JPS6043011B2 - 拡散チユ−ブ支持カラ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体、集積回路等を製造する工程の１つの
操作段階として拡散チューブを位置づけし、炉内での加
熱中支持するための支持部材に関し、特に、拡散チュー
ブを炉内に支持し、該拡散チューブを炉内の加熱コイル
に対して位置ぎめすることができる支持カラーに関する
。

半導体、集積回路等を製造する工程の１段階として、そ
の工程の中間製品をほぼ１０００〜１２００℃の温度で
ル分〜４時間加熱する段階がある。

この段階は、不活性のキャリヤガス内に少量存在するあ
″る種のガスを半導体、集積回路等の素材内へ拡散させ
る段階てあり、一般に拡散段階と称されている。そのよ
うなガスは、拡散後熱に露呈された状態で分解し、元素
硼素または砒素のような生成物を創生する。周知のよう
に、半導体の四価シリコ・ン材におけるΞ価硼素または
五価砒素の存在が主として半導体としての望ましい電気
的特性を決定する。拡散またはそれと同様な操作過程中
、工程の中間製品即ちウェハーは、炉内で加熱した石英
製の拡散チューブ内に収容される。拡散チューブは、通
常、炉の長さより僅かに長く、炉の対向した両端壁に設
けられている支持ブロックによつて支持される。拡散チ
ューブの両端は、炉の外側に配置され、それぞれ、適当
なキャップと適当なガス導入接続管を備えている。支持
ブロックは、通常、耐二酸化珪素系材料で製造され、一
般に、連結ブロックと称されている。半導体、集積回路
の製造工程およびそれと同様な装置を必要とする製造工
程のその他の段階として、酸化段階、多結晶シリコン付
着段階、非晶質シリコン付着段階等がある。

本発明によれば、２つの対向して配置される連結ブロッ
クの各々に、拡散チューブの径より多少大きい径の孔を
互いに軸方向に整列させて設ける。

これらの孔のうちの一方の孔を通して拡散チューブを炉
内へ挿入し、該２つの孔を囲続している壁によつて該チ
ューブを炉に対して所定の位置に保持する。炉内を加熱
し、高温を維持するために炉内につる巻状に巻回した加
熱素子即ちコイルを配設する。つる巻状加熱コイルの長
手軸線は、連結ブロックの孔の中心に整列させる。従つ
て、拡散チューブを炉内に位置づけすれば、該チューブ
は加熱コイルによつて囲繞された形となる。ただし、チ
ューブはコイルとは接触しない。拡散チューブの円筒状
周面全体に亘つて均一に加熱し、かつ、拡散および化学
的分解過程を拡散．チューブ内のすべての部位において
均一な速度で進行させるためには、拡散チューブを加熱
コイルの長手軸線に沿つて正確に心合させて位置づけす
ることが肝要である。

拡散チューブを加熱コイル内に正確に心合させると、チ
ューブの全長および！全周に亘つて、完全に均一でない
にしても、再現性のある温度分布が得られる。換言すれ
ば、拡散チューブを炉から取外し、後で再び炉内に設置
したとき同じ温度分布が得られることが極めて望ましい
。この要件の重要性は、当業者には十分に認っ識されて
いるところである。しかしながら、後にもう少し詳しく
述べるが、現行の技術水準ではこの目的を完全に達成す
るに至つていない。現行の技法によれば、連結ブロック
に穿設した孔の周壁と、拡散チューブの外周面との間の
間隔を埋めるために耐熱性の、実質的にばらのパッキン
材を充填する。

