(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌ字状の石英ガラス管と、この石英ガラス管の一端に接合されたストレート状のＣＶＤ−ＳｉＣ管とを有し、前記石英ガラス管は、その一端部に外周先細のテーパ部が形成され、このテーパ部が１／５〜１／１５のテーパを有し、かつその屈曲部の管壁の肉厚は全周に亘り等しく、かつ、水平部の管壁の肉厚の１．２〜４．５倍であり、前記ＣＶＤ−ＳｉＣ管は、その一端部の内周先太のテーパ部が１／５〜１／１５のテーパを有し、その内表面粗さがＲａ≦５μｍであり、前記接合は、少なくともＣＶＤ−ＳｉＣ管の一端部に形成されたテーパ部を石英ガラス管の一端部に嵌合することにより行われることを特徴とする半導体熱処理炉用ガス導入管。
【請求項２】
前記石英ガラス管の外表面粗さがＲａで２μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理炉用ガス導入管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体熱処理炉用ガス導入管に係わり、特にその一部にＣＶＤ−ＳｉＣ管を用いた半導体熱処理炉用ガス導入管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体のＬＰ−ＣＶＤ、アニール等の熱処理工程は、縦型半導体熱処理炉を用いて行われている。この縦型半導体熱処理炉には、縦型に配置された炉芯管の処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管が設けられていた。図４に示すように、従来のガス導入管２１は、純度、加工性に優れていることから石英ガラス製の管体でほぼＬ字形状をなし、炉芯管内に延伸する垂直部２１ｖと、屈曲部２１ｃと、炉芯管の底部近傍に配置される水平部２１ｈを有している。
【０００３】
そして、縦型半導体熱処理炉においては、縦型ボートの縦方向に配列された半導体ウェーハへの堆積膜の均一性を高めるために、導入管２１を長くして、開口部を高い位置に設けた導入管２１を、従来の高さを有する他の導入管と共に、配置するようになっている。
【０００４】
このような縦型半導体熱処理炉は、単なるポリシリコンの堆積膜に用いるのみならず、より厳密な均一性を要求されるボロンやリンなどのドープドポリシリコン膜を半導体ウェーハ上に形成するのにも用いられる。
【０００５】
このように、導入管２１を長くすればする程、この導入管自身の外壁にも、堆積膜が多く堆積される。すると、従来の石英ガラス管であると、この石英ガラス管と堆積膜を形成する材料の熱膨張係数の違いから、外壁および内壁に堆積した堆積膜が部分的に剥がれるなどして、パーティクルの要因となり、半導体ウェーハの製造歩留を低下させていた。また、導入管２１の使用後にＨＦなどを用いて洗浄して繰返し使用するが、洗浄時、石英ガラスが溶出し、その使用寿命を短縮する問題もある。
【０００６】
そこで、この問題点を解消する方策として、特許第２９９０６７０号に記載されるように、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみからなるＬ字状の導入管を検討した。この導入管の製造方法は、例えば、図５に示すように、炭素基材をＬ字状の円柱体２２に加工した後に、３点支持して、ＣＶＤ炉内に配置し、この外表面にＣＶＤ−ＳｉＣコートし、炉外で、炭素基材を焼き抜く方法で行われるが、このような方法によると、炭素円柱体２２が撓むことで、ストレートな導入管を得にくいという問題がある。また、上記焼き抜きの前には、導入管の寸法を精度良くするために端部を加工する必要があるが、複雑形状であるため、高精度の加工が困難であるなどの問題がある。
【０００７】
