(57)【要約】【課題】  純化処理後のＮａ又はＫ等の金属不純物の増大を防止することができ、高純度な石英ガラス部材を得ることができる石英ガラス部材の純化方法及び製造方法、並びに金属不純物による汚染が除去された極めて高純度な石英ガラス部材であって、半導体工業界で使用される石英ガラス治具として特に好適である石英ガラス部材を提供する。【解決手段】  含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス部材を、Ｃｌを含むガス雰囲気内にて、加熱処理するようにした。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス部材を、Ｃｌを含むガス雰囲気内にて、加熱処理することを特徴とする石英ガラス部材の純化方法。
【請求項２】
前記Ｃｌを含むガスがＨＣｌガスであることを特徴とする請求項１記載の石英ガラス部材の純化方法。
【請求項３】
前記加熱処理条件が、４００℃〜１３００℃の温度範囲に１分〜４００時間保持されることを特徴とする請求項１又は２記載の石英ガラス部材の純化方法。
【請求項４】
前記石英ガラス部材の原料が、含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の天然石英ガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の石英ガラス部材の純化方法。
【請求項５】
含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス体を得た後、該石英ガラス体を、Ｃｌを含むガス雰囲気内にて加熱処理することを特徴とする石英ガラス部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずか１項記載の方法により処理されてなる石英ガラス部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体工業用に使用される石英ガラス治具等の石英ガラス部材の純化方法及び製造方法並びに石英ガラス部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体工業用に使用される石英ガラス治具は、天然石英ガラス素材から火加工などによって所望の形状に加工され、歪取りアニールなどを施した後、洗浄され、製品化される。
このようにして製造される石英ガラス治具は、加工工程のなかの高温熱処理工程において、治具表面から深さ１００μｍまで、金属不純物が拡散し、最終工程の表層洗浄処理だけでは、除去不能な深さまで汚染される。これらの金属不純物は半導体製造工程で高温熱処理時に放出されシリコンウエーファに付着して欠陥などの原因となる。特に、半導体工業用途では問題とされるＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属不純物の放出は好ましくない。この対策として、加工終了後の石英ガラス治具をＨＣｌ処理する方法によって最終純化する方法などが提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３２３２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の方法によって得られる石英ガラス治具は、確かに表層部分の汚染が減少し、半導体工業用に使用されてもシリコンウエーファの欠陥が少なく、効果が確認された。しかし、様々な実験の結果、あるグループの石英素材からなる石英ガラス治具では、ＨＣｌ処理後、治具表面から１００μｍ以上の深さ部位のＮａ、またはＫが増大し半導体製造用に適さないレベルに達するものがあることがわかった。
【０００４】
本発明は、純化処理後のＮａ又はＫ等の金属不純物の増大を防止することができ、高純度な石英ガラス部材を得ることができる石英ガラス部材の純化方法及び製造方法、並びに金属不純物による汚染が除去された極めて高純度な石英ガラス部材であって、半導体工業界で使用される石英ガラス治具として特に好適である石英ガラス部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、鋭意研究の結果、含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラスからなる部材を、Ｃｌを含むガス雰囲気内にて、加熱処理することによって、純化処理後の治具表面から１００μｍ以上の深さ部位のＮａ、またはＫの増大を防止できることを確認した。
即ち、本発明の石英ガラス部材の純化方法は、含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス部材を、Ｃｌを含むガス雰囲気内にて、加熱処理することを特徴とする。
【０００６】
前記Ｃｌを含むガスがＨＣｌガスであることが好適である。
また、前記加熱処理条件が、４００℃〜１３００℃の温度範囲で、高温域の場合、少なくとも１分以上保持すれば純化効果を十分得られることが確認された。加熱処理時間の上限は特に限定はないが、低温域の場合には、４００時間程度行えば十分な効果を奏するものである。
さらに、前記石英ガラス部材の原料として天然石英ガラスを用いる場合、該天然石英ガラス中のＬｉ濃度が０．２ｐｐｍ以下であることは極めて重要である。
【０００７】
本発明の石英ガラス部材の製造方法は、含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス体を得た後、該石英ガラス体を、Ｃｌを含むガス雰囲気内にて加熱処理することを特徴とする。
【０００８】
本発明の石英ガラス部材は、前記本発明の石英ガラス部材の純化方法により処理されてなる石英ガラスである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、純化処理後のＮａ、またはＫ等の金属不純物の増大を防止することができ、高純度な石英ガラス部材を得ることができる。本発明の石英ガラス部材は、金属不純物による汚染が除去された極めて高純度な石英ガラス部材であって、半導体工業界で使用される石英ガラス治具として特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、これらは例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００１１】
