JPH03208835A - 半導体製造用のシリカガラス管状部材の製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、半導体製造用の炉芯管等のシリカガラス管状
部材に関する。

（ロ）従来の技術 従来、半導体デバイスを製造するには、純度や耐熱性の
点からシリカガラス管状部材等のシリカガラス部材が使
用されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし２半導体デバイスの熱処理プロセスが多様化して
いる現在では、シリカガラス管状部材が変形しやすい温
度でも使用されているのが実状であり、長時間にわたり
使用することができず、問題とされている。

そこで、このようなシリカガラス管状部材の変形を防止
するために、 ■　シリカガラス管状部材の外側にクリストバライト層
を被覆する方法が提案されている。

しかし、このようなシリカガラス管状部材を得るために
は、クリストバライト層を生成させることが必要であり
、そのためにクリストバライト形成元素として、高温下
の酸化ケイ素（Ｓｉｎｇ＞中における拡散係数がナトリ
ウム（Ｎａ）よりも小さい元素、例えば亜鉛（Ｚｎ）、
マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ジルコニ
ウム（Ｚｒ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニ
ウム（ＡＩ＞、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）等を添
加することが必要である。

これらのクリストバライト層を形成するために添加され
た不純物は、シリカガラス管状部材の使用時に半導体に
取り込まれて、半導体の物性に影響を与えることとなる
ので問題である。

また、クリストバライト層が発生した後に、弗化水素酸
溶液等で洗浄した場合、外表面のクリストバライトが剥
離して、高濃度の不純物を含んだクリストバライトが内
表面に付着する可能性があり、また、クリストバライト
層を形成するために使用した炉内は、添加不純物によっ
て非常に汚染されるので、クリストバライト層を形成し
ないシリカガラス管状部材を加工するには別の炉が必要
となり、炉を多く要することとなり問題である。

■　また、シリカガラス管状部材の外側表面にクリスト
バライト層を形成することも提案されている　しかし、
このようなシリカガラス管状部材を得るためには、脱ア
ルカリ処理を行った石英原料を、溶融して所定形状に成
形した後、高温下に長時間に互って熱処理する必要があ
るために、クリストバライトが発生する迄にシリカガラ
スに変形を生じることとなって問題である。また、シリ
カガラス管状部材の外側表面部のみにクリストバライト
層を生成させることは、高度の技術が必要であり、通常
、内側表面部にもクリストバライトが発生してしまい問
題である。

本発明は、上記問題点を解決するなめになされたもので
あり、使用中に半導体に悪影響を与えないで、しかも、
クリストバライト層が単時間で発生するシリカガラス管
状部材を提供することを目的とする。

本発明は、外面にクリストバライト層を有するシリカガ
ラス管状部材の製法に係る前記問題点を解決することを
目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、使用中に半導体に悪影響を与えることのない
クリストバライト層を短時間に形成できるシリカガラス
管状部材を提供することを目的としている。

すなわち、本発明は、内層部及び外層部を有する半導体
シリカガラス管状部材において、外層部は、合成クリス
トバライト粉末の溶融により形成され、加熱処理により
クリストバライト核を発生するものであることを特徴と
する半導体シリカガラス管状部材にあり、また、本発明
は、合成クリストバライト粉末は、ナトリウム、カリウ
ム及びリチウムの総含有量がｔ　ｐｐ−以下、他の金属
不純物の総含有量が１０　ｐｐ−以下であることを特徴
とするシリカガラス管状部材の製造方法にある。

本発明において、シリカガラス管状部材は、ナトリウム
、カリウム及びリチウムの総含有量が１ｐｐ−以下、他
の金属不純物の総含有量が１０　ｐｐｍ以下であるクリ
ストバライト粉末を溶融したシリカガラスでその外層部
を形成し、内層部を合成されたシリカガラスで形成する
ものである。

本発明におけるクリストバライト粉末は、ナトリウム、
カリウム、リチウムの総含有量が１　ｐｐｍ以下であり
、他の金属不純物の総含有量が１０　Ｇｌｐ−以下のも
のであり、例えば、金属アルコキシド又は無機けい酸塩
を原料とするゾル−ゲル法で製造された非晶質二酸化ケ
イ素から、まず、加熱により、β−クリストバライトを
製造し、次いで、このβ−クリストバライトを冷却によ
り転移させて製造される。

