JP2628211B2 - 複合シリカ体及びその製造方法及び該シリカ体を用いた半導体製造治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は複合シリカ体及びその製造方法及び該複合シ
リカ体を用いた、特にウエーハの高温反応処理に用いら
れるボート、炉芯管、搬送治具等の半導体製造治具に関
する。

「従来の技術」 従来より、高温雰囲気下において半導体ウエーハ表面
に酸化膜、絶縁膜、若しくは単結晶膜等を生成する酸
化、拡散、気相成長その他のウエーハ熱処理装置は公知
であり、かかる熱処理装置に用いられるボート、炉芯
管、搬送治具等においては前記生成膜表面に不純物の付
着若しくは侵入を防ぐ為に、一般に化学的安定性の高い
高純度石英ガラス材が用いられている。

一方前記熱処理炉内温度はチップメモリの高集積化に
比例して1300℃前後にまで高温化が進んでいるにも拘ら
ず、該雰囲気化に曝される前記ボート等の石英ガラス材
は高純度で且つ非晶質である為に1150℃前後の温度で軟
化し、1300℃前後では極めて変形し易い状態となる。

従ってかかる処理工程下では前記ボート等の各種治具
の耐久性が極めて短寿命化し製造コストの上昇を招くの
みならず、前記変形により該ボート上に支持搭載されて
いるウエーハ等の倒れや変形等が生じ製品歩留りが低下
する。

かかる欠点を解消する為に、従来より種々の対策が取
られている。

例えば実開昭58-92729号においては、前記石英ガラス
管内に耐熱性を有するSiC棒その他の耐熱性芯体を内挿
されたボートが開示されているが、前記耐熱性芯体は石
英ガラスに比較して熱膨張が著しく大である為に、前記
両部材の間に空隙間隔を設けねばならず、結果として洗
浄乾燥等の常温下における取扱いの際に前記両部材が互
いに衝接し、破損やクラック等が発生し易い。

かかる欠点を解消する為に、前記両部材間にクッショ
ン効果を有する耐熱性粉末を充填した装置（実開昭58-1
66032号）が存在するが、かかる装置においては外側の
石英ガラス管にクラック等が入った場合に前記粉末が外
部に飛散してウエーハの汚染等が生じ易く尚問題があ
る。

この為前記のような熱膨張率の異なる異種材料を用い
る事なく、高純度の合成石英ガラス管の内部に、補強材
として機能する低純度の石英ガラス管又は棒を内挿した
技術（実公昭60-15336号）が開示されているが、このよ
うに例え同種材料であっても芯体を内挿する構成では前
記両部材間の衝接を完全に避ける事が出来ない。

又前記いずれの技術も夫々別体で形成した複数の部材
の組み合わせである為に、溶接等を必要とする複雑な形
状の治具に対しては全く適用する事が出来ない。

この為複数の部材を用いる事なく、例えば結晶石英粒
を筒状加熱装置に充填して加熱し表層部に透明石英層を
有する結晶質石英体により形成された石英器具を提案し
ている（特開昭56-145123号）が、かかる従来技術にお
いては表層に形成された透明石英層が薄層である為に、
ウエーハ支持ボートのように周面にウエーハ保持用の保
持溝を刻設した場合に前記焼結部が露出して強度性が低
下するのみならず、特に洗浄の際に前記露出した焼結部
より洗浄液や汚染物質が侵入し、円滑な洗浄が困難にな
るのみならず、熱処理時にこれらの残留物が漏出してウ
エーハ表面の生成膜に悪影響を及ぼす。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、石英ガラス製
の一の部材を用いて加熱処理雰囲気下でも軟化する恐れ
のない耐熱性を有する石英ガラス体の製造方法及び該石
英ガラス体を用いて形成される半導体製造治具を提供す
る事を第１の目的とする。

