JP2013120755A - アンプル封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンプルの封止作業を自動で行うことができ、封止品質のバラツキを抑えることができるとともに封止の失敗もない。
【解決手段】石英製の一端開放の筒状アンプル１の開口を石英製の内蓋１５で閉鎖し、アンプル１内の真空空間内に拡散源と半導体基板を封止するアンプル封止装置であって、径方向対称位置に保持した一対のガスバーナ６Ａ，６Ｂをアンプル１回りに当該アンプル１に対し一定間隔をおいて旋回可能に保持する保持片５６と、一対のガスバーナ６Ａ，６Ｂをアンプル１の略半周で往復旋回させ、アンプル１筒壁をこれに対向する内蓋１５の外周面の径方向対称位置で連続的にガスバ−ナ６Ａ，６Ｂで溶融させて両者を溶着させアンプル１内を封止する旋回用モータ５１とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、石英製の筒状アンプル内に拡散源と半導体基板を封止する際に使用するアンプル封止装置に関する。

拡散源と半導体基板(ウエハ)を真空状態で封止して、高温に加熱することによって半導体基板内に不純物拡散を行うアンプルの一例が例えば特許文献１に記載されている。アンプルは不純物拡散時の汚染を避けるために石英製とされ、一端開放の筒状に成形されている。アンプルの開口は同じく石英製の内蓋で閉鎖されるが、この際、内蓋の外径をアンプルの内径よりもやや小さくして、これらの間に形成された間隙を通してアンプル内を真空引きするとともに、アンプル内が所定真空圧に至った段階で、アンプルの筒壁を外方からガスバーナで溶融させて、アンプル筒壁をこれに対向する内蓋外周面の全周へ溶着させ、これによりアンプル内を封止している。

特開平８−１８１０８４号

しかし従来は、ガスバーナを使用したアンプルの封止を専ら手作業で行っており、この封止作業は高度な技術を要するため作業者の熟練に時間を要するとともに封止品質のバラツキも大きいという問題があり、封止に失敗すると比較的高価なウエハやアンプルが無駄になるという問題もあった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、アンプルの封止作業を自動で行うことができ、したがって封止作業者の熟練を要さず、封止品質のバラツキを抑えることができるアンプル封止装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、石英製の一端開放の筒状アンプル（１）の開口を石英製の内蓋(１５)で閉鎖し、アンプル（１）内の真空空間内に拡散源(１４)と半導体基板（１３）を封止するアンプル封止装置であって、複数本のガスバーナ(６Ａ，６Ｂ)をアンプル（１）回りに当該アンプル（１）に対し旋回可能に保持する保持手段（５６）と、複数本のガスバーナ(６Ａ，６Ｂ)をアンプル（１）の周囲で往復旋回させ、アンプル（１）筒壁をこれに対向する内蓋(１５)の外周面で連続的にガスバ−ナ(６Ａ，６Ｂ)で溶融させて両者を溶着させアンプル（１）内を封止する旋回駆動手段（５１）とを具備するアンプル封止装置。

本第１発明において、アンプル内を真空排気した後、ガスバーナに着火するとともに旋回駆動手段によってこれらガスバーナを往復旋回させて、アンプル筒壁をこれに対向する内蓋の外周面で溶融変形させ溶着させてアンプル内を封止する。本第１発明によればアンプルの封止作業を自動で行うことができるから省力化が可能になるとともに、封止品質のバラツキが抑えられる。そして、アンプルは常に複数本のガスバーナによって加熱されるから、アンプルの一方のみが加熱されることによる過大な熱ストレスが加わらず、その破損を防止することができる。

本第２発明では、前記ガスバーナ(６Ａ，６Ｂ)をアンプル（１）の軸方向の一定範囲で周期的に往復動させる往復駆動手段(７１)をさらに設けた請求項１に記載のアンプル封止装置。

本第２発明においては、ガスバーナをアンプルの軸方向で一定範囲で往復動させているから、比較的小さな炎でアンプル筒壁と内蓋の外周面とを径方向対称位置で一定幅で溶融させることができ、熱ストレスの発生を抑えることができるとともに、アンプルの均一な封止が可能となる。

本第３発明では、内蓋（１５）の外周面に、当該外周面とアンプル（１）筒壁の対向間隔を一定にするように突起（１５１）を複数形成する。

本第３発明によれば、内蓋とアンプル筒壁との間に形成される間隙を平行に維持することができるから、安定した自動封止が可能となる。すなわち、アンプルと内蓋が部分的に線接触することが避けられるから、ガスバーナによる加熱温度むらが低減され、封止の失敗が防止される。

