中古酸化炉の在庫・価格

酸化炉は、シリコンウェーハを高温の酸化性雰囲気中で加熱し、表面に二酸化シリコン(SiO2)の熱酸化膜を成長させる熱処理装置である。処理温度はおおむね800〜1200℃が典型で、構造が共通する拡散炉やアニール炉と兼用されることも多い。
基本構成は、石英製の炉心管、その外周の抵抗加熱ヒータ、ガス供給系、ウェーハ搬送機構、排気系からなる。ヒータは複数ゾーンに分けて個別に温度制御し、炉内に均熱長を確保する。ウェーハは石英製のボートに多数並べ、一括でバッチ処理する。超高温用途では二ケイ化モリブデン系ヒータを用いる装置もある。
酸化方式は大きく二つある。酸素のみを流すドライ酸化(Si+O2→SiO2)は成長が遅いが緻密で界面特性に優れ、薄いゲート酸化膜に向く。水蒸気を含むウェット酸化(Si+2H2O→SiO2+2H2)は成長速度が大きく、厚膜形成に使われる。水蒸気を高純度に得るため、炉の入口で水素と酸素を燃焼させるパイロジェニック方式が広く使われる。雰囲気に数%の塩化水素を加え、膜中の金属イオンを塩素で不活性化することもある。
成長は、酸化剤が既存の酸化膜中を拡散してSi/SiO2界面で反応することで進む。膜厚と時間の関係はDeal-Groveモデル(線形‐放物線則)で表すのが一般的で、薄い領域では界面反応律速となり膜厚はほぼ時間に比例し、厚くなると拡散律速となり時間の平方根に比例する。酸化膜は基板のシリコンを消費して成長し、消費したシリコン厚さの約2.17倍の膜ができる。膜厚の約46%は元の表面より下側に入る。温度、時間、圧力、雰囲気を調整すれば、数nmの膜でも精密に制御できる。
装置形式には横型と縦型がある。横型は炉心管が水平で、ウェーハを立てて並べたボートを横から挿入する。構造が簡単で研究用途や小口径に多いが、管内の対流でウェーハ上下に温度差が生じ膜厚が偏りやすく、落下異物の影響も受けやすい。縦型はウェーハを水平に積み、ボートを下から上昇させて挿入する。ガスを上から下へ流して対流を抑えるため面内均一性に優れ、清浄な筐体内で搬送できる。ロードロックで窒素置換すれば、装入時の自然酸化膜の成長も抑えられる。その代わり装置背丈が高く、設置場所を選ぶ。処理枚数は研究用で25枚程度、量産用で1バッチ100〜150枚程度が典型で、少数枚のミニバッチ機もある。
用途としては、MOSトランジスタのゲート酸化膜、窒化膜をマスクに選択酸化するLOCOS素子分離、イオン注入や拡散時のマスク膜、パッド酸化膜や表面保護膜が代表的である。MEMSの絶縁層・犠牲層、パワーデバイス、SiCのゲート酸化・酸窒化、太陽電池セル製造にも使われる。
中古機を導入・評価するときは、対応ウェーハ径、均熱長とゾーン数、常用最高温度、ガス系統の構成を仕様と照らし合わせて確認する。水素を使うパイロジェニック系は燃焼監視と安全インターロックの状態を確認し、塩化水素を使う場合は除害設備も確認する。石英部品の失透や劣化は消耗品として見込んでおく。ヒータ電力と冷却水などのユーティリティも事前に確認したい。立ち上げ後はモニタウェーハの膜厚をエリプソメータで測定し、バッチ内・面内の均一性を確かめるのが実務上の基本となる。