JPH10330124A - 石英ガラスおよびその製造方法、ならびにその石英ガラスを用いた熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属不純物を含んでいても汚染源とはならない
石英ガラスを提供すること。 【解決手段】石英ガラスとして、電子スピン共鳴吸収法
にて磁束密度３３７０Ｇに検出されるＳｉダングリング
ボンド（Ｅ´中心）の濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上とな
る領域を含むものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石英ガラス、特に
半導体プロセスで用いられる熱処理装置の構成材料とし
ての石英ガラスおよびその製造方法、ならびにその石英
ガラスを用いた熱処理装置および熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体プロセスで用いれる装置の１つと
して熱処理装置がある。この種の熱処理装置では、その
炉構成部材のうち炉心管やウェハボードなどの構成材料
として、石英ガラスが使用されている。その理由は、石
英ガラスは高純度、高耐熱性などの利点を有するからで
ある。

【０００３】しかし、高純度の構成材料である石英ガラ
スを用いても、１０００℃以上の高温で熱処理したシリ
コンウェハの表面には、Ｃｕ、Ｆｅなどの金属汚染が起
こっている。炉内での金属汚染量が多いシリコンウェハ
で作成した半導体装置の不良率は、金属汚染のないシリ
コンウェハで作成した半導体装置のそれよりも高くな
る。

【０００４】炉内でのシリコンウェハの金属汚染（転
写）の原因としては、以下のことが考えられる。まず、
第１に、石英ガラス炉心管の外側の部材（例えば、ヒー
タ、炭化珪素均熱管）に含まれる、石英ガラス中で拡散
係数が大きい金属不純物が拡散して表面から蒸発し、こ
の蒸発した金属不純物が石英ガラス炉心管の外壁に吸着
して内壁へ拡散し、この拡散した金属不純物が石英ガラ
ス炉心路の内壁から脱離（飛散）し、この脱離（飛散）
した金属不純物によってシリコンウェハが汚染されるこ
とがあげられる（第１の原因）。

【０００５】第２に、石英ガラス炉心管中にもともと含
まれている金属不純物が拡散して表面から脱離（飛散）
し、この脱離（飛散）した金属不純物によってシリコン
ウェハが汚染されることがあげられる（第２の原因）。

【０００６】このような原因によって起こる金属汚染を
低減するために、これまでは主として、熱処理装置の構
成部材のバルク純度を向上させる方法が取られていた。
例えば、石英ガラス炉心管の場合であれば、以下の方法
により石英ガラスの純度を向上させていた。

【０００７】すなわち、石英ガラスの原料である天然水
晶の純度を高くする（第１の方法）、原料として四塩化
珪素やゾル−ゲル法によって得られる合成非晶質シリカ
を使用する（第２の方法）、原料の溶融によって得られ
たインゴットの純度を高くする（第３の方法）、第１〜
第３の方法のうちの２つまたは全てを組み合わせる方法
が知られている（第４の方法）。

【０００８】これらの方法により、石英ガラス中に含ま
れる各金属不純物の含有量を０．３ｐｐｍ以下、金属不
純物の種類によっては０．１ｐｐｍ以下にすることも可
能である。このような純度の石英ガラスを炉心管の構成
材料に使用すると、シリコンウェハの金属汚染（転写）
が低減し、これに伴って半導体装置の不良率も低減す
る。

【０００９】現在、各金属不純物の含有量が０．３ｐｐ
ｍ（０．１ｐｐｍ）以下である石英ガラスが製造されて
いるが、金属不純物を全く含まない石英ガラスを製造す
るのは不可能であり、石英ガラスの高純度化技術は限界
に近付きつつある。

【００１０】仮に、金属不純物を全く含まない石英ガラ
スを製造できるようになり、第２の原因に起因する金属
不純物の汚染問題を解決できても、第１の原因に起因す
る金属不純物の汚染問題は解決できない。

