(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に大きい凹凸を有する石英ガラス治具であって、前記凹凸の中心線粗さＲａが１０〜３０μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘが５０〜１５０μｍ、凹凸の幅が１０〜５００μｍの範囲にあることを特徴とする石英ガラス治具。
【請求項２】
表面に大きい凹凸を有する石英ガラス治具がガス原料を反応させて薄膜を形成する雰囲気中で使用する治具であることを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス治具。
【請求項３】
マイクロクラックが存在しない微細な凹凸を有する石英ガラス治具表面に無機質の薄膜を形成し洗浄する工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１または２に記載の表面に大きい凹凸を有する石英ガラス治具の製造方法。
【請求項４】
無機質の薄膜がシリコン化合物、窒化珪素化合物、酸化珪素化合物およびシリカ系ガラスから選ばれた少なくとも１種で形成された薄膜であることを特徴とする請求項４に記載の表面に大きい凹凸を有する石英ガラス治具の製造方法。
【請求項５】
薄膜の厚さが０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項３または４に記載の表面に大きい凹凸を有する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、石英ガラス治具およびその製造方法、さらに詳しくはマイクロクラックがなく、表面に大きな凹凸を有する石英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は高純度で、比較的耐熱性が高く、しかも耐薬品性の高い石英ガラス製治具が広く使われている。そして前記治具の表面には意識的に凹凸を設けることが多く、その凹凸はフロスト処理で形成されるのが一般的である。ところが、従来のフロスト処理では石英ガラス治具表面に結晶質二酸化珪素粉を吹き付け、表面を削り取るところから、凹凸と同時にマイクロクラックが発生し、その後のフッ化水素水溶液による洗浄処理で、マイクロクラックが選択的にエッチングされ、そこにエッチング処理液が付着したり、或はパーティクルが発生し、半導体製品を汚染する等の問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした問題点を解決する石英ガラス治具として、表面の平均高さが０．１〜１０μｍ、突出部の平均幅が３０〜１８０μｍの第１の上方レベルと第２の下方レベルとの間に延在する不規則な隆起した構造によって形成された粗い表面を有する石英ガラス治具が特開平１０−２７３３３９号で、また直径１０μｍ以下の球状または楕円球状の凹凸を表面に有する石英ガラス治具が特願平９−２８２７５７号でそれぞれ提案されている。しかし、前記石英ガラス治具を用いて半導体製品にＣＶＤプロセスを行うと、初期の段階では前記ＣＶＤプロセスで形成した薄膜にマイクロクラックの形成がなく、パーティクルの発生も抑制されているが、使用後の洗浄回数が多くなると治具表面の凹凸が減少し、蒸着した薄膜にマイクロクラックが形成され、パーティクルが発生し、半導体製品を汚染する問題が起こった。
【０００４】
そこで、本発明者等は上記問題を解消すべく鋭意研究を重ねたところ、石英ガラス治具の表面に凹凸の中心線粗さＲａが２〜３０μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘが１０〜１５０μｍ、凹凸の幅が１０〜５００μｍの大きな凹凸を形成すると、洗浄を繰り返し行ってもＣＶＤプロセスで形成した薄膜にマイクロクラックの形成がなく、パーティクルが発生せず半導体製品の汚染が起こらないことを見出した。そして前記表面に大きな凹凸を有する石英ガラス治具が、マイクロクラックが存在しない微細な凹凸を有する石英ガラス治具表面に無機質の薄膜を形成したのち洗浄する工程を複数回繰り返すことで容易に製造できることをも見出して、本発明を完成したものである。すなわち
【０００５】
本発明は、表面に大きな凹凸を有する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、複数回の洗浄後においてもＣＶＤ工程などで形成した酸化膜などにマイクロクラックの形成がなく、パーティクルの発生による半導体製品の汚染のない石英ガラス治具を提供することを目的とする。
【０００７】
さらに、本発明は、上記石英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。