本発明において、シリカガラス管状部材は、このように
して製造されたα−クリストバライト粉末を所定形状に
成形して、例えば四塩化けい素を原料として製造した合
成石英ガラスを内面に加熱溶着させて製造される。

本発明においては、外層部をクリストバライト粉末を溶
融したシリカガラスとしたのは、このようにして得られ
たシリカガラスは、他の手法で得られたシリカガラス、
例えば石英原料を溶融して得られたシリカガラスや四塩
化けい素を溶融して得られたシリカガラスと比較して、
高温時にクリストバライトに転移しやすいので、クリス
トバライトを外側表面に形成するのに、長時間を要しな
い為である。

また、本発明において、クリストバライト粉末は、アル
カリ金属のナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、リチ
ウム（Ｌｉ）の総含有量がｌ　ｐｐ−以下であり、他の
金属不純物の総含有量が１０　ｐｐｍ以下とすることが
必要である。その理由は、アルカリ金属が１　ｐｐｍ以
上、他の金属不純物の総含有量が１０　ｐｐ＋ｓ以上に
なると、半導体物質を汚染する虞が大きくなって好まし
くない。

また、高純度なクリストバライト粉末であると、溶融し
たシリカガラスが、溶融中に汚染がない限り、高純度の
ものとなるので好ましい。

クリストバライトへの転移は、加熱温度１０００〜１５
００℃の温度下に行われるのが好ましく、加熱時間は、
５〜５０時間であることが望ましい。

本発明においては、シリカガラス管状部材の内層面部に
ついては、クリストバライト核の発生は好ましいもので
ないから、内層部はクリストバライトが原料でない高純
度のシリカガラスであることが望ましい。

また、耐熱性を得るためには、シリカガラス管状部材の
外層部及び内層部の割合は、クリストバライト粉末を溶
融した外層部が１／４以上の割合を占めるのが好ましい
。

（ホ）作用 本発明のシリカガラス管状部材によれば、アルカリ金属
及び他の金属不純物の総含有量が低く、かつ少なくとも
、外層部が、クリストバライト粉末を溶融したシリカガ
ラスで形成されているので、処理すべき半導体に悪影響
を与えることなく、しかも、外層部がクリストバライト
に転移しやすいので、使用時の変形を低減することがで
きる。

（へ）実施例 以下、本発明の実施の態様の−について実施例及び比較
例を挙げて説明するが、本発明はこれらの例示により、
限定されるものではない。

（実施例１及び比較例１） テトラエチルオルソシリケート（Ｓｉ（ＯＣＪｓ）４）
と１％酢酸水溶液を混合し、加水分解及び縮重合して得
たゲル１００Ｋ、に０．５％ＮａＯＨ水溶液を添加し、
恒温槽にて温度６０℃の条件で１００時間放置し、シリ
カガラス粉末を得た。これ゛を電気炉中で、温度１２０
０℃で１０時間加熱してβ−クリストバライト化させ、
ついで室温まで冷却してα−クリストバライト粉末とし
た。この粉末を真空雰囲気の電気炉中で、温度１６５０
℃で５時間加熱して、脱アルカリ処理を行った。

このα−クリストバライト粉末のＮ＆、Ｋ及びＬｉの総
含有量は０．６　ｐｐｍであり、他の金属不純物の総含
有量はａ　ｐｐ−であった（サンプル１）。

真空雰囲気の電気炉での加熱条件を、温度１６５０℃で
１時間として得た粉末のＮａ、Ｋ　及びＬｉの総含有量
は１．５　ｐｐｍであり、他の金属不純物の総含有量は
２０　ｐｐｗｈであった（サンプル２）。

サンプル１及びサンプル２を酸水素火炎溶融法で溶融し
、ついで成形を行ない、各々、外径１９３■、肉厚４−
　シリカガラス管を得た０次いでこのシリカガラス管の
内面に四塩化ケイ素を原料としたシリカガラス管を加熱
溶着した。最後に一体化したシリカガラス管の表面層に
クリストバライト核を形成させるために、１３００℃で
２０時間シリカガラス管を回転させながら熱処理した。

