DE19824192A1

DE19824192A1 - Quartzglas, Vorrichtung zur Wärmebehandlung unter Verwendung von Quartzglas und Wärmebehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE19824192A1
Application number: DE19824192A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tomita; Tsuneo Ishii; Chie Hongo
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: US6093666A; US20010029006A1; DE19824192B4; JPH10330124A; US6399526B2; US6263704B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Element betrifft Quarzglas, insbesondere Quarzglas zur Verwendung als Baumaterial für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, die bei einem Halbleiterherstellverfahren verwendet wird und ein Verfahren zur Herstellung des Quarzglas. Diese Erfindung betrifft auch eine Wärmebehandlungsvorrichtung unter Verwendung des Quarz und ein Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung des Quarz.

Eine Wärmebehandlungsvorrichtung wird als eine der Vorrichtungen eingesetzt, die bei einem Halbleiterherstellverfahren verwendet werden. In der Wärmebehandlungsvorrichtung dieser Art wird ein Quarzglas als ein Baumaterial für eine Ofenröhre, eine Waferauflage (wafer boat) etc. verwendet, da die Verwendung von Quarzglas bezüglich verschiedener Gesichtspunkte vorteilhaft ist, so ist es z. B. in hoher Reinheit verfügbar oder bezüglich des Wärmewiderstandes außergewöhnlich gut.

Selbst wenn Quarzglas hoher Reinheit als Baumaterial verwendet wird, ist es schwierig zu verhindern, daß die Oberfläche eines Siliziumwafers mit einem Metall wie Kupfer und Eisen kontaminiert wird, wenn der Siliziumwafer bei einer hohen Temperatur von 1000°C oder mehr wärmebehandelt wird. Der prozentuale Fehler einer Halbleitereinrichtung, die unter Verwendung eines Siliziumwafers hergestellt wird, der eine relativ große Menge an metallischen Verunreinigungen enthält, welche von einem Wärmebehandlungsofen herrühren, ist höher als jene einer Halbleitereinrichtung, die unter Verwendung eines Siliziumwafers hergestellt wird, der frei von metallischen Verunreinigungen ist.

Die Gründe für die Verunreinigung eines Siliziumwafers mit Metallen bei seiner Behandlung im Inneren eines Wärmebehandlungsofens kann den folgenden Tatsachen zugeschrieben werden.

Zunächst werden metallische Verunreinigungen, die in verschiedenen äußeren Elementen (wie einem Heizer, einer Auskleidröhre aus Siliziumkarbid etc.) enthalten sind und außerhalb der Quarzglasofenröhre angeordnet sind und einen hohen Diffusionskoeffizienten in Quarzglas besitzen, dazu gebracht, von den Oberflächen dieser äußeren Elemente zu verdampfen, wobei die verdampften metallischen Verunreinigungen nachfolgend auf der Außenwand der Quarzglas-Ofenröhre absorbiert werden. Die somit adsorbierten metallischen Verunreinigungen diffundieren anschließend in das Innere der Quarzglas-Ofenröhre, um die Innenwand der Ofenröhre zu erreichen, von der die metallischen Verunreinigungen desorbiert werden, wobei ein Siliziumwafer mit den desorbierten metallischen Verunreinigungen kontaminiert wird (ein erster Grund).

Zweitens werden metallische Verunreinigungen, die ursprünglich in der Quarzglas-Ofenröhre enthalten sind, dazu gebracht, zur Oberfläche der Ofenröhre zu diffundieren, von der die metallischen Verunreinigungen desorbiert werden, wobei sie einen Siliziumwafer mit den desorbierten metallischen Verunreinigungen kontaminieren (ein zweiter Grund).

Zum Zwecke der Minimierung der metallischen Kontamination, welche diese Gründe mit sich bringt, wurde hauptsächlich ein Verfahren zum Verbessern der Reinheit des Großteils der Aufbauelemente von Wärmebehandlungsvorrichtungen durchgeführt. Zum Beispiel im Falle der Quarzglas-Ofenröhre wurden die folgenden Maßnahmen ergriffen, um die Reinheit des Quarzglas zu verbessern.

Konkret handelte es sich hierbei um ein Verfahren zum Verbessern der Reinheit von natürlichem Quarzkristall als ein Rohmaterial für das Quarzglas (ein erstes Verfahren) ein Verfahren zur Verwendung von Silikontetrachlorid oder einem synthetischen amorphen Silika, das mit Hilfe eines Sol-Gelverfahrens erhalten wird (ein zweites Verfahren); ein Verfahren zum Verbessern der Reinheit des Gußblockes, der durch das Schmelzen eines Rohmaterials erhalten wird (ein drittes Verfahren); und ein Verfahren, das aus einer Kombination von zwei oder mehreren der oben genannten ersten und dritten Verfahren besteht (ein viertes Verfahren).

Es ist gemäß diesen Verfahren möglich, den Inhalt an metallischen Verunreinigungen in einem Quarzglas bis auf 0,3 ppm oder weniger zu verringern oder in Abhängigkeit von den Arten von metallischen Verunreinigungen auf 0,1 ppm oder weniger zu reduzieren. Wenn ein Quarzglas solch hoher Reinheit als Aufbaumaterial für eine Ofenröhre verwendet wird, kann die metallische Kontamination (Übertragung) eines Siliziumwafers minimiert werden und somit der prozentuale Ausschuß einer Halbleitereinrichtung entsprechend minimiert werden.

Derzeit ist es, obwohl es möglich ist, ein Quarzglas mit einem metallischen Verunreinigungsinhalt von 0,3 ppm (0,1 ppm) herzustellen, noch immer nicht möglich, ein Quarzglas herzustellen, das völlig frei von metallischen Verunreinigungen ist, d. h. die Technik zur Verbesserung der Reinheit von Quarzglas ist nun beinahe zu einem Stillstand gelangt.

Selbst wenn es möglich gewesen ist, ein Quarzglas herzustellen, das vollständig frei von metallischen Verunreinigungen ist, um die Schwierigkeit der Kontamination mit metallischen Verunreinigungen, die von dem oben genannten zweiten Grund herrühren, zu lösen, ist es noch immer nicht möglich, das Problem der Kontamination mit metallischen Verunreinigungen zu lösen, die von dem oben genannten ersten Grund herrühren.

Weiterhin wird nun im Hinblick auf einen kürzlichen Trend dazu, weiterhin die Integration integrierter Schaltkreise zu erhöhen, nun eine höhere Sauberkeit beim Herstellverfahren eines zu 1G bit DRAM, etc. als derzeit gefordert. Um solch ein Erfordernis zu erfüllen, ist es nötig, nicht nur die metallischen Verunreinigungen im Quarzglas zur Herstellung eines Quarzglas mit hoher Reinheit zu minimieren, sondern auch zu verhindern, daß ein Quarzglas hoher Reinheit durch metallische Verunreinigungen kontaminiert wird, die von außerhalb des Quarzglases herrühren.

