JP2018526311A - 不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに接合するためのプロセス - Google Patents

Abstract

不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着させて紫外線透過窓を作製するためのプロセスは、境界を越えて混ざり合うことは実質的にはないが、透明溶融石英ガラスインゴットの周縁部周りで２種類の石英ガラス同士を互いに接合するために、透明溶融石英ガラスインゴットを不透明溶融石英ガラススリーブまたは不透明溶融石英ガラス粒子で取り囲んでから、透明溶融石英ガラス及び不透明溶融石英ガラスを、不透明溶融石英ガラスの転移温度を超えた温度で共に溶融炉内で加熱することを含む。

Description

本開示は一般に、紫外線透過窓の製造分野に関する。より詳細には、本開示は、不透明溶融石英ガラス周縁部を透明溶融石英ガラス窓に接合するためのプロセスに関する。得られた構造体は、とりわけ半導体ウエハ製造における紫外線硬化段階中に、遮熱材または遮光材として使用してもよい。

半導体ウエハの製造中、絶縁膜（例えば、ＵＶ感光性の非晶質複合材料または酸化物）をウエハ表面上に堆積させる。絶縁膜は、紫外（ＵＶ）光を用いて硬化される。ごく最近のプロセスにおいては、高エネルギーＵＶ（例えば、紫外エキシマランプ）を用いて硬化速度を向上させている。

ＵＶ光は、光源から透過窓を通過し硬化チャンバ内へと入り、当該チャンバ内において絶縁膜に光が当たる。通常、透過窓は、ＵＶチャンバ内部における２枚のプレート間の所定の位置に固定されている。更に、それぞれのプレートとの接合部と透過窓の隣接面との間に、Ｏリングが設置されている。Ｏリングは、硬化プロセス中に生じたガスがプレート−窓接合部から抜けたり漏れたりすることを防止し、また更に、チャンバ内への空気の漏入を防止する。

しかしそのようなＯリングによる封止は、ＵＶランプ、とりわけ比較的最近の高エネルギーＵＶ照明により生じた高温及び高光強度により、ただちに弱まってしまう。封止部の破損により、ガス抜け、粒子の発生、及び透過窓周りの漏れのリスクが生じる。更に、早く破損するということは、硬化チャンバをメンテナンスし、Ｏリングを交換するためのダウンタイムが頻繁に発生することにつながり、付随コストが増し、生産性が落ちることを意味する。それゆえ、当該技術分野において、ＯリングをＵＶ照射からより適切に保護することが望まれている。

発明の概要
不透明溶融石英ガラス周縁部を透明溶融石英ガラスインゴットに融着させるためのプロセスには、以下の内容が含まれる。スリーブ上面からスリーブ底面にかけて延び、第１の幅を有する空洞を取り囲む不透明溶融石英ガラススリーブを提供すること。第２の幅を有する透明溶融石英ガラスインゴットをその空洞へと挿入すること。そこで第２の幅は、スリーブの内側側壁部とインゴットの外側側壁部との間における隙間が実質的に生じないように、第１の幅よりわずかに狭くなっている。透明溶融石英ガラスインゴット及びスリーブをモールド内に配置すること。インゴット及びそれを取り囲むスリーブを収容したモールドを溶融炉内で加熱すること。その加熱は、減圧下で、不透明溶融石英ガラスが透明溶融石英ガラスインゴットに融着し、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットを生成するまで実施される。最後に、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットをアニールすること。スリーブは、単一スリーブを含んでいてもよい。スリーブは、複数の不透明溶融石英ガラスバンドを含んでいてもよい。

不透明溶融石英ガラスは、ＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラス（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ）を含んでいてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約２．１２〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の密度、単位体積あたり約２％〜約４．５％の有孔率、及び、約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルの気泡サイズ、好ましくは約２０マイクロメートル未満の気泡サイズを有しうる不透明溶融石英ガラス中の、少なくとも約８０％の細孔を有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約５４ｋＮ／ｍｍ^２のヤング率、及び約８４Ｎ／ｍｍ^２の３点曲げ強さを有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約０．２〜３％の直接分光透過率、及びλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有していてもよい。

プロセスは更に、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットを、溶融インゴットの縦軸に対して垂直な軸に沿って切断し、溶融インゴットのスライスを作製することを含んでいてもよい。任意選択的に、スライスに対して機械切削、研磨、またはその両方を施してもよく、更なる加工工程を採用してＵＶ光透過窓を作製してもよい。

窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約１０％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約５％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約３％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約１％未満を透過できることが好ましい。ＵＶ光源は、高強度ＵＶ光源であってもよい。ＵＶ光源は、エキシマＵＶ光源であってもよい。

