(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透明石英ガラス層が層状に積層し、該透明石英ガラス層間に光散乱反射層が介在することを特徴とする不透明な石英ガラス。
【請求項２】
不透明な石英ガラス１ｃｍ当たり透明石英ガラス層が１０層以上存在し、その肉厚が１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の不透明な石英ガラス。
【請求項３】
珪素化合物を火炎中で加水分解して生成したすす状シリカ微粒子を層状にターゲット上で堆積させ、得られた多層構造の多孔質石英ガラス母材を１３００〜１５００℃で、かつ１〜５０時間の範囲で加熱処理することを特徴とする不透明な石英ガラスの製造方法。
【請求項４】
珪素化合物を火炎中で加水分解して生成したすす状シリカ微粒子をターゲット上でターゲットの回転軸に対して水平又は垂直に層状に堆積させることを特徴とする請求項３記載の不透明な石英ガラスの製造方法。
【請求項５】
多層構造の多孔質石英ガラス母材を酸水素バーナーを周期的にターゲット上で移動させる方法、珪素化合物の供給量を変動させる方法、又は前記方法を同時に行う方法のいずれか１つの方法で製造することを特徴とする請求項３記載の不透明な石英ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光線を効率よく散乱反射する不透明な石英ガラス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、石英ガラスは高純度で、耐熱性、耐薬品性等に優れているところから半導体ウエハーの処理工程で使用される石英ガラス容器や治具用素材として使用されてきた。ところが、前記石英ガラスは光透過性がよいことからそれで作成した半導体ウエハーの熱処理用容器や治具は、熱源で発生した熱線がその端部に達しそこに設けられているＯリング等のシール材を劣化させたり、或は把持部を高温に加熱し、把持を困難にする等の問題があった。そこで、前記半導体熱処理用容器や治具のフランジ部又は直胴部、或は把持部を不透明石英ガラスで形成し、熱線の伝達を防ぎシール材であるＯリングの熱劣化防止を図ったり、或は把持部の高温化を防止していたが、従来の不透明石英ガラスは、１０〜１６０μｍの微細な気泡が１０万〜６０万個／ｃｍ3と多数含有することから強度が劣る上に、弗酸洗浄でその表面の気泡が浸食され表面粗さが大きくなる等の欠点を有いていた。そのため従来の不透明石英ガラスで作成した半導体熱処理用容器を用いて半導体を処理すると容器の接合面のシール性の悪さから気密性が劣り熱処理雰囲気を不安定にしたり、浸食され開放された気泡に弗酸が残留し、その後の加熱で気化し石英ガラスを失透させたり、或は残留した汚染物質で熱処理雰囲気が汚染したりして、処理半導体の歩留を低下させるなどの問題があった。また、その強度の低さから、それで半導体熱処理用治具の把持部を作成した場合必要以上に大型とする必要があった。さらに従来の不透明石英ガラスは表面粗さが大きく面精度が要求される精密装置の部材として利用できない等の欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした現状に鑑み、本発明者等は鋭意研究を続けた結果、透明石英ガラス層とそれと僅かに光の屈折率が異なる層を複数層積層することで不透明な石英ガラスが得られることを見出した。そして前記石英ガラスが従来の合成石英ガラスの製造方法における多孔質シリカ母材を層状構造としその加熱ガラス化を特定の温度条件で行うことで容易に製造できることを見出し、本発明を完成したものである。すなわち、
【０００４】
本発明は、複数の透明石英ガラス層が層状に積層し、その層間に光散乱反射層が存在する不透明な石英ガラスを提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、上記不透明な石英ガラスを製造する新規な製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、複数の透明石英ガラス層が層状に積層し、該透明石英ガラス層間に光散乱反射層が介在することを特徴とする不透明な石英ガラス及びその製造方法に係る。
【０００７】