Wie oben erwähnt wurde, war es gemäß einer herkömmlichen Wärmebehandlungsvorrichtung, selbst wenn die Reinheit von Quarzglas, das als Aufbaumaterial einer Ofenröhre verwendet werden soll, erhöht wird, unmöglich gewesen, zu verhindern, daß die Ofenröhre (Quarzglas) durch metallische Verunreinigungen kontaminiert wird, die von verschiedenen Elementen stammen, die außerhalb des Quarzglas angeordnet sind, und somit zu einer Kontamination eines Siliziumwafers führen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Daher ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Quarzglas vorzusehen, das nicht eine Kontaminationsquelle wird, selbst wenn es metallische Verunreinigungen enthält.

Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglas bereit zustellen, das nicht eine Kontaminationsquelle wird, selbst wenn es metallische Verunreinigungen enthält.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Wärmebehandlungsvorrichtung vorzusehen, welche die Kontamination eines Halbleiterwafers mit metallischen Verunreinigungen minimieren kann.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Wärmebehandlungsverfahren vorzusehen, das die Kontamination eines Halbleiterwafers mit metallischen Verunreinigungen minimieren kann.

Es wird nämlich gemäß der vorliegenden Erfindung ein Quarzglas bereitgestellt, das einen Bereich umfaßt, wo eine Konzentration eines E' Zentrums gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanz 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung eines Quarzglases, umfassend die Schritte:
Bilden eines anfänglichen Quarzglases durch das Schmelzen und Abschrecken eines Rohmaterials für Quarzglas; und
Einsetzen eines Ions darin, das in ein SiO₂-Gitter des anfänglichen Quarzglases eintreten kann und im wesentlichen nicht nach außen diffundieren kann, um eine Konzentration eines E'-Zentrums in zumindest einem Teil des anfänglichen Quarzglases zu erhöhen.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglas bereitgestellt umfassend die Schritte:
Mischen von 0,01 bis 0,1 Gew.-% Silizium in ein Rohmaterial für Quarzglas;
Schmelzen des Rohmaterials für Quarzglas, das mit dem Silizium vermischt worden ist, um eine Schmelze zu erhalten; und
Abschrecken der Schmelze.

Diese Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases bereit, umfassend die Schritte:
Schmelzen eines Rohmaterials für Quarzglas, um eine Schmelze zu erhalten;
Abschrecken der Schmelze, um dabei ein anfängliches Quarzglas zu bilden; und
Bestrahlen von Ultraviolettstrahlen auf das anfängliche Quarzglas.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases bereitgestellt, umfassend die Schritte:
Schmelzen eines Rohmaterials für Quarzglas, um eine Schmelze zu erhalten;
Abschrecken der Schmelze, um dabei ein anfängliches Quarzglas zu bilden; und
Erzeugen eines Abriebsschadens an einer Oberfläche des anfänglichen Quarzglases durch das Aufbringen eines Sandstrahls auf die Oberfläche des anfänglichen Quarzglases.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Wärmebehandlungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend:
eine Ofenröhre, die aus Quarzglas gebildet ist, umfassend einen Bereich, in dem eine Konzentration eines E'-Zentrums gemessen mittels einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist; und
eine Heizeinrichtung, die um die Ofenröhre angebracht ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers bereitgestellt, umfassend die Schritte:
Anordnen des Halbleiterwafers in einer Ofenröhre, die aus Quarzglas gebildet ist, umfassend einen Bereich, in dem eine Konzentration eines E'-Zentrums gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist; und
Wärmebehandeln des Halbleiterwafers, während ein nicht oxidierendes Gas in solch einer Weise strömt, daß das nicht oxidierende Gas direkt in Kontakt tritt mit einer Außenwand der Ofenröhre.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers bereitgestellt, umfassend die Schritte:
Anordnen des Halbleiterwafers in einer Ofenröhre, die aus Quarzglas gebildet ist, umfassend einen Bereich, in dem eine Konzentration an E'-Zentrum gemessen mittels einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist; und
Wärmebehandeln des Halbleiterwafers, während Ultraviolettstrahlen auf die Ofenröhre bestrahlt werden.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich sein oder beim Ausüben der Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der besonders oben dargelegten Instrumentierungen und Kombinationen verwirklicht und erhalten werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung darstellen, stellen derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der allgemeinen oben gegebenen Beschreibung und der unten folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Quarzglasplatte, die bei einem Experiment zur Demonstration der Prinzipien dieser Erfindung verwendet wurde;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Konzentration des E'-Zentrums und einer mittleren Menge an angeschlossenem Cu;

Fig. 3A und 3B sind Schnittansichten, die nacheinander die Schritte der Herstellung einer Quarzglasplatte gemäß einem zweiten Beispiel dieser Erfindung darstellen;

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung zwischen der Beziehung der Konzentration an E'-Zentrum und einer Menge an eingesetzten Siliziumionen (Si⁺);

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Quarzglasplatte gemäß einem dritten Beispiel der Erfindung;

Fig. 6A und 6B sind Diagramme, welche die Profile an Cu-Konzentration darstellen, wenn der E'-Zentrum bereich nur im Oberflächenbereich der Glasplatte gebildet ist und der E'-Zentrumbereich im gesamten Bereich der Glasplatte jeweils gebildet ist;

Fig. 7A und 7B sind Schnittansichten, welche die nacheinander ablaufenden Schritte der Herstellung einer Quarzglasplatte gemäß einem vierten Beispiel dieser Erfindung zeigen;

Fig. 8A und BB sind Schnittansichten, welche die nacheinander ablaufenden Herstellschritte einer Quarzglasplatte gemäß einem fünften Beispiel dieser Erfindung darstellen;

Fig. 9 ist eine Schnittansicht des Wärmebehandlungsofens einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einem sechsten Beispiel dieser Erfindung;

Fig. 10A und 10B sind Schnittansichten, die beide speziell eine Ausführungsform der Ofenröhre des in Fig. 9 gezeigten Wärmebehandlungsofens darstellen;

Fig. 11 ist eine Schnittansicht des Wärmebehandlungsofens einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einem siebten Beispiel dieser Erfindung; und

Fig. 12 ist eine Schnittansicht des Wärmebehandlungsofens einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einem achten Beispiel dieser Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Quarzglas bereitgestellt, umfassend einen Bereich, in dem eine Konzentration von E'-Zentrum gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist.

