JP2009057264A - 半導体単結晶製造用の排気部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】たとえ炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスの排気管への流入が長期間続いたとしても、排気部材の内部表面への固着、アモルファス層の形成という現象を抑制することで、多大な工数を要する清掃作業を回避して、清掃作業を簡易かつ短時間で終了できる方法を提供する。
【解決手段】排気管20等の排気部材の被処理面が、鉄鋼材料で構成されたものにおいて、排気部材の被処理面に、鉄よりも化学的活性度の高いクロムでメッキ処理、ないしは、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理を施す。
【選択図】図4
【解決手段】排気管20等の排気部材の被処理面が、鉄鋼材料で構成されたものにおいて、排気部材の被処理面に、鉄よりも化学的活性度の高いクロムでメッキ処理、ないしは、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理を施す。
【選択図】図4
Description
本発明は、半導体単結晶製造用の排気部材に関し、特に、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶装置に用いられ、炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスを排気する排気管、各種制御弁、ダスト捕集トラップなどの排気部材に関する。
(従来の実施技術)
近年、ディスクリート半導体デバイスなどに使用されるシリコンウェーハ、つまりN型の電気的特性を有し、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコンウェーハの需要が高まっている。
近年、ディスクリート半導体デバイスなどに使用されるシリコンウェーハ、つまりN型の電気的特性を有し、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコンウェーハの需要が高まっている。
ここで、N型の揮発性のドーパントとは、アンチモンSb、赤燐P、砒素Asなどである。低抵抗とは、20/1000Ωcm以下となる抵抗値のことをいうものとする。
図1(a)は、シリコン単結晶製造装置1の構成を示す。この装置1では、CZ炉2内に不活性ガスが供給され、炉内のガスを排気口4、5から排気管10を介して、排気させつつ、CZ炉2内でドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが製造される。
CZ炉2内では、CZ(チョクラルスキー)法により、融液からドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが引上げ、成長される。
CZ炉2内と外気を遮断することで炉2内は高真空に維持される。すなわち、CZ炉2には不活性ガスとしてのアルゴンガスが供給され、CZ炉2の排気口4、5から真空ポンプ8によって排気される。これにより炉2内は所定の圧力に減圧される。
単結晶引上げのプロセス(1バッチ)の間で、CZ炉2内には種々の蒸発物が発生する。
そこで、真空ポンプ8によって、CZ炉2内が真空引きされ、CZ炉2内のガスが蒸発物とともに、排気管10を介して排気される。これによりCZ炉2内から蒸発物が除去される。排気管10には、圧力制御弁11が設けられている。この圧力制御弁11によりCZ炉2内の圧力が所望する圧力に調整されつつ、シリコン単結晶インゴットが引上げ、成長されることで、低濃度、高抵抗のシリコン単結晶インゴットが製造される。
現状のCZ炉2では、ドーパントがN型であれP型であれ、排気管10は、SUS管やSS管といった標準鋼管を使用している。標準鋼管としての排気管10の内部表面は、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地のままで特に表面処理はなされていない。融液から蒸発したアモルファスは、ガスあるいは微粒子状になって排気管10を通り、真空ポンプ8に到達する。
CZ炉2内で、揮発性のN型のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶インゴットを製造する際には、揮発性故に、融液から蒸発したドーパントがアモルファスとなって、排気管10に大量に流れ込む。
また、これら揮発性のドーパントのうち、とりわけ砒素As、燐Pは、比較的低い温度で固相から気相に昇華する。そこで、これら昇華可能なドーパントを加熱して昇華させ、昇華されて気体となったドーパントを融液に投入することで、ドーパントをシリコン結晶に添加するというドーパント供給方法が従来より実施されている。かかるドーパント供給を行った場合にも、気体のドーパントが、排気管10に大量に流れ込む。また、ドーパントが固体金属、固体酸化物の状態で、排気管10に大量に流れ込む。
(各特許文献にみられる従来技術)
特許文献1には、CZ炉の排気管に、エアを送り、排気管中の可燃性のアモルファスを燃焼させて除去するという発明が記載されている。
特許文献1には、CZ炉の排気管に、エアを送り、排気管中の可燃性のアモルファスを燃焼させて除去するという発明が記載されている。
特許文献2には、自動車のエンジンの排気管にダイヤモンド構造のカーボンをコーティングして、排気管への粉塵の付着を防止するという発明が記載されている。
特開2002−68888号公報
特開2006−291954号公報
以上のように、近年、N型で揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶の需要が高まることに伴い、CZ炉2内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが排気管10に大量に流れ込むこととなっている。
このため、同じCZ炉2でシリコン単結晶の引上げ本数を重ね、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスの排気管10への流入が長期間続くと、排気管10の配管内部表面にこれらが固着してアモルファス層として形成されるという現象が発生することがわかった。
かかる固着現象は、揮発性でN型のドーパントに特有のものであり、ボロンなどのP型のドーパントを投入してシリコン単結晶を製造するときには、配管への固着はみられない。またN型であっても低濃度、高抵抗といった通常のシリコン単結晶を製造するときには、固着現象は発生しにくい。
固着現象を放置したまま、更に同じCZ炉2でシリコン単結晶の引上げ本数を重ねたとすると、アモルファス層の堆積が加速的に進行して、最終的には排気管10が閉塞してしまうおそれがある。排気管10ばかりでなく圧力制御弁11等の他の排気部材も同様にして内部が閉塞して故障に至るおそれがある。こうした排気部材の閉塞は、稼動停止や引き上げ中止などにつながり、製造コストや歩留まりに悪影響を与えるおそれがある。また排気部材の閉塞によって炉内圧が常圧まで上昇し、高温、危険ガスの噴出により、作業者に人的被害を与えるおそれがある。また圧力上昇に伴いCZ炉2などに機械的損傷を与えるおそれがある。
そこで、こうした被害を未然に防止するために、定期的に、たとえばシリコン単結晶を数十本引き上げる毎に、配管等の排気部材を分解して、清掃する作業を行っているのが実情である。
しかしながら、配管内側の固着の状態は、配管の表面に半田付けをしたような状態であり、清掃作業は、重労働かつ長時間を要する。すなわち、配管内部表面に固着したアモルファス層は非常に硬くかつ厚く、ドライバと金槌を用いて削り落とすという重労働かつ長時間の作業を強いられる。このため清掃作業に多大な工数を要することになっている。
なお、P型のドーパントが添加されたシリコン単結晶をCZ炉2で製造する場合には、排気管10への固着という現象はみられず、配管表面にパウダ状に付着しただけのアモルファスを、刷毛を用いて除去したり、アセトンなどの有機溶剤で拭きとり除去するなどの、軽労働かつ短時間の作業で清掃を終了させることができる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、たとえ炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスの排気管への流入が長期間続いたとしても、排気部材の内部表面への固着、アモルファス層の形成という現象を抑制することで、多大な工数を要する清掃作業を回避して、清掃作業を簡易かつ短時間で終了できるようにすることを解決課題とするものである。
なお、上述した特許文献1に記載された発明は、排気管中のアモルファスを燃焼させて消失させるというものであり、排気部材へのアモルファスの固着現象を抑制するという本発明を何ら示唆するものではない。
特許文献2に記載された発明は、エンジンの排気管への粉塵の付着という物理的な結合を防止するものであって、エンジンの排気管ということで本発明と対象が異なるものであり、排気管への固着、つまり化学的な結合を防止するという本発明を何ら示唆するものではない。
