JP2021534071A - チャンバーシールアセンブリ及び成長炉 - Google Patents

Abstract

本発明はチャンバーシールアセンブリ及び成長炉を提供し、該チャンバーシールアセンブリは炉室フランジと反応チャンバーとの間に周設され、それはシールスペーサーリング、及びそれぞれシールスペーサーリングの軸方向両側に設けられるシールリングを含み、そのうち、シールスペーサーリング内に第１排気通路が設けられ、該第１排気通路がシールスペーサーリングの内側と連通し、そして、炉室フランジ内に第２排気通路が設けられ、該第２排気通路はそれぞれ第１排気通路及び排気装置に接続される。本発明が提供するチャンバーシールアセンブリによれば、それは空気が反応チャンバー内に漏れることを回避できるだけでなく、チャンバーの取り外し・メンテナンスの効率を向上させ、反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクを回避することができる。

Description

本発明は半導体製造の分野に関し、具体的には、チャンバーシールアセンブリ及び成長炉に関する。

炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶は高熱伝導率、高破壊電圧、高キャリア移動度、高化学的安定性等の優れた半導体の物理的性質を有し、高温、強放射条件下で動作する高周波、高出力の電子デバイス及び光電子デバイスを製造でき、国防、ハイテク、工業生産、給電、変電等の分野で大きな応用価値があり、発展の将来性が極めて期待できる第３世代広帯域半導体材料としてみなされている。

炭化ケイ素単結晶材料の成長には特別のプロセス装置が必要である。該プロセス装置は主に成長炉アセンブリ、加熱アセンブリ、ガスアセンブリ及び制御アセンブリ等を含み、そのうち、成長炉アセンブリはキー構造の一つである。図１は成長炉の構造概略図である。図１を参照すると、成長炉は反応チャンバー１、上室２及び下室３を含み、上室２と下室３はそれぞれ反応チャンバー１の上端と下端から反応チャンバー１に套設される。そして、上室２と反応チャンバー１との間、及び下室３と反応チャンバー１との間にシールアセンブリ（図示せず）が設けられ、それによって反応チャンバー１の内部にシールチャンバーが形成される。従来のＳｉＣ成長プロセスのニーズに応じて、該密閉チャンバーは比較的高い真空度レベルを維持する必要がある。

従来のシールアセンブリは、通常、互いに間隔をあけた２つのシールリングを含む。この場合、実際の応用では以下の問題が存在し、即ち、取り付けるときに、２つのシールリングの間に空気が閉じ込められ、反応チャンバー１の真空引きが完了した後、チャンバー内部の真空度が比較的高く、２つのシールリング間の間隔内の圧力（空気が閉じ込められるため）とチャンバー内の圧力との差が比較的大きいため、不可避的に、間隔内に閉じ込められた空気がごくわずかにチャンバー内に漏れるとしても、チャンバーの圧力上昇率の上昇を招く可能性があり、晶体成長プロセスの展開に悪影響を与えてしまう。また、間隔内の圧力が外部大気圧力よりも低いため、該間隔が負圧状態になることを引き起こし、それによってチャンバーの取り外し・メンテナンスを行う際に、炉室フランジの取り外しが困難になることを引き起こし、それによって反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクが存在する。

本発明は、少なくとも従来技術に存在する技術的問題の一つを解決するために、チャンバーシールアセンブリ及び成長炉を提案し、それは空気が反応チャンバー内に漏れることを回避できるとともに、チャンバーの取り外し・メンテナンスの効率を向上させ、反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクを回避することができる。

本発明の目的を実現するために、チャンバーシールアセンブリを提供し、炉室フランジと反応チャンバーとの間に周設され、
シールスペーサーリング、及びそれぞれ前記シールスペーサーリングの軸方向両側に設けられるシールリングを含み、そのうち、前記シールスペーサーリング内に第１排気通路が設けられ、前記第１排気通路が前記シールスペーサーリングの内側と連通し、そして、前記炉室フランジ内に第２排気通路が設けられ、前記第２排気通路がそれぞれ前記第１排気通路及び排気装置に接続される。

選択肢として、前記第１排気通路は前記シールスペーサーリングの周方向に沿って均等に分布する複数の排気孔を含み、各前記排気孔は前記シールスペーサーリング内に穿設される。

選択肢として、前記シールスペーサーリングの内周壁上に環状凹溝が形成され、各前記排気孔の内端はいずれも前記環状凹溝内に位置する。

選択肢として、前記排気孔の直径は前記シールスペーサーリングの軸方向厚さの１／４である。

選択肢として、前記排気孔の数は１２〜３６個である。

選択肢として、前記排気孔の内端は前記シールスペーサーリングの軸方向厚さの中間位置に位置する。

選択肢として、前記第１排気通路から遠い前記第２排気通路の一端は前記炉室フランジの外周壁上に位置する。

選択肢として、さらに上裏当てリング及び下裏当てリングを含み、且つ前記シールリングと前記シールスペーサーリングが前記上裏当てリングと前記下裏当てリングとの間に設けられる。

