JPH031528A - 複合シリカ体及びその製造方法及び該シリカ体を用いた半導体製造治具 - 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」 本発明は複合シリカ体及びその製造方法及び該複合シリ
カ体を用いた。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、搬送治具等め半導体製造治具に関す
る。

「従来の技術」 従来より、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
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石英ガラス
材は高純度で且つ非晶質である為に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上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宥する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−
１ｆ３Ｂ０３２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管の内部に、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６Ｏ−１５３３ｆｉ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。

この為複数の部材を用いる事なく、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、かかる従来技
術においては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、熱処理時にこれらの残留物が漏出
して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の製造方法及び該石英
カラス体を用いて形成される半導体製造治具を提供する
事を第１の目的とする。

本発明の他の目的とする所は、溶接が容易にしてヌその
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
を得る事の出来る半導体製造治具を提供する事にある。

「課題を解決する為の手段」 Ａ、本発明は請求項３）に前記技術的課題を達成し得る
半導体製造治具を提案する。その特徴を分解して説明す
るに、 先ずその特徴の第１点は高純度の管状若しくは板状の石
英ガラス体内に、金属元素を含有したシリカ体を一体的
に内装した点にある。

即ち本発明は非晶質状の石英ガラス体でも金属元素を含
有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、これにより該シリカ体を内装した石英ガ
ラス体は、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
ス体となり得る。

又、本発明は、同時にシリカシリカ粉が焼結溶融された
時に、金属又は、金属化合物粉末を含んでいると、１５
００℃〜１１００℃で微細な再結晶化することにより、
より見掛は上の粘度が向上する事にも着目しており、こ
れにより該シリカ体を内装した石英ガラス体は、１３０
０℃前後の高温雰囲気下でも十分なる耐熱性強度を有し
且つ変形を生じる車の少ない石英ガラス体となり得る。

尚前記金属元素には好ましくは半導体毒とならないアル
ミニウムやガリウム、チタニウム等を用いるのがよい。

又前記シリカ体は非晶質や結晶質であるか否か、又は中
実体、中空体若しくは焼結体であるか否かは特に限定さ
れない。

次に、本発明の第２の特徴は前記石英ガラス体を用いて
ウェーハポートその他の半導体製造治具を製作するも、
半導体製造治具として所定の効果を得る為に、該ガラス
体上に形成される各種刻設部位（例えばウェーハ保持溝
）が前記シリカ体にまで達しないように高純度石英ガラ
ス体の肉厚を設定した点にある。

この結果ウェー八と接触又は対面する側には高純度の石
英ガラス体のみが存在する車になる為に、シリカ体の物
理的性状に影響される事なく刻設部位の平滑性と強度性
の維持及び洗浄容易性等を達成する事が出来、更にはウ
ェーハの生成膜に何等悪影響を及ぼす事がなく円滑な熱
処理が可能である。

Ｂ、請求項１）は前記製造治具を用いるのに好適な複合
シリカ体を提案し、その特徴とする所は、金属元素を５
〜１１０００ｐｐ含むシリカ粉の焼結溶融体とこの焼結
溶融体を被包しかつこの焼結溶融体と溶着一体止した高
純度透明石英ガラス層とからなる複合シリカ体を提案し
、そしてこの場合好ましくは前記焼結溶融体の一部又は
全部を結晶化するのがよい。

かかる発明によれば金属元素を含有したシリカ体はその
外周面側の高純度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、複雑形状の治具更に
は大型の治具の形成も可能であるとともに、前記焼結溶
融体と高純度石英ガラス層は同一材質である為に一体化
した場合においても石英ガラス層側に割れ等が生じる恐
れはない。

Ｃ２又請求項０は前記複合シリカ体、特に棒状複合シリ
カ体の製造方法を提案しており、その製造手順を簡単に
説明するに、先ず合成法で形成した筒状の若しくは管状
高純度石英ガラス体を用意し、該ガラス体の軸状中空部
内に、金属若しくは金属化合物粉を所定割合で混合した
シリカ粉（石英ガラス粉）、又は金属イオンを含有した
シリカ粉を充填した後、両端を減圧封止した状態で前記
石英ガラス体を加熱軟化させると共に、その内部のシリ
カ粉を焼結溶融させながら軸方向に沿って延伸させる事
し前記シリカ粉を焼結若しくは溶融させながら、該ガラ
ス体を軸方向に沿って延伸させた事を特徴とするもので
ある。

