(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均径が２００μｍ以下の微小気泡を内包し、散乱係数が２００〜１２００ｍ-1、厚さが４〜１０ｍｍである高純度石英ガラスが４〜１２枚、間隔をあけて並置され、かつ２群に分離可能に結合され、
前記２群に分離可能に結合された高純度石英ガラスのうち、上側一群の高純度石英ガラス板の密度ρが、１．９＜ρ≦２．２ｇ／ｃｍ3であり、かつ下側一群の高純度石英ガラス板の密度ρが、１．７≦ρ≦２．１ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする半導体熱処理装置に用いられる遮熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ等の半導体デバイス用シリコンウエハに酸化，拡散，アニール等の熱処理を施す半導体熱処理装置に用いられる遮熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体熱処理装置としては、シリコンウエハ群が納置される熱処理領域の保温，均熱化と非熱処理領域の焼損防止を図ると共に、シリコンウエハ表面への処理ガスの均等供給を図るため、熱処理領域と非熱処理領域との間に、微小気泡を内包した１枚若しくは２枚の高純度石英ガラス板を間隔をあけて並置してなる遮熱体を介装した横型熱処理炉が知られている（実公平６−１４４８０号公報参照）。
この横型熱処理炉においては、微小気泡を内包する高純度石英ガラス板により、熱処理領域から非熱処理領域へ向う熱流束を反射散乱させ、かつガス流分布を均等化させ、熱処理領域の均熱化や非熱処理領域の焼損防止等を図るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体熱処理装置では、遮熱体が一体構造であるので、以下に述べる不具合がある。すなわち、ＣＶＤ処理に伴って付着する付着物に対するメンテナンスとして行われるエッチング処理は、付着が最も激しい熱処理領域側を基準にして行われるため、本来は不必要な非熱処理領域側までエッチングされることとなり、一体構造の遮熱体全体としての劣化が進む。
又、エッチングによる再生処理を行うために装置を停止することにより、装置の稼働率が低下する。特に、シリコンウエハが大口径化し、ＩＣの高集積化が進むと、装置の稼働率の向上は、生産性向上にとって重要な課題となる。
更に、従来の半導体熱処理装置では、遮熱体の各高純度石英ガラス板の密度が同一であるので、微小気泡の量を多くして遮熱効率を高めようとすると、強度が低下し、かつダスト発生が増加する。一方、強度を高めて長寿命化しようとすると、微小気泡の量を少なくする必要があり、遮熱効率が低下する不具合がある。
そこで、本発明は、遮熱体全体として過剰なエッチングを防止し、その長寿命化を図ると共に、稼働率を向上し得る半導体熱処理装置に用いられる遮熱体を提供することを目的とする。
又、本発明の他の目的は、遮熱体が十分な強度を有し、かつダスト発生を低減しつつ遮熱効率を高め得る半導体熱処理装置に用いられる遮熱体を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明にかかる半導体熱処理装置に用いられる遮熱体は、平均径が２００μｍ以下の微小気泡を内包し、散乱係数が２００〜１２００ｍ-1、厚さが４〜１０ｍｍである高純度石英ガラスが４〜１２枚、間隔をあけて並置され、かつ２群に分離可能に結合され、前記２群に分離可能に結合された高純度石英ガラスのうち、上側一群の高純度石英ガラス板の密度ρが、１．９＜ρ≦２．２ｇ／ｃｍ3であり、かつ下側一群の高純度石英ガラス板の密度ρが、１．７≦ρ≦２．１ｇ／ｃｍ3であることを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，図２は本発明にかかる遮熱体が用いられた縦型熱処理炉の縦断面図、その遮熱体の分解斜視図である。
図中１は高純度石英ガラスからなり、上端を閉塞しかつ下端を開口した円筒状の炉芯管で、この炉芯管１は、Ｏリング等のシール部材（図示せず）により開口端を気密に封止して炉床２上に垂直に立設されている。
