JP2003176140A - 透明石英ガラスとその製造方法 - Google Patents

透明石英ガラスとその製造方法

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JP2003176140A
JP2003176140A JP2001372941A JP2001372941A JP2003176140A JP 2003176140 A JP2003176140 A JP 2003176140A JP 2001372941 A JP2001372941 A JP 2001372941A JP 2001372941 A JP2001372941 A JP 2001372941A JP 2003176140 A JP2003176140 A JP 2003176140A
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quartz glass
natural
powder
silicon tetrachloride
natural quartz
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Takashi Chijimatsu
孝 千々松
Mamoru Yamakado
護 山門
Masamitsu Kashiwabara
雅光 栢原
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Covalent Materials Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Toshiba Ceramics Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/06Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造用治具の材料として好適な透明石
英ガラスを提供する。 【解決手段】 天然石英ガラスと合成石英ガラスの混合
物からなり、Fe、Na及びKの各濃度が0.10pp
m以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造用治具
等の材料として用いられる透明石英ガラスとその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度は益々上
昇し、それらの半導体集積回路の性能に悪影響を与える
Na(ナトリウム)元素又はK(カリウム)元素を不純
物として含まない石英ガラスが、半導体製造用治具の材
料として求められている。従来、石英ガラスとしては、
天然石英粉末(天然水晶粉末)を加熱炉を用いて真空溶
融したり、酸水素火炎によって溶融したりして製造され
る天然石英ガラス、合成非晶質シリカ粉末の堆積体を焼
結するVAD法あるいは珪酸アルコキシドの加水分解に
より得られる非晶質シリカ粉末を焼結するゾルゲル法に
よって、又は非晶質シリカ粉末を形成し、焼結、溶融し
て製造される合成石英ガラスが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の天然石
英ガラスでは、耐熱性は優れているが、全ての不純物を
1ppm以下の濃度に押えることは、原料となる天然水
晶粉末の高純度化処理も行われているものの、現在まで
達成されておらず、LSIの高集積化に伴う周辺材料へ
の高純度化の厳しい要求に対応し得ない不具合がある。
一方、合成石英ガラスでは、高純度化は可能であるが、
耐熱性が天然石英ガラスに比べて劣り、かつ、気泡が多
数残存して透明性が低下してしまうという不具合があ
る。これは、合成中に混入する水分(OH基)やガラス
の構造に起因するものであると考えられている。
【0004】そこで、本発明は、半導体製造用治具の材
料として好適な透明石英ガラスとその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の透明石英ガラスは、天然石英ガラスと合成
石英ガラスの混合物からなり、Fe、Na及びKの各濃
度が0.10ppm以下であることを特徴とする。12
00℃の温度での粘度は、1012〜1014ポアズである
ことが好ましい。
【0006】一方、高純度透明石英ガラスの製造方法
は、回転する耐熱性ターゲット上に、天然石英粉末を酸
水素火炎により堆積・溶融しながら、堆積方向へ四塩化
珪素を、天然石英ガラスと合成石英ガラスの割合が3:
1〜1:1となるように連続供給することを特徴とす
る。
【0007】
【作用】本発明の透明石英ガラスにおいては、天然石英
ガラスと合成石英ガラスの混合物からなり、Fe、Na
及びKの各濃度を0.10ppm以下とすることによっ
て、天然石英ガラス及び合成石英ガラスの両特性を併せ
持ち、特に半導体製造用治具として好的な透明石英ガラ
スを提供することができる。Fe(鉄)、Na及びKの
各濃度が0.10ppmを超えると、半導体製造用治具
の材料として用いることが困難となり、特に石英ガラス
の失透の要因となる。1200℃の温度での粘度は、1
12〜1014ポアズであることによって、天然石英ガラ
ス及び合成石英ガラスの混合物として、より好ましい耐
熱変形性を付与することができる。より好ましい、12
00℃の温度での粘度は、1013〜1014ポアズであ