この間隔に手操作でパッキン材を充填することによつて
拡散チューブをつる巻状加熱コイルに対して心合させる
ようにする。この目的に使用されるパッキン材は、もち
ろん、炉内の高温に耐えることができるものである。こ
の目的のために現在使用されているパッキン材は、ロッ
クウールや、高融点ガラスウールであり、それノらは、
いずれも、主として耐熱性を付与する高割合の二酸化珪
素を包含している。ロックウールは、ＲＫウールョとい
う商標名で知られている。しかしながら、チューブを連
結ブロックの孔に対して支持させ心合させるためにロッ
クウールま・たはガラスウールを拡散チューブの周りに
充填する技法は、重大な欠点を有している。即ち、まず
第１にパッキン材を間隙内へ手操作で充填することは時
間のかかる、従つて費用のかかる作業である。第２に、
拡散チューブを掃除またはその他の”目的のために炉か
ら一旦取外したならば、そのチューブをつる巻き加熱コ
イルに対して元置かれていたと同じ位置に再位置づけす
ることは実際上不可能である。第３に、パッキン材を通
しての僅かな通風や、空気の対流を回避するようにチュ
ーブと連結ブロックとの間の間隙を完全に塞ぐことは極
めて困難である。第４に、パッキン材は砕け易く、空気
中に飛散する塵や粒状物を生じ易い。このような粒状物
および塵は、半導体の製造中その中間製品に沈積するこ
とによつて相当数の半導体を使用不能なものにしてしま
うという点で拡散過程において重大な有害作用を及ぼす
。これと同様な問題は、半導体等の製造工程の中間製品
に上述した炉内で酸化、多結晶および非晶質シリコン付
着操作等を行うときにも存在する。このように、ロック
ウールや、ガラスウール等のばらのパッキン材を用いて
拡散チューブを連結ブロックに対して整合させ支持する
従来の技法は、炉の利用に当つて経済的に望ましくない
失われた無駄な時間を生じ、しかも、多くの不良半導体
を生み出すことになる。

本発明の目的は、半導体、集積回路等の製造工程に使用
される炉の連結ブロックに穿設した孔の周壁と、拡散チ
ューブとの間に容易、かつ、迅速に装着することのでき
る、拡散チューブのための支持カラーを提供することで
ある。

本発明の目的は、半導体、集積回路等の製造工程に使用
される拡散チューブを支持するためろものであつて、拡
散チューブを炉の加熱コイルに対して正確に位置づけす
ることを可能にする支持カラーを提供することである。

本発明の他の目的は、半導体、集積回路等の製造工程に
使用される拡散チューブを支持するためのものであつて
、拡散チューブを炉の加熱コイルに対して繰返し同じ位
置に確に位置づけすることを可能にする支持カラーを提
供することである。本発明の他の目的は、半導体、集積
回路等の製造工程に使用される拡散チューブを支持する
ためのものであつて、拡散等の過程の進行中炉内に望ま
しくない空気流が生じるのを抑制する支持カラーを提供
することである。本発明の他の目的は、拡散チューブの
ための支持カラーてあつて、半導体、集積回路等の中間
製品を加工する炉の近傍の汚染粒状物の量を減少させる
支持カラーを提供することである。

略述すれは、本発明は、半導体、集積回路等の製造工程
において拡散操作等に使用される炉の少くとも１つの連
結ブロックに穿設した孔内に拡散チューブを支持するた
めの支持カラーを提供する。

この支持カラーは、弾性のコアと、該コアを包被する外
側カバー即ち鞘とから成る。コアおよびカバーは、炉の
通常の高い作動温度に耐えることができる財料で製造す
る。支持カラーは、拡散チューブの外周に密に嵌合し、
かつ、連結ブロックの孔内に嵌合するように寸法づけさ
れる。本発明の叙上およびその他の目的、特徴ならびに
利点は、添付図を参照して記述した以下の説明から一層
明瞭になろう。第１および第２図を参照すると、本発明
の拡散チューブ支持カラー１０の好ましい実施例が示さ
れている。

支持カラー１０は、コア１２と、それを完全に包被する
外側カバー即ち鞘１４とから成る。本発明の目的のため
には、コア１２およびカバー１４を構成する材料は、単
に、下記の性質を有するものでなければならないという
にとどめておく。

即ち、コア１２およびカバー１４は、半導体、集積回路
（図示せず）等の製造工程において拡散操作を実施する
炉内の高い通常作動温度に反復して露呈されてもそれに
耐えることができる耐熱性を有していなければならない
。炉１６は、第３および４図に概略的に示されている。
炉１６は、一般に、１０００〜１２００℃の温度範囲で
作動する。従つて、コア１２およびカバー１４の材料は
この温度に耐えることができるものでなければならない
。更に、コア１２は、弾性で、多少可撓性を有するもの
でなければならず、カバー１４は、コア１２の形状に合
致するように順応することができるものでなければなら
ない。実際の実施に当つては、コア１２の構成素材とし
ては適当な耐熱性結合剤で結合したロックウールのプレ
スドシートまたはマット成形シートが理想的である。

周知のように、ロックウールは、二酸化珪素を主成分と
する材料である。そのようなロックウールシートは、一
般に市販されており、１１２ｉｎ（１２．７悶）厚のも
のを容易に入手することができる。カバー即ち鞘１４を
構成するための材料としては、高融点ガラス糸で織成し
た織物が理想的である。

