JPH02151385A

JPH02151385A - 溶接構造物および製造方法

Info

Publication number: JPH02151385A
Application number: JP63303725A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Sekiya; 関家　三男
Original assignee: TEKUNISUKO KK
Current assignee: TEKUNISUKO KK
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-11

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】

本発明は溶接構造物とその製造方法に関するものである
。

【従来の技術】

シリコンウェーハ等の半導体物質に所望成分を拡散する
際、シリコンウェーハ等を支持する治具が必要となる。現在、治具の素材として主に石英ガラスとシリコンが使
用されていることは周知の通りである。拡散物質の成分
が僅かに変動しても、成品となった半導体の性能に著し
い影響を及ぼすので、シリコンウェーハ等を支持する治
具についても、ウェーハまたは拡散物質と同材質である
か、またはこれらと反応しない材料であることが望まし
い。このような観点から前記石英ガラスとシリコンなら
びに窒化珪素が現在用いられているのであるが、石英ガ
ラスは溶接可能であるため治具の製造では便利であるが
、繰り返し熱サイクルを受けると脆化し易いと言う欠点
がある。方、シリコンは熱脆化が少ないので長期間使用可能であ
ると云う大きなメリットがあるが、溶接が出来ない上に
脆いこともあって治具の製造が困難であると言う欠点が
ある。また、窒化珪素は熱に強いものの、不純物を混入
させる恐れがあると云う欠点がある。上記したように各
素材にはそれぞれ得失があるものの、安心して長期間使
用出来るシリコン製治具が、使用者から最高の素材であ
ると云う高い評価を受けるのも当然のことである。このため、シリコンウェーハ等の半導体物質と直接接触
する要部にはシリコンを用い、連結部材等には溶接可能
な石英を用いた構成の治具が既に提案されている（実公
昭５９−４０４４４号公報参照）。また、構成の全部材
をシリコン製部材を用いて構成する治具においては、部
材を出来るだけ加工し易い形状とし、しかも組み立て可
能な形状が考案されて同様に提案されている（実公昭５
９−４０４４８号公報参照）。

【発明が解決しようとする課題】

上記したように実公昭５９−４０４４４号公報の技術は
、要部にシリコンを配した治具であるので、拡散工程に
使用して相当な性能を発揮すると共に、製造も可なり容
易となった。しかし、シリコンの連結部材として使用し
ている石英が熱サイクルを受けて経時劣化するので、定
期的に作り直す必要があった。また、実公昭５９−４０４４８号公報に提案されている
技術では構成の全部材がシリコンであるので経時劣化の
懸念はないが、組み立て易くするためにその構造が限定
されると云う問題点があった。また、治具を洗浄したと
き嵌合部に染み込んだ溶剤が滲み出て来ると云う問題点
もあった。したがって、経時劣化の少ないシリコンを素材とし、自
在な構造が可能でかつ洗浄時にも問題とならない治具が
求められていた。

【課題を解決するための手段】

本発明は上記した従来技術の課題を解決するためになさ
れたもので、シリコン製部材同士を溶接して一体化した
ことを特徴とする溶接構造物であり、溶接構造物が半導
体ウェーハボートである溶接構造物であり、また不活性
ガスが充填された密閉容器内で、２以上の被溶接部材を
当接もしくは近接し、該当接もしくは近接部にレーザー
ビームまたは電子ビームを照射して溶接することを特徴
とする溶接構造物の製造方法であり、さらに密閉容器が
グローブボックスであり、被溶接部材がシリコンである
溶接構造物の製造方法を提供するものである。