本第４発明では、アンプル（１）の開口縁を当接させる排気管（３２）の中心軸と同心の円上に周方向へ間隔をおいて複数の保持爪（４７２）を配設し、これら保持爪（４７２）の先端を、外方へドーム状に膨出する筒状アンプル（１）の閉鎖端（１１）の曲面形状に沿うような傾斜面に形成する。

本第４発明によれば、アンプルが常に芯出し状態で保持されるから、アンプルが大口径になりあるいは封止される半導体基板が増加する等によりアンプルの重量が増大しても、バーナ加熱時のその変形が防止される。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように本発明のアンプル封止装置によれば、アンプルの封止作業を自動で行うことができるから、封止作業者の熟練を要さないとともに、封止品質のバラツキを抑えることができる。

アンプルの縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるアンプル封止装置の部分断面全体側面図である。 本発明の一実施形態におけるアンプル封止装置の部分断面全体平面図である。

なお、以下にガスバーナが２本の場合の実施形態を説明する。本実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には本発明の封止装置で自動封止されるアンプル１の断面図を示す。アンプル１は一端が開口する石英製の筒体で、閉鎖端１１は外方へドーム状に膨出させられている。水平姿勢にしたアンプル１内には、上面に複数の平行溝１２１を形成した治具１２が収納されており、複数のＧａＡｓ等の半導体基板１３が上記各平行溝１２１に下縁部を挿入位置させて傾斜状態で起立支持されている。また、治具１２に近いアンプル１内にはＺnＡs2等の不純物の拡散源１４が置かれている。アンプル１内の開口部に近い位置に、アンプル１に比して筒部が短い相似形の石英製の内蓋１５が挿入されている。内蓋１５の筒外径はアンプル１の筒内径よりも２ｍｍ程度小さくしてある。そして、アンプル１の外周面には、軸方向の前後二ヶ所において、周方向のほぼ等間隔位置に各４個の高さ１ｍｍ程度の石英製の突起１５１が形成されている。これら突起１５１はほぼ同一高さで形成されており、サンプル１内に内蓋１５を挿入した状態で各突起１５１の先端がアンプル１筒壁の内周面に当接している。これにより、内蓋１５とアンプル１筒壁との間に形成される排気間隙Ｄが平行に維持されて、安定した自動封止が可能となる。なお、突起１５１は形成した方が好ましいが、形成しなくても本発明の特有の効果が損なわれることは無い。

図２にはアンプル封止装置の部分断面全体側面図を示し、図３にはその部分断面全体平面図を示す。平面視で長方形状の基台２上には一方の端部に、真空ポンプを内設した真空排気装置３が設けられている。真空排気装置３の矩形の筐体３１からは上方へ排気管３２が延び、排気管３２は途中で基台２の中央方向へ水平に屈曲している。そして、排気管３２の水平部の先端開口に、上述した内蓋１５を挿入したアンプル１が、その開口を排気管３２に連通させて公知の構造によって外気に対し気密的に装着されている。なお、アンプル１内に置かれた半導体基板１３や拡散源１４は図示を省略してある。真空排気装置３を作動させることによって、上述した排気間隙Ｄ（図１）を経てアンプル１内が1×１０-4Ｐａ程度の高真空に排気される。

基台２の他方の端部上にはバーナ駆動装置４が設けられている。バーナ駆動装置４は矩形の架台４１を備えており、架台４１上には水平移動機構４２（図２）が設けられている。水平移動機構４２は回転ハンドル４２１と、当該ハンドル４２１によって正逆回転させられるネジ軸４２２を備えており、当該ネジ軸４２２に移動ベッド４３のナット部４３１が螺合させてある。移動ベッド４３は平面視で矩形をなし、その両側下面が、基台の長手方向へ延びる平行なガイドレール４４に摺動可能に係合している。このような構造により、回転ハンドル４２１を正逆回転操作すると、これに応じて移動ベッド４３が基台２の長手方向へ一定範囲で前後移動させられる。