第1発明は、
炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶装置に用いられ、炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスを排気する排気部材であって、
前記排気部材のうち、少なくとも、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過する内側には、
当該排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスとの結合を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶装置に用いられ、炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスを排気する排気部材であって、
前記排気部材のうち、少なくとも、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過する内側には、
当該排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスとの結合を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第2発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面に比べて、硬度が高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
排気部材の被処理面に比べて、硬度が高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第3発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第4発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面に、固体のドーパント、固体のドーパント酸化物、固体のアモルファスに比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
排気部材の被処理面に、固体のドーパント、固体のドーパント酸化物、固体のアモルファスに比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第5発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面に施されたコーティング層またはメッキ層の硬度は、Hv300以上の硬度であること
を特徴とする。
排気部材の被処理面に施されたコーティング層またはメッキ層の硬度は、Hv300以上の硬度であること
を特徴とする。
第6発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスとの酸化作用を抑制できる金属でメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第7発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、鉄鋼材料に比べて化学的活性度の高い金属でメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスとの酸化作用を抑制できる金属でメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第7発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、鉄鋼材料に比べて化学的活性度の高い金属でメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第8発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、クロムメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、クロムメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第9発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面に、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスと化学反応をしづらい樹脂材料を含むコーティング処理が施されていること
を特徴とする。
第10発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面に、フッ素樹脂を含有したコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
排気部材の被処理面に、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスと化学反応をしづらい樹脂材料を含むコーティング処理が施されていること
を特徴とする。
第10発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面に、フッ素樹脂を含有したコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第11発明は、第1発明において、
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
第12発明は、
炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶装置に用いられ、炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスを排気する排気部材であって、
前記排気部材のうち、少なくとも、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過する内側には、
当該排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面を削る削り作用を抑制でき、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面酸化膜から酸素を奪って酸化される酸化作用を抑制でき、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面に積層する積層作用を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶装置に用いられ、炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスを排気する排気部材であって、
前記排気部材のうち、少なくとも、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過する内側には、
当該排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面を削る削り作用を抑制でき、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面酸化膜から酸素を奪って酸化される酸化作用を抑制でき、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面に積層する積層作用を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする。
本発明者は、CZ炉2の排気管等の排気部材のうち、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過する内側に、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが固着してアモルファス層が形成されるメカニズムについて、以下のような知見を得て、本発明を想到するに至った。これを図2を参照して説明する。
なお、本明細書において、炉内のアモルファスとは、融液からの蒸発物であって、ドーパント、酸素、シリコンを含むシリコン酸化物などをいうものをいう。炉内のドーパントとは、固体または気体のドーパント金属単体であって、砒素As、燐P、アンチモンSbなどのことである。炉内のドーパント酸化物とは、ドーパントが酸化して形成された砒素酸化物、燐酸化物、アンチモン酸化物等をいうものとする。
また、アモルファス層とは、排気管等の排気部材の内側を、CZ炉2内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過することで、排気部材の内側表面に形成された固着層のことをいうものとする。
なお、以下では、排気管を例にとって説明するが、圧力制御弁等の他の排気部材の内側についても同様である。
