(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス素材で作成した半導体熱処理用石英ガラス治具において、治具の仮想温度が１２００℃以下で、かつ治具を構成する各部材及び各部位の仮想温度差が５０℃以下であることを特徴とする半導体熱処理用石英ガラス治具。
【請求項２】
石英ガラス素材で作成した石英ガラス治具を、１２００℃以上の温度で加熱処理したのち、１０００〜１２００℃の温度で熱処理をすることを特徴とする請求項２記載の半導体熱処理用石英ガラス治具の製造方法。
【請求項３】
石英ガラス素材で作成した石英ガラス治具を、火炎で治具全体を再加熱したのち、１０００〜１２００℃の温度で熱処理をすることを特徴とする請求項２記載の半導体熱処理用石英ガラス治具の製造方法。
【請求項４】
石英ガラス素材で作成した石英ガラス治具を、各部材及び各部位の仮想温度の差が５０℃以下になるまで、１０００〜１２００℃の温度で熱処理を繰り返すことを特徴とする請求項２記載の半導体熱処理用石英ガラス治具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体熱処理用石英ガラス治具及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石英ガラスは高純度でしかも耐化学薬品性に優れているところから、シリコンウエハ−熱処理用ボート、ＲＣＡ洗浄の洗浄治具等に使用されてきた。前記治具の作成素材としては天然石英ガラスや合成シリカガラスが考えられるが、合成シリカガラスは高価なところから専ら天然石英ガラスが用いられている。このように半導体熱処理用石英ガラス治具は一般に天然石英ガラス素材で形成されるが、該天然石英ガラス素材は天然の結晶質二酸化珪素粉、特に水晶粉を１９００〜２１００℃に溶融し、それを自然放冷して製造した石英ガラスインゴットを加工して作成するので約１５００℃の仮想温度を示す。前記石英ガラス素材を用いて石英ガラス治具を作成するには火炎によって前記素材を溶接したのちアニール処理する工程を繰り返すのが通常であるが、該治具の仮想温度は、火炎によって溶接した部分と火炎と接触しない部分とではアニール処理後の仮想温度が１５００℃以下で変化し仮想温度の異なる部位が発生し、シリコンウエハの熱処理時に治具に部分的な伸長差が生じ、治具の変形が起こる。そのためアニール処理時の仮想温度の変化に対応した加工が施された石英ガラス治具が、例えば特開平７−１４７９３号、特開平７−１４７９４号等で提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の半導体熱処理用石英ガラス治具を用いてシリコンウエハを熱処理しても、熱処理が複数回に渡るとシリコンウエハに捩れが生じ、治具を長時間使用することができない上に、シリコンウェーハを複数の点で支持する石英ガラス治具では、部分的に支持した点が伸びて、シリコンウェーハの重量を複数の点で均等に支持できなくなり、シリコンウェーハの中心が自重によって撓み、熱処理によってスリップが発生する等の問題が起こった。
【０００４】
こうした現状に鑑み、本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、石英ガラス治具の仮想温度を１２００℃以下とするとともに、治具を構成する各部材及び各部位の仮想温度差を５０℃以下とすることで上記の問題が解決できることを見出し、本発明を完成したものである。すなわち
【０００５】
本発明は、寸法精度を長時間維持でき、使用寿命の長い半導体熱処理用石英ガラス治具を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、上記半導体熱処理用石英ガラス治具の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、石英ガラス素材で作成した半導体熱処理用石英ガラス治具において、治具の仮想温度が１２００℃以下で、かつ治具を構成する各部材及び各部位の仮想温度差が５０℃以下であることを特徴とする半導体熱処理用石英ガラス治具及びその製造方法に係る。
【０００８】