尚、この場合好ましくは前記高純度透明石英ガラス体を
加熱軟化させると共に、内部の金属元素粉末又は、金属
元素の化合物を含むシリカ粉を焼結溶融させながら軸方
向に延伸させ、その途中若しくはその直後に１５００℃
〜１１００℃の温度で加熱する補助加熱域を設け、該加
熱域により内部のシリカ粉に含まれた金属元素又はその
化合物の粉末を核として該内部の焼結溶融体のみを再結
晶化させた事にある。

尚かかる製造方法により形成された石英ガラス体は必ず
し、も半導体製造治具のみに適用されるものではなく、
耐熱性を必要とする他の装置にも適用可能である事は言
うまでもない。

「実施例」 以下本発明の実施例に係る石英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。

先ず第１図の製造手順に従って半導体製造治具の材につ
いて説明する。

先ず公知の合成法に基づいて中空円筒状の高純度石英ガ
ラス筒１を用意し、鎖部ｌの中空内部を真空引きしなが
ら「高純度の合成シリカ粉と酸化アルミ粉」の混成粉２
を充填する。（ａ）この場合前記酸化アルミ粉は熱膨張
等の影響を避ける為に粒度を５０糾層以下好ましくは５
〜２０ＩＬ層程度に調整する必要があり、又その混合割
合は所望の耐熱性を得る為には後記加熱後におけるアル
ミイオン濃度が５〜１０００ｐｐ■になるように、約０
．０５重量％程度含有するのがよく、又その上限は前記
酸化アルミ粉を０．５重量％以上合宥させると逆に後記
加熱／徐冷時において熱膨張によるクラック等が発生す
る場合があり、好ましくない。

尚、前記混成粉２には酸化アルミ以外の材料、例えば酸
化チタンや硝酸アルミ等を用いる事が出来、いずれにし
ても半導体毒とならないアルミニウムやガリウム、チタ
ニウム、Ｆｅ若しくはこれらの化合物を用いるのがよい
。

又前記のような混成粉２を用いる本なく等を、前もって
前記金属イオンを所定法度含有させた合成ガラス粉を用
いてもよい。

そして前記中空部内に混成粉２を充填した後、真空状態
を維持しつつその両端側１ｂをバーナを用いて密封封止
する。（ｂ） そして前記石英ガラス筒１を、第１図（Ｃ）に示すよう
に加熱炉３内に内挿した状態で耐熱性支持部材４．５を
用いて両端支持を行った後、該石英ガラス筒１をゆっく
り回転させながら加熱炉３により石英ガラス筒１端側を
１９００〜２５００℃前後まで加熱する。

そして石英ガラス筒１の端側か加熱軟化するまで加熱し
た後、前記−の耐熱性支持部材４を徐々に遅速状態で矢
印方向に又他側支持部材５を同方向にして且つ前記支持
部材４の移動速度より早い移動速度で移動させる事によ
り、加熱部位１ａが軸方向基偏に徐々に移動しつつその
先端側が引張される楽となる。又、その引張される移動
側に１１００〜１５００℃前後の補助加熱源３ａをもう
け該加熱域内を約６０分かけて通過する様にした。該補
助加熱源３ａにより内部のシリカ粉に含まれた金属元素
又はその化合物の粉末を核として該内部の焼結溶融体の
みを再結晶化させる。そして前記両支持部材４．５の相
対的な移動差に基づいて前記石英ガラス筒１が縮径化し
つつ寸法規制部材８により精度よく寸法規制されながら
、所望直径の゛石英棒１０を形成する事が出来る。

そしてこのように形成された石英棒ｌＯの断面構造を見
ると厚肉の石英ガラス管１１の中に僅かに前記酸化アル
ミ粉が均等に分散されその周囲に微細なシリカ結晶体２
ａが生長した耐熱性シリカ体１２が一体的に形成されて
いるのが確認出来た。