図1(b)に示すように、排気管10の内側表面では、地金部10cの表層において、酸素Oと、排気管10の材料である鉄鋼材料の主要構成元素である鉄Feとの化学的な結合がなされ、鉄酸化膜10b(不動態酸化膜)が形成されている。
(1) 積層作用(図2(a)、(b))
図2(a)、(b)に示すように、アモルファス100が気体状になって、排気管10内に飛来する。アモルファス100は、排気管10の内側表面の微小な凹部10aに入り込み、排気管10を通じて外気と熱交換を行い、固体化する。これにより排気管10の表面に析出して付着する。析出したアモルファス層110は、排気管10の表面の凹凸よりも大きく、排気管10の表面は、より粗い面粗さとなる。これにより、排気管10へのアモルファス100の付着が加速されて、堆積する速度が増す。ある一定量のアモルファス層110が形成されると、外気との熱交換が困難となり、アモルファス100の排気管10への付着が減速していく
(2) 積層作用(図2(a)、(b))
図2(a)、(b)に示すように、砒素As、燐P、アンチモンSbをドーピングする行程において、アモルファス100ではなくて、気体のドーパント101が、排気管10内に飛来する。気体のドーパント101は、排気管10の内側表面の微小な凹部10aに入り込み、排気管10を通じて外気と熱交換を行い、固体化する。これにより排気管10の表面に析出して付着する。その後、固体−液体状のアモルファス100、つまり融液から蒸発した後に熱交換により固体−液体状に変化したアモルファス100が排気管10内に飛来して、ドーパント101が析出した所に堆積して、アモルファス層110を形成する。
図2(a)、(b)に示すように、アモルファス100が気体状になって、排気管10内に飛来する。アモルファス100は、排気管10の内側表面の微小な凹部10aに入り込み、排気管10を通じて外気と熱交換を行い、固体化する。これにより排気管10の表面に析出して付着する。析出したアモルファス層110は、排気管10の表面の凹凸よりも大きく、排気管10の表面は、より粗い面粗さとなる。これにより、排気管10へのアモルファス100の付着が加速されて、堆積する速度が増す。ある一定量のアモルファス層110が形成されると、外気との熱交換が困難となり、アモルファス100の排気管10への付着が減速していく
(2) 積層作用(図2(a)、(b))
図2(a)、(b)に示すように、砒素As、燐P、アンチモンSbをドーピングする行程において、アモルファス100ではなくて、気体のドーパント101が、排気管10内に飛来する。気体のドーパント101は、排気管10の内側表面の微小な凹部10aに入り込み、排気管10を通じて外気と熱交換を行い、固体化する。これにより排気管10の表面に析出して付着する。その後、固体−液体状のアモルファス100、つまり融液から蒸発した後に熱交換により固体−液体状に変化したアモルファス100が排気管10内に飛来して、ドーパント101が析出した所に堆積して、アモルファス層110を形成する。
ドーパント101について説明したが、ドーパント酸化物102についても同様に凹部10aに入り込み同様なメカニズムでアモルファス層110として堆積する。
(3) 酸化作用(図2(c)、(d))
図2(c)、(d)に示すように、砒素As、燐P、アンチモンSbをドーピングする行程において、アモルファス100ではなくて、気体のドーパント101、たとえば砒素Asが、排気管10内に飛来する。気体のドーパント101は、極めて化学的活性度が高い。このため排気管10を通じて外気と熱交換を行い、排気管10の表面の鉄酸化膜10bから酸素Oを奪うか、共有結合することにより、化学的に配管表面に結合して、酸化物として排気管10の表面に析出して、付着する。その後、固体−液体状のアモルファス100、つまり融液から蒸発した後に熱交換により固体−液体状に変化したアモルファス100が排気管10内に飛来して、ドーパント酸化物が析出した所に堆積して、アモルファス層110を形成する。
図2(c)、(d)に示すように、砒素As、燐P、アンチモンSbをドーピングする行程において、アモルファス100ではなくて、気体のドーパント101、たとえば砒素Asが、排気管10内に飛来する。気体のドーパント101は、極めて化学的活性度が高い。このため排気管10を通じて外気と熱交換を行い、排気管10の表面の鉄酸化膜10bから酸素Oを奪うか、共有結合することにより、化学的に配管表面に結合して、酸化物として排気管10の表面に析出して、付着する。その後、固体−液体状のアモルファス100、つまり融液から蒸発した後に熱交換により固体−液体状に変化したアモルファス100が排気管10内に飛来して、ドーパント酸化物が析出した所に堆積して、アモルファス層110を形成する。
ドーパント101について説明したが、ドーパント酸化物102、アモルファス100についても同様に、酸化して同様なメカニズムでアモルファス層110として堆積する。
(4)削り作用(図2(e)、(f))
ドーパント、たとえば砒素Asが固体金属101あるいは固体酸化物102の状態で、排気管10内に飛来する。ドーパント101あるいはドーパント酸化物102は、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管表面が削り作用により研磨されて凹部10eが形成される。これにより排気管10の表面に粗い凹凸が形成され、上述の積層作用が加速されて、アモルファス層110が堆積されていく。
ドーパント、たとえば砒素Asが固体金属101あるいは固体酸化物102の状態で、排気管10内に飛来する。ドーパント101あるいはドーパント酸化物102は、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管表面が削り作用により研磨されて凹部10eが形成される。これにより排気管10の表面に粗い凹凸が形成され、上述の積層作用が加速されて、アモルファス層110が堆積されていく。
(5)削り作用(図2(e)、(f))
アモルファス100が固体の状態で、排気管10内に飛来する。固体のアモルファス100は、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管表面が削り作用により研磨されて凹部10eが形成される。これにより排気管10の表面に粗い凹凸が形成され、上述の積層作用が加速されて、アモルファス層110が堆積されていく。
アモルファス100が固体の状態で、排気管10内に飛来する。固体のアモルファス100は、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管表面が削り作用により研磨されて凹部10eが形成される。これにより排気管10の表面に粗い凹凸が形成され、上述の積層作用が加速されて、アモルファス層110が堆積されていく。
(6)削り作用と酸化作用の複合作用(図2(g)、(g´)(h))
上述の酸化作用と削り作用の複合作用である。ドーパント101(たとえば砒素As)、ドーパント酸化物102、アモルファス100が固体の状態で、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管表面の鉄酸化膜10b(不動態酸化膜)が削られる。ここで、酸素が存在する状態であれば、削られて露出した地金部10cの表面に更に不動態酸化膜が成長するが、現実には、真空で不活性ガス(アルゴンガス)の雰囲気の状態であるため酸素が少なく、不動態酸化膜が成長しない。このため削られて露出した地金部10cに、固体のドーパント101、固体のドーパント酸化物102、固体のアモルファス100(シリコン酸化物等)が化学的に反応して化学的に結合してしまい、配管表面に固着する。
上述の酸化作用と削り作用の複合作用である。ドーパント101(たとえば砒素As)、ドーパント酸化物102、アモルファス100が固体の状態で、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管表面の鉄酸化膜10b(不動態酸化膜)が削られる。ここで、酸素が存在する状態であれば、削られて露出した地金部10cの表面に更に不動態酸化膜が成長するが、現実には、真空で不活性ガス(アルゴンガス)の雰囲気の状態であるため酸素が少なく、不動態酸化膜が成長しない。このため削られて露出した地金部10cに、固体のドーパント101、固体のドーパント酸化物102、固体のアモルファス100(シリコン酸化物等)が化学的に反応して化学的に結合してしまい、配管表面に固着する。
(7)噛み込み作用(図2(i)、(j))
ドーパント、たとえば砒素Asが固体金属101あるいは固体酸化物102の状態で、排気管10内に飛来する。ドーパント101あるいはドーパント酸化物102は、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管材料よりも硬いために、配管内表面に噛み込む。この噛み込み部分を起点にして、上述の積層作用が加速されて、アモルファス層110が堆積されていく。なお、噛み込み作用は、削り作用の範疇に含まれる。このため本明細書では、噛み込み作用を、削り作用の一形態として扱うものとする。