移動ベッド４３上には支柱４５が回転可能に立設されており、側面視でＬ字状に屈曲成形された支持フレーム４６の下端水平壁４６１が支柱４５上に固定されている。支持フレーム４６の垂直壁４６２には水平姿勢で支持シャフト４７が貫設してあり、支持シャフト４７の中心軸は排気管３２の水平部の中心軸と同軸となっている。支持シャフト４７の先端には円筒形の保持体４７１が装着されており、保持体４７１には周方向の複数箇所に保持爪４７２が突出形成してある。各保持爪４７２の先端は上記アンプル１の閉鎖端１１の曲面形状に沿った傾斜面としてあり、回転ハンドル４２１を回転操作して移動ベッド４３上の支持シャフト４７を排気管３２水平部に向けて接近移動させることにより、保持爪４７２と排気管３２水平部との間にアンプル１が芯出しされた状態で挟持され水平姿勢に保持される。

上記支持フレーム４６の垂直壁４６２には支持シャフト４７の下方位置にバーナ旋回用のモータ５１が水平姿勢で取り付けられている。垂直壁４６２を貫通するモータ５１の回転軸には小径ギア５２が取着してあり、当該小径ギア５２は大径ギア５３に噛合している。大径ギア５３は、支持シャフト４７の外周に回転自在に装着された筒状の第１鞘体５４の外周に固定されている。第１鞘体５４の外周にはさらに筒状の第２鞘体５５が装着されており、第２鞘体５５は第１鞘体５４に対してこれと一体に回転しかつ軸方向へは相対移動可能に係合している。第２鞘体５５の先端部外周には１８０度離れた径方向の対称位置にそれぞれ保持片５６が設けられて、これら保持片５６にガスバーナ６Ａ，６Ｂの基端が保持されている。

上下の各バーナ６Ａ，６Ｂは水平に延び、先端部は互いに対向する下方および上方へ屈曲して、一対のバーナ６Ａ，６Ｂの各先端６１が、水平に支持されたアンプル１の、内蓋１５との溶着必要部に、径方向の対称位置で近接している。上記各バーナ６Ａ，６Ｂへは供給管６２によって酸素と水素が供給されている。これら各バーナ６Ａ，６Ｂへの酸素と水素の供給ないしその停止は図略の電磁弁により行われ、その供給量はバーナ駆動装置４の架台４１側面に設けたマスフローメータ６３により確認することができる。

支持シャフト４７の基端部上方位置にはバーナ往復動用のモータ７１が設置されている。モータ７１の回転軸と一体に回転する円形ブロック体７２の端面には偏心位置にリンクアーム７３の一端が回動可能に連結されており、リンクアーム７３の他端は、揺動体７４から水平に延びる操作アーム７５の一端に回動可能に連結されている。

揺動体７４は全体が略門形状に成形されて、上端中央部が上方へ突出し、当該突出部が、支持フレーム４６の上端から水平に突出させたブラケット４６３に設けた支軸４６４に回動自在に連結されるとともに、上記突出部に操作アーム７５の他端が固着されている。そして、下方へ延びる揺動体の両脚部７４１（図２は一方のみ示す）の、各先端に設けたガイド片が、第２鞘体５５の基端部全周に形成された凹状ガイド部５６１内に位置させられている。これにより、上記モータ７１を回転させるとリンクアーム７３が略直線往復動し、操作アーム７５を介して揺動体７４が図２の左右方向へ揺動して、これに伴って第２鞘体５５が軸方向へ一定範囲で往復移動させられる。

以上の構造により、モータ５１，７１を同時に作動させると、ガスバーナ６Ａ，６Ｂは支持シャフト４７の軸、すなわちアンプル１の軸回りに当該アンプル１の溶着予定部外周と一定距離を保った状態で旋回し、かつこの旋回の間に軸方向の一定範囲で周期的に直線往復動させられる。なお、ガスバーナ６Ａ，６Ｂの旋回は１９０度で逆転するように設定されている。

移動ベッド４３上に回転ハンドル８１が設けてあり、当該回転ハンドル８１から延びるネジ軸８２(図３)が移動ベッド４３上をその移動方向と直交する方向へ延びている。ネジ軸８２にはナット部材８３が設けてあり、当該ナット部材８３は支柱４５の周面から水平に突出させた操作軸４５１に対し軸方向へ相対摺動可能に結合されているとともに、ネジ軸８２に対して相対角度可変となっている。これにより、回転ハンドル８１を操作してナット部材８３を図３に示す原位置から図の下方へ移動させると、これに応じて支柱４５が図３で半時計方向へ回転し、これに伴ってガスバーナ６Ａ、６Ｂ（および支持シャフト４７（図２）が同方向へ旋回させられて、平面視でアンプル１の軸線に一致する図３に示す使用位置から、側方へ退避させられる（鎖線）。このような構造により、アンプル１を排気管３２の先端開口へ装着しあるいは先端開口から離脱させる際にはガスバーナ６Ａ，６Ｂを退避位置へ旋回させておけば、作業の邪魔にならない。

