JP5176771B2 - 縦型熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
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Description
このようなガス導入管38は接続部40でガスポート部41に接続され、更にガスポート部は不図示のガス供給源に接続されるガス供給管37に接続されている。なお、ガスポート部は構造が複雑であり炭化珪素では作製が困難となるため、作製が容易な石英が用いられている。このとき、使用する雰囲気ガスは熱処理の目的によって異なるが、主としてH2、N2、O2、Ar等が用いられる。また、不純物拡散の場合には、これらのガスをキャリアガスとして不純物化合物ガスを導入する。
このような問題に対して本発明者は、図4のように、ガス導入管50を石英製とし、反応管51または反応管の下に設けられたフランジ体52に形成されたガスポート部53に溶接することで接続部をなくし、空気の侵入を防ぐことで基板の曇り(酸化膜)の問題を解決し、更に熱による石英製ガス導入管の変形をSiCからなる保護管54で覆うことで解決した熱処理装置を提案した。しかし、このようにガス導入管を反応管または反応管の下に設けられたフランジ体に形成されたガスポート部に溶接した場合、反応管またはフランジ体を取り扱うに際して、ガス導入管を破損してしまうという問題が発生した。
このようにガスポート部の材質を石英とすることで、複雑な形状のガスポート部の加工を容易に行うことができるとともに、反応管の材質を炭化珪素であるものとすることで高温の熱処理でも反応管の変形を防止することができる。ガス導入管の材質を石英、炭化珪素またはシリコンとすることで加工が容易でかつ基板が金属等で汚染されることもない。
このように、ガス導入管の材質が石英の場合に、炭化珪素製の保護管で覆うことによって、1250℃以上といったより高温の熱処理によってもガス導入管が熱により変形することを防止することができる。
前述のように、従来、品質向上等の様々な目的で基板に熱処理を行うと、基板に曇りが発生した。この原因は反応管とフランジ体の隙間からリークした空気がガス導入管とガスポート部のジョイント部からガス導入管内に浸入し、熱処理中の基板表面に酸化膜を形成することによると考えられた。この対策として、ガス導入管を石英製とし、反応管または反応管の下に設けられたフランジ体のガスポート部に溶接することで接続部をなくし、更に熱による変形を防止するため、炭化珪素製の保護管を装着することで基板の曇りの問題は解決したが、反応管または反応管の下に設けられたフランジ体に形成されたガスポート部に長いガス導入管が溶接される構造となり、熱処理装置の組み立て、解体時にフランジを取り扱う際、ガス導入管を破損させてしまうことが多発するようになった。
本発明のジョイント12は金属製短管14、スリーブ17、ナット18を具備している。スリーブ17は、金属製であり、ガス供給管11の先端に溶接されており、内径がガス導入管8の外径より大きく、外径がガス供給管11の先端部の外径よりも大きい。ナット18は、一端面に内径がガス供給管の外径より大きく、スリーブの外径よりも小さい孔を中心に有し、ガス供給管に挿通されることでスリーブ17と係合する。このナット18の他端の内周にはねじ溝が形成され、このねじ溝は、ガスポート部10のフランジ部15に接続された金属製短管14のフランジ部13とは反対側に形成された外周ねじ溝と螺合される。また、金属製短管14の内径は、ガス導入管8の外径より若干大きく、金属製短管14のフランジ部13とは反対側の端部の内径はスリーブ17の外径よりも若干大きく、そしてこの径が変わる段差部分にはOリング19が装着されている。金属製短管14のフランジ部13とは反対側の端部は、スリーブ17をこのOリング19を介して受け入れて嵌合しており、スリーブ17はガス導入管8を受け入れて嵌合している。本発明においてガス導入管8とガス供給管11を接続するには、ガス導入管8を反応室側より、ガスポート部10のフランジ部15と金属製短管14のフランジ部13がOリング16を介して接続され、金属製短管14がガスポート部10に接続されることにより形成される貫通孔20に挿通して、少なくともOリング19から先端が出るように装着する。その後、ナット18を金属製短管14にねじ込みすることで、ナット18に係合したスリーブ17が金属製短管側にOリング19を介して圧着し、ガス供給管と導入管が気密を保ち接続される。
(実施例)
