(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に切頭ピラミッド形状の突出構造体と、その間に凹部を有し、それらの上に小突起物が均一に分布する半導体工業で使用するシリカガラス治具において、前記切頭ピラミッド形状の突出構造体の底部の最大幅が７０〜１０００μｍ、底部から突出構造体の頂部までの高さが１０〜１００μｍで、かつ突出構造体と、その間の凹部に均一に分布する小突起物の底部の最大幅が１〜５０μｍ、底部から頂部までの高さが０．１〜１０μｍであることを特徴とする半導体工業用シリカガラス治具。
【請求項２】
半導体工業用シリカガラス治具表面の平均粗さＲａが１〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の半導体工業用シリカガラス治具。
【請求項３】
シリカガラス治具をフッ化水素、フッ化アンモニウム及び有機酸を含有する第１の処理液に浸漬したのち、この第１の処理液より有機酸の含有量が多い第２の処理液に少なくとも１回浸漬することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体工業用シリカガラス治具の製造方法。
【請求項４】
第１の処理液がフッ化水素１５〜５０質量％、フッ化アンモニウム６〜３０質量％及び有機酸が３０〜５０質量％を含有する水溶液であり、第２の処理液がフッ化水素５〜２０質量％、フッ化アンモニウム６〜３０質量％及び有機酸４０〜７０質量％を含有する処理液であることを特徴とする請求項３記載の半導体工業用シリカガラス治具の製造方法。
【請求項５】
有機酸が酢酸であることを特徴とする請求項３又は４記載の半導体工業用シリカ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、半導体工業用シリカガラス治具、特に表面に突起が分布する半導体工業用シリカガラス治具およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子の製造において、基板上に酸化けい素、窒化けい素またはポリシリコン等の被膜材料からなる被膜を形成することが行われているが、その際、被覆材料が基板の上にとどまらず被覆のための反応室やその中に配備する部材（以下、反応室や部材を単に治具という）の表面にも堆積する。治具が石英ガラスからなる場合、被覆材料が一定の厚さ以上になると治具と被覆材料との熱膨張率差により応力が発生し剥離或はパーティクルとなって半導体素子を汚染することが起こる。特に高温のＣＶＤ法で被膜を形成する場合、剥離傾向は一段と増す。そのため治具を一定時間使用したのち洗浄するのが一般的であるが、洗浄には時間がかかる上に工程数が増し製造コストを高いものにする。そこで、治具表面に凹凸を設けることで被膜の剥離を低減する方法が提案された。この凹凸の形成には二酸化ケイ素微粒子、炭素微粒子、セラミック微粒子を吹き付ける乾式サンドブラスト法、ダイヤモンド砥粒を用いる研削法或はスラリー状の遊離砥粒を用いるウエットブラスト法等の機械的加工法や、特定の処理溶液で処理する化学的加工法等が用いられるが、機械的加工法では、治具表面に形成した凹凸と供にマイクロクラックを持った層が形成され、その深さが１００μｍｍに達することがある。このような深いマイクロクラックが発生すると、その中に半導体素子を汚染する物質が取り込まれ、半導体素子を汚染したり、或はマイクロクラックが破壊開始クラックとなり治具の強度を低下し使用寿命を短いものにする等の欠点があった。さらに、前記マイクロクラックの発生は洗浄時に治具表面の凹凸を変え、同一条件での気相反応ができず、安定な被膜の形成を困難にする。この問題を解決するため例えば特開平１０−５９７４４号公報では、機械加工したのち、３〜２０質量％のフッ化水素を含有するフッ化水素酸でエッチング処理し、マイクロクラックを開放しているが、この方法では滑らかなディンプル状の凹凸になり、細かい凹凸がなくなるため、最近の高度化した半導体素子で要求するレベルの均質な被膜の形成を困難にしている。
【０００３】
