KR20130094283A - 고순도 합성 실리카 및 그로부터 제조된 반도체 지그와 같은 아이템 - Google Patents

고순도 합성 실리카 및 그로부터 제조된 반도체 지그와 같은 아이템 Download PDF

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Abstract

이 발명은 외경 400 mm이고 내경이 300 mm인 투명 합성 유리질 실리카 글라스를 제공하기 위한 것이다. 잉고트는 기포와 100 ㎛ 이상의 협잡물이 거의 없고 불순물이 100 ppB를 넘지 않으며, 5 ppM 이하의 염소 농도를 갖고 있다. 또한 본 발명은 밀도가 0.4 g/cm3 이상인 수트 바디가 산화 저항성 맨드렐에서 증착되도록 하는 방법을 제공한다. 수트 바디는 흑연, 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드 피복 실리콘 카바이드 또는 유리질 실리카로 구성된 맨드렐에서 진공 또는 환원 가스의 존재 하에 진공 또는 헬륨 분위기에서 투명 다공성 글라스로 소성된다.

Description

고순도 합성 실리카 및 그로부터 제조된 반도체 지그와 같은 아이템{HIGH PURITY SYNTHETIC SILICA AND ITEMS SUCH AS SEMICONDUCTOR JIGS MANUFACTURED THEREFROM}
본 발명은 고순도 합성 실리카 글라스 및 실리콘 웨이퍼의 제조에 사용하는 상기 글라스로부터 제조된 반도체 지그의 용도에 관한 것이다.
오늘날 실리콘의 싱글 웨이퍼를 제조하는 정밀한 방법은 플라스마나 반응성 이온을 사용하는 에칭 방법으로서, 예를 들면 이 방법에서는 내식막에 의하여 보호되지 않는 부분에 있는 웨이퍼의 표면으로부터 실리콘 다이옥사이드를 제거하는 것이다. 에칭 공정은 불소 함유 가스의 조재하에 이루어지고 실리카는 휘발성 SiF4로서 제거된다. 상기 공정 중에 웨이퍼는 웨이퍼에 불순물이 들어가지 않도록 지그 내의 제어된 위치에 견고하게 지지 되어야 한다. 석영 가공기가 가공하여야 하는 블랭크의 전형적인 크기는 420×353 mm, 418×334 mm 및 442×365 mm 이다. 이러한 블랭크는 큰 직경의 중공 잉고트로부터 간단하게 절단하고 경제적인 이유 때문에 석영 글라스는 천연 석영 입자를 용융하여 제조하는 것이 일반적이다. 그러나 천연 석영을 사용하는데 따른 결정적인 문제점은 이들이 웨이퍼에 인가될 수 있는 금속성 불순물을 포함하고 있으며 글라스가 기포와 협잡물과 같은 불순물을 포함하는 결점을 갖고 있다는 것이다.
웨이퍼로부터 산화물층을 제거하는 조건은 석영 글라스 지그의 일부에 에칭이 일어나도록 하여 상기 지그의 크기를 점진적으로 변화시키므로 상기 지그의 수명이 감소되게 된다. 더구나 이러한 에칭은 지그가 일부의 미세 기포와 협잡물에 노출되도록 하고, 이러한 현상은 제품의 심각한 결점을 야기하는 입자들의 배출을 야기하게 된다. 상기 미세기포와 협잡물의 농도는 석영의 제조방법에 따라서 좌우된다. 상기 결점들은 화염 용융 석영에서보다 전기 용융 보울로부터 제조한 석영 글라스에서 더 많이 나타난다. 일반적으로 제조업자들은 기포는 무시하고 협잡물의 크기만을 80 또는 100 ㎛ 이하로 제한시키고 있다. 따라서 고순도 반도체 지그는 천연 석영 결정으로부터 화염 용융 석영으로 만드는 것이 일반적이다. 그렇지만 천연 석영으로부터 제조한 가장 우수한 품질의 글라스도 불순물을 포함할 수 있다. 전형적인 금속 불순물은 100 ppB 이상의 중량을 갖고 있으며 일부의 불순물은 수백 ppB의 중량을 갖고 있는바, 이러한 불순물은 에칭 공정 중에 입자의 배출이 일어나도록 할 수 있다. 이 명세서에서 글라스의 물성이나 사용되는 공정에 심각한 영향을 미칠 수 있는 불순물(예를 들면 금속성 오염물)과 제품이나 공정 중에 유리한 결과를 가져오도록 첨가하는 도핑제 간의 차이를 구별 짓고 설명한다.
미세 기포와 협잡물은 반도체 공업 분야에서 사용하는 지그의 제조에 종래부터 허용되어온 석영 글라스의 한 형태였다. 기포와 협잡물은 글라스를 천연 재료로 제조하였을 때 비교적 대량으로 존재하고 용융 석영 글라스에 대한 공업 사양서에서는 글라스의 주어진 용량에 대한 전체 단면적(CSA) 및/또는 글라스 용량에서 계산되는 주어진 최소 한도의 불순물 수라는 정의로 상기 불순물을 정량하고 있다.
이러한 미세한 기포와 협잡물들은 그 크기가 80 ㎛ 또는 100 ㎛ 이하이므로 정량하기가 곤란하여 사양서에서도 계산하지 않고 있다. 더구나 상기 미세한 기포와 협잡물들 사이를 구분하기 곤란하여 사양서에서는 "기포"와 기타로는 "협잡물"로 함께 기술하고 있다.
반도체 지그의 제조영으로 판매되는 전형적인 전기 용융 석영 글라스는 사양서에 글라스 표본 용량에서의 모든 기포(CSA) 및 대표 용량에서의 기포의 실질적인 수 및 함유된 기포의 최소 크기만을 기재하고 다음과 같이 기재하고 있다.
100㎤중의 기포의 총 CSA(㎟) 100㎤중의 기포의 최대 수
1.5 15000
계산되지 않은 직경이 0.08㎜ 이하의 기포
반면에 유사한 용도로 판매되는 전형적인 화염 용융 석영 글라스에 대하여는 다음과 같이 사양서에 기재되어 있다.
크기(㎜) 100㎤중의 기포/협잡물의 최대 수
＞0.5 0
0.1-0.5 ≤50
계산되지 않은 직경이 0.1㎜ 이하의 기포/협잡물
광학 용도로 판매되는 합성 실리카 글라스는 높은 시각 특성을 갖고 있어야 한다. 오늘날 사양서는 표본 용량, 예를 들면 100㎤ 내에 존재하는 모든 기포 및 협잡물을 CSA라는 용어로 표시되고 있다(DIN 58927 참조). 전형적인 합성 실리카 제품의 등급은 다음과 같이 기재하고 있다.
등급 100㎤중의 총 협잡물 단면(㎟) 최대 크기(㎜)
0 ≤0.03 0.10
1 ≤0.1 0.28
2 ≤0.25 0.50
3 ≤0.5 0.76
4 ≤1 1.00
5 ≤2.0 1.27
본 발명은 근본적으로 상기 등급 0(제로)에 필적되는 품질의 기포와 협잡물 함량을 갖는 반도체 공업에 사용되는 고품질 성분에 관한 것이다.
