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Die
Erfindung betrifft ein Wärmebehandlungssystem
für Halbleiter,
das zur Aufbringung eines Nichtoxidfilmes, so beispielsweise eines
Polysiliziumfilmes, eines Nitridfilmes oder eines Oxidfilmes, auf
eine Oberfläche
eines Halbleiterwafers verwendet wird.
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Für das äußere Rohr
oder das innere Rohr, die in Niederdruck-CVD-Systemen für die Wärmebehandlung
von Halbleitern sowie in Reaktoren für die Hochtemperaturwärmebehandlung
Verwendung finden, wurde bislang Quarzglas verwendet, was unter anderem
darin begründet
ist, dass die Herstellung von hochreinem Glas einfach ist, Quarzglas
einen Wärmewiderstand
sowie eine geringe Wärmebeanspruchung
aufgrund eines geringen Wärmeexpansionskoeffizienten
aufweist und mit Blick auf die Wärmeisolation
aufgrund einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit
hervorragend geeignet ist. Ist der aufgebrachte Film ein Polysiliziumfilm
oder ein Nitridfilm, so ist vor kurzem ein Wärmebehandlungssystem für Halbleiter vorgeschlagen
worden, bei dem beispielsweise ein äußeres Rohr aus Siliziumkarbid
Verwendung findet, was daher rührt,
dass die Differenz bzw. der Unterschied beim Wärmeexpansionskoeffizienten
zwischen dem aufgebrachten Film und dem Quarzglas bewirkt, dass
der auf das Quarzglas aufgebrachte Film in dem System abblättert und
einen Wafer verunreinigt, und der Wärmewiderstand weiter verbessert
wird (siehe hierzu beispielsweise das Patentdokument 1 (
JP-A-9-251991 )
und das Patentdokument 2 (
JP-A-10-195657 )).
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Gleichwohl
geht die Verwendung von Siliziumkarbid mit dem Problem einher, dass
leicht Risse auftreten können,
was von Zugbeanspruchungen oder Biegebeanspruchungen herrührt, die
hauptsächlich
an den drei Stellen A, B und C, siehe 7 von
Patentdokument 2 (entsprechend 4 der vorliegenden
Druckschrift), auftreten, da Siliziumkarbid einen höheren Wärmeexpansionskoeffizienten
und eine höhere
Wärmeleitfähigkeit
als Quarzglas aufweist. Die Verwendung von Siliziumkarbid geht zudem
mit dem Problem einher, dass ein O-Ring, der üblicherweise zwischen dem äußeren Rohr
und einer Basis angeordnet ist, anfällig dafür ist anzubacken, da Siliziumkarbid
eine hohe Wärmeleitfähigkeit
aufweist, weshalb die Gasdichtfähigkeit
leicht nachteilig beeinflusst werden kann.
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Als
Gegenmaßnahme
ist ein Verfahren (nachstehend als Maßnahme A bezeichnet) vorgeschlagen
worden, bei dem der Abstand zwischen der unteren Oberfläche eines äußeren Rohres,
das aus Siliziumkarbid besteht, und dem untersten Ende einer Heizeinrich tung
auf eine Länge
von 200 mm oder mehr festgelegt wird, um einen O-Ring physisch entfernt
von einer Wärmequelle
anzuordnen (siehe Patentdokument 1). Als weitere Maßnahme ist
ein Verfahren (nachstehend als Maßnahme B bezeichnet) vorgeschlagen
worden, bei dem ein Dichtring zwischen einem Flansch eines äußeren Rohres,
das aus Siliziumkarbid besteht, und einer Basis angeordnet wird
und bei dem ein innerer Umfangsabschnitt des Flansches, der radial
weiter innen als der Dichtring angeordnet ist, mit der Basis in
Kontakt gebracht und von dieser gestützt wird (siehe Patentdokument
2).
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Die
Sicherstellung einer Länge
von 200 mm oder mehr ist dennoch weiterhin schwierig. Dies rührt daher,
dass die Notwendigkeit besteht, ein großes Volumen von Siliziumwafern
gleichzeitig zu verarbeiten, und zudem die Neigung besteht, die
isotherme Erwärmungszone
auszudehnen oder das untere Ende der Heizeinrichtung möglichst
nahe an die Basis heranzubringen, um die Anzahl von Siliziumwafern
zu erhöhen,
die in einem Wärmebehandlungssystem
für Halbleiter,
so beispielsweise in einem Niederdruck-CVD-System, verarbeitet werden können. Eingedenk
dessen hat der Bedarf an Maßnahmen, die über die
Maßnahme
A hinausgehen, weiter zugenommen.
