JPH09315831A - 石英ガラス製炉芯管とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコンウエハの処理に適し、ヘアーライン、
筋、偏肉の少ない石英ガラス製炉芯管を製造する。 【解決手段】ヒータ２１、温度センサ２３を有する炉８
内に辷り込み部分を有する雌型４、雄型２、リング型５
が設置され、所定温度曲線で熱処理することにより、円
板状の石英ガラス板から半球殻体１１ａが製造され、同
様にして長方形状の石英ガラス板から半円筒体が製造さ
れ、これらを熔接して石英ガラス製炉芯管を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石英ガラス製炉芯
管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンの単結晶を引き上げてインゴッ
トを作り、このインゴットをスライスして製造されたシ
リコンウエハは半導体素子として用いるために、そのウ
エハ表面を酸化したり、窒化物の絶縁層で覆い必要な部
分を削り取ったりして、そこにｐ型又はｎ型になるよう
に不純物を拡散させるなどの処理を行っている。

【０００３】これらウエハ表面の酸化や不純物の拡散工
程などにおいては、電気炉の中に石英ガラス製炉芯管を
納め、その石英ガラス製炉芯管中に、石英ガラス製の石
英ボードに載置されたシリコンウエハを挿入して処理を
行う。

【０００４】不純物の拡散工程においては、前記石英ガ
ラス製炉芯管内に、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ₃ ）や窒
化ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）などのガスを導入しつつ、電気
炉の温度を約１１００℃に設定して、不純物の拡散を行
う。

【０００５】前記石英ガラス製炉芯管は、たとえば、図
１０に示すように、天然水晶粉から電気熔融法又は酸水
素火炎熔融法により、円柱状のインゴットを製造する。
たとえば、長さ１７００ｍｍで外径が１７０〜１８０ｍ
ｍの円柱状のインゴットを製造する。

【０００６】次に、このインゴットの長軸方向に貫通孔
を明ける。たとえば、１１０〜１２０ｍｍの貫通孔を明
けて、外径が１７０〜１８０ｍｍで肉厚が３０ｍｍのイ
ンゴットにする。次に、再熔融法又は横引き管引き法に
より厚肉の円筒体を製造し、次に、旋盤加工により薄肉
の円筒体を製造する。

【０００７】前述の再熔融法では、図１１に示すよう
に、カーボン坩堝７１に円筒状のインゴット７２を入
れ、抵抗炉や高周波炉により２０００℃以上でインゴッ
ト７２を熔解し、ダイス７３とマンドレル７４により厚
肉の円筒体７５を製造する。

【０００８】この再熔融法は、種々の外径及び肉厚の円
筒体を精度良く製造でき優れた方法であるが、製造され
た円筒体の内周面に円周方向に沿って、スパイラル状の
ヘアーラインと呼ばれる微細な皺や筋と呼ばれるやや細
い皺ができてしまう。

【０００９】再熔融法により厚み６〜７ｍｍに製造され
たものを、旋盤加工においては厚み３〜４ｍｍにするこ
とができる。これらヘアーラインや筋は、次工程の旋盤
加工によりほぼ消失することもあるが、多くの場合にお
いては残ってしまう。

【００１０】たとえば、再熔融法で製造された直径１５
０ｍｍの円筒体を旋盤加工により直径３００ｍｍのもの
に加工する場合には、微細なヘアーラインはほぼ消失す
ることもあるが、再熔融法で製造された直径２００ｍｍ
の円筒体を旋盤加工により直径３００ｍｍのものに加工
する場合には、微細なヘアーラインといえども消失させ
ることが難しい。

【００１１】前述の横引き管引き法は、貫通孔を明けた
円柱状のインゴットを、炉を用いて厚肉円筒体にするも
ので、たとえば、長さが１７００ｍｍで外径が１７０〜
１８０ｍｍで肉厚が３０ｍｍのインゴットから、長さが
１７００ｍｍで外径が１７０〜２００ｍｍで肉厚が６〜
７ｍｍの厚肉円筒体を作る。

【００１２】横引き管引き法では、再熔融法とは異なり
種々の外径及び肉厚の円筒体が製造困難であり、ヘアー
ラインや筋は、円筒体の内周面の円周方向ではなく、内
周面の長寸方向に生じるが、加工歪みによる面の脈動
や、偏肉（肉厚の偏り）が生じやすいという問題があ
る。次工程の旋盤加工を経ても偏肉はなくならない。

