JPH09199472A - 半導体処理液用冷却加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で、気密性が高く、有害不純物成分を含
まず信頼性の高い半導体処理液用冷却加熱装置を提供す
る。 【構成】 本発明の第１の特徴は、熱交換基板に半導体
処理液を接触せしめて冷却または加熱するように構成さ
れた半導体処理液用冷却加熱装置において、前記熱交換
基板１，２が、炭素基材で構成されるとともに少なくと
も処理液接触面側が、前記炭素基材表面の炭素原子を硅
化して形成された表面硅化層２１で被覆されていること
にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体処理液用冷却加
熱装置に係り、特に、腐食性薬液等の温度制御に用いら
れる恒温装置の冷却加熱部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体処理液に用いられる冷却加熱装置
は、熱交換基板に処理液を接触せしめ、この熱交換基板
を介して処理液を冷却または加熱するように構成されて
いる。

【０００３】半導体処理液のような強腐食性薬液を用い
る場合は、液温によって反応速度が大幅に変化するのみ
ならず、微細な素子形成に用いられるため、わずかな不
純物の混入も、素子特性に大きな影響を与えることにな
るため、常に、液温の制御には綿密な注意を払う必要が
あり、熱交換基板材料としては半導体処理液に対する耐
性の高い高純度の材料を用いる必要がある。

【０００４】従来、このような半導体処理液の冷却加熱
装置としては処理液接触面にフッ素樹脂被覆を施したス
テンレス鋼製の板を使用していたが、上記被覆には微細
な孔が存在し、かつ樹脂自体が気体を透過させる性質を
もつため、わずかではあるが上記被覆を介して処理液お
よびそのガスが浸透し、その結果次に示すようないろい
ろな不都合が生じていた。

【０００５】すなわち、ステンレス鋼に到達した処理液
およびそのガスがステンレス鋼と反応して新たにガスを
発生し、この反応によって生じたガスがフッ素樹脂被膜
を押し上げることによって空間が形成される。この空間
が加熱冷却効率を低下させ、さらにはガス圧によって被
膜に亀裂が生じ、このため処理液がステンレス鋼に直接
接触し、処理液とステンレス鋼との反応によって発生し
た多量の金属イオンが処理液中に混入するという問題が
あった。

【０００６】そこで本発明者は、熱交換基板の、少なく
とも半導体処理液接触面側を高純度炭化硅素セラミック
スで構成した半導体処理液の冷却加熱装置を提案してい
る（実公平１−３２３６２号公報）。

【０００７】この炭化硅素セラミックスは半導体処理液
等の薬品に対して優れた耐性を持ち、万一、僅かに反応
したとしても、炭化硅素の成分がシリコンと炭素である
ことからそれらが半導体にとって有害なイオンとなるこ
とはない。

【０００８】しかしながら、セラミックスには成形時に
バインダーが用いられているため、僅かながらバインダ
ー中の一部の成分が不純物として含まれることはやむを
得ない。そのため、ごく微量ではあるが、これが半導体
処理液中に溶出するという心配は避けられない。

【０００９】さらにまた、冷却加熱部の少なくとも処理
液接触面側をＣＶＤ法（化学的蒸着法）で形成した炭化
硅素膜すなわちＣＶＤ炭化硅素膜で被覆するようにした
冷却加熱装置も提案している（特願平３−３３１２８
号）。また、スパッタリング法などのＰＶＤ法で形成し
た炭化硅素膜で被覆するものも提案している（特願平５
−７９７５９号）。

【００１０】これらの炭化硅素膜で被覆する構造によれ
ば、基板材質として使用できる材料が、炭化硅素セラミ
ックに限定されることなく、従って加工性が容易となる
という利点がある。また、ＣＶＤ炭化硅素膜は不純物の
原因となるバインダーも使用しておらず、高純度であり
極めて耐性が高く、特に、ＣＶＤ炭化硅素膜は、半導体
処理液で有害なアルカリ金属・重金属不純物含有率を５
ｐｐｍ以下にすることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記Ｃ
ＶＤ法を用いた場合、ピンホールのないＣＶＤ炭化硅素
膜を形成しようとすると、膜厚を大きくしなければなら
ず、形成に時間を要する。また、形成時間を短縮しよう
とすると基板温度を上げるなどの方法をとることにな
り、膜の表面が粗くなるなど、膜質が低下するという問
題がある。この膜表面の粗さは、Ｏリングを用いて気密
シールを行うため、粗いと気密性が低下し、液もれが生
じるなど、大きな問題となる。そこで従来はＣＶＤ炭化
硅素膜を形成した後、鏡面加工を行うという方法がとら
れているが、これはコストアップの一因になるとともに
加工による表面の汚染を免れ得ないという問題があっ
た。