【００１１】また、昨今の集積回路の高集積化に伴い、
１ＧビットＤＲＡＭ等を製造するプロセスでは、現状よ
りも高い清浄度が要求されている。このような要求を満
たすためには、現状では石英ガラス中の金属汚染物を低
減し、高純度の石英ガラスを製造するだけではなく、高
純度の石英ガラスを外部の金属不純物により汚染される
のを防止する必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の熱
処理装置では、炉心管の構成材料である石英ガラスの純
度を高くしても、炉心管外側の部材から飛来する金属不
純物により、炉心管（石英ガラス）が汚染され、これに
よりシリコンウェハが汚染されるという問題があった。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、金属不純物を含んでい
ても汚染源とはならない石英ガラスおよびその製造方
法、ならびにその石英ガラスを用いた熱処理装置および
熱処理方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

［構成］上記目的を達成するために、本発明に係る石英
ガラス（請求項１）は、電子スピン共鳴吸収法にて磁束
密度３３７０Ｇに検出されるＳｉダングリングボンド
（Ｅ´中心）の濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上となる領域
を含むことを特徴とする。

【００１５】ここで、Ｅ´中心の濃度は、７×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3以上であることが好ましい。また、本発明に係る石
英ガラスの製造方法（請求項２）は、石英ガラス原料を
溶融し、急冷して初期石英ガラスを形成する工程と、こ
の初期石英ガラスに、その内部のＥ´中心の濃度を増加
させ、かつ前記初期石英ガラス中のＳｉＯ₂ ネットワー
クに入り込み、ほぼ外方拡散しないイオンを注入する工
程とを有することを特徴とする。

【００１６】ここで、注入するイオンは全く外方拡散し
ないほうが好ましいが、そのようなイオンは存在しない
ので、ほぼ外方拡散しないという表現を用いている。ま
た、本発明に係る他の石英ガラスの製造方法（請求項
３）は、石英ガラス原料を溶融し、急冷して初期石英ガ
ラスを形成する工程と、この初期石英ガラスに、シリコ
ン、窒素、炭素およびアルミニウムの少なくとも１つの
イオンを注入する工程とを有することを特徴とする。

【００１７】本発明において、初期石英ガラスとは、Ｅ
´中心を含む領域を意図的に形成する前の段階の石英ガ
ラスをいう（他の発明についても同様）。また、本発明
に係る他の石英ガラスの製造方法（請求項４）は、上記
石英ガラスの製造方法（請求項２，３）において、前記
イオンのドーズ量が５×１０¹⁴ｃｍ^-2以上であることを
特徴とする。

【００１８】また、本発明に係る他の石英ガラスの製造
方法（請求項５）は、石英ガラス原料にシリコンが０．
０１〜０．１重量％混合されたものを溶融し、急冷する
工程を有することを特徴とする。

【００１９】また、本発明に係る他の石英ガラスの製造
方法（請求項６）は、石英ガラス原料を溶融し、急冷し
て初期石英ガラスを形成する工程と、この初期石英ガラ
スに紫外線を照射する工程とを有することを特徴とす
る。

【００２０】また、本発明に係る他の石英ガラスの製造
方法（請求項７）は、石英ガラス原料を溶融し、急冷し
て初期石英ガラスを形成する工程と、この初期石英ガラ
スの表面にサンドブラストによって研削ダメージを入れ
る工程とを有することを特徴とする。

【００２１】また、本発明に係る熱処理装置（請求項
８）は、上記石英ガラス（請求項１）に記載の石英ガラ
スからなる炉心管を有することを特徴とする。また、本
発明に係る熱処理装置（請求項９）は、上記熱処理装置
（請求項８）に、前記炉心管に紫外線を照射する紫外線
照射手段を設けたことを特徴とする。

【００２２】また、本発明に係る熱処理方法（請求項１
０）は、上記石英ガラス（請求項１）からなる炉心管を
用い、この炉心管の外壁に直接接するように非酸化性ガ
スを流しながら熱処理を行なうことを特徴とする。

【００２３】また、本発明に係る熱処理方法（請求項１
１）は、上記熱処理装方法（請求項１０）において、前
記非酸化性ガスに含まれる酸化性ガスが１００ｐｐｍ以
下であることを特徴とする。

【００２４】［作用］本発明者の研究によれば、本発明
（請求項１）の如きのＳｉダングリングボンド（Ｅ´中
心）が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でもって存在する領
域（Ｅ´中心領域）は、金属不純物を効果的に捕獲でき
ることが分かった。