さらに、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみからなる導入管において、炉芯管を貫通するチューブアダプタと当接する部分のシール性を高めるために、導入管の当該当接部を高精度に平坦化加工する必要があるが、この加工に多くの労力を要する。また、この導入管において、上述のように堆積膜が外壁および内壁にも堆積し、付着するために、これを酸洗浄によって、除去することで、繰返し使用されるが、Ｌ字状であるため、特に、角部内部の洗浄が容易でなく、堆積膜が完全に除去できず、パーティクルが発生する危険があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで堆積した堆積膜の部分的剥離を防止することにより、パーティクルをなくし、半導体ウェーハの製造歩留を向上させ、さらに、製造が容易であり、使用時の洗浄が容易な導入管が要望されていた。
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、特に、堆積した堆積膜の部分的剥離を防止することにより、パーティクルをなくし、半導体ウェーハの製造歩留を向上させ、さらに、製造が容易であり、使用時の洗浄が容易な導入管を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、Ｌ字状の石英ガラス管と、この石英ガラス管の一端に接合されたストレート状のＣＶＤ−ＳｉＣ管とを有し、前記石英ガラス管は、その一端部に外周先細のテーパ部が形成され、このテーパ部が１／５〜１／１５のテーパを有し、かつその屈曲部の管壁の肉厚は全周に亘り等しく、かつ、水平部の管壁の肉厚の１．２〜４．５倍であり、前記ＣＶＤ−ＳｉＣ管は、その一端部の内周先太のテーパ部が１／５〜１／１５のテーパを有し、その内表面粗さがＲａ≦５μｍであり、前記接合は、少なくともＣＶＤ−ＳｉＣ管の一端部に形成されたテーパ部を石英ガラス管の一端部に嵌合することにより行われることを特徴とする半導体熱処理炉用ガス導入管であることを要旨としている。
【００１１】
好適な一例では、前記石英ガラス管の外表面粗さがＲａで２μｍ以上である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体熱処理炉用ガス導入管の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は縦型半導体熱処理炉１の概略図であり、この縦型半導体熱処理炉１は、全体的に円筒形状の炉芯管２を有している。この炉芯管２は下方に開口３を有し、この開口３からウェーハボート４に搭載された多数の半導体ウェーハＷが出し入れされる構成になっている。炉芯管２は石英ガラスで構成されており、その内部に処理空間５が形成されている。
【００１６】
処理空間５内には、ガス導入長管６とガス導入短管７が設けられており、所定の処理用ガスを処理空間５内に導入できるようになっている。
【００１７】
ガス導入長管６は、図２に示すようなＬ字状の石英ガラス管６Ｌと、図３に示すようなストレート状のＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓとで構成されている。
【００１８】
石英ガラス管６Ｌは、炉芯管２に水平に配置される水平部６Ｌｈと、９０°の屈曲する屈曲部６Ｌｃと、炉芯管２に垂直に配置される垂直部６Ｌｖとで形成されている。石英ガラス管の一端部、すなわち、垂直部６Ｌｖには外周先細のテーパ部６Ｌｔが形成され、このテーパ部６Ｌｔは１／５〜１／１５のテーパを有している。また、屈曲部６Ｌｃの管壁は、各垂直断面において肉厚が等しく、かつ、水平部６Ｌｈの管壁の肉厚の１．２〜４．５倍である。
【００１９】
このような屈曲部６Ｌｃを有する石英ガラス管６Ｌとすることによって、ガス導入管をテーパ部に嵌合した場合にも、十分耐え得る強度が得られる。水平部６Ｌｈの管壁の肉厚の４．５倍を超えると、かえって重量増加を招き好ましくない。
【００２０】
ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓは次のようにして製造される。例えば、ストレートな円柱形状の炭素基材を用意し、一端部に外周先太のテーパ部が形成されるように外周加工し、しかる後、通常のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、炭素基材上にＳｉＣを０．７〜２．０ｍｍ堆積させる。さらに、長さ寸法合わせの加工を行なった後、酸化性雰囲気９００℃で炭素基材の焼き抜きを行い、さらに、テーパ部内周面の研磨加工を行った後、洗浄を行うことにより製造される。このようにして製造されたＣＶＤ−ＳｉＣ管６ＳはＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみで形成される。なお、基材としては、モリブデン、タングステン製のものを用いることもできる。