【００１３】次に、図１２に示すように、ブロー法によ
って、すなわち、一端を加熱して閉じた石英ガラス製の
管８５を旋盤（図示せず）に取り付け、開放他端より配
管８７を通して、不活性ガスを吹き込んで、閉じられた
一端を鏝９０で形状を整えつつ、バーナ８８により酸水
素炎８９で加熱して球状に膨らませて成形し、成形終了
後、球状に膨らませていた部分を略半球状に切り出して
半球殻体を製造する。

【００１４】次に、図１３に示すように、前記再熔融法
又は前記横引き管引き法により製造された薄肉の円筒体
１０１と、前記ブロー法により製造された半球殻体１０
２とを加熱熔接して、一端が閉じた円筒状の石英ガラス
製炉芯管を製造していた。

【００１５】このようにして製造された石英ガラス製炉
芯管は、バーナなどによる加熱処理が多いこともありそ
の製造コストが高く、省エネルギー上も問題であった。

【００１６】このようにして製造された石英ガラス製炉
芯管は、再熔融法の場合には、製造された円筒体の内周
面に円周方向に沿ってヘアーラインや筋を、横引き管引
き法の場合には、製造のための加工歪みによる面の脈動
や偏肉などの欠陥部分を生じやすかった。

【００１７】かかる石英ガラス製炉芯管を用いたシリコ
ンウエハの不純物拡散処理においては、前述の欠陥部分
にガスが当たりガスの淀みができたり、また、偏肉によ
る熱容量の違いから炉芯管に温度ムラを生じるために、
ガスの拡散が均一に行われず、ウエハに施された膜厚が
変動し、ｐ型領域又はｎ型領域の厚みも変動してウエハ
の歩留りりが低下するという問題があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の課題を
解決すべくなされたものであり、シリコンウエハの処理
に適した石英ガラス製炉芯管の製造方法の提供を目的と
する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、内面部分が、
製造しようとする半製品の外表面を成形する成形内面部
分と、この成形内面部分に連なり水平面から２０〜７０
度の角度で拡がった辷り込み部分とを有する雌型に、石
英ガラス板を乗せ、その曲げ加工温度まで加熱し、加熱
された石英ガラスを雄型により押圧成形する方法によ
り、半製品であるキャップ状の１個の半球殻体及び該半
球殻体に対応する形状の複数個の半円筒体をそれぞれ個
別に製造し、次いでこれら半製品の所定の端面同士を加
熱熔接して、一端が閉じた円筒状の石英ガラス製炉芯管
を製造することを特徴とする石英ガラス製炉芯管の製造
方法を提供する。

【００２０】前記辷り込み部分の形状は、断面形状が直
線状である必要はなく、曲線状であって、２０〜７０度
の角度で拡がっていてもよい。また、該容器の外表面を
成形する部分と辷り込み部分は曲面で結ばれていること
が成形の点から好ましい。

【００２１】図２に示すように、雌型４ａの内面部分の
うち、容器の外表面を成形する部分Ｈと辷り込み部分Ｊ
とが、その断面形状が曲線により結ばれている場合にお
いては、その曲線の変曲点Ｅ、Ｅにおける接線が水平面
となす角度Ｄを２０〜７０度の角度とする。

【００２２】辷り込み部分の角度が７０度超では容器の
開口部が波状になりやすく、辷り込み部分の角度が２０
度未満ではガラスのフローが悪く様々な製品欠点を生じ
やすい。このように雌型に２０〜７０度の角度で拡がっ
た辷り込み部分があることにより、所望の形状のものが
低コストで生産できる。

【００２３】辷り込み部分は、雌型の全周にわたって連
続して設けられていることが好ましいが、連続して設け
ない場合においても、少なくとも雌型の全周囲にわたっ
て設けることが重要である。たとえば雌型の熱容量を小
さくしたいなどの場合においては、対称な櫛歯状の辷り
込み部分を全周にわたって設ける方法を用いても相応の
効果が得られる。

【００２４】雌型が３つ以上の分割雌型の一組から構成
されていて、雄型による押圧成形前においては、分割雌
型の一組が、半製品の外表面を成形する成形内面部分を
形成するように連結されているが、雄型が上方より下り
てきて雌型により押圧成形が終了した以降に、分割雌型
の一組が分割して、成形された半製品から型離れするこ
とにより、半製品が製造されるのが好ましい。