別の技術案として、本発明はさらに成長炉を提供し、反応チャンバー、上室及び下室を含み、前記上室と下室はそれぞれ前記反応チャンバーの上端と下端に套設され、そして、前記上室及び下室はいずれも下から上に順に積層されたフランジエンドカバー、炉室フランジ及び炉室本体を含み、そのうち、前記炉室フランジの内周壁と前記反応チャンバーの外周壁との間に環状隙間を有し、
前記環状隙間内にチャンバーシールアセンブリが設けられ、前記チャンバーシールアセンブリは本発明が提供する上記チャンバーシールアセンブリを使用する。

選択肢として、前記排気装置は真空コネクタ、排気配管及び排気ポンプを含み、そのうち、
前記真空コネクタは前記第２排気通路の第２端に接続され、
前記排気配管はそれぞれ前記排気ポンプ及び前記真空コネクタに接続される。

本発明は以下の有益な効果を有する。

本発明が提供するチャンバーシールアセンブリによれば、それはシールスペーサーリング内に第１排気通路が設けられ、且つ炉室フランジ内に第２排気通路が設けられることによって、排気装置を利用して順に該第２排気通路と第１排気通路を介してシールスペーサーリングと反応チャンバーとの間の間隔内の空気を排出することができ、それによって該間隔内の空気が反応チャンバー内に漏れることを回避でき、チャンバーの圧力上昇率の要件を確保し、また、さらにチャンバーの取り外し・メンテナンスを行う際に、第２排気通路及び第１排気通路を介して上記間隔と大気環境を連通させることができ、それによって間隔内の負圧状態を解除でき、炉室フランジの取り外しが容易になり、それによってチャンバーの取り外し・メンテナンスの効率を向上させ、反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクを回避することができる。

本発明が提供する成長炉によれば、それは本発明が提供する上記チャンバーシールアセンブリを使用することによって、空気が反応チャンバー内に漏れることを回避できるだけでなく、チャンバーの取り外し・メンテナンスの効率を向上させ、反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクを回避することができる。

図１は成長炉の構造概略図である。 図２は本発明の実施例が使用する成長炉の部分断面図である。 図３は図２中のＩ領域の拡大図である。 図４は本発明の実施例が使用するシールスペーサーリングの構造図である。

当業者が本発明の技術案をよりよく理解するようにするために、以下、図面を参照しながら本発明が提供するチャンバーシールアセンブリ及び成長炉を詳細に説明する。

図２を参照すると、本発明の実施例が使用する成長炉の部分断面図である。該成長炉は反応チャンバー１０、上室及び下室を含み、上室と下室はそれぞれ反応チャンバー１０の上端と下端から反応チャンバー１０上に套設される。図２には、上炉室及びそれと反応チャンバー１０とのシール構造の部分断面図のみが示される。下炉室と反応チャンバー１０との間のシール構造は上炉室と反応チャンバー１０とのシール構造に類似するため、本実施例では、上炉室と反応チャンバー１０とのシール構造のみを例とする。

本実施例では、上炉室は上から下に順に設けられる上エンドカバー１３、上炉室本体１２及び炉室フランジ１１を含み、そのうち、炉室フランジ１１は反応チャンバー１０上に套設され、且つ炉室フランジ１１と反応チャンバー１０との間の間隔内にチャンバーシールアセンブリ１４が周設され、炉室フランジ１１と反応チャンバー１０との密封を実現することに用いられる。

図２及び図３を併せて参照すると、本実施例が提供するチャンバーシールアセンブリはシールスペーサーリング１４４、及びそれぞれ該シールスペーサーリング１４４の軸方向両側に設けられるシールリング１４３を含む。シールスペーサーリング１４４はシールリング１４３を隔離し且つ支持する役割を果たすことに用いられる。

しかし、チャンバーシールアセンブリを取り付ける際に、シールスペーサーリング１４４の内側において、且つ２つのシールリング１４３の間に位置する間隔内に空気が閉じ込められ、反応チャンバー１０の内部の真空引きが完了した後、チャンバー内部の真空度が比較的高く、両側のシールリング１４３の間の間隔内の圧力とチャンバーの内圧との差が比較的大きいため、不可避的に、２つのシールリング１４３の間の間隔内に閉じ込められた空気がごくわずかにチャンバー内に漏れるとしても、チャンバーの圧力上昇率の上昇を招く可能性があり、晶体成長プロセスの展開に悪影響を与えてしまう。また、上記間隔内の圧力が外部大気圧力よりも低いため、該間隔が負圧状態であり、それによってチャンバーの取り外し・メンテナンスを行う際に、炉室フランジの取り外しが困難になり、反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクがある。

