JPH02283015A - 半導体製造装置若しくは治具用石英ガラス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は少なくとも一面側が略１０００℃以上の高温下
に曝される半導体製造装置若しくは治具を製造する為に
用いられる石英ガラス体に係り、特にウェーハの高温反
応処理に用いられるポート、炉芯管、搬送治具、更には
単結晶引上げ用ルツボとして適用される石英ガラス体に
関する。

「従来の技術」 従来より１例えば高温雰囲気下において半導体ウェーハ
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ェ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ポート、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
高純度の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ポート等の高純度石英
ガラス材は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ポ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、前記変形により該ポートｔに支持塔載されてい
るウェーハ等の倒れや変形等が生じ製品歩留まりが低下
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
体を内挿されたポ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、前記両部材間にクツショ
ン効果を有する耐熱性粉末を充填した装置（実開昭５８
−１８８０３２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ェ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間の内部に、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６０−１５３３１３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。

そこで前記のように複数の部材を用いて耐熱性をもたす
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ガラス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５８−
１４５１２３号）が、かかる表層部に透明石英ガラス層
を有する結晶質石英体であっても、複雑な熱加工による
加熱や、溶接による加熱により、内層部の結晶質石英体
部まで透明石英ガラス化が進み結果的に加工加熱部では
結晶質石英体としての耐熱性の効果がなんら得られない
などの問題があった。

又、かかる従来技術においての非加工部であっても表層
に形成された透明石英層が薄層である為に、ウェーハ支
持ポートのように周面にウェ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、熱処理時にこれの残留物が漏出してらがウェーハ表
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
−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、熱加工により耐熱性が損
なわれずしかも熱加工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、これによりウェ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
の出来る石英ガラス体を提供する事にある。

「課題を解決する為の手段」 本発明は、下記実施例に示すように例えば、公知の合成
石英ガラスの製造法であるスート法やＶＡＤ法及びゾル
ゲル法若しくは高純度の石英管内に所定の混合粉末を充
填した状態で加熱延伸する事により石英ガラス体の全域
若しくは所定方向に沿って連設する内域又は表層に、シ
リコンカーボン、若しくはこれらの化合物からなる耐熱
性微粉末又は耐熱繊維を所定割合で分散（以下線分散個
所を分散部位という）させた事を特徴とするものである
。

「作用」 本発明は、高純度の例えば１１５０℃前後で軟化し易い
合成石英ガラスを用いた場合でも、該石英ガラス中にシ
リコン、カーボン、若しくは炭化珪素等の耐熱性微粉末
を所定割合で分散させる事により見掛は上の粘度が向上
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を得る事が出来る。

又シリコン、炭化珪素等は前記したように石英ガラスに
比して熱膨張率が異なる為に、前記した従来技術のよう
にこれを芯体状に封入した場合には当然に熱膨張率の差
により石英ガラス側に割れ等が生じてしまうが、本発明
は前記耐熱材を微粉末化又は繊維化して石英ガラス体内
に一体的に分散した為に、該粉末体又は繊維体それ自体
の膨張程度は無視し得る程小さくなる為に、石英ガラス
側に割れ等が生じる恐れがなくなる。

この場合前記粉末体の粒径又は繊維体の線径が余りに大
きいと、又粉末体又は繊維体の分散割合が大になると、
石英ガラス側に割れ等が生じる場合がある為に、前記微
粉末又は繊維の分散割合が５重量％以下で且つその粒径
は！００４　ｍ以下に設定するのがよい、又、前記微粉
末又はｍ、＊の分散割合が０．０１重量％以下になると
、微粉体又は繊維体の分散効果が低下し、高温雰囲気下
での耐熱性強度が低下してしまう為に前記分散割合は０
．０１〜５重量％に設定するのがよい。尚前記微粉体の
形状は極力突起を有さない球形状に形成するのが熱膨張
による石英ガラスの割れ等を防止する上で好ましい。

又シリコン、炭化珪素等はウェーハ表面の生成膜に悪影
響を与える半導体前でない為に、前記分散部位が表面上
に露出した場合でも製品歩留まりが低下する事はない。

従って目的とする石英治具に合わせて前記分散部位を石
英ガラス体の表面層、内部若しくは全域に亙って形成す
る事が可能となるが、前記耐熱強度を増大させるという
前記効果を円滑に達成するには、例えば軸状３円筒状に
形成した石英体の場合はその前記分散部位を軸方向に沿
って、又半球状若しくは板状体の場合はその面方向に沿
って夫々延設させる必要がある。

更に前記分散部位は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、耐熱性を損なうこ
となく複雑形状の治具更には大型の治具の形成も可能で
ある。

又前記分散部位は後記実施例に示すように製造方法の選
択により必ずしも中実体のみではなく、多数の微小空隙
を有するポーラス状に形成する事も可能である。

「実施例」 以下本発明の実施例による石英ガラス体を製造方法に基
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材質、配
合割合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。

先ず公知の合成法に基づいて高純度の中空円筒状の石英
ガラス管１２を製造した後、その一端側を封止し他端側
より下記の混合粉１３を充填する。

前記内部に充填する混合粉１３は、高純度の合成石英ガ
ラス粉内に粒径を５〜８０ＪＬ腸程度に調整した炭化珪
素ＳｉＣ粉を１〜２重量％、５重量％、１０重量％だけ
夫々均一に混合して形成したものを用意する。

そして前記混合粉を充填した石英ガラス管１２は、第１
図（ｂ）に示すように耐熱性支持部材１Ｇを用いて両端
支持を行い１石英ガラス管１２の開口側に減圧装置１７
を接続する。そして前記石英ガラス管１２をゆっくり回
転させ、先の減圧装置１７より減圧しながら酸素−水素
ガスバーナー１５により石英ガラス管１２端側を２００
０℃前後まで加熱した後、前記耐熱性支持部材ＩＢを介
してその一端側を引張して延伸し、細径化された石英ガ
ラス棒ＩＡを形成する。