尚前記石英ガラス管１１の肉厚１１ａの調整は前記両支
持部材４．５の相対的な移動差に基づいて容易に設定出
来、本実施例においては特に前記肉厚１１ａをウェーハ
溝深さより大になるように設定した。

次に前記石英棒１０を用いて形成されるウェーハ支持ポ
ートの製造方法について説明する。

先ず前記ポートを構成する各部位を棒体ＩＱＡ・・・を
得る為に、前記石英棒１ｏを所定長さに切断する訳であ
るが、この際前記切断により各棒体１０Ａ・・・の端部
に耐熱性シリカ体１２が露出してしまう為に、その露出
部位に円板状の蓋体１３を溶着して隠蔽する。

そして、このようにして前記ウェーハ支持用の棒体１０
Ａを第２図に示すように上方が広く下方が狭くなるよう
に上下各２木づつ平行に配置するとともに、該棒体１０
Ａの両端側に、前記上下に配置した棒体１０Ａ間に挟ま
れる如く一対の固定用棒体ｆｏｂを横架し、前記ウェー
ハ支持用棒体１０Ａに融着せしめる。

そしてウェーハ２０と同一口径にして且つ先端を断面Ｙ
字状に形成した薄板状研削板（不図示）を用いて前記ウ
ェーハ支持用の棒体１０Ａに多段状にウェーハ保持溝１
Ｂを刻設する。

この際、前記棒体１０Ａの表域の高純度石英ガラス管１
１の肉厚１１ａを、ウェーハ保持溝深さより大に設定し
である為に、該保持溝１６がシリカ体１２内に侵入する
事なく、これにより内部に形成された金属不純物を含む
シリカ体１２と無関係に保持溝ＩＢの平滑性とともに、
ウェーハ保持溝１６としての十分なる強度性と洗浄容易
性を確保出来る。

かかる実施例によれば前記シリカ体１２は熱膨張による
クラック発生のない耐熱性芯体としてのみ機能し、又例
え半導体毒とならない金属イオンであってもウェーハに
不純物付着の恐れのあるシリカ体１２を実質的に隠蔽し
た為に、前記のような効果を得る事が出来る。

「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半導体製造治具を
形成出来る。

又本発明のい製造治具は外周囲には高純度の厚肉石英ガ
ラス体が位置している為に、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
保する喜が出来、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
得る事が出来る。

等の種々の著効を宥す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体製造治具の製造過
程を示す作用図、第２図は該製造過程に基づいて形成さ
れたウェーハポートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）金属元素を５〜１０００ｐｐｍ含むシリカ粉の焼結
   溶融体とこの焼結溶融体を被包しかつこの焼結溶融体と
   溶着一体化した高純度透明石英ガラス層とからなる事を
   特徴とする複合シリカ体 ２）前記焼結溶融体の一部又は全部を結晶化した事を特
   徴とする請求項１）記載の複合シリカ体３）金属元素を
   含有したシリカ体を一体的に内装した高純度石英ガラス
   体を用いて半導体製造治具を形成するとともに、該ガラ
   ス体上に形成される各種刻設部位が前記シリカ体にまで
   達しないように高純度石英ガラス体の肉厚を設定した事
   を特徴とする半導体製造治具 ４）高純度透明石英ガラス体の軸状中空部内に、所定金
   属元素粉末又は、該金属元素の化合物粉を所定割合で混
   合したシリカ粉を充填した後、該高純度透明石英ガラス
   体を加熱軟化させると共に、その内部のシリカ粉を焼結
   溶融させながら軸方向に沿って延伸させる事を特徴とす
   る複合シリカ体の製造方法 ５）前記高純度透明石英ガラス体を加熱軟化させると共
   に、内部の金属元素粉末又は、金属元素の化合物を含む
   シリカを焼結溶融させながら軸方向に延伸させ、その途
   中若しくはその直後に１５００℃〜１１００℃の温度で
   加熱する補助加熱域を設け、該加熱域により内部のシリ
   カ粉に含まれた金属元素又はその化合物の粉末を核とし
   て該内部の焼結溶融体のみを再結晶化させた事を特徴と
   する請求項４）記載の複合シリカ体の製造方法