylindrical molded body) 12 are formed. The difference is that the diffusion plates 13 and 16 are formed.
Note that the diffusion plate 13 provided on the upstream surface has the same configuration as the diffusion plate of the first embodiment. The diffusion plate 16 basically has the same configuration as the diffusion plate of the first embodiment, but the outer diameter of the diffusion plate 16 is smaller than the inner diameter of the heating tube 2. Furthermore, the diffusing plate 13 provided on the upstream surface may be formed so that the outer diameter thereof is smaller than the inner diameter of the heating tube 2, similarly to the diffusing plate 16.
[0040]
In order to manufacture the molded body and the diffusion plates 13 and 16 using such quartz glass beads, the quartz glass beads and the first and second diffusion plates 13 and 16 are formed in the same manner as in the first embodiment. As shown in FIG. 7, the carbon jig 14 is put in a quartz tube (heating tube 2), and the diffusion plate 13 is placed thereon. Further, quartz glass beads and the second diffusion plate 16 are placed on the diffusion plate 13.
[0041]
Thereafter, this quartz tube (heating tube 2) is put into a carbon-made split mold 15 and pressed from above using a carbon weight, and heated to 1450 ° C. or more to partially separate the quartz glass beads. To form a cylindrical shaped body.
At the same time, the first and second diffusion plates 13 and 16 and the cylindrical molded body are fused and formed integrally. Further, the cylindrical molded body 12a is fused and integrated with the quartz cylinder (heating tube 2).
[0042]
When the outer diameter of the first diffusion plate 13 is smaller than the inner diameter of the heating tube 2, a gap is formed between them. Further, when the outer diameter of the first diffusion plate 13 and the inner diameter of the heating tube 2 are the same, both are fused and integrated.
On the other hand, since the outer diameter of the second diffusion plate 16 is smaller than the inner diameter of the heating tube 2, both are not fused and integrated. That is, since the load is applied to the quartz glass beads by pressing the second diffusion plate 16, the second diffusion plate 16 sinks due to the deformation of the quartz glass beads. Therefore, if the second diffusion plate 16 is formed to have the same diameter as the inner diameter of the heating tube 2 and they are fused, not only the second diffusion plate 16 but also the heating tube 2 is deformed, and dimensional stability Is not preferable.
[0043]
In addition, since a sufficient force is applied to the upper quartz glass beads by the load from above, the fused portion (neck portion) between the quartz glass beads is large.
On the other hand, since the load is dispersed from the top to the bottom and the force applied to the downward quartz glass beads is reduced, the fused portion between the quartz glass beads is between the upper quartz glass beads. It becomes smaller than the part to be fused (neck part).
This means that when the neck portion is large, the gap between the quartz glass beads is small, whereas when the neck portion is small, the gap between the quartz glass beads is large.
Accordingly, the upper porosity of the molded body formed by fusing the quartz glass beads is formed to be smaller than the lower porosity. The upper side of the molded body corresponds to the downstream side of the heating tube, and the lower side corresponds to the upstream side of the heating tube.
[0044]
Here, the size of the fused portion (neck portion) between the quartz glass beads was specifically measured. The measurement was carried out by immersing the molded body in a hydrogen fluoride solution, measuring the time until the quartz glass beads dropped off, and calculating the size of the neck portion from the time.
Specifically, since quartz glass is etched at a speed of 8 μm / h in a 16% concentration HF solution, the time until the quartz glass beads drop off is measured, and the etching speed and constant ( Since the etching proceeds from both sides of the neck portion, the amount by which the neck portion was etched (the size of the neck portion) was obtained by multiplying the constant by 2).
As a result, as shown in FIG. 8, the upstream side was 4 μm, while the downstream side was 80 μm. As is clear from this, it was recognized that the porosity on the upstream side was large and the porosity on the downstream side was small.
[0045]
As described above, since the porosity on the downstream side of the molded body formed by fusing the quartz glass beads is smaller than the porosity on the upstream side, it is possible to improve gas retention and heat exchange. Efficiency can be improved.
In addition, since the diffusion plates are integrally formed on the upstream and downstream sides of the packing, a part of the packing does not drop off, and the generation of particles and the like associated therewith can be prevented.
[0046]
In the above description, the case of using a gas as the fluid has been described for the fluid heating device of the present invention. is there.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, Retention In addition, it is possible to obtain a fluid heating device that is excellent in heat exchanging efficiency, can suppress generation of particles and the like, and can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a first embodiment of a gas heating device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a view showing a filler and a diffusion plate disposed in a heating tube.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a gas flow.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of a filler and a diffusion plate.
FIG. 6 is a front view of a diffusion plate.
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of a filler and a diffusion plate in the second embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fluid heating device according to a second embodiment of the present invention and a diagram showing a change in the neck portion.
FIG. 9 is a conceptual diagram of a fluid heating apparatus previously proposed by the applicant of the present application.
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a gas flow in the fluid heating apparatus shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process of the filling shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a view showing an example of a vertical batch type oxidation reaction furnace provided with a conventional gas preheating device.
FIG. 13 is a view showing an example of a single wafer type bell jar furnace epitaxial thin film growth apparatus provided with a conventional gas preheating apparatus.
14 is a schematic view showing a gas preheating device structure of the device of FIG. 13;
[Explanation of symbols]
1 Gas heating device
2 Heating tube
3 Heater
4 heat shield
5 Housing
6 Insulation
7 Connection pipe
8 Connection pipe
11 Quartz glass tube
11a spiral tube
11b Straight pipe
12 Filling
13 Diffuser
13a Through hole
16 Diffuser
17 Sealing terminal