【００１２】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、安価で、有害不純物成分を含まず加工性が容易で信
頼性の高い半導体処理液用冷却加熱装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１の特
徴は、熱交換基板に半導体処理液を接触せしめて冷却ま
たは加熱するように構成された半導体処理液用冷却加熱
装置において、前記熱交換基板が、炭素基材で構成され
るとともに少なくとも処理液接触面側が、前記炭素基材
表面の炭素原子を硅化して形成された表面硅化層で被覆
されていることにある。

【００１４】望ましくは、前記炭素基材は、成形された
グラファイト基板であり、前記複合膜は、前記グラファ
イト基板表面に形成されたアモルファス炭素層の炭素原
子を硅化して形成した炭化硅素膜である。

【００１５】また望ましくは、前記表面硅化層は、炭化
硅素層と、表面から硅素含有量が連続的に減少する組成
傾斜層との複合膜である。

【００１６】さらに望ましくは、前記炭化硅素膜は、表
面に硅素含有ガスを接触せしめ熱処理をすることにより
形成される。

【００１７】

【作用】上記構成によれば、炭素基材を所望の形状に加
工して形成し、薬液などと接触する表面を、炭素基材表
面の炭素原子を硅化して形成された表面硅化層で被覆す
ればよく、製造が極めて容易である。

【００１８】望ましくは、前記炭素基材として、加工性
の容易なグラファイト基板を用いることにより、凹凸部
の形成なども容易に達成でき、また成形されたグラファ
イト基板表面をトリートメント処理することによって、
アモルファス炭素層を形成し、このアモルファス炭素層
の炭素原子が硅化せしめられる。これにより、ピンホー
ルがなく緻密で、良好な鏡面を有する炭化硅素膜を得る
ことができ、薬液やその蒸気を透過することのない、信
頼性の高いものとなる。また、極めて耐薬品性の高いも
のとなる。なお、このグラファイト基板表面のアモルフ
ァス炭素層は、前述したような熱エネルギー等を加える
ことによるトリートメント処理によって形成しても良い
し、気相成長層等により形成してもよい。

【００１９】また望ましくは、前記表面硅化層は、表面
から硅素含有量が連続的に減少する炭化硅素組成傾斜
（Ｓｉ_x Ｃ_1-x （x:0 →1 ））層と、炭化硅素（Ｓｉ
Ｃ）層と、の複合膜とすることにより、組成が連続的に
変化しているため、極めて密着性が高く、温度変化に対
しても、より信頼性の高いものとなる。

【００２０】さらに望ましくは、前記炭化硅素膜は、表
面に硅素含有ガスを接触せしめ熱処理をすることによ
り、極めて容易に形成される。特にこのようにして形成
された炭化硅素被膜は、不純物を含まない炭素基材を使
用すれば、半導体処理液で有害なアルカリ金属・重金属
不純物含有率が５ｐｐｍ以下となるようにすることがで
き、極めて高純度にすることができる。

【００２１】さらにまた熱交換基板は、炭素繊維強化炭
素などで構成してもよい。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００２３】本発明実施例の冷却加熱装置は図１および
図２に示すように、熱交換基板１，２は、グラファイト
基板からなり、半導体処理薬液との反応を防ぐため表面
をシリコン含有ガスとの反応により、組成傾斜層を介し
て炭化硅素被膜を形成したことを特徴とする。

【００２４】すなわちこの冷却加熱装置は、グラファイ
ト基板２０からなり、表面をＳｉ_xＣ_1-x （x:0 →1 ）
組成傾斜膜２１ａとＳｉＣ膜２１ｂとの複合膜よりな
る、合計膜厚８０μm の被膜２１で被覆した熱交換基板
１，２が、弗素樹脂からなる側部壁体３を介して対向配
置せしめられて冷却加熱室４を形成し、この冷却加熱室
において、処理容器からパイプ等で導出されてくる例え
ば半導体処理薬液に対し温度制御を行なうように構成さ
れている。

【００２５】さらにこの装置では、サーモモジュール
５，６によって各々冷却又は加熱せしめられるように構
成され、サーモモジュール５，６の放熱側は夫々、冷却
パイプ７，８を介して導入される冷却水によって冷却さ
れる放熱ブロック９，１０に接触せしめられている。そ
して、第１の配管１１を介して半導体処理薬液を上記冷
却加熱室内に導入すると、冷却加熱室４内で冷却または
加熱された後第２の配管１２を介して処理容器に戻され
る。さらに冷却加熱部の周囲は接液表面が弗素樹脂から
なるＯリングＯによって気密的にシールされている。

【００２６】なお、この熱交換基板の形成に際しては、
アルカリ金属・重金属含有率が５ｐｐｍ以下の高純度の
グラファイト基板を所望の形状に加工したのち、必要に
応じてマスクを形成し、所望の温度に加熱した反応装置
内に設置し、マスクから露呈する領域に、反応ガスとし
てＳｉＯガスを窒素ガス（キャリアガス）とともに供給
し、表面反応を生ぜしめる。これにより、膜厚７０μm
のＳｉ_x Ｃ_1-x （x:0→1 ）組成傾斜膜２１ａが形成さ
れる。