不透明溶融石英ガラス周縁部を透明溶融石英ガラスユニットに融着させるためのプロセスは、以下の内容を含む。透明溶融石英ガラスユニットの少なくとも一部の周縁部周りに機械切削によるリッジ部を設け、不透明溶融石英ガラス溶接棒を少なくともその転移温度まで加熱して不透明溶融石英ガラスを軟化または液化させ、軟化または液化した不透明溶融石英ガラスをリッジ部内に付着させ、軟化または液化した不透明溶融石英ガラスをリッジ部内でアニールし、その後、不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着させる。透明溶融石英ガラスユニットの上部または底部の水平面から測定し約３ｍｍの深さまで、リッジ部に機械切削を施してもよい。加熱源は、溶融炉または溶接トーチを含んでいてもよい。

溶接棒の不透明溶融石英ガラスは、ＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラス（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ Ｖｅｒｗａｌｔｕｎｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｂＨ）を含んでいてもよい。不透明溶融石英ガラスは、ＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラス（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ Ｖｅｒｗａｌｔｕｎｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｂＨ）を含んでいてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約２．１２〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の密度、単位体積あたり約２％〜約４．５％の有孔率、及び、約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルの気泡サイズ、好ましくは約２０マイクロメートル未満の気泡サイズを有しうる不透明溶融石英ガラス中の、少なくとも約８０％の細孔を有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約５４ｋＮ／ｍｍ^２のヤング率、及び約８４Ｎ／ｍｍ^２の３点曲げ強さを有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約０．２〜３％の直接分光透過率、及びλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有していてもよい。

プロセスは更に、少なくとも不透明溶融石英ガラス周縁部に対する機械切削及び／または研磨を含んでいてもよく、更なる加工工程を採用してＵＶ光透過窓を作製してもよい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約１０％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約５％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約３％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約１％未満を透過できることが好ましい。ＵＶ光源は、高強度ＵＶ光源であってもよい。ＵＶ光源は、エキシマＵＶ光源であってもよい。

不透明溶融石英ガラス溶接棒は、棒の元々の幅または直径を約３倍、約４倍または約５倍だけ小さくするために加熱及び延伸された、不透明溶融石英ガラス棒を含んでいてもよい。棒は、円筒形状、三角形形状またはその他多角形形状を含む、任意の好適な形状を含んでいてもよい。

不透明溶融石英ガラス周縁部を透明溶融石英ガラスインゴットに融着させるためのプロセスは、透明溶融石英ガラスインゴットをモールド内に配置すること、及び透明溶融石英ガラスインゴットを不透明溶融石英ガラス粒子で取り囲むことを含む。その後、不透明溶融石英ガラス粒子でコーティングした透明溶融石英ガラスインゴットをモールド内から取り出してもよく、不透明溶融石英ガラス粒子同士が互いに融着し、また当該粒子が透明溶融石英ガラスインゴットに融着し、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットを生成するまで、取り出した複合材料をモールド外で焼結させてもよく、あるいは、モールド内で焼結させてもよく、それから、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットをアニールする。取り囲む工程は、粒子を含有する液体スラリーをインゴットの周りに付着させること、及び当該スラリーの液体部分を除去することを含んでいてもよい。スラリーの液体部分を除去することは、液体の蒸発脱水を促進させることを含む。

不透明溶融石英ガラスは、ＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラス（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ Ｖｅｒｗａｌｔｕｎｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｂＨ）を含んでいてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約２．１２〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の密度、単位体積あたり約２％〜約４．５％の有孔率、及び、約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルの気泡サイズ、好ましくは約２０マイクロメートル未満の気泡サイズを有しうる不透明溶融石英ガラス中の、少なくとも約８０％の細孔を有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約５４ｋＮ／ｍｍ^２のヤング率、及び約８４Ｎ／ｍｍ^２の３点曲げ強さを有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約０．２〜３％の直接分光透過率、及びλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有していてもよい。

プロセスは更に、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットを、溶融インゴットの縦軸に対して垂直な軸に沿って切断し、溶融インゴットのスライスを作製することを含んでいてもよい。任意選択的に、スライスに対して機械切削、研磨、またはその両方を施してもよく、更なる加工工程を採用してＵＶ光透過窓を作製してもよい。

窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約１０％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約５％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約３％未満を透過できることが好ましい。窓において、溶融石英ガラス周縁部が、ＵＶ光源から透過したＵＶ光の約１％未満を透過できることが好ましい。ＵＶ光源は、高強度ＵＶ光源であってもよい。ＵＶ光源は、エキシマＵＶ光源であってもよい。

本発明は、添付図面と関連させて読んだ場合に、発明を実施するための以下の形態から最もよく理解されるであろう。一般的な慣習に従い、図中の様々な形状は縮尺に従っていないことを強調しておく。別の見方をすれば、様々な形状の寸法は、理解を助けるために適宜拡張または縮小している。図面中に含まれるものは以下の図である。