【００２５】したがって、このようなＥ´中心領域を有
する石英ガラスであれば、その内部にもともと存在する
金属不純物が外部に脱離（飛散）することはなく、汚染
源とはならない。

【００２６】また、外部から飛散してきた金属不純物が
石英ガラスの表面に付着し内部に拡散しても、この外部
からの金属不純物はＥ´中心領域に効果的に捕獲され
る。したがって、この場合も、汚染源とはならない。

【００２７】また、本発明（請求項２）の如きのイオン
を注入すると、Ｅ´中心を容易に形成できることが分か
った。このようなイオンとして有効なものは、例えばシ
リコン、窒素、炭素、アルミニウムである（請求項
３）。また、ドーズ量を５×１０¹⁴ｃｍ^-2以上にするこ
とにより、Ｅ´中心領域を容易に形成することができる
（請求項４）。

【００２８】また、本発明（請求項５）によれば、石英
ガラスの全体にＥ´中心領域を形成することが可能とな
る。これにより、より効果的に内部の金属不純物を捕獲
することができるようになる。

【００２９】また、Ｅ´中心はイオン注入以外の方法で
も容易に形成でき、例えば紫外線を照射したり（請求項
６）、サンドブラストによって研削ダメージを入れるこ
と（請求項７）でも容易に形成できる。

【００３０】また、本発明（請求項８）によれば、汚染
源とはならい炉心管を用いることができるので、ウェハ
等の被処理基体の汚染を効果的に防止できる熱処理装置
を提供できるようになる。

【００３１】また、本発明（請求項９）によれば、紫外
線照射手段により熱処理中に炉心管に紫外線を照射する
ことにより、炉心管中のＥ´中心の濃度を増加または維
持することができる。したがって、熱処理を行なってい
る最中に汚染源になるという不都合は起こらない。

【００３２】本発明に係る石英ガラスの製造方法は、初
期石英ガラスにＳｉ、Ｎ、Ｃ、Ａｌをイオン注入するこ
と（請求項３）、石英ガラス原料にＳｉを含有させるこ
と（請求項４）、初期石英ガラスに紫外線を照射するこ
と（請求項６）、初期石英ガラスの表面にサンドブラス
トをかえる（請求項７）などを特徴としているが、基本
的には石英ガラス中にＥ´中心を形成する方法であれ
ば、どのような方法でも構わない。

【００３３】したがって、Ｅ´中心を消滅させずに存在
させることは重要なことであり、そのために本発明（請
求項１０）では、炉心管の外壁に直接接して流すガスと
して非酸化性ガスを使用し、具体的には酸化性ガスの含
有量が１００ｐｐｍ以下の非酸化性ガス（請求項１１）
を使用している。

【００３４】酸化性ガスの含有量が１００ｐｐｍを越え
ると、Ｅ´中心が酸素ガスが酸素により修復され、Ｅ´
中心の量が減少するため、石英ガラス中で金属不純物を
確保する量が減少してしまう。

【００３５】ところで、従来からシリコン基板のゲッタ
リング方法として、イオン注入法やバックサイドダメー
ジ法などが知られている。これらの方法により形成され
たダメージ層はアモルファスであるが、シリコン基板が
基本的には単結晶であることから、どのような熱処理条
件でもダメージ層は単結晶に回復してしまう。

【００３６】すなわち、単結晶であるシリコン基板で
は、効果的な金属不純物の捕獲効果は得られないが、そ
もそもアモルファスである石英ガラスでは、熱処理条件
が非酸化性雰囲気であれが、アモルファスであるダメー
ジ層（Ｅ´中心の濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上である領
域）はそのまま残り、効果的な金属不純物の捕獲効果が
得られる。

【００３７】さらに、本発明においては石英ガラス中の
Ｅ´中心の濃度（３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上）が重要であ
る。このＥ´中心の濃度は石英ガラスがアモルファスで
あることから容易に制御できる。しかし、シリコン基板
は単結晶であるため、Ｓｉダングリングボンドの濃度を
制御することはほとんど不可能である。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。 （第１の実施形態）まず、本発明の第１の実施形態に係
る石英ガラス板について説明する。

