[发明专利]熔融石英玻璃及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔融石英玻璃及其制造方法，所述熔融石 英玻璃的紫外线、可见光、红外线的透射率高、高纯度且耐热 性高、Cu等金属杂质的扩散速度小。

本发明的熔融石英玻璃可以用作各种光学材料、半导体制 造用部件、液晶制造用部件、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微电子机械系统)制造用部件、液晶用玻璃基板等。 尤其适合用作在半导体热处理工序或CVD工序中使用的芯管 (core pipe)。

背景技术

在各种光学材料、半导体制造用部件、液晶制造用部件、 MEMS制造用部件、液晶用玻璃基板等用途中，期望紫外线、 可见光、红外线的透射率高、高纯度且耐热性高的石英玻璃。

另外，在半导体、液晶或MEMS制造领域中，石英玻璃制 的检视区(viewpoint)多用于蚀刻的终点检测等中，期望从紫 外区域至可见区域、红外区域都具有良好的光透过性且能以低 成本制造的石英玻璃。

此外，近年来在半导体热处理工序中，存在Cu导致的污染 问题。该问题是从热处理用石英管(芯管)外部的加热器等产 生的Cu在热处理用石英管内扩散，而污染安装在石英管内部的 晶圆，因此期望铜等金属杂质扩散系数小的石英玻璃。

通常，石英玻璃大致分为熔融石英玻璃和合成石英玻璃。

熔融石英玻璃通过将作为原料的硅石粉末在氢氧火焰、等 离子弧、真空电炉等中熔融而制造，与下述合成石英玻璃相比， 具有制造成本低廉的优点。其中，使用天然硅石粉末末作为二 氧化硅原料，通过等离子弧或真空电熔融等不会增加OH基量的 熔融方法而制造的石英玻璃，其高温粘性高，耐热性优异，因 此在半导体热处理工序或CVD工序中广泛使用。

然而，使用天然硅石原料的熔融石英玻璃含有0.1～0.5ppm 左右的半导体制造中需规避的Li、K、Na、Ca元素等，无法在 要求高纯度的用途(例如，晶圆的高温退火等)中使用。另外， 由于通常在紫外区域(200nm～240nm)中具有吸收带，因此作 为紫外线用光学材料(例如，终点检测用窗口材料(window materials)等)特性也不足。此外，存在Cu等金属杂质的扩散 速度很快这样的问题。

因此，对于要求高纯度的用途，已知有使用无定形高纯度 合成硅石粉末作为二氧化硅原料的方法(例如，参考专利文献1、 2)。然而，无定形合成硅石粉末通常通过溶胶凝胶法等湿式工 艺制备，因此，在由无定形合成硅石粉末制造的石英玻璃中， 残留着数十ppm左右的OH基。石英玻璃中的残留OH基不仅会 引起红外区域的光学吸收，还有可能使高温粘性恶化，进而促 进Cu等金属杂质的扩散。

因此，已知有将作为原料的无定形合成硅石粉末预先结晶 来降低OH基的方法(例如，参考专利文献3、4)。然而，专利 文献3的方法中杂质含量的降低不够充分，期望能进一步降低。 另外，专利文献3中公开的熔融方法由于在强还原气氛下进行玻 璃化，因此有可能在245nm附近出现推定是由于缺乏氧所引起 的吸收峰。此外，专利文献4中既没有关于玻璃化时的氛围的记 载，也没有关于获得何种石英玻璃的任何记载或启示。

另一方面，合成石英玻璃通过将高度纯化的四氯化硅等挥 发性的二氧化硅原料在氢氧火焰等之下进行高温水解而制造， 具有纯度非常高的优点。然而，已知合成石英玻璃通常在高温 区域的粘度系数较低。作为适合于要求耐热性用途的合成石英 玻璃的制造方法，已知有将挥发性二氧化硅原料加热水解，使 由此生成的二氧化硅微粉堆积成的多孔石英玻璃体(烟尘体， soot-body)中含有Al，对其进行加热、烧结从而制成透明玻璃 体的方法(例如，参考专利文献5)，或者在还原气氛中对烟尘 体进行加热处理，降低OH量，然后对其进行加热、烧结，从而 制成透明玻璃体的方法(例如，参考专利文献6)。然而，所有 方法的工艺均较为复杂，因此所得玻璃非常昂贵。

此外，专利文献5中记载的合成石英玻璃在制造过程中没有 降低OH量的工序，因此有可能引起红外区域的光学吸收，降低 高温粘性，进而促进Cu等金属杂质的扩散。

另外，专利文献6中记载的方法中，降低了OH基量的石英 玻璃中有可能产生氧缺乏缺陷，在245nm附近出现吸收峰。

专利文献1：日本特开平7-81971号公报(第3页)

专利文献2：日本特开2006-8452号公报(第1页)