炉芯管１は、その下端部を除くほぼ全長の外周を囲む円筒状の発熱体３と相俟って熱処理領域を形成しており、この熱処理領域は、炉体を形成する断熱材４によって覆われている。非熱処理領域である炉芯管１の下端部内には、炉床２上に載置した遮熱体５が納置されており、この遮熱体５上には、高純度石英ガラスからなり、シリコンウエハ６を適宜間隔で積層して搭載したウエハボート７が熱処理領域に位置して載置されている。
遮熱体５は、熱処理領域から非熱処理領域へ向う熱流束を反射散乱することにより、炉床２に直接到達する熱量を低減するもので、微小気泡を内包した円形の３枚の高純度石英ガラス板８を、複数の高純度石英ガラス支柱９により所要間隔をあけて連結した上側部（以下、熱処理側部と称す）５ａと、微小気泡を内包した円形の４枚の高純度石英ガラス板１０を、複数の高純度石英ガラス支柱１１により所要間隔をあけて連結した下側部（非熱処理側部と称す）５ｂとから構成されている。
そして、両部５ａ，５ｂは、熱処理側部５ａの最下部の高純度石英ガラス板８に設けた複数のダボ穴１２と、これと対応させて非熱処理側部５ｂの最上部の高純度石英ガラス板８に突設した高純度石英ガラス製のダボ１３とにより、分離可能に直列に結合されている。
【０００６】
遮熱体５の各高純度石英ガラス板８，１０は、微小気泡の平均径を２００μｍ以下、散乱係数を２００〜１２００ｍ-1、密度ρを１．７≦ρ≦２．２ｇ／cm3 としている。
微小気泡の平均径が２００μｍを超えると、機械的強度が小さくなり、散乱係数が２００ｍ-1未満であると、遮熱効果が急激に小さくなる一方、１２００ｍ-1を超えると、遮熱効果は大きくなるが機械的強度が小さく、ダストの発生が大きくなり、又、密度ρが１．７ｇ／cm3 未満であると、強度が低下し、かつダストの発生が大きくなる一方、２．２ｇ／cm3 を超えると、遮熱効果が急激に小さくなる。より好ましくは、平均径が２０〜１２０μｍである。
又、複数の高純度石英ガラス板８，１０は、枚数を４〜１２枚、１枚当りの厚さを４〜１０mmとしている。
枚数が４枚未満であると、熱流束を十分に遮蔽することができない一方、１２枚を超えると、熱流束の減少率はほぼ一定になり、効果が頭打ちとなり、又、１枚当りの厚さが４mm未満であると、遮熱効果が十分でない一方、１０mmを超えると、厚さの割には遮熱効果が余り期待できず、むしろ熱容量的に悪影響を与える。より好ましくは、枚数が６〜９枚である。
【０００７】
上記構成の縦型熱処理炉においては、付着が激しい熱処理側部５ａを取り外して新しいものと交換することが可能となるので、装置の稼働中に遮熱体５の熱処理側部５ａをエッチング処理することができ、装置の稼働率を向上させることができる。
又、付着の激しい部分のみを新しいものと交換可能となるので、それ以外の部分について過剰エッチングすることがなく、長寿命化を図ることができる。
更に、高純度石英ガラス板の微小気泡の平均径、散乱係数及び密度を特定することにより、遮熱効率を向上させることができる。
なお、上述した実施の一形態では、遮熱体５を全高の１／３を占める熱処理側部５ａと、残る２／３を占める非熱処理側部５ｂとの２群で構成する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、全高の１／２ずつを占める２群又は全高の１／３ずつを占める３群あるいは適宜高さを占める４群以上とし、かつ各群を分離可能に結合する構成としてもよい。
【０００８】
図３は本発明の他の形態を示す遮熱体の斜視図である。この縦型熱処理炉において、遮熱体１４は、微小気泡を内包した円形の６枚の高純度石英ガラス板１５を、微小気泡を内包した複数の高純度石英ガラス支柱１６により所要間隔をあけて一体連結すると共に、密度ρが熱処理領域側１．９＜ρ≦２．２ｇ／ｃｍ3，非熱処理領域側１．７≦ρ≦２．１ｇ／ｃｍ3の範囲で２段階に異ならせたり、あるいは密度ρが１．７≦ρ≦２．２ｇ／ｃｍ3の範囲で熱処理領域側から非熱処理領域側にかけて小さくなるように多段階に異ならせたりし、密度を熱処理領域側から非熱処理領域側にかけて小さくした少なくとも２段階に異ならせて構成されている。他の構成は、図１のものとほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【０００９】
熱処理領域側の高純度石英ガラス板１５及び高純度石英ガラス支柱１６の密度ρは、１．９ｇ／cm3 未満であると、強度が低下し、クリープや熱衝撃に耐えることができず、２．２ｇ／cm3 を超えると、遮熱効率が低下する。好ましくは、２．０≦ρ≦２．１ｇ／cm3 である。
