JPH033323A - 耐熱性複合石英ガラス管 - 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、半導体ウェハーの熱処理用として有用な石英
ガラス管に関し、特に、炉心管として、半導体ウェハー
の熱処理において変形せず、ウェハーの金属類による汚
染を抑制し得る実用的に極めて望ましい耐熱性の優れた
複合石英ガラス管に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体ウェハーの熱処理に使用される炉心管やウ
ェハー治具類は、例えば、　ｔｏｏｏ〜１３００℃の高
温領域で変形することがなく、また処理される半導体ウ
ェハーを金属不純物、特に、炉内雰囲気でのアルカリ金
属類による汚染から防護するために高純度の石英ガラス
が用いられている。

また、近年の半導体チップの高集積化に伴って、石英ガ
ラス自体及び炉心管外からのアルカリ金属等の汚染によ
る結晶欠陥等で代表される不良発生に対し、それをより
高度に防止する要求がでてきた。かかる要求に対し、従
来使用されている天然石英ガラスでは、天然水晶を原料
とするが故に微量の不純物の含有は避けられず、また炉
心管外の、例えば、ヒータやライナー管からのアルカリ
金属元素等の汚染物質の遮蔽効果も十分ではなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って１本発明の技術的課題ないし目的は、半導体ウェ
ハーの熱処理において、アルカリ金属類等による半導体
ウェハーの汚染を効果的に防止することができ、しかも
その熱処理高温条件下にも変形することのない、炉心管
等として好適に用いられる耐熱性の優れた複合石英ガラ
ス管を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記技術的課題を克服する方法について
試作研究を重ねた結果、異なった特定の二種の石英ガラ
スを重層形成してなる耐熱性及び耐汚染性の優れた複合
石英ガラス管を開発した。

すなわち、本発明は、ナトリウム、カリウム及びリチウ
ムをいずれも１　ｐｐｍ以下含有し、且つ１，２８０℃
の温度において１０１２′４ポイズ以上の粘度を有する
天然石英ガラスの筒体を外層とし、ナトリウム、カリウ
ム及びリチウムをいずれも０．２ｐｐ＠以下並びに塩素
を５００〜４　、０００ｐｐｍ含有する合成石英ガラス
の筒体を内層として密に一体化して成る半導体ウェハー
熱処理用耐熱性複合石英ガラス管を提供する。

しかして、本発明の複合石英ガラス管を構成する外層は
、ナトリウム、カリウム及びリチウムのそれぞれの金属
成分としての含有量がいずれもｌｐｐｍ以下に低減され
、且つ１２８０℃における粘度が、１０１２・４ポイズ
以上の耐熱性をもつことが重要である。それらの金属成
分類の含有量が１　ｐｐｎ＋を超えるとウェハーが汚染
され易くなるので好ましくない。また、上記のような耐
熱性を満足するものはウェハーの熱処理用炉心管として
好適であり、長期にわたって安全に使用し得る。

他方１本発明複合管の内層としての合成石英ガラスには
、ナトリウム、カリウム及びリチウムのそれぞれの金属
成分としての含有量が０．２ρ凹以下であって、塩素含
有量が５００〜４　、　ＯＯＯｐｐｍの範囲量含有され
ることが重要である。それらの金属成分が０．２ｐＰ−
を超えると、その成分が熱処理の間に拡散し、ウェハー
が汚染されるので好ましくない。

それらの金属成分の含有量は、好ましくは０．ｌｐｐｍ
以下である。

また、塩素量が５００ｐｐｍ未満であると、ヒータやラ
イナー管からのアルカリ金属元素等の遮蔽効果に劣るよ
うになり、一方、特に４，０００ｐｐｍを超えると高温
における粘度が低下し、耐熱性に劣るようになるので好
ましくない。塩素量の望ましい上限は、　３，５００ｐ
ｐｍである。

上記のような外層に用いられる天然石英ガラスは、例え
ば水晶の粉砕物を精製し、これを溶融成形することによ
り得ることができる。また、内層に用いられる高純度合
成石英ガラスは、例えば。

通常知られたスート法やゾル・ゲル法によって石英ガラ
スを製造し、これを塩素ガスあるいは塩素化剤等の雰囲
気中で熱処理することによって所定量の塩素を含むもの
として得ることができる。