【００３９】図１は、本発明の基礎となった実験に用い
た石英ガラス板の断面図である。図中、１は石英ガラス
板を示しており、この石英ガラス板１の表面にはＳｉダ
ングリングボンドを含む領域、より詳細にはＥ´中心を
含む領域（以下、Ｅ´中心領域という）２が形成されて
いる。このＥ´中心領域２は、石英ガラス板１の表面に
シリコンイオンを注入することにより形成した。

【００４０】このようにＥ´中心領域２が形成された石
英ガラス板１を、Ｃｕが蒸着形成されたシリコンウェハ
とともに真空容器内に導入し、真空雰囲気中で８００
℃、３０分の熱処理を石英ガラス板１およびシリコンウ
ェハに施した。

【００４１】この熱処理により、シリコンウェハからＣ
ｕが飛散し、Ｃｕが石英ガラス板１の表面に吸着し内部
に拡散したが、Ｃｕは石英ガラス板１の表面から深さ１
５０〜４００ｎｍの領域に捕獲されていた。

【００４２】次にＥ´中心の濃度を変えて同様な実験を
行なったところ、石英ガラス板１中に捕獲されるＣｕの
量も変わった。そこで、Ｅ´中心濃度と、石英ガラス板
１の表面から深さ１００〜４００ｎｍまでの領域におけ
るＣｕの平均濃度（以下、平均Ｃｕ捕獲量という）との
関係を調べてみた。ここで、Ｅ´中心の濃度は、電子ス
ピン共鳴吸収法にて磁界３３７０Ｇに検出されるＳｉダ
ングリングボンドの濃度で定義されるものである。

【００４３】図２にその結果を示す。図から、石英ガラ
ス板１は、Ｅ´中心濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上になれ
ば、平均Ｃｕ捕獲量が大きく増加し、７×１０¹⁹ｃｍ^-3
以上ではさらに平均Ｃｕ捕獲量が増加することが分か
る。

【００４４】したがって、Ｅ´中心濃度が３×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3以上、好ましくは７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の石英ガラ
ス板１を用いることにより、石英ガラス板１中のＣｕに
よるシリコンウェハの汚染を効果的に防止できるように
なる。ここで、石英ガラス板１中のＣｕとしては、内部
にもともと存在するものや、外部から飛来して拡散した
ものがある。

【００４５】なお、本実施形態では板状の石英ガラスの
場合について説明したが、管状等の他の形状の場合にも
本発明は有効である。 （第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態に
係る石英ガラス板の製造方法を示す工程断面図である。

【００４６】まず、図３（ａ）に示すように、周知の方
法により石英を溶融し、急冷して初期石英ガラス１１を
形成する。なお、ここでは、板状の初期石英ガラス（初
期石英ガラス板）を形成するが、他の形状例えば管状で
も本発明は有効である。

【００４７】しかる後、図３（ｂ）に示すように、初期
石英ガラス板１１の表面にシリコンイオン１２を注入
し、注入側の表面近傍にＥ´中心領域１３を形成して、
石英ガラス板が完成する。

【００４８】次にシリコンイオンの注入量を変えて同様
の石英ガラス板を製造したところ、Ｅ´中心の濃度も変
わった。そこで、Ｅ´中心濃度とシリコンイオンの注入
量との関係を調べてみた。

【００４９】図４にその結果を示す。図から、５×１０
¹⁴ｃｍ^-2以上のシリコンイオンを注入することにより、
Ｅ´中心濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のＥ´中領域を形
成でき、また５×１０¹⁶ｃｍ^-2以上のシリコンイオンを
注入することにより、Ｅ´中心濃度が７×１０¹⁹ｃｍ^-3
のＥ´中領域を形成できることが分かる。

【００５０】したがって、５×１０¹⁴ｃｍ^-2以上のＳｉ
⁺ を注入することにより、好ましくは５×１０¹⁶ｃｍ^-2
以上のＳｉ⁺ を注入することにより、内部に存在するＣ
ｕ等の金属不純物による汚染を効果的に防止できる石英
ガラス板を実現できるようになる。

【００５１】なお、本実施形態では、Ｅ´中領域を形成
するために、シリコンイオンを注入したが、その代わり
に例えば窒素、炭素、アルミニウム等の元素のイオンを
注入しても良い。

