JP3651547B2

JP3651547B2 - 半導体製造用セラミックチューブ

Info

Publication number: JP3651547B2
Application number: JP28297697A
Authority: JP
Inventors: 雄史堀内; 晃菅野
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH11111631A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用の縦型熱処理装置に使用されるセラミック製のライナーチューブ（均熱管）又はプロセスチューブ（反応管）となる半導体製造用セラミックチューブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体製造用セラミックチューブ３１は、例えば炭化珪素質（ＳｉＣ，Ｓｉ−ＳｉＣ）等のセラミックスによって形成され、図３に示すように、筒部３１ａの一端部をこれと直角をなす平板状の封じ部３１ｂによって封止した一体構造とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、半導体ウェーハの大口径化が進むことにより、当然、酸化や拡散、ＬＰ−ＣＶＤ工程に用いられる縦型熱処理装置の均熱管や反応管等の大口径化が進む。又、枚葉式、バッチ式のいずれの場合でも、半導体ウェーハのスループット向上は大きな命題となり、熱処理工程においてもこれまでよりさらなる高速昇降温が求められ、均熱管や反応管も熱容量の低下（薄肉化）、偏肉の低減（均熱性の向上）が要求されている。
しかし、従来の一体構造の半導体製造用セラミックチューブでは、縦型熱処理装置の大口径化及び高速昇降温化が進むと、その昇温及び降温工程において、よりヒータ源に近い筒部と封じ部とでの温度差がこれまでより大きくなり、熱膨張差に伴う熱応力が発生する。
この熱応力が材料強度を超えた場合、クラックが発生し、半導体ウェーハ、ボート、装置等を破損するおそれがある。
かかる不具合を軽減するため、すなわち熱応力を緩和するため、図４に示すように、筒部３２ａの一端部を外方に向って凸の曲板状の封じ部３２ｂによって封止した一体構造のセラミックチューブ３２が知られている。
ところが、炉上部には半導体ウェーハの処理ができないデッドスペースが生じ、装置の大型化、高コスト化を招く不具合がある。
そこで、本発明は、デッドスペースを生じることなく、かつ熱応力の発生を抑制し得る半導体製造用セラミックチューブを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の半導体製造用セラミックチューブは、垂直に立設される炭化珪素質製の筒体と、筒体の上端面に気密に載置可能、かつ上端部内に一部が遊嵌可能な炭化珪素質製の円盤状の蓋体とからなることを特徴とする。
前記蓋体は、筒体の上端面に気密に載置可能、かつ上端部内に一部が遊嵌可能な円輪板状の第１部材と、第１部材の上面に載置可能、かつその穴に一部が遊嵌可能な円板状の第２部材とからなることが好ましい。
前記第１部材及び第２部材の遊嵌部の厚みは、筒体の厚みの１．５〜２．５倍であることが好ましい。
又、前記第１部材の遊嵌部の厚みは、筒体の厚みの１．５〜２．０倍、第２部材の遊嵌部の厚みは、第１部材の遊嵌部の厚みの１．２〜１．６倍、第２部材の遊嵌部の外径は、筒体の内径の０．２５〜０．６倍であることが好ましい。
一方、第１部材は、同心円状の２以上の円輪板からなり、小径のものが大径のものの上面に気密に載置可能、かつ大径のものの穴に小径のものの一部が遊嵌可能に設けられていることが望ましい。
【０００５】
セラミックチューブを筒体と円盤状の蓋体とから構成することにより、封じ部の高さが低くなると共に、筒体と蓋体とが相対的に摺動可能となる。
蓋体を第１部材と第２部材とから構成することにより、単一部材からなる場合よりも、製作寸法精度が向上する。
第１部材及び第２部材の遊嵌部の厚みを、筒体の厚みの１．５〜２．５倍とすることにより、蓋体からの輻射による放熱が低減する。
第１部材及び第２部材の遊嵌部の厚みが、筒体の厚みの１．５倍未満であると放熱の低減効果が無く、２．５倍を超えると蓋体の重量が大きくなりすぎ、筒体の熱変形が生じる。
又、第１部材の遊嵌部の厚みを、筒体の厚みの１．５〜２．０倍、第２部材の遊嵌部の厚みを、第１部材の遊嵌部の厚みの１．２〜１．６倍、第２部材の遊嵌部の外径を、筒体の内径の０．２５〜０．６倍とすることにより、蓋体からの輻射による放熱が低減しかつ径方向でほぼ均熱となる。
第２部材の遊嵌部の厚みが、第１部材の遊嵌部の厚みの１．２倍未満で、第２部材の遊嵌部の外径が、筒体の内径の０．２５倍未満であると径方向での放熱の均一化が妨げられる一方、第２部材の遊嵌部の厚みが、第１部材の遊嵌部の厚みの１．６倍を超え、第２部材の遊嵌部の外径が、筒体の内径の０．６倍を超えると蓋体の重量が大きくなりすぎ、筒体の熱変形を生じる。