（比較例２及び３） 不純物含有量の違う２種類の天然水晶粉を酸水素炎溶融
法で溶融し、各々、サンプル１とサンプル２と同じ純度
のシリカガラス管を得た。

次いで実施例１及び比較例１と同じように、内側にシリ
カガラス管を溶着し、１３００℃で２０時間熱処理した
。

（比較例４及び５） 不純物含有量の違う２種類の四塩化ケイ素を酸水素炎中
で加水分解して、各々、サンプル１とサンプル２と同じ
純度のシリカガラス管を得た１次いで、実施例１及び比
較例１と同じように、内面にシリカガラス管を溶着し、
１３００℃で２０時間熱処理した。

実施例１並びに比較例１．２．３．４及び５で得られた
シリカガラスの外層部及び内層部のＮａ＝　Ｋ　及びＬ
ｉの分析値並びにその他の不純物の分析値並びに０８基
含有量を測定した。その結果を第１表に示す。

〔第１表〕 原料　　Ｎａ　　　Ｋ　　　Ｌｉ　　その他金属　ＯＨ
基不純物 実施例　１　クリストバチイト　　　０．２　　　０．
２　　　０．２　　　　　３　　　　　　　　１８０比
較例　１　クリストパティ）　　　　０．５　　　０．
５　　　０．５　　　　２０　　　　　　　　１８０比
較例２粒状水晶　０．２　０．２　０．２　　３　　　
　１８０比較例３粒状水晶　０．５　０．５　０．５　
　２０　　　　１８０比較例４ＳｉＣ１＋　　　０．２
　０．２　０．２　　３　　　　８００比較例５ＳｉＣ
１，０，５０，５０，５２０８００内層部　５ｉＣＩ＝
　＜０．１　＜０．１　＜０．１　　＜　１　　　　２
００（単位はｐｐｍ） １３００℃で２０時間加熱後のシリカガラス管の内表面
及び外表面のクリストバライト核の発生状態を偏光謬微
鏡で観察した。

その結果を第２表に示す。

〔第２表〕 実施例１ 比較例１ クリストバライト核 内表面　　　外表面 無　　　　　　　有 無　　　　　　　有 比較例２　　無 比較例３　　無 比較例４　　無 比較例５　　無 また、１３００℃で２０時間加熱後のシリカガラス管か
ら、各々、幅３Ｇ　ａｍのリングを切り出し、これを１
２００　’Ｃの温度で１２０時閏加熱した時のつぶれ量
を測定した。

その結果を第３表に示す。

〔第３表〕 つぶれ量（−） 実施例１２５ 比較例１３５ 比較例２４０ 比較例３３５ 比較例４８０ 比較例５７０ 上記表から明らかなように、実施例１のように高純度の
クリストバライト粉末を溶融したシリカガラスでは、ク
リストバライト核への転移が速く、使用時のつぶれ量が
減少した。

また、不純物の含有量も低いので、半導体製造プロセス
において、半導体物質の特性に同等悪影響を与えること
がない。

（ト）発明の効果 本発明は、シリカガラス管状部材の外層部をクリストバ
ライトを溶融したシリカガラスで形成したので、半導体
の製造に使用した場合、従来のシリカガラス管状部材に
比して、不純物含有量を少なくして、容易に外層部にク
リストバライト核を発生できるので、シリカガラス管状
部材の変形が少なくなり、また、不純物による半導体物
質の特性に影響がない半導体物質を製造することができ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内層部及び外層部を有する半導体シリカガラス管
   状部材において、外層部は、合成クリストバライト粉末
   の溶融により形成され、加熱処理によりクリストバライ
   ト核を発生するものであることを特徴とする半導体製造
   用のシリカガラス管状部材。
2. （２）合成クリストバライト粉末は、ナトリウム、カリ
   ウム及びリチウムの総含有量が１＿ｐ＿ｐ＿ｍ以下、他
   の金属不純物の総含有量が１＿ｐ＿ｐ＿ｍ以下であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の半導体製造用のシリカ
   ガラス管状部材。