窓の上面及び底面上に不透明溶融石英ガラス周縁部を含む、ＵＶ光透過窓の切欠図を示す。不透明溶融石英ガラスは透明溶融石英ガラスのリッジ部上に配置されている。 透明溶融石英ガラス中央部を取り囲む不透明溶融石英ガラス周縁部を含む、円形ＵＶ光透過窓の上面図を示す。 不透明溶融石英ガラス周縁部を含む、円筒形状の透明溶融石英ガラスインゴットを示す図である。不透明溶融石英ガラスは、中央部にある透明溶融石英ガラスインゴットの外側側壁部に融着される。単一スリーブから始めた不透明溶融石英ガラスの内部に透明溶融石英ガラスインゴットを配置してから、スリーブをインゴットに融着させるために加熱して溶融インゴットを生成した。 不透明溶融石英ガラス周縁部を含む、円筒形状の透明溶融石英ガラスインゴットを示す図である。不透明溶融石英ガラスは、中央部にある透明溶融石英ガラスインゴットの外側側壁部に融着される。スリーブを生成するために互いの上部へとスタックさせた複数のリングから始めた不透明溶融石英ガラスの内部に透明溶融石英ガラスインゴットを配置してから、スリーブをインゴットに融着させるために加熱して溶融インゴットを生成した。この図中では、スタックさせたリングがスリーブを生成するために最初に用いられていることを示すために、不透明溶融石英ガラスを、スタックさせたリングとして示しているが、以下のように理解すべきである。融着及びアニールプロセス後に境界線及び継ぎ目が完全に残っていたとしても、それらを肉眼で見えるとは限らないほどに、融着プロセス中、リング同士が互いに融着するとともにリングと透明溶融石英ガラスインゴットが融着する。線は、もし目で見える場合、切断点の境界を画定してもよく、溶融インゴットをスライスしてからＵＶ光透過窓へと更に処理をしてもよい。 不透明溶融石英ガラス周縁部を含む、円筒形状の透明溶融石英ガラスインゴットを示す図である。不透明溶融石英ガラスは、中央部にある透明溶融石英ガラスインゴットの外側側壁部に融着される。粒子または粉末から始めた不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスインゴットの周りに配置してから、融着させるために加熱して溶融インゴットを生成した。この図中では、粒子が最初に用いられていることを示すために、不透明溶融石英ガラスを点描で示しているが、以下のように理解すべきである。融着及びアニールプロセス後に粒子と未融着粒子との間の境界線（もしあるとすれば）が肉眼で見えるとは限らないほどに、融着プロセス中、粒子同士が互いに融着するとともに粒子と透明溶融石英ガラスインゴットが融着する。 窓の縁部上に不透明溶融石英ガラス周縁部を含む、ＵＶ光透過窓の切欠図を示す。その窓は、例えば、不透明溶融石英ガラススリーブまたは粒子を透明溶融石英ガラスインゴットに融着させることにより生成される。

本開示に従い、融着製品の構造的整合性を維持しつつ、溶融炉内で不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着可能であることが観察された。更に、溶接棒を作製するために不透明溶融石英ガラスを延伸する際、当該溶接棒の直径を小さくすることにより、不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着させるための通常のガラス溶接技術を向上させることが可能であることについても観察された。不透明溶融石英ガラスを溶かして透明溶融石英ガラスに溶接及び融着させた後に紫外（ＵＶ）光透過率が最小となるように、不透明溶融石英ガラス棒の直径をより大きく維持することによって、不透明度がより良好に維持されることが観察された。そのため、本開示は、不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着させるためのプロセスを特徴とし、当該不透明溶融石英ガラスは、これらのプロセスで作製した融着製品（不透明＋透明）の一部分を通るＵＶ光透過を最小化させるのに有用である。

一部の態様では、不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着させるためのプロセスは、不透明溶融石英ガラススリーブを透明溶融石英ガラスインゴットの外側側壁面に融着させることを含む。融着後、不透明溶融石英ガラス周縁部を有する透明溶融石英ガラス中央部を備えた溶融インゴットを生成する。そのようなインゴットを、例えば、図３及び図４に示す。図３及び図４では、溶融インゴット２０は、透明溶融石英ガラス１２中央部（元々は透明溶融石英ガラス１０インゴット）及び不透明溶融石英ガラス２２周縁部（元々は不透明溶融石英ガラス２２スリーブ）を含む。

融着の一部として、プロセスは、モールド内に不透明溶融石英ガラススリーブを配置することを含む。不透明溶融石英ガラススリーブは、空洞を取り囲む内側側壁部を有する。空洞はスリーブ上面からスリーブ底面にかけて延びるが、不透明溶融石英ガラススリーブが、スリーブ上部または底部の一方またはその両方を封鎖する蓋部を有さないことが好ましい。

不透明溶融石英ガラススリーブは、同様のサイズの透明溶融石英ガラスインゴットを収容するのに十分な高さを有する単一スリーブであってもよい。一部の態様では、スリーブは、所望の高さを得るために互いの上部へとスタックさせた、複数の小さなスリーブまたはバンドを含んでいてもよい。加熱及び融着プロセス（以下に記載するように）の間、スタックさせたスリーブまたはバンド同士は、互いに融着するとともに、透明溶融石英ガラスインゴットとも融着する。スタックさせたスリーブまたはバンドの構成を図４に示すが、複数の不透明溶融石英ガラス２２バンドまたはスリーブは、スタック内部の透明溶融石英ガラス１２インゴットの高さと等しい高さまでスタックされる。互いの上部へとスタックさせたスリーブまたはバンド同士を互いに融着させる際、融着後に継ぎ目がないことが好ましい。

