(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス部材の溝山幅が０．５〜２ｍｍの溝壁面にバーナーを５〜４５度の角度にし、溝上方より加熱処理する石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項２】
請求項１において、石英ガラス部材がウエーハボートの支持部材であり、溝のエッジから一定の距離を保ちながらバーナーをエッジに沿って移動して加熱処理する石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項３】
請求項２において、支持部材が円柱もしくは角柱であり、エッジの加熱は、バーナーを溝底部から溝頂部、さらに反対側エッジの溝底部に向かって移動させる石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項４】
請求項３において、溝底部から溝頂部に向かって移動する時のバーナーの移動速度が、溝頂部から反対側の底部に向かう時の速度よりも小さい移動速度である石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかにおいて、溝の一壁面を加熱した後、溝の他方の壁面を５〜４５度の火炎角度で加熱し、順次複数の溝を繰り返し加熱する石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項６】
請求項５において、一壁面の溝底部から溝頂部に向かって移動する時のバーナーの移動速度が、他方の壁面の溝底部から溝頂部に向かう時の速度よりも小さい移動速度である石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、バーナー先端位置と溝エッジとの距離が２〜２０ｍｍである石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、ガスバーナーの先端口径が、溝幅の最大距離に対して１／６〜１／２である石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、石英ガラス部材の溝部とその背面にあたる部分とを加熱する石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項１０】
請求項８において、溝部の背面にあたる部分を一定間隔でノズルを直線状に並べたラインバーナーで加熱する石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項１１】
請求項９〜１０のいずれかにおいて、溝部と溝部の背面部を交互に加熱する石英ガラス部材の切削溝表面仕上げ方法。
【請求項１２】
基台上に間隔をおいて設けた回転ヘッド、３軸方向に移動可能で、かつ回転可能な溝加熱用バーナー、及び、回転ヘッドと溝加熱用バーナーの移動制御装置を備えた自動溝加熱装置。
【請求項１３】
請求項１２において、溝部背面加熱用バーナーを備えた自動溝加熱装置。
【請求項１４】
請求項１２〜１３のいずれかにおいて、バーナーへのガス供給量制御手段を備えた自動溝加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラス部材に設けた切削溝の表面仕上げ方法及びその装置、さらに詳しくは、半導体ウエーハの熱処理もしくはウエーハの洗浄や移送時にウエーハを保持する石英ガラス製治具、たとえばウエーハボートなどの支持部材の切削溝の表面仕上げ方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、高純度の安定した材料として石英ガラス製治具が用いられている。半導体製造用として用いられる石英ガラス製治具のうち、ウエーハボートや石英ガラス製洗浄用治具は、ウエーハを載置するための支持部材として用いられており、この支持部としてウエーハ保持用の溝が設けられている。
【０００３】
これらのウエーハ保持用の溝は、通常、ダイヤモンドホイール等のカッターで切削形成されるため、溝の表面状態は不透明な砂目状に粗面化されており塵埃などが付着し易い状態である。また、溝表面が粗面であるため、ウエーハ出し入れの際の接触によって削られ、チッピングによるパーティクルが発生し、ウエーハを汚染してしまう。
