JPH0337119A - 耐熱性合成石英ガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐熱性の優れた合成石英ガラスの製造方法に
関し、特に、半導体ウェハーの熱処理用の容器や治具と
して好適な実用的に極めて望ましい耐熱性石英ガラス部
材の改良に関する。

〔従来の技術〕

半導体ウェハーの熱処理に使用される炉心管やウェハー
治具類は１例えば、　１０００〜１３００℃の高温領域
で変形することが少なく、また、半導体ウェハーを熱処
理するための加熱と冷却の繰返しに対して優れた強度を
有する高純度の耐熱性石英ガラスが用いられる。

一方、かかる半導体ウェハーの熱処理においては、半導
体の集積度の向上に伴って、ウェハー自体の清浄度が益
々厳しく要求され、特に炉内の金属不純物による汚染防
止が強く要求されるようになった。そのためには、ウェ
ハー熱処理用容器や治具類に用いられる石英ガラス部材
が可及的高純度であることが望ましく、例えば、石英ガ
ラス製造用の出発原料を蒸留等によって高度に精製した
原料けい素化合物を用いて合成した石英ガラス部材が着
目された。しかし、このような高純度石英ガラスは、半
導体ウェハーの熱処理用部材として充分な耐熱性がない
ため熱処理の間に変形するという欠点があり、事実、耐
熱性の優れた高純度石英ガラスは得られていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは、このように高純度の合成石英ガラスが相
対的に低い耐熱性しかもたない事実に着目し、その耐熱
性、すなわち熱変形温度の向上について検討した。

従って、本発明の技術的課題は、可及的高純度で、しか
も耐熱性の優れた半導体ウェハーの熱処理に好適な合成
石英ガラスを提供することにある。

また１本発明の他の課題ないし目的は、そのような合成
石英ガラス部材を効果的に製造し得る方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記技術的課題を克服する方法について
、特に、高純度の合成石英ガラスの耐熱性を向上させる
方法について研究を重ねた結果、実用的に極めて望まし
い方法を見出した。

すなわち１本発明は、０．３〜０．５ｇ／ａＪの嵩密度
を有する多孔質合成石英ガラス母材を、ハロゲン化剤不
存在の炉内雰囲気中で、８５０〜ｌ　、　３５０℃の範
囲の温度に少なくとも５時間加熱処理し、次いで、これ
を融解温度に加熱して透明化することを特徴とする耐熱
性合成石英ガラスの製造方法製造方法を提供するもので
ある。

本発明の方法は、特定の嵩密度範囲を有する多孔質合成
石英ガラス母材を、特に石英ガラスの脱ｏＨ処理剤とし
て知られているハロゲン化剤の不存在雰囲気下で５時間
以上熱処理する組合せに技術的特徴がある。

そのようなハロゲン化剤の存在下での加熱処理によって
耐熱性の効果的向上が得られない理由は明らかではない
が、本発明の方法においては、そのようなハロゲン化剤
を熱処理系に存在させないことが重要であって、それ以
外の雰囲気５例えば、中性、酸化性、あるいは真空のい
ずれの雰囲気で加熱処理を行ってもよい。

また１本発明の方法においては、用いられる多孔質合成
石英ガラスは、０．３〜０．５ｇ／ｃｄの嵩密度を有す
ることが極めて重要である。その理由は明確ではないが
、その嵩密度が０．３ｇ／ｃｓｆ未満でも、また０、５
ｇ／ａＪを超えても、その溶融透明化された石英ガラス
の耐熱性の向上、換言すれば高温での粘度上昇が得られ
ないので不適切である。好ましい嵩密度は、０．３５〜
０．４５ｇ／ａｊである。

事実、例えば、特開昭５９−１７４５３８号に開示され
ている嵩密度が０．２８ｇ／ａｊの光フアイバ用母材を
本発明の加熱条件で処理しても、半導体熱処理用として
満足し得る耐熱性を有する望ましい石英ガラスを得るこ
とはできないのである。