ドーパント、たとえば砒素Asが固体金属101あるいは固体酸化物102の状態で、排気管10内に飛来する。ドーパント101あるいはドーパント酸化物102は、排気管10の表面に接触、衝突すると、配管材料よりも硬いために、配管内表面に噛み込む。この噛み込み部分を起点にして、上述の積層作用が加速されて、アモルファス層110が堆積されていく。なお、噛み込み作用は、削り作用の範疇に含まれる。このため本明細書では、噛み込み作用を、削り作用の一形態として扱うものとする。
また、上記でみたように、積層作用、削り作用、酸化作用は相互に複合的に作用する。よって、削り作用、酸化作用、積層作用のいずれかあるいはいずれか2つあるいは全てを抑制することができれば、固着現象、アモルファス層110の堆積現象を抑制することができる。
また、積層作用、削り作用、酸化作用は相互に複合的に作用するため、削り作用を抑制することで、他の積層作用、酸化作用を抑制することができる。また酸化作用を抑制することで、他の積層作用、削り作用を抑制することができる。また積層作用を抑制することで、他の酸化作用、削り作用を抑制することができる。
以上のような知見から、本発明はなされたものである。図3は、シリコン単結晶製造装置を示しており、炉2内のドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100は排気管20等の排気部材に流れ込む。
第1発明は、排気部材20のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100が通過する内側に、排気部材20の被処理面に比べて、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100との化学的な結合を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理を施す。ここで、化学的な結合を抑制するとは、上述の積層作用、酸化作用、削り作用のいずれか1つあるいはいずれか2つあるいはすべてを抑制することである。排気部材20の表面への化学的な結合を抑制することで、排気部材20の内部表面への固着、それによるアモルファス層110の形成という現象を抑制できる。
第12発明では、排気部材20の被処理面に比べて、積層作用、酸化作用、削り作用の抑制力の大きいコーティング処理またはメッキ処理を施すことで、排気部材20の内部表面への固着、それによるアモルファス層110の形成という現象を抑制する。
この結果、たとえ炉2内のドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100の排気部材20への流入が長期間続いたとしても、排気部材20の内部表面への固着、アモルファス層110の形成という現象を抑制でき、多大な工数を要する清掃作業を回避して、清掃作業を簡易かつ短時間で終了することができるようになる
第2発明では、排気部材20の被処理面に比べて、硬度が高いコーティング処理またはメッキ処理を施されるようにしているため、少なくとも削り作用が抑制される。
第2発明では、排気部材20の被処理面に比べて、硬度が高いコーティング処理またはメッキ処理を施されるようにしているため、少なくとも削り作用が抑制される。
第3発明では、排気部材20の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されているため、少なくとも削り作用が抑制される。
第4発明では、排気部材20の被処理面に、固体のドーパント101、固体のドーパント酸化物102、固体のアモルファス100に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されているため、少なくとも削り作用が抑制される。
第5発明では、排気部材20の被処理面に施されたコーティング層またはメッキ層の硬度を、Hv300以上の硬度として、少なくとも削り作用を抑制するものである。ここで、炉2内のアモルファス100の主成分は、シリコン酸化物である。一方、硝子は、2酸化ケイ素(SiO2)を主成分とするものであり、同じシリコン酸化物で構成されており、硬度がHv300〜650であることが知られている。そこで、アモルファス100の硬度を、硝子の硬度(Hv300〜)とみなし、この硬度以上の硬度に排気部材20の表面をコーティング処理ないしはメッキ処理したならば、アモルファス100が排気部材20の表面に衝突したとしても、それによる削り作用を、抑制することができる。
第6発明では、排気部材20の被処理面に比べて、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100との酸化作用を抑制できる金属でメッキ処理が施されているため、少なくとも酸化作用が抑制される。
第7発明では、排気部材20の被処理面が、鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄鋼材料に比べて不動態酸化膜の結合力が強い、すなわち化学的活性度の高い金属でメッキ処理が施されているため、少なくとも酸化作用が抑制される。さらに、第8発明では、排気部材20の被処理面が、鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄よりも化学的活性度の高いクロムでメッキ処理が施されているため、少なくとも酸化作用が抑制される。すなわち、コーティング処理やメッキ処理がなされていない排気部材10の表面は、鉄酸化膜10bであり(図1(b)参照)、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来すると、還元作用により鉄酸化膜10bの化学的結合から酸素Oを奪うか、表層金属と共有結合することにより、表層と化学的に容易に結合してしまう(図2(c)、(d))。これに対して、排気部材20の表面を、鉄鋼材料(Fe)に比べて化学的活性度の高い金属、クロムCrでメッキ処理を施すと(図4(b)参照)、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来したとしても、そのクロムCr等の金属メッキ層の表面の金属酸化膜(クロム酸化膜)から酸素Oを奪ったり、表層金属と共有結合することが抑制され、表層と化学的に結合することが抑制される。
第7発明では、排気部材20の被処理面が、鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄鋼材料に比べて不動態酸化膜の結合力が強い、すなわち化学的活性度の高い金属でメッキ処理が施されているため、少なくとも酸化作用が抑制される。さらに、第8発明では、排気部材20の被処理面が、鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄よりも化学的活性度の高いクロムでメッキ処理が施されているため、少なくとも酸化作用が抑制される。すなわち、コーティング処理やメッキ処理がなされていない排気部材10の表面は、鉄酸化膜10bであり(図1(b)参照)、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来すると、還元作用により鉄酸化膜10bの化学的結合から酸素Oを奪うか、表層金属と共有結合することにより、表層と化学的に容易に結合してしまう(図2(c)、(d))。これに対して、排気部材20の表面を、鉄鋼材料(Fe)に比べて化学的活性度の高い金属、クロムCrでメッキ処理を施すと(図4(b)参照)、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来したとしても、そのクロムCr等の金属メッキ層の表面の金属酸化膜(クロム酸化膜)から酸素Oを奪ったり、表層金属と共有結合することが抑制され、表層と化学的に結合することが抑制される。
第9発明では、排気部材20の被処理面に、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100と化学反応をしない樹脂材料を含むコーティング処理が施されているため、たとえ化学的活性度の高いドーパント101等がコーティング層の表面に接触したとしても、表層の樹脂材料と化学反応はせず、少なくとも酸化作用が抑制される。
第10発明では、排気部材20の被処理面に、フッ素樹脂を含有したコーティング処理またはメッキ処理が施されているため、たとえ化学的活性度の高いドーパント101等がコーティング層あるいはメッキ層の表面に接触したとしても、表層のフッ素樹脂と化学反応はせず、少なくとも酸化作用が抑制される。
第11発明では、排気部材20の被処理面が、鉄鋼材料で構成されたものにおいて、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理が施されているため、たとえ化学的活性度の高いドーパント101等がコーティング層の表面に接触したとしても、表層のフッ素樹脂と化学反応はせず、少なくとも酸化作用が抑制される。なお、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理として、代表的なものは、テフロン添加無電解ニッケルメッキ処理である。なお、「テフロン」はデュポン社の登録商標である。