また、溝表面にマイクロクラックや切削によるツールマークが残っていると、化学薬品による洗浄の際にそれらの部分のエッチング速度が速くなり、表面により深い凹凸が生じ、寿命を著しく短くする。
【０００４】
ウエーハボートなどでは、ウエーハが溝に直接接触するため、純度が高い石英ガラスであることは勿論、チッピングなどによるパーティクル発生を防止し、熱処理、移送、洗浄の際に生じる塵埃を極力抑制して、半導体ウエーハの汚染を防止することが必要で、石英ガラス部材の表面からもこうした塵埃が発生しないようにすることが必要である。
【０００５】
塵埃の発生を抑制し長期に渡って使用可能な治具を提供することを目的として、特公昭６２−８９３３号公報では、結晶質石英焼結体からなる切削部分を再溶融して所定の厚さの石英ガラス層を形成して、表面を緻密且つ平滑化することが提案されている。
また、特開平３−２０９７２２号では、バーナーで加熱し定期的にウエーハ保持部材を焼きなまして表面を滑らかにして塵埃の発生を低減させることが提案されている。
さらに、特開平９−１８６２２３号公報では、切削支持部の表面の開口縁が滑らかな曲面になるように、先端部が直径略０．５ｍｍのガスバーナーで加熱することが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公昭６２−８９３３号公報の石英ガラス製治具においては、治具中心部が結晶質石英の焼結体からなるため、結晶形態がα相からβ相に変態する温度５７３℃を超える温度で使用すると、急激な体積変化が生じ、治具が破損するという問題があり、また切削部表面を所定の厚さにガラス化するため、ＬＰＣＶＤ処理後、フッ酸等を含む酸溶液による数回の洗浄により表面のガラス層は除去され、内部の結晶質石英焼結体が露出し、平滑面が実質上無くなり、再度、表面処理する必要が生ずる。
【０００７】
特開平３−２０９７２２号は、溝を含めて保持部材全体をバーナーで焼きなますため、溝山の薄いピッチ幅の小さいものの場合、火炎が強すぎると溝山の形状が崩れてしまい、治具として使用できなくなる。逆に、形状維持を優先して火炎を弱くすると、溝山上部は焼くことができても溝下部や溝底部分を十分に焼けず、マイクロクラックを消滅させることができない。
【０００８】
また、近年においては、半導体生産性向上のため１台のウエーハボートに大量のウエーハを搭載させる必要性が生じている。このためウエーハボートに限らず洗浄用のキャリアボートなど、石英ガラス部材のウエーハを保持する溝の間隔を短くして、搭載量を増すために溝山の部分がほとんどない保持治具が使用されるようになってきている。
【０００９】
しかしながら、特開平９−１８６２２３号のように、部材の焼くべき箇所をそのままガスバーナーで上方より焼く方法は、溝山の幅が３．５〜５ｍｍといった通常の溝ピッチでは、バーナーの火炎噴出流をシャープにしてバーナー先端の口径を絞ることによりある程度の対応は可能になるが、溝山の幅が２．５ｍｍや１ｍｍ幅といった程度の山幅の狭い支持部材となると、溝の山が潰れたり、溝形状の変形やピッチの変動が生じてウエーハの出し入れに支障を来たすこととなる。さらにまた、支持部材自体も加熱により反りが生じてしまうという欠点があった。
【００１０】
本発明は、ピッチの密な溝山の幅の小さな石英ガラス部材においても、溝の形状を損なうことなく、溝を均一に加熱し、加熱による石英ガラス部材の反りが発生しないようにする石英ガラス部材の表面処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
石英ガラス部材の溝壁面にバーナーを５〜４５度の角度にし、溝上方より加熱処理することにより溝壁面を充分焼くことができると共に、溝の山部に火炎が直接当たることがないので溝の山が崩れるのを防止している。また、円柱状もしくは角柱状の支持部材の溝を処理する場合は、溝のエッジから一定の距離を保ってバーナーをエッジに沿って移動させて加熱処理する。
また、溝底部から溝頂部に向かって移動する時のバーナーの移動速度が、溝頂部から反対側の底部に向かう時の速度よりも小さい移動速度にして、均一に仕上げるようにする。