上記範囲の嵩密度を有する合成石英ガラス母材は、どの
ような方法で得られたものでもよいが。

通常９合成石英ガラスの製造法として知られたスート法
あるいはゾル・ゲル法によって製造したものが好適に用
いられる。

また１本発明における多孔質合成石英ガラス母材の加熱
処理は、８５０〜１，３５０℃の高温条件下に約５時間
以上行うことが必要である。この熱処理時間は、被処理
母材全体が熱処理さるべき所定の温度に保持される実質
的時間であって、その処理温度が８５０℃未満では熱処
理効果が不充分であり、また、　１，３５０℃以上の温
度では、溶融によってガラスの比表面積が低下し、熱処
理効果が得られないので不都合である。好ましい熱処理
効果が得られる温度は、　１，１００〜１，３００℃の
範囲である。また、その温度領域内に保持する処理時間
が５時間未満では充分な熱処理効果が得られないので不
適切であり、あまり長いのは工業的に不利である。実用
的に好ましい処理時間は、処理温度にもよるが、通常１
０〜２０時間程度である。

このように熱処理した高純度の多孔質合成石英ガラス母
材は１次いで、１　、３５０℃以上のガラスの融解温度
、通常、ｉ　、　ｓｏｏ℃程度の温度に加熱して溶融透
明化させ、容易に透明ガラスにすることができる。

本発明方法においては、溶融透明ガラス化に先だって、
５時間以上の熱処理を行った母材を、更にハロゲン化剤
の雰囲気下に、８５０〜ｌ　、　３５０℃の温度で脱水
処理しても耐熱性に悪影響を与えることはない。

本発明における耐熱性とは、シリコンウェハーのような
半導体の熱処理高温条件における変形が少ない耐熱変形
性を意味するのであって、ウェハー熱処理用の容器や治
具として繰返しの高温熱処理、例えば、１，１５０℃前
後の温度の熱処理に使用し得るものである１本発明にお
いては、耐熱性の評価をビームベンディング法により、
　１，２８０℃の粘度で行ったが、経験的に、その温度
における溶融粘度が１０１１・７ポイズ以下では、半導
体熱処理炉用ガラス材料としては不適切である。

本発明の方法によって、高純度の透明合成ガラスの耐熱
性が顕著に向上することは、！外な発見であった。

〔作用〕

本発明の方法は操作が簡易で、高純度合成石英ガラスの
耐熱性を極めて効果的に向上させることができる。また
、本発明の方法で得られる耐熱性の優れた合成石英ガラ
ス部材は、シリコンウェハーのような半導体等の熱処理
に用いられる容器や治具類の素材として好適であり、特
に長時間、高温条件にさらされる使用部材として実用的
に望ましいものである。

〔実施例〕

次に、具体例により本発明の特徴を更に詳細に説明する
。

実施例１及び比較例１〜２ 蒸留精製した高純度の四塩化けい素をａ素・水素火炎中
に導入し、火炎加水分解して得たすす状シリカ微粒子を
堆積させて、嵩密度０．４ｇ／ａｄを有する約７００ｇ
の多孔質石英ガラス母材（スート体）を作成した。

得られたスート体を、温度１，１５０℃に加熱されたヘ
リウム雰囲気の電気炉中で５時間加熱処理し、次いで、
炉の温度を急速にｉ　、　ｓｏｏ℃まで上昇させ、この
温度に１時間保持して透明合成石英ガラス化した（実施
例１） 比較のために、電気炉中での５時間の加熱処理における
雰囲気を、ヘリウムガス９０容量％と塩素ガス１０容量
％の混合ガスで行っ、たほかば、全く同様に操作して透
明合成石英ガラスを製造した（比較例１）。

更に、実施例１における５時間の加熱処理を省略して２
時間行った以外は全く同様に操作し、得られた約７００
　ｇの多孔質石英ガラス母材（スート体）を１　、５０
０℃の温度に１時間保持して透明合成石英ガラスを得た
（比較例２）。

得られたそれぞれの透明ガラス試料から測定用サンプル
を切り出して、ビームベンディング法により、各サンプ
ルの１，２８０℃における粘度を測定した。それらの結
果を下掲第１表に示す。