본 발명은 고순도이고 협잡물이 거의 없는 합성 유리질 실리카로부터 천연 용융 석영 글라스 지그를 대체할 수 있는 것을 찾는 것이다. 그렇지만 해법은 합성 실리카 잉고트로부터 이러한 대구경 제품을 제조하는 데는 허용할 수 없는 생산비와 합성 유리질 실리카 글라스의 비교적 높은 에칭 비율 때문에 어려움이 많았다. 따라서 초대형 합성 유리질 실리카 잉고트는 현재까지 하나 또는 그 이상의 버너로부터 나오는 실리카 합성 화염으로부터 증착하는 직접 공정에 의하여 제조되고 있다. 이 방법에 의하면 2m 이상의 직경을 갖는 보울이 만들어지지만 이러한 보울로 대형 원통형 부품을 만드는 것은 현저히 많은 미사용 폐기물이 나타나게 된다. 실제로 요구하는 내경과 외경의 비율인 저비율 링을 제조하는 것은 보다 나쁜 물건을 만드는 것이다. 예를 들면 요구하는 링은 외경에 대한 내경의 비율이 낮아서 사용할 수 없다. 상기 블랭크의 비율은 각각 1.19, 1.25 및 1.21이다. 고형물로부터 링을 제조하는 것은 대부분의 재료 손실을 가져와서 기타 용도에 사용할 수 없도록 한다. 더구나 직접 공정은 전형적인 OH 함량 600∼1200 ppM을 갖는 글라스를 얻게 되는바, 이는 낮은 점도와 전형적인 플라스마 에칭 조건하에서 에칭 비율을 증가시키게 된다. 이는 이러한 공정이 반도체 지그의 제조에 사용하기 적당하지 않음을 나타내는 추가적인 이유이다.
저-OH 합성 실리카 링은 이러한 용도에 더 적당하고 이러한 저-OH 글라스는 2 단계 공정에 의하여 얻어진다. 전형적으로 실리카 수트를 합성 화염으로부터 증착시켜 다공성 수트 바디를 형성하고 이 수트 바디를 염소 분위기에서 가열하여 거의 탈수시킨 다음 헬륨 가스 분위기나 진공하에 소성하여 무공 글라스를 얻는다. 이러한 글라스의 제조에 사용되는 주 증착 공정은 고형 원통형 수트 바디를 만들기 위한 VAD(증기상 축방향 증착)이다. 이어서 원통형으로 만들기 위하여 소성하고 만드렐에 실리카 수트를 증착시키는 OVD(외부 증기 증착)을 실시한다. 이어서 맨드렐을 제거하고 수트 바디는 소성하여 관상체로 만든다. VAD 소성체는 일반적으로 반도체 지그용으로 사용하기 위한 작은 크기이고 비용이 드는 공정을 거쳐서 요구하는 속이 빈 원통형 제품으로 만들 수 있다. 이러한 글라스의 고쳐 만들기는 일부의 흑연 공구와 접촉하였을 때 글라스 바디의 표면에 심한 손상을 가져올 수 있으므로 산으로 에칭하거나 가공에 의하여 뒤이은 외부 표면의 재가공을 할 수도 있다. 지금까지는 OVD 기술이 광섬유 소재의 제조에 사용되어왔고 이러한 방법으로 제조된 직경 200∼250mm의 대구경 잉고트는 일반적으로 고비율을 갖고 있으며 석영 글라스의 에칭 비율을 증가시키는 것으로 알려진 염소로 오염되게 된다. 비록 순도가 허용된다 하여도 요구하는 대구경 저비율 링을 만들기 위하여 요구되는 상기 잉고트의 재가공은 비경제적일 뿐만 아니라 오염의 위험이 있으며 제품의 표면층을 제거하기 위한 재가공을 하여야 하는 문제점이 있었다.
반도체 지그용 합성 실리카를 사용하는 다른 방법으로서 천연 석영 결정으로부터 제조한 석영 글라스의 에칭 저항성을 향상시키는 노력이 진행되고 있다. 이 방법은 석영 글라스를 실리콘의 휘발성 보다 낮은 휘발성을 갖는 금속의 산화물로 도핑함으로서 어느 정도의 성공을 이루어 낼 수 있었다. 이러한 도핑은 산화알미늄이나 또는 산화알미늄과 희토류 금속 중의 한 금속의 산화물의 혼합물을 사용하는바, 이러한 방법은 석영 글라스의 에칭 속도를 감소시키는 수단으로 제안되었다. 이러한 방법은 미국특허 US 6,887,576, 미국특허 7,365,037 및 미국특허 7,661,277호에 기재되어 있다.
이러한 시도는 향상된 에칭 저항성을 가져왔지만 도핑제가 혼입된 석영 글라스의 표면에 부분적인 에칭이 일어났을 때 도핑제 산화물의 반점이 노출되는 문제점이 나타날 수 있다. 이러한 현상은 표면이 불필요하게 거칠어지고 결과적으로 웨이퍼에 결점을 가져오게 된다.
또 하나의 변형 기술로는 글라스에 질소를 혼입시키는 방법(미국특허 출원 2008/0066497 참조)과 추가의 도핑제 금속을 첨가하는 방법이 공개되었다(미국특허출원 2008/0053151 및 미국특허 2009/0163344 참조). 이 방법은 제품이나 중간 제품을 암모니아 가스 속에서 가열하여 제한된 농도의 질소가 석영 글라스 또는 벌크의 표면에 질소가 잔류하도록 하는 것이다. 그러나 대량의 질소가 존재하는 경우 글라스를 제조하기 위한 열간 작업 중에 탈 가스나 기포 형성의 위험성이 나타날 수 있다. 만약 글라스가 네트 형태로 제조되는 경우에는 최종 제품의 크기를 달성하기 위하여 더 이상의 열간 작업을 하지 않을 수도 있다.
합성 유리질 실리카의 점도 증가는 탄소나 탄소와 질소의 혼합물로 도핑함으로써 이루어진다는 기록이 있다. 이는 실록산, 실라잔 등의 증기 분위기에서 수트 바디를 가열함으로써 달성되는바, 경우에 따라서는 암모니아의 존재하에 가열할 수도 있다(미국특허출원 2006/0059948 참조).
플라스마 에칭 분위기에서 에칭 속도를 감소시키기 위한 수단으로서 탄소나 질소로 도핑하는 효과는 격자 내에 이러한 종류의 혼입으로 증가된 점도와 관계되는 것으로 생각된다. 더구나 에칭 속도는 글라스가 현저한 량의 비금속성 오염물, 특히 OH(하이드록실), 염소 및 불소를 포함하는 경우 증가하는 것으로 알려졌다. 이들은 실리카 구조에 있는 결합의 네트워크를 붕괴시키는 것으로 알려졌다. 또한 글라스의 점도와 에칭 속도 사이의 상호관계가 존재하여 글라스의 점도가 가공의 온도 감소를 가져오면서 증가하므로 감소된 에칭 속도는 저 가공온도를 달성하기 위한 주의 깊은 글라스의 아닐링으로 부터 나타날 수 있는 것으로 생각된다.
