JP2884553B2 - 半導体熱処理用石英ガラス製品の製造方法 - Google Patents

半導体熱処理用石英ガラス製品の製造方法

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朗 藤ノ木
恭一 稲木
透 横田
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  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体熱処理用石英ガラ
ス製品を製造する方法に係り、特に多数枚のウエーハを
縦方向に若しくは横方向に列設した状態で炉心管内で熱
処理を行う石英ガラス製ウエーハボートの溝ピッチをそ
の後の熱処理においても狂いが生じることなく精度よく
加工し得る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より例えば横置きに配置した炉心管
内に半導体ウエーハを収容する為用いられるウエーハ支
持ボートは一般に、石英ガラス棒を用いて船型構造の枠
組を形成するとともに、該枠組内側に長手方向に所定間
隔存して多数のウエーハ支持溝を作成し、該ウエーハ支
持溝上に多数枚の半導体ウエーハをほぼ直立させて列設
配置させる構成を採るものが多い。(特開昭56-145123
号)
【0003】又、例えば特開昭60- 243272号に示す如
く、前後両端側開口を端板にて閉塞して密封構造とした
円筒体を、軸方向に沿って二つに分割して半円筒状の二
つ割り構造とするとともに、その下側半円筒体の内周面
側に複数のレール部材を平行に固設させ、該板状部材上
に、ウエーハを直立支持させる為のウエーハ支持溝を軸
方向に沿って多数個形成し、そして更に該支持溝間の上
下両半円筒体周囲及び端板縁面近傍に多数の処理ガス通
孔を穿設し、該処理ガス通孔よりウエーハを配置した円
筒体内に反応ガスが侵入するように構成したウエーハ支
持ボートも存在する。
【0004】更に縦型構造の炉心管内に半導体ウエーハ
を収容する為用いられるウエーハ支持ボートは、図2に
示すように、上下に配設した円板状の端板101、10
2間に、内部に円形空間が形成できるようにその周縁側
に片側によせて3から4本のロッド104を直立させて
その両端に前記端板101、102を固着すると共に、
該ロッド104の内周側に上下方向に多数のウエーハ支
持溝103を作成し、該ウエーハ支持溝103に囲まれ
る内部空間上に多数枚の半導体ウエーハ(不図示)を積
層配置させる構成を採るものが多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そしてこれらの支持ボ
ートはいずれも省人化と不必要な塵埃の付着を防止する
ために、前記多数枚のウエーハを自動装填によりウエー
ハ支持溝上に載置する構成を取るために前記支持溝ピッ
チは所定の寸法公差にて精度よく形成する必要がある
が、前記ボートは予め石英棒単独に切削加工にて支持溝
刻設後、この溝切り棒を酸水素炎を用いた火加工等を利
用して前記した各形状に組み付けるものと、もうひとつ
は前記した石英ガラス棒や端板等を用いて所定形状に組
み上げてから支持溝を刻設する方法があるが、いずれの
方法においても歪除去等の為に最終製品として出荷前に
アニール処理等の熱処理を行う必要がある。この為、特
に溝を切った棒を組み付ける方法において、溝切り時に
材料が持っている仮想温度と、前記熱処理後設定される
仮想温度に差があるため溝棒に伸縮が発生し、切削加工
にて精度よく支持溝を刻設した場合においても溝切り時
には公差内に納っていたものが最終製品では公差から外
れることが間々起っている。本発明はかかる従来技術の
欠点に鑑み最終製品において精度よく公差内に収める事
の出来る半導体用石英ガラス製品、特にウエーハボート
の製造方法を提供する事を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は前記ウエーハ
支持溝刻設時点とアニール処理後の最終製品における寸
法狂いが、前記支持溝刻設時点における石英ガラス材の
仮想温度(FT1)と、最終製品における仮想温度(F
2)差に起因することを知見し、かかる知見に基づい
て発明に至ったものである。
【0007】即ち本発明は、石英ガラス材の複数の部位
に所定の加工を施した後、一又は複数の熱処理を行なっ
て目的とする半導体熱処理用石英ガラス製品を製造する
方法において、前もって熱処理を行なうか、若しくは該
石英ガラス材製造時における温度/時間制御により前記
石英ガラス材の仮想温度(FT1) と、又前記最終製品
において設定される仮想温度を(FT2) とをほぼ一致
させた石英ガラス材を用いて、前記複数部位の加工を行
なうことを特徴とするものである。尚、本発明は前記ウ