以下、図面を参照して本発明に係る半導体単結晶製造用の排気部材の実施の形態について説明する。
図3は、実施例のシリコン単結晶製造装置1の構成を示す。この実施例装置1は、揮発性でN型の高濃度、低抵抗のシリコンウェーハ(高炉内圧品という)および高炉内圧品よりも低濃度、高抵抗のシリコンウェーハ(通常炉内圧品という)を製造するための装置である。シリコン単結晶製造装置1は、クリーンルームに設置されている。
ここで、「N型の揮発性のドーパント」とは、アンチモンSb、赤燐P、砒素Asなどである。「低抵抗」とは、20/1000Ωcm以下となる抵抗値のことをいうものとする。
CZ炉2の排気口4、5は、CZ炉2の下側に設けられている。CZ炉2の排気口4、5は、共通の排気管9aに連通している。
通常排気管10、高炉内圧排気管20、緊急用排気管30はそれぞれ、独立して並列に設けられており、共通の排気管9aを介してCZ炉2の排気口4、5に連通している。
通常排気管10、高炉内圧排気管20、緊急用排気管30には、共通の排気管9bが連通している。共通の排気管9bには、真空ポンプ8の吸入口8aが連通している。真空ポンプ8の吐出口8bは、クリーンルーム以外の安全な場所(大気)に連通している。
よって、通常排気管10、高炉内圧排気管20、緊急用排気管30はそれぞれ、CZ炉2内のガスを排気口4、5から排出されたガスを、真空ポンプ8に送り外部の安全な場所に排気する。
実施例のシリコン単結晶製造装置1では、CZ炉2内に、アルゴンガスなどの不活性ガスが供給され、CZ炉内のガスを排気口4、5から通常排気管10、高炉内圧排気管20を通して、排気させつつ、CZ炉2内でドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが製造される。
CZ炉2内では、CZ(チョクラルスキー)法により、融液からドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが引上げ、成長される。
CZ炉2内と外気を遮断することで炉2内は高真空に維持される。すなわち、CZ炉2には不活性ガスとしてのアルゴンガスが供給され、CZ炉2の排気口4、5から真空ポンプ8によって排気される。これによりCZ炉2内は所定の圧力に減圧される。
単結晶引上げのプロセス(1バッチ)の間で、CZ炉2内には種々の蒸発物が発生する。
そこで、真空ポンプ8によって、CZ炉2内が真空引きされ、CZ炉2内のガスが蒸発物とともに、通常排気管10、高炉内圧排気管20を介して排気される。これによりCZ炉2内から蒸発物が除去される。
通常排気管10には、通常圧力制御弁11と遮断弁12が設けられている。
高炉内圧排気管20には、通常圧力制御弁11よりも口径サイズが小さく設定され、低真空の範囲でCZ炉2内の圧力を調整する高炉内圧用圧力制御弁21が設けられている。高炉内圧排気管20には、遮断弁22が設けられている。
緊急用排気管30には、開放弁31が設けられている。
共通の排気管9aには、ダスト捕集トラップ40が連通している。ダスト捕集トラップ30は、CZ炉2から排気管9aに流れ込むダストを捕集する。
揮発性でN型の高濃度、低抵抗のシリコンウェーハ(高炉内圧品)を製造するときには、高炉内圧排気管20の高炉内圧用圧力制御弁21、遮断弁22が開かれ、高炉内圧用圧力制御弁21の開口面積が調整されることによってCZ炉2内の圧力が所望の高圧(低真空)に制御される。このとき通常排気管10の通常圧力制御弁11と遮断弁12は閉じられるとともに、緊急用排気管30の開放弁31は閉じられている。このため高炉内圧品製造時には、CZ炉2内のドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100は、共通の排気管9a、9b、高炉内圧排気管20、高炉内圧用圧力制御弁21、遮断弁22、ダスト捕集トラップ40の内側、内部表面を通過することになる。
また、低濃度、高抵抗のシリコンウェーハ(通常炉内圧品)を製造するときには、通常排気管10の通常圧力制御弁11、遮断弁12が開かれ、通常圧力制御弁11の開口面積が調整されることによってCZ炉2内の圧力が所望の低圧(高真空)に保持される。このとき高炉内圧排気管20の高炉内圧用圧力制御弁21と遮断弁22は閉じられるとともに、緊急用排気管30の開放弁31は閉じられている。
また、異常発生時などの緊急時には、緊急用排気管30の開放弁31が開かれる。
上述の固着現象、アモルファス層110が形成されるという現象は、高炉内圧品製造時に、開かれている排気部材の内部、つまり共通の排気管9a、9b、高炉内圧排気管20、高炉内圧用圧力制御弁21、遮断弁22、ダスト捕集トラップ40の内側で発生しやすい。
よって、アモルファス層110の形成を抑制するための後述するコーティング処理またはメッキ処理は、少なくとも、これら高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40について施せばよい。しかも、これら高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40のすべての部分に、コーティング処理またはメッキ処理を行うことは必ずしも必要ではなく、少なくとも、CZ炉2内のドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100が通過する排気部材内側のみに処理を施せばよい。
ただし、高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40以外の排気部材に、後述のコーティング処理またはメッキ処理を施す実施も可能であり、排気部材の内側以外の部分についても、たとえば排気部材全体表面にわたって、処理を施す実施も可能である。
(第1実施例;クロムメッキ処理を施す実施例)
第1実施例では、高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40の内側表面に、硬質クロムメッキ処理を施した。
第1実施例では、高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40の内側表面に、硬質クロムメッキ処理を施した。
以下では、排気管20を例に説明する。
図4(a)は、実施例の排気管20の断面を示し、図4(b)は、その断面を拡大して示した図である。
同図4に示すように、排気管20は、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材で構成され、鉄Feを主成分とする地金部20cを有している。このように排気管20の被処理面は、鉄鋼材料で構成されている。排気管20の被処理面には、クロムメッキ処理が施され、クロムメッキ処理層20dが形成されている。クロムメッキ処理は、電解メッキ法により行われた。クロムメッキ処理層20dの厚さは、10〜20μmとした。クロムメッキ処理層20dの表層では、酸素Oと、クロムメッキ処理層20dの主成分であるクロムCrとの化学的な結合がなされ、クロム酸化膜20b(不動態酸化膜)が形成されている。
排気管20に、クロムメッキ処理を施すことにより、つぎのような効果が得られた。
・ 削り作用を抑制する効果
排気管20の地金部20cの表面、つまり、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地表面の硬度は、Hv160〜200であり、一方、クロムメッキ処理層20dの表面の硬度は、Hv600以上である。このように、第1実施例では、排気管20の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄鋼材料に比べて硬度の高いメッキ処理が施されている。
排気管20の地金部20cの表面、つまり、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地表面の硬度は、Hv160〜200であり、一方、クロムメッキ処理層20dの表面の硬度は、Hv600以上である。このように、第1実施例では、排気管20の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄鋼材料に比べて硬度の高いメッキ処理が施されている。
ここで、CZ炉2内のアモルファス100の主成分は、シリコン酸化物である。一方、硝子は、2酸化ケイ素(SiO2)を主成分とするものであり、同じシリコン酸化物で構成されており、硬度がHv300〜650であることが知られている。このためアモルファス100の硬度を、硝子の硬度(Hv300〜)とみなすことができる。
第1実施例では、排気管20の被処理面に、Hv300以上の硬度のメッキ層20d(Hv600〜)が形成されており、固体のアモルファス100に比べて硬度の高いメッキ処理が施されている。
このように、第1実施例によれば、従来の配管表面よりも硬く、固体のアモルファス100よりも硬いメッキ層20dが形成されているため、固体のアモルファス100が排気管20の表面に衝突したとしても、それによる削り作用は、従来の配管に比べて抑制されることになる。
・ 酸化作用を抑制する効果