また、これらの外層管と内層管の一体化は１通常知られ
た方法によって容易に製造することができる。その−例
としては、例えば、外層筒体内に複合状に挿入し得るよ
うに形成された内Ｊ’ｆｆ筒体を挿入重合し、その一端
を封止して内外両層の間隙を減圧下に保持しながら、所
定の温度にコントロールされた加熱炉内を通過させて、
その封止端から他端に向けて加熱領域を移動させること
により両層を溶融し、その接合面を審理状に一体化して
複合管を形成することができる。

このような外層と内層を一体化して形成された炉心管用
複合管は、高温条件下における機能ないし作用効果を考
慮すれば、外層を主要成分とすることが好ましく、通常
、外層：内層の肉厚が、　５０〜９０　：　５０〜１０
の範囲割合となるように形成することが実用的である。

〔作用〕 このような構成を有する本発明の複合管は、半導体ウェ
ハーの熱処理において高い耐熱変形性を有し、且つ半導
体シリコンウェハーの金属類による汚染が効果的に抑制
ないし防止できる。

〔実施例〕

次に具体例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例　１ 外層用管の調製： 高純度精製天然水晶粉を平均粒径１００μｍに粉砕し、
タングステンるつぼ中にて溶融し、るつぼの下部より円
筒形の治具を通じて引き出し、外径φ１２０ｍｍ、肉厚
６ｍｌ、長さ１０００ｍ＋＋の天然石英管を調製した。

得られた石英管の１２８０℃における粘度をビームベン
ディング法にて測定したところ、１ｏｏｔ・４ポイズで
あった。また、この管の純度に関して含有不純物を測定
した結果は、次の通りであった。

ナトリウム　　０．５ＰＰＥｌ カリウム　　　０．５ｐｐｍ リチウム　　　０．７ｐｐｍ なお、上記アルカリ金属類の測定は、原子吸光法による
。（天然外層用管１） 内層用管の調製： 高純度に精製された四塩化珪素を酸水素火炎中で火炎加
水分解し、生成した煤状シリカ微粒子を堆積して円柱状
の多孔質体を作製した。この多孔質体を、塩素：ヘリウ
ムの容量比が２０　：　８０の混合ガス気流中で、　ｔ
ｏｏｏ℃の温度で８時間塩素処理を施した後、塩素ガス
の導入を停止し、ヘリウムガス中で１５００℃以上の高
温に保持して円柱状透明ガラスを得た。得られたガラス
体を再度１６００℃以上の高温窒素雰囲気中で融解させ
、グラファイト捧を貫入させて円筒状の合成石英管とし
、該管体を旋盤で延伸加工して、外径φ１１０Ｉ、肉厚
４ｍｇｍ、長さ１０００ｍの合成石英管を作成した。

得られた石英管の１２８０℃におけるビームベンディン
グ法により測定された粘度は、１０１１・５ポイズであ
った。

また、管の純度測定において測定された不純物の含有量
は、次の通りであった。

ナトリウム　　Ｏ，ｉｐｐｍ以下 カリウム　　　　０．ｌｐｐｍ以下 リチウム　　　　０．１ｐｐ鴎以下 塩　　　素　　　　２０００ｐｐ■ アルカリ金属含有量の測定は、前記と同様に原子吸光法
で、また塩素量は、硝酸銀を用いる比濁法により測定し
た。（合成内層用管１）複合管の製造； 次に、上記で得られた外層管内に内層管を挿入し、一方
の端部を溶融封止して、他端における両管の間隙を真空
装置で減圧吸引状態に保持しながら、バーナで１９００
℃以上に強熱し、同時に内層管内に圧力をかけて両管の
接触面を密着一体化させつつ延伸して、外径φ１１０ｍ
、肉厚３．５０Ｉ１１、有効長２０００ｎｏの複合石英
管を製造した。この管の外層と内層との肉厚比は、約３
＝２である。（複合管１）添付図面の第１図は１本発明
に係る上記複合管１の輪切り断面図を模式的に示したも
のである。