ガラス糸は、業界ではみばしば１シリカ糸ョと称される
。ガラス糸またはシリカ糸は、炉１６の作動温度では融
解またはほとんど軟化しない、二酸化珪素を主成分とし
た材料から成るものてあり、やはり市販されている。本
発明の支持カラー１０を製造する好便な方法は、１１７
（１２．７ｍｍ）厚のロックウールシートを所望の寸法
に切断し、その切断したシートをそれに合わせて寸法づ
けされているカバー即ち鞘１４内”に挿入する方法であ
る。

織物製のカバー１４は、予めチューブの形に縫製してお
くことができ、そのチューブ状カバー内にロックウール
シートを挿入する。

チューブ状カバー内にロックウールシートを挿入する。
チユー・ブ状カバー（図示せず）内へのロックウールシ
ートの幅より僅かに大きい幅の板状工具（図示せず）を
使用することができる。次いで、コアを挿入したこのチ
ューブ状カバーを第１および第２図に示されるリング形
状に湾曲させ、その両端縁を）適当な高融点ガラス糸に
よつて縫合わせる。この方法によれば、実用上任意の径
または寸法の支持カラー１０が得られる。支持カラー１
０にゆるく付着している粒状物を除去するために支持カ
ラー１０を使用する前に真空操作によつて掃除すること
ができる。本発明を実施するに当つては、第３および第
４図に示される拡散チューブ１８の外周に密に嵌着する
支持カラー１０を設けることが望ましい。

従つて、支持カラー１０の内径は、通常、円筒状の拡散
チューブ１８の外径より約１１４１ｎ（６．４瓢）小さ
くし、カラーの外径は、炉１６の支持ブロック即ち連結
ブロック２２に穿設した孔２０の径より約３１１６″（
４．３ｗ＄Ｌ）大きくする。本発明の支持カラー１０を
用いて拡散チューブ１８を炉１６内に設置する態様につ
いて以下に第３，４図を参照して説明する。大抵の場合
、本発明の支持カラー１０のコア１２を構成するものと
して、ただ１枚の１１７（１２．７ＷＬ）厚のロックウ
ールシートを挿入すればよい。

通常は、それだけて拡散チューブ１８に対して支持クッ
ションを与え、かつ、炉内へのチューブ１８の正確な位
置づけを可能にするに十分であることが確認されている
。通常のものより大きくて重い拡散チューブ１８を支持
する場合には、１１２″（１２．７順）厚のロックウー
ルシートを２枚以上重ね合わせたコア１２を有する支持
カラー１０を製造すればよい。第３および４図を参照し
て、半導体、集積回路等の製造工程の拡散操作等に使用
される本発明の支持カラー１０の使用態様を説明する。

先に概略的に説明したように、半導体、集積回路等の製
造工程の中間製品は、拡散操作過程において、適当な炉
１６内の慎重に制御されたガス雰囲気中て加熱される。
詳述すれば、まず、石英製の拡散チユ．ーブ１８を炉１
６内に挿入する。拡散チューブ１８の前端２４には、精
密研磨されたテーパ付嵌合キャップ２６が冠設されてい
る。チューブ１８の細い後端２８は、適当なガス導入用
接続管３０を受容するようになされている。キャップ２
６およ．び接続管３０は第３図に概略的に示されている
。蝶着扉３４を有する鋼製箱３２を炉１６に付設する。
鋼製箱３２は、一般に、連結箱と称されており、その目
的は、拡散操作が行われている間チューブ１８の前端２
４を防護することである。炉１６には２つの支持ブロッ
ク即ち連結ブロック２２を対向させて配置してある。先
に述べたように、各連結ブロック２２には、拡散チュー
ブ１８を挿入するための孔２０が穿設されている。本発
明に従つて拡散チューブ１８を炉１６内に位置ぶけし支
持するためには、まず１個の支持カラー１０を拡散チュ
ーブ１８の前端２４にその後端２８から滑らせて嵌着し
、次いでその拡散チューブをその後端２８の方から連結
箱３２の側のブロック２２の孔２０を通して炉１６内へ
挿入する。この態様は第４図に概略的に示されている。
その際、扉３４は開放されている。チューブ１８を完全
に挿入すると、チューブの後端２８は、第３図に示され
るように他方のブロックの孔２０を通して炉１６から突
出する。チューブの前端に嵌着された支持カラー１０は
、該チューブと連結箱３２に隣接したブロックの孔２０
の周壁３５の間の間隙を充填するのにも使用する。もう
１つの支持カラー１０も同様に第４図に示されるように
、拡散チューブの後端２８の近くに嵌めて使用すること
ができる。第３図にみられるように、１対の支持カラー
１０は、拡散チューブ１８を支持し、かつ、該チューブ
をつる巻状に巻回された加熱コイル３６に対して正確に
心合させ、チューブ１８と両方の孔２０の周壁３５との
間の間隙を実質的に封止することができる。

