矽晶片熱處理用石英玻璃夾具及其製造方法
2023-10-16 22:03:04 6
專利名稱：矽晶片熱處理用石英玻璃夾具及其製造方法
技術領域：
本發明涉及切槽面為透明的矽晶片熱處理用夾具及其製造方法，進一步詳細地說，涉及在矽晶片熱處理用石英夾具所具備的晶片載置用部件的切槽面上顆粒等汙染矽晶片的物質少且具有透明的切槽面的晶片熱處理用石英玻璃夾具及其製造方法。
背景技術：
傳統上，使用對矽晶片的輸送、加熱爐中的保持比較有耐熱性，且高純度的石英玻璃夾具。作為該石英玻璃夾具，可列舉出圖1所示的將具備切槽部3的晶片載置用部件2(4根)熔接到頂板4、底板5上的縱型爐用夾具等。上述晶片載置用部件的槽需要以一定間距且高精度地形成，通常以金剛石刀進行切槽。然而，由於石英玻璃為脆性材料，因而使用金剛石刀的加工中，在其加工面產生微小的凹凸、微裂紋，因此，矽晶片會損傷，或者來自金剛石刀的粘合劑的各種過渡金屬元素異物會附著殘留在該微小的凹凸、微裂紋中，熱處理矽晶片時熔融、擴散，汙染矽晶片，這是存在的問題。因此，雖然在利用金剛石刀進行切削後，以氟酸輕輕地進行蝕刻洗滌，但切槽面不會完全被洗滌，各種過渡金屬異物會殘留，導致汙染矽晶片。於是，進一步以氟酸蝕刻洗滌後，以切槽面的微細凹凸、微裂紋的空隙為基礎的凹凸會變成銳角而損傷矽晶片，這是所產生的問題。
特別是近年來，所製造的半導體元件的集成度增加，並且閃光存儲器這樣極度忌避有雜質的元件也被開發，上述石英玻璃夾具漸漸不能保證矽晶片的純度。因此，提出了使燃燒器從槽上方以5～45度的角度對槽面進行加熱處理而終加工的方法(專利文獻1)、以研磨刷研磨槽面的方法(專利文獻2)等。然而，在上述專利文獻1的方法中，在切槽面會殘留磨具痕跡，在該處附著異物或玻璃粉等顆粒，或者槽部的尺寸發生變化即產生所謂的槽鬆動等。另外，在專利文獻2中也存在如下問題在槽部殘留磨具痕跡，在該處附著異物或玻璃粉等顆粒，汙染矽晶片，等等。
專利文獻1特開平11-349338號公報
專利文獻2特開2000-127020號公報
發明內容
發明打算解決的課題 鑑於這樣的現狀，本發明人等繼續進行深入研究，結果發現使以金剛石刀進行研削加工後的晶片載置用部件的切槽面為透明的，並且，使表面粗糙度按中心線平均粗糙度(Ra)為0.03～0.3μm、按最大粗糙度(Rmax)為0.2～3.0μm，並且以5％的氟化氫水溶液處理24小時後，中心線平均粗糙度(Ra)和最大粗糙度(Rmax)的變化率為50％以下，從而得到如下所述的石英玻璃夾具，其不存在玻璃粉、由金剛石刀等產生的各種過渡金屬元素異物等顆粒的附著，可在長時間使用中高度維持清潔度，而且切槽面的凹凸微細，即使在氟酸洗滌中尺寸變化也小，其中，上述顆粒是由以微小凹凸、微裂紋的空隙為基礎的銳角凹凸的損壞引起的。而且，發現上述石英玻璃夾具可通過如下工序容易地製造，即，以粒度粗的金剛石刀對上述石英玻璃夾具所具備的晶片載置用部件進行切削加工後，用粒度小的金剛石刀進行再次切削加工，接著通過氧氫火焰的燒成而使其透明，從而完成本發明。
即，本發明的目的在於提供具有如下所述的透明的切槽面的石英玻璃夾具，其不會附著玻璃粉或由金剛石刀等產生的各種過渡金屬元素異物的顆粒，並且，即使在氟酸洗滌中尺寸變化也小，即使長時間使用也可高度維持清潔度，其中，上述顆粒是由以微小凹凸、微裂紋為基礎的空隙的銳角凹凸的損壞引起的。