スリーブまたはバンドは、任意の好適な形状を含んでいてもよい。図３及び図４においては、スリーブを用いて図３及び図４に示す円筒形状の溶融インゴット２０を生成したように、不透明溶融石英ガラス２２を円筒形状で示している。しかし、スリーブまたはバンドは、正方形もしくは長方形形状、三角形形状、六角形形状、八角形形状、または任意の所望の辺数及び任意の所望の形状（例えば、台形、平行四辺形、辺の長さが一様ではない形など）を有する任意のその他多角形形状を有していてもよい。

不透明溶融石英ガラス内部の空洞に透明溶融石英ガラスインゴットが挿入されてもよい。一部の態様では、不透明溶融石英ガラススリーブをモールド内に配置した後、透明溶融石英ガラスインゴットを当該スリーブ内部の空洞に配置する。一部の態様では、透明溶融石英ガラスインゴットを不透明溶融石英ガラススリーブ内部の空洞に配置してから、両方の部材を一度にモールド内に配置する。

スリーブの内側側壁部とインゴットの外側側壁部との間における隙間が実質的に生じないか、または隙間が存在する場合でも小さな隙間であるように、透明溶融石英ガラスインゴットが、不透明溶融石英ガラススリーブ内部の空洞の幅よりもわずかに狭い幅を有していることが好ましい。一部の態様では、スリーブの内側側壁部とインゴットの外側側壁部との間には滑合させるための隙間があり、当該隙間は、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約２ｍｍ〜約６ｍｍ、約３ｍｍ〜約５ｍｍ、または約４ｍｍ〜約６ｍｍである。滑合させるための隙間の幅は、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、または約６ｍｍであってもよい。また好ましくは、透明溶融石英ガラスインゴットの形状は、インゴットがスリーブと整合するように空洞と同一の形状である。

一部の態様では、不透明溶融石英ガラスは、不透明溶融石英ガラスの多数の粒子または粉末を含んでいてもよい。そのような粒子または粉末は、好ましくは、透明溶融石英ガラスインゴットをモールド内で位置決めする際に、透明溶融石英ガラスインゴットの外側側壁部周りに配置される。それゆえ、例えば、透明溶融石英ガラスインゴットは、不透明溶融石英ガラスの粒子または粉末で取り囲まれる。粒子または粉末を透明溶融石英ガラスインゴットの周りに乾燥状態で堆積させてもよいが、好ましい態様では、スラリーの状態で付着させる（例えば、適切な液体キャリア中に懸濁させた粒子を用いて）。その後、液体キャリアを排水及び／または蒸発脱水により除去してもよく、減圧及び／または加熱により除去を促進してもよい。

不透明溶融石英ガラススリーブ、または不透明溶融石英ガラス粒子もしくは粉末、及び透明溶融石英ガラスインゴットを共にモールド内へと配置した後のプロセスは、以下のことを含んでいてもよい。不透明溶融石英ガラス粒子でコーティングした透明溶融石英ガラスインゴットをモールド内から取り出し（複合材料として）てから、当該複合材料を均質体へと焼結させること。焼結は、少なくとも不透明溶融石英ガラスが軟化してから透明溶融石英ガラスと融着しうるように、少なくとも不透明溶融石英ガラスの温度がその転移温度を超えるまで、複合材料を溶融炉内で加熱することを含んでいてもよい。不透明溶融石英ガラスの転移温度が透明溶融石英ガラスの転移温度と同一またはそれ以上の温度である場合、透明溶融石英ガラスもまた軟化させてもよい。好ましい態様では、加熱は減圧下で行われる。

粒子／粉末の融着は、溶融炉内での焼結を含んでいてもよい。隣接した粒子同士が互いに融着することで、融着後に元々の粒子間の継ぎ目がなくなることが好ましい。

加熱プロセスは、不透明溶融石英ガラスが透明溶融石英ガラスインゴットに融着し、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴット（本明細書においては、溶融インゴットとも呼ぶ）を生成するまで続けられる。溶融インゴットを生成してから、当該溶融インゴットをアニールすることが好ましい。溶融インゴット２０の非限定的実施例を、不透明溶融石英ガラス２２周縁部で透明溶融石英ガラス１２中央部を取り囲んだ状態の図３、図４及び図５に示す。不透明溶融石英ガラス２２で透明溶融石英ガラス１２を取り囲んだ状態の切欠図を図５に示す。

溶融インゴット２０を生成してから、当該溶融インゴット２０を小さなユニットに切断してもよい。したがって、プロセスは更に、透明溶融インゴットを縦軸に対して垂直な軸に沿って切断し、所望の厚みのユニットを作製することを含んでいてもよい。これらユニットは、不透明溶融石英ガラス周縁部を備えた透明溶融石英ガラス中央部を含む。切断後に、更なる機械切削及び／または研磨をユニットに施して最終製品を作製してもよく、それは、不透明溶融石英ガラス周縁部を含むＵＶ光透過窓であることが好ましい。