第　　　１　　　表 実施例１　比較例１　比較例２ なお、参考のために、耐熱性がよいとされている半導体
熱処理用として市販されている天然石英ガラス（Ｈａｒ
ａｌｕｘ）の１，２８０℃における粘度を測定したとこ
ろ、１０１２・０ボイズであった。

上記から明らかなように５本発明の方法で透明化された
合成石英ガラスは、ハロゲン化剤の存在下に加熱処理し
たり、加熱処理を行わなかったものに比べて高い粘度を
有し、耐熱性が改善されていることが理解できる。

実施例２〜５及び比較例　３〜４ 高純度四塩化けい素を酸素・水素火炎中に導入し、火炎
加水分解させてすす状シリカ微粒子を堆積させたスート
体を！１１１１シた。

そのスート体の形成において、酸素・水素火炎の強さ（
供給速度）を調節して、第２表に示すような各種嵩密度
の多孔質合成石英ガラス母材を作成した。

それらの各母材を実施例１の方法に準じて熱処理及び溶
融透明ガラス化を行い、得られた各試料からサンプルを
切り出して、各サンプルをビームベンディング法により
、１，２８０”Ｃの温度における粘度を測定した。それ
らの測定結果を比表面積と共に下掲第２表に示す。

第 ２ 表 上表より１本発明の方法において、多孔質合成石英ガラ
ス母材の嵩密度が、０．３〜０．５　ｇ　／ａ７を外れ
るときは、透明ガラス体の耐熱性の向上はそれほど期待
できないことが判る。

比較例５〜７ 実施例１と同様の方法でｌｌ製された約０．５　ｇ　ｌ
ａｉの嵩密度を有する約７００　ｇの多孔質石英ガラス
母材（スート体）を、下表に示す加熱時間及び加熱温度
で処理を行ったほかは、実施例１と同様に操作して、°
それぞれ透明な合成石英ガラス体を製造した。得られた
ガラス体の１　、２８０℃における粘度を測定した結果
を加熱処理条件と共に１次表にまとめて示した。

第 表 温度（’Ｃ）　　　　１，１５０　　　８００　　１．
４００時間（時間）　　　　２．５　　　　５　　　　
５粘度（ポイズ）　　　１０”・＠　　　　１ｏ−Ｌ・
％　　　１ｏｉｌ・５実施例６及び比較例８ 実施例１の方法に準じて行ったヘリウムガス雰囲気中で
５時間加熱処理して得られたスート体を、更に、その炉
内に塩素ガスを導入して、塩素ガス：ヘリウムガスの容
量割合が１０　：　９０の雰囲気を形成させ、この雰囲
気下で１，１５０℃の温度に更に３時間保持した（実施
例６）。

一方、前記比較例１において、塩素ガス：ヘリウムガス
が１０　：　９０の容量割合の雰囲気での熱処理を８時
間行ったものを比較した（比較例８）。

これらを、それぞれ１　、５００℃の温厚で１時間加熱
し透明ガラス化して、前記と同様にしてサンプルを切り
出し、ビームベンディング法で１　、２８０℃の粘度を
測定した。

前者の粘度は　ｚｏ１！・０で、後者のそれは１０１１
・５であった・ 〔発明の効果〕 本発明の方法により製造される耐熱性複合石英ガラス部
材を用いて作成される石英ガラス管及びウェハーポート
は、半導体ウェハーの熱処理において変形することなく
、長期にわたって安全に使用できるので、！１１著な改
善効果が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、０．３〜０．５ｇ／ｃｍ＾３の嵩密度を有する多孔
   質合成石英ガラス母材を、ハロゲン化剤不存在の炉内雰
   囲気中で、８５０〜１，３５０℃の範囲の温度に少なく
   とも５時間加熱処理し、次いで、これを融解温度に加熱
   して透明化することを特徴とする耐熱性合成石英ガラス
   の製造方法。 ２、透明ガラス化に先だって、８５０〜１，３５０℃の
   温度に保持された炉内にハロゲン化剤を導入し、脱水処
   理を行う請求項１記載の耐熱性合成石英ガラスの製造方
   法。 ３、ハロゲン化剤が、ハロゲンガス又はチオニルハライ
   ドである請求項１又は２に記載の耐熱性合成石英ガラス
   の製造方法。