另外，本發明的目的還在於提供上述石英玻璃夾具的製造方法。
用於解決課題的方案 完成上述目的的本發明涉及矽晶片熱處理用石英夾具及其製造方法，該矽晶片熱處理用石英夾具具備晶片載置用部件，該晶片載置用部件具有通過切削加工形成的切槽面，該矽晶片熱處理用石英夾具的特徵在於，上述晶片載置用部件的切槽面整體為透明的，其表面粗糙度按中心線平均粗糙度(Ra)為0.03～0.3μm，按最大粗糙度(Rmax)為0.2～3.0μm，並且以5％的氟化氫水溶液蝕刻處理24小時後，中心線平均粗糙度和最大粗糙度的變化率為50％以下。
本發明的矽晶片熱處理用石英玻璃夾具所具備的晶片載置用部件是如下所述的部件，即，通過切削加工而被切槽，其面整體的表面粗糙度按中心線平均粗糙度(Ra)為0.03～0.3μm，按最大粗糙度(Rmax)為0.2～3.0μm，並且以5％的氟化氫水溶液蝕刻處理24小時後，中心線平均粗糙度(Ra)和最大粗糙度(Rmax)的變化率為50％以下，切槽面為透明的部件。由於具有該切槽面，本發明的矽晶片熱處理用石英玻璃夾具不會附著以微小凹凸、微裂紋為基礎的空隙的銳角凹凸的損壞導致的玻璃粉或由金剛石刀等產生的各種過渡金屬元素異物的顆粒。並且，切槽面的凹凸微細，即使在氟酸洗滌中尺寸變化也小，可長時間使用，其中，上述顆粒是。上述中心線平均粗糙度切削至不足0.03μm則生產性、成本上、實用上行不通，另外，若超過0.3μm，則即使燒成也會在切削麵上殘留微小的銳角狀凹凸、微裂紋而損壞矽晶片，或者產生顆粒而汙染矽晶片。另外，以5％的氟化氫水溶液蝕刻處理24小時後，中心線平均粗糙度(Ra)和最大粗糙度(Rmax)的變化率超過50％時，切槽面的凹凸因氟酸清潔而變化，不能長時間穩定地使用。上述中心線平均粗糙度(Ra)和最大粗糙度(Rmax)的變化率是指在將晶片載置用部件浸漬於5％的氟化氫水溶液中0～24小時時，各個浸漬時間的中心線平均粗糙度(Ra)和最大粗糙度(Rmax)相對於最初的中心線平均粗糙度(Ra)和最大粗糙度(Rmax)變化的比例。
上述晶片載置用部件按如下方式製造，即，如圖2、3所示，以粒度粗的金剛石刀、優選粒度為#250～350的金剛石刀，將圓柱狀或稜柱狀的石英玻璃原材料坯料粗切削成槽寬(d)3～5mm、間距(p)3～6mm、槽深4.5～10mm，接著，以粒度小的金剛石刀、優選粒度#600～2000的刀，切削至加工餘量為0.06～0.1mm，然後，以氟酸洗滌，再以由氫氣和氧氣得到的氧氫火焰對切槽面進行燒成，使其透明。該晶片載置用部件被熔接到頂板、底板上而組裝到石英玻璃夾具上，被施以退火處理、氟酸洗滌處理。
作為用於上述粗切削加工的金剛石刀，可列舉出金屬粘結劑型金剛石刀、樹脂粘結劑型金剛石刀或陶瓷粘結劑型金剛石刀，作為用於再切削的金剛石刀，可使用上述金剛石刀、粒度為#600～2000的細粒度的刀。更優選將金屬粘結劑金剛石粉碎，以樹脂粘結劑進行燒結後得到的金剛石刀。
發明效果 本發明的矽晶片熱處理用石英玻璃夾具在切槽面上不會附著玻璃粉或由金剛石刀等引起的各種過渡金屬元素異物的顆粒，進而，即使在使用後的氟酸洗滌中尺寸變化也小，可長時間使用，其中，上述顆粒是以微細凹凸、微裂紋為基礎的空隙的銳角凹凸的損壞引起的。在通過粒度粗的金剛石刀進行切削加工後，通過粒度細的金剛石刀進行再切削，進而燒成切槽面，從而容易地製造該矽晶片熱處理用石英玻璃夾具。