ＵＶ光透過窓は、透明溶融石英ガラス中央部を通してＵＶ光源からのほぼ全てのＵＶ光を透過させる。しかし、不透明溶融石英ガラス周縁部は、周縁部を通るＵＶ光の透過を遮る。ＵＶ光源からのＵＶ光の約１０％未満が不透明石英ガラス周縁部を透過することが好ましい。一部の態様では、ＵＶ光源からのＵＶ光の約８％未満が不透明石英ガラス周縁部を透過する。一部の態様では、ＵＶ光源からのＵＶ光の約５％未満が不透明石英ガラス周縁部を透過する。一部の態様では、ＵＶ光源からのＵＶ光の約４％未満が不透明石英ガラス周縁部を透過する。一部の態様では、ＵＶ光源からのＵＶ光の約３％未満が不透明石英ガラス周縁部を透過する。一部の態様では、ＵＶ光源からのＵＶ光の約２％未満が不透明石英ガラス周縁部を透過する。一部の態様では、ＵＶ光源からのＵＶ光の約１％未満が不透明石英ガラス周縁部を透過する。

一部の態様では、不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着させるためのプロセスは、透明溶融石英ガラス部材の少なくとも一部の周縁部周りに機械切削によるリッジ部を設けることを含む。透明溶融石英ガラスの上部及び／または透明溶融石英ガラスの底部の周縁部周りに、機械切削によるリッジ部を設けてもよい。リッジ部の一例を図１に示すが、当該図は、ＵＶ光透過窓１０の断面図を示す。図に示すように、リッジ部１４は、窓１０の透明溶融石英ガラス１２部分の上部及び底部の内部に機械切削されている。透明溶融石英ガラス１２の内部にリッジ部１４を機械切削して残った空洞は、不透明溶融石英ガラス２２を用いて埋められている。

約１ｍｍ〜約１０ｍｍの深さまで、リッジ部に機械切削を施してもよい（上面及び／または底面から）。約１ｍｍ〜約５ｍｍの、約１ｍｍ〜約４ｍｍの、約１ｍｍ〜約３ｍｍの、約２ｍｍ〜約８ｍｍの、約２ｍｍ〜約６ｍｍの、約２ｍｍ〜約５ｍｍの、約２ｍｍ〜約４ｍｍの、約３ｍｍ〜約９ｍｍの、約３ｍｍ〜約７ｍｍの、約３ｍｍ〜約５ｍｍの、または約４ｍｍ〜約６ｍｍの深さまで、リッジ部に機械切削を施してもよい。約１ｍｍの、約２ｍｍの、約３ｍｍの、約４ｍｍの、約５ｍｍの、約６ｍｍの、約７ｍｍの、約８ｍｍの、約９ｍｍの、または約１０ｍｍの深さまで、リッジ部に機械切削を施してもよい。

機械切削工程の後、透明溶融石英ガラスの一部が除去された状態の空洞が残される。それから、空洞を不透明溶融石英ガラスで埋めてもよく、当該不透明溶融石英ガラスは、リッジ部及び隣接した透明溶融石英ガラスに融着される。例えば、上記で説明したように、不透明溶融石英ガラスはまた、溶融炉内での加熱または焼結により溶融しうるが、不透明溶融石英ガラスをこの空洞へと溶接させることが好ましい。これら後者のケースでは、適切な大きさの不透明溶融石英ガラス部材または不透明溶融石英ガラス粒子を空洞内部へと配置してから、融着のために複合体ユニットを溶融炉内に配置する。

溶接を採用する態様では、溶接は、不透明溶融石英ガラス溶接棒をその転移温度を超えて加熱して不透明溶融石英ガラスを軟化または液化させてから、軟化または液化した不透明溶融石英ガラスをリッジ部の上部及び空洞へと付着させることを含む。不透明溶融石英ガラス溶接棒を、直径／幅の大きな不透明溶融石英ガラス棒を加熱及び伸長させることにより得ることが好ましく、伸長（延伸とも言う）により、棒の元々の直径または幅が約２倍〜約６倍だけ小さくなる（例えば、延伸した溶接棒の直径は、元々の直径または幅の約１／２〜約１／６である）。延伸した不透明溶融石英ガラス棒は、約０．２倍〜約８倍、約０．５倍〜約１０倍、約１倍〜約７倍、約１倍〜約４倍、約１倍〜約５倍、約２倍〜約５倍、約２倍〜約４倍、または約２倍〜約３倍だけ小さくなった直径を有していてもよい。延伸した不透明溶融石英ガラス棒は、約０．２倍、約０．５倍、約１倍、約２倍、約３倍、約４倍、約５倍、約６倍、約７倍、約８倍、約９倍、または約１０倍だけ小さくなった直径を有していてもよい。直径または幅において、３倍の小ささが好ましい（延伸による）。