Der Begriff "E'-Zentrum" hierin bedeutet ein Siliziumatom, das drei Gleichgewichtsbindungen besitzt, die alle ein daran gebundenes Sauerstoffatom besitzen und eine Gleichgewichtsbindung ohne ein Atom.

Es besteht keine besondere Begrenzung in bezug auf die obere Grenze der Konzentration an E'-Zentrum. Jedoch wenn die Konzentration an E'-Zentrum 1×10²² cm^-3 überschreitet, kann die Festigkeit des Quarzglases verringert sein. Demgemäß ist die Konzentration an E'-Zentrum vorzugsweise höchstens 1× 10²² cm^-3. Mehr vorzugsweise ist die Konzentration an E'-Zentrum 7×10¹⁹ cm^-3 oder mehr.

Es wurde als ein Ergebnis von Studien, die durch die vorliegenden Erfinder ausgeführt wurden, herausgefunden, daß metallische Verunreinigungen wirkungsvoll durch einen Bereich (E'-Zentrum-Bereich) eingeschlossen werden können, wo die Konzentration an E'-Zentrum 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist. Wenn ein Quarzglas aus dem einen besteht, das solch einen E'-Zentrum-Bereich enthält, können die im Inneren des Quarzglases bestehenden Verunreinigungen daran gehindert werden, nach außen desorbiert zu werden und somit kann das Quarzglas daran gehindert werden, eine Kontaminationsquelle zu werden.

Zusätzlich können, selbst wenn die von außen kommenden Verunreinigungen an der Oberfläche eines Quarzglases anhaften und in das Innere des Quarzglases diffundieren, die metallischen Verunreinigungen wirkungsvoll durch den E'-Zentrum-Bereich eingeschlossen werden, so daß das Quarzglas auch in diesem Fall daran gehindert werden kann, eine Kontaminationsquelle zu werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung des oben genannten Quarzglases. Bezüglich des Herstellverfahrens des oben genannten Quarzglases können die folgenden Verfahren verwendet werden:

(1) Ein Verfahren umfassend die Schritte des Bildens eines anfänglichen Quarzglases durch das Schmelzen und Abschrecken eines Rohmaterials für Quarzglas und das Einsetzen darin eines Ions, das in ein SiO₂-Gitter des anfänglichen Quarzglases eintreten kann und nicht nach außen diffundieren kann, um eine Konzentration an E'-Zentrum in zumindest einem Teil des anfänglichen Quarzglases zu erzeugen.
Natürlich sollten die in das anfängliche Quarzglas eingesetzten Ionen vorzugsweise aus jenen ausgewählt werden, denen es vollständig unmöglich ist, nach außen zu diffundieren. Jedoch gibt es streng genommen solche Ionen nicht tatsächlich. Daher wird der Ausdruck "im wesentlichen nicht dazu in der Lage, nach außen zu diffundieren" in dieser Erfindung verwendet.
Spezielle Beispiele von in das ursprüngliche Quarzglas einzusetzenden Ionen sind Silizium, Stickstoff, Kohlenstoff und Aluminium. Außerdem ist durch den Ausdruck "ursprüngliches Quarzglas" ein Zustand von Quarzglas gemeint, bevor mit Absicht ein Bereich gebildet wird, der das E'-Zentrum enthält.
Die Dosierung des in das ursprüngliche Quarzglas einzusetzenden Ions sollte vorzugsweise 5×10¹⁴ cm^-2 oder mehr sein, mehr vorzugsweise 1×10¹⁵ oder mehr und am meisten bevorzugt von 1×10¹⁵ cm^-2 bis 1×10¹⁶ cm^-2.
Es ist auch möglich, den E'-Zentrumsbereich durch den gesamten Bereich des Quarzglases zu bilden, wobei es ermöglicht wird, wirkungsvoller die im Inneren des Quarzglases bestehenden metallischen Verunreinigungen einzuschließen.
(2) Ein Verfahren umfaßt die Schritte des Mischens von 0,01 bis 0,1 Gew.-% Silizium in ein Rohmaterial für Quarzglas, das Schmelzen des Rohmaterials für mit dem Silizium vermischtes Quarzglas, um eine Schmelze zu erhalten, und schließlich das Abschrecken der Schmelze.
(3) Ein Verfahren umfassend die Schritte des Schmelzens eines Rohmaterials für Quarzglas, um eine Schmelze zu erhalten, das Abschrecken der Schmelze, um dabei ein ursprüngliches Quarzglas zu bilden und das Bestrahlen mit Ultraviolettstrahlen des ursprünglichen Quarzglases.
(4) Ein Verfahren umfassend die Schritte des Schmelzens eines Rohmaterials für Quarzglas, um eine Schmelze zu erhalten, das Abschrecken der Schmelze, um dabei ein ursprüngliches Quarzglas zu bilden und das Erzeugen eines Abriebsschadens an einer Oberfläche des ursprünglichen Quarzglases durch das Aufbringen eines Sandstrahls auf die Oberfläche des ursprünglichen Quarzglases.

Die Konzentration an E'-Zentrum wird unmittelbar nachdem die obigen Verfahren ausgeführt wurden gemessen.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung für einen Halbleiterwafer bereitgestellt umfassend eine Ofenröhre, die aus dem oben genannten Quarzglas gebildet ist. Diese Wärmebehandlungsvorrichtung kann eine Bestrahlungseinrichtung mit Ultraviolettstrahlen zum Bestrahlen der Ofenröhre mit Ultraviolettstrahlen umfassen.

Gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers bereitgestellt, indem die oben genannte Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet wird.

Gemäß diesem Wärmebehandlungsverfahren wird die Wärmebehandlung ausgeführt, während ein nicht oxidierendes Gas in solch einer Weise strömt, daß das nicht oxidierende Gas direkt die Außenwand der Ofenröhre umfassend das oben genannte Quarzglas berührt. Der Grund für das Strömen eines nicht oxidierenden Gases bei diesem Verfahren ist es, eine Wärmebehandlung auszuführen, ohne das E'-Zentrum zu verringern, d. h. in der Anwesenheit eines E'-Zentrums.

In diesem Fall kann die Konzentration an oxidierendem Gas, die in dem nicht oxidierenden Gas enthalten sein kann, vorzugsweise 100 ppm oder weniger sein. Wenn der Anteil an oxidierendem Gas mehr als 100 ppm ist, kann das E'-Zentrum durch den Sauerstoff im oxidierenden Gas wiederhergestellt werden und somit die Menge an E'-Zentrum verringert werden.

Als Folge kann die Aufnahmemenge metallischer Verunreinigungen im Quarzglas verringert werden. Bezüglich des nicht oxidierenden Gases kann Stickstoffgas, Wasserstoffgas und ein Inertgas wie Argongas etc. verwendet werden.