以上のことから明らかなように支持カラー１０は、拡散
チューブ１８を掃除等のために炉１６から一旦取外した
後でも、該チューブを加熱コイル３６に対して再び正確
に位置づけすることを可能にする。支持カラー１０は、
孔２０の周壁とチューブ１８の間の間隙を封止すること
により、望ましくない僅かな空気流がそれらの孔を通し
てチューブ１８の外周に沿つて炉内へ流入するのを防止
する。

そのような空気流は、従来技術においては常にトラブル
の原因であつたし、拡散チューブの全長および全周に亘
つて同様の温度分布を再現することができない原因であ
つた。更に、本発明の支持カラー１０は、従来技術にお
けるようにロックウールやガラスウールのようなばらの
パッキン材を使用した場合には不可避てあつた塵および
粒状物の発生を排除する。炉１６内の拡散チューブ１８
の長手に沿つての温度分布を測定するための温度計３８
が第３図に示されるように配設されている。拡散チュー
ブ１８を炉内の所定位置に正しく設置したならば、半導
体等の製造工程の中間製品（図示せず）を拡散チューブ
１８内へ装入する。次いで、キャップ２６をチューブ１
８の前端２４に、そしてガス導入用接続管３０を後端２
８に取付け、所望のガス混合体をチューブ内に導入する
ことにより拡散操作または、酸化操作、多結晶および非
晶質シリコン付着操作等を実施する。これらの操作は、
当該技術分野の標準的技法に従つて行われるものであり
、ここで詳述する必要はない。本発明の拡散チューブ支
持カラー１０は、有効寿命が長く、しかも上述した技術
的利点により半導体、集積回路等の製造コストを節減す
る。

以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明は
、ここに例示した実施例の構造および形態に限定される
ものではなく、本発明の精神および範囲はら逸脱するこ
となく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな
変更および改変を加えうることができることは当業者に
は明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の支持カラーの好ましい実施例の透視図
、第２図は第１図の線２−２に沿つてみた支持カラーの
断面図、第３図は本発明の支持カラーによつて支持され
た拡散チューブを有する炉の概略的断面図、第４図は本
発明の支持カラーを装着して拡散チューブを炉内へ挿入
する態様を示す透視図である。 １０：支持カラー、１２：コア、１４：カバー、鞘、１
６：炉、１８：拡散チューブ、２０：孔、２２：支持ブ
ロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体および集積回路等の製造に使用される炉内に
   拡散チューブを支持し位置づけするための環状の支持カ
   ラーにおいて、前記炉内の通常の高い作動温度に耐える
   ことができる弾性コアと、該コアを包被するものであつ
   て、該炉内の高い作動温度に耐えることができる材料で
   形成された弾性の外側鞘とから成り、所定の拡散チュー
   ブの外周に密に嵌合し、かつ、前記炉の壁に設けられた
   孔内に嵌合するようになされた支持カラー。 ２ 前記弾性コアは、結合剤によつて結合された二酸化
   珪素を主成分とする材料から成るものである特許請求の
   範囲第１項記載の支持カラー。 ３ 前記弾性コアは、二酸化珪素を主成分とする材料か
   ら成る少くとも１枚のマット成形されたシートから成る
   ものである特許請求の範囲第１項記載の支持カラー。 ４ 前記弾性コアは、結合剤によつて結合されたロック
   ウール材から成るものである特許請求の範囲第１項記載
   の支持カラー。 ５ 前記弾性外側鞘は、二酸化珪素を主成分とする糸で
   織成した織物から成るものである特許請求の範囲第１〜
   ４項のいずれかに項記載の支持カラー。 ６ 該カラーは、リングの形に賦形されており、前記所
   定の拡散チューブの外径よりほぼ１／４ｉｎ（６．４ｍ
   ｍ）小さい内径を有するものである特許請求の範囲第１
   〜５項のいずれかに項記載の支持カラー。 ７ 該カラーは、前記炉の壁に設けられた前記孔の直径
   よりほぼ３／１６ｉｎ（４．８ｍｍ）大きい外径を有す
   るものである特許請求の範囲第６項記載の支持カラー。