【００２１】
このとき、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓの内表面粗さがＲａ≦５μｍに制御される。このように内表面粗さがＲａ≦５μｍにすることにより、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓと石英ガラス管６Ｌの嵌合部でのがたつきがなく、嵌合部の熱伝達も良くなり、ＳｉＣの高熱伝導性の特性を活かし、局部熱応力を緩和することができる。また、外表面粗さをＲａ≧２μｍに制御するのが好ましい。これにより、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓの外表面から例えばドープドポリシリコン膜が剥離し難くなり発生するダストを削減することができる。
【００２２】
さらに、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓの一端部には内周先太のテーパ部６Ｓｔが形成され、このテーパ部６Ｓｔも、上記垂直部６Ｌｖのテーパ部６Ｌｔと同様に１／５〜１／１５のテーパを有しており、また、他端には処理ガス噴出口６Ｓｐが形成されている。
【００２３】
ガス導入短管７も、図２に示すようなガス導入長管６の石英ガラス管６Ｌと同様の石英ガラス管７Ｌと、この石英ガラス管７Ｌの一端部に嵌合し、図３に示すようなガス導入長管６のＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓと同様のＣＶＤ−ＳｉＣ管７Ｓとで構成され、他端には処理ガス噴出口７Ｓｐが設けられている。ただし、ＣＶＤ−ＳｉＣ管７Ｓの長さは、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓの長さが約７００〜１０００ｍｍであるのに対して、約１００ｍｍである。
【００２４】
このように、石英ガラス管の一端部に形成された外周先細のテーパ部に一端部が内周先太のテーパ部を有するＣＶＤ−ＳｉＣ管を上方より被せる（嵌合する）構造であるために、管内部にガス滞留が生じることもなく、内表面でのポリシリコン膜の付着がほとんど生じることがない。
【００２５】
ガス導入長管６およびガス導入短管７は、各々炉芯管２を貫通するＳＵＳ製チューブアダプタ（水冷ジャケット）８、９に石英ガラス管６Ｌ、７Ｌを介して取り付けられ、さらに、チューブアダプタ８、９を介して、外部の処理ガス供給源（図示せず）に接続されている。このガス導入長管６およびガス導入短管７をチューブアダプタ８、９に取り付ける際、石英ガラス管６Ｌ、７Ｌを介して行うので、ＣＶＤ−ＳｉＣに比べてはるかに加工し易い石英ガラスを加工すれば良く、その取り付け作業も容易になる。
【００２６】
なお、１０は昇降自在に設けられた昇降装置であり、１１は昇降装置１０に載置されたボートテーブルであり、このボートテーブル１１には上記ウェーハボート４が載置される。また、１２は炉芯管２を加熱するヒータ、１３は処理ガスの排気口である。
【００２７】
また、本発明のガス導入管においては、炉芯管を貫通するチューブアダプタと当接する部分が、表面が滑らかな通常の石英ガラスであるため、特別な外周面加工を行うこともなくシール性を高めることができる。
【００２８】
次に本発明に係わる半導体熱処理炉用ガス導入管が設けられた縦型半導体熱処理炉を用いた半導体ウェーハの熱処理について説明する。
【００２９】
半導体ウェーハＷが搭載されたウェーハボート４を、昇降装置１０に載置されたボートテーブル１１に乗せて、ヒータ１２により加熱された炉芯管２に収納する。しかる後、さらに炉芯管２内の温度を上げ、加熱されたボロンがドープされた処理ガスをガス導入長管６およびガス導入短管７から処理ガス噴出口６Ｓｐ、７Ｓｐを介して炉芯管２内に導入する。導入された処理ガスにより、シリコン膜を半導体ウェーハＷ上に堆積させ、その後、処理ガスを排気口１３から排気する。