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Darüber hinaus
ist der Durchmesser von Siliziumwafern von 200 mm auf 300 mm oder
mehr angewachsen, wobei der Außendurchmesser
des äußeren Rohres
entsprechend auf 350 mm oder mehr angewachsen ist. Aus diesem Grund
besteht für
den Fall der Durchführung
von Maßnahme
B die Möglichkeit,
dass der Flansch des äußeren Rohres
unzureichend gekühlt
wird. Es besteht zudem die Möglichkeit,
dass die Belastungsbeanspruchung, die auf ein Dichtglied einwirkt,
entsprechend der Temperatur variiert, was ein Gasleck aufgrund eines
unzureichenden Dichtdruckes insbesondere während der Durchführung der
Behandlung bei niedrigerer Temperatur bewirkt, da ein innerer Umfangsabschnitt
des Flansches, der von der Basis gestützt wird, in Linienkontakt
befindlich ist und da sich die Kontaktstelle entsprechend der Wärmebehandlungstemperatur ändert.
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Mit
anderen Worten, es gibt über
die Maßnahmen
A und B hinausgehend noch keine Maßnahmen, die den nachfolgenden
Anforderungen genügen
könnten,
so beispielsweise der Zunahme beim Durchmesser, der Zunahme beim
Durchsatz, der Verhinderung einer durch Teilchen verursachten Verunreinigung – was Einschränkungen
hinsichtlich Form und Verwendungsart des zu verwendenden äußeren Rohres
oder dergleichen minimieren kann und wodurch es schwierig wird,
dass das äußere Rohr oder
dergleichen aufgrund einer wärmebedingten Beanspruchung
einen Riss erleidet –,
der ausreichen den Haltbarkeit und der hervorragenden Dichtfähigkeit,
ohne dass das äußere Rohr
oder dergleichen an dem inneren Umfangsabschnitt gestützt würde.
- Patentdokument
1: JP-A-9-251991 (Seiten
1 bis 7 und 1)
- Patentdokument 2: JP-A-10-195657 (Seiten
1 bis 8 und 1 bis 7,
insbesondere 7)
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Die
Druckschrift
EP-A-0
995 897 offenbart ein CVD-System mit einem äußeren Rohr,
das aus Siliziumkarbid besteht und im Inneren eines Ofens angeordnet
ist, wobei ein inneres Rohr an einem oberen Ende geschlossen und
an einem unteren Ende offen sowie auf einer Basis angeordnet ist,
wobei die Basis eine Öffnung
zur Bereitstellung von Halbleiterwafern aufweist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wärmebehandlungssystem
für Halbleiter
bereitzustellen, das den nachstehenden Anforderungen genügen kann,
so beispielsweise der Zunahme beim Durchmesser, der Zunahme beim Durchsatz
und der Verhinderung einer durch Teilchen verursachten Verunreinigung,
was Einschränkungen hinsichtlich
Form und Verwendungsart des zu verwendenden äußeren Rohres oder dergleichen
minimieren kann und was das äußere Rohr
mit einer ausreichenden Haltbarkeit und einer hervorragenden Dichtfähigkeit
versieht, ohne dass ein Vorsprung an einem inneren Umfangsabschnitt
der Basis vorgesehen werden müsste,
um das äußere Rohr
oder dergleichen zu stützen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Wärmebehandlungssystem für Halbleiter
bereit, umfassend ein äußeres Rohr,
das aus Siliziumkarbid besteht, bei dem ein oberer Abschnitt geschlossen
und ein unterer Abschnitt offen sind und das einen Flansch aufweist,
der an einer äußeren Umfangsseite
des unteren Abschnittes ausgebildet ist; eine Basis, die den unteren
Abschnitt des äußeren Rohres
trägt und
eine hermetische Dichtung zwischen dem unteren Abschnitt des äußeren Rohres
und der Basis bereitstellt; einen Deckel, der vorgesehen ist, um
eine Öffnung,
die in einem mittleren Abschnitt der Basis ausgebildet ist, selektiv
zu öffnen
und zu schließen;
und eine Reaktorwand, die eine äußere Umfangswand und
eine obere Wand des äußeren Rohres
umgibt und eine Heizeinrichtung aufweist, die an einer inneren Seite
vorgesehen ist; wobei ein ringförmiges Dichtglied
und ein ringförmiges
Stützglied
derart zwischen dem äußeren Rohr
und der Basis angeordnet sind, dass das Stützglied um eine äußere Umfangsseite
des Dichtgliedes herum angeordnet ist, und wobei das Stützglied
eine effektive Wärmeleitzahl
bzw. einen effektiven Wärmeübertragungskoeffizienten von
50 bis 2.000 W/(m2·K) aufweist.
