JP4289809B2

JP4289809B2 - プロセスチューブ

Info

Publication number: JP4289809B2
Application number: JP2001348114A
Authority: JP
Inventors: 和宏田苗; 優小山田
Original assignee: Tosoh Quartz Corp
Current assignee: Tosoh Quartz Corp
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP2003151911A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハを処理するための縦型熱処理炉に収納して使用するプロセスチューブに関し、特に、その天板の耐熱・耐久性を高めたプロセスチューブとその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハの酸化や拡散、ＣＶＤ法による薄膜の形成には熱処理装置が用いられており、熱処理炉として、近年は従来の横型熱処理炉に替わり、プロセスチューブの一方が断熱材で包まれているため、炉全体のサイズに比べて均熱域長が長くとれる利点があり、熱的な断面均一性に優れている縦方向に水平にウエーハを複数並列する縦型熱処理炉が半導体ウエーハの熱処理に用いられている。縦型熱処理炉の炉内には、図５に示すようにプロセスチューブが設置され、このプロセスチューブの周囲にはこれを加熱するヒーターが配設され、さらに、プロセスチューブとヒーターとの間に均熱管が設けてある。
処理ガスはプロセスチューブ上部より導入し、プロセスチューブに沿って炉内を流通してプロセスチューブ下部より排気される。
【０００３】
プロセスチューブ１内には半導体ウエーハを載置する縦型のウエーハボート４が設置され、ウエーハボート４に載置された半導体ウエーハがプロセスチューブ１内で種々の処理を受ける。半導体ウエーハは不純物を極度に嫌うため、プロセスチューブは高純度で、耐薬品性に優れ、かつ、高温においても安定しており、耐熱性の高い石英ガラス製とするのが一般的であり、円筒形の石英ガラスの上端部に石英ガラス製の天板２を溶接したものが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体ウエーハは製造効率を上げるため大口径化され、それにともなってプロセスチューブの径も必然的に大きくせざるを得ず、天板の重量が大きくなってきた。このため、半導体ウエーハを加熱しながら種々の処理をしている間に、加熱された天板２が変形をおこすという問題が発生し、プロセスチューブ１の寿命が短いものになっている。
【０００５】
天板２の変形防止には天板断面を厚くすることで対応しようとしたが、天板２を肉厚にすると自重が増加してかえって変形し易くなると共に、天板２を円筒管に溶接することが困難になるという問題がある。
プロセスチューブの天板を耐熱性に優れ、変形のないものとし、プロセスチューブの長寿命化を図るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、石英ガラス製の円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブであって、前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部をそれぞれ球面状としたものである。
また、天板と目皿の中央部が平面であり周辺部が球面状としたものであり、更に、石英ガラス製の天板上部の表面に石英ガラス細管を溶接し、補強材として耐熱性棒材を石英ガラス細管に挿入固定して天板の変形を防止したものである。
【０００７】
こうした構造とすることによって、処理ガスは天板と目皿の間の室内で一旦滞留し、それから目皿の複数の穴より反応室へ流出することになるため、半導体ウエーハに安定的に均質な処理ガスが流れることになる。なお、平板の目皿に例えば半球状の天板で空間を設けることは、ガス供給室の容量確保のためには、天板頂部と目皿間の距離が大きくなり、好ましくない。
【０００８】
【実施例】
実施例１
図１に示すように、本発明のプロセスチューブ１は、円筒形の石英ガラス１０に天板２を溶接したものである。
石英ガラス円筒１０は、水晶粉などの天然の二酸化珪素粉末を電気溶融したり、あるいは、酸水素火炎で溶融して製造する溶融石英ガラスや、四塩化珪素を酸水素炎で加水分解して製造する合成石英ガラスのインゴットから円筒管、または、板材に成形したものである。
【０００９】
天板２は、一定厚の円板材を均一に加熱してドーム状に成形したものであり、その直径は石英ガラス円筒の外径とほぼ同一である。プロセスチューブの上部には、頂部から内部に導入されたガスを均一に拡散させるための目皿２１が設けてある。
天板２はドーム状だけでなく、天板の中央部が平面で、その周辺部が球面状であれば、天板の変形を防止する効果の点ではドーム状と同等である。
【００１０】
ドーム状天板２の曲率半径（ＳＲ）、もしくは、天板周辺部の球面部の曲率半径を、石英ガラス円筒の外径が３００ｍｍφの場合、１２００ｍｍ程度の直線に近い大きなものであっても、たわみの減少に対して効果的であり、天板２の耐久性を大きく向上させることができることを知見した。曲率半径を１２００ｍｍとすることで天板と目皿２１との空間を大きくしなくとも良くなり、また、天板を半球体のようなふくらみを持たせる必要がないので、目皿にあけられた多数の孔より出たウエーハ処理ガスが均等の距離でウエーハボートに到達することとなり、ウエーハへの処理ガスの均一拡散、均一温度処理がスムースにおこなうことができる。
【００１１】
したがって、ドーム状天板の曲率半径は、１２００ｍｍより小さな値とすることが好ましい。天板のたわみを減少させ、耐久性を向上させるためにかつ、処理ガスを均一に拡散するために曲率半径は、３００〜１２００ｍｍ、好ましくは６００〜１２００ｍｍ、さらに好ましくは９００〜１２００ｍｍである。
また、天板の曲率半径が大きいことから目皿についても天板と同等形状としてもガスの拡散に対する影響が少ないため、天板と目皿を同じ曲率半径のものとして均一空間を設けるようにすることができ、処理ガスの均一供給を図ることができる。
【００１２】
さらに、天板を球面状とすることにより、目皿が平板形状であっても、従来に比べ目皿の変形を約３０％抑える効果があることがわかった。これは天板を球面状とすることにより、天板にかかる自重と外圧が球面に沿って最外周部へ力がかかるため、目皿の最外周部がそれにより外に向かって引っ張られることによるためと思われる。このため、目皿の形状は天板よりもさらに小さな曲率としても差し支えないし、平板のままでも大きな耐久効果が得られる。
【００１３】
実施例２
図２に示すように、平板円板の天板２の直径上に内径８．５ｍｍ、外径１２．５ｍｍ、長さ１５ｍｍの石英ガラス細管３を等間隔に溶接した。この石英ガラス細管内にφ８ｍｍの炭化珪素の棒材を通して天板２の表面に固定して補強材３１とした。
天板２は、中央部で炭化珪素棒体で補強され、加熱炉において高温に加熱されても変形するのが防止される。
なお、補強材は耐熱性があるものであれば、シリコンや耐熱セラミックなど炭化珪素以外のものでも良く、また、石英ガラス細管中に封じこめるようにすれば純度的にも、又、パーティクルの発生要因となることもない。
【００１４】
試験方法
実施例のプロセスチューブを電気炉で加熱し、天板のたわみ状態を計測した。加熱条件は、室温から１２０分で９００℃まで加熱し、３６０分で１２００℃まで加熱し、そのまま１２００℃を７２０分間維持し、４２０分で８００℃まで下げた。
次に３０分で９００℃まで加熱し、その後は同様な手順で加熱・冷却を合計５回を１サイクルとする加熱・冷却を２サイクルおこない、１サイクル毎に天板の鉛直方向たわみを３次元測定器で測定した。
【００１５】
たわみを計測して比較したプロセスチューブは、（１）従来の石英ガラス円筒に円板状の天板を溶接したもの、（２）実施例１の石英ガラス円筒にドーム状に成形した天板を溶接したもの、（３）実施例２の石英ガラス円筒に円板状の天板を溶接し、その表面に炭化珪素の耐熱性棒体を補強材として取り付けたものの三種類である。
処理ガスを通過拡散させる微細孔を多数設けた目皿は（１）、（２）、（３）とも同一仕様として設けてある。（２）の天板の曲率半径は１１００ｍｍとしてある。
【００１６】
たわみの計測は、図４に示すように、天板のＸ軸、及びＹ軸方向に等間隔にＡ〜Ｅ、Ｆ〜Ｉの９箇所のポイントの鉛直方向のたわみを計測した。炭化珪素棒を表面に固定した天板の場合は、補強棒の方向から数度ずらした方向をＸ軸（Ｙ軸）とした。
その結果を表１〜表３に示す。
なお、表においてたわみの負の値は、加熱前より表面が盛り上がったことを意味する。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【表３】