따라서 에칭-저항성 반도체 지그에 필요한 글라스는 최소한도의 OH와 최소한도(특히 제로) 농도의 염소 함량을 포함하도록 하는 것이 요구된다. 특히, 불소는 없는 것이 좋으며 경우에 따라서는 낮은 농도의 질소와 탄소, 특히 이들의 혼합물로 도핑하는 것이 바람직 할 수 있다.
저-OH 함량의 글라스는 감압 하에서 석영 결정 분말의 전기 용융에 의하여 만들어 질수 있으며, 이와 같이 제조된 제품은 일반적으로 저농도의 기포와 협잡물을 포함한다. 합성 유리질 실리카 제품이 제조되는 경우, 이들은 전형적으로 전구물질로서 사염화실리콘이 공급되는 화염으로부터 나오는 증기 증착에 의하여 만들어지며 다공성 실리카 수트를 형성하게 된다. 이와 같이 제조된 수트 바디는 염소를 포함하는 분위기에서 가열하여 탈수시키고 감압 하에서나 헬륨 분위기에서 소성하면 기포없는 글라스를 얻을 수 있게 된다. 유리질화된 제품은 현저한 농도의 염소를 포함하는바, 이들은 추가 가공에 의하여 부단한 노력 없이는 제거하기 곤란하다.
본 발명의 목적은 플라스마 에칭이나 그와 유사한 분위기에서 반도체 제조에 사용하는데 적당한 합성 유리질 실리카 성분을 제공하기 위한 것으로서, 상기 성분은 고점도와 연관될 수 있는 고에칭 저항성을 나타내는 능력과 화학적인 고순도를 갖고 있으며 미세 기포와 협잡물이 없고 기타의 입자나 먼지가 혼입되지 않았으며 금속 또는 비금속 도핑제로 도핑하지 않아도 되는 특징을 갖는 다는 점에서 종래의 유리질 실리카와 구별되는 것이다. 요구하는 특성은 글라스가 최저 농도의 하이드록실 그룹을 포함하고 거의 제로에 가까운 미량의 염소 및 불소 농도를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 상기 성분을 경제적으로 허용되는 비용으로 효과적이고 높은 수율과 최소한도의 단계로 상기 성분을 제조하는 것이다. 본 발명의 목적에 가장 적합한 성분들은 모두 원통형, 예를 들면 링 형이며 대직경의 홀로우 잉고트를 원륜상 단면을 갖도록 절단하여 제조한다. 이러한 작업은 종래에 불가능하였지만 효과적인 제조는 홀로우 잉고트가 적당한 내경과 외경을 갖도록 하는 것이 필수적으로서, 예를 들면 홀로우 잉고트를 형성하고 거의 네트 형태로 되도록 소성한 다음 요구하는 원륜상 성분이 이루어지도록 하기 위하여 최소한도의 글라스 만을 제거하는 것이다. 본 발명의 성분들은 내경이 최소한 300 mm이고 외경이 최소한 400 mm이다. 거의 네트 형태로된 중간 블랭크의 제조는 유용한 글라스의 수율이 최대로 됨을 의미하고 잉고트를 반도체용 지그에 사용하기 위한 밀봉성 홀로우로 전환시킬 때 증착된 글라스의 폐기물이 최소로 됨을 의미한다. 본 발명에 의한 글라스의 제조는 생성물을 요구하는 크기의 제품으로 만들기 위하여 고온으로 재가열하는 단계가 필요없게 된다.
전술한 본 발명의 목적은 다공성 실리카 수트 바디를 산화 저항성 맨드렐에서 적당한 밀도로 증착시키고 이르 맨드렐에서 제거한 다음 흑연이나 기타 적당한 재질의 제2 맨드렐로 옮긴 후에 수트 바디를 진공이나 환원 가스의 존재하에 탈수시키고 이어서 수트 바디를 진공이나 헬륨 가스와 같은 불활성 가스의 존재하에 소성하는 본 발명의 방법에 의하여 달성된다. 본 발명에서 진공이라 함은 바디의 가열과 탈가스 속도에 따라서 노가 작동할 수 있는 노 내부의 압력이 100 Pa(0.75 토르)이하의 압력을 의미한다. 이러한 수단에 의하면 요구하는 크기의 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트가 얻어질 수 있는바, 이 잉고트는 기포가 거의 없거나 직경 100 ㎛ 이상의 협잡물, 특히 기포가 거의 없고 직경 10 ㎛ 이상의 협잡물 농도를 갖고 있으며 일부 금속 불순물이 100 ppB(10억 당 부), 이하, 특히 5 ppB 이하의 금속 불순물 농도를 갖고 있고 5 ppM 이하의 염소농도를 갖고 있다.
본 발명에 의한 잉고트의 한 용도는 반도체 지그의 제조에 사용하는 것이다. 본 발명에서 "기포와 협잡물이 거의 없다"라는 표현은 잉고트를 반도체용 지그로 가공하였을 때 각개 가공된 반도체 지그에 기포가 전혀 없고 직경 100 ㎛ 이상의 협잡물이 없음을 의미하고, 특히 기포는 완전히 나타나지 않으며 직경 10 ㎛ 이상의 협잡물이 없음을 의미한다. 이러한 기포나 협잡물은 잉고트에서는 묵인되는 것으로서 각각의 지그가 재료의 폐기 없이 가공될 수 있게 된다.
흑연이 제2 맨드렐로는 가장 적당한 재료이지만 경우에 따라서는 제2 맨드렐을 탄소섬유강화탄소(CFRC), 실리콘 카바이드 및 실리콘 함침 실리콘 카바이드 중에서 선택된 다른 재질로 제조할 수도 있다. 경우에 따라서는 수트 증착용에 사용하는 산화내식성 맨드렐이 소성용 맨드렐로 사용될 수 있는바, 이 경우 수트 바디를 증착 후, 탈수 및 소성 전에 제2 맨드렐로 옮길 필요가 없을 수도 있다. 흑연이나 실리콘 카바이드로 제조된 내화성 캐리어에 지지될 수 있는 수트용 소재로서의 유리질 실리카(석영 글라스)의 박막 튜브를 사용하는 것은 특수한 경우로서, 이러한 튜브는 실리카 튜브를 소재 튜브에 부착된 상태로 탈수 및 소성하는 경우에 사용되며, 이 경우 실리카 박막 튜브는 홀로우 잉고트 튜브에 혼입되어 홀로우 잉고트 튜브의 일부로 남아있거나 또는 뒤이은 가공이나 에칭에 의하여 제거될 수 있다.
따라서 본 발명의 한 형태는 외경 400 mm 이상이고 내경 300 mm 이상이며, 실질적으로 기포가 거의 없고 직경 100 ㎛ 이상의 협잡물이 없으며 각개 금속 불순물이 100 ppB 이하이고 염소 농도가 5 ppM 이하인 투명 합성 유리질 실리카 글라스로 구성된 홀로우 잉고트를 제공한다.