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Das
Wärmebehandlungssystem
für Halbleiter
entsprechend der vorliegenden Erfindung (nachstehend einfach als
System bezeichnet) ist ein Wärmebehandlungssystem
für Halbleiter,
umfassend ein äußeres Rohr,
das aus Siliziumkarbid besteht, bei dem ein oberer Abschnitt geschlossen
und ein unterer Abschnitt offen sind und das einen Flansch aufweist,
der an einer äußeren Umfangsseite
des unteren Abschnittes ausgebildet ist; eine Basis, die den unteren
Abschnitt des äußeren Rohres
trägt und
eine hermetische Dichtung zwischen dem unteren Abschnitt des äußeren Rohres
und der Basis bereitstellt; einen Deckel, der vorgesehen ist, um
eine Öffnung,
die in einem mittleren Abschnitt der Basis ausgebildet ist, selektiv
zu öffnen
und zu schließen;
und eine Reaktorwand, die eine äußere Umfangswand und
eine obere Wand des äußeren Rohres
umgibt und eine Heizeinrichtung aufweist, die an einer inneren Seite
vorgesehen ist. Wird das System als Niederdruck-CVD-System verwendet,
so wird vorgezogen, wenn ein inneres Rohr, bei dem die oberen und unteren
Enden offen sind und das aus Siliziumkarbid besteht, derart auf
die Basis aufgesetzt wird, dass es um eine innere Umfangsseite des äußeren Rohres herum
mit einem Zwischenraum bereitgestellt ist.
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Um
ein Wärmebehandlungssystem
für Halbleiter
bereitzustellen, das in der Lage ist, die in dem äußeren Rohr
auftretende wärmebedingte
Beanspruchung zu verringern, wodurch das Auftreten von Rissen in
dem äußeren Rohr
schwierig wird und das mit Blick auf seine Dichtfähigkeit
hervorragend ist, ohne dass die vorstehend aufgeführten Maßnahmen
A oder B zum Einsatz kommen müssten,
zeichnet sich das System entsprechend der vorliegenden Erfindung
dadurch aus, dass die Wärmeleitung
von dem Flansch des äußeren Rohres
zu der Basis durch Bereitstellung des ringförmigen Ringes gesteuert bzw. geregelt
wird, der üblicherweise
als O-Ring ausgebildet ist, um die Dichtfähigkeit sicherzustellen, durch Bereitstellung
des ringförmigen
Stützgliedes
um die äußere Umfangsseite
des ringförmigen
Dichtgliedes zur Verringerung der wärmebedingten Beanspruchung,
die in dem äußeren Rohr
auftritt, und zur entsprechenden Absenkung der Temperatur des ringförmigen Dichtgliedes
sowie durch Versehen des Stützgliedes
mit einer effektiven Wärmeleitzahl
bzw. einem effektiven Wärmeleitkoeffizienten
von 50 bis 2.000 W/(m2·K).
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Die
Zeichnung setzt sich wie folgt zusammen.
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1 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispieles des Niederdruck-CVD-Systems
entsprechend der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte fragmentarische Ansicht
eines Stützgliedes
und der Umgebung hiervon bei dem Ausführungsbeispiel.
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3(a), 3(b) und 3(c) sind schematische Ansichten von typischen
Beispielen des Stützgliedes,
wobei in 3(a) das Stützglied mehrere Glieder in
einer Schichtung in einer Höhenrichtung
aufweist, das Stützglied
in 3(b) mehrere Glieder mit einer
konzentrischen Schichtung in einer Umfangsrichtung aufweist und
das Stützglied
in 3(c) mehrere Glieder mit einer
Schichtung in einer Höhenrichtung
und einer Oberfläche
in Kontakt mit einem verjüngten
Flansch aufweist.
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4 ist
eine schematische Ansicht zur Erläuterung, wie ein äußeres Rohr
verformt wird, wenn es bei hoher Temperatur zum Einsatz kommt.
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Nachstehend
wird ein System entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung
beschrieben. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht
eines typischen Falles, in dem das System 60 bei einem
Niederdruck-CVD-System zum Einsatz kommt, das ein äußeres Rohr 72 und
ein inneres Rohr 71 umfasst. Das System 60 beinhaltet eine
Reaktorwand 63, die ein Metallgehäuse 61 und ein Wärmeisolationsmaterial 62 mit
einer Anbringung an einer inneren Umfangsseite hiervon umfasst.