【０００８】
【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、表面に大きい凹凸を有する石英ガラス治具であって、前記凹凸の中心線粗さＲａが２〜３０μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘが１０〜１５０μｍ、凹凸の幅が１０〜５００μｍの範囲にあることを特徴とする石英ガラス治具およびその製造方法に係る。
【０００９】
本発明の石英ガラス治具は、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として有用で、その表面の一部又は全部に凹凸の中心線粗さＲａが２〜３０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘが１０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍ、凹凸の幅が１０〜５００μｍの大きな凹凸を有し、マイクロクラックの存在しない石英ガラス治具である。このように大きな凹凸を有し、かつマイクロクラックが存在しないところから、５％のフッ化水素酸によるエッチング処理後においても表面の粗さに変化がなく、凹凸の中心線粗さや凹凸の最大高さをそのまま維持することができる。それ故、ＣＶＤプロセスで使用し、複数回の洗浄を行っても、形成した酸化膜などにマイクロクラックの形成がなく、パーティクルの発生により半導体製品を汚染することがない。とくに好ましくは、図１にみるように凹凸が、複数の斜面により形成され、斜面が交わる頂部には稜線が形成された形状、例えば、切妻や寄棟などの屋根に似た形状がよい。そして前記斜面は平面であっても、また曲面であってもよい。前記「洗浄」とは、フッ化水素酸水溶液またはフッ化水素酸と硝酸、硫酸などの無機酸との混合液による洗浄をいう。前記凹凸の中心線粗さＲａが２μｍ未満では薄膜にマイクロクラックが形成され易く、３０μｍを超えると大きな凹凸の形成が困難となる。また、凹凸の最大高さＲｍａｘおよびその幅が前記範囲を逸脱すると中心線粗さＲａと同様に良好な石英ガラス治具を形成することがない。
【００１０】
上記表面に大きな凹凸を有する石英ガラス治具は、石英ガラス治具表面に、例えば特願平９−２８２７５７号の明細書に記載するようにシリコーンなどの薄膜を形成し、フッ化水素酸水溶液でエッチング処理するか、または特開平１０−２７３３３９号公報に記載するようにフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと酢酸との溶液に石英ガラス治具を浸漬し、ケイフッ化アンモンの微結晶を析出させるフロスト処理で表面にマイクロクラックが存在しない微細な凹凸を形成し、次いで該治具の表面に無機質の薄膜を被覆し洗浄する工程を少なくとも２回繰り返し、凹凸の中心線粗さＲａが２〜３０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘが１０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍ、凹凸の幅が１０〜５００μｍの大きな凹凸になるまで処理すことで製造できる。前記無機質の薄膜の被覆と洗浄による凹凸の形成方法では従来採られてきたサンドブラスト法のようにマイクロクラックが発生し、そこにフッ化水素酸水溶液がしみ込み卵形状に開放し先端が鋭く尖った形状となることがなく、凹凸の頂部がなだらかな斜面に形成される。前記無機質の薄膜としては、シリコン化合物、窒化珪素化合物、酸化珪素化合物、シリカ系ガラスから選ばれる少なくとも１種の薄膜が挙げられる。このようにマイクロクラックが存在しない微細な凹凸を有する石英ガラス表面に無機質の薄膜を形成したのち洗浄することで大きな凹凸が形成されるのは、微細な凹凸の凹部に薄膜が形成されたとき目視に観察されない微細なマイクロクラックが形成され、この薄膜の微細なマイクロクラックに沿って洗浄液が浸漬して、選択的にエッチングが行われ凹凸を大きくすることに起因するものと考えられる。前記無機質の薄膜の厚さは０．１〜１００μｍの範囲がよい。膜厚が０．１μｍ未満では洗浄後の表面粗さの増加および大きな凹凸の形成がなく、膜厚が１００μｍを超えると薄膜に目視で確認できる直線的なマイクロクラックが形成され、それが石英ガラス治具にまで伝播し、石英ガラス治具を抱えるようにマイクロクラックが形成され、石英ガラスが剥離し易くなり好ましくない。
【００１１】
【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。