【００２５】前述のように、雌型に２０〜７０度の角度
で拡がった辷り込み部分があることにより、所望の形状
のものが低コストで生産できるが、成形された製品の内
側開口部に微細なクラックが発生することがあり、その
ため研磨やファイアポリッシュなどの処置が必要になる
ことがあるという課題を残していた。

【００２６】本発明は、新たに生じたこの課題に対し
て、前記石英ガラス製容器の製造方法を提供するのであ
る。

【００２７】この型離れが早すぎると容器が寸法不良に
なり、型離れが遅すぎると容器内面にクラックが発生す
るので、適正なタイミングで型離れするように調整す
る。

【００２８】好ましい１例では、分割雌型の各々にキー
取付け部が設けてあり、雌型キーがキー取付け部同士を
連結することにより分割雌型の一組が連結されている。
また、雌型、雌型キー及び雄型の材質の１例としては窒
化ホウ素、炭化ケイ素又はカーボンがある。なお、容器
に寸法不良やクラックなどの欠点が発生しないように雌
型キーの太さを調整する必要がある。

【００２９】好ましい他の１例では、成形炉内に雄型、
石英ガラスよりも熱膨張係数の大きいリング型及び雌型
が少なくとも配置されており、リング型の熱膨張係数は
雌型のそれより大きいか等しく、リング型が２つ以上の
分割リング型の一組から構成されていて、雄型により押
圧成形前においては、分割リング型の一組がリングキー
により連結されており、しかも分割雌型の一組はリング
型により上部を把持されるようにして連結されており、
雄型が上方より下りてきて雄型により押圧成形が終了す
ると炉内の温度が下げられ、それに伴ってリング型に取
り付けられたリングキーが切断して、分割雌型の一組が
分割し成形された容器から型離れすることを特徴とする
石英ガラス製容器の製造方法がある。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、石英ガラス製炉芯管に使
用される半球殻体の成形直後の状態を示す。炉８内に雌
型４が置かれており、その上に成形直後の半球殻体１１
ａが乗っていて、さらに半球殻体１１ａの上には雄型２
が乗っていて、さらにリング型５が雄型２を囲むように
取り付けられている。

【００３１】炉８内に置かれたこれらの型２、４、５
と、石英ガラス板が設定された温度曲線で熱処理されて
半球殻体１１ａに成形される。この成形の前に真空装置
と不活性ガスボンベを用いて、炉内２０の雰囲気が不活
性ガス雰囲気に変えられる。２８は真空装置に連結され
た配管であり、３０は不活性ガスボンベに連結された配
管である。炉内には温度センサ２３が設置してあり、配
線２４により温度に関する信号が制御盤に伝えられる。
制御盤は、予め設定した温度曲線になるように、配線２
２を通じヒータ２１を制御している。

【００３２】図２、図５は、雌型４の説明図であり、雌
型キーを備えていない分割雌型である。区間Ｈは容器の
外表面を成形する部分、区間Ｊ、Ｊは辷り込み部分であ
る。この容器の外表面を成形する部分と辷り込み部分と
を結ぶ曲線の変曲点における接線が水平面となす角度
（図２の角度Ｄ）を２０〜７０度の角度とする。

【００３３】Ｅ、Ｅは、変曲点であり、変曲点Ｅ、Ｅの
間隔をＧとする。容器の外径に対応する、雌型４の幅が
Ｂ’であり、Ｇ＞Ｂ’である。辷り込み部分の外径がＣ
である。

【００３４】図３は、使用される円板状の石英ガラス板
１の図である。図４は、成形された石英ガラス製の半球
殻体１１ａの図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は
その平面図を示す。

【００３５】以上説明したように、図３に示す石英ガラ
ス板１が図１に示す製造方法を用いて、型２、４、５に
より、図４に示す半球殻体１１ａに成形される。

【００３６】図６は、リング型の説明図であり、リング
型５は、分割リング型５ａ、５ｂに分割され、その各々
の両側端の外周面に、キー取付け部としての凸状部４８
ａ及び４９ａ、４８ｂ及び４９ｂが設けてある。断面ロ
字形状のリングキー５０、５１により、くわえ込まれる
ようにして連結されている。

【００３７】図７、図８に示すように、前述のようにし
て成形された石英ガラス製の半球殻体１１ａと、別途成
形された２個の石英ガラス製の半円筒体１１ｂ、１１ｃ
とを、加熱熔接して石英ガラス製炉芯管１２を製造す
る。符号１３は炉芯管１２の頂上付近に明けられた孔で
ある。本発明の製造方法では、熔接についてはバーナが
使用されるが、半製品の成形についてはバーナは使用さ
れず、省エネルギーの観点からも優れ、製造コストも安
い。また、型２、４、５を用いた成形であるために、ガ
ス拡散に支障となるヘアーラインや筋や偏肉がほぼ生じ
ない。