Ein Verfahren zum Einsetzen eines Ions oder ein Verfahren zur Beschädigung einer Rückseite ist herkömmlich als Getterungsverfahren eines Siliziumsubstrats bekannt. Die durch diese Verfahren geformte beschädigte Schicht ist amorph. Jedoch kann, weil ein Siliziumsubstrat grundsätzlich aus einem einzelnen Kristall gebildet ist, die beschädigte Schicht zu einem einzelnen Kristall unter jeglichen Wärmebehandlungsbedingungen wiederhergestellt werden.

Es ist nämlich im Falle eines Siliziumsubstrats aus einem einzelnen Kristall nicht möglich, eine Wirkung des wirkungsvollen Einschließens metallischer Verunreinigungen zu erzielen. Hingegen kann im Falle eines Quarzglases, das im Inneren amorph ist, die amorphe Beschädigungsschicht (ein Bereich, in dem die Konzentration an E'-Zentrum 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist) wie sie ist verbleiben, wenn die Wärmebehandlung in einer nicht oxidierenden Atmosphäre ausgeführt werden, womit es möglich wird, eine Wirkung des wirkungsvollen Einschlusses metallischer Verunreinigungen sicherzustellen.

Im Falle dieser Erfindung ist die Konzentration an E'-Zentrum (3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr) in einem Quarzglas sehr wichtig. Diese Konzentration an E'-Zentrum kann leicht geregelt werden, weil das Quarzglas amorph ist. Jedoch ist es, weil das Siliziumsubstrat aus einem einzelnen Kristall gebildet ist, nahezu unmöglich, die Konzentration an E'-Zentrum zu regeln.

Diese Erfindung wird weiter mit Bezug auf die folgenden Beispiele und auf die Zeichnungen erläutert werden.

Beispiel 1

Zunächst wird eine Quarzglasplatte gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Quarzglasplatte, die in einem Experiment verwendet wurde, um die grundsätzlichen Prinzipien dieser Erfindung darzustellen. Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet die Referenzziffer 1 eine Quarzglasplatte, auf deren Oberfläche ein Bereich 2 gebildet ist, der das E'-Zentrum enthält (im folgenden als E'-Zentrumsbereich bezeichnet). Dieser E'-Zentrumsbereich 2 wurde gebildet, indem Siliziumionen in die Oberfläche der Quarzglasplatte 1 eingesetzt wurden.

Die Quarzglasplatte 1 mit dem darin gebildeten E'-Zentrumsbereich wird dann in einem Vakuumbehälter zusammen mit einem Siliziumwafer eingesetzt, dessen Oberfläche mit einer Cu-Lage beschichtet worden ist. Dann werden die Quarzglasplatte 1 und der Siliziumwafer einer Wärmebehandlung in einer Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur von 800°C über 30 Minuten unterworfen.

Als Folge dieser Wärmebehandlung wird Cu vom Siliziumwafer zerstreut und dann auf der Oberfläche der Quarzglasplatte 1 adsorbiert. Das somit auf der Oberfläche der Quarzglasplatte 1 adsorbierte Cu wurde dann in das Innere der Quarzglasplatte 1 diffundiert, wurde jedoch eingeschlossen, als es in eine Tiefe von 150 nm bis 400 nm von der Oberfläche der Quarzglasplatte 1 diffundiert war.

Dann wurde ein anderes Experiment in derselben Weise wie oben erwähnt ausgeführt, außer daß die Konzentration an E'-Zentrum des E'-Zentrumsbereichs 2 verändert wurde. Als eine Folge wurde herausgefunden, daß die Menge an Cu, das in der Quarzglasplatte 1 eingeschlossen wurde, sich ebenfalls geändert hatte. Somit wurde ein Zusammenhang zwischen der Konzentration an E'-Zentrum und einer mittleren Konzentration an Cu (im folgenden als durchschnittliche Menge des aufgefangenen Cu's bezeichnet) in einem Bereich, der in einer Tiefe von 100 bis 400 nm von der Oberfläche der Quarzglasplatte 1 angeordnet ist, untersucht. In diesem Falle wurde die Konzentration an E'-Zentrum des E'-Zentrumsbereichs 2 mittels einer Elektronenspinresonanzanalyse gemessen.

Fig. 2 zeigt die Ergebnisse dieses Experiments. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wurde herausgefunden, daß, wenn die Konzentration an E'-Zentrum in der Quarzglasplatte 1 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr war, die mittlere Menge an aufgefangenem Kupfer stark erhöht war, und wenn die Konzentration an E'-Zentrum 7×10¹⁹ cm^-3 oder mehr war, sich die durchschnittliche Menge an aufgefangenem Kupfer weiter erhöhte.

Daher wird deutlich, daß bei der Verwendung einer Quarzglasplatte mit einer E'-Zentrumkonzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr, mehr bevorzugt 7×10¹⁹ cm^-3 oder mehr, die Kontamination eines Siliziumwafers aufgrund des in der Quarzglasplatte 1 enthaltenen Cu wirkungsvoll verhindert werden kann. In diesem Fall kann das in der Quarzglasplatte 1 enthaltene Cu dasjenige sein, das ursprünglich in der Quarzglasplatte vorhanden war, oder dasjenige sein, das von außerhalb gekommen ist und in das Innere der Quarzglasplatte 1 diffundiert ist.

In diesem Beispiel wurde eine Platte aus Quarzglas verwendet. Diese Erfindung ist jedoch auch auf andere Arten oder Formen anwendbar wie röhrenförmiges Quarzglas.

Beispiel 2

Fig. 3A und 3B sind Schnittansichten, welche die nacheinander ablaufenden Herstellschritte einer Quarzglasplatte gemäß einem zweiten Beispiel dieser Erfindung darstellen.

Zunächst ließ man, wie in Fig. 3A gezeigt ist, Quarz gemäß einem bekannten Verfahren schmelzen und dann wurde es abgeschreckt, um ein ursprüngliches Quarzglas 11 zu bilden. In diesem Beispiel wurde eine Platte aus ursprünglichem Quarzglas (eine ursprüngliche Quarzglasplatte) hergestellt. Jedoch ist diese Erfindung auch auf andere Typen von Formen wie röhrenförmiges Quarzglas anwendbar.

Nachfolgend wurden, wie in Fig. 3B gezeigt ist, Siliziumionen in die Oberfläche der ursprünglichen Quarzglasplatte 11 eingesetzt, um dabei einen E'-Zentrumsbereich 13 im Oberflächenbereich der ursprünglichen Quarzglasplatte 1 zu bilden und somit eine Quarzglasplatte herzustellen.