エーハボートのみならず、炉心管フランジ間の距離の様
に、石英ガラス材の複数の部位に所定の加工を施した
後、一又は複数の熱処理を行なって目的とする半導体用
石英ガラス製品を製造する方法にも適用可能である。
【0008】
【作用】本発明に至った経過を順を追って説明する。先
ずウエーハボートを構成する、石英ガラス棒や石英ガラ
ス板は一般に酸水素火炎や電気抵抗発熱体により、原料
の水晶粉を1900〜2100℃の温度で溶融して石英
ガラスインゴットや石英ガラスブロックを製造し、これ
を加工して石英ガラス棒や石英ガラス板を作成する。そ
して前記石英ガラス棒や石英ガラス板はいずれも190
0〜2100℃の温度で溶融しその後自然放冷により冷
却固化するものである為に、必然的に仮想温度が高くな
り、一般に1500℃前後の仮想温度となる。
【0009】この仮想温度とは、例えばガラスを転移温
度領域若しくはそれ以上の温度領域、例えばT1から激
しく急冷すると、温度T1に対応する原子配列や密度が
凍結されたまま常温まで冷却され、この場合この温度T
1を仮想温度という。
【0010】一方仮想温度の違いは原子配列及び密度の
違いとして表われるが、これは引いては石英ガラス材自
体の収縮及び膨張量の差として表われる。即ち前記ウエ
ーハ支持溝の溝切り時に材料が持っている仮想温度とそ
の後の火加工・アニールによって設定される仮想温度に
差があれば溝切りを行なった石英ガラス棒に伸縮が発生
し、溝ピッチ・累積溝ピッチ等が溝切断時から変化す
る。
【0011】特に自動装填を行なう場合の機種において
は、前記累積溝ピッチについてはその公差が500〜8
00mmの石英ガラス棒において±0.1mmであるこ
とが多く、仮想温度の変化量が多い場合、それに伴い変
化量も大きく、溝切り時には公差内に納まっていたもの
が最終製品では公差から外れることが間々起こってい
る。溝切り時に材料が持っている仮想温度とアニールに
よって設定される仮想温度に差が生じ、そのため前記支
持溝が刻設される石英ガラス棒に伸縮が発生し溝幅、溝
ピッチ、累積溝ピッチ等が溝切断時と違いが生じる結
果、最終製品が不合格になり収率が低くなる。
【0012】そこで、予め溝を切る石英ガラス棒の仮想
温度と、推定される最終製品時の仮想温度とをほぼ一致
させることが出来れば、溝切り時点の寸法がそのまま最
終製品時には累積溝ピッチが公差内に納まるようにする
ことができる。具体的には前記石英ガラス材に支持溝加
工を行なう前にアニール処理と同様な前熱処理を行なっ
てもよく又石英ガラス材製造時における熱処理温度、冷
却温度及びその冷却時間を制御する事により前記石英ガ
ラス材の仮想温度(FT1)とを、ほぼ一致させる事に
より前記石英ガラス材に支持溝加工を行った時点の溝ピ
ッチ幅は、その後のボート組立時の火加工及びアニール
処理による仮想温度の変化に伴い、累積溝ピッチ等が変
化しても、最終製品時には溝切り前に設定した仮想温度
に戻るため、最終製品時点で実質的に同一の溝ピッチ幅
を得ることが出来るものである。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。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。図2は本発明が適用される縦型ウエーハボート1
00で、上下に配設した円板状の端板101、102間
に、内部に円形空間105が形成できるようにその周縁
側に片側によせて3から4本の石英ガラス棒104を直
立させてその両端に前記端板101、102を固着する
と共に、該石英ガラス棒104の内周側に上下方向に多
数のウエーハ支持溝103を削成し、該ウエーハ支持溝
103に囲まれる内部空間上に多数枚の半導体ウエーハ
(不図示)を僅かに水平位置より上向きに傾かせて積層
配置させる構成を採る。
【0014】かかるボートにおいて 溝切り前の前記石
英ガラス棒104は原料の水晶粉を1900〜2100
℃の温度で溶融して製造した石英インゴットを1900
〜2100℃の温度で溶融/自然放冷しながら引出して
例えば20φの石英ガラス棒104を得るものであり、
その仮想温度を測定した所、1500℃であった。次に
前記石英ガラス棒104を実際にボートを作成する時と
同じ熱処理条件、1080〜1150℃にて所定時間熱
処理した後徐冷して、一部をサンプリングして仮想温度
を測定したところ1200℃であった。
【0015】尚、仮想温度の測定はラマン分光光度計に
基づいて測定する。即ちその測定方法を説明するに、先
ず比較サンプルとしてOH基500(wt・ppm)程
度の合成シリカガラスの小片(5cm角、長さ20m
m)を用意し、この小片を例えば1200℃で2時間加
熱した後水中急冷したサンプル1、1000℃で20時