본 발명의 또 하나의 형태는 외경 400 mm 이상이고 내경이 300 mm 이상이며실질적으로 기포나 직경 10 ㎛ 이상의 협잡물이 없으며 각개 금속 불순물이 10 ppB 이하이고 염소 농도가 5 ppM 이하인 투명 합성 유리질 실리카 글라스로 구성된 홀로우 잉고트와 이로부터 제조한 반도체 지그를 제공한다.
대부분의 경우 내경에 대한 외경의 비율이 1.33이다. 따라서 본 발명은 반도체 지그와 같은 대형 원륜상 아이템을 생산하는데 적당하며, 요구하는 제품의 형태와 크기에 근접하는 크기와 형태의 합성 실리카 글라스를 제공하여 아이템을 제조하는 능력이 우수하다. 특히 본 발명은 최종 생산품을 가공하는데 발생되는 폐기물의 양을 최소로 하면서 2차 역류 공정이 필요없이 제품을 생산할 수 있도록 한다.
본 발명의 또 하나의 다른 형태는 전술한 홀로우 잉고트를 제조하는 공정을 제공하는바, 이 공정은 산화 저항성 맨드렐에서 0.4 g/cm3 보다 큰 밀도를 갖는 다공성 수트 바디를 제조하는 단계, 흑연, 탄소섬유강화탄소(CFRC), 실리콘 카바이드 및 실리콘 함침 실리콘 카바이드, 실리콘 피복 흑연 또는 유리질 실리카로 구성된 맨드렐에서 진공 하에서나 환원 가스의 존재하에 상기 수트 바디를 탈수하는 단계 및 맨드렐에 지지되어 있는 동안 진공 하에서나 헬륨 분위기에서 탈수된 수트 바디를 소성하여 투명한 다공성이 없는 수트 바디를 얻는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 형태는 외경 400 mm 이상이고 내경이 300 mm 이상인 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트를 제조하는 방법을 제공하는바, 이 방법은 하나 또는 그 이상의 합성 버너의 화염속으로 실리카 전구체를 공급하는 단계, 직경 300 mm 이상의 산화 저항성 맨드렐에서 0.4 g/cm3 보다 큰 밀도를 갖는 다공성 수트 바디를 제조하는 단계, 흑연, 탄소섬유강화탄소(CFRC), 실리콘 카바이드 및 실리콘 함침 실리콘 카바이드, 실리콘 피복 흑연 또는 유리질 실리카로 구성된 맨드렐에서 진공 하에서나 환원 가스의 존재하에 상기 수트 바디를 탈수하는 단계 및 맨드렐에 지지되어 있는 동안 진공 하에서나 헬륨 분위기에서 탈수된 수트 바디를 소성하여 투명한 다공성이 없는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트를 얻는 단계를 포함한다.
어떤 경우에는 증착 단계를 거친 후에 산화 저항성 맨드렐을 제거하고 이를 다른 맨드렐로 교체한 다음 교체된 맨드렐에서 탈수 단계를 실시하는 것이 편리할 수 도 있다. 경우에 따라서는 산화 저항성 맨드렐과 탈수 단계 및 소성 단계에서 사용하는 맨드렐을 동일한 맨드렐로 사용하는바, 이 경우 수트 증착 후에 산화 저항성 맨드렐을 제거하지 않고 그대로 유지한 상태에서 뒤이은 탈수 민 소성 공정 중에 수트바디를 지지하는데 사용한다.
전형적으로 본 발명에 의하여 제조된 잉고트는 50 ppM 이하의 OH 함량을 갖는바, 경우에 따라서는 20 ppM 또는 그 이하의 OH함량을 갖고 있을 수도 있다. 잉고트들은 불소와 염소가 거의 없으며 기타의 할로겐 불순물도 거의 포함하지 않는다. 예를 들면 잉고트들은 5 ppM 이하, 특히 바람직하게는 1 ppM 이하의 염소 함량을 갖는다. 특이한 예에서는 아닐링 포인트(점도 1013 포이스 )가 1,200℃ 이상이고 가상온도가 110℃ 이하일 수도 있다.
본 발명에 의한 잉고트들은 도핑될 수 있다. 예를 들면 도핑은 알미늄 및/또는 하나 또는 그 시상의 희토류 금속으로 실시된다. 또한 도핑은 요구하는 금속의 적당한 염(예를 들면 산화물)의 사용에 의하여 이루어질 수도 있다. 도핑 방법은 실리카 전구체의 방울에 분산된 미세한 액체 방울의 에멀젼을 포함하는 액체 방울을 분무하는 방법으로 도핑제의 수용액을 실리카 전구물질과 함께 합성 버너의 화염 속으로 공급하는 방법으로 이루어질 수 있다. 다른 예에서는 다공성 수트 바디를 하나 또는 그 이상의 알미늄 염 및/또는 알미늄의 하나 또는 그 이상의 희토류 금속을 포함하는 수용액 속에 침지하고 건조한 다음 가루로 만들고 기공이 없는 글라스를 형성하기 위하여 소성하는 방법으로 이루어진다. 변칙적인 방법에서는 글라스를 탄소나 질소 또는 이들 두 성분으로 도핑할 수도 있다.
어떠한 무염소 실리카 전구체도 사용할 수 있다. 특히 본 발명에 사용하는데 바람직한 전구물질로는 실록산 류가 있다. 그러나 헥사메틸디실록산(HMDS), 옥타메칠사이클로테트라실록산(OMCTS), 데카메칠사이클로펜타실록산(DMCPS) 또는 이들의 2종 이상을 혼합한 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 전구물질들은 캐리어 가스의 존재하에 증기 형태로 버너의 화염 속으로 이송되거나 또는 가스 분무기나 초음파 분무기와 같은 통상적인 방법에 의하여 생성되는 분무된 액체 방울의 형태로 버너의 화염속으로 이송될 수도 있다.
소성하기 전에 수트 바디는 반응성 가스 분위기, 예를 들면 수소, 일산화탄소, 암모니아, 질소, 하이드로카본 가스 또는 오르가노실리콘 증기(예를 들면 실록산이나 실라잔을 포함하는 증기)나 이러한 가스의 혼합물을 포함하는 분위기에서 열처리 할 수도 있다. 필요에 따라서는 상기 가스를 불활성 가스로 희석하여 사용할 수도 있다. 소성 단계는 진공에서 실시되거나 또는 헬륨 가스 분위기에서 실시될 수도 있다.
본 발명에 의한 방법에 의하면 고순도 실리카 수트가 요구하는 원륜상 제품의 내경에 해당하는 직경 300 mm의 산화 저항성 맨드렐에서 외부 증착에 의하여 증착되고 기공이 없는 글라스로 소성하여 예정된 외경을 갖는 다공성 실리카 수트를 형성할 수 있으며, 생성된 제품은 요구하는 홀로우 잉고트 또는 원륜상 제품의 내경과 외경에 근접하는 내경과 외경을 갖게 된다.
수트 바디는 이어서 요구하는 제품 보다 약간 작은 직경을 갖는 고순도 흑연 맨드렐로 옮겨지고 수트 바디가 결합된 어샘블리는 1150 ∼ 1350℃에서 진공 열처리하여 탈수시킨 다음 1450 ∼ 1600℃의 온도 범위에서 소성하여 기공이 없는 글라스를 형성한다. 위에서 언급한 바와 같이 맨드렐 재료는 탄소섬유보강카본(CFRC), 실리콘 카바이드, 실리콘 침지 실리콘카바이드 및 유리질 실리카와 같은 다른 맨드렐 재료가 사영 될 수도 있다.