図において、透明な複合管１は、天然石英ガラス外層２
と合成石英ガラス内層３とが重合状に一体に溶融形成さ
ている。

比較例　１ 比較のための外層用天然石英管の調製：天然外層用管１
の調製に用いたのと同一の高純度精製天然水晶粉をベル
ソイ法にて溶融堆積させて円筒状の石英ガラス体を作製
した。次いで、これを１６００℃以上の高温窒素雰囲気
炉中で融解させ、グラファイト捧を貫入して、円筒状の
石英ガラス管とし、該石英ガラス管を旋盤にて延伸加工
して、外径φ１２０ｍ、肉厚６ｍ、長さ１０００ｎｎの
天然石英ガラス管を作成した。

得られた石英管の１２８０℃における粘度は、ビームベ
ンディング法にて測定したところ、ｘｏ１２０ポイズで
あった。これは通常、半導体の熱処理に用いられている
天然石英ガラスと同等である。また、この管の純度に関
してその不純物を測定した結果は、次の通りであった。

ナトリウム　　０．５ｐｐｍ カリウム　　　０．５ｐｐｍ リチウム　　　０．７ｐｐｍ なお、上記アルカリ金属含有量の測定は、前記と同様に
原子吸光法による。（天然外層用管２）比較のための複
合管２の製造： 上記天然外層用管２と前記合成内層用管１を用い、実施
例１と同様に操作して溶融一体化された複合管２を製造
した。

得られた管の外径はφ１１０Ｉ、肉厚は３．５ｍ、有効
長は２０００＋ｍで、外層と内層との肉厚の比は、約３
：２である。

これらの複合管について、熱処理条件下での耐熱性・及
び半導体熱処理における耐金属汚染性の影響を測定した
。

耐熱性の測定： 各管を長さ３０ｃｍのリングに切り出し、大気中で１２
８０℃の温度条件下に１８時間保持して管の耐熱性を検
べる。耐熱性は、その加熱の間に管が上方がら押し潰さ
れた状態に扁平化する程度、すなわち垂直方向の管径の
減少が潰れ量（ｆｉｌ）として表示され、その値が小さ
いほど耐熱性は良好である。

耐金属汚染性の測定； 管を清浄な炉中で１１５０℃の温度に２００時間加熱後
、内表面ｌ■を削り取り、５０％ふっ酸で表面をエツチ
ングし、原子吸光法で純度分析を行う。

上記複合管１（実施例１）及び複合管２（比較例１）に
ついての測定結果は、他の具体例と共に。

後記第１表にまとめて示す。

比較例２〜７ 次のようにして各種石英管を調製した。

天然外層用管３； 平均粒径１００μｍに粉砕した高純度未精製天然水晶を
タングステンるつぼ中で溶融し、そのるつぼの下部より
円筒形の治具を通じて引き出し、外径φ１２０ｍｎ、肉
厚６ｍ、長さ１０００ｍｍの天然石英管を得た。

得られた石英管の１２８０℃の温度における粘度は、１
０”１ポイズであった。また、この管の純度に関してそ
の不純物を測定した結果は、次の通りであった・ ナトリウム　　１　、２ＰＰＤｌ カリウム　　　１．ｌｐｐｍ リチウム　　　１　、０ｐｐｍ＋ 合成内層用管２； 合成内層−層管１の場合と同様に作製した煤状シリカ微
粒子を堆積して得た円柱状の多孔質体を、ヘリウムガス
中で、１５００℃以上の高温条件に保持して円柱状の透
明な合成石英ガラス体を得た。次いで、該ガラス体を再
度１６００℃以上の高温窒素雰囲気中で融解させ、グラ
ファイト棒を貫入して円筒状の合成石英管を形成させた
。該管体を旋盤にて延伸加工し、外径φ１ｌ１０ｌ１、
肉厚４ｍ及び長さ１０００ｍｍの合成石英管を作製した
。

得られた石英管の１２８０℃におけるビームベンディン
グ法により測定された粘度は、１０１１・５ポイズであ
った。

また、管の純度を検べるために測定した不純物は１次の
通りであった。

ナトリウム　　０．ｌｐｐｍ以下 カリウム　　　　０．ｌｐｐｍ以下 リチウム　　　　０．ｌｐｐｍ以下 塩　　　素　　　　２ｏｏ　　ｐｐｍ 合成合成内層用管 台成内層用管１の場合と同様に作製した煤シリカ微粒子
を堆積して得た円柱状の多孔質体を、塩素：ヘリウムの
容量比が２０　：　８０の混合ガス気流中で、１０００
℃の温度にて８時間塩素処理を施した後、そのまま１５
００℃以上の高温に保持して円柱状透明ガラスを得た。