【００１２】
【実施例】
実施例１
５０％のフッ化水素酸水溶液約２４重量％、フッ化アンモニウム約１７重量％、１００％酢酸水溶液約３５重量％、水約２４重量％を混合して得た溶液に石英ガラスチューブを浸漬し、ケイフッ化アンモンの微結晶を析出させた。得られた石英ガラスチューブの中心線粗さＲａは０．５μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘは２μｍで、目視による観察でマイクロクラックの存在がみられなかった。この石英ガラスチューブの表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜を１０μｍの厚さに蒸着し、フッ化水素酸と硝酸の混合溶液で洗浄する工程を４回繰り返した。得られた石英ガラスチューブの表面には、図１にみるように凹凸が複数の斜面により形成され、斜面が交わる頂部には稜線が形成されていた。前記図１は、倍率５０倍の走査電子顕微鏡２次電子像写真である。この石英ガラス治具の表面を表面粗さ計（東京精密（株）製Ｓｕｒｆｃｏｍ３００Ｂ）で測って得た値の縦方向５００倍、水平方向３００倍としたグラフを図３に示す。同図３にみるように石英ガラス治具表面の凹凸の中心線粗さＲａは１３μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘは８０μｍ、凹凸の平均幅は１００μｍであった。得られた石英ガラスチューブを用いてシリコンウェーハのＣＶＤプロセスを行ったのち、４回洗浄したが、パーティクルの発生は確認できなかった。
【００１３】
比較例１
５０％のフッ化水素酸水溶液約２４重量％、フッ化アンモニウム約１７重量％、１００％酢酸水溶液約３５重量％、水約２４重量％を混合した溶液に石英ガラスチューブを浸漬し、ケイフッ化アンモンの微結晶を析出させた。凹凸の中心線粗さＲａは０．５μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘは２μｍであった。得られた石英ガラスチューブを用いてシリコンウェーハのＣＶＤプロセスを行ったのち、４回洗浄したところ、洗浄後にパーテクルが発生しシリコンウェーハの汚染が確認された。
【００１４】
比較例２
透明石英ガラスチューブの表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜を１０μｍ蒸着し、フッ化水素酸と硝酸の混合溶液で洗浄する工程を４回行った。得られた石英ガラスチューブの表面には図２のようにガラスを抱え込んだ直線的なマイクロクラックが多数観察された。同図２は、倍率５０倍の走査電子顕微鏡２次電子像写真である。また、前記石英ガラスチューブの表面を実施例１と同様に表面粗さ計で測定し、垂直方向５００倍、水平方向３００に拡大したグラフを図４に示す。同図４にみるように凹凸の中心線粗さＲａは６μｍ、凹凸の最大高さＲｍａｘは４０μｍであった。この石英ガラスチューブを用いてシリコンウェーハのＣＶＤプロセスを行ったところ、異常なパーティクルが発生しテストを途中で中断した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の石英ガラスは、表面に大きな凹凸を有し、かつマイクロクラックが存在しない石英ガラス治具である。この石英ガラス治具を半導体製品製造におけるＣＶＤ工程で使用し、複数回洗浄したのち再度ＣＶＤプロセスで使用してもで酸化膜などにマイクロクラックの形成がなく、パーティクルの発生による半導体製品の汚染がない。前記石英ガラス治具は石英ガラス表面にマイクロクラックの存在しない微細な凹凸を形成し、その上に無機質の薄膜を被覆し洗浄する工程を複数回実施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】本発明の石英ガラス治具表面の倍率５０倍の走査電子顕微鏡２次電子像写真である。
【図２】石英ガラス治具表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜を形成し４回洗浄した後の倍率５０倍の走査電子顕微鏡２次電子像写真である。
【図３】本発明の石英ガラス治具表面を表面粗さ計で図ったプロファイルである。
【図４】石英ガラス治具表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜を形成し４回洗浄した後の石英ガラス治具表面を表面粗さ計で図ったプロファイルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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