そしてこのように形成された石英ガラス棒ＩＡの断面構
造を見ると石英ガラス管ｌＯの中にＳｉＣ粉２が均等に
分散されたポーラス状の耐熱性分散部位１１が一体的に
形成されているのが確認出来た。

又、同様な方法で、前記炭化珪素ＳｉＣ粉の代わりに線
径が５〜８０体層の炭化珪素ＳｉＣ繊維を用いた場合で
も、同様に石英ガラス棒の断面構造を見ると石英ガラス
管の中にＳｉＣ＠維が均等に分散されたポーラス状の耐
熱性分散部位が一体的に形成されているのが確認出来た
。

次に前記分散部位ｌｌ内にＳｉＣ粉を１〜２重量％、　
５重量％、１０重量％夫々含有させた石英ガラス棒ＩＡ
を各５木づつ１３００℃の加熱炉内で１０時間加熱した
後室温　（約２０℃）まで徐冷して再び１３００℃の加
熱炉内で１０時間加熱するサイクルを１０回繰り返した
所、１０重量％含有させた石英ガラス棒ＩＡについては
５本中２本についてクラックが入っているものが確認さ
れた。

次に粒径が１１０−１５０ルｌのＳｉＣ粉を１〜２重量
％分散混合したものを１３００℃の加熱炉内で１０時間
加熱した後室温（約２０℃）まで徐冷して再び１３００
℃の加熱炉内で１０時間加熱するサイクルを１０回繰り
返した所、全ての石英ガラス棒！Ａについてクラックが
入っている事が確認された。

第２図は、前記ＳｉＣ粉２が全域に分散された中実状の
石英ガラス体ＩＢを製造する方法で、第２図（ｂ）に示
すように四塩化珪素５ｉＣＩ４を酸素−水素炎で燃焼す
るバーナー２１と該５ｉＣＩ４を一酸化炭素一酸素炎で
燃焼するバーナー２２によるＭＡＤ法で、原料ガス及び
燃焼ガスの供給量を調整しながら５ｉ０２−９ｉＣ混合
スート体を形成し加熱源を通過することにより同図（ａ
）に示す中実状の石英ガラス体ＩＢを製造することが出
来る。この場合５ｉＣ１４を一酸化炭素一酸素炎で燃焼
するバーナー２２の燃焼量を調整する事により、前記Ｓ
ｉＣ粉２の分散割合を自在に調整する事が出来る。

ソコ−１’、前記ＳｉＣ粉２の分散割合が０．５％、０
．０５駕、０．００５％のもの及び全く分散させない石
英ガラス体ＩＢを製造し、各々の石英ガラス体を用いて
縦型ポートを製作して実際に５”ウェーハを塔載した状
態で１３００℃の加熱炉内で１２０時間加熱しウェーハ
保持部の変形度合を観察した所ＳｉＣ粉２の分散割合が
Ｏ，００５％のもの及びは全く分散させなかったものは
ウェーハが１両者とも保持部から取り出せないほど変形
したのにたいし、分散割合が０．５％、０．０５％のも
のは変形程度が極めて少なく保持部から取り出しも支障
がないなど格段にその効果が向上している事が確認され
た。

第３図は同図（ａ）に示す前記ＳｉＣ粉２が全域に分散
された中空状の石英ガラス体ＩＣを製造する方法を示し
、その構成作用をを同図（ｂ）に基づいて簡単に説明す
るに、駆動系３０により回転する耐熱性円筒型体３１の
内面に、石英ガラス粉に炭化珪素ＳｉＣ粉又は炭化珪素
５ｉＣ１＠＃！を均一に混合した混合粉を遠心力により
吹き付は円筒状の粉体３２とした後、駆動系３０により
耐熱性円筒型体３１を回転させながら中心部に挿入した
加熱源３３により中心域側より加熱し溶融一体化するこ
とにより容易に前記ＳｉＣ粉２が全域に分散された中空
状の石英ガラス体ＩＣを製造可能である。尚３４は電源
である。

又、金属アルコキシドを出発原料とするゾルゲル法など
他の石英ガラス製造法においても容易に分散石英ガラス
体を形成可能である。

「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石英ガラス体を形
成出来るとともに、その用途に応じて中心域にのみ前記
分散部位が存在するもの、又全域に存在するもの、更に
はポーラス状のものや中実状のものも製造可能である。

又前記分散部位は石英ガラス体として一体化され、てい
る為に、熱加工や溶接も容易であり、この結果複雑形状
の治具が容易に製造出来る。

又前記石英ガラス体内に分散させた微粉末は半導体群と
ならない為に、製品歩留まりが低下する事もない。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図（ＩＩＬ）　　（ｂ）乃至第３図（ａ）（ｂ）は
いずれも本発明の実施例に係る石英ガラス体の製造装置
とその装置により製造された石英ガラス体を示す概略図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも一面側が高温に曝される半導体製造装置
   若しくは、治具を製造する為に用いられる石英ガラス体
   において、該石英ガラス体の全域若しくは所定方向に沿
   って延設する内域又は表域に、シリコン、カーボン、ジ
   ルコニウム若しくはこれらの化合物からなる耐熱微粉末
   又は耐熱繊維を所定割合で分散させた事を特徴とする石
   英ガラス体 ２）前記石英ガラス体における耐熱性微粉末又は耐熱性
   繊維の分散割合が０．０１〜５重量％であり、且つその
   耐熱性微粉末の粒径又は耐熱性繊維の線径が１００μｍ
   以下である請求項１）記載の石英ガラス体