図1(b)で説明したように、コーティング処理やメッキ処理がなされていない排気管10の表面は、鉄酸化膜10bであり、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来すると、鉄酸化膜10bから酸素Oを奪うか、共有結合することにより、化学的に容易に結合してしまう(図2(c)、(d))。これに対して、第1実施例では、排気部材20の表面が、鉄鋼材料(Fe)に比べて化学的活性度の高い金属であるクロムCrでメッキ処理が施され、表層にクロム酸化膜20b(不動態酸化膜)が形成されている。このため、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来したとしても、従来の鉄酸化膜10bに比べて、還元作用によりクロム酸化膜20bの化学的結合から酸素Oを奪ったり、表層金属に共有結合することが抑制され、表層に化学的に結合することが抑制される。
図1(b)で説明したように、コーティング処理やメッキ処理がなされていない排気管10の表面は、鉄酸化膜10bであり、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来すると、鉄酸化膜10bから酸素Oを奪うか、共有結合することにより、化学的に容易に結合してしまう(図2(c)、(d))。これに対して、第1実施例では、排気部材20の表面が、鉄鋼材料(Fe)に比べて化学的活性度の高い金属であるクロムCrでメッキ処理が施され、表層にクロム酸化膜20b(不動態酸化膜)が形成されている。このため、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来したとしても、従来の鉄酸化膜10bに比べて、還元作用によりクロム酸化膜20bの化学的結合から酸素Oを奪ったり、表層金属に共有結合することが抑制され、表層に化学的に結合することが抑制される。
・ 積層作用を抑制する効果
積層作用、削り作用、酸化作用は相互に複合的に作用する。削り作用、酸化作用が従来に比べて抑制されるため、表層の製造段階での表面の凹凸やアモルファスの析出による凹凸が低減されて、積層しにくい環境となり、積層作用についても従来よりも抑制される。これは、クロムメッキの表面粗さが0.27で、SUS鋼管の表面粗さが0.51〜0.57であり、クロムメッキ処理層20dの表面粗さは、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地である地金部20cの表面粗さよりも小さいという理由による。
積層作用、削り作用、酸化作用は相互に複合的に作用する。削り作用、酸化作用が従来に比べて抑制されるため、表層の製造段階での表面の凹凸やアモルファスの析出による凹凸が低減されて、積層しにくい環境となり、積層作用についても従来よりも抑制される。これは、クロムメッキの表面粗さが0.27で、SUS鋼管の表面粗さが0.51〜0.57であり、クロムメッキ処理層20dの表面粗さは、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地である地金部20cの表面粗さよりも小さいという理由による。
以上、排気管20について説明したが、他の排気部材9a、9b、21、22、40についても同様にして、第1実施例のメッキ処理を施すことにより、削り作用、酸化作用、積層作用の抑制効果が得られる。
図5(a)は、従来の表面が標準鋼管の梨地のままの排気管10の内側表面へのアモルファス固着状況を示した写真であり、図5(b)は、この第1実施例のクロムメッキ処理が施された排気管20へのアモルファス付着状況を示した写真である。
図5(a)に示すように、従来にあっては、排気管10の内側のアモルファス層110の固着の状態は、配管の表面に半田付けをしたような状態であり、配管内部表面に固着したアモルファス層110は非常に硬くかつ厚く、ドライバと金槌を用いて叩いて削り落とすようにしてアモルファス層110を配管から取り除く必要があった。このため、重労働かつ長時間の作業を強いられ、清掃作業に多大な工数を要することになっていた。排気部材9a、9b、20、21、22、40の清掃作業には、解体および組立時間を含めて4.0時間を要していた。
これに対して、図5(b)に示すように、第1実施例を実施した排気管20にあっては、排気管20へのアモルファス層110の固着という現象はみられず、配管表面にパウダ状に薄くアモルファスが付着しただけの状況となった。この薄く付着したアモルファスは、指先で拭き取るだけでクロムメッキ処理面が露出する程度の薄さ、付着強さであり、刷毛を用いて簡単に除去することができた。このため、軽労働かつ短時間の作業で清掃を終了させることができた。排気部材9a、9b、20、21、22、40の清掃作業は、解体および組立時間を含めて2.0時間に大幅に短縮された。なお、ガス圧で付着したアモルファスを吹き飛ばすという清掃方法を採用すれば、清掃時間を更に短縮させることができる。
なお、ダストの付着状況についても、従来技術と第1実施例を比較した。第1実施例によれば、排気部材9a、9b、20、21、22、40へのダストの堆積量は、従来技術と同等か従来技術よりも下回る結果となった。
(第2実施例;フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理を施す実施例)
第2実施例では、高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40の内側表面に、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理を施した。フッ素樹脂は、テフロン(登録商標)を用いた。
第2実施例では、高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40の内側表面に、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理を施した。フッ素樹脂は、テフロン(登録商標)を用いた。
すなわち、第2実施例では、第1実施例と同様な鉄Feを主成分とする地金部20cの被表面に、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理を施し、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理層を形成した。フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理は、無電解メッキ法により行われ、10〜30μmの厚さのコーティング層が形成された。
排気管20に、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理を施すことにより、つぎのような効果が得られた。
・ 削り作用を抑制する効果
排気管20の地金部20cの表面、つまり、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地表面の硬度は、Hv160〜200であり、一方、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理層の表面の硬度は、Hv350以上である。このように、第2実施例では、排気管20の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理が施されている。
排気管20の地金部20cの表面、つまり、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地表面の硬度は、Hv160〜200であり、一方、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理層の表面の硬度は、Hv350以上である。このように、第2実施例では、排気管20の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理が施されている。
また、第2実施例でも、第1実施例と同様に、排気管20の被処理面に、Hv300以上の硬度のコーティング層(Hv350〜)が形成されており、固体のアモルファス100に比べて硬度の高いコーティング処理が施されている。
このように、第2実施例によれば、従来の配管表面よりも硬く、固体のアモルファス100よりも硬いコーティング層が形成されているため、固体のアモルファス100が排気管20の表面に衝突したとしても、それによる削り作用は、従来の配管に比べて抑制されることになる。
・ 酸化作用を抑制する効果
第2実施例のコーティング層には、フッ素樹脂の粒子が露出している。このため、たとえ化学的活性度の高いドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100がコーティング層の表面に接触したとしても、フッ素樹脂と化学反応は起さない。このため酸化作用が抑制される。
第2実施例のコーティング層には、フッ素樹脂の粒子が露出している。このため、たとえ化学的活性度の高いドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100がコーティング層の表面に接触したとしても、フッ素樹脂と化学反応は起さない。このため酸化作用が抑制される。