수트 바디의 크기는 제조할 최종 홀로우 잉고트의 표면을 최소한도로 가공하였을 때의 요구하는 최종 제품의 가공내경과 외경에 따라서 선택된다. 이러한 열처리는 글라스가 요구하는 낮은 가공 온도에 이르도록 제어된 아닐링 작업에 뒤이어 진행된다. 이러한 아닐링은 진공 소성 노에서 이루어질 수도 있고 이러한 목적을 위하여 고안된 아닐링 오븐에서 이루어질 수도 있다. EP 2,024,289 에서는 네트 형태에 가까운 홀로우 잉고트가 수트 바디의 소성 후에 바로 처리되는데, 고순도 흑연으로 제조된 가열 몰드 속에서 유리질화된 바디를 삽입하여 아닐링하고 있다.
아닐링 후에는 소성된 잉고트를 요구하는 내경과 외경을 갖도록 가공할 수도 있고 판매하거나 추가의 가공을 위하여 절단할 수도 있다. 뒤이은 가공은 반도체 웨이퍼를 진행하기 위하여 사용되는 링형 제품을 얻기 위하여 정밀 가공하는 단계를 포함할 수도 있다. 링의 마무리는 글라인딩, 랩핑, 화염 폴리싱 등이 있으며 표면을 거칠게 만드는 단계, 샌드블라스팅, 산에 의한 에칭, 또는 잘 정리된 미세조직의 슈도-클리스탈린 표면 마무리를 제공하기 위한 하이드로플루오린 산 등의 불화암모늄 용액에서의 산을 기초로한 프로스팅이 있다.
예를 들면 외경 400 mm 이상이고 내경 300 mm 이상(비율 ≤1.33)인 네트형 합성 유리질 실리카의 홀로우 잉고트에 이르도록 하는 크기의 홀로우 수트 바디의 제조는 종래에 없었던 것으로 새로운 접근이다. 수트 증착물은 요구하는 처리 작업을 위한 적당한 강도를 제공하기 위하여 필수적으로 충분한 밀도를 갖고 있어야 한다. 이는 최소한 0.4 g/cm3이상, 특히 0.6 g/cm3 이상으로 되는 다공성 수트의 밀도를 필요로 한다. 수트 바디의 크기는 공정의 에너지 요구에 좌우되는바, 이러한 에너지 입력은 수소, 천연 가스(메탄), 프로판 가스의 형태와 실리카 전구체에 따라서 좌우된다. 본 발명에 사용할 수 있는 전구물질로서는 실록산 화합물, 특히 D4로 알려진 옥타메칠사이클로테트라실록산(OMCTS), 데카메칠사이클로펜타실록산(DMCPS 또는 D5)과 같은 사이클릭 폴리메틸실록산이나 이들의 혼합물이 있으며, 이러한 물질 대신에 가장 통상적으로 종래부터 사용되어온 사염화실리콘이나 염소가 없는 알콕시실록산(예를 들면 메틸트리메톡시실란(MTMS)을 사용할 수도 있다.
염소가 없는 글라스용으로 이용되는 친환경적이고 경제적인 공정에서는 전구물질로서 사염화실리콘은 사용할 수 없는 것으로 알려졌다. 염소와 염산 같이 산소와 반응하여 유독성 부산물을 생성하는 물질은 사용할 수 없을 뿐만 아니라 연소 열이 적으므로 보다 많은 연료와 반응을 촉진하기 위하여 보다 많은 산소를 준비하여야 하므로 고밀도 수트 증착물을 얻기 위하여는 이러한 물질을 사용하지 않은 것이 바랍직하다. 두 가지 반응, 즉 산화와 가수분해가 동시에 일어나지만 온도가 충분히 높을 때는 산화가 우선적으로 일어나게 된다.(J.R Bautista 및 R.M. Adams, J. Aerosol Sci . 22(5) 667-675, (1991)참조)
SiCl4(g) + O2 → SiO2(s) + 2 Cl2 △Hr = -240 kJ/mol
SiCl4(g) + 2 H2 + O2 → SiO2(s) + 4 HCl △Hr = -609 kJ/mol
이러한 대량 연료 가스의 존재와 이 반응을 완성시키고 요구하는 수트 바디의 밀도를 얻는데 요구되는 산소의 당량 흐름은 화염의 와류를 증가시키고 실리카 증기의 농도를 감소시켜 소형 실리카 나노입자를 증가시키고 수율을 감소시키게 된다, 또한 소성 후 제품 글라스가 미량의 염소를 함유하도록 하므로 잔류 할로겐을 제거하기 위한 추가 단계를 실시하게 한다.
이러한 할로겐 함유 배출가스는 무염소 실리카 전구물질을 사용하므로서 피할 수 있는바, 전구물질로는 여러 가지 이유로 실록산, 특히 폴리메틸사이클로실록산을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면 OMCTS는 화염 중에서 산소와 반응하여 실리카 나노입자를 형성할 수 있으며, 이러한 나노입자들은 농축 및 응집 과정에서 더 크게되어 다공성 수트 바디로서 수집될 수도 있다. 이러한 반응은 다음의 반응식에서 보여주는 바와 같이 현저한 에너지 방출을 수반하게 된다.
[(CH3)2SiO]4(g)+16 O2(g)→ 4SiO2(s)+8CO2(g)+12H2O(g) △HR = -7,669 kJ/mol
이러한 에너지는 화염의 중심부에서 이용되는바, 이 에너지는 입자의 생장을 촉진하고 소지에 대한 입자의 호열성 증착을 촉진하게 된다. 고 에너지 화염은 다공성 바디의 부분적인 소성을 촉진하고 화염의 와류와 화염 중의 입자 농도를 감소시키켜 증착 효율을 감소시키고 생산비를 증가시키는 보조 연소 가스(예를 들면 수소나 메탄)의 흐름을 증가시키지 않아도 고순도의 수트 밀도를 얻는 것을 촉진한다.
OMCTS와 같은 사이클릭 폴리메틸실록산으로부터 고수율의 실리카를 얻을 수 있다는 것은 흥미있는 일이다. 산화 단계에서 1 kg의 OMCTS는 실리카 0.81 kg과 비교적 저 용량의 이산화탄소 및 수증기가 얻어진다. 반면에 사염화실리콘 1 kg은 0.35 kg의 실리카와 함께 화염을 희석시키고 수율을 감소시키는 대량의 산성 배출 가스가 함께 얻어진다.