本発明の不透明な石英ガラスは、図１（ａ）、（ｂ）にみるように複数の透明石英ガラス層が層状に積層し、その層間に透明石英ガラスと屈折率が僅かに異なる光散乱反射層が介在し、透明石英ガラス層を透過した光が前記散乱反射層で散乱され不透明となる石英ガラスである。前記透明石英ガラス層は石英ガラス１ｃｍ当たり１０層以上、好ましくは２０層以上であって、その層厚は１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下であるのがよい。このように層間の屈折率差で本発明の石英ガラスは不透明となるので、層数又は層厚を変えることで任意の不透明度の石英ガラスを得ることができる。例えば、透明石英ガラス層を１０層有する石英ガラスはその肉厚４ｍｍで赤外線の透過率を５０％以下とすることができる。前記光散乱反射層が透明石英ガラス層と屈折率が僅かに異なるのは光散乱反射層がすす状シリカ微粒子が焼結した状態になっていることに起因するものと考えられる。
【０００８】
上述のように本発明の不透明な石英ガラスは、気泡を含有しないことから、その密度は２．１８ｇ／ｃｍ3以上と、気泡を含む不透明石英ガラスの密度２．１ｇ／ｃｍ3より高く、透明石英ガラスの密度２．２０３ｇ／ｃｍ3に近い値を示す。このように高密度であることから、その表面を火炎で炙ることにより表面粗さをＲa０．５μｍ以下、Ｒmax５μｍ以下とすることができる。特に火炎処理で表面に０．１ｍｍ以上の透明石英ガラス層を形成すると、表面粗さは一段と低くなり平滑な表面を有する石英ガラスが得られる。この石英ガラスはまた弗酸洗浄によっても表面粗さがほとんど変化することがなく、光学用精密装置の素材として有用である。さらに、前述のように本発明の不透明な石英ガラスは高純度の珪素化合物から製造されるので、ウェーハ熱処理中のプラズマによって石英ガラス表面がエッチングされても、ウェーハに悪影響を及ぼすことはほとんどない。
【０００９】
本発明の不透明な石英ガラスは以下のとおり製造される。すなわち、Ｓｉ（ＣＨ3）Ｃｌ3，ＳｉＣｌ4等の珪素化合物を酸素、水素とともに加水分解用のバーナーに供給し、酸水素火炎で加水分解してすす状シリカ微粒子を生成させ、それをターゲット上に水平方向または垂直方法に層状に堆積させて図２に示すような多層構造の多孔質シリカ母材とし、それを１３００〜１５００℃の温度で１〜５０時間の範囲内で加熱する。特に、１３５０℃、５時間の加熱条件が好ましい。前記多孔質シリカ母材の加熱温度が１３００℃未満或は加熱時間が１時間未満では透明石英ガラス層の形成がなく、また加熱温度が１５００℃を超える温度或は加熱時間が５０時間を超える時間では、全体が透明石英ガラスとなり不透明なガラスとならない。前記加熱溶融における雰囲気としては、とくに限定されないが、好ましくはＯＨ基の含有量が少なくとも１ｐｐｍ、より好ましくは５ｐｐｍ含有する雰囲気がよい。前記ＯＨ基含有量の雰囲気を使用することで透明石英ガラス層の界面での歪みを低減することができる。
【００１０】
上記製造方法において、すす状シリカ微粒子の堆積方法としては、酸水素バーナーを周期的にターゲット上で移動させてすす状シリカ微粒子を堆積させる方法、珪素化合物の供給量を変動させてすす状シリカ微粒子を堆積させる方法、或は前記方法を同時に行いすす状シリカ微粒子を堆積させる方法等が挙げられる。このように原料化合物の加水分解によりすす状シリカ微粒子が製造されるので、原料を高純度の珪素化合物とすることで、従来の合成石英ガラスと同程度の高純度の不透明な石英ガラスが製造できる。
【００１１】
本発明の不透明な石英ガラスの用途としては、半導体ウエハーの熱処理用容器や治具のフランジ、半導体ウエハーの把持部、遮熱板、断熱材等が挙げられる。例えばフランジ付半導体デバイス処理用容器を本発明の不透明な石英ガラスで作成し、半導体デバイスを８００℃で熱処理しても発生した赤外線によるフランジ部の温度上昇はなくＯリングの劣化が起こらず、容器内の雰囲気は安定し、半導体デバイスの歩留の向上が図れる。また、本発明の不透明な石英ガラスで作成した遮熱板や枚葉式の遮熱治具を用いると、炉内の均熱長さを長くすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に具体例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はそれにより限定されるものではない。
【００１３】
【実施例】
【００１４】
実施例１
酸水素火炎バーナーに酸素及び水素、並びに酸素をキャリアガスとする気体四塩化珪素を供給しすす状シリカ微粒子を生成した。前記すす状シリカ微粒子を石英ガラス製ターゲット上に吹き付け堆積させて、外径８００ｍｍφ、内径４００ｍｍφ、長さ４５０ｍｍ、密度０．４ｇ／ｃｍ3の円筒状多孔質シリカ母材を作成した。この円筒状多孔質シリカ母材を電気炉にて窒素雰囲気中で１４００℃で２時間加熱保持して、外径４００ｍｍφ、内径２００ｍｍφ、長さ２００ｍｍ、密度２．２ｇ／ｃｍ3の石英ガラスシリンダーを得た。該シリンダーのＯＨ基の含有量は１０ｐｐｍであり、顕微鏡の観察によれば透明石英ガラス層の間に光散乱反射層が介在し、前記透明石英ガラス層は石英ガラス１ｃｍ当たり１００μｍの間隔で、１００層観察された。また、前記不透明な石英ガラスシリンダーから肉厚４ｍｍのサンプルを切り出して、表面を鏡面研磨し、波長２μｍでの透過率を測定したところ、透明石英ガラス層が測定光に対して直角の場合で、透過率は３０％であった。