【００３８】半球殻体１１ａは、平面形状が円板状の石
英ガラス板から成形されるが、同様にして、半円筒体１
１ｂ、１１ｃは、平面形状が正方形又は長方形の石英ガ
ラス板から成形される。

【００３９】図９は、シリコンウエハ処理方法の説明図
である。石英ガラス製炉芯管１２がヒータ６２を有する
加熱炉に納められている。ヒータ６２としては、炭化ケ
イ素製のものなどが使用できる。石英ガラス製炉芯管１
２内には、石英ガラス製のボード６１に載置されたシリ
コンウエハ６０が挿入されている。シリカウールの保温
筒６３の上部に、石英ガラス製炉芯管１２が設置されて
おり、ＰＯＣｌ₃ やＳｉ₃ Ｎ₄ などのガスが導入され、
シリコンウエハ６０が処理される。図中の矢印はガスの
流れを示す。符号１４は排ガス管であり、１５は石英ガ
ラス製炉芯管１２の底部に設けられた鍔である。

【００４０】石英ガラス製炉芯管１２には、ガス拡散に
支障となるヘアーラインや筋や偏肉がないので、この石
英ガラス製炉芯管１２を用いたシリコンウエハ処理方法
によれば、ガスの拡散が均一に行われ、ウエハに施され
た膜厚が変動せず、ｐ型領域又はｎ型領域の厚みも安定
してウエハの歩留りが高い。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、シリコンウエハの処理
に適した、ヘアーラインや筋がなく偏肉も少ない石英ガ
ラス製炉芯管の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の石英ガラス製炉芯管の製造方法の１実
施例の説明図。

【図２】図１の実施例で使用される雌型の断面図。

【図３】図１の実施例で使用される石英ガラス板を示
し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図。

【図４】図１の実施例で製造される半球殻体を示し、
（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図。

【図５】図２の雌型を示し、（ａ）はその斜視図、
（ｂ）はその平面図。

【図６】図１の実施例で使用されるリング型を示し、
（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はそ
の断面図。

【図７】本発明の製造方法に使用される部品の分解斜視
図。

【図８】本発明の石英ガラス製炉芯管の１実施例の斜視
図。

【図９】本発明の石英ガラス製炉芯管を用いたシリコン
ウエハ処理方法の説明図。

【図１０】従来の石英ガラス製の薄型の円筒体の作製方
法を説明する工程図。

【図１１】従来の再熔融法を説明する断面図。

【図１２】従来のブロー法の説明図。

【図１３】従来の石英ガラス製炉芯管の製造に使用され
る部品の分解斜視図。

【符号の説明】 １：石英ガラス板 ２：雄型 ４：雌型 ５：リング型 ８：炉 １１ａ：半球殻体 １１ｂ、１１ｃ：半円筒体 １２：石英ガラス製炉芯管 ６０：シリコンウエハ ６１：ボード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面部分が、製造しようとする半製品の外
   表面を成形する成形内面部分と、この成形内面部分に連
   なり水平面から２０〜７０度の角度で拡がった辷り込み
   部分とを有する雌型に、石英ガラス板を乗せ、その曲げ
   加工温度まで加熱し、加熱された石英ガラスを雄型によ
   り押圧成形して、半製品であるキャップ状の１個の半球
   殻体及び該半球殻体に対応する形状の複数個の半円筒体
   をそれぞれ個別に製造し、次いでこれら半製品の所定の
   端面同士を加熱熔接して、一端が閉じた円筒状の石英ガ
   ラス製炉芯管を製造することを特徴とする石英ガラス製
   炉芯管の製造方法。
2. 【請求項２】前記雌型が３つ以上の分割雌型の一組から
   構成されていて、前記雄型による押圧成形前において
   は、該分割雌型の一組が、前記半製品の外表面を成形す
   る成形内面部分を形成するように連結されているが、前
   記雄型が上方より下りてきて前記雌型により押圧成形が
   終了した以降に、該分割雌型の一組が分割して、成形さ
   れた前記半製品から型離れすることにより、前記半製品
   が製造される請求項１の石英ガラス製炉芯管の製造方
   法。
3. 【請求項３】請求項１又は２の製造方法で製造された石
   英ガラス製炉芯管。