표준 원륜상 반도체 지그의 제조에 사용되는 반도체 석영 가공기에 요구되는 전형적인 블랭크의 크기는 외경 420 mm와 내경 353 mm를 갖고 있다. 이러한 블랭크는 석영 가공업자에게 공급되어 사용자가 요구하는 정확한 크기에 맞도록 석영 가공기에서 정밀 가공할 수 있도록 원통형이나 원륜상 절단체로서 정밀 가공된다. 이러한 원통형 실린더들은 용융 석영으로서 공급되어 고형 잉고트로부터 드릴 가공하여 생성된 미사용 폐기물을 분리하거나 연속 용융 노에서 홀로우 특대형 바디로 뽑아내거나 회전 노에서 배츠 용융을 거치거나 또는 용융 석영의 소형 고형물이나 소형 홀로우 바디로서 실험용으로 재사용할 수 있도록 수용자에게 공급된다. 이러한 공정들은 결함이나 생산비를 고려하지 않으며 천연 석영 크리스탈 소스로부터 나오는 기포나 협잡물이 있어도 무방하다. 실리카 분말로부터 상기와 같은 제품을 생산하려는 시도는 고가의 제품으로 이어졌고 이러한 방법은 전체적으로 기포가 없고 협잡물이 없도록 하는 것이 곤란하여 증기 증착에 의한 방법은 소형 잉고트의 제조에만 이용되었으며, 이러한 제품을 대구경 홀로우 바디로 전환시키는 것은 경제적으로 받아들일 수 없었다. 더구나 이러한 제품들은 일반적으로 미량의 염소나 하이드록실 그룹에 의하여 오염되므로 글라스의 점도 저하와 플라스마 에칭 분위기에서의 향상된 에칭 속도를 가져 왔다. 또한 앞에서 지적한 바와 같이 대구경 홀로우 제품을 얻기 위한 재가공을 위하여 흑연 몰드를 사용하여야 하고 이러한 제품으로부터의 불순물 확산은 오염 문제를 가져왔으며 가공 및 산에 의한 에칭에 의하여 외피층을 제거하여야 하였다.
본 발명에 따르면 전술한 종래 공정과 제품에서 나타나는 결점을 해소되고 우수한 플라스마 에칭 저항성을 갖고 있으며 염소나 협잡물 또는 금속 불순물이 함유되지 않는 고순도 무결점 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 사용되는 증착 장치의 개략도.
도 2는 무-염소 및 염소 함유 합성 유리질 실리카에 대한 아닐링 포인트(점도 1013포이스)와 하이드록실(OH)의 관계를 보여주는 도표.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예
이 실시예는 외경 420mm 및 내경 353 mm의 반도체 지그 제조용 표준 블랭크의 제조에 적당한 크기의 잉고트의 제조에 적용되는 것이다.
도 1에는 적당한 증착 장치의 걔략도가 도시되었다. 도 1에 따르면 수평 증착 레이드에 지지된 알루미나, 실리콘 카바이드와 같은 산화 저항성 물질로 만든 직경 350mm의 원통형 소지(1)가 도시되었다. 레이드는 석영 글라스로 제조되고 나란히 배치된 15개의 버너(2)로 구성된 일련의 버너군을 갖고 있는바, 각개 버너는 100mm 간격으로 배치되었다. 이러한 버너들은 수소의 흐름으로 둘러싸였으며 캐리어 가스인 질소와 함께 OMCTS를 공급받도록 되었다. 이러한 버너들의 화염은 회전하는 소지(1)를 향하고 있으며 200mm의 진폭으로 축 방향으로 진동한다. 변칙적으로 회전 소지가 유사한 방법으로 진동하도록 할 수도 있다. 수트 바디가 축적되기 시작하면 단부-버너(3)가 수트 바디의 단부를 향하여 수소와 산소를 공급하여 수트 바디의 단부의 밀도를 높이고 바디의 단부로부터 크랙이 전파되는 것을 최소한도로 줄인다. 또한 수트 바디의 크기가 커지면 그에 따라서 수트 바디(4)와 버너(2) 사이 간격이 일정한 거리인 150mm를 유지하도록 맨드렐을 상승시키거나 버너 어셈블리를 하강시킨다.
유사한 실험에서 얻은 수트의 분석은 수트의 평균 밀도가 0.6 g/cm3으로 되는 조건하에 21시간 동안 수트의 증착이 진행되었고 그 기간 동안 수트가 직경 566mm까지 증착되었음을 보여 주었다.
증착 공정은 본 발명에서 목적으로 하는 네트형을 얻기 위하여 적당한 량의 실리카 증착이 일어나도록 조절되었다. 이러한 작업은 하중계(5)를 사용한 온-라인 중량 측정 설비와 비디오 카메라(6) 또는 적당한 레이저 게이지의 도움을 받았고 그 결과 증착된 수트 바디의 중량과 밀도를 모니터링 하는 것이 가능하였다.
증착 공정이 완료되면 수트 바디를 냉각하고 맨드렐을 제거한 다음 소성한 후, 요구하는 내경의 홀로우 잉고트를 얻기 위하여 선택된 직경 347mm의 고순도 맨드렐(＜10ppM 회분)로 교체하였다. 맨드렐과 수트 바디의 어셈블리는 진공 노에 투입하여 흑연 가열 소재로 가열한다. 진공 노는 0.5 토르(67 Pa) 이하로 진공으로 되었으며 질소로 충전되었다. 압력은 0.5 토르(67 Pa) 이하로 감압 되었으며 온도를 1,100℃로 상승시켜 수트 바디의 탈수를 시작한다. 1,100℃에서 6시간이 경과한 다음 온도를 1,200℃으로 상승시켜 12시간 동안 유지한다. 이어서 무기공 글라스로 소성하기 위하여 온도를 1,500℃로 상승시켜 소성한 다음 노를 냉각시킨다.
사용된 조건 하에서는 소성 중에 수트 바디가 10% 정도 축 방향으로 수축되고 생성된 원통형 실린더의 내경과 외경은 각각 425mm와 348mm 정도 되어서 소량의 재료 손실로 요구하는 블랭크(420×353mm)로 가공할 수 있게 된다. 작업 파라미터를 고려하더라도 가장 바람직한 크기로 예상된다.
따라서 소성에 사용된 맨드렐의 직경과 증착 공정의 증착 시간을 적절히 선택하면 소성 후의 홀로우 잉고트는 최소의 가공 손실로 요구하는 제품 크기를 얻는 것이 가능하고 네트형 전술한 공정들의 결합을 통하여 달성될 수 있을 것이다.
글라스의 높은 점도와 에칭 저항성은 낮은 가상온도를 얻는데 유리한 점이 있다. 이러한 높은 글라스 점도와 에칭 저항성은 1200℃로부터 950℃까지 온도가 서서히 내려가도록 제어함으로써 달성된다. 이는 진공 소성 용량에 해당하는 손실과 함께 상기 진공 노 또는 별도의 아닐링 오븐에서 이루어진다. 달성된 궁국적인 가상온도는 냉각 속도와 아닐링 기간에 의하여 좌우된다. 글라스 시료의 가상온도는 C.Pfleiderer 등, (J. Non - Cryst . Solids , 159(1993), 145-153)에 기술되어 있는 바와 같이 606cm- 1 의 파장으로 스캐터링하는 레이저 로망의 강도에 측정될 수 있다. 1,100℃ 이하, 특히 1,075℃의 가상온도를 얻는 것이 바람직하지만 고점도 글라스에서는 수일에 아닐링 사이클을 요구할 수도 있다.