また、シリカガラス治具表面の凹凸の形成を化学的加工法で行った場合、確かにマイクロクラックの発生がなく汚染物質による半導体素子の汚染が少なくなる上に、治具の凹凸の変化も少なく均一な気相反応ができ均質な被膜ができるが、治具表面の凹凸が大きくなると、例えばＲａ＝３以上の粗さにすると、凸の頂部や凹の底部に平滑な部分が存在するようになり、この平滑部に被覆材料が付着し、付着した被覆材料と治具との熱膨張率差から治具にクラックが発生し、それがパーティクルの発生源となる等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした現状に鑑み、本発明者等は鋭意研究した結果、前記化学的加工法が治具表面にマイクロクラックを発生させない上に、治具の凹凸の変化も少ないことから、この化学的加工法を改良することににより優れた石英ガラス治具が得られるとの考えに基づきさらに研究を行ったところ、化学的加工法で先ず比較的大きな切頭ピラミッド状の突出物を形成し、その上にさらに小突起物を形成することで、被膜の剥離が一段と低減し、治具と被覆材料との熱膨張率差によるクラックの発生も極めて少なく、治具の洗浄回数を減らすことができる石英ガラス治具が得られることを見出して、本発明を完成したものである。すなわち
【０００５】
本発明は、被膜の剥離が少なくパーティクルの発生による半導体素子の汚染がなく洗浄回数を減らずことができる上に、クラックの発生が少なく使用寿命の長い半導体工業用シリカ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、上記半導体工業用シリカガラス治具の簡便な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、半導体工業で使用するシリカガラス治具において、前記治具表面に切頭ピラミッド形状の突出構造体と、その間の凹部を有し、それらの上に小突起物が均一に分布することを特徴とする半導体工業用シリカガラス治具及びその製造方法に係る。
【０００８】
本発明の半導体工業用シリカガラス治具は、例えば炉芯管、ウェーハ載置用ボート等、半導体工業で使用される治具であり、その治具表面には切頭ピラミッド形状の突出構造体と、その間の凹部の平坦部にさらに小突起物が均一に分布する治具である。前記突出構造体はその底部の最大幅が７０〜１０００μｍ、底部から頂部までの高さが１０〜１００μｍの範囲にあるのがよい。突出構造体の底部最大幅が７０μｍ未満では面粗さが小さく、厚い被膜形成時の効果が十分でなく、底部の最大幅が１０００μｍを超える大きさの構造体の形成は技術的に困難である。また、突出構造体の高さが１０μｍ未満では凹凸が浅く剥離防止が十分でなく、１００μｍを超える高さの突出構造体の形成は困難である。
【０００９】
突出構造体とその側面及び突出構造体の間の凹部の平坦部に形成される小突起物はその底部の最大幅が５０μｍ以下、底部から頂部までの高さが１０μｍ未満であるのがよい。小突起物の最大幅が５０μｍを超えては平坦部が残り、クラックやパーティクルが発生し易い。本発明の半導体工業用シリカガラス治具は、前記表面構造を有することから、治具と堆積被膜との熱膨張率差によるクラックの発生を低減でき、治具に堆積した被膜の剥離が少なく厚い膜を付けられた治具の洗浄回数も少なくできる。さらに、凹凸が化学的加工法で形成されることから、マイクロクラック層の発生による不純物の取り込みがなく、またマイクロクラックに起因する強度不足や洗浄による面状態の変化もなく、気相反応を安定にでき均質な被膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の半導体工業用シリカガラス治具の製造方法は、まずシリカガラス治具をフッ化水素、フッ化アンモニウム及び有機酸を含有する第１の処理液に浸漬し、次いで前記処理液より有機酸の比率が多い第２の処理液に少なくとも１回浸漬して、治具表面に切頭ピラミッド形状の突出構造体と、その間の凹部を形成するとともに、それらの上に小突起物を均一に分布する。使用する第１の処理液中のフッ化水素の含有量は１５〜５０質量％、フッ化アンモニウムの含有量は６〜３０質量％及び有機酸の含有量は４０〜５０質量％の範囲がよい。また、第２の処理液中のフッ化水素の含有量は５〜２０質量％、フッ化アンモニウムの含有量は６〜３０質量％及び有機酸の含有量は４０〜７０質量％の範囲で、第１の処理液より有機酸の含有量が多い範囲が選ばれる。
【００１１】