なお、真空排気装置３の上方位置には前後（図３の上下）と上方を覆うスライド式の透明な安全カバー９１が設置されており、ガスバーナ６Ａ，６Ｂによるアンプル１の溶着作業時には、アンプル１全体を覆うように安全カバー９１を前進移動させておく(図９の鎖線)。また、安全カバー９１とは反対側の基台２の側縁には、モータ制御回路等を内設した配電盤９２が設けられている。

以上の構成を備えたアンプル封止装置でアンプル１の封止を行う場合には、ガスバーナ６Ａ，６Ｂを外方の退避位置へ旋回させておき、この状態で内蓋１５を挿入したアンプル１の開口を排気管３２の開口に装着する。その後、回転ハンドル８１を操作してガスバーナ６Ａ，６Ｂを使用位置へ戻し旋回させ、この状態で回転ハンドル４２１にてガスバーナ６Ａ，６Ｂを支持シャフト４７とともにアンプル１に向けて前進移動させて、支持シャフト１先端の保持体４７１をアンプルに当接させ排気管３２との間で芯出し状態で挟持させる。

この状態で真空排気装置３の真空ポンプを作動させてアンプル１内の真空排気を行う。所定時間経過後にガスバーナ６Ａ，６Ｂへの酸素と水素の供給を開始してこれを着火させる。その後、自動スイッチ（図示略）を投入してモータ制御回路によってモータ５１，７１を作動させ、一対のガスバーナ６Ａ，６Ｂを前後（図２の左右）に往復動させつつ１９０度旋回させて、アンプル１の内蓋１５との溶着予定部を全周に亘って溶融させ、アンプル１の筒壁をこれに対向する内蓋１５の外周面に連続的に溶着させてアンプル１内を封止する。

この際、アンプル１は常に径方向対称位置が一対のガスバーナ６Ａ，６Ｂで加熱されるから、アンプル１に過大な熱ストレスが加わることがなく、アンプル１の破損が防止される。加えて、溶着時にガスバーナ６Ａ，６Ｂを一定範囲で周期的に前後動させているから比較的小さな炎で一定幅の溶着予定部を溶融させることができ、これによっても熱ストレスの発生を抑えることができるとともに、アンプル１の均一な封止が可能となる。なお、上記実施形態のようにガスバーナを一対とした方が、ガスバーナへの酸素や水素の供給量やガスバーナの動作等を制御しやすいが、ガスバーナを３本以上設けても、もちろん良い。

１…アンプル、１３…半導体基板、１４…拡散源、１５…内蓋、５１…モータ（旋回駆動手段）、５６…保持片（保持手段）、６Ａ，６Ｂ…ガスバーナ、７１…モータ（往復駆動手段）。

Claims (4)

1. 石英製の一端開放の筒状アンプルの開口を石英製の内蓋で閉鎖し、前記アンプル内の真空空間内に拡散源と半導体基板を封止するアンプル封止装置であって、複数本のガスバーナを前記アンプル回りに当該アンプルに対し旋回可能に保持する保持手段と、前記複数本のガスバーナを前記アンプルの周囲で往復旋回させ、アンプル筒壁をこれに対向する内蓋の外周面で連続的に前記ガスバ−ナで溶融させて両者を溶着させ前記アンプル内を封止する旋回駆動手段とを具備するアンプル封止装置。
2. 前記ガスバーナを前記アンプルの軸方向の一定範囲で周期的に往復動させる往復駆動手段をさらに設けた請求項１に記載のアンプル封止装置。
3. 前記内蓋の外周面に、当該外周面と前記アンプル筒壁の対向間隔を一定にするように突起を複数形成した請求項１又は２に記載のアンプル封止装置。
4. 前記アンプルの開口縁を当接させる排気管の中心軸と同心の円上に周方向へ間隔をおいて複数の保持爪を配設し、これら保持爪の先端を、外方へドーム状に膨出する前記筒状アンプルの閉鎖端の曲面形状に沿うような傾斜面に形成した請求項１ないし３のいずれかに記載のアンプル封止装置。

Images