具體實施例方式 接著，基於具體實施例詳細說明本發明，但本發明並不限定於此。
另外，以下的實施例等中的表面粗糙度是通過表面粗糙度計(東京精密(株)製造HANDYSURP E-35A)測定的值。另外，顆粒是通過「 使用液中顆粒計數器測定在純水中增加的顆粒的方法」得到的值。
實施例 實施例1 使用#325的金剛石刀，以圓周速度800m/min、進給速率100mm/min，將直徑12mm的實心棒切削加工成槽深為6mm、槽寬為3.4mm、槽間距為3.5mm。使用#1000的刀，將所得到的帶有槽的實心棒再切削成如圖3所示的槽的側面的加工餘量0.075mm、底面的加工餘量0.07mm，使用氣體燃燒器進行燒成，使其透明，製作4根槽寬3.55mm、間距寬3.6mm的帶槽的晶片載置用部件。用5％的氟酸水溶液對它們洗滌10分鐘後，將其熔接到石英玻璃頂板4和底板5上而組裝到圖1所示的晶舟1上。表1示出該晶片載置用部件的切槽面的表面粗糙度。在上述表1中，槽底面的中心線平均粗糙度(Ra)及中心線最大粗糙度(Rmax)是在晶片載置用部件的切槽的底面的任意3點測定的值。另外，槽壁面的Ra和Rmax是在晶片載置用部件的切槽側壁面的端部、中央部以及底部測定的值。從該表1清楚地了解，本發明的晶片載置用部件的切槽面，其表面粗糙度小，透明，幾乎沒有發現微小凹凸、微裂紋的損壞導致的玻璃粉等顆粒的產生。另外，測定將上述晶片載置用部件在純水中靜置5分鐘時(以下稱為靜置處理)和在純水的浸漬中施加5分鐘超聲波時(以下稱為施加處理)的顆粒，結果如表2中看到的，施加處理的情況下很少有顆粒的發生。另外，目視觀察切槽面，結果發現沒有切削痕跡導致的發白，與周圍的石英玻璃同樣地透明。
實施例2 與實施例1同樣地，使用#325的金剛石刀，以圓周速度800m/min、進給速率100mm/min，將直徑12mm的實心棒切削加工成槽深為6mm、槽寬為3.4mm、槽間距為3.5mm，再使用#1000的刀再切削成槽的側面的加工餘量0.075mm、底面的加工餘量0.07mm，使用氣體燃燒器進行透明化，製作槽寬3.55mm、間距寬3.6mm的帶槽的晶片載置用部件。為了了解帶槽的晶片載置用部件對氟酸洗滌的尺寸穩定性，調查了浸漬在5％的氟酸洗滌液中1～24小時時槽底面和槽壁面的Ra和Rmax。表3示出該結果，並以圖4～7的◇標記表示。表3是與實施例1同樣測定的槽底面和槽壁面的3點平均值，圖4～7是將其以圖表表示。通過表3和圖4～7清楚地了解，本發明的帶槽的晶片載置用部件即使在氟酸洗滌液中浸漬24小時，Ra的變化率也小，約10％，Rmax的變化率也小，約12％，可穩定進行矽晶片的熱處理。
比較例1 與實施例1同樣地，使用#325的金剛石刀，以圓周速度800m/min、進給速率100mm/min，將直石英玻璃實心棒切削加工成槽深為6mm、槽寬為3.4mm、槽間距為3.5mm，進行氟酸洗滌，與實施例1同樣地使用氣體燃燒器使切槽面透明化。表1示出所得晶片載置用部件的切槽面的Ra和Rmax。另外，表2示出測定顆粒所得的值。從該表2中看出，在靜置處理、施加處理中都是顆粒的附著多。另外，以目視觀察切槽面後，觀察到磨具痕跡殘留並偏白。與實施例2同樣地將該晶片載置用部件以1～24小時長時間浸漬於5％的氟酸洗滌液中，調查此時的槽底面和槽壁面的Ra和Rmax。表3示出該結果，並且以圖4～7的口標記表示。從同表3和圖4～7清楚地了解，在氟酸洗滌液的長時間浸漬中，晶片載置用部件的Ra和Rmax變化大，其變化率超過50％，對矽晶片的熱處理產生阻礙。
