(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のウエハ保持溝を刻設した石英ガラス製保持棒であって、該保持棒の軸心に対し、溝切込み位置より離れる方向に偏心した偏心貫通孔を有するウエハ保持棒の製造方法において、
中空略円筒状の石英ガラス母材を加熱軟化させながら軸方向に引き伸ばし、必要に応じ所定の外径加工を施して、断面円形若しくは多角形状の、軸穴が中心軸上に位置している中空小径管を製造した後、
該小径管の側面を研削その他の機械加工により除去して、前記小径管の中心軸上に位置していた軸穴を偏心させ、該軸穴を偏心させた小径管の厚肉側に保持溝を刻設したことを特徴とするウエハ保持棒の製造方法。
【請求項２】
多数のウエハ保持溝を刻設した石英ガラス製保持棒に、耐熱性芯体の内挿穴を挿設するとともに、該内挿穴の中心を、該保持棒の軸心に対し、溝切込み位置より離れる方向に偏心して穿設したウエハ保持装置の製造方法において、
略軸中心上に沿って穴を開けた略円筒状の石英ガラス母材を製造する工程と、
前記石英ガラス母材を加熱軟化させながら軸方向に引き伸ばし、必要に応じ所定の外径加工を施して、断面円形若しくは多角形状の、軸穴が中心軸上に位置している中空小径管を製造する工程と、
前記小径管の側面を研削その他の機械加工により除去し、前記小径管の中心軸上に位置していた軸穴を偏心させる工程と、
前記軸穴を偏心させた小径管の厚肉側に保持溝を刻設する工程と、を含むことを特徴とするウエハ保持装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏心中空ウエハ保持棒と該保持棒を用いたウエハ保持装置の製造方法に係り、特に耐熱性芯体の内挿用穴を有する石英ガラス製保持棒を具えたウエハ保持装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数枚のウエハを搭載するウエハボートは、ウエハの全重量を保持した状態で１０００〜１２５０℃前後の高温反応処理雰囲気に曝される。その結果、多数のウエハ保持溝を刻設した複数の保持棒が垂直に立設する縦型ウエハボートにおいては、前記複数の保持棒により片持ち支持にてウエハを支持する構成を取るために、前記保持棒に加わる重量負担が大きく、該保持棒に変形が発生しウエハ保持装置の寿命も短くする原因となる。
このため保持棒自身の変形を防止するため、保持棒を中空石英ガラス管で形成しつつ該管の軸穴内に石英ガラスより軟化点の高い変形に強い部材例えばＳｉＣやセラミックス等のむく棒を内挿補強することが提案がなされている。
【０００３】
そしてかかる従来技術では、前記中空石英ガラス管の肉厚の幅にウエハ載置用の溝を刻設してあるわけであるが、構造上前記石英ガラス管の外径はあまり大きくできないため、前記ガラス管の肉厚を厚くすることは期待しがたく、溝深さを浅くしないかぎり溝底と耐熱芯体が内挿される中空部間の肉厚は非常に薄くなってしまい、特に縦型ボートにおいては片持ち支持で重量負担が大になり、破壊につながる恐れがある。
又保持溝を中空部まで貫通するごとく深く刻設しウエハを確実に保持出来るようにした場合は、耐熱芯体より不純物が放出され、ウエハの汚染及び炉心管内の汚染の原因を形成する。
かかる技術的課題を達成するため、図５（Ｂ）に示すように必要に応じ所定の外径加工を施して断面多角形状にした保持棒７に挿設される耐熱性芯体４の内挿用穴５中心Ｙ−Ｙを、保持棒７の軸心Χ−Χに対し、溝切込み位置より離れる方向に位置をずらして形成し、保持棒７に刻設した溝底と前記内挿用穴５の内壁との間の肉厚を十分に確保出来る構成とした技術は公知であり、その類似技術が例えば特開平８−２３６４６８号（以下前提装置という）に開示されている。
【０００４】
かかるウエハ保持装置の構成は後記に図５に基づいて説明されているが、本装置は、石英ガラス製の上側プレート１及び下側プレート２間に片側に寄せて直立配置した３本の支柱３とにより構成するとともに、該支柱３取り付け位置の反対側にウエーハが装入可能な開放空間を形成する。そして前記支柱３のプレート中心側に、多段状に保持溝６を刻設してウエーハを上下に積層配置可能に構成されたウエハボートにおいて、前記支柱３を図５（Ｂ）に示すように、必要に応じ所定の外径加工を施して断面多角形状の筒状偏心中空管よりなる石英ガラス製管状体（管状体には円筒管状体と断面多角形管状体の両者を含む。以下保持棒７という）と、該保持棒７に穿孔した内挿用穴５に耐熱性芯体４が挿設するとともに、前記保持棒７の内挿用穴５は、その穴の中心Ｙ−Ｙが保持棒７の軸心Ｘ−Ｘに対し、溝切込み位置より離れる方向に位置をずらした偏心位置に、前記軸心Ｘ−Ｘと平行に垂直に穿孔されている。前記芯体４はＳｉＣ、ＳｉＣ−Ｓ、Ａｌ２Ｏ３、その他の耐熱性セラミック、若しくはカーボンＣ等で形成する。