複数の溝を連続して加熱する場合は、溝の一壁面を加熱した後、バーナーを反転して溝の他方の壁面を加熱し、次いで、バーナーを反転と共に移動して隣の溝山の一壁面を加熱し、さらにバーナーを反転して溝の他方の壁面を加熱し、順次バーナーの反転と移動を重ねながら石英ガラス部材の複数の溝を繰り返し加熱する。
バーナーの先端口径は、溝幅の最大距離に対して１／６〜１／２とするのが好ましい。
【００１２】
石英ガラス部材の加熱による反りを防止するため、石英ガラス部材の溝部とその背面にあたる部分を加熱する。
溝部と背面部は、溝部を加熱するバーナー部を保護するため交互に加熱する。そして、石英ガラス部材の溝部背面は均一に加熱するため、ノズルを直線状に並べたラインバーナーで加熱する。
背面部の加熱は、１つのラインバーナーで加熱する代わりに、背面部の左右方向より複数のバーナーで加熱しても差し支えない。
【００１３】
また、石英ガラス部材を支持、反転させるワーク支持・回転手段と、溝加熱用バーナーと石英ガラス部材の底面加熱用バーナーを有し、これらのバーナーを支持、反転、移動制御させるバーナー支持・回転・移動制御手段と、バーナーへのガスの供給を一定にするガス流量制御手段とを備えた石英ガラス部材の溝表面仕上装置を用いれば、精度、再現性良く支持部材を表面処理することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
バーナー３は、酸素・可燃性ガス混合バーナーで、内部混合型、外部混合型いずれの形式のものであっても良いが、火炎に不純物が混入したりすると、石英ガラス部材１に影響があるので、クリーンで制御のし易い酸水素ガスによる内部混合型のバーナーが好ましい。
また狭い溝を焼くので細径で注射針のようなノズルが好ましく、その先端口径は０．５〜２ｍｍ程度が実用的である。
溝に対する火炎角度（θ）は、５〜４５度とする。５度未満では単に上から加熱する従来の方法と同じように溝壁面２１ばかりでなく溝全体に火炎がかかり溝形状を維持しながら十分に加熱することが難しくなる。また、４５度を超えると、溝壁面エッジ２３にそそがれた火炎が溝壁面下方から底部へ向かう火炎流と共に壁面上部の方へ逃げる火炎が増加し、溝の山部分がだれて形状維持が困難になるため好ましくない。
また、図１に示したように、５〜４５度の角度で火炎を溝壁面２１へ照射することにより、火炎が溝底部へ反射流として伝わり、溝底部２４を充分焼くと共に、次に加熱する部分である溝の他方の壁面２５まで輻射熱として伝わり他方壁面２５の本加熱前の予熱効果も合わせ持つ。
【００１５】
図３に示すように溝焼きを溝底部ａから開始し、エッジの溝底部ａから溝頂部bに向かって移動する時のバーナーの移動速度は、溝頂部bから反対側の底部cに向かう時の速度よりも小さい移動速度とすれば、均一に仕上げることができる。
【００１６】
ガスバーナー３の先端位置は、溝のエッジ２３より２〜２０ｍｍの範囲内で一定の距離Ｌを保ちながら均一な加熱をおこなう。２ｍｍ未満では輻射熱が強すぎ、２０ｍｍを超えると照射範囲が広くなり不必要な部分への影響が大きくなるため安定した加熱をおこなうには２〜２０ｍｍが好ましく、４〜１２ｍｍとするのがさらに望ましい。
【００１７】
複数の溝が設けられた石英ガラス部材の加熱は、ガスバーナーを溝の一壁面２１に対して所定の角度に設定して加熱し、次にガスバーナーの支持軸を回転して反転し、溝の他方の壁面２５を同様の角度、距離で加熱する。次いでガスバーナーを反転と共に移動し、隣の溝の一壁面２６を加熱し、さらにバーナーを反転して溝の他方の壁面２７を加熱し、順次バーナーの反転と移動を重ねながら石英ガラス部材全体の溝を加熱する。
なお、一壁面の溝底部aから溝頂部bに向かって移動する時のバーナーの移動速度は、他方の壁面の溝底部a’から溝頂部b’に向かう時の速度よりも小さくすると熱を効率的に使用でき、均一に仕上げることができる。
【００１８】
ガスバーナーの先端口径は、溝幅の最大距離Ｄに対して１／６〜１／２とすることが好ましい。これにより溝全体を焼くことなく、溝壁面を片方ずつ加熱し、溝底面２４を火炎で直接加熱しなくても、溝壁面からの火炎反射により、十分に溝を焼くことができる。