Claims

通過する流体の抵抗となる充填物が配設されると共に、流体供給源から供給される流体を加熱する加熱管と、前記加熱管の外周囲に形成されたヒータ部と、前記加熱管及びヒータ部を収容するハウジングとを備えた流体加熱装置において、
前記充填物が、短柱状の石英ガラスビーズが融着することによって形成されると共に、加熱管の内周面と融着し、一体に形成され、
かつ、前記充填物の上流側面に、石英ガラス板からなる拡散板が融着すると共に、加熱管の内周面と融着し、一体に形成されていることを特徴とする流体加熱装置。A heating tube that heats a fluid supplied from a fluid supply source, a heater section formed on the outer periphery of the heating tube, and the heating tube and the heater are provided with a filling serving as resistance of the fluid passing therethrough In a fluid heating apparatus comprising a housing that accommodates a part,
The filler is formed by fusing short columnar quartz glass beads, fused to the inner peripheral surface of the heating tube, and integrally formed,
In addition, the fluid heating apparatus is characterized in that a diffusion plate made of a quartz glass plate is fused to the upstream side surface of the filler, and is fused to the inner peripheral surface of the heating tube, and is integrally formed .

前記拡散板が、複数の貫通穴を有する円板状の石英ガラス板からなり、貫通穴による単位面積あたりの開口率が、中心部より外周部の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載された流体加熱装置。The diffusion plate is made of a disk-shaped quartz glass plate having a plurality of through-holes, the aperture ratio per unit area by the through-holes, to claim 1, characterized in that the larger of the outer peripheral portion than the central portion The fluid heating device described.

短柱状の石英ガラスビーズを融着することによって形成された前記充填物が、直径６乃至１２ｍｍ、長さ６乃至１２ｍｍのビーズと、直径４乃至１０ｍｍ、長さ４乃至１０ｍｍのビーズの大小二種類のビーズを、個数比で１：４乃至４：１の割合で混合して、融着することによって形成された成形体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された流体加熱装置。The filler formed by fusing short columnar quartz glass beads has two types, large and small, beads having a diameter of 6 to 12 mm and a length of 6 to 12 mm, and beads having a diameter of 4 to 10 mm and a length of 4 to 10 mm. 3. The fluid according to claim 1 , wherein the beads are formed by mixing and fusing the beads in a ratio of 1: 4 to 4: 1. Heating device.