軟化または液化した不透明溶融石英ガラスをリッジ部上（及び機械切削した空洞内）に付着させ次第、不透明溶融石英ガラスをアニールしてから、不透明溶融石英ガラスを透明溶融石英ガラスに融着させてもよい。融着後、不透明溶融石英ガラス周縁部を有する透明溶融石英ガラスユニットを生成する。ユニットは、例えば、ＵＶ光透過窓であってもよい。ユニットに対して機械切削及び／または研磨を施し、融着または接合による欠陥を取り除いてもよい。

本明細書で記載または例示されたプロセスのいずれかにおいて、透明溶融石英ガラスは、天然または合成の透明溶融石英ガラスを含んでいてもよい。不透明溶融石英ガラス（不透明溶融石英ガラス溶接棒を含む）は、天然または合成の不透明溶融石英ガラスを含んでいてもよい。非常に好ましい態様では、不透明溶融石英ガラス（不透明溶融石英ガラス溶接棒を含む）は、ＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラス（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ Ｖｅｒｗａｌｔｕｎｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｂＨ）を含む。

不透明溶融石英ガラスは、好ましくは、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約５％未満の、より好ましくは、約３％未満の、より好ましくは約２％未満のほぼ一定の直接分光透過率を有し、３ｍｍの壁厚を有し、またλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有している。一部の態様では、不透明溶融石英ガラスは、好ましくは、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約０．２〜３％の、より好ましくは、約０．２〜１．５％のほぼ一定の直接分光透過率を有し、３ｍｍの壁厚を有し、またλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有している。一部の態様では、不透明溶融石英ガラスは、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約１％のほぼ一定の直接分光透過率を有し、３ｍｍの壁厚を有し、またλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有している。

不透明溶融石英ガラスは、約２〜約２．３ｇ／ｃｍ^３の、約２．０５〜約２．２５ｇ／ｃｍ^３の、約２．１〜約２．２ｇ／ｃｍ^３の、約２．１２〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の、約２．１３〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の、約２．１４〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の、または約２．１５〜約２．１８ｇ／ｃｍ^３の密度を有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、好ましくは、少なくとも約２．１０ｇ／ｃｍ^３の、より好ましくは、約２．１２〜２．１９ｇ／ｃｍ^３の、またより好ましくは、約２．１３〜２．１８ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。一部の態様では、不透明溶融石英ガラスは、約２．１４〜２．１５ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。

不透明溶融石英ガラスの細孔含有率（有孔率）は、単位体積あたり約５％を超えないことが好ましく、好ましくは、単位体積あたり約０．１％〜約５％の範囲内であり、またより好ましくは、単位体積あたり約０．２％〜約４．５％の範囲内である。一部の態様では、不透明溶融石英ガラスの有孔率は、単位体積あたり４．７％を超えず、また単位体積あたり約２％〜約４．５％の範囲内である。不透明溶融石英ガラスは、単位体積あたり約２％〜約３％の、約２．１％〜約２．８％の、約２．１％〜約２．６％の、約２．１％〜約２．５％の、約２．２％〜約２．４％の、または約２．２％〜約２．３％の有孔率を有していてもよい。有孔率は、単位体積あたり約２％、約２．１％、約２．２％、約２．３％、約２．４％、または約２．５％であってもよい。

不透明溶融石英ガラスは、約２５マイクロメートル（μｍ）未満の気泡サイズを有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約２０μｍ未満の気泡サイズを有していてもよい。一部の好ましい態様では、不透明溶融石英ガラス中の細孔の少なくとも約８０％は、約６０μｍ以下の、より好ましくは、約１０〜約４５μｍの、より好ましくは、約２５〜約４５μｍの最大細孔密度を有している。

不透明溶融石英ガラスは、約５０〜約６０ｋＮ／ｍｍ^２の、約５１〜約５９ｋＮ／ｍｍ^２の、約５２〜約５８ｋＮ／ｍｍ^２の、または約５３〜約５５ｋＮ／ｍｍ^２のヤング率を有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約５０ｋＮ／ｍｍ^２の、約５２ｋＮ／ｍｍ^２の、約５３ｋＮ／ｍｍ^２の、約５４ｋＮ／ｍｍ^２の、または約５５ｋＮ／ｍｍ^２のヤング率を有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約８０〜約９０Ｎ／ｍｍ^２の、約８１〜約８９Ｎ／ｍｍ^２の、約８２〜約８８Ｎ／ｍｍ^２の、約８３〜約８６Ｎ／ｍｍ^２の、または約８３〜約８５Ｎ／ｍｍ^２の３点曲げ強さを有していてもよい。不透明溶融石英ガラスは、約８０Ｎ／ｍｍ^２の、約８２Ｎ／ｍｍ^２の、約８３Ｎ／ｍｍ^２の、約８４Ｎ／ｍｍ^２の、約８５Ｎ／ｍｍ^２の、または約８６Ｎ／ｍｍ^２の３点曲げ強さを有していてもよい。

