JPH085683B2 - 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

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

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JPH085683B2
JPH085683B2 JP1175197A JP17519789A JPH085683B2 JP H085683 B2 JPH085683 B2 JP H085683B2 JP 1175197 A JP1175197 A JP 1175197A JP 17519789 A JP17519789 A JP 17519789A JP H085683 B2 JPH085683 B2 JP H085683B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/20Doped silica-based glasses doped with non-metals other than boron or fluorine
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウエ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の製造方法に関
し、特に、アルカリ金属を含有せず、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の製造
方法に関する。
〔従来の技術〕 従来、半導体ウエ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。一般に、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1,120
℃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
越える熱処理には適さない。
また、一般的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ト
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−けい素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
半導体熱処理用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、強度欠陥のない合成石英ガラス製
炉心容器、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半導体熱処理用合
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、精製された揮発性けい素化合
物を酸素・水素火炎中で加水分解させ、得られた多孔質
ガラス部材を窒素化させて特定範囲量の窒素原子を含有
させた合成石英ガラスが半導体熱処理用として極めて望
ましい材料を提供し得ることを見出し、本発明に到っ
た。
本発明は、特許請求の範囲に記載された要件から成る
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
ス部材の製造方法を提供する。
上記のような本発明の半導体熱処理用合成石英ガラス
部材の製造方法は、OH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
の窒素を含有させることが特徴的である。
しかして、本発明の方法によって得られるガラス部材
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年度が上昇し、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100〜4,000ppm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、半導体ウエハー
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、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。
本発明に係る合成石英ガラス部材中の窒素の含有量
は、100ppm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、構造的な
強度欠陥が形成されるので好ましくない。この発泡現象
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。
本発明の方法によって得られた合成石英ガラス多孔質
体は、通常不活性ガスの雰囲気下で、透明化する温度、
例えば、1,300〜1,500℃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〕
本発明の方法によって得られる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.1 蒸留精製した四塩化けい礎を酸素・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700g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
続的に導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約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=50:5
0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No.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約700g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℃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700gを、アンモニ
ア: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供給を停止し、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=5
0:50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:窒素=50:50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。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、該酸素ガスの供給を停止し、代って同量
のヘリウムを供給し、ヘリウム: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2cm×2cm×1cm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。
上表より、本発明の方法によって得られる石英ガラス
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〕
本発明の方法によって得られる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容器や治具に用
いて、ウエ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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラインホルド ハインリッヒ ユービング 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信越 石英株式会社郡山工場内 (56)参考文献 特開 昭63−85023(JP,A) 特開 昭64−83533(JP,A) 特開 平2−172832(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】精製された揮発性けい素化合物を酸素・水
    素火炎中で加水分解して得られた多孔質ガラス母材を加
    熱条件下に窒素化剤と反応させて、該ガラス母材に窒素
    を100〜4,000ppm含有させることを特徴とする耐熱性及
    び加工性の優れた半導体熱処理用合成石英ガラス部材の
    製造方法。
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