【実施例】

つぎに本発明を図示の一実施例に基づいて詳細に説明す
る。図中１は本発明になる溶接構造物の一例であって、半導
体物質であるシリコンウェーハ等を支持するための治具
であり、多結晶質シリコンを素材とするセンター支持部
材１１および２本のサイド支持部材１２が左右に設けら
れた横板１３の所定位置に溶接されて一体的に組み立て
られている。前記各部材は主に隅肉溶接によって溶接されており、セ
ンター支持部材１１およびサイド支持部材１２には溝１
１ａ１１２ａがそれぞれ設けられ、熱サイクルを受けて
もシリコンウェーハ等には外力が作用しないように支持
することが出来る構造となっている。溶接構造物１を得る具体的手段の一例について第２図お
よび第３図を用いて説明する。シリコンは高温で大気に曝されると、酸化したり窒化し
て脆化するので、溶接はシリコンと反応して脆化する恐
れのない、不活性ガス雰囲気の下で行われなければなら
ない。このため、前記シリコンからなる被溶接物（例え
ば板厚５■■の平板）１０は、不活性ガス（例えばアル
ゴンガス）が充填されている気密性に優れた密閉容器、
例えばグローブボックス２の内部において溶接される。前記被溶接物１０は表面に油脂等が付着していると溶接
欠陥発生の原因となるため溶接に先立ち、例えばアルカ
リ性石鹸液（アルキルベンゼンスルホン酸を主剤とする
石鹸液等）中で煮沸し、油脂骨を鹸化後、純水にて洗浄
・乾燥されたものである。このような前処理された被溶
接物１０は、前記グローブボックス２内に設けられた、
例えばステンレス製の溶接台３の上に、Ｉ開先ＬＯａの
ギャップを０〜１．０−ｓに調節されて固定具３１によ
って固定される。グローブボックス２内の空気をシリコンと反応して脆化
することのない前記不活性ガスに置換して充填する方法
としては、被溶接物１０を固定した後グローブボックス
２の排出孔２１から、真空ポンプ等の手段によって内部
にある空気を排出しながら、注入孔２２から注入する方
法、前記注入孔２２から強制的に注入して前記排出孔２
１から強制排出させる方法等がある。グローブボックス２の内部が完全に前記不活性ガスに置
換された後、レーザー発振器４にレーザー（図示せず）
を発生させ、該レーザーをグローブボックス２まで誘導
、集光レンズ（図示せず）によってエネルギー密度を高
めたレーザービーム４１を得る。該レーザービーム４１
をウィービング装置（図示せず）によって所望の幅（例
えば１龍）ウィービングさせる一方、被溶接物１０を前
記溶接台３に固定した状態で走行装置（図示せず）に搭
載し、開先１０ａに前記レーザービーム４１が照射可能
に走行させる。該レーザービーム４１の照射によって溶
融・生成したシリコンの溶湯が開先１０ａをルート側か
ら埋めて行くので、該シリコンの溶湯が冷却すると、左
右から突き合わされている被溶接物１０同士が一体化さ
れる。なお、角度調節可能なガスノズル５によって調圧
された不活性ガス（例えばアルゴンガス）５１を前記シ
リコンの溶湯に吹き付けると、該溶湯は確実に開先１０
ａのルート側に押し込まれるので、被溶接物１０同士の
溶接は一層確実となる。上記手段による溶接では溶接線
表面が若干凹んだ形状となる。この状態でも充分な継手
強度が得られているが、前記凹み部を肉盛することも可
能である。すなわちホッパー６に投入されているシリコ
ン粉末（粒径１１００ａの多結晶質粉末）６１を前記凹
み部に散布しておき、レーザービーム４１を照射すると
、該シリコン粉末６１が溶融すると共に凹み部が部分的
に溶融して両方が融合されるので、凹みが解消されて外
観が改善される。しかも溶接部の断面積が増加するので
継手強度が向上する。なお、必要ならば肉盛溶接部を研
削して平坦に加工しても良い。そして、肉盛溶接のとき
には前記ガスノズル５から不活性ガス５１を吹き付けな
いほうが好ましい。上記した溶接において器具の調節等
が必要となったときには、グローブボックス２に設けた
操作用グローブ２３に手を入れて必要な調節をすること
が出来る。溶接終了後もグローブボックス２の内部は、被溶接物ｌ
Ｏの温度が少なくともシリコンの酸化または窒化温度以
下に冷却するまでは、前記不活性ガスの雰囲気の状態が
維持されなければならない。必要であれば溶接台３に水
冷等の強制冷却の機能を持たせても良い。雰囲気温度が
前記温度以下まで冷却すると、不活性ガスの注入を停止
しても良いし、冷却を促進する目的で継続することも出
来る。被溶接物１０は冷却した後、搬出入口（図示せず
）より取り出される。以上のようにして溶接される溶接構造物１は不活性ガス
雰囲気下でレーザービーム４１が照射されて溶接される
ため、外観が美麗でしかも継手強度も充分に高い。なお、第２図と第３図においては平板の突き合わせ溶接
について説明したが、重ね溶接、隅肉溶接等も同様に可
能であり、被溶接物１０の形状、開先１０ａ等について
も特に制限を受けるものではないので、第１図に示すよ
うな溶接構造物１の製造も容易に行うことが出来るもの
である。ところで、本発明の溶接構造物１に用いるシリコンは、
単結晶質、多結晶質、非晶質の何れであっても良く、部
分的に石英等との異種溶接とす。ることも可能である。そして、溶接部をシールドしたり
、シリコンの溶湯を開先のルート側に押し込むために使
用するガスとしてはアルゴンガスの他にもヘリウムガス
、ネオンガス等のようにシリコンと反応して脆化するこ
とのない不活性ガスを用いることが出来る。高価なヘリ
ウムガスを使用するときは回収装置を設けるのが好まし
い。溶接の熱源としてはレーザーが使用し易いが、電子
ビームであっても良い。レーザーの場合はガスレーザー
（Ｃ０２レーザー等）であっても良いし、固体レーザー
（ＹＡＧレーザー等）であっても良い。レーザー等によ
って生成したシリコンの溶湯を、所望の位置に強制的に
移動させるために設置するガスノズル５は、０．１〜５
　ｋｇ　／　ｃＪ程度の圧力調節が可能で、かつ角度調
節も可能なものであることが望ましい。溶加材として用
いるシリコン粉末６１としては、通常被溶接物１０と同
一成分のものが１〜５００１１園の粒径に調節されて使
用される。そして、シリコン粉末θ１は、溶接部に散布
して用いるほか、レーザービーム４１の照射部に直接吹
き込む等の手段によって送り込ことも可能である。また
、溶湯を容易に生成するため、被溶接物１０の表面にＳ
ｉＯ膜を形成しても良い。被溶接物１０の表面のエツチ
ングは、例えば数％〜数十％のフッ酸に数分〜数十分浸
漬して行うことが出来る。被溶接物１０の表面に形成す
るＳｉＯ膜の好ましい厚みは開先１０ａの形状にもよる
が、一般には数Ａ〜数十人の範囲である。この範囲にＳｉＯ膜を形成するためには塩酸酸性過酸化
水素水中に２０分程度浸漬したり、オゾンガス雰囲気下
で数分曝されても良い。このように開先１０ａの端面に
５ｉ０１１ｕを形成すると、該ＳｉＯ膜は比較的低温度
で分解溶融するようになる共に、レーザービーム４１が
照射された時、金属光沢を呈しているときに比べ、レー
ザービーム４１の反射が著しく少なくなるので加熱効率
が向上するメリットもある。