Dann wurde eine andere Quarzglasplatte in derselben Weise wie oben hergestellt, außer daß die Menge an eingesetzten Siliziumionen verändert wurde. Als Folge wurde herausgefunden, daß die Konzentration an E'-Zentrum sich ebenfalls änderte. Daher wurde die Beziehung zwischen der Konzentration an E'-Zentrum und der Menge an eingesetzten Siliziumionen untersucht.

Fig. 4 zeigt die Ergebnisse dieses Experimentes. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wurde herausgefunden, daß, wenn die Dosierung eingesetzter Siliziumionen 5×10¹⁴ cm^-2 oder mehr war, ein E'-Zentrumsbereich mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr im E'-Zentrum gebildet werden kann, und daß, wenn die Dosierung an eingesetztem Siliziumion 5×10¹⁶ cm^-2 oder mehr war, ein E'-Zentrumsbereich mit einer Konzentration von 7×10¹⁹ cm^-3 im E'-Zentrum gebildet werden kann.

Somit wird deutlich, daß durch das Einsetzen von Siliziumionen (Si⁺) bei einer Dosierung von 5×10¹⁴ cm^-2 oder mehr, mehr bevorzugt bei einer Dosierung von 5×10¹⁶ cm^-2 oder mehr, es möglich ist, eine Quarzglasplatte zu erhalten, die wirkungsvoll die Kontamination eines Siliziumwafers aufgrund von metallischen Verunreinigungen wie Cu, das im Inneren des Quarzglases vorhanden sein kann, verhindern kann.

In diesem Beispiel wurde das Siliziumion zum Zwecke des Bildens des E'-Zentrumsbereichs eingesetzt. Jedoch können andere Typen von Ionen wie Stickstoff, Kohlenstoff, Aluminium etc. gegen das Siliziumion ausgetauscht werden.

Der wesentliche Punkt liegt darin, ein Ion einzusetzen, das die Konzentration des E'-Zentrums im Inneren des ursprünglichen Quarzglases erhöhen kann und in das SiO₂-Gitter des ursprünglichen Quarzglases eintreten kann und nicht leicht nach außen diffundieren kann.

Beispiel 3

Nachfolgend wird ein Herstellverfahren für eine Quarzglasplatte gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert werden.

Zuerst wurde natürliches Quarzkristallpulver (Rohmaterial für Quarzglas) mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm und ein Siliziumpulver von hoher Reinheit mit einem Partikeldurchmesser von 100 µm ausreichend zusammen vermischt, um eine Mischung zu erhalten. Der Anteil von hochreinem Siliziumpulver wurde auf 0,1 Gew.-% festgelegt.

Dann wurde diese Mischung geschmolzen und abgeschreckt, um Quarzglas zu bilden.

Das hochreine Siliziumpulver kann anstelle des natürlichen Quarzglaspulvers mit einem gewöhnlichen Rohmaterial für Quarzglas wie einem synthetischen Silikapulver vermischt werden, das mit Hilfe eines Sol-Gel-Verfahrens oder aus Siliziumtetrachloridpulver zu erhalten ist.

Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, wie in Fig. 5 gezeigt ist, einen E'-Zentrumsbereich 22 zu bilden mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr an E'-Zentrum durch die gesamte Quarzglasplatte 21 hindurch. Wenn der E'-Zentrumsbereich 22 durch die gesamte Quarzglasplatte 21 gebildet ist, kann die Kontamination durch metallische Verunreinigungen wie Cu, das in dem Inneren der Quarzglasplatte 21 vorhanden ist, wirkungsvoller verhindert werden.

Es ist übrigens möglich, obwohl die Konzentration des hochreinen Siliziumpulvers auf 0,1 Gew.-% in diesem Beispiel festgelegt wurde, den E'-Zentrumsbereich 22 leicht mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr E'-Zentrum zu bilden, indem die Konzentration des hochreinen Siliziumpulvers auf nicht weniger als 0,01 Gew.-% festgelegt wird.

Allerdings kann es, wenn die Konzentration des hochreinen Siliziumpulvers 0,1 Gew.-% überschreitet, schwierig werden, einen stabilen Zustand des Quarzglases aufrecht zu erhalten, wodurch es schwierig wird, das Quarzglas als Baumaterial einer Wärmebehandlungsvorrichtung zu verwenden. Daher sollte die Konzentration des hochreinen Siliziumpulvers vorzugsweise im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% sein.

Fig. 6A zeigt ein Cu-Konzentrationsprofil, wenn der E'-Zentrumsbereich nur im Oberflächenbereich des Quarzglases gebildet wurde, wohingegen Fig. 6B ein Cu-Konzentrationsprofil zeigt, wenn der E'-Zentrumsbereich im gesamten Quarzglas gebildet wurde.

Beispiel 4

Fig. 7A und 7B sind Schnittansichten, welche die nacheinander ablaufenden Herstellschritte einer Quarzglasplatte gemäß eines vierten Beispieles dieser Erfindung zeigen.

Zunächst wurde, wie in Fig. 7A gezeigt ist, Quarz gemäß einem bekannten Verfahren geschmolzen und dann abgeschreckt, um ein ursprüngliches Quarzglas 31 zu bilden. In diesem Beispiel wurde eine Platte aus ursprünglichem Quarzglas (eine ursprüngliche Quarzglasplatte) hergestellt. Jedoch ist diese Erfindung auch auf andere Typen von Formen wie röhrenförmiges Quarzglas anwendbar.

Nachfolgend wurde, wie in Fig. 7B gezeigt ist, die Oberfläche der ursprünglichen Quarzglasplatte 31 mit einem Ultraviolettstrahl 32 mit einer Wellenlänge von 245 nm über eine Minute bestrahlt, wobei ein E'-Zentrumsbereich 33 mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr E'-Zentrum im Oberflächenbereich der ursprünglichen Quarzglasplatte 31 gebildet wurde und somit eine Quarzglasplatte hergestellt wurde. Als Ergebnis wurde beinahe derselbe Effekt wie jener von Beispiel 2 in diesem Beispiel erhalten.

In diesem Beispiel wurde der Ultraviolettstrahl mit dem Ziel bestrahlt, um den E'-Zentrumsbereich 33 zu bilden. Jedoch ist es auch möglich, anstelle von Ultraviolettstrahlen eine elektromagnetische Welle wie Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Laserstrahlen etc. oder einen Partikelstrahl wie Elektronenstrahlen zu verwenden.