る。なお、天然石英ガラス、合成石英ガラスとは、前者
が、原料として水晶等の天然原料を加熱溶融した石英ガ
ラスを、又、後者が、四塩化珪素等の高純度ガス原料を
用いて合成された石英ガラスを意味する。
【0008】一方、透明石英ガラスの製造方法において
は、四塩化珪素(SiCl4)が加水分解、重縮合反応
されてシリカ(SiO2)粉末と塩素(Cl)ガスを生
成し、シリカ粉末は、天然石英ガラスに混在する合成石
英ガラスとなる一方、塩素ガスは、天然石英粉末中の不
純物と反応し塩化物となって不純物を除去し、かつ、炉
壁からの石英ガラスインゴットへのアルカリ成分汚染を
低減する成分として機能する。四塩化珪素の供給量が、
天然石英ガラスと合成石英ガラスの割合で、3:1より
少なくなると、Fe、Na及びKの各濃度が0.10p
pmより多くなる。一方、1:1より多くなると、耐熱
性と透明性が低下する。酸水素火炎は、酸素と水素ガス
を燃焼する石英ガラス製バーナによってもたらされ、こ
の石英ガラス製バーナは、酸水素火炎中に天然石英粉末
と四塩化珪素を同時に供給できる構造となっている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的な実施例、比較例、及び図面を参照して説明す
る。 実施例1〜3 先ず、高純度透明石英ガラスの製造には、図1に示す加
熱炉を使用した。この加熱炉は、上端を閉止した円筒状
の炉体1の天井中央部に、後述するように天然石英粉末
及び四塩化珪素のいずれか一方と併せて酸素ガスを供給
する中心の1本及びその周囲の円周上へ周方向へ等配し
た複数本の酸素ノズル2a,2b(図2参照)、並びに
それらを取り囲んで水素ガスを供給する水素フード2c
を有する石英ガラス製バーナ2を装着し、かつ、炉体1
内に、製造される石英ガラスインゴット3を載置すべく
昇降回転軸4を介して適宜に昇降、回転される円板状の
耐熱性ターゲット5を、石英ガラス製バーナ2と対向配
置して構成されている。
【0010】次に、上記加熱炉における石英ガラス製バ
ーナ2の中心の酸素ノズル2aから酸素ガスをキャリア
として四塩化珪素を連続供給すると共に、周辺の酸素ノ
ズル2bから天然石英粉末を酸素ガスと一緒に連続供給
し、それぞれ酸素ノズル2a,2bから供給される酸素
ガスと水素フード2cから供給される水素ガスを燃焼し
て酸水素火炎とし、この酸水素火炎により、天然石英粉
末を、回転しながら下降する耐熱性ターゲット5上に堆
積・溶融すると共に、四塩化珪素の加水分解によって生
成したシリカ粉末を、天然石英粉末と一緒に耐熱性ター
ゲット5上に堆積・溶融して石英ガラスインゴット3を
製造した。上記石英ガラスインゴット3の製造に際し、
天然石英粉末として、表1に示す純度のものを用い、
又、天然石英粉末及び四塩化珪素の供給量は、天然石英
ガラスと合成石英ガラスの混合割合が1:1(実施例
1)、2:1(実施例2)、3:1(実施例3)となる
ように調整した。
【0011】得られた各石英ガラスインゴット3の半径
方向5ケ所の不純物をICP発光分光分析及びICP重
量分析したところ、平均値(AVE)及び標準偏差(S
TD)を併記する表1に示すようになった。
【0012】
【表1】
【0013】又、各石英ガラスインゴットの1200℃
の温度での粘度は、表2に示すようになった。
【0014】
【表2】
【0015】比較例1 実施例1〜3と同様の石英ガラス製バーナを用い、中心
とその周辺の酸素ノズル2a,2bから天然石英粉末を
酸素ガスと一緒に連続供給し、各酸素ノズル2a,2b
から供給される酸素ガスと水素フード2cから供給され
る水素ガスを燃焼して酸水素火炎とし、この酸水素火炎
により、天然石英粉末を、回転しながら下降する耐熱性
ターゲット5上に堆積・溶融して石英ガラスインゴット
を製造した。
【0016】比較例2 比較例1と同様にして、天然石英粉末を、回転しながら
下降する耐熱性ターゲット5上に堆積・溶融すると共
に、耐熱性ターゲット5上のインゴットにその堆積方向
と直角に四塩化珪素を酸素ガスをキャリアとして添加し
ながら石英ガラスインゴットを製造した。
【0017】比較例3 四塩化珪素の供給量を増加させるため、中心の酸素ノズ
ルの内径を5mm程度と大きくした他は、実施例1〜3
と同様の石英ガラス製バーナを用い、実施例1と同一条
件で石英ガラスインゴットの製造を試みたが、中心の酸
素ノズルにシリカが詰まってしまい、石英ガラスインゴ
ットの製造が不可となった。
【0018】比較例4 実施例1〜3と同様の石英ガラス製バーナを用い、実施
例1で供給した四塩化珪素の代わりにそれと同量の塩化
水素(HCl)ガスを供給した他は、実施例1と同様に
して石英ガラスインゴットを製造した。
【0019】比較例5 実施例1〜3と同様の石英ガラス製バーナを用い、実施
例1で供給した四塩化珪素の代わりにそれと同量のフッ
化水素(HF)ガスを供給した他は、実施例1と同様に
して石英ガラスインゴットを製造した。
【0020】比較例6 天然石英粉末と四塩化珪素の供給量を、天然石英ガラス
と合成石英ガラスの混合割合が4:1となるようにした
他は、実施例1と同様にして石英ガラスインゴットを製
造した。
【0021】得られた比較例1、2、4、5、6の石英
ガラスインゴットの半径方向5ケ所の不純物をICP発
光分光分析及びICP重量分析したところ、平均値及び
標準偏差、並びに天然石英粉末の純度を併記する表3に
示すようになった。
【0022】