아닐링 후, 흑연 맨드렐을 제거하고 시료에 대하여 화학적 분석, OH 및 가상온도 측정을 실시한다. 화학적인 분석 결과 잠재적인 오염물질은 10ppB 이상의 농도(검출 한계)는 없는 것으로 나타났으며, 기대한 대로 무염소로 나타났다. 핵 활성화에 의한 염소 분석은 Cl < 380 ppB(검출의 한계)로 나타났다. 또한 글라스는 무불소로 나타났다.
크기 60 × 4 × 3 mm의 시료에 대한 점도는 ASTM C 598 93에 기재된 밴딩 빔 방법에 의하여 측정될 수 있었고 아닐링 포인트(점도 1013 포이스)는 ≥ 1200℃이었다. OH-함량은 D.M.Dodd 등,(용융 실리카 중의 광학적인 OH 측정", J.Appl.Physics(1966), p. 3911)의 방법으로 측정하여 결정하였으며 전형적인 10-20 ppM 범위였다. 가상온도는 적당한 아닐링 스케줄을 사용하여 1,050-1,100℃으로 감소되었다.
이와 같이 제조된 제품의 점도는 놀랍게도 높았다. 그러나 기타 글라스의 점도 범위와 대비할 때 트렌드에 적격인 것으로 나타났다. 도 2는 제어된 OH-농도를 갖는 OMCTS로부터 직접 증착, 수트 및 소성 방법에 의하여 제조된 무염소 합성 실리카 글라스의 파이롯을 보여준다. 도 2에서 보여주는 바와 같이 아닐링 포인트(1013 포이스)는 OH 농도의 저하와 함께 상승하고 있는바, 이 시료의 아닐링 포인트는 1,202℃였다.
도시된 바와 같이 이 파이롯에서는 소성 전에 진공하에 염소 함유 분위기에서 탈수시킨 수트 바디로부터 얻은 단일 견본의 점도를 보여준다. 이 견본은 OH 함량이 1 ppM이었고 잔류 염소 농도는 2,000 ppM 이었다. 이 글라스는 1,084℃의 아닐링 포인트를 보여주는바, 이 수치는 본 발명에서 달성될 수 있는 수치보다 현저히 낮았다.
100 mm 두께로 절삭한 상기 잉고트의 원륜상 부분에 대한 실험 결과는 100 cm3 의 용량 중에 검출 장치의 검출 한계(10 ㎛) 보다 큰 크기의 기포나 협잡물이 없음을 보여준다.
이 실시예는 새로운 공정의 원리를 보여주는 것으로서 100 ppB 이하의 금속 물질이 전혀 없고 100 ㎛ 보다 큰 기포나 협잡물이 거의 없으며 고 점도 및 충분한 에칭 저항성을 갖는 극단적인 화학전인 순도를 갖는 원륜상 반도체 지그 제조용 신규하고 경제적인 제조 공정을 제공한다.
이 실시예에서 제조된 글라스의 높은 점도는 부분적으로 수트 바디가 대구경 흑연 맨드렐과 접촉시키면서 흑연으로 된 가열 소재와 카본을 주재로한 단열재를 갖는 진공 노 내에서 탈수 및 소성 하였다는 사실로부터 나타난 것으로 생각된다. 상기 열처리 공정은 강력한 환원 분위기에서 이루어진다. 더구나 소성 전에 열처리가 수소, 일산화탄소, 암모니아, 하이드로카본 가스 또는 실록산이나 실라잔과 같은 오르가노실리콘 증기와 같은 가스의 존재하에 환원성 분위기에서 이루어지는 경우 우수한 에칭 저항성을 갖는 고점도 글라스가 얻어질 수 있다는 것을 기대할 수 도있다.
본 발명에 따르면 종래 소성 공정 다음에 최종 제품의 제조에 필요한 재료의 열간 작업을 실시하지 않았으나 질소나 탄소와 같은 고농도의 도핑도 가능하다.
상기 실시예에서는 증기 형태로 합성 화염 속으로 주입되는 전구체로서 OMCTS를 사용하였다. 그러나 다른 실록산 화합물도 단독 또는 혼합물의 형태로 사용할 수 있다. 또한 그외의 무-염소 실리콘 함유 전구체, 예를 들면 알콕시실란 화합물들도 단독 또는 혼합물의 형태로 사용할 수 있다. 이러한 전구체들의 일부는 분무용으로 사용되는 버너나 가스 분무기 또는 초음파 분무기를 이용하는 통상적인 방법을 통하여 분무화된 액체 방울 형태로 합성 화염 속으로 주입될 수 있다.
상기 공정은 여러 가지로 변형하여 이용할 수 있는바, 예를 들면 공동 도핑제인 알미늄의 존재하에 희토류 금속으로 도핑된 네트 형태의 대구경의 합성 실리카 홀로우 바디를 제조하는 것도 가능하다. 이러한 제품은 증기상태로 증기 상태로 주입되는 무-염소 실리카 전구체를 이용하여 금속 도핑제를 적당한 화합물의 증기 상태로 공급하여 제조할 수 있다. 그러나 실록산과 같은 실리카 전구체를 분무액 형태로 분사하면서 도핑제를 주입하거나 또는 GB1003468.4 또는 PCT/EP2011/052923에서와 같이 실리카 전구체에 분산된 수용액의 미세 방울의 에멀젼 형태로 된 도핑제를 전구체와 함께 화염 속으로 주입하는 방법으로 실시할 수도 있다. 변형 도핑 방법으로는 다공성 수트 바디를 다공성으로 만들기 위하여 알미늄이나 희토류 금속의 염 용액 속으로 주입하는 방법을 포함할 수도 있다.
1...소지 2...버너
3...단부-버너 4...수트 바디
5...하중계 6...비디오 카메라

Claims (34)

  1. 외경이 400 mm 이상이고 내경이 300 mm 이상인 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트에 있어서, 상기 잉고트가:
    기포나 직경 100 ㎛ 이상의 협잡물을 거의 포함하지 않고;
    각개 금속성 불순물이 100 ppB 이하이며;
    그리고 염소 농도가 5 ppM 이하임을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카의 잉고트.
