[发明专利]含有TiO2的石英玻璃基材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及含有TiO₂的石英玻璃基材及其制造方法。

背景技术

作为在各种衬底(例如Si、蓝宝石等单晶衬底，玻璃等非晶衬底)表面形成半导体器件、光波导路、微小光学元件(衍射光栅等)、生物芯片、微反应器等中尺寸为1nm~10μm的细微凹凸图案的方法，光印法一直受到关注，所述光印法中，在形成于衬底表面的光固化性树脂层上，按压表面具有凹凸图案的反转图案(转印图案)的压印模具，并使光固化性树脂固化，由此在衬底表面形成凹凸图案。

对于光印法所使用的压印模具，要求光透射性、耐化学品性、对光照射引起的温度上升的尺寸稳定性。作为压印模具用基材，从光透射性、耐化学品性的观点考虑，经常使用石英玻璃。但是，石英玻璃在室温附近的热膨胀系数高至约500ppb/℃，缺乏尺寸稳定性。因此，提出了含有TiO₂的石英玻璃作为热膨胀系数低的石英系玻璃(专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2006-306674号公报

专利文献2:日本特开2008-303100号公报

发明内容

但是，含有TiO₂的石英玻璃衬底的热膨胀系数随TiO₂浓度、假想温度及OH等其它成分的浓度而变化。当OH浓度高时，容易产生结构弛豫，因此，在玻璃的外侧和内侧容易产生假想温度差，从而容易形成热膨胀系数的分布。另外，当OH浓度高时，OH浓度的分布也变大，从而容易形成热膨胀系数的分布。

另一方面，当OH浓度低时，不仅不易具有OH浓度的分布，而且结构弛豫得到抑制，因此，不易形成假想温度的分布，从而容易得到具有均匀的热膨胀系数的玻璃。

另外，在OH浓度高的情况下，还产生容易在压印模具中生成裂纹的问题。

因此，考虑降低含有TiO₂的石英玻璃基材的OH浓度，但当降低OH浓度时，TiO₂被还原，容易生成Ti³⁺。Ti³⁺在光印法中吸收所使用的紫外线(365nm)，因此，压印模具在波长365nm下的内部透射率降低。另外，作为降低含有TiO₂的石英玻璃基材的OH浓度的方法，已知有提高卤素浓度(特别是氟浓度)的方法，但当提高卤素浓度时，存在进一步容易生成Ti³⁺的问题。

发明内容

本发明提供一种特别适于得到尺寸精度高、硬度充分高、难以生成裂纹、且紫外线(365nm)的透射率充分高的压印模具的含TiO₂石英玻璃基材及其制造方法。

本发明的含有TiO₂的石英玻璃基材中，TiO₂浓度为3~8质量%，OH浓度为50质量ppm以下，波长365nm下每1mm厚度的内部透射率T₃₆₅为95%以上。

本发明的含有TiO₂的石英玻璃基材优选卤素浓度为1000质量ppm以下。

本发明的含有TiO₂的石英玻璃基材优选用于压印模具。

本发明的含有TiO₂的石英玻璃基材的制造方法，用于制造TiO₂浓度为3~8质量%的含有TiO₂的石英玻璃基材，其中，

所述方法具有下述工序(a)~(d)：

(a)将含有SiO₂前体和TiO₂前体的玻璃形成原料进行火焰水解或热分解而得到TiO₂-SiO₂玻璃微粒，并使所述TiO₂-SiO₂玻璃微粒沉积而得到多孔TiO₂-SiO₂玻璃体的工序；

(b)在减压下将所述多孔TiO₂-SiO₂玻璃体加热到1000~1300℃而得到低OH化的多孔TiO₂-SiO₂玻璃体的工序；

(c)在氧气气氛下或者在含有惰性气体和氧气的气氛下将所述低OH化的多孔TiO₂-SiO₂玻璃体加热到致密化温度而得到TiO₂-SiO₂致密体的工序；