Die Reaktorwand 63 weist eine innere Umfangsseite auf, die
mit einer Heizeinrichtung 64 verbunden ist. Die Reaktorwand 63 weist
eine Unterseite auf, die durch eine Basis 65 geschlossen
ist. Die Basis 65 weist einen mittleren Abschnitt auf,
der mit einer Öffnung
zur Einführung
und Herausnahme von Halbleiterwafern W ausgebildet ist, wobei die Öffnung mit
einem Deckel 66 versehen ist, der die Öffnung mittels einer vertikalen
Bewegung durch einen nicht gezeigten Lift selektiv öffnen und
schließen
kann. Die Basis 65 verfügt über einen
Gaseinführungs-
und Auslassport 67.
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Auf
der Basis 65 ist ein Doppelrohr 73 befindlich,
wobei das Doppelrohr das innere Rohr 71 und das äußere Rohr 72 umfasst,
das eine äußere Umfangsseite
des inneren Rohres 71 mit einem Zwischenraum umgibt, wobei
das innere Rohr geöffnete obere
und untere Enden aufweist und aus Siliziumkarbid besteht und wobei
das äußere Rohr
ebenfalls aus Siliziumkarbid besteht. Obwohl das innere Rohr 71 aus
dem System weggelassen werden kann, ist das innere Rohr üblicherweise
vorhanden, wenn das System in einem Niederdruck-CVD-System zum Einsatz
kommt. Das äußere Rohr 72 umfasst
eine Umfangswand 72a in zylindrischer Form, eine obere Wand 72b zum
Schließen
eines oberen Endes der Umfangswand 72a und einen Flansch 72c,
der an der äußeren Umfangsseite
der unteren Kante der Umfangswand 72a vorgesehen ist.
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Die
Basis 65 weist eine ringförmige Ausnehmung beziehungsweise
Stufe auf, die an einem Abschnitt in Kontakt mit einer unteren Oberfläche des Flansches 72c ausgebildet
ist. Die Ausnehmung beziehungsweise Stufe verfügt über ein ringförmiges Dichtglied 68,
das darin aufgenommen ist, um die untere Oberfläche des Flansches 72c hermetisch
abzudichten. Die Basis 65 verfügt über einen nicht dargestellten
Wassermantel, der darin ausgebildet ist, um das ringförmige Dichtglied 68 vor
wärmebedingten Schäden zu bewahren.
Die Ausnehmung beziehungsweise Stufe verfügt über ein ringförmiges Stützglied 92,
das darin derart ausgebildet ist, dass es um eine äußere Umfangsseite
des ringförmigen Dichtgliedes 68 herum
bereitgestellt wird.
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In
dem System weist das Stützglied 92 eine effektive
Wärmeleitzahl
bzw. einen effektiven Wärmeübertragungskoeffizienten
(Gesamtwärmeleitzahl bzw.
Gesamtwärmeübertragungskoeffizient)
von 50 bis 2.000 W/(m2·K) auf. Die effektive Wärmeleitzahl ergibt
sich durch Teilen der Wärmemenge,
die von dem Flansch 72c des äußeren Rohres zu der Basis 65 durch
das Stützglied
pro Einheitszeit fließt,
durch die Fläche
des Stützgliedes.
Die Fläche
des Stützgliedes 92 bezeichnet
diejenige projizierte Fläche des
Stützgliedes,
die sich durch Projizieren des Stützgliedes im Einsatz von oben
herab ergibt.
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Ist
die effektive Wärmeleitzahl
kleiner als 50 W/(m2·K), so besteht die Möglichkeit,
dass das Dichtglied 68, so beispielsweise ein O-Ring, einen
wärmebedingten
Schaden erleidet, so beispielsweise ein Anbacken, da der Flansch
unzureichend gekühlt
ist. Ist demgegenüber
die effektive Wärmeleitzahl
größer als
2.000 W/(m2·K), so besteht die Möglichkeit,
dass der Flansch rissanfällig
wird, da die Temperaturdifferenz zwischen den inneren und äußeren Umfangsseiten
des Flansches zu groß ist.
Die effektive Wärmeleitzahl
ist vorzugsweise nicht größer als
1.000 W/(m2·K). Um das System bei einem
Vorgang zur Herstellung von Halbleitern bei einer vergleichsweise hohen
Temperatur einzu setzen, liegt die effektive Wärmeleitzahl vorzugsweise zwischen
100 und 600 W/(m2·K), besonders bevorzugt zwischen
200 und 500 W/(m2·K).