本明細書で記載されるプロセスを用いてＵＶ光透過窓を作製することが好ましく、当該透過窓は、透明溶融石英ガラス中央部（ＵＶ光がそれを透過する）及び不透明溶融石英ガラス周縁部（ＵＶ光の透過を有意に制限する）を有している。そのようなＵＶ光透過窓の上面図または底面図は、図２に示されている。図２では、ＵＶ透過窓１０は、中央部に透明溶融石英ガラス１２を配し、不透明溶融石英ガラス２２が周縁部として透明溶融石英ガラス１２を取り囲む、円形形状を有している。

不透明溶融石英ガラスと透明溶融石英ガラスの比率は比較的小さい。不透明溶融石英ガラスと透明溶融石英ガラスの比率（不透明溶融石英ガラス：透明溶融石英ガラス）は、約 １：５０〜約 １：３、約 １：４０〜約 １：５、約 １：３０〜約 １：５、約 １：２０〜約 １：５、約 １：２５〜約 １：５、約 １：２０〜約 １：５、約 １：１５〜約 １：５、約 １：１０〜約 １：５、約 １：３０〜約 １：３、約 １：２５〜約 １：３、約 １：２０〜約 １：３、約 １：１５〜約 １：３、約 １：１０〜約 １：３、約 １：３０〜約 １：４、約 １：２５〜約 １：４、約 １：２０〜約 １：４、約 １：１５〜約 １：４、約 １：１０〜約 １：４、約 １：２〜約 １：５、約 １：２〜約 １：４、約 １：２〜約 １：３、約 １：３〜約 １：６、約 １：３〜約 １：５、または約 １：３〜約 １：４であってもよい。

本明細書で記載されるプロセスに従い作製したＵＶ光透過窓は、任意の好適な寸法（高さ／厚み、幅、長さ、または直径）を含んでいてもよい。ＵＶ光透過窓は、約１００ｍｍ〜約１０００ｍｍの、約３６０ｍｍ〜約３９０ｍｍの、約３６５ｍｍ〜約３８５ｍｍの、約３７０ｍｍ〜約３８０ｍｍの、または約３７２ｍｍ〜約３７７ｍｍの全幅、長さまたは直径（透明溶融石英ガラスと不透明溶融石英ガラスの両方を合わせて）を含むことが好ましい。一部の態様では、不透明溶融石英ガラス周縁部は、約３ｍｍ〜約２５ｍｍの、約６ｍｍ〜約２４ｍｍの、約８ｍｍ〜約１５ｍｍの、または約９ｍｍ〜約１１ｍｍの幅を有している。ＵＶ光透過窓は、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍの、約２１ｍｍ〜約２９ｍｍの、約２２ｍｍ〜約２８ｍｍの、約２３ｍｍ〜約２７ｍｍの、約２４ｍｍ〜約２６ｍｍの、約２４ｍｍ〜約２８ｍｍの、または約２２ｍｍ〜約２６ｍｍの厚みを含んでいてもよい。寸法は、半導体ウエハ製造システムにおけるＵＶ光アパーチャの寸法によって変化しうる。

本開示は上記で記載及び例示した実施形態に限定されないが、添付の特許請求の範囲の範囲内における変形及び修正は可能である。

Claims (18)