図1に示したような、炭化珪素製反応管と、反応管の下に設けられた石英製フランジ体を設け、フランジ体にガスポート部が形成されている縦型熱処理炉において、SUS製直管とSUS製フランジ部から成る金属製短管のフランジ部とガスポート部のフランジ部をOリングを介して接続した。このように金属製短管とガスポート部が接続されることによって形成される貫通孔に、図2に示すように、予め炭化珪素製の保護管を装着した石英製ガス導入管を挿通し、金属製短管の端部から露出したガス導入管にOリングを装着し、アルゴンガス供給管をこのOリングを介して嵌合し、ナットを金属製短管にねじ込みすることで、ナットに係合したスリーブが金属製短管側にOリングを介して圧着し、ガス導入管とガス供給管が気密を保持するよう接続した。この状態で、反応管内にアルゴンガスを供給し、直径300mmのシリコンウエーハに1200℃ 1時間の熱処理を行った。アニール後シリコンウエーハの表面をKLA TENCOR社のSP−1を用いてDWNモードのHigh−Throughput条件で測定したときのHaze値は0.06ppmとなり、面荒れは発生しなかった。また、装置メンテナンス時に熱処理治具の組み立てを何度行っても、ガス導入管を破損することはなかった。
図3のように、炭化珪素製反応管の下に設けられた石英製フランジ体のガスポート部に炭化珪素製ガス導入管を反応室内で接続して、反応管内にアルゴンガスを供給するようにし、直径300mmのシリコンウエーハに1200℃ 1時間の熱処理を行った。しかし、ウエーハの表面のHaze値は0.5ppm以上と強い面荒れが発生した。これは、炭化珪素製反応管とフランジ体の接続部からリークした空気が、ガスポート部と炭化珪素製ガス導入管の接続部からガス導入管内のアルゴンガスに混入したためであると考えられる。
図4のように、ガスポート部と、予め炭化珪素製の保護管を装着したガス導入管が一体化した石英製フランジ体に炭化珪素製反応管を接続し、反応管にアルゴンガスを供給しながら直径300mmのシリコンウエーハに1200℃ 1時間の熱処理を行ったところ、ウエーハの表面のHaze値は0.06ppmと面荒れは発生しなかった。しかし、装置メンテナンス時に反応管を外して、メンテナンスを行い、その後ガス導入管を反応管内に入るように反応管を下ろし装着するときに、反応管がガス導入管と接触し、ガス導入管を破損することがあった。
30…従来の縦型熱処理装置、 31…反応室、 32…反応管、 33…フランジ体、 34…熱処理用ボート、 35…基板、 36…ヒータ、 37…ガス供給管、 38…ガス導入管、 39…ガス排気管、 40…接続部、 41…ガスポート部、
50…石英製ガス導入管、 51…反応管、 52…フランジ体、 53…ガスポート部、 54…保護管。
Claims (5)
- 少なくとも、反応管と、該反応管内に配置され基板を保持するための熱処理用ボートと、前記基板を加熱するためのヒータと、前記反応管内に雰囲気ガスを導入するためのガス導入管と、前記ガス導入管と接続されるガス供給管と、前記反応管の下に設けられたフランジ体又は前記反応管に形成され、前記ガス導入管が挿通されるガスポート部を有する縦型熱処理装置において、
前記ガス導入管と前記ガス供給管の接続は、前記反応管外でジョイントを介して行われ、該ジョイントは少なくともフランジ部を有する金属製短管を有し、該金属製短管のフランジ部が前記ガスポート部に設けられたフランジ部とOリングを介して接続され、前記金属製短管が前記ガスポート部に接続されることにより形成される貫通孔に、前記ガス導入管が挿通されて前記ジョイントで前記ガス供給管と接続されたものであることを特徴とする縦型熱処理装置。 - 前記ジョイントは、前記金属製短管に加えて更にスリーブとナットを具備し、前記スリーブは前記ガス供給管の先端部に取り付けられており、該スリーブの内径は前記ガス導入管の外径よりも大きく、外径は前記ガス供給管の先端部の外径より大きいものであり、前記ナットが前記ガス供給管に挿通されることで前記スリーブに係合し、他端の内周にはねじ溝が形成されており、前記ガスポート部のフランジ部に接続された前記金属製短管のフランジ部とは反対側に形成された外周ねじ溝と螺合されるとともに、前記金属製短管のフランジ部とは反対側の端部は、前記スリーブをOリングを介して受け入れて嵌合しており、前記スリーブは前記ガス導入管を受け入れて嵌合しているものであり、前記ナットを前記金属製短管にねじ込みすることで、該ナットに係合した前記スリーブが前記金属製短管側にOリングを介して圧着し、前記ガス供給管と前記ガス導入管が気密を保ち接続されるものであることを特徴とする請求項1に記載の縦型熱処理装置。
- 前記ガスポート部の材質が石英であり、前記ガス導入管の材質が石英、炭化珪素またはシリコンであり、前記反応管の材質が炭化珪素であることを特徴とする請求項1または2に記載の縦型熱処理装置。
- 前記ガス導入管の材質が石英であり炭化珪素製の保護管に覆われたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置を用いて1000〜1350℃の温度範囲でシリコンウエーハの熱処理を行うことを特徴とする熱処理方法。
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