【００５２】要は、初期石英ガラスの内部のＥ´中心の
濃度を増加させ、かつ初期石英ガラス中のＳｉＯ₂ ネッ
トワークに入り込み、外方拡散しにくいイオンを注入す
れば良い。 （第３の実施形態）次に本発明の第３の実施形態に係る
石英ガラス板の製造方法について説明する。

【００５３】まず、粒度１００μｍの天然水晶粉（石英
ガラス原料）に粒度１００μｍの高純度シリコン粉を十
分に混合する。高純度シリコン粉の濃度は、０．１重量
％とする。次にこの混合物を溶融し、急冷して石英ガラ
スを形成する。

【００５４】なお、高純度シリコン粉と混合するものに
は、天然水晶粉の他に、ゾル・ゲル法による合成シリカ
粉、または四塩化珪素粉などの通常の石英ガラス原料を
用いることができる。

【００５５】この方法によれば、図５に示すように、石
英ガラス板２１の全体に濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の
Ｅ´中心領域２２を形成することができる。このように
石英ガラス板２１の全体にＥ´中心領域２２を形成する
ことにより、内部に存在するＣｕ等の金属不純物による
汚染をより効果的に防止できるようになる。

【００５６】なお、本実施形態では、高純度シリコン粉
の濃度を０．１重量％としたが、０．０１重量％以上で
あれば、３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のＥ´中心領域２２を容
易に形成することが可能である。

【００５７】しかし、０．１重量％を越えると、石英ガ
ラスが安定に存在することができなくなり、熱処理装置
の構成材料として利用することは難しくなる。したがっ
て、濃度は０．０１重量％以上０．１以下であることが
好ましい。

【００５８】図６（ａ）に表面近傍のみにＥ´中心領域
を形成した場合のＣｕ濃度プロファイルと、図６（ｂ）
に全体にＥ´中心領域を形成した場合のそれを示してお
く。 （第４の実施形態）図７は、本発明の第４の実施形態に
係る石英ガラス板の製造方法を示す工程断面図である。

【００５９】まず、図７（ａ）に示すように、周知の方
法により石英を溶融し、急冷して初期石英ガラス３１を
形成する。なお、ここでは、板状の初期石英ガラス（初
期石英ガラス板）を形成するが、他の形状例えば管状で
も本発明は有効である。

【００６０】しかる後、図７（ｂ）に示すように、初期
石英ガラス板３１の表面に波長２４５ｎｍの紫外線３２
を１分間照射し、照射側の表面近傍に、Ｅ´中心濃度が
３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のＥ´中心領域３３を形成して、
石英ガラス板が完成する。本実施形態でも第２の実施形
態と同様な効果が得られる。

【００６１】なお、本実施形態では、Ｅ´中心領域３３
を形成するために、紫外線を照射したが、その代わり
に、Ｘ線、γ線、レーザ光などの電磁波や、電子線など
の粒子線を用いても良い。 （第５の実施形態）図８は、本発明の第５の実施形態に
係る石英ガラス板の製造方法を示す工程断面図である。

【００６２】まず、図８（ａ）に示すように、周知の方
法により石英を溶融し、急冷して初期石英ガラス４１を
形成する。なお、ここでは、板状の初期石英ガラス（初
期石英ガラス板）を形成するが、他の形状例えば管状で
も本発明は有効である。

【００６３】しかる後、図８（ｂ）に示すように、初期
石英ガラス板４１の表面に粒度８０μｍの炭化珪素粉４
２を圧力３ｋｇ／ｃｍ² でもって１０秒間照射し、照射
側の表面近傍に、Ｅ´中心濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上
のＥ´中心領域を４３形成して、石英ガラス板が完成す
る。本実施形態でも第２の実施形態と同様の効果が得ら
れる。 （第６の実施形態）図９は、本発明の第６の実施形態に
係る熱処理装置の要部（熱処理炉）を示す断面図であ
る。

【００６４】本実施形態の第１の特徴は、炉心管５１と
してＥ´中心濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のＥ´中心領
域を有する管状の石英ガラスを用いたことである。炉心
管５１の全体にＥ´中心領域は存在することが最も好ま
しいが、少なくとも一部分に存在すれば金属不純物によ
る汚染を改善できる。