本発明の他の目的とする所は、溶接が容易にして又そ
の一部を刻設する場合においてもその刻設部位の平滑性
を確保する事が出来、これによりウエーハ保持溝として
機能させる場合においても、十分なる強度性と洗浄容易
性を得る事の出来る半導体製造治具を提供する事にあ
る。

「課題を解決する為の手段」 Ａ、本発明は請求項２）に前記技術的課題を達成し得る
半導体製造治具を提案する。その特徴は、 先ず、金属元素を５〜1000ppm含むシリカ粉の焼結溶
融体とこの焼結溶融体を被包しかつこの焼結溶融体と溶
着一体化した高純度透明石英ガラス層とからなり、前記
焼結溶融体を金属元素又はその化合物の粉末を核として
結晶化させた複合シリカ体を用いて半導体製造治具を形
成するとともに、該ガラス体上に形成される各種刻設部
位が前記焼結溶融体にまで達しないように高純度石英ガ
ラス層の肉厚を設定した事にある。

即ち本発明は前記内包した焼結溶融体を金属元素又は
その化合物の粉末を核として結晶化させた故に、非晶質
状の石英ガラス体に単に金属元素を含有させた場合に比
較して、より見掛け上の粘度が向上する事に着目したも
のであり、これにより該焼結溶融体を内装した石英ガラ
ス体は、1300℃前後の高温雰囲気下でも十分なる耐熱性
強度を有し且つ変形を生じる事の少ない石英ガラス体と
なり得る。

尚、前記金属元素には好ましくは半導体毒とならない
アルミニウムやガリウム、チタニウム等を用いるのがよ
い。

次に、本発明の第２の特徴は前記石英ガラス体を用い
てウエーハボートその他の半導体製造治具を製作する
も、半導体製造治具として所定の効果を得る為に、該ガ
ラス体上に形成される各種刻設部位（例えばウエーハ保
持溝）が前記焼結溶融体にまで達しないように高純度石
英ガラス体の肉厚を設定した点にある。

この結果ウエーハと接触又は対面する側には高純度の
石英ガラス体のみが存在する事になる為に、焼結溶融体
の物理的性状に影響される事なく刻設部位の平滑性と強
度性の維持及び洗浄容易性等を達成する事が出来、更に
はウエーハの生成膜に何等悪影響を及ぼす事がなく円滑
な熱処理が可能である。

Ｂ、請求項１）は前記製造治具を用いるのに好適な複合
焼結溶融体を提案し、その特徴とする所は、金属元素を
５〜1000ppm含むシリカ粉の焼結溶融体とこの焼結溶融
体を被包しかつこの焼結溶融体と溶着一体化した高純度
透明石英ガラス層とからなり、前記焼結溶融体が金属元
素又はその化合物の粉末を核として結晶化させた焼結溶
融体である事を特徴とする。

かかる本発明によれば金属元素を含有した焼結溶融体
はその外周面側の高純度石英ガラス体と一体化している
為に当然に溶接及び熱加工が容易であり、複雑形状の治
具更には大型の治具の形成も可能であるとともに、前記
焼結溶融体と高純度石英ガラス層は同一材質である為に
一体化した場合においても石英ガラス層側に割れ等が生
じる恐れはない。

Ｃ、又請求項３）は前記複合焼結溶融体、特に棒状複合
焼結溶融体の製造方法を提案しており、その製造手順を
簡単に説明するに、先ず合成法で形成した筒状の若しく
は管状高純度石英ガラス体を用意し、該ガラス体の軸状
中空部内に、金属若しくは金属化合物粉を所定割合で混
合したシリカ粉（石英ガラス粉）、又は金属イオンを含
有したシリカ粉を充填した後、両端を減圧封止した状態
で前記石英ガラス体を加熱軟化させると共に、その内部
のシリカ粉を焼結溶融させながら軸方向に沿って延伸さ
せ、その途中若しくはその直後に1500℃〜1100℃の温度
で加熱する補助加熱域を設け、該加熱域により内部のシ
リカ粉に含まれた金属元素又はその化合物の粉末を核と
して該内部の焼結溶融体のみを再結晶化させた事にあ
る。