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Es
bestehen keinerlei Einschränkungen
hinsichtlich des Aufbaus des Stützgliedes,
solange nur das Stützglied
eine effektive Wärmeleitzahl
in dem gegebenen Bereich aufweist. Das Stützglied ist nicht immer ein
einzelnes Glied. Das Stützglied
kann auch einen geschichteten Aufbau aufweisen, bei dem identische
Arten von Materialien, ähnliche
Arten von Materialien oder verschiedene Arten von Materialien geschichtet
sind. 2 zeigt eine vergrößerte fragmentarische Ansicht
des Stützgliedes 92 und
der Umgebungen hiervon in dem System. In der Figur bezeichnet das
Bezugszeichen 92 das ringförmige Stützglied, das um die äußere Umfangsseite
des ringförmigen
Dichtgliedes 68 bereitgestellt ist. Obwohl das Dichtglied 68 und
das Stützglied 92 beide ringförmig sind,
sind sowohl das Dichtglied wie auch das Stützglied nicht immer ein Ring
in Form eines einzelnen Gliedes. Sowohl das Dichtglied wie auch das
Stützglied
können
durch Kombinieren von unterteilten Abschnitten zu einer Ringform
ausgebildet sein.
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3(a) bis 3(c) zeigen
typische Beispiele eines Stützgliedes 92. 3(a) zeigt einen Fall, in dem das Stützglied 92 durch
Schichtung von mehreren Gliedern in einer Höhenrichtung ausgebildet ist. 3(b) zeigt einen Fall, in dem das Stützglied 92 durch
konzentrische Schichtung von mehreren Gliedern in einer Umfangsrichtung,
so beispielsweise in einem Baumring, ausgebildet ist. 3(c) zeigt einen Fall, in dem das Stützglied 92 durch Schichtung
von mehreren Gliedern in einer Höhenrichtung
und anschließendes
Verjüngen
einer Oberfläche
des geschichteten Aufbaus in Kontakt mit dem Flansch 72c des äußeren Rohres
ausgebildet ist. Das Schichten kann sowohl in Höhenrichtung wie auch in Umfangsrichtung
vorgenommen werden. Für den
Fall einer Schichtung in Höhenrichtung
weisen die zur Schichtung anstehenden Glieder nicht immer dieselbe
Form auf, was im Gegensatz zum Fall von 3(a) steht.
Die zur Schichtung anstehenden Glieder können beispielsweise derart
ausgebildet werden, dass sie von unten nach oben allmählich größere Flächen aufweisen
oder dass nur das untere Glied eine größere Fläche aufweist.
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Erfolgt
die Schichtung in einer Höhenrichtung,
wie in 3(a) gezeigt ist, so kann das
Schichten durch Verwenden von identischen Arten von Materialien
oder von verschiedenen Arten von Materialien vorgenommen werden.
Dies rührt
daher, dass eine Steuerung bzw. Regelung der effektiven Wärmeleitzahl
nicht nur für
den Fall der Kombinierung von verschiedenen Arten von Materialien,
sondern auch für
den Fall der Schichtung von identischen Arten von Materialien möglich ist.
Erfolgt das Schichten jedoch konzentrisch, wie in 3(b) gezeigt ist, so ist es in der Praxis schwierig,
identische Arten von Materialien zur Steuerung bzw. Regelung der
effektiven Wärmeleitzahl
zu schichten, da die Wärmeübertragungsrichtung
die vertikale Richtung ist. Eingedenk dessen wird vorgezogen, verschiedene
Arten von Materialien konzentrisch zu schichten, wobei besonders
bevorzugt ist, verschiedene Arten von Materialien derart konzentrisch
zu schichten, dass sie abwechselnd eine erste Art von Material und
eine zweite Art von Material in dem geschichteten Aufbau aufweisen.
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Soll
eine Rissbildung in dem äußeren Rohr verhindert
werden, so wird vorgezogen, wenn das Stützglied eine Oberfläche in Kontakt
mit dem dem äußeren Rohr
zu eigenen Flansch 72c aufweist, der je nach Bedarf mit
einem verjüngten
Aufbau oder mit einem gestuften Aufbau ausgebildet ist, um eine
wärmebedingte
Verformung im Einsatz (siehe 3(c)) auszugleichen.
Ist die Oberfläche
in Kontakt mit dem dem äußeren Rohr
zu eigenen Flansch 72c mit dem verjüngten Aufbau ausgebildet, so
kann die gesamte Oberfläche
in Kontakt mit dem dem äußeren Rohr
zu eigenen Flansch 72c verjüngt werden, oder ein Abschnitt
der Oberfläche
in Kontakt mit dem dem äußeren Rohr
zu eigenen Flansch kann mit einem verjüngten Aufbau ausgebildet werden.
Ist die Oberfläche mit
dem gestuften Aufbau ausgebildet, so können die Anzahl der Stufen
in dem gestuften Aufbau (die Anzahl kann auch 1 sein), die Höhe einer
Stufe, die Breite eine Stufe oder dergleichen entsprechend bestimmt
werden.