又、非熱処理領域側の高純度石英ガラス板１５及び高純度石英ガラス支柱１６の密度は、２．１ｇ／cm3 を超えると、遮熱効果が著しく低下し、１．７ｇ／cm3 未満であると、強度が低下し、ダストの発生のおそれがある。好ましくは、１．８≦ρ≦２．０ｇ／cm3 である。
なお、高純度石英ガラス板１５の散乱係数、枚数及び厚さ等は、実施の一形態の場合とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【００１０】
上記構成の縦型熱処理炉においては、熱処理領域側を強度的に優れ、かつ非熱処理領域側をダスト発生が低く遮熱効果に優れた遮熱体１４とすることができ、遮熱体１４全体として遮熱効率を高めると共に、十分な強度を有し、かつダスト発生の低いものとすることができる。
【００１１】
なお、上記発明の実施の各形態の説明においては、半導体熱処理装置として縦型熱処理炉について述べたが、これに限定されるものではなく、横型熱処理炉にも適用できる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明の実施の一形態の実施例を比較例と共に説明する。
先ず、炉内温度１２００℃に保持した縦型熱処理炉に、微小気泡の平均径を３０〜８０μｍとし１枚の厚さが４mm、枚数が９枚（３枚＋３枚＋３枚）、間隔が２５mmの３分割構造で、散乱係数及び密度を表１の通りにした高純度石英ガラス板等からなる遮熱体を納置し、炉内温度が所定温度に到達してから６０分経過後の炉床部の温度を測定したところ、表１に示すようになった。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１に示されているように、微小気泡の量が少なく、散乱係数が２００ｍ-1未満のものでは、遮熱効果が急激に小さくなることがわかる。一方、微小気泡の量が多く、散乱係数が１２００ｍ-1を超えるものでは、遮熱効果は大きくなるが、機械的強度が小さく、かつダストの発生が多くなるので、半導体熱処理用としては不適当であった。したがって、散乱係数は、２００〜１２００ｍ-1であることが好ましく、より好ましくは、３００〜１０００ｍ-1であることがわかった。
又、１０００℃以上の炉内温度に対して、微小気泡を内包した高純度石英ガラス板（６００ｍ-1）の厚みについて検討し、単位厚さ当りの遮熱量を測定した結果、１０mm程度までは遮熱に有効であるが、それ以上厚くしても厚さの割には遮熱効果が余り期待できず、むしろ熱容量的に悪影響を与えることがわかった。一方、厚さが４mm未満であると、強度が不十分となった。したがって、１枚当りの厚さは、４〜１０mmが好ましく、より好ましくは、４〜７mmであることがわかった。
更に、微小気泡を内包した高純度石英ガラス板（６００ｍ-1，４mm）の全枚数について測定を行った結果、４枚以上でなければ、熱流束を十分に遮蔽することができず、かつ１３枚以上としても遮熱効果の向上を期待できず、熱容量的に悪影響があることがわかった。したがって、枚数は、４〜１２枚が好ましく、より好ましくは、６〜９枚であることがわかった。
【００１５】
次いで、６インチウエハ用縦型熱処理炉に使用する実施例の遮熱体として、表２記載の仕様で、全高の熱処理領域側１／３部分と残り２／３部分とを分離可能な構造のものとし、１／３部分を連続２０回使用毎に取り外して新しいものと交換する一方、表２記載の仕様の一体構造の遮熱体を比較例として連続使用したところ、炉床部の温度は、表３に示すようになった。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
【表３】
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【００１８】
表３に示されているように、本実施例の場合、２０回の使用で炉床部の温度は１２０℃となり、使用初期（約８０℃）と比べて約４０℃高くなったが、付着の激しかった１／３部分を交換することにより、炉床部の温度は９５℃となり、約２５℃分だけ回復した。その後、次の２０回の使用で炉床部の温度は１４３℃となり、約４８℃高くなった。ここで、再び付着の激しかった１／３部分を交換することにより、炉床部の温度は１０５℃となり、約３８℃分だけ回復した。そして、更に次の２０回の使用で炉床部の温度は１５５℃となった。