尚かかる製造方法により形成された石英ガラス体は必
ずしも半導体製造治具のみに適用されるものではなく、
耐熱性を必要とする他の装置にも適用可能である事は言
うまでもない。

「実施例」 以下本発明の実施例に係る石英体を製造方法に基づい
て説明する。ただしこの実施例に記載されている構成部
品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的
な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

先ず第１図の製造手順に従って半導体製造治具の材に
ついて説明する。

先ず公知の合成法に基づいて中空円筒状の高純度石英
ガラス筒１を用意し、該筒１の中空内部を真空引きしな
がら「高純度の合成シリカ粉と酸化アルミ粉」の混成粉
２を充填する。（ａ） この場合前記酸化アルミ粉は熱膨張等の影響を避ける
為に粒度を50μｍ以下好ましくは５〜20μｍ程度に調整
する必要があり、又その混合割合は所望の耐熱性を得る
為には後記加熱後におけるアルミイオン濃度が５〜1000
ppmになるように、約0.05重量％程度含有するのがよ
く、又その上限は前記酸化アルミ粉を0.5重量％以上含
有させると逆に後記加熱／徐冷時において熱膨張による
クラック等が発生する場合があり、好ましくない。

尚、前記混成粉２には酸化アルミ以外の材料、例えば
酸化チタンや硝酸アルミ等を用いる事が出来、いずれに
しても半導体毒とならないアルミニウムやガリウム、チ
タニウム、Fe若しくはこれらの化合物を用いるのがよ
い。

又前記のような混成粉２を用いる事なく等を、前もっ
て前記金属イオンを所定濃度含有させた合成ガラス粉を
用いてもよい。

そして前記中空部内に混成粉２を充填した後、真空状
態を維持しつつその両端側1bをバーナを用いて密封封止
する。（ｂ） そして前記石英ガラス筒１を、第１図（ｃ）に示すよ
うに加熱炉３内に内挿した状態で耐熱性支持部材4,5を
用いて両端支持を行った後、該石英ガラス筒１をゆっく
り回転させながら加熱炉３により石英ガラス筒１端側を
1900〜2500℃前後まで加熱する。

そして石英ガラス筒１の端側が加熱軟化するまで加熱
した後、前記一の耐熱性支持部材４を徐々に遅速状態で
矢印方向に又他側支持部材５を同方向にして且つ前記支
持部材４の移動速度より早い移動速度で移動させる事に
より、加熱部位1aが軸方向基側に徐々に移動しつつその
先端側が引張される事となる。又、その引張される移動
側に1100〜1500℃前後の補助加熱源3aをもうけ該加熱域
内を約60分かけて通過する様にした。該補助加熱源3aに
より内部のシリカ粉に含まれた金属元素又はその化合物
の粉末を核として該内部の焼結溶融体のみを再結晶化さ
せる。そして前記両支持部材4,5の相対的な移動差に基
づいて前記石英ガラス筒１が縮径化しつつ寸法規制部材
６により精度よく寸法規制されながら、所望直径の石英
棒10を形成する事が出来る。

そしてこのように形成された石英棒10の断面構造を見
ると厚肉の石英ガラス管11の中に僅かに前記酸化アルミ
粉が均等に分散されその周囲に微細なシリカ結晶体2aが
生長した耐熱性シリカ体12が一体的に形成されているの
が確認出来た。

尚前記石英ガラス管11の肉厚11aの調整は前記両支持
部材4,5の相対的な移動差に基づいて容易に設定出来、
本実施例においては特に前記肉厚11aをウエーハ溝深さ
より大になるように設定した。