【０００５】
かかるウエハ保持装置によれば、ウエハ保持溝６をウエハ保持に必要とする十分な深さで刻設しても、保持溝６底と前記内挿用穴５間が薄肉となることなく、適当な距離を保持することが可能となり、これにより補強の効果も確実に得られるとともに、耐熱芯体４より不純物が放出されることもないという極めて実利的な装置であるが、問題は保持棒の製造方法である。
即ち、前記保持棒７は通常の石英ガラス管ではなく、内挿用穴５が偏心した偏心管であるために、その製造が極めて困難である。
【０００６】
このため前記前提装置ではいわゆるパウダ−イン−チューブ法で前記保持棒を製造している。即ち、図６（Ａ）に示すように該パウダ−イン−チューブ法は、中空石英ガラス外管１３と、該外管１３内に偏心して内挿する石英ガラス内管１４と、前記外管１３と内管１４との間を充填するシリカ粉２６とを充填した充填体（鞘管）１１を形成した後、図６（Ｂ）に示すように該鞘管１１を円筒型電気炉２８内に垂直に先端部より挿入し、減圧管２９により鞘管１１内の減圧度を、１００〜２００Ｐａ、内管１４内を正圧にしながら炉２８を徐々に昇温させて、炉内温度が溶融温度に達した後に、炉内への送り速度と引き速度を制御して延伸溶融を行なって偏心孔開き保持棒として機能する透明円棒状石英ガラス棒７０を得るものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらかかるパウダ−イン−チューブ法では前記した鞘管を前もって製造しなければならず、又シリカ粉の加熱純化処理を行なう等の段取り工程が必要であり、このため製造工程が煩雑化するのみならず、鞘管１１はシリカ粉２６を充填した状態で溶融するために、溶融体中に気泡が含まれたり、又前記鞘管１１内にいきなりシリカ粉を入れて昇温すると、シリカのα／β型の転移温度にて急膨張し、鞘管１１を破壊させてしまう恐れもある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、気泡や破壊が発生することなく、精度良く且つ高品質に前記偏心中空保持棒を具えたウエハ保持装置を製造できるウエハ保持装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、前記偏心貫通孔を有するウエハ保持棒の製造方法において、
中空略円筒状の石英ガラス母材５１を加熱軟化させながら軸方向に引き伸ばし、必要に応じ所定の外径加工を施して、断面円形若しくは多角形状の軸穴が中心軸上に位置している中空小径管７０(従って小径管は軸穴が中心軸上に位置していれば円管のみを指すものではなく楕円、長円、方形面取り管、異形管等のいずれをも含む)を製造した後、
該小径管７０の側面を研削その他の機械加工により除去して前記小径管の中心軸上に位置していた軸穴５を偏心させ、該軸穴５を偏心させた小径管７０の厚肉側に保持溝６を刻設したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記した保持棒内に耐熱芯体４を挿設して形成したウエハ保持装置の製造方法において、
略軸中心上に沿って穴を開けた略円筒状の石英ガラス母材５１を製造する工程と、
前記石英ガラス母材５１を加熱軟化させながら軸方向に引き伸ばし、必要に応じ所定の外径加工を施して、断面円形若しくは多角形状の軸穴が中心軸上に位置している中空小径管７０を製造する工程と、
前記小径管７０の側面を研削その他の機械加工により除去し、前記小径管の中心軸上に位置していた軸穴５を偏心させる工程と、
前記軸穴５を偏心させた小径管７０の厚肉側に保持溝６を刻設する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
尚、前記小径管７０の側面を研削する場合、図１（３）の（ａ）で示すように、前記小径管７０の左右側面の両側を除去し、一側のみの除去量を多くして、薄肉側と厚肉側を形成してもよく、又図１（３）の（ｂ）で示すように、前記小径管７０の一側のみを除去してもよい。