【００３０】
この処理工程において、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓ、７Ｓの外壁および内壁に処理ガスから生じるシリコン膜が堆積するが、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓ、７Ｓ自身がＣＶＤ法により形成されたＳｉＣ（膜）材料（ＣＶＤ−ＳｉＣ）のみで形成されており、ＳｉＣの熱膨張係数と堆積したシリコン膜の熱膨張係数の差が大きくないので、ヒートサイクルにより、熱膨張係数の差から付着したシリコン膜の破断、部分的剥離を防止することにより、炉芯管２内のパーティクルを７０％減じることができ、半導体ウェーハの製造歩留を向上させることができる。また、導入管６、７の使用後にＨＦなどを用いて洗浄して繰返し使用するが、洗浄時ＳｉＣは溶出せず、従来の石英ガラス製ガス導入管に比べ約２０倍の長寿命化が図れる。
【００３１】
また、石英ガラス管６Ｌ、７ＬとＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓ、７Ｓの接合は１／５〜１／１５のテーパを有するテーパ部６Ｌｔ、６Ｓｔを用いた嵌合により行われる場合、ＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓ、７Ｓの重力により気密かつ確実に接合され、さらに、取り外し時にも抜けが良く、分解時の破損事故なども防止できる。また、接合は熱膨張係数の差を有する石英ガラスとＣＶＤ−ＳｉＣの嵌合により行われるので、同一温度での熱膨張差により密着性が向上する。
【００３２】
さらに、使用時、あるいは、搬送時など取扱い時に石英ガラス管６Ｌ、７Ｌが破損しても、石英ガラス管６Ｌ、７ＬまたはＣＶＤ−ＳｉＣ管６Ｓ、７Ｓの破損側のみを交換すればよいので、経済的である。
【００３３】
なお、上述した実施形態では、縦型半導体熱処理炉用ガス導入管について説明したが、本発明に係わる半導体熱処理炉用ガス導入管は、横型半導体熱処理炉用ガス導入管としても用いることができ、この場合には、ＣＶＤ−ＳｉＣ管の処理ガス噴出口近傍を支持する支持部材を別途設け、ＣＶＤ−ＳｉＣ管を安定化させるのが好ましい。
【００３４】
【実施例】
（試験方法）
垂直部長さ４５ｍｍの石英Ｌ字インジェクションと、テーパまたはテーパ部内表面の表面粗さを変化させた長さ９３５ｍｍのＣＶＤ−ＳｉＣインジェクションとをテーパ嵌合して９５０ｍｍの高さのＬ字インジェクションを作製した。これらＬ字インジェクションの▲１▼テーパ嵌合の着脱時の作業性  ▲２▼嵌合個所の気密性
について調べた。
【００３５】
（試験結果）
実施例１：テーパ１／４にした実施例１では、嵌合の際、ＳｉＣインジェクタの鉛直方向（縦型炉の場合）を向かず、炉芯管やボートにインジェクタ先端が接触してしまう可能性があり、また、鉛直方向から反れた場合、テーパ嵌合部からリークの可能性があることが確認された。
【００３６】
実施例２：テーパ１／５にした実施例２では、嵌合した９５０ｍｍインジェクタの先端が鉛直方向から反れる幅は、最大で１ｍｍであった。また、３５０℃減圧下の使用においても、リークは検出されなかった。
【００３７】
実施例３：テーパ１／１０にした実施例３では、嵌合した９５０ｍｍインジェクタの先端が鉛直方向から反れる幅は、最大で０．４ｍｍであった。また、３５０℃減圧下の使用においても、リークは検出されなかった。
【００３８】
実施例４：テーパ１／１５にした実施例４では、嵌合した９５０ｍｍインジェクタの先端が鉛直方向から反れる幅は、最大で０．０５ｍｍであった。また、３５０℃減圧下の使用においても、リークは検出されなかった。しかし、冷却後の分解時に、力を加えないと外れない状態になる場合もあったが、割れは見られなかった。
【００３９】