【００６５】また、炉心管５１を本発明の石英ガラスと
従来の石英ガラスとを張り合わせた２重構造としても良
い。すなわち、図１０（ａ）に示すように、炉心管５１
の内壁をＥ´中心濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の領域を
有する管状の石英ガラス５１ａで構成し、炉心管１１の
外壁をＥ´中心濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3未満の管状の石
英ガラス（通常の石英ガラス）５１ｂで構成しても良
い。

【００６６】逆に、図１０（ｂ）に示すように、炉心管
５１の内壁を石英ガラス５１ｂで構成し、炉心管５１の
外壁を石英ガラス５１ａで構成しても良い。第２の特徴
は、炉心管５１の外壁に直接接するように、炉心管５１
とその外側にある均熱管５２との間に、酸化性ガスの含
有率が１００ｐｐｍ以下の非酸化性ガス５３を流す構成
になっていることである。非酸化性ガス５３はガス流入
管５４から導入され、ガス流出管５５から排出される。

【００６７】非酸化性ガス５３中の酸素ガスの含有量を
規定したのは、炉心管５１を構成する石英ガラス内のＥ
´中心領域の濃度は、酸素ガス雰囲気での熱処理によっ
て減少するからである。非酸化性ガス５３としては、例
えば、窒素ガス、水素ガス、アルゴンガス等の不活性ガ
スがあげられる。

【００６８】なお、図中、５６はサセプタを示してい
る。また、図示していない他の部分の構成は従来装置の
それと同様である。この熱処理装置を用いた熱処理方法
は以下の通りである。すなわち、炉心管５１とその外側
にある均熱管５２との間に非酸化性ガスを例えば流速１
６リットル／分で流しながら、図示しない加熱手段によ
り、炉心管５１内に収容した図示しないシリコンウェハ
を熱処理する。

【００６９】このとき、炉心管５１中の金属不純物、お
よび炉心管５１以外の装置部分（例えば均熱管５２）か
ら脱離（飛散）し、炉心管５１の外壁に吸着（付着）
し、内部に内方拡散してくる金属不純物は、炉心管５１
を構成する石英ガラス内のＥ´中心領域に捕獲される。

【００７０】したがって、炉心管５１の内壁から金属不
純物はほとんど脱離せず、金属不純物によるシリコンウ
ェハの汚染問題を解決できるようになる。これにより、
半導体素子の不良率を十分に低くすることができる。

【００７１】また、本実施形態では非酸化性ガスを流し
ているので、炉心管５１を構成する石英ガラス内のＥ´
中心領域が熱処理中に減少するのを効果的に防止でき
る。これにより、熱処理の期間中、金属不純物の脱離
（飛散）防止効果は十分に維持され、金属不純物によっ
てシリコンウェハが汚染される可能性は極めて低くな
る。

【００７２】また、均熱管５２から脱離（飛散）した金
属不純物を非酸化性ガスとともに、ガス流出管５５から
外部に排出できる。これも金属不純物の汚染の低減化に
役立っている。 （第７の実施形態）図１１は、本発明の第７の実施形態
に係る熱処理装置の要部（熱処理炉）を示す断面図であ
る。なお、図９の熱処理装置と対応する部分には図９と
同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する（他の実
施形態についても同様）。

【００７３】本実施形態の熱処理装置が第６の実施形態
のそれと異なる点は、炉心管として２重管５７を用い、
２重管５７の内管の外壁に直接接するように、２重管５
７の内管と外管との間に、酸化性ガスの含有率が１００
ｐｐｍ以下の非酸化性ガス５３を流す構成になっている
ことにある。２重管５７は、炉心管５１と同様に、濃度
が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のＥ´中心領域を有する石英ガ
ラスにより構成されている。

【００７４】この熱処理装置を用いた熱処理方法は以下
の通りである。すなわち、２重管５７の内管と外管との
間に非酸化性ガスを例えば流速１８リットル／分で流し
ながら、図示しない加熱手段により、２重管５７内に収
容した図示しないシリコンウェハを熱処理する。

【００７５】このとき、２重管５７の外管中の金属不純
物は、２重管５７の外管中のＥ´中心領域に捕獲される
ので、２重管５７の外管から内管にはほとんど金属不純
物は拡散しない。