表1
在上述表1中，金剛石研削中的Ra和Rmax是5％氟酸處理8分鐘後的值，燒成中的Ra和Rmax是5％氟酸處理10分鐘後的值。
表2 表3 工業實用性 本發明的矽晶片熱處理用石英玻璃夾具不存在顆粒導致的矽晶片的汙染，並且可高度維持長時間清潔度，在高集成化的半導體元件的熱處理、特別是擴散工序中有用。
圖1是縱型爐用石英玻璃夾具的立體圖。
圖2是晶片載置用部件的部分放大圖。
圖3是晶片載置用槽形成的說明圖。
圖4是表示晶片載置用部件的槽底面在氟酸洗滌液中長期浸漬時的Ra的變化的圖表。
圖5是表示晶片載置用部件的槽底面在氟酸洗滌液中長期浸漬時的Rmax的變化的圖表。
圖6是表示晶片載置用部件的槽壁面在氟酸洗滌液中長期浸漬時的Ra的變化的圖表。
圖7是表示晶片載置用部件的槽壁面在氟酸洗滌液中長期浸漬時的Rmax的變化的圖表。
符號說明 1縱型爐用石英玻璃夾具 2晶片載置用部件 3槽 4頂板 5底板
權利要求
1.一種矽晶片熱處理用石英玻璃夾具，具備晶片載置用部件，該晶片載置用部件具有通過切削加工形成的切槽面，上述矽晶片熱處理用石英夾具的特徵在於，上述晶片載置用部件的切槽面整體為透明的，其表面粗糙度按中心線平均粗糙度(Ra)為0.03～0.3μm，按最大粗糙度(Rmax)為0.2～3.0μm，並且以5％的氟化氫水溶液蝕刻處理24小時後，中心線平均粗糙度和最大粗糙度的變化率為50％以下。
2.一種矽晶片熱處理用石英玻璃夾具的製造方法，其特徵在於，用粒度#250～350的粗金剛石刀對晶片載置用部件進行粗切削後，用粒度#600～2000的細金剛石刀進行再切削，接著將槽內部全部燒成為透明的。
3.根據權利要求2所述的矽晶片熱處理用石英玻璃夾具的製造方法，其特徵在於，再切削中的加工餘量為0.06～0.1mm的範圍。
全文摘要
一種具有透明的切槽面的矽晶片熱處理用石英玻璃夾具及其製造方法，該切槽面不會附著玻璃粉、金剛石刀等導致的過渡金屬元素異物的顆粒，並且，即使在氟酸洗滌中尺寸變化也小，即使長時間使用也可高度維持清潔度，其中，上述顆粒是由以微小凹凸、微裂紋為基礎的空隙的銳角凹凸的損壞引起的。矽晶圓熱處理用石英玻璃夾具具備晶片載置用部件，該晶片載置用部件具有通過切削加工形成的切槽面，上述晶片載置用部件的切槽面整體為透明的，其表面粗糙度按中心線平均粗糙度(Ra)為0.03～0.3μm，按最大粗糙度(Rmax)為0.2～3.0μm，並且以5％的氟化氫水溶液處理24小時後，中心線平均粗糙度和最大粗糙度的變化率為50％以下；矽晶片熱處理用石英玻璃夾具的製造方法是以粒度粗的金剛石刀對晶片載置用部件進行粗切削後，以比上述金剛石刀粒度細的金剛石刀進行再切削，接著對槽內部進行燒成。
文檔編號H01L21/02GK101199040SQ20068002169
公開日2008年6月11日 申請日期2006年6月1日 優先權日2005年6月16日
發明者水流添順一, 大越信一, 山崎國廣 申請人:信越石英株式會社