JPH0340929A - 耐熱性及び加工性の優れた合成石英ガラス部材の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハーの熱処理用の容器や治具等と
して好適に使用し得る石英ガラス部材に関し、特に、ア
ルカリ全屈を含有せず、且つ耐熱性及び加工性の優れた
半導体熱処理用合成石英ガラス部材に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体ウェハー熱処理用容器や治具類には、例え
ば、　１，０００℃〜１　、３００℃程度の高温領域で
変形することの少ない耐熱性を有する天然透明石英ガラ
ス部材が用いられている。

しかし、近年の半導体集積度の向上に伴い、その熱処理
工程における金属、特にアルカリ金属類による微量な汚
染が大きな問題となってきた。

般に、天然透明石英ガラス部材は、合成石英ガラスに比
べ、アルカリ金属不純物を多量に含有し、その含有不純
物によって半導体を汚染する可能性があるので、それら
を含まない可及的高純度石英ガラス材料が要望されてい
る。

一方、高度に精製された原料物質から製造される合成石
英ガラスは、金属不純物を実質的に含まない高純度材料
であるが、耐熱性に乏しく、例えば、徐冷点が１，１２
０℃程度であって、これまで使用されている透明天然石
英ガラスの１，１８０℃に比べてかなり低く、特に、　
１，０００℃を超える熱処理には適さない。

また、−殻内な耐熱性ガラスとして、けい酸マトリクス
の酸素の一部を窒素に置き換えたオキシナイトライド合
成石英ガラスが知られているが、半導体熱処理用容器や
治具等の素材としての使用は全く知られていないし、そ
の使用に関しての報告も全くなく、耐熱性及び／又は加
工性に問題があるものと推定される。

更にまた、０．５〜２０重量％の窒素を含有する耐溶損
性石英ガラスが提案されている。この石英ガラスは、ガ
ラス中に多量の窒素−けい未結合を形成させたものであ
って、高密度で、耐酸及び耐アルカリ特性の優れた高度
の耐溶損性を有し、単結晶引上げ用るつぼ等に用いられ
る高硬度材料であるが、耐熱性と高温加工性が劣るので
半導体熱処理用ガラス部材としては採用できない。特に
、このガラスは溶接、延伸、丸封等の加熱加工において
は、ガラス内部より多量のガスを発生して発泡するので
、強度欠陥箇所が容易に形成され、半導体熱処理用容器
や治具の材料として使用できなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の解決課題は、実質的にアルカリ金属不
純物を含まず、耐熱性に優れ、しかも加工性の良好な合
成石英ガラス材料を提供することにある。また、本発明
の他の課題は、半導体熱処理工程における耐汚染性に優
れ１強度欠陥のない合成石英ガラス製炉心管容器、治具
等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、上記課題を克服する合成石英ガラス材料
について、特に窒素含有量に着目して試作研究を重ねた
結果、特定範囲量の窒素を含有させた合成石英ガラスが
半導体熱処理用ガラス部材として極めて望ましい材料を
提供することを見出し、本発明に到った。

すなわち、本発明は、窒素を１００〜４　、０００ｐｐ
ｍ含有して成る耐熱性及び加工性の優れた合成石英ガラ
ス部材を提供する。

上記のような本発明のガラス部材は、○Ｈ基及びアルカ
リ金属不純物を実質的に含有しない合成石英ガラス、特
に、精製された四塩化けい素を酸素・水素火炎中で加水
分解させ、生成するすす状シリカ微粒子を堆積させて形
成されたスート法による多孔質ガラス母材を出発素材と
して、これに規定量の窒素を含有させて成る石英ガラス
部材である。

しかして１本発明のガラス部材は、上記多孔質ガラス母
材に窒素を結合含有させるとき、その含有窒素量の増大
と共に粘度が上昇し、ガラスの耐熱性が向上することの
知見に基づくもので、含有窒素量がｌＯＯ〜４，０００
ｐｐｍの範囲内とすることが極めて重要である。

本発明において、優れた耐熱性とは、半導体ウェハーの
熱処理における高温領域で変形することが少なく、該熱
処理用容器や治具類として、繰返しの使用に供し得る高
い熱変形温度を有することを意味し、また、優れた加工
性とは、溶接、延伸や丸封等の加熱溶融加工に際して１
発泡現象を伴うことなく、容易に所望の成形品を作成し
得ることを意味する。