次いで、得られたガラス体を再度１６００℃以上の高温
窒素雰囲気中で融解させ、グラファイト捧を貫入させて
円筒状の合成石英管をっくり、該管体を旋盤で延伸加工
して、外径φ１１０■、肉厚４■、長さ１１０００ａの
合成石英管を得た。

得られた石英管の１２８０℃におけるビームベンディン
グ法による粘度は、１０１１・５ポイズであった。

また、管の純度を測定したところ、含有不純物は、次の
通りであった。

ナトリウム　　０．ｌｐｐｍ以下 カリウム　　　０．　ｌｐｐｍ以下 リチウム　　　　０．ｌｐｐｍ以下 塩　　　素　　　　４５００ｐｐ＋ｓ 複合管３：　（本発明外） 前記天然外層用管３と合成内層用管１の複合管複合管４
：　（本発明外） 前記天然外層用管１と合成内層用管２の複合管複合管５
：　（本発明外） 前記天然外層用管１と合成内層用管３の複合管なお、こ
れら両管の一体複合化は、前記複合管１の場合と実質的
に同様に操作して行った。また。

これらの複合管の外層：内層の肉厚比は、いずれも、は
メ”３：２である。

これらの各複合管及び参考のために、前記天然外層用管
１と２及び合成内層用管１の各単一管について耐熱性と
耐金属汚染性を測定した。それらの結果を前記実施例１
及び比較例１の結果と共に。

下掲第１表及び第２表にまとめた。

第　　　１　　　表 実施例　比較例　比較例　比較例　比較例　比較例１　
　　１２３４５ 管Ｎｏ、　　複合管ｌ　　ｕ管２−！管５天然管１　　
ｔｔ管管台合成管１潰量　　１５．１　　５０．８　　
３０．５　　２．０　　２３．６　　８９．３（止） 管Ｎｏ。

Ｎ　ａ　（ｐｐｍ） Ｋ　　（ｐｐｎ＋） Ｌ　ｉ　（ｐｐｍ） 第 実施例１ 複合管１ ０．１以下 ０．１以下 ０．１以下 比較例５ 複合管３ ０．３ ０．１ ０．１ 表 比較例６ 複合管４ ０．２ ０．１ ０．１ 実施例２ 複合管５ ０．１以下 ０．１以下 ０．１以下 第１表より、従来の半導体熱処理に用いられている天然
管２に比べて、本発明の複合管１は、潰れ量が非常に小
さく、望ましい耐熱性を有することが判る。

更に、第２表から、複合管３はその内層の塩素量が少な
すぎるために、また複合管４は外層の純度が悪すぎるた
めに、いずれも管内が汚染される危険性が高いことが理
解できる。

〔発明の効果〕

本発明の耐熱性複合石英ガラス管は、優れた耐熱性と半
導体熱処理における耐アルカリ金属汚染性に優れ、従来
のものに比べて、遥かに長期にわたって安定に使用し得
る高い実用的価値を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の複合石英ガラス管の一例の輪切り断
面図である。 図中の符号： １・・・複合管　　　　２・・・天然石英外層３・・・
合成石英内層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ナトリウム、カリウム及びリチウムをいずれも１ｐ
   ｐｍ以下含有し、且つ１，２８０℃の温度において１０
   ＾１＾２＾．＾４ポイズ以上の粘度を有する天然石英ガ
   ラスの筒体を外層とし、ナトリウム、カリウム及びリチ
   ウムをいずれも０．２ｐｐｍ以下並びに塩素を５００〜
   ４，０００ｐｐｍ含有する合成石英ガラスの筒体を内層
   として密に一体化して成る半導体ウェハー熱処理用耐熱
   性複合石英ガラス管。 ２、外層：内層の肉厚が、５０〜９０：５０〜１０の範
   囲割合である請求項１記載の石英ガラス管。