Beispiel 5

Fig. 8A und 8B sind Schnittansichten, welche die nacheinander ablaufenden Herstellschritte einer Quarzglasplatte gemäß einem fünften Beispiel dieser Erfindung zeigen. Zunächst wurde, wie in Fig. 8A gezeigt ist, Quarz gemäß einem bekannten Verfahren geschmolzen und dann abgeschreckt, um ein ursprüngliches Quarzglas 41 zu bilden. In diesem Beispiel wurde eine Platte aus ursprünglichem Quarzglas (eine ursprüngliche Quarzglasplatte) hergestellt. Jedoch ist diese Erfindung auch auf andere Typen von Formen wie röhrenförmiges Quarzglas anwendbar.

Nachfolgend wurde, wie in Fig. 8B gezeigt ist, die Oberfläche der ursprünglichen Quarzglasplatte 41 einem Strahl von Siliziumkarbidpulver 42 mit einem Partikeldurchmesser von 80 µm über 10 Sekunden bei einem Druck von 3 kg/cm² ausgesetzt, um einen E'-Zentrumsbereich 43 mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr im E'-Zentrum im Oberflächenbereich der ursprünglichen Quarzglasplatte 41 zu bilden und somit eine Quarzglasplatte herzustellen. Als Ergebnis wurde beinahe derselbe Effekt wie jener im Beispiel 2 bei diesem Beispiel erhalten.

Beispiel 6

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich (Wärmebehandlungsofen) einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einem siebten Beispiel dieser Erfindung darstellt.

Ein erstes Merkmal dieses Beispiels liegt in der Verwendung eines röhrenförmigen Quarzglases, umfassend einen E'-Zentrumsbereich mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr E'-Zentrum, als eine Ofenröhre 51. Es ist bevorzugt, den E'-Zentrumsbereich über die gesamte Ofenröhre 51 zu bilden. Jedoch ist sie, selbst wenn der E'-Zentrumsbereich zumindest teilweise in der Ofenröhre 51 besteht, dahingehend wirkungsvoll, die Kontamination mit metallischen Verunreinigungen zu verbessern.

Die Ofenröhre 51 kann von einem zweilagigen Aufbau sein bestehend aus einem Quarzglas gemäß dieser Erfindung und einem Quarzglas gemäß dem Stand der Technik.

Wie in Fig. 10A gezeigt ist, kann nämlich die Innenwand der Ofenröhre 51 aus einem röhrenförmigen Quarzglas 51a aufgebaut sein, umfassend einen E'-Zentrumsbereich mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr im E'-Zentrum und die Außenwand der Ofenröhre 51 kann aus einem röhrenförmigen Quarzglas (gewöhnliches Quarzglas) 51b mit einer Konzentration von weniger als 3×10¹⁹ cm^-3 im E'-Zentrum bestehen.

Alternativ kann, wie in Fig. 10B gezeigt ist, die Innenwand der Ofenröhre 51 aus einem röhrenförmigen Quarzglas 51b bestehen und die Außenwand der Ofenröhre 51 kann aus einem röhrenförmigen Quarzglas 51a bestehen.

Ein zweites Merkmal der in Fig. 9 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung liegt im Vorsehen eines Gasstromdurchtritts zum Durchströmen eines nicht oxidierenden Gases 53, das 100 ppm oder weniger eines oxidierenden Gases enthält, der zwischen der Ofenröhre 51 und einer Wärmekompensationsröhre 52 gebildet ist, die so außen an der Ofenröhre 51 angeordnet ist, daß sie die Außenwand der Ofenröhre 51 in direktem Kontakt mit dem nicht oxidierenden Gas 53 hält. Das nicht oxidierende Gas 53 kann durch eine Gaseinlaßröhre 54 in den Gasstromdurchtritt eintreten und wird aus einer Gasauslaßröhre 55 abgeführt.

Der Grund dafür, die Menge an oxidierendem Gas in dem nicht oxidierenden Gas 53 zu begrenzen, ist jener, daß die Konzentration des E'-Zentrums im Quarzglas, welches die Ofenröhre 51 darstellt, durch eine Wärmebehandlung in einer oxidierenden Gasatmosphäre verringert wird. Spezielle Beispiele des nicht oxidierenden Gases 53 sind Stickstoffgas, Wasserstoffgas und ein Inertgas wie Argongas etc.

Die Referenzziffer 56 in Fig. 9 bezeichnet einen Susceptor. Andere Aufbauelemente, die nicht hierin gezeigt sind, können dieselben wie jene in der herkömmlichen Vorrichtung sein.

Das Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung dieser Wärmebehandlungsvorrichtung kann wie folgt ausgeführt werden. Ein Siliziumwafer (nicht dargestellt), der in die Ofenröhre 51 eingesetzt ist, wird durch eine Heizeinrichtung (nicht dargestellt) wärmebehandelt, während ein nicht oxidierendes Gas durch einen Durchtritt zwischen der Ofenröhre 51 und der Wärmekompensationsröhre 52, die außen an der Ofenröhre 51 angeordnet ist, mit einer Durchflußrate von 16 l/min zum Beispiel strömt.

Während dieser Wärmebehandlung werden die metallischen Verunreinigungen, die ursprünglich in der Ofenröhre 51 vorhanden waren, durch den E'-Zentrumsbereich im Quarzglas, das die Ofenröhre 51 darstellt, eingeschlossen und auch die metallischen Verunreinigungen, die von den Aufbauelementen (wie die Wärmekompensationsröhre 52) außer der Ofenröhre 51 desorbiert wurden und an der Außenwand der Ofenröhre 51 adsorbiert (gebunden) wurden, werden durch den E'-Zentrumsbereich im Quarzglas eingeschlossen, wenn die metallischen Verunreinigungen in das Innere der Ofenröhre 51 diffundieren.

Daher können die metallischen Verunreinigungen kaum von der Innenwand der Ofenröhre 51 desorbiert werden, wobei das Problem der Kontamination des Siliziumwafers aufgrund metallischer Verunreinigungen gelöst wird. Als Folge daraus kann der Schadensanteil der Halbleiterelemente in ausreichender Weise minimiert werden.

Des weiteren kann, weil ein nicht oxidierender Gasstrom in diesem Beispiel verwendet wird, die Verringerung des E'-Zentrumsbereichs im Quarzglas, das die Ofenröhre 51 darstellt, während der Wärmebehandlung wirkungsvoll verhindert werden. Als eine Folge daraus kann die Wirkung des Verhinderns der Desorption metallischer Verunreinigungen in ausreichender Weise während der Wärmebehandlung sichergestellt werden und somit kann jegliche Möglichkeit, daß ein Siliziumwafer durch metallische Verunreinigungen kontaminiert wird, extrem minimiert werden.

Darüber hinaus können die metallischen Verunreinigungen, die von der Beschichtungsröhre 52 abgegeben wurden, zusammen mit dem Strom an nicht oxidierendem Gas von der Gasausgangsröhre 55 zur Außenseite der Vorrichtung abgeführt werden. Dies stellt ebenfalls einen Beitrag zur Minimierung der Kontamination durch metallische Verunreinigungen dar.