【００１９】
また、溝の加熱と共に、溝部の背面となる石英ガラス部材底面４を別のバーナーで加熱することにより反りの発生を抑制できる。これは上部となる溝部を従来のようにそのまま上方より加熱するだけでは、溝部の背面側となる底面４に火炎が当たらず熱膨張差等により反りが生じたが、上部、下部を相互に加熱することで反りを防止する。
また、部材の上下を同時に上下双方から加熱すると上部の溝焼きバーナーを損傷しかねないので、この場合は、上部、下部をバランス良く周期的に交互に加熱する。また、底面側から加熱できない場合は、底面４を左右両側より複数のバーナーで加熱しても差し支えない。ただし左又は右方向のいずれか片面のみから加熱すると反対側に反るためこの場合は左右両側から加熱することにより反りのない支持部材を得ることができる。
【００２０】
溝壁面２１を加熱するガスバーナーは、狭い溝を焼くので細径で注射針のようなノズルに限定されるが、溝以外の部位を焼くバーナー、特に、支持部材溝部の背面となる底面４を加熱する時は、ノズルを直線状に並べたラインバーナー９を用い、一定距離から等量のガス炎で全体を均一に加熱する。
【００２１】
溝ピッチが１ｍｍ未満の場合、本発明の方法を手作業で長時間、同一条件を維持するのには限界がある。このため、溝を自動的に加熱する自動溝加熱装置を使用する。
自動溝加熱装置を図６に基づいて説明する。
図に示すように、２段に形成された基台５の上段５１に間隔をおいて回転ヘッド５３、５４が設けてある。回転ヘッド５３、５４は、ガイドレール５５を移動することができ、それらの間隔をワーク１（石英ガラス部材）の長さに応じて変更することができ、ワークである石英ガラス部材を支持する保持部７１、７２が設けてある。基台５の下段５２にはガイドレール５６が設けてあり、ガイドレール５６上を移動台５７がＹ方向に移動する。移動台５７にはロボット６が搭載され、このロボット６は、アーム６１がＸ方向に、及びアーム６２がＺ方向に伸縮し、さらにアーム６１は矢印Ｂに示すように回転することができる。
【００２２】
アーム６１の先端にバーナー取付部８が設けてあり、溝加熱用の第１バーナー３１と溝底面を加熱する第２バーナー３２が取り付けてあり、取付部８は、矢印Ｔで示すように回転可能である。
従って、バーナー３１、３２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の移動に加えてＸ方向を軸とする回転（Ｂ方向）とＺ方向を軸とする回転（Ｔ方向）が可能である。
また、バーナー３１、３２へのガスの供給を一定にするガス流量制御手段が装備されている。
【００２３】
自動溝加熱装置を使用した溝焼きを説明する。
まず、回転ヘッド５３、５４の間隔を調整し、保持部７１、７２でワーク１を保持する。予め、移動制御手段に溝のピッチ及び溝幅などを入力しておく。ロボット６が設定値に従って移動し、第１バーナー３１の溝壁に対する角度、溝のエッジまでの距離を設定した値となるようにする。
入力した設定速度でロボット及び第１バーナー３１を所定の位置に移動して、溝を加熱する。
【００２４】
１つの溝壁の加熱が終了すると、アーム６１が回転して対向する溝壁に対してもバーナーが所定の角度になるようにし、溝を加熱する。ロボットは次の溝に移動して加熱動作を同様におこなう。この工程を繰り返し全溝の加熱を終了する。ある程度の数の溝を加熱したら、バーナー取付部８をＴ方向に回転して第２バーナー３２がワークに対向するようにし、回転ヘッド５３、５４を回転させて溝底面を上側にして移動台５７を往復運動させて溝底面を加熱し、ワークを上下面で均等に加熱して反るのを防止する。
【００２５】
又は、ワークはそのままの状態としてロボット６のアーム６２を縮めてアーム６１を１８０℃回転（Ｂ方向）して第２バーナー３２をワークの下側に入り込ませて同様に溝底面を加熱する。
この自動溝加熱装置を使用することで、溝山幅０．５ｍｍのものであっても溝形状を損なったり焼きムラや反りを生じることなしに、精度、再現性良く溝焼きをおこなうことができる。
【００２６】
【実施例】
実施例１