本発明の合成石英ガラス部材中の窒素の含有量は、１０
０ＰＰＩＩＩ未満では、半導体熱処理に用いられる容器
等の部材としての耐熱性が不足し、また、その含有量が
４　、０００ｐｐｍを超えると溶融加工時の発泡が著し
く、Ｍ４造的な強度欠陥が形成されるので好ましくない
。この発泡ＪＪ２象は、窒素含有量の増大と共に加工温
度が上昇し、その成形、溶接、延伸等の加工に一層大き
な熱量を必要とする加工性の低下に基づくものと推定さ
れる。より望ましい耐熱性及び不発泡性を考慮するなら
ば、含有窒素の範囲量は、　２００〜３，０００ｐｐｍ
である。

スート法によって得られた多孔質石英ガラス部材を窒素
化する方法は、従来知られた窒素化剤による方法が好都
合に採用される。代表的窒素化剤は、窒素及びアンモニ
アがであるが、例えば７００℃以上の加熱条件下におい
て、けい素と反応結合し得る窒素化合物であれば使用で
き、また、それらは、ヘリウム、アルゴンのような不活
性ガス、あるいは酸素等の反応抑制ガス類と混用するこ
とができる。そのようなガスの使用においては、予め窒
素化剤と混合して反応系に導入してもよいし。

あるいは並行して流し込むこともできる。また、その窒
素化温度は、通常７００〜９００℃程度が好適に採用さ
れる。また、その窒素化処理条件は、結合窒素含有量の
所望程度に応じて、反応温度、窒素化剤の種類及びその
雰囲気濃度等並びに処理時間を適宜組み合わせて選択さ
れるが、これらのファクターは簡単な実験によって容易
に選択決定することができ、またそのような窒素化反応
条件は、必ずしも一定条件である必要はなく、複数の条
件を組み合わせて選択することができる。

本発明のガラス部材は、上記のようにして窒素化され、
所定の窒素含有量が導入された多孔質体を１通常不活性
ガスの雰囲気下で、透明化する温度、例えば、ｌ　、　
３００〜１　、５００℃あるいはそれ以上の温度に加熱
して容易に透明ガラス化して、半導体熱処理用等の容器
や治具として提供される。

この透明化は、上記の窒素化工程に続けて、そのままの
窒素化剤が存在する雰囲気下で、炉の温度を高めて行う
ことができるが、この場合には。

透明ガラス化と共に窒素化が進行するので、これが窒素
化処理条件に勘案されるであろう。

〔作用〕

本発明の合成石英ガラス部材は、半導体熱処理用容器等
に使用し得る耐熱性を有し、アルカリ金属等の不純物を
実質的に含まず、発泡現象を伴うことのない優れた加工
性を有するので、実用的に極めて有用である。

〔実施例〕

次に、具体例により本発明を更に詳細に説明する。

［各種の窒素化合成石英ガラスの製造］試料Ｎｏ、　Ｌ 蒸留精製した四塩化けい素を酸素・水素火炎中に導入し
て加水分解させ、生成したすす状シリカ微粒子を堆積さ
せて多孔質ガラス母材を得た。この多孔質石英ガラス母
材（スート体）約７００　ｇを、加熱炉中で、ヘリウム
：窒素＝５０：５０の容量％の混合ガスを連続的に導入
する気流雰囲気下において、１，４５０℃の温度に加熱
して透明な合成石英ガラス体を得た。

試料Ｎｏ、　２ 試料Ｎｏ、１と同様に作成したスート体約７００　ｇを
、加熱炉中で、アンモニア：窒素＝５０：５０容量％の
混合ガスを連続的に導入する気流雰囲気下において、８
５０℃の温度に４時間加熱処理した。次いで、アンモニ
アガスの供給を停止し、それと同量のヘリウムガスを供
給した、ヘリウム：窒素＝５０　：　５０の容量％の混
合ガス気流中で、１，４５０℃に昇温させて、３時間保
持し透明化した。得られた透明合成石英ガラス体には、
非常に多くの微細な気泡が観察され、若干の曇りが認め
られた。

試料Ｎｏ、３ 試料Ｎｏ、１と同様に作成したスート体７００ｇを、加
熱炉中で、アンモニア：窒素＝５０：５０容量％の混合
ガスを連続的に送入する気流雰囲気下において８５０℃
の温度に４時間加熱処理した。次いで。

アンモニアガスに代えて同量のヘリウムガスを供給し、
そのヘリウム：窒素＝５０　：　５０の容量％の混合ガ
ス気流中で、そのままの温度に更に４時間保持し加熱処
理した。次いで、炉温を１，４５０℃に昇温させ、この
温度に３時間保持して透明合成石英ガラス体を得た。得
られたガラス体に、試料Ｎ　ｏ。