本発明の石英ガラス部材の純化方法は、含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス部材を、Ｃｌを含むガス雰囲気内にて加熱処理することを特徴とする。該方法により、石英ガラス部材を純化処理し且つ純化処理後のＮａ、またはＫ等の金属不純物の増加抑制効果を得ることができる。
【００１２】
石英ガラス部材を、Ｃｌを含むガス雰囲気中にて加熱処理を行うと、Ｃｌと表面の金属元素が反応して塩化物を形成し、この塩化物の沸点が低い為、表面より飛散する。同様に、石英ガラス内部に、所定時間に拡散進入したＣｌイオンは、表面から１００μｍ以上の深さ部位にまで到達し、内部にある拡散速度の小さい金属元素と反応して塩化物を形成し、安定化状態から遊離させて且つ外部拡散を促して、金属元素を除去することができる。
【００１３】
このとき、石英ガラス中のＬｉは、拡散移動が極めて速いので、加熱処理開始と同時に外方拡散して石英ガラス治具の全深さ域から離脱し、拡散後には空いたサイトを形成されている。このサイトは、外部から内方拡散してくる金属元素を取り込み、内方拡散を促進させる。Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ等は、石英ガラスへの拡散速度が極めて小さいので、取りこまれる深さは、表層１００μｍ以内にとどまるが、ＮａやＫは、石英ガラス中での拡散速度がＬｉについで大きい為、ほぼＬｉと入れ替わって、石英ガラス中内部に取りこまれることがわかった。ＮａやＫなど比較的拡散速度の速い元素は、サイトの存在によって、加速的に内方拡散し、Ｌｉと同等の速度で拡散する。結果として、所定時間のＣｌを含むガス雰囲気中での加熱処理の後には、石英部材表面から１００μｍまでの金属元素は全て除去される一方で、１００μｍより深い部位のＮａ、Ｋなどの金属元素は、加熱処理前より高濃度に存在することになる。このような現象を抑制する為、予めＬｉが０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス体で確認したところ、ＮａやＫの増大が抑えられた。即ち、Ｌｉの空いたサイトが予めなければ、ＮａやＫの入りこむ余地が無く増大も起こらない。
【００１４】
本発明で用いられる石英ガラス部材中のＬｉ濃度は０．２ｐｐｍ以下であり、０．１５ｐｐｍ以下がより好ましい。Ｌｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラス部材を得る方法としては、特に限定されないが、例えば、含有されるＬｉの濃度が０．２ｐｐｍ以下の石英ガラスを、原料石英粉として選ぶことができるし、また、電解等の前処理を原料石英粉やガラス体の段階で施してＬｉを除去してもよい。前記原料石英粉は合成石英ガラス粉、天然石英ガラス粉のいずれも使用可能である。
【００１５】
前記加熱処理に用いられるＣｌを含むガスとしては、例えば、ＨＣｌ、Ｃｌ2、塩化チオニル及びこれらの混合ガス等が挙げられ、ＨＣｌが好ましい。これは、ＨＣｌガスが最も金属不純物を除去するのに効果的で且つ安全なガスだからである。前記加熱処理条件としては、４００℃〜１３００℃、より好ましくは５００℃〜１２５０℃の温度域で加熱純化処理することが好ましい。加熱処理時間は温度条件に応じて適宜選択することができるが、具体的には高温加熱条件では、純化効果が著しいため少なくとも１分以上保持すれば十分効果が確認される。また、加熱処理時間の上限は特に限定されないが、４００℃条件下においても４００時間程度保持することにより十分な純化効果が得られる。
【実施例】
【００１６】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００１７】
（実施例１）
Ｌｉ濃度が０．０１ｐｐｍの天然結晶石英ガラス粉を原材料として作製された石英ガラス素材から、２０ｍｍ×２０ｍｍ×１３００ｍｍの角棒をカッターによって切り出し、長軸方向に垂直な幅２ｍｍ深さ５ｍｍの溝を１０ｍｍ間隔に１３０個削り彫りした。さらに、酸水素火炎を用いた金属バーナーによって前記溝部をファイアポリッシュし、滑らかな面状態とした後、大気炉に１２００℃で３０分間置いて、１日掛けて室温まで冷却後、取りだした。取り出した石英棒の１００ｍｍを割取りし、表面から１００μｍまでのバルク表層部、及び表面からの深さが１００μｍ以上のバルク内部をＨＦ溶液に溶解させ化学分析を行った。結果を表１に示す。
【００１８】
また、取りだした石英棒をさらに、直径３００ｍｍ×長さ２０００ｍｍの石英管の中に設置し、ＨＣｌガスを１Ｌ／分とＮ2ガスを１Ｌ／分掛け流し、１２００℃で３０分間保持し純化処理を行った後、室温まで１日掛けて冷却し、置換して、取り出した。取り出した石英棒を前記と同様化学分析を行った。結果を表１に示す。表１に示した如く、それぞれの元素で原料の天然石英ガラス粉とほぼ同等の純度になった。
【００１９】
【表１】
2006315886.tif 000002
【００２０】
（実施例２）
原材料としてＬｉ濃度が０．１５ｐｐｍの天然結晶石英ガラス粉を用いた以外は、実施例１と同様に実験を行った所、ＮａとＫの濃度が実施例１よりやや増大しているものの、金属不純物が除去された高純度な石英ガラスが得られた。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
（実施例３）
ＨＣｌガス処理温度条件を５００℃で３００時間保持に変更した以外は実施例１と同様に実験を行った所、実施例１と同様、金属不純物が除去された高純度な石英ガラスが得られた。
【００２３】
（実施例４）
ＨＣｌガス処理温度条件を１２５０℃で１０分間保持に変更した以外は実施例１と同様に実験を行った所、実施例１と同様、金属不純物が除去された高純度な石英ガラスが得られた。
【００２４】
（実施例５）
ＨＣｌガスの代わりにＨＣｌガスとＣｌ2ガスを５：５の体積割合で混合したガスを用いること以外は、実施例１と同様に実験を行った所、実施例１と同様、金属不純物が除去された高純度な石英ガラスが得られた。
【００２５】
（比較例１）
原材料としてＬｉ濃度が０．３ｐｐｍの天然結晶石英ガラス粉を用いた以外は、実施例１と同様に実験を行った。結果を表３に示す。表３に示した如く、Ｎａ及びＫ濃度が増大したが、その他の元素については原料の天然石英ガラス粉とほぼ同等の純度になった。
【００２６】
【表３】
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