上記問題を解決するために、本実施例では、シールスペーサーリング１４４内に第１排気通路１４４１が設けられ、該第１排気通路１４４１がシールスペーサーリング１４４の内側と連通し、具体的には、第１排気通路１４４１の第１端と第２端はそれぞれシールスペーサーリング１４４の内周壁と外周壁上に位置する。そして、炉室フランジ１１内に第２排気通路１１１が設けられ、該第２排気通路１１１の第１端が第１排気通路１４４１の第２端に接続され、第２排気通路１１１の第２端が排気装置（図示せず）を接続することに用いられる。

チャンバーシールアセンブリの取り付けが完了した後、排気装置を利用して順に第２排気通路１１１及び第１排気通路１４４１を介してシールスペーサーリング１４４の内側の間隔内の空気を排出し、それによって該間隔内の空気が反応チャンバー１０の内部に漏れることを回避でき、チャンバーの圧力上昇率の要件を確保し、また、さらにチャンバーの取り外し・メンテナンスを行う際に、第２排気通路１１１及び第１排気通路１４４１を介して上記間隔と大気環境とを連通させることができ、それによって該間隔内の負圧状態を解除でき、炉室フランジ１１の取り外しが容易になり、それによってチャンバーの取り外し・メンテナンスの効率を向上させ、反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクを回避することができる。

本実施例では、図４に示すように、第１排気通路１４４１はシールスペーサーリング１４４の周方向に沿って均等に分布する複数の排気孔を含み、各排気孔はシールスペーサーリング１４４内に穿設される。選択肢として、各排気孔はシールスペーサーリング１４４の径方向に沿って設けられるストレート貫通孔である。シールスペーサーリング１４４の周方向に沿って均等に分布する複数の排気孔によって、シールスペーサーリング１４４の内側の間隔内の空気を均一に排出でき、それによってシールスペーサーリング１４４全体の円周方向に空気を完全に排出できるように確保できるとともに、均一に排気することでシールリング１４３の変形を回避することができる。

本実施例では、選択肢として、シールスペーサーリング１４４の内周壁上に環状凹溝１４４２が形成され、各排気孔１４４１の内端はいずれも環状凹溝１４４２内に位置する。環状凹溝１４４２によって、２つのシールリング１４３間の空気を完全に排出することにさらに有利である。

選択肢として、排気孔の直径はシールスペーサーリング１４４の軸方向厚さの１／４である。例えば、シールスペーサーリング１４４の軸方向厚さが４ｍｍであると、排気孔の直径は１ｍｍである。シールスペーサーリング１４４の軸方向厚さが８ｍｍであると、排気孔の直径は２ｍｍである。このように、シールスペーサーリング１４４の強度を確保するうえに、排気速度を向上させることができる。

選択肢として、排気孔の数は１２〜３６個である。このように、シールスペーサーリング１４４の強度を確保するうえに、排気速度を向上させることができる。

選択肢として、排気孔の内端はシールスペーサーリング１４４の軸方向厚さの中間位置に位置し、このように、空気を完全に排出できることに有利である。

本実施例では、図２に示すように、第１排気通路１４４１から遠い第２排気通路１１１の一端は炉室フランジ１１の外周壁上に位置し、それによって排気装置を接続することに用いられる真空コネクタ１５の取り付けが容易になる。

本実施例では、チャンバーシールアセンブリはさらに上裏当てリング１４１及び下裏当てリング１４２を含み、そのうち、シールリング１４３及びシールスペーサーリング１４４が上裏当てリング１４１と下裏当てリング１４２との間に設けられる。上裏当てリング１４１及び下裏当てリング１４２は２つのシールリング１４３を固定して動かないようにすることに用いられる。

本実施例では、上裏当てリング１４１の上端は炉室本体１２に接触し、下裏当てリング１４２の下端は下エンドカバー（図示せず）に接触する。そして、上炉室本体１２、炉室フランジ１１及び下エンドカバーはねじによって一体に固定され、且つねじを締めることで、上炉室本体１２及び下エンドカバーが反応チャンバー１０の軸方向に沿って２つのシールリング１４３を押し締め、それにより、シールリング１４３を反応チャンバー１０の径方向に沿って膨張変形させ、それによって炉室フランジ１１と反応チャンバー１０との間の隙間をシールすることを実現する。

なお、本実施例では、シールリング１４３は２つであるが、本発明はこれに限定されず、実際の応用では、シールリング１４３はまだ１つ又は３つ以上であってもよい。この場合、シールスペーサーリングの構造及び数に対して適応的な改良を行うことができ、シールリングを固定できればよい。