Beispiel 7

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich (Wärmebehandlungsofen) einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einem siebten Beispiel dieser Erfindung darstellt. Dieselben Bereiche wie jene der Wärmebehandlungsvorrichtung in Fig. 9 sind durch dieselben Referenzziffern in Fig. 11 bezeichnet, wobei die detaillierten Darstellungen derselben ausgelassen werden (dieselben wie in den anderen Beispielen).

Die Merkmale der Wärmebehandlungsvorrichtung dieses Beispiels, die von dem sechsten Beispiel abweichen, sind diejenigen, daß eine zweilagige Röhre 57 als eine Ofenröhre verwendet wurde und daß ein Gasstromdurchtritt zum Strömen eines nicht oxidierenden Gases 53, das 100 ppm oder weniger eines oxidierenden Gases enthält, zwischen der inneren Röhre und der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 gebildet ist. Die zweilagige Röhre 57 besteht, wie im Falle der Ofenröhre 51, aus einem Quarzglas, das einen E'-Zentrumsbereich mit einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr im E'-Zentrum umfaßt.

Das Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung dieser Wärmebehandlungsvorrichtung kann wie folgt ausgeführt werden. Ein Siliziumwafer (nicht dargestellt), der in die zweilagige Röhre 51 eingesetzt wird, wird durch eine Heizeinrichtung (nicht dargestellt) wärmebehandelt, während man es einem nicht oxidierenden Gas gestattet, durch den Durchtritt zwischen der inneren Röhre und der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 mit einem Volumenstrom von 18 l/min zum Beispiel zu strömen.

Während dieser Wärmebehandlung werden die metallischen Verunreinigungen, die ursprünglich in der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 vorhanden waren, durch den E'-Zentrumsbereich in der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 aufgefangen, so daß die metallischen Verunreinigungen wesentlich daran gehindert werden können, in die innere Röhre der zweilagigen Röhre 57 von der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 zu diffundieren.

In ähnlicher Weise werden die metallischen Verunreinigungen, die von den Aufbauelementen (wie die Beschichtungsröhre 52) außer der zweilagigen Röhre 57 desorbiert wurden und an der Oberfläche der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 adsorbiert (angehaftet) wurden, durch den E'-Zentrumsbereich in der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 aufgefangen. Demgemäß können auch in diesem Fall die metallischen Verunreinigungen wesentlich daran gehindert werden, in die innere Röhre der zweilagigen Röhre 57 von der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 zu diffundieren.

Auf der anderen Seite werden die metallischen Verunreinigungen, die von der Oberfläche der äußeren Röhre der zweilagigen Röhre 57 desorbiert wurden und auf der äußeren Wand der inneren Röhre der zweilagigen Röhre 57 adsorbiert (gebunden) wurden, durch den E'-Zentrumsbereich in der inneren Röhre der zweilagigen Röhre 57 aufgefangen, wenn die metallischen Verunreinigungen in Richtung der inneren Wand der inneren Röhre diffundieren. Demgemäß können die metallischen Verunreinigungen wesentlich daran gehindert werden, von der inneren Röhre der zweilagigen Röhre 57 desorbiert zu werden.

Daher ist es nun gemäß diesem Beispiel möglich, das Problem der Kontamination des Siliziumwafers aufgrund metallischer Verunreinigungen in der zweilagigen Röhre 57 zu lösen. Zusätzlich werden nahezu dieselben Effekte erzielt, wie beim siebten Beispiel erzielt werden können. Dieses Beispiel kann verschiedentlich modifiziert werden wie in den Fällen der oben genannten Beispiele.

Beispiel 8

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich (Wärmebehandlungsofen) der Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einem achten Beispiel dieser Erfindung darstellt.

Der Hauptpunkt der Wärmebehandlungsvorrichtung dieses Beispiels, der von dem sechsten Beispiel abweicht ist, daß anstelle des Strömens eines nicht oxidierenden Gases, eine Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen verwendet wird.

Es ist nämlich ein Generator 58 für ultraviolette Strahlung so angebracht, daß er die Ofenröhre 51 umgibt. Dieser Generator für ultraviolette Strahlung kann ultraviolette Strahlen 58 mit einer Wellenlänge von 245 nm auf die Außenwand der Ofenröhre 51 strahlen.

Das Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung dieser Wärmebehandlungsvorrichtung kann wie folgt ausgeführt werden. Ein Siliziumwafer (nicht dargestellt), der in der Ofenröhre 51 eingesetzt ist, wird durch eine Heizeinrichtung (nicht dargestellt) wärmebehandelt, während ein ultravioletter Strahl 59 mit einer Wellenlänge von 245 nm auf die Außenwand der Ofenröhre 51 gestrahlt wird.

In diesem Fall erhöht sich als Folge der Bestrahlung des ultravioletten Strahls 59 die Konzentration des E'-Zentrums im Oberflächenbereich der Außenwand der Ofenröhre 51 oder es kann die Verringerung an Konzentration an E'-Zentrum angehalten werden.

Als eine Folge kann der Einfangeffekt metallischer Verunreinigungen im Oberflächenbereich der Außenwand der Ofenröhre 51 ausreichend während der Wärmebehandlung erhöht oder beibehalten werden. Demgemäß kann die Wirkung des Verhinderns der Desorption metallischer Verunreinigungen ausreichend erhöht oder beibehalten werden während der Wärmebehandlung, wodurch jegliche Möglichkeit der Kontaminierung eines Siliziumwafers mit metallischen Verunreinigungen herausragend minimiert wird.

In diesem Beispiel wurde ein Ultraviolettstrahl verwendet. Jedoch ist es auch möglich, anstelle von Ultraviolettstrahlen Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen zu verwenden. Der in diesem Beispiel zu verwendende Diffusionsofen kann ein Wärmebehandlungsofen vom Typ einer Wandheizung unter Verwendung einer Widerstandsheizung oder ein Wärmebehandlungsofen vom kalten Typ hauptsächlich unter Verwendung einer Infrarotheizung sein.

Diese Erfindung sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, daß sie auf die oben genannten Beispiele beschränkt ist. Zum Beispiel kann zusätzlich zu den oben genannten Wärmebehandlungsvorrichtung und Verfahren diese Erfindung auch auf eine Niederdruck-Verarbeitungseinrichtung oder ein entsprechendes Verfahren, wie eine LP-CVD-Vorrichtung oder ein Verfahren angewandt werden. Insbesondere ist diese Erfindung auf eine LP-CVD-Vorrichtung oder ein Verfahren zum Bilden eines Polysiliziumfilms, eines Oxidfilms, eines Nitridfilms etc. anwendbar. In diesen Fällen können diese Filme daran gehindert werden, mit metallischen Verunreinigungen kontaminiert zu werden.