間加熱した後水中急冷したサンプル2、900℃で12
0時間加熱した後水中急冷したサンプル3を生成し、8
00℃で1200時間加熱した後水中急冷したサンプル
4を生成しこれらのサンプルを夫々ラマン分光光度計で
150〜650cmー1の範囲を測定し、下記の3つのピ
ークを測定する。
【0016】 150〜650cmー1(W1、ピーク面積AW1)、 470〜520cmー1(D1、ピーク面積AD1) 580〜640cmー1(D2、ピーク面積AD2) 次にこれらの3つのピーク面積からD2のピーク面積の
比(I)を求める。 I={AD2/(AW1ーAD1ーAD2)} この(I)と仮想温度との関係をグラフに示し、標準線
(検量線)として仮想温度が分らないサンプルのIから
仮想温度を推測するものである。
【0017】そこで本実施例においては前記石英ガラス
棒を前もって前記アニール処理と同様に1080〜11
50℃にて所定時間(10時間程度)熱処理した後徐冷
して仮想温度が1200℃の石英ガラス棒を前もっで製
作した後、前記石英ガラス棒104を図1に示すように
支持溝103の溝ピッチ幅を6mm,溝数を132溝、
累積ピッチを789mm±0.1mmに設定して所定の
溝切りを行なった後、酸水素溶接にて前記端板101、
102を組み付けた後、1080〜1150℃にて所定
時間熱処理してアニール処理をした後徐冷して最終製品
を得る。
【0018】この最終製品と前記アニール処理前の溝切
り時点の累積ピッチを測定したところ、溝切り時点の累
積ピッチが786.01mm、最終製品の累積ピッチが
785.960mmと、その差が−0.05mmとその
変化率が極めて僅少であり、累積ピッチ公差±0.1以
内に収めることができた。一方前記前熱処理を行なわな
い仮想温度が1500℃の石英ガラス棒を用いて同様な
溝切り、組み付け、アニール処理をして最終製品を得た
ものについて、この最終製品と前記アニール処理前の溝
切り時点の累積ピッチを測定したところ、溝切り時点の
累積ピッチが786.02mmであったものが、最終製
品の累積ピッチが786.260mmと、その差が+
0.24mmとその変化率が大きく、累積ピッチ公差±
0.1を超えてしまった。従ってかかる実施例にて本発
明の理論が正しいことが実証された。
【0019】
【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、石英
ガラス材の複数の部位に所定の加工を施した後、一又は
複数の熱処理を行なって目的とする半導体用石英ガラス
製品を製造する方法において、前記熱処理前後の仮想温
度が異なっても最終製品において精度よく公差内に収め
る事の出来る半導体用石英ガラス製品、特にウエーハボ
ートを得ることが出来、これによりいままで最終製品が
公差を外れ、製品として不合格となることがなくなり、
収率が向上する。等の種々の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2の石英ガラス棒のウエーハ支持溝の拡大図
である。
【図2】本発明が適用されるウエーハボートの斜視図で
ある。
【符号の説明】
100 縦型ウエーハボート 101、102 端板 104 石英ガラス棒 103 ウエーハ支持溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲木 恭一 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信 越石英株式会社 石英技術研究所内 (72)発明者 横田 透 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信 越石英株式会社 石英技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/22 C03B 20/00 C03B 32/00 H01L 21/68

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英ガラス材の複数の部位に所定の加工
    を施した後、一又は複数の熱処理を行なって目的とする
    半導体熱処理用石英ガラス製品を製造する方法におい
    て、前記石英ガラス材製造時における温度/時間制御、若し
    くは前記石英ガラス材製造後で前記所定の加工を施す前
    に熱処理を行なうことにより、 前記石英ガラス材の仮想
    温度(FT1) と、前記最終製品において設定される仮
    想温度(FT2) とをほぼ一致させた石英ガラス材を用
    いて、前記複数部位の加工を行なうことを特徴とする半
    導体用石英ガラス製品の製造方法。
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