【００２０】
以上の結果より、加熱・冷却を２サイクルおこなった結果、従来の円板状天板はたわみが４．６ｍｍ、実施例１のドーム状天板は０．８ｍｍ、実施例２の耐熱性棒状体の炭化珪素で補強した天板は１．３ｍｍであり、従来品に比較してそれぞれ１７％、２８％でありたわみを大幅に減少することができた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のプロセスチューブは、天板の形状を少なくともその外周面部位を球面状にしたことにより加熱時の変形が抑制され、長期間使用することが可能であり、半導体製造コストの低減に寄与することができる。
また、石英ガラス製の天板表面に内部に炭化珪素などの耐熱性棒材を挿入した石英ガラス細管を溶接して補強材とし、天板の変形を防止したことにより、あまりコストをかけずにプロセスチューブの加熱による変形を防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドーム状の天板を設けたプロセスチューブの正面図。
【図２】天板表面に補強材を設けたプロセスチューブの正面図。
【図３】補強材の取り付け部の拡大図。
【図４】天板のたわみの測定個所の説明図。
【図５】従来のプロセスチューブの正面図。
【符号の説明】
１プロセスチューブ
２天板
２１目皿
３石英ガラス細管
３１補強材（耐熱性棒材）
４縦型ウエーハボート

Claims

円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有する石英ガラス製のプロセスチューブであって、
前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とが共に球面状であることを特徴とするプロセスチューブ。
請求項１において、天板と目皿の中央部が平面であり周辺部が球面状であることを特徴とするプロセスチューブ。
請求項１または２のいずれかにおいて、天板表面に石英ガラス細管が溶接してあり、この石英ガラス細管の内部に耐熱性棒材を挿入して天板が補強してあるプロセスチューブ。
請求項３において、石英ガラス細管が間隔を置いて天板表面に溶接してあるプロセスチューブ。
請求項３または４のいずれかにおいて、耐熱性棒材が炭化珪素であるプロセスチューブ。