上記石英ガラス素材とは、天然の結晶質石英粉を１９００〜２１００℃の温度に溶融して得た石英ガラスのインゴット又はブロックを加工して作成した石英ガラスむく棒、角棒又は板をいう。前記石英ガラス素材のうち石英粉を１９００〜２１００℃に加熱溶融したのち急冷して製造したインゴット又はブロックを加工して作成した素材はその仮想温度が約１５００℃となる一方、加熱溶融され徐冷されたインゴット又はブロックを加工して作成した素材は仮想温度が約１２００℃となる。これらの石英ガラス素材を用いて周知のガラス細工等で半導体熱処理用石英ガラス治具を作成すると、治具には仮想温度が１５００℃の部分と仮想温度が１２００℃の部分とが混在することになる上に、ガラス細工で接合した部分の仮想温度が１５００℃に設定され、爾後の熱処理を行っても仮想温度が１５００℃と１２００℃の部分では設定される仮想温度に５０℃以上の差が生じることになる。一方、シリコンウェーハの熱処理温度は１２００℃以下であるところから、前記石英ガラス治具を使用してシリコンウェーハの熱処理を行うと部分的に仮想温度に差があることから石英ガラス治具に変形が生じる。そこで、本発明の半導体熱処理用石英ガラス治具では仮想温度を１２００℃以下とするとともに、治具を構成する各部材及び各部位の仮想温度差を５０℃以下とするものである。前記仮想温度を設定することにより石英ガラス治具に部分的な異常な密度収縮や膨張が起らず、治具の寸法精度が高く維持でき、使用寿命を長くできる。
【０００９】
上記仮想温度とは、熱履歴によって異なった物性値を示す室温の石英ガラスの物性値を設定する温度をいう（Ｒ．Ｂｒｕｃｋｎｅｒ（１９７０）Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｏｌｉｄｓ  ｖｏｌ．５  ｐｐ１２３〜１７５）。例えば、天然二酸化珪素粉を酸水素火炎中に投入して急冷すると、その石英ガラスの仮想温度は１５００℃となりその温度に起因する物性値、例えば密度、屈折率、熱膨張率を示すようになる。ところが、その後１５００℃より低い温度で熱処理すると、１５００℃より低い仮想温度を有するようになり、その仮想温度に起因する物性値を示すようになる。
【００１０】
本発明の半導体熱処理用石英ガラス治具は、石英ガラス原料を溶融して得たインゴット又はブロックを加工して石英ガラスむく棒、角棒（仮想温度１５００℃）及び板（仮想温度１２００℃）を作成し、それをガラス細工で組み立てて半導体熱処理用石英ガラス治具を作成し、それを熱処理前に１２００℃以上の温度で加熱処理したのち、１０００〜１２００℃の温度範囲で所定の時間熱処理して仮想温度を１２００℃以下、各部材及び各部位の仮想温度差を５０℃以下とする方法で製造される。前記熱処理前の加熱処理は、治具の各部材及び各部位での部分的な仮想温度差をなくすための処理で、該処理で治具の接合部分以外の部分の仮想温度を上げ、熱処理する前に各部材及び各部位の仮想温度を同じくするものである。前記熱処理としてはアニール処理が好ましく、また加熱処理としてヒーター又は火炎で石英ガラス治具全体を加熱するのがよい。このように本発明の製造方法では１２００℃以上で加熱処理したのち、１０００〜１２００℃で熱処理するが、熱処理温度が１０００℃未満では各部材及び各部位での仮想温度差を５０℃以下とすることが不可能であり、また、熱処理温度が１２００℃を超えても各部材及び各部位の仮想温度差を５０℃以下とすることができるが、治具に変形が起こる。
【００１１】
本発明の半導体熱処理用石英ガラス治具は、また組立てられた半導体熱処理用石英ガラス治具に熱処理、特にアニール処理を複数回繰り返すことによっても製造できる。前記熱処理の繰り返しによる仮想温度の低下は治具の仮想温度が１２００〜１３００℃になるとその変化速度が遅くなり部分的な仮想温度差が小さくなることに起因するものと考えられる。さらに石英ガラス治具を作成するための石英ガラスむく棒及び板を予め熱処理し仮想温度を１２００℃以下、仮想温度差が５０℃以下の素材を作成し、それを接合により仮想温度が変わった部位を１２００℃以下の温度で熱処理を行って仮想温度を１２００℃以下とする方法によっても作成できる。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下に実施例で本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１３】