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Es
wird vorgezogen, wenn das Stützglied 92 einen
elastischen Modul von 0,2 bis 120 GPa aufweist. Der Grund dafür, dass
vorgezogen wird, wenn das Stützglied 92 einen
elastischen Modul in diesem Bereich aufweist, liegt darin, dass
dann verhindert werden kann, dass das äußere Rohr 72 Risse
erleidet, da das Stützglied 92 derart
verformt werden kann, dass es die wärmebedingte Verformung des dem äußeren Rohr
zu eigenen Flansches ausgleichen kann. Ist der elastische Modul
des Stützgliedes 92 größer als
120 GPa, so ist eine Verformung des Stützgliedes 92 schwierig,
um die wärmebedingte Verformung
des äußeren Rohres 72 nachzubilden, da
die Differenz zwischen dem elastischen Modul des äußeren Rohres
(etwa 350 GPa) aus Siliziumkarbid und dem elastischen Modul (etwa
200 GPa) aus rostfreiem Stahl, der üblicherweise für die Basis
verwendet wird, im Vergleich kleiner ist. Ist demgegenüber der
elastische Modul des Stützgliedes 92 kleiner als
0,2 GPa, so besteht die Möglichkeit,
dass das Dichtglied, so beispielsweise ein O-Ring, unter Belastung
berstanfällig
wird.
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Der
dem äußeren Rohr
zu eigene Flansch wird durch wärmebedingte
Verformung stärker
verformt, wenn der dem äußeren Rohr
zu eigene Flansch bei einer höheren
Temperatur verwendet wird. Zur Lösung
dieses Problems ist der elastische Modul des Stützgliedes 92 vorzugsweise
nicht größer als
100 GPa, besonders bevorzugt nicht größer als 80 GPa. Insbesondere
wird bevorzugt, wenn der elastische Modul des Stützgliedes 92 nicht
größer als 50
GPa ist. Soll hingegen verhindert werden, dass das Stützglied,
so beispielsweise ein O-Ring, ein Bersten erfährt, so ist, um die Haltbarkeit
zu verbessern, der elastische Modul des Stützgliedes 92 vorzugsweise
nicht kleiner als 0,5 GPa und besonders bevorzugt nicht kleiner
als 1 GPa.
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Spezifische
Beispiele für
das Material des Stützgliedes 92 mit
den vorstehend beschriebenen Eigenschaften sind Fluorharze, so beispielsweise Polytetrafluorethylen
(PTFE), ein Kopolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorethylen
(FEP), ein Kopolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluoralkoxyethylen
(PFA) und ein Kopolymer aus Tetrafluorethylen und Ethylen (ETFE).
Um den elastischen Modul und die Wärmeeigenschaften zu steuern
bzw. zu regeln, kann das Stützglied
aus einem Verbundmaterial mit Glasfasern hergestellt werden oder
auch eine poröse
Struktur aufweisen.
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Beispiele
für das
Material des Stützgliedes, die über die
genannten wärmebeständigen Harze
hinausgehen, sind die alleinige Verwendung von oder die Verwendung
in einer Kombination mit einem Nichteisenmaterial, so beispielsweise
Aluminium (Al), Silizium (Si) und einer Aluminium-Silizium-Legierung
mit der Bezeichnung Silumin (38% Aluminium und 12% Silizium). Beispiele
für das
Dichtglied 68, das zwischen dem äußeren Rohr 72 und
der Basis 65 zusammen mit dem Stützglied 69 angeordnet ist,
sind ein O-Ring, der aus einem wärmebeständigen Fluorkarbongummi
hergestellt ist, was beispielsweise bei einem Niederdruck-CVD-System
der Fall ist, oder eine Dichtung aus Aluminium, was bei einer Anwendung
mit höherer
Temperatur der Fall ist.
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Obwohl
das für
die Verwendung in dem System 60 vorgesehene äußere Rohr 72 aus
beliebigen Arten von Siliziumkarbid zur Behandlung von Halbleitern
bestehen kann, wird vorgezogen, wenn das äußere Rohr derart hochgradig
rein ist, dass der Gehalt an Verunreinigungen, die üblicherweise
aus Eisen bestehen, nicht größer als
50 ppm-Masse ist. Darüber
hinaus ist, soll die Haltbarkeit gegenüber einem wiederholten Waschen
unter Verwendung einer Säure,
so beispielsweise unter Verwendung von HF, erhöht werden, stärker bevorzugt,
wenn die Gesamtoberfläche
des äußeren Rohres
mit einem Siliziumkarbidfilm mittels CVD (chemical vapor deposition
CVD, chemische Dampfabscheidung) beschichtet wird. Für den Fall
eines Doppelrohres mit einer Kombination aus dem äußeren Rohr
und dem inneren Rohr 71 wird vorgezogen, wenn das innere
Rohr aus Siliziumkarbid mit einer hohen Reinheit entsprechend dem äußeren Rohr
besteht. Sowohl die Basis 65 wie auch der Deckel 66 und
die Reaktorwand 63 können
entsprechend aus einem Material bestehen, das üblicherweise bei deren Herstellung
verwendet wird. Es bestehen keinerlei besondere Einschränkungen
bezüglich
des Materials der Basis, des Deckels und der Reaktorwand. Sowohl
die Basis 65 wie auch der Deckel 66 bestehen üblicherweise
aus rostfreiem Stahl, während
die Reaktorwand 63 üblicherweise
eine Kombination aus dem Metallgehäuse 61 aus rostfreiem
Stahl und einem Wärmeisolationsmaterial 62 aus Siliziumoxid-Aluminiumoxid
umfasst.