別の技術案として、本発明の実施例はさらに成長炉を提供し、それは反応チャンバー、上室及び下室を含み、上室と下室はそれぞれ反応チャンバーの上端と下端に套設され、そして、上室及び下室はいずれも下から上に順に積層されたフランジエンドカバー、炉室フランジ及び炉室本体を含み、そのうち、炉室フランジの内周壁と反応チャンバーの外周壁との間に環状隙間を有し、該環状隙間内にチャンバーシールアセンブリが設けられ、炉室フランジと反応チャンバーとの密封を実現することに用いられる。該チャンバーシールアセンブリは本発明の実施例が提供する上記チャンバーシールアセンブリを使用する。

本実施例では、成長炉は真空コネクタ、排気配管及び排気ポンプを含み、そのうち、真空コネクタは第２排気通路の第２端に接続され、排気配管はそれぞれ排気ポンプ及び真空コネクタに接続される。

本発明の実施例が提供する成長炉によれば、それは本発明の実施例が提供する上記チャンバーシールアセンブリを使用することによって、空気が反応チャンバー内に漏れることを回避できるだけでなく、チャンバーの取り外し・メンテナンスの効率を向上させ、反応チャンバーの損傷を引き起こすリスクを回避することができる。

理解できるように、以上の実施形態は単に本発明の原理を説明するために使用される例示的な実施形態であるが、本発明はこれに限定されない。当業者であれば、本発明の精神及び趣旨を逸脱しない場合に、様々な変形や改良を行うことができ、これらの変形や改良も本発明の保護範囲に属する。

１０ 反応チャンバー
１１ 炉室フランジ
１１１ 第２排気通路
１２ 上炉室本体
１３ エンドカバー
１４ チャンバーシールアセンブリ
１４１ 上裏当てリング
１４２ 下裏当てリング
１４３ シールリング
１４４ シールスペーサーリング
１４４１ 排気孔
１４４２ 環状凹溝

Claims (10)

1. 炉室フランジと反応チャンバーとの間に周設されるチャンバーシールアセンブリであって、シールスペーサーリング、及びそれぞれ前記シールスペーサーリングの軸方向両側に設けられるシールリングを含み、そのうち、前記シールスペーサーリング内に第１排気通路が設けられ、前記第１排気通路が前記シールスペーサーリングの内側と連通し、そして、前記炉室フランジ内に第２排気通路が設けられ、前記第２排気通路がそれぞれ前記第１排気通路及び排気装置に接続されることを特徴とするチャンバーシールアセンブリ。
2. 前記第１排気通路は前記シールスペーサーリングの周方向に沿って均等に分布する複数の排気孔を含み、各前記排気孔は前記シールスペーサーリング内に穿設されることを特徴とする請求項１に記載のチャンバーシールアセンブリ。
3. 前記シールスペーサーリングの内周壁上に環状凹溝が形成され、各前記排気孔の内端はいずれも前記環状凹溝内に位置することを特徴とする請求項２に記載のチャンバーシールアセンブリ。
4. 前記排気孔の直径は前記シールスペーサーリングの軸方向厚さの１／４であることを特徴とする請求項２に記載のチャンバーシールアセンブリ。
5. 前記排気孔の数は１２〜３６個であることを特徴とする請求項２に記載のチャンバーシールアセンブリ。
6. 前記排気孔の内端は前記シールスペーサーリングの軸方向厚さの中間位置に位置することを特徴とする請求項２に記載のチャンバーシールアセンブリ。
7. 前記第１排気通路から遠い前記第２排気通路の一端は前記炉室フランジの外周壁上に位置することを特徴とする請求項１に記載のチャンバーシールアセンブリ。
8. 上裏当てリング及び下裏当てリングをさらに含み、且つ前記シールリング及び前記シールスペーサーリングが前記上裏当てリングと前記下裏当てリングとの間に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のチャンバーシールアセンブリ。
9. 反応チャンバー、上室及び下室を含み、前記上室と下室はそれぞれ前記反応チャンバーの上端と下端に套設され、そして、前記上室及び下室はいずれも下から上に順に積層されたフランジエンドカバー、炉室フランジ及び炉室本体を含み、そのうち、前記炉室フランジの内周壁と前記反応チャンバーの外周壁との間に環状隙間を有する成長炉であって、
   前記環状隙間内にチャンバーシールアセンブリが設けられ、前記チャンバーシールアセンブリは請求項１〜８のいずれか一項に記載のチャンバーシールアセンブリを使用することを特徴とする成長炉。
10. 前記排気装置は真空コネクタ、排気配管及び排気ポンプを含み、そのうち、
    前記真空コネクタは前記第２排気通路の第２端に接続され、
    前記排気配管はそれぞれ前記排気ポンプ及び前記真空コネクタに接続されることを特徴とする請求項９に記載の成長炉。

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