一方、第１部材を、同心円状の２以上の円輪板によって構成することにより、大口径化に対処できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る半導体製造用セラミックチューブの実施の形態の一例を示す分解断面図である。
この半導体製造用セラミックチューブ１は、縦型熱処理装置の均熱管となるもので、垂直に立設される炭化珪素質製の筒体２と、筒体２の上端面に気密に載置可能で、かつ筒体２の上端部内に一部が遊嵌可能な炭化珪素質製の円盤状の蓋体３とからなり、蓋体３は、筒体２の上端面に気密に載置可能で、かつ筒体２の上端部内に一部が遊嵌可能な円輪板状の第１部材４及び第１部材４の上面に気密に載置可能で、かつその穴に一部が遊嵌可能な円板状の第２部材５によって構成されている。
そして、蓋体３は、均熱管の外周からの抵抗加熱が行われる縦型熱処理装置では、半導体ウェーハの大口径化が進み、均熱管の径が大きくなればなるほど、均熱管の上方内部が比較的低温域となるのに対処するため、図２に示すように、第１部材４の遊嵌部４ａの厚みａを、筒体２の厚みｂの１．５〜２．５倍、第２部材５の遊嵌部５ａの厚みｃを、第１部材４の遊嵌部４ａの厚みａの１．２〜１．６倍、第２部材５の遊嵌部５ａの外径ｄを、筒体２の内径ｅの０．２５〜０．６倍とし、蓋体３からの輻射による放熱を低減しかつ径方向（図２においては左右方向）でほぼ均熱になるようにされている。
なお、第１部材４の載置部４ｂと第２部材５の載置部５ｂの厚みは、両部材４，５の自重による変形を生じない適宜の厚さ（例えば２ｍｍ）とされる。
【０００７】
上記構成のセラミックチューブ１においては、高速に昇温され、筒体２が急速に昇温されて膨張されても、筒体２と蓋体３とが相対的に摺動するので、両者間の熱応力の発生が抑えられると共に、蓋体１からの輻射による放熱が低減しかつ径方向でほぼ均一となるので、均熱管の上方内部の温度低下が防止され、均熱管の内部をほぼ均一な温度とすることができる。
【０００８】
ここで、外径４５０ｍｍ、内径４４２ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシリコン含浸炭化珪素（Ｓｉ−ＳｉＣ）製の垂直な筒体と、筒体の上端面に載置した外径４５０ｍｍ、内径２５０ｍｍ、遊嵌部の肉厚６ｍｍの第１部材及び第１部材の上面に載置した外径２６０ｍｍ、遊嵌部の外径２４８ｍｍ、遊嵌部の肉厚８ｍｍの第２部材からなるＳｉ−ＳｉＣ製の円盤状の蓋体とによって分割タイプの均熱管を作製し、この均熱管を縦型熱処理装置にセットし、不活性ガス（Ｎ₂ガス）雰囲気において時間１２００℃の昇温速度で加熱し、１時間保持して冷却後にその外観を調べたところ、いずれの部分にもクラックは見られなかった。
比較のため、内径４４２ｍｍ、肉厚４ｍｍ、長さ１１００ｍｍの従来の一端封じのＳｉ−ＳｉＣ製の均熱管を作製し、この均熱管を上述したように縦型熱処理装置にセットし、同一の条件で昇温したところ、封じ部に大きなクラックが生じた。
【０００９】
なお、上述した実施の形態においては、蓋体を第１部材と第２部材とによって構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円板状の単一の部材によって蓋体を構成し、その遊嵌部の厚みを筒体の厚みの１．５〜２．５倍としてもよく、又、第１部材を同心円状の２以上の円輪板によって構成するようにしてもよい。２以上の円輪板からなる第１部材は、小径のものが大径のものの上面に載置可能で、かつ大径のものの穴に小径のものの一部が遊嵌可能に設けられるものである。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体製造用セラミックチューブによれば、封じ部の高さが低くなると共に、筒体と蓋体とが相対的に摺動可能となるので、デッドスペースを生じることがないと共に、両者の熱膨張差によって生ずる両者間の熱応力を抑えることができる。
蓋体を第１部材と第２部材とから構成することにより、単一部材からなる場合よりも、製作寸法精度が向上するので、製作を容易に行うことができると共に、セラミックチューブの信頼性を高めることができる。
第１部材及び第２部材の遊嵌部の厚みを、筒体の厚みの１．５〜２．５倍とすることにより、蓋体からの輻射による放熱が低減するので、セラミックチューブ内の上下方向の均熱性を向上させることができる。
又、第１部材の遊嵌部の厚みを、筒体の厚みの１．５〜２．０倍、第２部材の遊嵌部の厚みを、第１部材の遊嵌部の厚みの１．２〜１．６倍、第２部材の遊嵌部の外径を、筒体の内径の０．２５〜０．６倍とすることにより、蓋体からの輻射による放熱が低減しかつ径方向でほぼ均熱となるので、セラミックチューブ内の上下方向の均熱性のみならず、上方内部の径方向の均熱性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造用セラミックチューブの実施の形態の一例を示す分解断面図である。
【図２】図１のセラミックチューブの要部の概略を示す拡大図である。
【図３】従来の半導体製造用セラミックチューブの断面図である。
【図４】従来の他の半導体製造用セラミックチューブの断面図である。
【符号の説明】
２筒体
３蓋体
４第１部材
４ａ遊嵌部
５第２部材
５ｂ遊嵌部