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Es
bestehen keinerlei Einschränkungen
bei der Anwendung des Systems, solange nur das System den vorstehend
beschriebenen Aufbau aufweist und dem Zweck einer Wärmebehandlung
von Halbleiterwafern dient. Beispiele für die Anwendung sind ein Niederdruck-CVD-System,
ein Reaktor für
die Wärmeoxidationsbehandlung
und ein Aushärtreaktor. 1 zeigt
einen Fall, in dem das System 60 entsprechend der vorliegenden
Erfindung bei einem Niederdruck-CVD-System zum Einsatz kommt. Bei der
Verwendung in einem Niederdruck-CVD-System werden viele Halbleiterwafer
W in ein Waferboot 50 eingeführt und von diesem gestützt, es
wird das Waferboot in das Doppelrohr 73 eingeführt, worauf
ein Deckel aufgesetzt wird, wobei die Öffnung der Basis 65 mit
dem Deckel 66 verschlossen wird.
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Innerhalb
des Doppelrohres 73 erfolgt durch den Gaseinführungs-
und Gasauslassport 67 eine Außendruckangleichung, woraufhin
ein Reaktionsgas durch den Port zur Aufbringung eines CVD-Filmes
auf den Halbleiterwafer W eingeleitet wird. Ist die Filmaufbringung
beendet, so wird der Zustand der Außendruckangleichung im Inneren
des Doppelrohres 73 beseitigt, und es wird der Deckel 66 gesenkt, um
die auf dem Waferboot 50 gestützten Halbleiterwafer herauszunehmen.
Durch Wiederholen dieses Vorganges wird es möglich, wiederholt CVD-Filme auf
die Halbleiterwafer W aufzubringen.
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Nachstehend
werden Beispiele der vorliegenden Erfindung (Beispiele 1 und 2)
und ein Vergleichsbeispiel (Beispiel 3) beschrieben.
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Beispiel 1
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Zum
Einsatz kommt, wie in 1 gezeigt ist, ein Niederdruck-CVD-System
mit einem inneren Rohr mit einem Innendurchmesser von 270 mm, einer
Dicke von 2,5 mm und einer Höhe
von 1.200 mm aus Siliziumkarbid mit 5 ppm-Masse an Eisenverunreinigungen
sowie einem äußeren Rohr 72 mit
einem Innendurchmesser von 307 mm, einer Dicke von 4,5 mm, einer
Höhe von
1.400 mm, einem dem Flansch zu eigenen Innendurchmesser von 307
mm, einem dem Flansch zu eigenen Außendurchmesser von 400 mm und
einer dem Flansch zu eigenen Dicke von 10 mm aus Siliziumkarbid
mit 5 ppm-Masse an Eisenverunreinigungen.
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Zwischen
dem äußeren Rohr 71 und
einer Basis 65 ist ein O-Ring, der aus Vinyliden-Fluorid-Gummi (JIS
B2401 Bearing Number 335) besteht, als Dichtglied 68 angeordnet.
Das Stützglied,
das zwischen dem äußeren Rohr
und der Basis außerhalb
des O-Ringes 68 angeordnet ist, weist einen Außendurchmesser
von 410 mm, einen Innendurchmesser von 350 mm und eine Höhe von etwa
4 mm auf und wird von einem fünf
Schichten umfassenden Aufbau gebildet, bei dem Glieder aus Aluminium
und Glieder aus porösem
PTFE derart konzentrisch vorgesehen werden, dass sie im Wesentlichen
gleiche Breiten in der Abfolge eines Gliedes aus PTFE, eines Gliedes
aus Al und eines Gliedes aus PTFE von dem äußeren Umfang her, wie in 3(b) gezeigt ist, aufweisen.