２０ｍｍφ×８００ｍｍの石英ガラス丸棒部材を用いて、ダイヤモンドホイールで溝ピッチ５．６ｍｍ、溝幅３．６ｍｍ、溝の山幅２ｍｍの溝を１２０個形成した。
先端の口径が１．５ｍｍである内部混合型の酸水素炎ガスバーナーを用いて、ガスバーナーの先端位置を第一の溝の一壁面２１に対して１５度とし、溝壁面エッジ２３の位置より７ｍｍの距離を保ち、酸水素炎ガスバーナーを溝底部aから溝壁頂部bに移動させながら溝壁面を加熱した。
ガスの流量は、水素ガスが３〜６リットル／分、酸素ガスは１〜４リットル／分が好ましく、この実施例では、水素ガス３．５リットル／分、酸素ガス１．８リットル／分で加熱した。
【００２７】
次にガスバーナーを上部へ引き上げて反転し溝の他方の壁面２５に対し１５度となるようにし、溝の他方の壁面２５も同様の条件で溝焼きをおこなった。
なお、ガスバーナー移動速度はエッジ溝底部aから溝頂部bまでは１．５ｍｍ／秒とした。頂部bから底部cまでは２．０ｍｍ／秒とした。また、溝の他方の壁面２５は、溝底部a’から溝頂部b’  ２．２ｍｍ／秒、頂部b’から底部c’までは２．６ｍｍ／秒とした。
この操作を複数の溝に対して繰り返した。
溝壁面の加熱を溝数が２０個となったところで中断して、支持部材の第１溝から第２０溝の背面部を底面４側から酸水素火炎によりラインバーナーで加熱した。この作業を１２０溝に至るまで順次繰り返し溝焼きを完了した。
【００２８】
実施例２
１２ｍｍ角×８００ｍｍの石英ガラス角棒部材を用いて、ダイヤモンドホイールにより溝ピッチ３．６ｍｍ、溝幅２．８ｍｍ、溝の山幅０．８ｍｍを有する溝を１８０個形成した。
先端の口径が０．９ｍｍである内部混合型の酸水素炎ガスバーナーを用い、ガスバーナーの先端位置を第一の溝の溝一壁面に対して１０度とし、溝壁面のエッジから５．５ｍｍの距離を保ち、ガスバーナーを溝壁面エッジに沿って移動させて火炎で加熱した。
以下、実施例１に準じて支持部材を加熱したが、溝底面の加熱は、３０溝毎にラインバーナーで往復直線動作でおこない、１８０溝に至るまで繰り返して、溝焼きを完了した。
【００２９】
実施例１、２とも溝山の崩れなど溝形状に変化はなく、溝のあらゆる場所に焼けムラは認められなかった。
また、支持部材の反りも発生しておらず、溝ピッチについても加熱の前後で変化なく、累積で±０．１ｍｍという高精度の溝ピッチにも充分耐えられる結果となっていた。
【００３０】
【発明の効果】
従来のように角度を設けずにそのままピッチの狭い溝を加熱すると、溝山が変形したり支持部材が反ってしまい高精度を要求される溝ピッチに狂いが生ずる問題があったが、照射面に対して角度をつけ、バーナーと照射面の距離を一定にし、溝の背面部を溝部と分割して相互に順次加熱していくことにより、反りを防止することができる。
そして、溝のピッチの小さいウエーハボートにおいても、溝の形状を損なうことなく、溝を均一に加熱でき、石英ガラス製品の反りの発生もなく、高精度の溝ピッチを保持したまま表面処理を行え、半導体熱処理用治具としてパーティクル発生のない、また洗浄用治具として発塵がなく洗浄薬品との表面反応を低減して製品の長寿命化を可能にした石英ガラス部材の表面処理方法及びその装置を提供するこができる。
さらに溝底部から溝頂部に向かって移動する時のバーナーの移動速度が、溝頂部から反対側の底部に向かう時の速度よりも小さい移動速度にすることにより、熱を効率的に使用し、均一に仕上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溝を有する石英ガラス部材の加熱方法の概念図
【図２】加熱工程説明図
【図３】バーナーの軌跡説明図
【図４】ウエーハボートの斜視図
【図５】ウエーハボートの支持部材の斜視図
【図６】自動溝加熱装置の斜視図
【符号の説明】
１石英ガラス部材
２：溝
２１：溝壁面
２２：溝山
２３：エッジ
２４：溝底部
２５：溝の他方の壁面
２６：隣の溝の溝壁面
２７：隣の溝の他方の壁面
３：バーナー
４：底面
９：ラインバーナー
【図１】
0004393601.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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