【００７６】同様に、２重管５７以外の装置部分（例え
ば均熱管１２）から脱離（飛散）し、２重管５７の外管
表面に吸着（付着）した金属不純物は、２重管５７の外
管のＥ´中心領域に捕獲される。したがって、この場合
も、２重管５７の外管から内管にはほとんど金属不純物
は拡散しない。

【００７７】また、２重管５７の外管表面から脱離（飛
散）し、２重管５７の内管の外壁に吸着（付着）し、内
管の内壁に内方拡散する金属不純物は、２重管５７の内
管のＥ´中心領域に捕獲される。したがって、２重管５
７の内管からはほとんど金属不純物は脱離（飛散）しな
い。

【００７８】このようにして本実施形態によれば、２重
管５７中の金属不純物によるシリコンウェハの汚染問題
を解決できるようになる。その他、第７の実施形態と同
様の効果が得られ、また同様に種々変形できる。 （第８の実施形態）図１２は、本発明の第８の実施形態
に係る熱処理装置の要部（熱処理炉）を示す断面図であ
る。

【００７９】本実施形態の熱処理装置が第６の実施形態
のそれと異なる点は、非酸化性ガスを流す代わりに、紫
外線を照射することにある。すなわち、炉心管５１を囲
むように紫外線発生器５８が設けられており、この紫外
線発生器５８は波長２４５ｎｍの紫外線５９を炉心管５
１の外壁に照射できるようになっている。

【００８０】この熱処理装置を用いた熱処理方法は以下
の通りである。すなわち、波長２４５ｎｍの紫外線５９
を炉心管５１の外壁に照射しながら、図示しない加熱手
段により、炉心管５１内に収容した図示しないシリコン
ウェハを熱処理する。

【００８１】このとき、紫外線５９の照射により、炉心
管５１の外壁の表面近傍のＥ´中心の濃度が増加し、ま
たはＥ´中心の濃度の減少が抑制される。この結果、熱
処理の期間中、特に炉心管５１の外壁の表面近傍におけ
る金属不純物の捕獲効果は十分に増大または維持され
る。したがって、熱処理の期間中、金属不純物の脱離防
止効果は十分に増大または維持され、金属不純物によっ
てシリコンウェハが汚染される可能性は極めて低くな
る。

【００８２】なお、本実施形態では、紫外線を照射した
が、その代わりに、Ｘ線、γ線、電子線、レーザ光を照
射しても良い。また、この場合の拡散炉は抵抗加熱式の
ホットウォールタイプの熱処理炉でも、赤外線加熱を主
体としたコールドタイプの熱処理炉でもよい。

【００８３】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、本発明は、上述した熱処理装置
・方法以外にも、減圧プロセス装置・方法、例えばＬＰ
−ＣＶＤ装置・方法にも適用できる。具体的には、ポリ
シリコン膜、酸化膜、窒化膜などの成膜を行なうＬＰ−
ＣＶＤ装置・方法があげられる。この場合、これらの膜
の金属不純物汚染を防止できる。

【００８４】さらに、エピタキシャル成長装置・方法に
も適用できる。具体的には、エピタキシャルシリコン膜
の成膜を行なうエピタキシャル成長装置・方法に適用で
き、エピタキシャルシリコン膜の金属不純物汚染を防止
できる。

【００８５】また、成膜装置・方法以外には、例えば、
改質装置・方法にも適用できる。具体的には、シリコン
基板の改質を行なう水素アニール装置・方法に適用で
き、シリコン基板の金属不純物汚染を防止できる。

【００８６】また、単結晶シリコン基板の引上げプロセ
スに用いられる石英ルツボにも適用でき、単結晶シリコ
ン基板の金属不純物汚染を防止できる。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

【００８７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｅ
´中心が３×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でもって存在する
領域（Ｅ´中心領域）により金属不純物を効果的に捕獲
できるので、金属不純物を含んでいても汚染源とはなら
い石英ガラスを実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基礎となった実験に用いた石英ガラス
板の断面図