実施例５：テーパ１／１８にした実施例５では、容易に鉛直方向が出せるが、熱が加わったとき、熱膨張差による焼嵌（ＣＴＥ外周材料＞ＣＴＥ内周材料の場合、加熱時に拡張した状態となったまま、これが冷却されると、外周材料が内周材料を圧縮すること）が発生し、強度の小さい石英インジェクタが抜けなくなったり、割れたりする可能性が高いことが確認された。
【００４０】
実施例６：上記実施例２を用い、そのテーパ部内表面の表面粗さをＲａ＝１０ｍｍとした実施例６では、３５０℃減圧下でインジェクタ内を通るガスのリークは検出されなかった。しかし、使用後の取り外し時にテーパ部にポリシリコンが付着する可能性が高いことが確認された。
【００４１】
実施例７：上記実施例２、実施例３および実施例４を用い、そのテーパ部内表面の表面粗さをＲａ＝５ｍｍとした実施例７では、いずれのインジェクタ共、常温でも、３５０℃減圧下でもガスリークは検出されなかった。また、プロセスガスのテーパ部への回り込みも検出されなかった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体熱処理炉用ガス導入管によれば、堆積した堆積膜の部分的剥離を防止することにより、パーティクルをなくし、ウェーハの製造歩留を向上させ、さらに、製造が容易で、使用時の洗浄が容易な導入管を提供することができる。
【００４３】
すなわち、Ｌ字状の石英ガラス管と、この石英ガラス管の一端に接合されたストレート状のＣＶＤ−ＳｉＣ管とを有し、接合は、少なくともＣＶＤ−ＳｉＣ管の一端部に形成されたテーパ部を石英ガラス管の一端部に嵌合することにより行われるので、ヒートサイクルにより、熱膨張係数の差から付着したシリコン膜が破断、剥離を減少させることができて、炉芯管内のパーティクルを減じることができ、半導体ウェーハの製造歩留を向上させることができる。また、導入管の使用後にＨＦなどを用いて洗浄して繰返し使用するが、洗浄時ＳｉＣは溶出せず、従来に比べ長寿命化が図れる。
【００４４】
また、石英ガラス管の外周先細の一端部にテーパ部が形成され、このテーパ部およびＣＶＤ−ＳｉＣ管の内周先太の一端部のテーパ部は、共に１／５〜１／１５のテーパを有するので、ＣＶＤ−ＳｉＣ管の重力により気密かつ確実に接合され、さらに、取り外し時にも抜けが良く、分解時の破損事故なども防止できる。また、接合は熱膨張係数の差を有する石英ガラスとＣＶＤ−ＳｉＣの嵌合により行われるので、熱膨張差や膜の回り込みにより密着性が向上する。
【００４５】
また、石英ガラス管に形成された屈曲部の管壁の肉厚は、全周に亘り等しく、かつ、水平部の管壁の肉厚の１．２〜４．５倍であるので、処理ガスに対する流通抵抗を小さくすることができ、さらに、ＣＶＤ−ＳｉＣ管の重力を十分に支えることができる。
【００４６】
また、ＣＶＤ−ＳｉＣ管の内表面粗さがＲａ≦５μｍであるので、ＣＶＤ−ＳｉＣ管と石英ガラス管の嵌合部でのがたつきがなく、嵌合部の熱伝達も良くなり、ＳｉＣの高熱伝導性の特性を活かし、局部熱応力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体熱処理炉用ガス導入管を用いた縦型半導体熱処理炉の概念図。
【図２】本発明に係わる半導体熱処理炉用ガス導入管の石英ガラス管の断面図。
【図３】本発明に係わる半導体熱処理炉用ガス導入管のＣＶＤ−ＳｉＣ管の断面図。
【図４】従来の半導体熱処理炉用石英ガラス製ガス導入管の断面図。
【図５】従来の導入管の製造に用いられる円柱体の斜視図。
【符号の説明】
１  縦型半導体熱処理炉
２  炉芯管
３  開口
４  ウェーハボート
５  処理空間
６  ガス導入長管
６Ｌ  石英ガラス管
６Ｌｈ  水平部
６Ｌｃ  屈曲部
６Ｌｖ  垂直部
６Ｌｔ  テーパ部
６Ｓ  ＣＶＤ−ＳｉＣ管
６Ｓｔ  テーパ部
６Ｓｐ  処理ガス噴出口
７  ガス導入短管
７Ｌ  石英ガラス管
７Ｓ  ＣＶＤ−ＳｉＣ管
７Ｓｐ  処理ガス噴出口
８  チューブアダプタ
９  チューブアダプタ
１０  昇降装置
１１  ボートテーブル
１２  ヒータ
１３  排気口
Ｗ  半導体ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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