石英部材とは

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石英部材とは、高純度の石英ガラスを加工して作った、半導体製造装置の内部で使う部品です。 加熱炉の炉心管、ウェハを保持するボート、反応室のライナーやベルジャーなどが該当します。

これらの部品は加熱され、薬品にさらされ、そのすぐ隣にウェハがあります。そのため工程では、ウェハと同じくらい、ウェハを囲む部品が問題になります。

工程に触れる場所を、石英ガラス一つで引き受ける

半導体の製造工程で使う機械、装置、容器には、工程に応じた耐熱性と化学的純度が要ります¹。使われる条件がどう変わっても半導体材料と反応しないこと、そして痕跡といえるほどの量でもどんな元素も移さないことが条件です。純度の高さとあわせて、揮発性物質の有無も重視されます。信越石英は、これらの条件をまとめて満たせるほぼ唯一の材料が石英ガラスだとしています。石英部材は、装置の中で工程に触れる場所を、この材料一つで引き受けている部品です。

純度・耐熱・光・薬品の四つの注文が同時に来る

石英ガラスの特性は、高純度、優れた耐熱性、優れた光の透過性、高い耐薬品性、高い均一性の五つです²。

高集積化が進む製造プロセスは微量の不純物を嫌うため、反応管などに使う石英ガラスには厳しい純度が求められます。製品には、アルカリ金属の不純物を取り除いた高純度の透明石英ガラスや、合成でつくる超高純度の石英ガラスがあります。

耐熱の面では、熱への強さと熱膨張係数の小ささを一つの材料で兼ね備えます。熱処理のような高温の工程で、炉心管やボートのように高温でも形が保たれる部材として広く使われる理由が、この組み合わせです。非結晶の材料なので、温度が急激に上下する場面にも持ちこたえます。

工程からの注文は、四つが同時に来ます

石英ガラスの特性を、工程の側からの要求として並べ直した図です。個別の性能で勝る材料が他にあっても、装置の中では四つを同時に満たすことが条件になります。

部品は、装置の図面どおりに作って届く

石英部材を買う側へ届くのは、装置の図面どおりに加工された部品です。フェローテック³のグループが作る石英製品には、窓、ライナー、絶縁部品、管、洗浄槽、ペデスタル、タンク、インジェクター、カバー、リング、ベルジャー、ボートがあり、用途の事例はCVD装置とエッチング装置です。

素材の側にも品種があります。フェローテックは主にMomentiveの素材を使う認定加工業者の一つで、124と214を標準品、224を低アルカリ品、144と244を低アルカリかつ低アルミニウム品として提供しています。溶融した透明材料と不透明材料のどちらも使えます。これらは同社が提供する素材グレードの区分です。

石英ガラス加工品は、装置メーカーや顧客の図面などの仕様に沿って作るオーダーメイド製品です⁴。もとになる管、棒、板といった材料も、材質、外径、肉厚、長さ、公差を指定して注文できます。素材の品種と部品の形は、どちらも入る工程が決めます。

品種を選び、形に加工し、装置へ入れます

石英部材の調達では、素材を選ぶ工程と、部品の形を確定する工程が続きます。同じ材料名でも、入る装置が別になれば品種も公差も別になります。

紫外から赤外まで通すので、窓にも原版にもなる

信越石英は、透明な石英ガラスについて、紫外の側から赤外の側までのどの波長でも、光を通す割合がふつうのガラス類を上回るとしています。この広さが、露光装置のレンズ素材、光ファイバ用の材料、ランプ用の材料に使われる理由です。波長の短い紫外の領域では、ほかのどのガラスよりも光をよく通すとされています。

この光の性質は、装置の部品以外でも使われます。フォトマスクは、石英製の板の表面へクロムなどで回路パターンを描いた、露光工程で使う原版です⁵。露光の光が通る側にも、石英ガラスがあります。

フッ酸は石英を侵すので、薬品を名指しして確かめる

半導体の工程では薬品も使うため、耐薬品性が要ります。信越石英は、石英ガラスを侵すものはフッ酸ほかいくつかに限られるとしています。

裏を返すと、フッ酸は石英を侵します。石英部材の耐薬品性は、薬品を名指しして確かめる性質のものです。装置に石英を使うか、別の材料に替えるかは、その工程で流す薬品が決めます。

石英部材が消耗品に区分され、装置メーカーと部材メーカーが工程ごとに図面と品種を作り分けているのは、この可否の線を工程単位で引き直しているためです。

よくある質問（FAQ）

石英部材とは何ですか？

高純度の石英ガラスを加工して作った、半導体製造装置の内部で使う部品です。加熱炉の炉心管、ウェハを保持するボート、反応室のライナーやベルジャーなどが該当します。

なぜ石英ガラスが選ばれるのですか？

半導体の工程で使う機械・装置・容器には、工程に応じた耐熱性と化学的純度が要り、どんな元素も痕跡の量すら半導体材料へ移してはいけません。信越石英は、これらの条件をすべて満たすほとんど唯一の材料が石英ガラスだとしています。

石英部材にはどんな形のものがありますか？

フェローテックのグループが作る石英製品には、窓、ライナー、絶縁部品、管、洗浄槽、ペデスタル、タンク、インジェクター、カバー、リング、ベルジャー、ボートがあります。

石英ガラスは薬品に強いのですか？

強い材料ですが、フッ酸ほかいくつかの薬品には侵されます。薬品ごとに可否を確かめる工程設計が要ります。

石英ガラスにも品種の違いがありますか？

あります。フェローテックは124と214を標準品、224を低アルカリ品、144と244を低アルカリかつ低アルミニウム品として、複数のグレードを提供しています。透明な溶融材料と不透明材料のどちらも使えます。

石英部材はカタログから選ぶのですか？

図面で作る部品です。石英ガラス加工品は、希望の材質、サイズ（外径・肉厚・長さ）、公差でオーダーメイドできます。装置と工程が決まってから形が決まります。

フォトマスクも石英ですか？

はい。フォトマスクは、石英製の板の表面にクロムなどで回路パターンを形成した露光用の原版です。石英ガラスは、装置の中の部品としても、パターンを載せる原版としても使われます。

比較・違いを学ぶ

静電チャック（ESC）とは── ウェハを保持する側の装置部品で、石英部材とは役割が異なります
高純度材料（イレブンナイン）とは── 純度を9の個数で語る考え方で、石英部材の純度要求と地続きです

出典

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