２で見られた曇りは存在しなかった。

試料Ｎｏ、４ 試料Ｎｏ、１と同様に作成したスート体７００　ｇを、
加熱炉中で、アンモニア：窒素＝＝５０：５０容量％の
混合ガスを送入する気流雰囲気中において、８５０℃の
温度で４時間加熱処理したのち、アンモニアガスのみ供
給を停止し、窒素単独の雰囲気条件下でそのままの温度
に保持して３時間加熱処理した。

次に、酸素ガスを５０容量％混合したガス気流中に同温
度に保持して１時間加熱したのち、酸素ガスの供給を止
め、それに代えてヘリウムガスを同量混合したガスを流
し込んで、炉温を１，４５０’Ｃに昇温させ、３時間保
持して透明合成石英ガラス体を得た。

試料Ｎｏ、　５ 試料Ｎｏ、１と同様に作成したスート体７００　ｇを、
アンモニア二窒素＝５０：５０容量％の混合ガスを連続
的に供給する気流雰囲気の炉中において、８５０℃の温
度に４時間加熱処理したのち、アンモニアガスのみ送給
を停止し、窒素単独の雰囲気下でそのままの温度に保っ
て１時間加熱処理した。次いで、酸素ガスを５０容量％
混合したガス気流雰囲気中において３時間保持したのち
、該酸素ガスに代えて同量のヘリウムを供給し、そのヘ
リウム：窒素＝ｓｏ：ｓｏの容量％の混合ガス気流雰囲
気中で炉温を１，４５０℃に上げて３時間透明化処理を
行い、透明合成石英ガラス体を得た。

試料Ｎｏ、６ 試料Ｎｏ、１と同様に作成したスート体７００ｇを、加
熱炉中で、アンモニア二窒素＝５Ｑ　：　５０容量％の
混合ガスを連続的に供給しながら、８５０℃の温度に４
時間加熱処理したのち、アンモニアガスの供給を停止し
、炉温を１　、２００℃に上げて、窒素ガス雰囲気中で
１時間加熱処理した０次いで、酸素ガスを５０容量％混
合したガス気流中に３時間保持したのち、該ｒ！ａ素ガ
スの供給を停止し１代って同量のヘリウムを供給し、ヘ
リウム二窒素＝５０：５０容量％の混合ガスをフローさ
せ、その混合ガス気流中で、１，４５０℃に昇温させた
炉内に３時間保持して透明合成石英ガラス体を得た。

実施例１〜３及び比較例　１〜４ 上記のようにして作成した試料Ｎｏ、１〜６の各種の透
明ガラス体をビームベンディング法によって、１２８０
℃における粘度を測定した。

次に、各試料から２　ｃｍ　Ｘ　２　ａｎ　Ｘ　１　ａ
ｎのブロックを切り出し、これを鏡面に研摩して泡の状
況を観察した。更に、研摩したサンプルを酸水素ハンド
バーナーで強加熱して、その際の発泡の有無を調べた。

それらの測定結果を、各試料の窒素含有量と共に、下掲
第１表にまとめて示す。

なお、参考のために、半導体熱処理用治具として用いら
れているＨＥＲＡＬＵＸ　（商品名：信越石英社から販
売されている天然石英ガラス（ＨＬＸ））についての測
定値を併記した。

第　　１　　表 比較例１１ 〃２６ 実施例１５ 〃２４ 〃３３ 比較例３２ ＃４ＨＬＸ １８　　　１０” ２９　　　１０１１ １８０　　　１０” １８００　　　１０” ３８００　　　１０１１ ５５００　　　１０１１ ０１１ ４ａ　　なし　なし ５０　　なし　なし ｎ　なし　なし ２０　　なし　なし Ｈなし　若干 ４２　　若干　顕著 ９２　　なし　なし 上表より１本発明の石英ガラス部材は、適度の望ましい
耐熱性を有し、加熱溶融加工において発泡することがな
く、半導体熱処理用容器等適切であることが判る。

〔発明の効果〕

本発明の耐熱性及び加工性の優れた合成石英ガラス部材
は、アルカリ金属等の不純物を実質的に含まず、これを
半導体熱処理用治具や治具に用いて、ウェハーの汚染を
効果的に防止し得るばかりでなく、長期にわたり安定に
繰返し使用できるから、その工業的価値は極めて高い。

手 続 補 正 書 （自発） １、事件の表示 平成１年特許願第１７５１９７号 ２、発明の名称 耐熱性及び加工性の優れた合成石英ガラス部材３、補正
をする者 事件との関係　特許出願人 名称　信越石英株式会社 ４、代理人　〒１０３ 住所　東京都中央区日本橋本町４丁目４番１１号明細書
の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、窒素を１００〜４，０００ｐｐｍ含有して成る耐熱
   性及び加工性の優れた合成石英ガラス部材。