1. 不透明溶融石英ガラス周縁部を透明溶融石英ガラスインゴットに融着させるためのプロセスであって、
   不透明溶融石英ガラススリーブをモールド内に配置することと、前記スリーブは、第１の幅を有し前記スリーブの上面から前記スリーブの底面にかけて延びる空洞を取り囲み、
   第２の幅を有する透明溶融石英ガラスインゴットを前記空洞へと挿入することと、前記第２の幅は、前記スリーブの内側側壁部と前記インゴットの外側側壁部との間において小さな隙間が存在するように、前記第１の幅よりわずかに狭く、
   前記インゴット及びそれを取り囲むスリーブを収容した前記モールドを溶融炉内で加熱することと、前記加熱は、減圧下で、前記不透明溶融石英ガラスが前記透明溶融石英ガラスインゴットに融着し、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットを生成するまで実施され、
   そのように生成された、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む前記透明溶融石英ガラスインゴットをアニールすることと、を含み、
   前記不透明溶融石英ガラススリーブは、約２．１２〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の密度、単位体積あたり約２％〜約４．５％の有孔率、及び約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルの気泡サイズを有する少なくとも約８０％の細孔を含む、前記プロセス。
2. 請求項１に記載のプロセスであって、前記スリーブは単一スリーブを含む、前記プロセス。
3. 請求項１に記載のプロセスであって、前記スリーブは複数の不透明溶融石英ガラスバンドを含み、前記加熱工程は更に前記バンド同士を互いに融着させる、前記プロセス。
4. 請求項３に記載のプロセスであって、前記透明溶融石英ガラスインゴットは円筒形状であり、前記溶融石英ガラスバンドは円形形状である、前記プロセス。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロセスであって、前記不透明溶融石英ガラスはＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラスである、前記プロセス。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプロセスであって、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む前記透明溶融石英ガラスインゴットを、前記インゴットの縦軸に対して垂直な軸に沿って切断して、前記インゴットのスライスを作製することと、その後、前記スライスに対して機械切削、研磨、または機械切削と研磨の両方を施して、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約０．２〜３％のほぼ一定の直接分光透過率及びλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有する、不透明溶融石英ガラス周縁部を含むＵＶ光透過窓を作製することを更に含む、前記プロセス。
7. 不透明溶融石英ガラス周縁部を透明溶融石英ガラス紫外（ＵＶ）光透過窓に融着させるためのプロセスであって、
   透明溶融石英ガラスＵＶ光透過窓の少なくとも一部の周縁部周りに機械切削によるリッジ部を設けることと、
   不透明溶融石英ガラス棒をその転移温度を超えて加熱して前記不透明溶融石英ガラスを軟化させることと、前記軟化した不透明溶融石英ガラスを前記リッジ部内へと付着させることと、前記軟化した不透明溶融石英ガラスを前記リッジ部内でアニールすることと、その後、前記不透明溶融石英ガラスを前記透明溶融石英ガラスに融着させて、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約０．２〜３％のほぼ一定の直接分光透過率及びλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有する、不透明溶融石英ガラス周縁部を含むＵＶ光透過窓を作製することと、
   任意選択的に、前記不透明溶融石英ガラス周縁部に対して機械切削または研磨を施すことと、を含み、
   前記加熱工程の前に、前記不透明溶融石英ガラス棒を延伸させて、その元々の幅を約０．５倍〜約１０倍だけ小さくし、前記不透明溶融石英ガラスは、約２．１２〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の密度、単位体積あたり約２％〜約４．５％の有孔率、及び約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルの気泡サイズを有する少なくとも約８０％の細孔を含む、前記プロセス。
8. 請求項７に記載のプロセスであって、前記リッジ部は約３ｍｍの深さまで機械切削を施される、前記プロセス。
9. 請求項７または請求項８に記載のプロセスであって、前記不透明溶融石英ガラス棒はＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラスである、前記プロセス。
10. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のプロセスであって、前記不透明溶融石英ガラス棒は延伸されて、その元々の幅が約２倍〜約５倍だけ小さくなる、前記プロセス。
11. 請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のプロセスであって、前記加熱工程は溶融炉内で行われる、前記プロセス。
12. 請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のプロセスであって、前記加熱工程は溶接トーチを用いて行われる、前記プロセス。
13. 不透明溶融石英ガラス周縁部を透明溶融石英ガラスインゴットに融着させるためのプロセスであって、
    透明溶融石英ガラスインゴットをモールド内に配置することと、
    前記透明溶融石英ガラスインゴットを不透明溶融石英ガラス粒子で取り囲み、不透明溶融石英ガラス粒子で覆われた透明溶融石英ガラスインゴットの複合材料を形成することと、
    前記複合材料を前記モールド内から取り出すことと、前記複合材料を焼結させることと、その後、前記不透明溶融石英ガラス粒子同士が互いに融着し、また前記不透明溶融石英ガラス粒子が前記透明溶融石英ガラスインゴットに融着し、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む透明溶融石英ガラスインゴットを生成させることと、
    そのように生成された、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む前記透明溶融石英ガラスインゴットをアニールすることと、を含み、
    前記不透明溶融石英ガラスは、約２．１２〜約２．１９ｇ／ｃｍ^３の密度、単位体積あたり約２％〜約４．５％の有孔率、及び約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルの気泡サイズを有する少なくとも約８０％の細孔を含む、前記プロセス。
14. 請求項１３に記載のプロセスであって、前記取り囲む工程は、前記粒子を含有する液体スラリーを前記インゴットの周りに付着させて、前記スラリーの液体部分を除去することを含む、前記プロセス。
15. 請求項１４に記載のプロセスであって、前記スラリーの前記液体部分を除去することは、前記液体の蒸発脱水を促進させることを含む、前記プロセス。
16. 請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載のプロセスであって、前記透明溶融石英ガラスインゴットは円筒形状である、前記プロセス。
17. 請求項１３から請求項２１のいずれか１項に記載のプロセスであって、前記不透明溶融石英ガラス粒子はＯＭ（登録商標）１００の不透明溶融石英ガラスの粒子である、前記プロセス。
18. 請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載のプロセスであって、不透明溶融石英ガラス周縁部を含む前記透明溶融石英ガラスインゴットを、前記インゴットの縦軸に対して垂直な軸に沿って切断して、前記インゴットのスライスを作製することと、その後、前記スライスに対して機械切削、研磨、または機械切削と研磨の両方を施して、λ＝１９０ｎｍ〜λ＝４９９０ｎｍの波長帯における約０．２〜３％のほぼ一定の直接分光透過率及びλ＝１９０ｎｍ〜λ＝２５００ｎｍの波長帯における少なくとも６０％の拡散反射率を有する、不透明溶融石英ガラス周縁部を含むＵＶ光透過窓を作製することを更に含む、前記プロセス。

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