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Die
der Erwärmungseinrichtung
zu eigene Höhe
H wird auf 80 mm vom untersten Ende des Flansches des äußeren Rohres
her festgelegt. Obwohl das CVD-System, das auf diese Weise aufgebaut
ist, zur wiederholten, 40 Mal erfolgenden Aufbringung von CVD-Filmen aus flachem
Polysilizium (F-Poly) auf Halbleiterwafern bei einer Temperatur von
630°C verwendet
wird, werden keine Defekte, so beispielsweise Risse, in dem äußeren Ring 72 und dem
O-Ring 68 beobachtet. Die Dichtfähigkeit ist ausreichend beibehalten,
wobei der Vakuumgrad in dem Doppelrohr 73 in dem erforderlichen
Bereich ist. Das Stützglied 92 weist
einen elastischen Modul von 29 GPa und eine effektive Wärmeleitzahl
von 550 W/(m2·K) auf.
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Beispiel 2
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In
dem Niederdruck-CVD-System von Beispiel 1 findet dieselbe Ausgestaltung
Verwendung, außer
dass das Stützglied 92,
das in dem System zum Einsatz kommt, derart ausgebildet ist, dass
es Glieder mit einer Dicke von 3 mm aus Al und Glieder mit einer
Dicke von 1 mm aus PTFE mit einer Schichtung in einer Höhenrichtung,
wie in 3(a) gezeigt ist, aufweist.
Obwohl das Niederdruck-CVD-System mit dieser Ausgestaltung zur wiederholten,
40 Mal erfolgenden Aufbringung von CVD-Filmen wie beim ersten Beispiel
verwendet wird, können
keine Defekte, so beispielsweise Risse, in dem äußeren Ring 72 und
dem O-Ring 68 beobachtet werden. Die Dichtfähigkeit
ist ausreichend beibehalten, wobei der Vakuumgrad in dem Doppelrohr 73 in
dem erforderlichen Bereich liegt. Obwohl das Niederdruck-CVD-System mit
dieser Ausgestaltung zur wiederholten, 40 Mal erfolgenden Aufbringung
von CVD-Filmen aus Siliziumnitrid bei einer höheren Temperatur von 750°C verwendet
wird, treten keinerlei Probleme auf. Das Stützglied 92 weist einen
elastischen Modul von 1,9 GPa und eine effektive Wärmeleitzahl
von 222 W/(m2·K) auf.
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Beispiel 3
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Bei
dem Niederdruck-CVD-System von 1 wird dieselbe
Ausgestaltung verwendet, außer dass
das Stützglied 92 nicht
und nur der O-Ring 68 dazwischen angeordnet ist. Wird das
Niederdruck-CVD-System mit dieser Ausgestaltung für einen
wiederholten, zweifachen Aufbringungsvorgang von CVD-Filmen wie
bei Beispiel 1 verwendet, so muss der Aufbringungsvorgang angehalten
werden, da ein Riss in einem unteren Abschnitt einer Umfangswand 72a des äußeren Rohres 72 auftritt.
Wird das System zu Prüfzwecken
zerlegt, so ergibt sich, dass der O-Ring 68 teilweise angebacken
ist.
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Entsprechend
dem System der vorliegenden Erfindung wird es möglich, eine wärmebedingte
Beanspruchung, die in dem äußeren Rohr
während
der Wärmebehandlung
auftritt, unter Verwendung eines Stützgliedes mit einer spezifischen
effektiven Wärmeleitzahl
in Kombination mit dem Dichtglied zu absorbieren. Entsprechend wird
es möglich,
die Freiheitsgrade bei der Ausgestaltung des äußeren Rohres zu erhöhen, da
Einschränkungen
hinsichtlich der Form des äußeren Rohres
minimiert werden können. Zudem
wird es möglich,
das äußere Rohr
einfach herzustellen. Das System entsprechend der vorliegenden Erfindung
zeichnet sich dadurch aus, dass die gleichzeitige Verarbeitung eines
großen
Volumens von Siliziumwafern möglich
wird, da verhindert werden kann, dass das äußere Rohr durch eine wärmebedingte
Beanspruchung Risse erleidet, und zwar auch dann, wenn der Durchmesser
des äußeren Rohres
stark vergrößert wird
oder die Position des unteren Endes der Heizeinrichtung im Vergleich
zu einem Abstand von 200 mm bei einem Wärmebehandlungssystemen für Halbleiter
näher an
das unterste Ende des äußeren Rohres
herangebracht wird. Darüber
hinaus wird es möglich,
die Dichtfähigkeit
im Vergleich zu einem Fall, indem das äußere Rohr an einem inneren
Umfangsabschnitt der Basis gestützt ist,
merklich zu verbessern.