【００１２】
かかる発明によれば、前記石英ガラス母材５１を加熱軟化させながら軸方向に引き伸ばし、所定口径の中空小径管７０を製造する点は貫通孔が中心にある（軸穴が中心軸上に位置している）中空小径管７０の製造方法と同様である。
そして本発明の特徴とするところは、前記小径管７０の側面を研削その他の機械加工により除去し、前記小径管の中心軸上に位置していた軸穴を偏心させることにある。即ち、むくの小径棒に細孔を孔開け加工（ドリル加工）するには、本発明のように多数の保持溝を刻設する軸方向に長い小径棒の場合は、ドリルが途中で折損したり、ドリリングされる管穴が斜行したり又滑ったりして精度良く細孔を開けることができない。
【００１３】
一方、本発明において前記小径管７０の側面、言い換えれば管外周面の一側を研削その他の機械加工により加工することは、後記実施例に示すように、前記小径管７０を案内テーブル上に水平に設置固定した後、該案内テーブル上に配した研削治具により前記小径管７０の端側より研削を行ないながら前記案内テーブルを平行移動することにより簡単且つ精度良く、然も保持棒がロングサイズであっても問題なく、小径管７０の側面除去が容易である。
【００１４】
尚、前記石英ガラス母材５１は必ずしも厚肉円筒状でなくても断面長円若しくは断面楕円状に形成してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
図１は本発明の実施形態にかかる保持棒７の製造手順の一例を示す。
１）石英ガラスインゴットより厚肉円筒状石英ガラス母材５１の製造
石英ガラスインゴットは公知のように天然若しくは合成石英ガラス粉を電気炉若しくは酸水素炎を利用して加熱溶融して製造されるが、これ以外でも四塩化珪素その他の珪素化合物を酸水素炎若しくは高周波誘導プラズマにて火炎加水分解させて、いわゆるスート法、ダイレクト法等にて、合成石英ガラスインゴットを製造しても良い。
そして前記のようにして製造された石英ガラスインゴットは円筒研削により直径１５０ｍｍφ、高さ３００ｍｍの円筒状に研削した後、ドリルその他の穴開け加工により中心軸線上に３０ｍｍφの貫通孔（軸穴５）を穿設して厚肉円筒母材５１を製造する。
尚、前記石英ガラス母材５１は必ずしも厚肉円筒状でなくても断面長円若しくは断面楕円状に研削してもよい。
【００１７】
２）中空小径管７０の製造
前記厚肉円筒状の石英ガラス母材５１を加熱軟化させながら軸方向に引き伸ばし、所定口径の中空小径管７０を製造する。
このような中空小径管７０は公知の電気溶融一段引き下げ法を用いて構成することができる。
かかる電気溶融一段引き下げ法は、図２に示すように、円筒型電気炉２８内に前記石英ガラス母材５１を垂直に挿入しながら炉２８を徐々に昇温する。
炉内温度が１８００℃以上２２００℃以下の溶融温度、好ましくは略１９００〜２０００℃に達した後に、円筒型電気炉２８内への送り速度と該電気炉２８により溶融された石英ガラス母材５１の引き速度を回転ローラ２９の回転により制御して延伸溶融を行なって、その後自然冷却によりこれを固化させて穴開き透明円棒状の中空小径管７０を得る。
尚、この線引後の中空小径管７０は、その直径が母材５１直径の略１／３〜１／１５程度になるように線引き速度と送り速度を調整するのが好ましい。
尚、前記中空小径管７０は必要に応じ所定の外径加工を施して、断面多角形状、具体的には面取り断面正方形の形状にしてもよい。
【００１８】
３）軸穴偏心工程
次に前記小径管７０は保持棒７と対応する適宜長さに切断した後、該小径管７０の軸穴５が中心軸上に位置しているために、これを偏心させる必要がある。
そのために例えば、図３に示すような研削加工装置を使用する。
図中２１は案内テーブルで、該案内テーブル２１は、送り用ボールねじ等を利用してベッド２２上を水平に往復移動可能に（図上左右方向）構成されている。
中空小径管７０はＶブロック２５等を利用して案内テーブル２１上に水平に設置し、位置固定する。
尚、前記中空小径管７０は研削時に回転若しくは揺動しないように、支持部材２３により両端をしっかりと位置固定する。
軸穴偏心工程では(ａ)には面取り断面正方形の中空小径管７０、(ｂ)には断面円形の中空小径管７０、を示している。
【００１９】