・ 積層作用を抑制する効果
積層作用、削り作用、酸化作用は相互に複合的に作用する。削り作用、酸化作用が従来に比べて抑制されるため、積層作用についても従来よりも抑制される。
積層作用、削り作用、酸化作用は相互に複合的に作用する。削り作用、酸化作用が従来に比べて抑制されるため、積層作用についても従来よりも抑制される。
また、第2実施例のコーティング層は、フッ素樹脂が表面に露出しているため、すべり特性は、SUS(ステンレス構造)材やSS(鉄構造)材の梨地である地金部20cの表面よりも遥かに優れ、摩擦係数は、同地金部20cの表面よりも遥かに小さい。このように、すべり特性に優れ、摩擦係数が小さいことから、積層作用が一層抑制されている。
以上、排気管20について説明したが、他の排気部材9a、9b、21、22、40についても同様にして、第2実施例のコーティング処理を施すことにより、削り作用、酸化作用、積層作用の抑制効果が得られる。
図5(c)は、この第2実施例のフッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理が施された排気管20へのアモルファス付着状況を示した写真である。
同図5(c)に示すように、第2実施例を実施した排気管20にあっては、排気管20へのアモルファス層110の固着という現象はみられず、配管表面にパウダ状に薄くアモルファスが付着するとともに、薄く金属物が付着しただけの状況となった。薄く付着していたアモルファスは、刷毛を用いて簡単に除去することができた。また薄く付着していた金属物は、アセトンなどの有機溶剤を用いて拭き取ることにより容易に除去することができた。このため、第1実施例と同様に、従来技術の場合(図5(a))と比較して、軽労働かつ短時間の作業で清掃を終了させることができた。
(第3実施例;ニッケルメッキ(フッ素樹脂無添加))
第3実施例では、高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40の内側表面に、第2実施例とは異なり、フッ素樹脂が無添加のニッケルメッキ処理を施した。
第3実施例では、高炉内圧品用の排気部材9a、9b、20、21、22、40の内側表面に、第2実施例とは異なり、フッ素樹脂が無添加のニッケルメッキ処理を施した。
すなわち、第3実施例では、第1実施例、第2実施例と同様な鉄Feを主成分とする地金部20cの被表面に、ニッケルメッキ処理を施し、ニッケルメッキ処理層を形成した。ニッケルメッキ処理は、電解メッキ法により行った。
排気管20等の排気部材に、ニッケルメッキ処理を施すことにより、上述の第1実施例、第2実施例と同様に、削り作用、酸化作用、積層作用を抑制する効果が得られ、軽労働かつ短時間の作業で清掃を終了させることができる。
以上の各実施例では、コーティグ層ないしはメッキ層を構成する材料を具体的に例示して説明したが、これらはあくまで一例であり、本発明としては、上述の第1実施例、第2実施例、第3実施例と同様に、削り作用、酸化作用、積層作用を抑制する効果が得られ、軽労働かつ短時間の作業で清掃を終了させることができるのであれば、コーティグ層ないしはメッキ層を構成する材料は問わない。また、上述の各実施例では、排気管20等の排気部材を構成する材料が鉄鋼材料であることを想定しているが、排気部材を構成する材料についても本発明では問わない。
ただし、CZ炉2内のガスを排気するための排気部材であることから、排気部材内の温度が最高温度、つまり130°C程度まで上昇したとしても、著しく耐久性が低下することのない耐熱性を有していることが条件となる。このため塩ビライニング鋼管は、削り作用等の抑制効果に優れているが、耐熱性の条件を満たしておらず、本発明の対象外となる。 以下、コーティング層ないしはメッキ層の材料を例示しない各種実施例について列挙する。
(第4実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100との化学的な結合を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。ここで、化学的な結合を抑制するとは、上述の積層作用、酸化作用、削り作用のいずれか1つあるいはいずれか2つあるいはすべてを抑制することである。排気管20等の排気部材の表面への化学的な結合を抑制することで、排気管20等の排気部材の内部表面への固着、それによるアモルファス層110の形成という現象を抑制できる。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100との化学的な結合を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。ここで、化学的な結合を抑制するとは、上述の積層作用、酸化作用、削り作用のいずれか1つあるいはいずれか2つあるいはすべてを抑制することである。排気管20等の排気部材の表面への化学的な結合を抑制することで、排気管20等の排気部材の内部表面への固着、それによるアモルファス層110の形成という現象を抑制できる。
(第5実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、積層作用、酸化作用、削り作用の抑制力の大きいコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、排気部材20の内部表面への固着、それによるアモルファス層110の形成という現象を抑制できる。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、積層作用、酸化作用、削り作用の抑制力の大きいコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、排気部材20の内部表面への固着、それによるアモルファス層110の形成という現象を抑制できる。
(第6実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、硬度が高いコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも削り作用が抑制される。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、硬度が高いコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも削り作用が抑制される。
(第7実施例)
排気管20等の排気部材の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも削り作用が抑制される。
排気管20等の排気部材の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも削り作用が抑制される。
(第8実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、固体のドーパント101、固体のドーパント酸化物102、固体のアモルファス100に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも削り作用が抑制される。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、固体のドーパント101、固体のドーパント酸化物102、固体のアモルファス100に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも削り作用が抑制される。
(第9実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、Hv300以上の硬度のコーティング層またはメッキ層を形成する実施が考えられる。前述したように、固体のアモルファス100の硬度を硝子の硬度(Hv300〜)とみなしたとき、硝子よりも硬いコーティング層またはメッキ層が形成されているため、固体のアモルファス100が排気管20等の排気部材の表面に衝突したとしても、それによる削り作用は、従来の配管に比べて抑制されることになる。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、Hv300以上の硬度のコーティング層またはメッキ層を形成する実施が考えられる。前述したように、固体のアモルファス100の硬度を硝子の硬度(Hv300〜)とみなしたとき、硝子よりも硬いコーティング層またはメッキ層が形成されているため、固体のアモルファス100が排気管20等の排気部材の表面に衝突したとしても、それによる削り作用は、従来の配管に比べて抑制されることになる。
(第10実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100との酸化作用を抑制できる金属でメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも酸化作用が抑制される。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、排気管20等の排気部材の被処理面に比べて、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100との酸化作用を抑制できる金属でメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、少なくとも酸化作用が抑制される。