【表3】
【0023】又、比較例1、2、4、5、6の石英ガラ
スインゴットの1200℃の温度での粘度は、表4に示
すようになった。
【0024】
【表4】
【0025】表1〜4から分かるように、実施例1で
は、Fe、Na、Kの濃度はいずれも0.05ppmを
下回り、比較例1の天然石英粉末のみからなるものの純
度と比較して、全体的に純度が上がっており、かつ、耐
熱性が天然石英ガラスとほぼ同等になっている。なお、
透明度は、天然石英ガラスとほぼ同等であった。このこ
とは、四塩化珪素が加水分解、重縮合反応によりシリカ
粉末と塩素ガスを生成し、シリカ粉末は、天然石英ガラ
スに混在する合成石英ガラスとなる一方、塩素ガスは、
天然石英粉末中の不純物と反応し、塩化物となって不純
物を除去し、かつ、炉壁からの石英ガラスインゴットへ
のアルカリ成分汚染を低減する成分として機能すること
によると考えられる。又、実施例2、3では、実施例1
よりも合成石英ガラスの混合割合を少なくしたことによ
り、実施例1と比較してFe、Na、Kの濃度が若干増
加し、かつ、耐熱性が若干向上している。なお、透明度
は、天然石英ガラスより若干向上していた。更に、比較
例2のように、四塩化珪素を堆積方向と直角方向から供
給しても、純化効果は認められない。更に又、比較例
4、5のように、四塩化珪素の代りに、塩化水素ガス、
フッ化水素ガスを供給しても、大きな純化効果は認めら
れない。又、比較例6のように、合成石英ガラスの混合
割合を下げるように四塩化珪素の供給量を少なくする
と、ある程度の純化効果は認められるものの、実施例1
〜3程の純化効果はない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の透明石英
ガラスによれば、天然石英ガラスと合成石英ガラスの混
合物からなり、Fe、Na及びKの各濃度を0.10p
pm以下とすることによって、天然石英ガラス及び合成
石英ガラスの両特性を併せ持ち、特に半導体製造用治具
として好適な透明石英ガラスを提供することができる。
【0027】一方、透明石英ガラスの製造方法によれ
ば、四塩化珪素が加水分解、重縮合反応されてシリカ粉
末と塩素ガスを生成し、シリカ粉末は、天然石英ガラス
に混在する合成石英ガラスとなる一方、塩素ガスは、天
然石英粉末中の不純物と反応し塩化物となって不純物を
除去し、かつ、炉壁からの石英ガラスインゴットへのア
ルカリ成分汚染を低減する成分として機能するので、高
純度で、耐熱性及び透明性に優れた透明石英ガラスを容
易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る透明石英ガラスの製造方法の実施
に供される加熱炉の模式図である。
【図2】図1の加熱炉における石英ガラス製バーナの模
式的な横断面図である。
【符号の説明】
1 炉体 2 石英ガラス製バーナ 2a 酸素ノズル 2b 酸素ノズル 2c 水素フード 3 石英ガラスインゴット 4 昇降回転軸 5 耐熱性ターゲット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栢原 雅光 山口県徳山市大字徳山字江口開作8231−5 徳山東芝セラミックス株式会社内 Fターム(参考) 4G014 AH00 AH15 4G062 AA01 BB02 CC04 CC07 DA08 DB01 DC01 DD01 DE01 DF01 EA01 EA10 EB02 EC02 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH12 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM27 NN29 NN31 NN33 NN34 NN40

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 天然石英ガラスと合成石英ガラスの混合
    物からなり、Fe、Na及びKの各濃度が0.10pp
    m以下であることを特徴とする透明石英ガラス。
  2. 【請求項2】 1200℃の温度での粘度が1012〜1
    14ポアズであることを特徴とする請求項1記載の透明
    石英ガラス。
  3. 【請求項3】 回転する耐熱性ターゲット上に、天然石
    英粉末を酸水素火炎により堆積・溶融しながら、堆積方
    向へ四塩化珪素を、天然石英ガラスと合成石英ガラスの
    割合が3:1〜1:1となるように連続供給することを
    特徴とする透明石英ガラスの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101983179A (zh) * 2008-04-03 2011-03-02 赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司 用于制备合成石英玻璃的方法
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JP2014240127A (ja) * 2013-06-11 2014-12-25 Hoya株式会社 インプリント用モールド、パターンドメディア作製用基板およびパターンドメディア、並びにこれらの製造方法

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