【００２７】この後、更に高温に加熱し、反応ガスとし
てのＳｉＯガスにＣＯガスを加え、窒素ガス（キャリア
ガス）とともに供給し、表面反応を生ぜしめ、膜厚１０
μmのＳｉＣ膜２１ｂを形成する。

【００２８】このようにして形成された装置では、熱交
換基板が処理薬液と接触して不純物を混入させるような
こともなく、長期間にわたって良好に半導体処理薬液の
温度制御を行なうことが可能である。

【００２９】この熱交換基板は、表面が鏡面に近い状態
となっているため、ＯリングＯによって、気密性が極め
て良好となるようにシールされ、液もれが皆無となる。

【００３０】さらに基体としてグラファイトを用いてい
るため加工性が良好で、鏡面加工も容易であり、被膜形
成はガスとの表面反応によって行われるため、この鏡面
を良好に維持することができ、また組成傾斜膜を介して
ＳｉＣ膜が形成されているため、温度変化等に起因する
剥離のおそれもない。また、グラファイトは極めて高純
度のものを入手することが可能であり、その硅化によっ
てＳｉＣ膜を形成するため、ＳｉＣ膜の純度もグラファ
イトの純度と同等のものが得られるという利点がある。

【００３１】なお、表面反応によるＳｉＣ膜の形成に先
立ち、グラファイト基板表面に熱によるトリートメント
を施し、アモルファス炭素層を形成しても良い。また、
グラファイト基板表面に気相成長により、アモルファス
炭素層を形成しても良い。

【００３２】また、側部壁体も、表面に同様の複合膜か
らなる炭化硅素被膜を形成したグラファイト基板を用い
てもよく、形状についても適宜変形可能である。

【００３３】さらにまた、シリコン含有ガスについては
前記実施例で用いたＳｉＯに限定されるものではなく、
ＳｉＣｌ₄ ，ＳｉＨＣｌ₃ など適宜変更可能である。

【００３４】加えて、前記実施例では処理液を冷却また
は加熱する手段として、サーモモジュールを用いるよう
にしたが、サーモモジュールに代えて他の冷却および加
熱手段を、用いるようにしてもよいことはいうまでもな
い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の半導
体処理液用冷却加熱装置によれば、熱交換基板を炭素基
材を所望の形状に加工して形成し、必要な表面に、表面
層構成元素である炭素原子との表面反応によって形成さ
れた炭化硅素被膜を形成しているため、製造が極めて容
易で、密着性が高く、温度変化に対しても、信頼性の高
いものとなる。また、緻密な膜を得ることができ、気体
の透過がなく極めて耐薬品性が高く、さらには極めて高
い平坦性を得ることができ、極めて鏡面に近い状態を得
ることができ、Ｏリングによって機密性が極めて良好と
なるようにシールされ、液もれが皆無となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の半導体処理液用冷却加熱装置を
示す図。

【図２】同熱交換基板の要部断面図。

【符号の説明】

１ 熱交換基板 ２ 熱交換基板 ３ 側部壁体 ４ 冷却加熱室 ５ サーモモジュール ６ サーモモジュール ７ 冷却パイプ ８ 冷却パイプ ９ 放熱ブロック １０ 放熱ブロック １１ 第１の配管 １２ 第２の配管 Ｏ Ｏリング ２０ グラファイト基板 ２１ 炭化硅素被膜 ２１ａ Ｓｉ_x Ｃ_1-x （x:0 →1 ）組成傾斜膜 ２１ｂ ＳｉＣ膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換基板に半導体処理液を接触せしめ
   て冷却または加熱するように構成された半導体処理液用
   冷却加熱装置において、 前記熱交換基板が、炭素基材で構成されるとともに少な
   くとも処理液接触面側が、前記炭素基材表面の炭素原子
   を硅化して形成された表面硅化層で被覆されていること
   を特徴とする半導体処理液用冷却加熱装置。
2. 【請求項２】 前記炭素基材は、成形されたグラファイ
   ト基板であり、前記複合膜は、前記グラファイト基板表
   面に形成されたアモルファス炭素層の炭素原子を、硅化
   して形成した炭化硅素膜であることを特徴とする請求項
   １に記載の半導体処理液用冷却加熱装置。
3. 【請求項３】 前記表面硅化層は、炭化硅素層と、表面
   から硅素含有量が連続的に減少する組成傾斜層との複合
   膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の半
   導体処理液用冷却加熱装置。
4. 【請求項４】 前記炭化硅素膜は、表面に硅素含有ガス
   を接触せしめ熱処理をすることにより形成されることを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体処
   理液用冷却加熱装置。