【図２】Ｅ´中心濃度と平均Ｃｕ捕獲量との関係を示す
特性図

【図３】本発明の第２の実施形態に係る石英ガラス板の
製造方法を示す工程断面図

【図４】Ｅ´中心濃度とシリコンイオン（Ｓｉ⁺ ）の注
入量との関係を示す特性図

【図５】本発明の第３の実施形態に係る石英ガラス板の
断面図

【図６】ガラス板の表面近傍のみおよび全体にＥ´中心
領域を形成した場合のそれぞれのＣｕ濃度プロファイル
を示す図

【図７】本発明の第４の実施形態に係る石英ガラス板の
製造方法を示す工程断面図

【図８】本発明の第５の実施形態に係る石英ガラス板の
製造方法を示す工程断面図

【図９】本発明の第６の実施形態に係る熱処理装置の熱
処理炉を示す断面図

【図１０】図５の熱処理炉の炉心管の具体的な構成例を
示す断面図

【図１１】本発明の第７の実施形態に係る熱処理装置の
熱処理炉を示す断面図

【図１２】本発明の第８の実施形態に係る熱処理装置の
熱処理炉を示す断面図

【符号の説明】

１…石英ガラス板 ２…Ｅ´中心領域 １１…初期石英ガラス板 １２…シリコンイオン １３…Ｅ´中心領域 ２１…石英ガラス板 ２２…Ｅ´中心領域 ３１…初期石英ガラス板 ３２…紫外線 ３３…Ｅ´中心領域 ４１…初期石英ガラス板 ４２…炭化珪素粉 ４３…Ｅ´中心領域 ５１…炉心管 ５２…均熱管 ５３…非酸化性ガス ５４…ガス流入管 ５５…ガス流出管 ５６…サセプタ ５７…２重管 ５８…紫外線発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本郷 智恵 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子スピン共鳴吸収法にて磁束密度３３７
   ０Ｇに検出されるＳｉダングリングボンドの濃度が３×
   １０¹⁹ｃｍ^-3以上となる領域を含むことを特徴とする石
   英ガラス。
2. 【請求項２】石英ガラス原料を溶融し、急冷して初期石
   英ガラスを形成する工程と、 この初期石英ガラスに、その内部のＥ´中心の濃度を増
   加させ、かつ前記初期石英ガラス中のＳｉＯ₂ ネットワ
   ークに入り込み、ほぼ外方拡散しないイオンを注入する
   工程とを有することを特徴とする石英ガラスの製造方
   法。
3. 【請求項３】石英ガラス原料を溶融し、急冷して初期石
   英ガラスを形成する工程と、 この初期石英ガラスに、シリコン、窒素、炭素およびア
   ルミニウムの少なくとも１つのイオンを注入する工程と
   を有することを特徴とする石英ガラスの製造方法。
4. 【請求項４】前記イオンのドーズ量は５×１０¹⁴ｃｍ^-2
   以上であることを特徴とする請求項２または請求項３に
   記載の石英ガラスの製造方法。
5. 【請求項５】石英ガラス原料にシリコンが０．０１〜
   ０．１重量％混合されたものを溶融し、急冷する工程を
   有することを特徴とする石英ガラスの製造方法。
6. 【請求項６】石英ガラス原料を溶融し、急冷して初期石
   英ガラスを形成する工程と、 この初期石英ガラスに紫外線を照射する工程とを有する
   ことを特徴とする石英ガラスの製造方法。
7. 【請求項７】石英ガラス原料を溶融し、急冷して初期石
   英ガラスを形成する工程と、 この初期石英ガラスの表面にサンドブラストによって研
   削ダメージを入れる工程とを有することを特徴とする石
   英ガラスの製造方法。
8. 【請求項８】請求項１に記載の石英ガラスからなる炉心
   管を有することを特徴とする熱処理装置。
9. 【請求項９】前記炉心管に紫外線を照射する紫外線照射
   手段を有することを特徴とする請求項８に記載の熱処理
   装置。
10. 【請求項１０】請求項１に記載の石英ガラスからなる炉
    心管を用い、この炉心管の外壁に直接接するように非酸
    化性ガスを流しながら熱処理を行なうことを特徴とする
    熱処理方法。
11. 【請求項１１】前記非酸化性ガスに含まれる酸化性ガス
    は、１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１
    ０に記載の熱処理方法。
12. 【請求項１２】請求項１に記載の石英ガラスからなる炉
    心管内を用い、この炉心管に紫外線を照射しながら熱処
    理を行なうことを特徴とする熱処理方法。