Claims

垂直に立設される炭化珪素質製の筒体と、筒体の上端面に気密に載置可能、かつ上端部内に一部が遊嵌可能な炭化珪素質製の円盤状の蓋体とからなることを特徴とする半導体製造用セラミックチューブ。
前記蓋体が、筒体の上端面に気密に載置可能、かつ上端部内に一部が遊嵌可能な円輪板状の第１部材と、第１部材の上面に気密に載置可能、かつその穴に一部が遊嵌可能な円板状の第２部材とからなることを特徴とする請求項１記載の半導体製造用セラミックチューブ。
前記第１部材及び第２部材の遊嵌部の厚みが、筒体の厚みの１．５〜２．５倍であることを特徴とする請求項２記載の半導体製造用セラミックチューブ。
前記第１部材の遊嵌部の厚みが、筒体の厚みの１．５〜２．０倍、第２部材の遊嵌部の厚みが、第１部材の遊嵌部の厚みの１．２〜１．６倍、第２部材の遊嵌部の外径が、筒体の内径の０．２５〜０．６倍であることを特徴とする請求項２記載の半導体製造用セラミックチューブ。
前記第１部材が、同心円状の２以上の円輪板からなり、小径のものが大径のものの上面に気密に載置可能、かつ大径のものの穴に小径のものの一部が遊嵌可能に設けられていることを特徴とする請求項２、３又は４記載の半導体製造用セラミックチューブ。