一方、比較例の場合、４０回の連続使用で炉床部の温度は１５０℃となり、更に次の２０回の連続使用で炉床部の温度は１７２℃となった。
ちなみに、炉床部の上限温度は、フランジのパッキン等の熱劣化を防止するため、１６０℃である。
したがって、本実施例によれば、比較例よりも遮熱性能を維持できる使用回数を５０％も増やすことができる。
【００１９】
又、本発明の実施の他の形態の実施例を比較例１〜３と共に説明する。
先ず、６インチウエハ用縦型熱処理炉に使用する遮熱体として、直径２００mm，厚さ５mmの微小気泡を内包した高純度石英ガラス板６枚を、微小気泡を内包した高純度石英ガラス支柱各３本で等間隔に積層して全体の高さを２００mmとしたものであって、熱処理領域側の３枚の高純度石英ガラス板及びその間の高純度石英ガラス支柱の密度を２．１ｇ／cm3 、非熱処理領域側の３枚の石英ガラス板及び残りの高純度石英ガラス支柱の密度を１．９ｇ／cm3 としたものを実施例、全体の密度を１．９ｇ／cm3 ，２．１ｇ／cm3 及び２．０ｇ／cm3 としたものを比較例１，２及び３とした。
次いで、実施例，比較例１〜３の遮熱体を縦型熱処理炉に納置し、最高温度１２００℃で熱処理した。この際の加熱，冷却の速度は１００℃/min、等温保持は５時間とし、かつ遮熱体上には、６インチウエハ及びウエハボートの重量に相当する３８kgの透明石英ガラス製の円筒状の重錘を載せた。
５０回の加熱，冷却使用を繰り返した後の各遮熱体の評価結果を表４に示す。なお、変形量は、上記高さが全体としてどの程度短くなったかを示すものである。
【００２０】
【表４】
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【００２１】
表４に示されているように、遮熱効率を重視して全体を密度１．９ｇ／cm3 とした比較例１の結果は、炉床部の温度が９５℃と最も低く、遮熱効率のよさが示された。しかし、変形量が１．２mmと非常に大きく、このままでは実用に供することはできない。
一方、強度特性を重視して全体を密度２．１ｇ／cm3 とした比較例２の結果は、比較例１とは逆に変形量は０．４mmと小さいが、炉床部の温度が１６０℃と高かった。このものは、実用的には遮熱効率が不十分である。
比較例３は、全体を比較例１と比較例２の中間の密度である２．０ｇ／cm3 としたもので、炉床部の温度が１１０℃、変形量が０．８mmと比較的バランスのよい特性を示している。
これらの比較例１〜３に対して実施例の結果は、遮熱効率はそれを重視した比較例１と、又、強度特性はそれを重視した比較例２とほぼ同等である。更に、比較例３と比べると、遮熱効率はほぼ同等であるが、変形量が６０％少ない。したがって、実施例の遮熱体は、遮熱効率と強度特性で総合的に優れていることがわかる。
なお、ダスト発生量は、強度の低下の程度とほぼ対応するものである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の遮熱体によれば、付着が激しい部分を取り外して新しいものと交換することが可能となるので、装置の稼働中に遮熱体の熱処理側部をエッチング処理することができ、装置の稼働率を向上させることができる。又、付着の激しい部分のみ新しいものと交換可能となるので、それ以外の部分について過剰エッチングをすることがなく、長寿命化を図ることができる。更に、高純度石英ガラス板の微小気泡の平均径、散乱係数及び密度を特定したことにより、遮熱効率を向上させることができる。又、遮熱体の熱処理領域側で強度を担保する一方、非熱処理領域側でダスト発生を低減しつつ遮熱効率を担保するので、従来に比べて十分な強度を有する遮熱体とすることができ、かつダスト発生を低減しつつその遮熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる遮熱体が用いられた縦型熱処理炉の縦断面図である。
【図２】  図１に示された遮熱体の分解斜視図である。
【図３】  図３は本発明の他の形態を示す遮熱体の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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