また、以下の例の仮想温度の測定は、ラマン散乱分光光度法（Ｆｒａｎｋ  Ｌ．Ｇａｌｅｎｅｅｒ（１９８２）Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｏｌｉｄｓ  ｖｏｌ．４９  ｐｐ５３〜６２。Ａ．Ｃｈｍｅｌ  ａｎｄ  Ｇ．Ｍ．Ｓｏｃｈｉｖｋｉｎ（１９８６）Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｖｏｌ．５８、Ｎｏ．６  ＰＰ３６３〜３６５．）により行われる。
【００１４】
【実施例】
実施例１
天然二酸化珪素粉を酸水素火炎中で溶融して石英ガラスのインゴットを製造し、次いで該インゴットを加工して石英ガラスむく棒を得た。また、天然二酸化珪素粉を電気炉で溶融して石英ガラスのブロックを製造し、次いで該ブロックを切断して石英ガラス板を得た。むく棒及び板の仮想温度は、各々１５００℃と１２００℃であった。前記素材を溶接して１２インチシリコンウエハ熱処理用縦型リングボートを作成した。縦型リングボートは石英ガラスリング上の４点の突起でシリコンウェーハを保持するタイプの石英ガラスボートであるが、４点の突起で均等に１２インチシリコンウェーハの重量を保持するので、熱処理中にシリコンウェーハに転移が発生しにくい。前記縦型リングボートの作成時に、溶接個所以外の部分を火炎で加熱したのちに、電気炉内で１１５０℃で３０分間加熱したのち徐冷するアニール処理を１回行った。アニール処理後の縦型リングボートの仮想温度は１１８０℃であり、また仮想温度差が５０℃を超える部材もまた部位もなかった。この縦型リングボートを用いて１２インチシリコンウエハの熱処理を行ったところ、４点の突起部分での撓みが少なく１２インチシリコンウェーハの自重を均等に保持することができ、シリコンウェーハに歪みが発生せず、しかも結晶の転移部分が少なく歩留よく熱処理ができた。
【００１５】
実施例２
実施例１と同様に作成した縦型リングボートの作成時に、溶接加工後に１４００℃で１分熱処理を行った後、１１００℃で６０分間加熱後徐冷するアニール処理を１回行った。アニール処理後の縦型リングボートの仮想温度を測定したところ、１１５０℃であり、仮想温度差が５０℃を超える部材もまた部位もなかった。この縦型リングボートを用いて１２インチシリコンウエハの熱処理を行ったところ、４点の突起部分での撓みが少なく１２インチシリコンウェーハの自重を均等に保持することができ、シリコンウェーハに歪みが発生せず、しかも結晶の転移部分が少なく歩留よく熱処理ができた。
【００１６】
実施例３
実施例１と同様に作成した縦型リングボートに１１５０℃で３０分間加熱後徐冷するアニール処理を５回繰り返し行った。アニール処理後の縦型リングボートの仮想温度を測定したところ１１５０℃であり、仮想温度差が５０℃を超える部材もまた部位がなかった。前記縦型リングボートを用いて１２インチシリコンウエハの熱処理を行ったところ、４点の突起部分での撓みが少なく１２インチシリコンウェーハの自重を均等に保持することができ、シリコンウェーハに歪みが発生せず、しかも結晶の転移部分が少なく歩留よく熱処理ができた。
【００１７】
比較例１
実施例１と同様にして縦型リングボートを作成後、電気炉内で１１５０℃で３０分間加熱後徐冷するアニール処理を１回行った。アニール処理後の縦型リングボートの仮想温度を測定したところリング部では１１８０℃で、突起部では１３００℃であった。この縦型リングボートを用いて１２インチシリコンウエハの熱処理を行ったところ、４点の突起部分での撓みが発生し１２インチシリコンウェーハの自重を３点で保持する不具合が発生した。このため、１２インチシリコンウェーハには歪みが発生し、中心部で結晶が移転してしまい、歩留が低下した。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の半導体熱処理用石英ガラス治具は、シリコンウェーハの熱処理時において寸法精度が高く維持され、長時間の使用によってもシリコンウェーハの自重を均等に保持することができ、シリコンウェーハに転移等の問題が起こることがない。しかも、前記半導体熱処理用石英ガラス治具は、治具を構成する各部材及び各部位の仮想温度差を５０℃以下となるように加熱処理後熱処理を加えるか、若しくは熱処理を繰り返すことで容易に製造できその工業的価値は多大なものがある。