Weiterhin kann diese Erfindung für eine epitaktische Wachstumsvorrichtung oder ein Verfahren verwendet werden. Insbesondere ist diese Erfindung auf eine epitaktische Wachstumsvorrichtung oder ein Verfahren zum Bilden eines epitaktischen Siliziumfilmes anwendbar. In diesem Fall kann der epitaktische Siliziumfilm daran gehindert werden, mit metallischen Verunreinigungen kontaminiert zu werden.

Diese Erfindung ist auch zusätzlich zu den filmformenden Vorrichtungen und Verfahren auf Vorrichtungen und Verfahren zum Verändern anwendbar. Insbesondere kann diese Erfindung bei einer Wasserstoffglühvorrichtung oder einem Verfahren zum Modifizieren eines Siliziumsubstrats verwendet werden. In diesem Fall kann das Siliziumsubstrat daran gehindert werden, mit metallischen Verunreinigungen kontaminiert zu werden.

Diese Erfindung ist auch anwendbar auf einen Quarzschmelztiegel, der beim Ziehen eines monokristallinen Siliziumsubstrats verwendet wird. In diesem Fall kann das monokristalline Siliziumsubstrat daran gehindert werden, mit metallischen Verunreinigungen kontaminiert zu werden.

Diese Erfindung kann verschiedentlich innerhalb des Umfangs dieser Erfindung modifiziert werden.

Wie oben erläutert wurde, ist es gemäß dieser Erfindung möglich, wirkungsvoll metallische Verunreinigungen einzuschließen, indem ein Bereich verwendet wird mit einem E'-Zentrum bei einer Konzentration von 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr (E'-Zentrumsbereich), so daß es nun möglich ist, Quarzglas bereitzustellen, das keine Kontaminationsquelle wird, selbst wenn das Quarzglas metallische Verunreinigungen enthält.

Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind dem Fachmann offensichtlich. Daher ist die Erfindung nicht auf die beispielhaften Ausführungsform beschränkt, die hierin gezeigt und beschrieben wurden.

Claims

1. Quarzglas, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Bereich (2) enthält, in dem eine Konzentration an E'-Zentrum gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist.

2. Quarzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des E'-Zentrums im Bereich von 3×10¹⁹ cm^-3 bis 1×10²² cm^-3 ist.

3. Quarzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an E'-Zentrum im Bereich von 7×10¹⁹ cm^-3 bis 1×10²² cm^-3 ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases umfassend die Schritte:
Formen eines ursprünglichen Quarzglases (11) durch das Schmelzen und Abschrecken eines Rohmaterials für Quarzglas; und
das Einsetzen darin eines Ions, das in ein SiO₂-Gitter des ursprünglichen Quarzglases eintreten kann und im wesentlichen nicht dazu in der Lage, nach außen zu diffundieren zu können, um eine Konzentration an E'-Zentrum in zumindest einem Teil (13) des ursprünglichen Quarzglases zu erhöhen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ion aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Stickstoff, Kohlenstoff und Aluminium ausgewählt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosierung des Ions 5×10¹⁴ cm^-2 oder mehr ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosierung des Ions im Bereich von 1×10¹⁵ cm^-2 oder mehr ist.

8. Verfahren zur Herstellung von Quarzglas gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosierung des Ions im Bereich von 1×10¹⁵ cm^-2 bis 1×10¹⁶ cm^-2 ist.

9. Verfahren zur Herstellung von Quarzglas gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an E'-Zentrum in den Bereichen (13) des eingesetzten Ions gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist.

10. Verfahren zur Herstellung von Quarzglas umfassend die Schritte:
Mischen von 0,01 bis 0,1 Gew.-% Silizium in ein Rohmaterial für Quarzglas;
Schmelzen des Rohmaterials für Quarzglas, das mit dem Silizium vermischt ist, um eine Schmelze zu erhalten; und
Abschrecken der Schmelze.

11. Verfahren zur Herstellung von Quarzglas gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an E'-Zentrum gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist.

12. Verfahren zur Herstellung von Quarzglas umfassend die Schritte:
Schmelzen eines Rohmaterials für Quarzglas, um eine Schmelze zu erhalten;
Abschrecken der Schmelze, um dabei ein ursprüngliches Quarzglas (31) zu erhalten; und
Bestrahlen des ursprünglichen Quarzglases mit ultravioletten Strahlen (32).

13. Verfahren zur Herstellung von Quarzglas gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an E'-Zentrum gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist.

14. Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases, umfassend die Schritte:
Schmelzen von Rohmaterial für Quarzglas, um eine Schmelze zu erhalten;
Abschrecken der Schmelze, um dabei ein ursprüngliches Quarzglas (41) zu bilden; und
Erzeugen eines Abriebsschadens an einer Oberfläche des ursprünglichen Quarzglases (41), indem ein Sandstrahl auf die Oberfläche des ursprünglichen Quarzglases (31) gerichtet wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an E'-Zentrum gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist.

16. Wärmebehandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
eine Ofenröhre (51), die aus Quarzglas gebildet ist, das einen Bereich umfaßt, in dem eine Konzentration an E'-Zentrum gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist; und
einer Heizeinrichtung, die um die Ofenröhre angebracht ist.

17. Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 16, weiter umfassend eine Einrichtung zur Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen, um Ultraviolettstrahlen auf die Ofenröhre zu richten.

18. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers, umfassend die Schritte:
Anordnen des Halbleiterwafers in einer Ofenröhre (51) , die aus Quarzglas gebildet ist, umfassend einen Bereich, in dem eine Konzentration des E'-Zentrums, gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse, 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist; und
Wärmebehandeln des Halbleiterwafers, während ein nicht oxidierendes Gas in solch einer Weise strömt, daß das nicht oxidierende Gas ist mit einer Außenwand der Ofenröhre direkt in Kontakt.

19. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konzentration an oxidierendem Gas, die in dem nicht oxidierenden Gas enthalten ist, 100 ppm oder weniger ist.

20. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers, umfassend die Schritte:
Anordnen des Halbleiterwafers in einer Ofenröhre (51), die aus Quarzglas gebildet ist, umfassend einen Bereich, in dem eine Konzentration an E'-Zentrum, gemessen mit Hilfe einer Elektronenspinresonanzanalyse, 3×10¹⁹ cm^-3 oder mehr ist; und
Wärmebehandeln des Halbleiterwafers, während ultraviolette Strahlen auf die Ofenröhre (51) gerichtet werden.