次に前記石英棒10を用いて形成されるウエーハ支持ボ
ートの製造方法について説明する。

先ず前記ボートを構成する各部位を棒体10A…を得る
為に、前記石英棒10を所定長さに切断する訳であるが、
この際前記切断により各棒体10A…の端部に耐熱性シリ
カ体12が露出してしまう為に、その露出部位に円板状の
蓋体13を溶着して隠蔽する。

そして、このようにして前記ウエーハ支持用の棒体10
Aを第２図に示すように上方が広く下方が狭くなるよう
に上下各２本づつ平行に配置するとともに、該棒体10A
の両端側に、前記上下に配置した棒体10A間に挟まれる
如く一対の固定用棒体10bを横架し、前記ウエーハ支持
用棒体10Aに融着せしめる。

そしてウエーハ20と同一口径にして且つ先端を断面Ｙ
字状に形成した薄板状研削板（不図示）を用いて前記ウ
エーハ支持用の棒体10Aに多段状にウエーハ保持溝16を
刻設する。

この際、前記棒体10Aの表域の高純度石英ガラス管11
の肉厚11aを、ウエーハ保持溝深さより大に設定してあ
る為に、該保持溝16がシリカ体12内に侵入する事なく、
これにより内部に形成された金属不純物を含むシリカ体
12と無関係に保持溝16の平滑性とともに、ウエーハ保持
溝16としての十分なる強度性と洗浄容易性を確保出来
る。

かかる実施例によれば前記シリカ体12は熱膨張による
クラック発生のない耐熱性芯体としてのみ機能し、又例
え半導体毒とならない金属イオンであってもウエーハに
不純物付着の恐れのあるシリカ体12を実質的に隠蔽した
為に、前記のような効果を得る事が出来る。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば1300℃前後の高温雰
囲気下でも十分なる耐熱強度性と変形のない、更には熱
膨張によるクラック等の発生のない半導体製造治具を形
成出来る。

又本発明のい製造治具は外周囲には高純度の厚肉石英
ガラス体が位置している為に、溶接が容易にして又その
一部を刻設する場合においてもその刻設部位の平滑性を
確保する事が出来、これによりウエーハ保持溝として機
能させる場合においても、十分なる強度性と洗浄容易性
を得る事が出来る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体製造治具の製造過
程を示す作用図、第２図は該製造過程に基づいて形成さ
れたウエーハボートである。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属元素を５〜1000ppm含むシリカ粉の焼
   結溶融体とこの焼結溶融体を被包しかつこの焼結溶融体
   と溶着一体化した高純度透明石英ガラス層とからなり、
   前記焼結溶融体が金属元素又はその化合物の粉末を核と
   して結晶化させた焼結溶融体である事を特徴とする複合
   シリカ体。
2. 【請求項２】金属元素を５〜1000ppm含むシリカ粉の焼
   結溶融体とこの焼結溶融体を被包しかつこの焼結溶融体
   と溶着一体化した高純度透明石英ガラス層とからなり、
   前記焼結溶融体を金属元素又はその化合物の粉末を核と
   して結晶化させた複合シリカ体を用いて半導体製造治具
   を形成するとともに、該ガラス体上に形成される各種刻
   設部位が前記焼結溶融体にまで達しないように高純度石
   英ガラス層の肉厚を設定した事を特徴とする半導体製造
   治具。
3. 【請求項３】高純度透明石英ガラス体の軸状中空部内
   に、所定金属元素粉末又は、該金属元素の化合物粉を所
   定割合で混合したシリカ粉を充填した後、前記透明石英
   ガラス体を加熱軟化させると共に、内部の金属元素粉末
   又は、金属元素の化合物を含むシリカを焼結溶融させな
   がら軸方向に延伸させ、その途中若しくはその直後に15
   00℃〜1100℃の温度で加熱する補助加熱域を設け、該加
   熱域により内部のシリカ粉に含まれた金属元素又はその
   化合物の粉末を核として該内部の焼結溶融体のみを再結
   晶化させた事を特徴とする複合シリカ体の製造方法。