【発明の効果】

以上説明したように本発明の溶接構造物は、石英ガラス
を使用した治具に比べ、繰り返し熱サイクルを受けても
脆化することがないため、長期間に渡って安定した使用
が可能である。しかも、構造物の形状に殆ど制限がない
ため、形状のデザインが自在であり、治具に載置するシ
リコンウェーハ等に外力が作用しない構造にすることも
容易である。従って、所望成分の拡散工程においてもシ
リコンウェーハ等には熱歪みが残留しないので、不良率
が大きく減少する。また、従来の嵌合組み立ての治具で
は洗浄したとき溶剤が滲み出て来ると云う問題点があっ
たが、溶接によって組み立てる本発明の構造物にはこの
ような欠点もない。また、上記溶接構造物の製造方法は酸化、窒化等して脆
化し易い特性のシリコンの溶接を可能にするものである
から、従来考えられもしなかったシリコンの半導体分野
等での応用範囲を大きく拡大することを可能とするもの
であり、その効果は甚大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接構造物例を示す斜視図、第２図は溶接構造
物の製造方法を示す説明図、第３図は第２図の要部を示
す説明図である。１・・・溶接構造物（治具）、１０・・・被溶接物、１０ａ・・・開先、１１・・・センター支持部材、１２・・・サイド支持部材、１３・・・横板、２・・・グローブボックス、２１・・・排出孔、２２・・・注入孔、２３・・・操作用グローブ、３・・・溶接台、４・・・レーザー発振器、４１・・・レーザービーム、５・・・ガスノズル、８・・・ホッパー６１・・・シリコン粉末。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリコン製部材同士を溶接して一体化したことを
特徴とする溶接構造物。
（２）溶接構造物が半導体ウェーハボートである第１項
記載の溶接構造物。
（３）不活性ガスが充填された密閉容器内で、２以上の
被溶接部材を当接もしくは近接し、該当接もしくは近接
部にレーザービームまたは電子ビームを照射して溶接す
ることを特徴とする溶接構造物の製造方法。
（４）密閉容器がグローブボックスであり、被溶接部材
がシリコンである第３項記載の溶接構造物の製造方法。