(第11実施例)
排気管20等の排気部材の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、鉄鋼材料に比べて化学的活性度の高い金属でメッキ処理を施す実施が考えられる。すなわち、コーティング処理やメッキ処理がなされていない排気部材10の表面は、鉄酸化膜10bであり(図1(b)参照)、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来すると、還元作用により鉄酸化膜10bの化学的結合から酸素Oを奪うか、表層金属と共有結合することにより、表層と化学的に容易に結合してしまう(図2(c)、(d))。これに対して、排気管20等の排気部材の表面を、鉄鋼材料(Fe)に比べて化学的活性度の高い金属でメッキ処理を施すと、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来したとしても、その金属メッキ層の表面の金属酸化膜から酸素Oを奪ったり、表層金属と共有結合することが抑制され、表層と化学的に結合することが抑制される。
排気管20等の排気部材の被処理面が鉄鋼材料で構成されたものにおいて、排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、鉄鋼材料に比べて化学的活性度の高い金属でメッキ処理を施す実施が考えられる。すなわち、コーティング処理やメッキ処理がなされていない排気部材10の表面は、鉄酸化膜10bであり(図1(b)参照)、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来すると、還元作用により鉄酸化膜10bの化学的結合から酸素Oを奪うか、表層金属と共有結合することにより、表層と化学的に容易に結合してしまう(図2(c)、(d))。これに対して、排気管20等の排気部材の表面を、鉄鋼材料(Fe)に比べて化学的活性度の高い金属でメッキ処理を施すと、極めて活性度の高い気体のドーパント101等が飛来したとしても、その金属メッキ層の表面の金属酸化膜から酸素Oを奪ったり、表層金属と共有結合することが抑制され、表層と化学的に結合することが抑制される。
(第12実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100と化学反応をしない樹脂材料を含むコーティング処理を施す実施が考えられる。これにより、たとえ化学的活性度の高いドーパント101等がコーティング層の表面に接触したとしても、樹脂材料と化学反応はせず、少なくとも酸化作用が抑制される。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、ドーパント101、ドーパント酸化物102、アモルファス100と化学反応をしない樹脂材料を含むコーティング処理を施す実施が考えられる。これにより、たとえ化学的活性度の高いドーパント101等がコーティング層の表面に接触したとしても、樹脂材料と化学反応はせず、少なくとも酸化作用が抑制される。
(第13実施例)
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、フッ素樹脂を含有したコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、たとえ化学的活性度の高いドーパント101等がコーティング層あるいはメッキ層の表面に接触したとしても、フッ素樹脂と化学反応はせず、少なくとも酸化作用が抑制される。
排気管20等の排気部材のうち、少なくとも、ドーパント101、ドーパント酸化102、アモルファス100が通過する内側の被処理面に、フッ素樹脂を含有したコーティング処理またはメッキ処理を施す実施が考えられる。これにより、たとえ化学的活性度の高いドーパント101等がコーティング層あるいはメッキ層の表面に接触したとしても、フッ素樹脂と化学反応はせず、少なくとも酸化作用が抑制される。
なお、実施例では、半導体単結晶としてシリコン単結晶を製造する場合を想定して、シリコン単結晶製造装置に用いられる排気部材として説明したが、本発明は、シリコン以外の半導体あるいはガリウム砒素などの化合物半導体を製造する場合にも同様にして適用することができる。また、実施例では、引上げ法として、CZ法を想定して説明したが、本発明は、引上げ方法は問わない。磁場印加引上げ法(MCZ法)によって半導体単結晶を引き上げる場合にも当然本発明を適用することができる。さらには、FZ法などのCZ法(MCZ法)とは異なる他の引き上げ法により半導体単結晶を引上げる場合にも本発明を適用することができる。
1 シリコン単結晶製造装置、 2 CZ炉、10 通常排気管、11 通常圧力制御弁、20 高炉内圧排気管、21 高炉内圧用圧力制御弁、30 緊急用排気管、31 開放弁、40 ダスト捕集トラップ、20c 地金部、20d クロムメッキ処理層、20b クロム酸化膜(不動態酸化膜)
Claims (12)
- 炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶装置に用いられ、炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスを排気する排気部材であって、
前記排気部材のうち、少なくとも、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過する内側には、
当該排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスとの結合を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面に比べて、硬度が高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、鉄鋼材料に比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面に、固体のドーパント、固体のドーパント酸化物、固体のアモルファスに比べて硬度の高いコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面に施されたコーティング層またはメッキ層の硬度は、Hv300以上の硬度であること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスとの酸化作用を抑制できる金属でメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、鉄鋼材料に比べて化学的活性度の高い金属でメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、クロムメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面に、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスと化学反応をしづらい樹脂材料を含むコーティング処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面に、フッ素樹脂を含有したコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 排気部材の被処理面は、鉄鋼材料で構成され、フッ素樹脂添加無電解ニッケルメッキ処理が施されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体単結晶製造用の排気部材。 - 炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶装置に用いられ、炉内のドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスを排気する排気部材であって、
前記排気部材のうち、少なくとも、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが通過する内側には、
当該排気部材の被処理面に比べて、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面を削る削り作用を抑制でき、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面酸化膜から酸素を奪って酸化される酸化作用を抑制でき、ドーパント、ドーパント酸化物、アモルファスが表面に積層する積層作用を抑制できるコーティング処理またはメッキ処理が施されていること
を特徴とする半導体単結晶製造用の排気部材。
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