  2. 제1항에 있어서, 홀로우 잉고트가 기포나 직경 10 ㎛ 이상의 협잡물을 거의 포함하지 않음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  3. 제1항에 있어서, 홀로우 잉고트가 10 ppB 이상의 금속성 불순물을 갖고 있지 않음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  4. 제1항에 있어서, 홀로우 잉고트가 기포나 10 ㎛ 이상의 직경을 갖는 협잡물을 거의 포함하지 않고 10ppB 이상의 금속성 불순물을 갖고 있지 않음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  5. 전술한 청구범위 중의 한 항에 있어서, 이 잉고트가 내경에 대한 외경의 비율이 1.33 이하임을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  6. 전술한 청구범위 중의 한 항에 있어서, 잉고트가 50 ppM 이하의 OH 이하의 함량을 갖고 있음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  7. 제6항에 있어서, OH 함량이 20 ppM 이하임을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  8. 전술한 청구항 중의 한 항에 있어서, 잉고트가 1 ppM 이하의 염소 농도를 갖고 있음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  9. 전술한 청구항 중의 한 항에 있어서, 잉고트가 불소를 거의 포함하지 않음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  10. 전술한 청구항 중의 한 항에 있어서, 잉고트가 1,200℃ 이상의 가열냉각 포인트(점도 1013 포이즈)를 갖고 있음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  11. 전술한 청구항 중의 한 항에 있어서, 잉고트가 1,100℃ 이하의 가상 온도를 를 갖고 있음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  12. 전술한 청구항 중의 한 항에 있어서, 상기 잉고트에서 글라스가 알미늄 및/또는 희토류 금속 중의 하나로 도핑 되었음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  13. 전술한 청구항 중의 한 항에 있어서, 상기 잉고트에서 글라스가 카본이나 질소 또는 그들 두 물질로 도핑 되었음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  14. 전술한 청구항 중의 한 항에 있어서, 상기 잉고트가 탈수 및 소성 후 내경 300 mm 이상이고 외경이 400 mm 이상이 되는 잉고트를 만들고 최소한의 폐기물을 갖는 내경 300 mm이고 외경이 400 mm인 최종 제품을 얻을 수 있도록 선택된 크기의 다공성 수트 바디를 형성하기 위하여 무-염소 실리카 전구물질로부터 화학적인 증기 증착에 의하여 제조되었음을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  15. 제14항에 있어서, 무-염소 실리카 전구물질이 증기 형태로 합성 화염 속으로 이송됨을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  16. 제14항에 있어서, 무-염소 실리카 전구물질이 액체 방울의 형태로 합성 화염 속으로 이송됨을 특징으로 홀로우 잉고트.
  17. 제14항 내지 제16항 중의 한 항에서, 무-염소 전구물질이 일종의 실록산 화합물 또는 실록산 화합물의 혼합물임을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  18. 제14항 내지 제16항 중의 한 항에서, 무-염소 전구물질이 알콕시실란임을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  19. 제17항에 있어서, 실록산 화합물이 헥사메틸디실록산, 옥타메칠사이클로테트라실록산, 데카메칠사이클로펜타실록산 또는 상기 물질의 혼합물임을 특징으로 하는 홀로우 잉고트.
  20. 전술한 청구항 중의 한 항에 의한 잉고트로부터 유도된 반도체 지그에 사용하기 적당한 원륜상 또는 링형 중의 한 형태로 된 투명 합성 유리질 실리카 글라스.
  21. 전술한 청구항 중의 한 항에 의한 홀로우 잉고트를 제조하는 공정에서, 이 공정이
    산화 저항성 맨드렐에서 0.4 g/cm3 이상의 밀도를 갖는 다공성 수트 바디를 증착시키는 단계;
    흑연, 탄소섬유보강 카본, 실리콘 카바이드, 실리콘 침지 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드 피복 흑연 및 유리질 실리카 중에서 선택된 일종의 재료로 구성된 맨드렐에서 진공 또는 환원 가스의 존재하에 상기 수트 바디를 탈수하는 단계: 및
    진공 또는 헬륨 분위기에서 투명 다공성 글라스를 얻기 위하여 탈수된 수트 바디를 소성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 잉고트 제조 공정.
  22. 외경이 400 mm 이상이고 내경이 300 mm 이상인 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트를 제조하는 공정에서, 이 공정이
    하나 또는 그 이상의 버너에서 나오는 화염 속으로 실리카 전구물질을 공급하는 단계;
    300mm 이상의 직경을 갖는 산화 저항성 맨드렐에서 0.4 g/cm3 이상의 밀도를 갖는 다공성 수트 바디를 증착시키는 단계;
    흑연, 탄소섬유보강 카본, 실리콘 카바이드, 실리콘 침지 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드 피복 흑연 및 유리질 실리카 중에서 선택된 일종의 재료로 구성된 맨드렐에서 진공 또는 환원 가스의 존재하에 상기 수트 바디를 탈수하는 단계: 및
    진공 또는 헬륨 분위기에서 투명 다공성 글라스를 얻기 위하여 탈수된 수트 바디를 소성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  23. 제21항 또는 제22항에서, 산화 저항성 맨드렐과 탈수 단계에 사용되는 맨드렐이 서로 분리되고 이 공정은 증착 단계에 이은 탈수 단계 전에 상기 산화 저항성 맨드렐을 제거하여 상기 산화 저항성 맨드렐을 교체하여 교체된 맨드렐에서 탈수 및 소성 단계를 거침을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  24. 제21항 또는 제22항에서, 산화 저항성 맨드렐과 탈수 단계에 사용된 맨드렐이 동일하고, 상기 산화 저항성 맨드렐이 교체되지 않은 상태로 유지되면서 탈수 단계 및 소성 단계에서 수트 바디를 지지하는데 사용됨을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  25. 제21항 내지 제24항 중의 한 항에서, 제2 역류 공정이 필요 없이 청구항 1의 크기가 얻어짐을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  26. 제21항 내지 제25항 중의 한 항에서, 이 공정이 소성 전에 환원성 분위기에서 수트 바디를 열처리하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  27. 제26항에 있어서, 환원성 분위기가 수소, 일산화탄소, 암모니아, 질소, 하이드로카본 가스, 오르가노실리콘 증기 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 가스를 포함함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  28. 제27항에 있어서, 오르가노실리콘 증기가 실록산이나 실라잔을 포함함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  29. 제21항 내지 제28항 중의 한 항에서, 이 공정이 1,100℃ 이하의 가상 온도를 얻기 위하여 소성한 합성 실리카 글라스를 아닐링 하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  30. 제21항 내지 제29항 중의 한 항에서, 이 공정이 알미늄 및 일종 이상의 희토류 금속 중에서 선택된 도핑제로 합성 유리질 실리카를 도핑 하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  31. 제30항에 있어서, 실리카 전구물질과 도핑 염의 수용액이 실리카 전구물질 중에 분산된 미세 방울의 에멀젼을 포함하는 액체 분사 방울로서 합성 버너의 화염 속으로 공급됨을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  32. 제30항에 있어서, 소성 전에 수트 바디를 알미늄 및 일종 이상의 희토류 금속 중에서 선택된 도핑제를 포함하는 용액 속에 침지하여 도핑함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  33. 제21항 내지 제32항 중의 한 항에서, 이 공정이 반도체 지그에 사용하기 위하여 상기 홀로우 잉고트를 원재료의 폐기물을 최소로 하면서 원륜상이나 링 형으로 가공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
  34. 제21항 내지 제33항 중의 한 항에서, 소성 및 증착에 사용되는 맨드렐이 둘 다 소성 후 이 홀로우 잉고트가 청구항 1 내지 5의 적당한 외경과 내경을 갖고 가공 단계에서 가공 손실을 통한 합성 유리질 실리카 재료의 손실이 최소로 되도록 제2 역류 공정을 실시하지 않아도 요구하는 제품을 얻을 수 있도록 선택되었음을 특징으로 하는 투명 합성 유리질 실리카 글라스의 홀로우 잉고트 제조 공정.
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