上記第１の処理液中のフッ化アンモニウムの含有量が６質量％未満では、フッ化水素によるエッチングが起こるにとどまり凹凸の形成がなく、フッ化アンモニウムが３０質量％を超えても凹凸の形成効果は同じで、コスト高となり実用的でない。また、有機酸の含有量が２０質量％未満では有機酸の含有効果が少なく、５０質量％を超えると、突出構造体が小さくなり過ぎ、厚膜形成時の効果が十分でない。さらに、第２の処理液中のフッ化アンモニウムの含有量が６未満では、フッ化水素によるエッチングが起こるにとどまり凹凸の形成がなく、また、有機酸の含有量が４０質量％未満では突起物が大きくなり過ぎ、７０質量％を超える処理液の調製は困難である。有機酸としては、特に水溶性の有機カルボン酸がよく、具体的には蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が挙げられるが、中でも、水への溶解度が高く、かつ安価である酢酸が好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例について述べるがこれによって本発明はなんら限定されるものではない。
【００１３】
【実施例】
実施例１
ＣＶＤ用の炉芯管をフッ化水素３０質量％、フッ化アンモニウム１０質量％及び酢酸３５質量％の処理液槽に１時間間浸し、底部の最大幅が３００μｍ、底部から頂部までの高さが３０μｍの切頭ピラミッド状の突出構造体と、その間の凹部が平坦部を有する炉芯管を得た。突出構造体の寸法は、前記処理した炉芯管の走査電子顕微鏡写真を図１のように撮り、それぞれの突出構造体の底部の最大幅、底部から頂部までの高さを求め、平均値として表わしたものである。この処理済炉芯管を粗さ計で測定したところ、平均粗さＲａは３μｍであった。前記の炉芯管をさらにフッ酸１５質量％、フッ化アンモニウム１５質量％、酢酸５０質量％の処理液に浸漬した。得られた炉芯管の表面を走査電子顕微鏡でみたところ図２に示すように底部の最大幅が１５μｍ、底部から頂部までの高さが２μｍの小突起物が均一に分布していた。この炉芯管の平均粗さＲａは３．５μｍで全体が不透明であった。前記炉芯管を用いてシリコンウェーハのポリシリコン膜の形成をＣＶＤ法で行った。炉芯管にポリシリコン膜が３０μｍ付着するまで使用したが、パーティクルの発生がなくシリコンウェーハを高い歩留で処理できた。また、使用後のポリシリコン膜付炉芯管にはクラックの発生がなく、膜の剥がれもなかった。
【００１４】
比較例１
実施例１において、炉芯管の化学的加工を第一の処理液の処理にとどめ、その炉芯管を用いて、シリコンウェーハにＣＶＤ法でポリシリコン膜を２５μｍ付ける処理を行った。炉芯管にはクラックが多く入り、一部に膜剥離がみられた。
【００１５】
比較例２
実施例１の炉芯管を第２の処理液を用いた化学的加工を行った。表面の平均粗さＲａは１μｍであった。この炉芯管を用いて、シリコンウェーハのポリシリコン膜をＣＶＤ法で３０μｍ付ける処理を行ったところ、炉芯管にポリシリコン膜の付着が２５μｍを超えるとパーティクルの発生が多くなり、また、使用後の炉芯管にはクラックの発生があった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の半導体シリカガラス治具は、その表面が切頭ピラミッド形状の突出構造体と、その間の凹部に小突起物が均一に分布した構造を有し、半導体素子のＣＶＤ法による成膜においてもクラックの発生が少なく被膜の剥離によるパーティクルの発生が少ない上に、洗浄間隔を長くしても半導体素子を汚染することがない。前記シリカガラス治具は、特定の濃度のフッ化水素、フッ化アンモニウム及び有機酸を含有する処理液で少なくとも２回処理することで容易に製造でき、その工業的価値は高いものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の処理液で処理したシリカガラス治具表面の走査電子顕微鏡による１００倍の写真である。
【図２】第１及び第２の処理液で処理したシリカガラス治具表面の走査電子顕微鏡による１００倍の写真である。
【図１】
0004437365.tif 000002
【図２】
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