【００１５】
上記石英ガラスシリンダーから、厚さ１０ｍｍ、外径３５０ｍｍ、内径２５０ｍｍの円板を削りだしその表面を＃４００のグリーンカーボンで研磨して、５％弗酸溶液で３０分間エッチングしたのち、酸水素火炎で表面を焼き上げた。焼き上げた後の円板の表面粗さはＲa０．１μｍ、Ｒmaxは１μｍであった。前記円板を５％弗酸溶液で３０分間のエッチング処理を５回繰り返したが、表面粗さＲaは０．１５μｍ、Ｒmaxは１．２μｍで、洗浄前の状態とほとんど変わらなかった。
【００１６】
実施例２
酸水素火炎バーナーに酸素及び水素、並びに酸素をキャリアガスとする気体四塩化珪素を供給しすす状シリカ微粒子を生成し、それを石英ガラス製ターゲット上に吹き付け堆積させ、外径８００ｍｍφ、内径４００ｍｍφ、長さ４５０ｍｍ、密度０．５５ｇ／ｃｍ3の円筒状多孔質シリカ母材を形成した。前記円筒状多孔質シリカ母材を、電気炉にて大気雰囲気中で１３６０℃で４時間加熱保持して、外径４００ｍｍφ、内径２００ｍｍφ、長さ２００ｍｍ、密度２．２ｇ／ｃｍ3の石英ガラスシリンダーを得た。該シリンダーのＯＨ基の含有量は８０ｐｐｍであり、顕微鏡の観察で透明石英がガラス層は、厚さ２５μｍで、石英ガラス１ｃｍ当たり２５０層観察された。前記不透明な石英ガラスシリンダーから肉厚４ｍｍのサンプルを切り出して、表面を鏡面研磨し、波長２μｍでの透過率を測定したところ、透明石英ガラス層が測定光に対して直角の場合で、透過率は３０％であった。
【００１７】
実施例３
気体四塩化珪素の供給量を、バーナーの移動に合わせて交互に変化させた以外実施例１と同様にして石英ガラスブロックを製造した。該石英ガラスブロックには透明石英ガラス層の間に光散乱反射層が存在していた。
【００１８】
比較例１
気泡直径が１０〜１６０μｍ、気泡密度が５０万個／ｃｍ3、密度が２．１ｇ／ｃｍ3であって、肉厚４ｍｍ、波長５μｍでの透過率が１０％の不透明石英ガラスを用いて実施例１と同様に円板に加工し、その表面を酸水素火炎で焼き仕上をした。円板表面の表面粗さＲa及びＲmaxはそれぞれ１．５μｍ、７μｍであった。前記不透明石英ガラス円板を実施例１と同様にしてエッチング処理したところ、表面粗さはＲaは２．０μｍ、Ｒmaxは１５μｍとなり、洗浄前と比較して荒れていた。
【００１９】
比較例２
外径２３０ｍｍで肉厚１０００μｍの透明天然石英ガラス円板を４枚用意し、１４００℃で加熱溶着した。得られた透明石英ガラス積層体の界面には、微細気泡や大きい気泡が存在し、また界面での光線の散乱反射が確認できなかった。
【００２０】
（サンプルの評価）
実施例１、２及び比較例１、２で得られた石英ガラスから１０ｍｍ角で肉厚１ｍｍのサンプルを切り出し、ＲＣＡ洗浄を行い、得られたサンプルをＰ型シリコンウェーハの中心部にセットし、１１００℃で熱処理を行った。加熱後、石英ガラスサンプルをシリコンウェーハから取り除き、シリコンウェーハを再度ＲＣＡ洗浄した後、１０００℃で表面に酸化膜を形成した。得られたシリコンウェーハのライフタイムを測定したところ、実施例１、２の石英ガラスを使用した時には、直接接触した部分で２００μｓｅｃであったが、比較例１、２ではそれぞれ１０μｓｅｃと７０μｓｅｃであった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の不透明な石英ガラスは、高密度であるにもかかわらず不透明性に優れ、光線、特に赤外線を良好に散乱反射する石英ガラスである。前記不透明な石英ガラスはすす状シリカ微粒子からなる多孔質シリカ母材を特定の加熱条件で加熱するという簡便な方法で容易に製造でき、半導体処理用容器や治具等のフランジ及び把持部用素材、或は光学精密装置用部材の素材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の不透明な石英ガラスの顕微鏡写真であり、（ａ）は５０倍の写真、（ｂ）は１０００倍の写真である。
図２は、本発明の製造方法でシリカ微粒子を堆積して形成した多孔質シリカ母材の模式図である。
【図１】
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【図２】
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