該案内テーブル２１上に配した研削治具は、保持棒７の周面と一致させて外周面を断面台形状に凹設して形成した砥石ローラ２４からなる。
そしてかかる研削加工装置によれば、前記小径管７０を案内テーブル２１のＶブロック２５に水平に位置固定した後、該案内テーブル２１上に配した砥石ローラ２４により前記小径管７０の端側より研削を行ないながら前記案内テーブル２１を平行移動することにより、該小径管７０の一側側面が所定肉厚分だけ研削除去され、結果として軸穴５を偏心させることができる。
かかる製造手順は図１（３）の（ｂ）前記小径管７０の一側のみを除去して片側台形（薄肉側）、片側円形（溝切り側）の例示であるが、図１（３）の（ａ）で示すように、前記小径管７０の左右側面の両側を研削して、一側のみの研削量を多くして、薄肉側と厚肉側の台形部を形成してもよい。
【００２０】
４）前記保持溝６刻設工程
保持溝６の刻設は、図４に示すように薄肉砥石３１を用い、該砥石３１の幅を保持溝断面形状と同一に設定する。
そして前記薄肉砥石３１を保持棒中心方向に保持溝深さ分だけ押し込みながら平行移動により研削して溝底が直線上の保持溝６を刻設する。
以下順次薄肉砥石３１を保持溝ピッチだけ順次移動しながら、多数の保持溝を刻設する。
【００２１】
５）熱歪み除去
そして前記保持溝６を刻設した保持棒７を電気炉にて１０５０℃で１０ｈｒｓ加熱処理を行ない、熱歪除去処理を行なった後、１０ｗｔ％フッ化水素水溶液に１０ｍｉｎ浸し、その後、純水で洗い流して内外表面洗浄及びマイクロクラックの除去を行なった。
【００２２】
次に前記保持棒を用いて構成したウエハボートの概略構成を図５に示す。
図５（Ａ）はウエハボートの概略構成を示す全体斜視図、（Ｂ）は該ボートに用いる保持棒７の要部構成を示す部分拡大斜視図、（Ｃ）はその横断面図である。
【００２３】
（Ａ）においてウエハボートは、石英ガラス製の上側プレート１及び下側プレート２間に片側に寄せて直立配置した３本の支柱３とにより構成するとともに、該保持棒７取り付け位置の反対側にウエーハが装入可能な開放空間を形成する。
そして前記保持棒７のプレート中心側に多段状に刻設した保持溝６を位置させてウエーハを上下に積層配置可能に構成する。
【００２４】
そして、該保持棒７は（Ｂ）に示すように、保持棒７の中心軸に対し偏心させて穿孔した内挿用穴５にＳｉＣ耐熱性芯体４が挿設されるが、この場合芯体４直径は、熱膨張率差を考慮して内挿用穴５径より僅かに小径にする。
【００２５】
具体的にはこのように構成することにより（Ｃ）に示すように、前記保持棒７の断面寸法はウエハ保持溝６側の溝底深さはＷ＝８ｍｍ、耐熱性芯体４直径Ｓ＝５ｍｍ、内挿用穴５径Ｃ＝６ｍｍである。この結果ウエハ保持溝６はウエハ保持に必要とする十分な深さで刻設しても、保持溝６底と前記内挿用穴５間が薄肉となることなく、適当な距離を保持することが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、精度良く且つ高品質に前記偏心中空保持棒を具えたウエハ保持装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係るウエハ保持棒の製造手順を示すフロー図である。
【図２】  石英ガラス母材より所定口径の中空小径管を製造する電気溶融一段引き下げ法の概略図である。
【図３】  中空小径管の軸穴を偏心させるための研削加工装置を示す。
【図４】  前記偏心させた中空小径管に保持溝を刻設する方法を示す概略図である。
【図５】  （Ａ）は本発明のウエハ保持装置の概略構成を示す斜視図、（Ｂ）は本装置の保持棒の断面構成を示す要部拡大斜視図、（Ｃ）はその横断面図である。
【図６】  従来技術の石英ガラス製保持棒の製造方法を示し、（Ａ）は保持棒が外管と内管との間にシリカ粉を充填するまでの工程、（Ｂ）は前記シリカ粉を充填したものを溶融線引して保持棒用の石英ガラス棒を製造する工程を示す。
【符号の説明】
４    耐熱芯体
５    内挿用穴
６    保持溝
７    保持棒
【図１】
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【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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