JPH07300341A - 不透明石英ガラスおよびその製造方法 - Google Patents
不透明石英ガラスおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱性が高く、しかも遮熱および赤外線散乱
性に優れた不透明石英ガラスを提供すること。 【構成】 気泡直径が１０〜１６０μｍ、気泡密度が１
００，０００〜６００，０００個／ｃｍ3、気泡総体積
が３〜１０％の独立気泡を有し、かつ石英ガラス基質中
の窒素元素濃度が５０〜５００ｐｐｍで比重が２．０８
〜２．１８である高純度不透明石英ガラス、および比表
面積が０．０１〜１００ｍ2／ｇである結晶質石英粉を
アンモニア雰囲気中で６００〜１，３００℃の温度範囲
に加熱しアンモニア化を行ったのち、該アンモニア化石
英粉を不活性ガス雰囲気下で１，６００〜２，０００℃
で溶融加熱することで製造する方法。
性に優れた不透明石英ガラスを提供すること。 【構成】 気泡直径が１０〜１６０μｍ、気泡密度が１
００，０００〜６００，０００個／ｃｍ3、気泡総体積
が３〜１０％の独立気泡を有し、かつ石英ガラス基質中
の窒素元素濃度が５０〜５００ｐｐｍで比重が２．０８
〜２．１８である高純度不透明石英ガラス、および比表
面積が０．０１〜１００ｍ2／ｇである結晶質石英粉を
アンモニア雰囲気中で６００〜１，３００℃の温度範囲
に加熱しアンモニア化を行ったのち、該アンモニア化石
英粉を不活性ガス雰囲気下で１，６００〜２，０００℃
で溶融加熱することで製造する方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高純度で耐熱性が高
く、しかも遮熱性の優れた不透明石英ガラス、特に熱処
理炉の赤外線散乱および遮熱材料としての不透明石英ガ
ラス板を効率よく製造できる不透明石英ガラスに関す
る。
く、しかも遮熱性の優れた不透明石英ガラス、特に熱処
理炉の赤外線散乱および遮熱材料としての不透明石英ガ
ラス板を効率よく製造できる不透明石英ガラスに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、石英ガラスは高い純度を有し、し
かも耐熱性に優れているところから半導体工業用の熱処
理炉や熱処理治具として用いられてきた。この半導体工
業用の熱処理炉にあっては炉内の温度分布を均一にする
ことが重要であり、その目的で特開平５−９００号公報
にみるように１００，０００個／ｃｍ3以下の気泡を含
有した不透明石英ガラスで炉芯管を作成したり、あるい
は実開平１−１６２２３４号公報に記載するように半導
体ウエハ−を載置するボ−トの両端に６０００個／ｃｍ
3未満の気泡を含有する不透明石英ガラスの熱線散乱板
が設けられたりしていた。
かも耐熱性に優れているところから半導体工業用の熱処
理炉や熱処理治具として用いられてきた。この半導体工
業用の熱処理炉にあっては炉内の温度分布を均一にする
ことが重要であり、その目的で特開平５−９００号公報
にみるように１００，０００個／ｃｍ3以下の気泡を含
有した不透明石英ガラスで炉芯管を作成したり、あるい
は実開平１−１６２２３４号公報に記載するように半導
体ウエハ−を載置するボ−トの両端に６０００個／ｃｍ
3未満の気泡を含有する不透明石英ガラスの熱線散乱板
が設けられたりしていた。
【０００３】ところが、近年、半導体工業用の熱処理炉
は縦型の熱処理炉が主流となってきたが、この縦型熱処
理炉は、炉の下端部が金属製架台に載置されているため
その接合部で熱線の不規則散乱が起ったり、あるいは下
端部と金属製架台との接合部をシ−ルするシ−ル部材を
保護するために設けた冷却部が炉内温度を乱したりし、
炉内の温度分布が均一にならず熱線散乱および遮熱板を
設けるのが常態であった。前記熱線散乱および遮熱材料
としては不透明石英ガラスが耐熱性および遮熱性の良さ
から好適に使用されてきた。ところが、従来の不透明石
英ガラス板は、高温における粘性が低く高温処理時に熱
変形が、特に約１０００℃以上にも加熱されるシリコン
ウエハ−の熱処理時には大きな熱変形が起り、遮熱およ
び赤外線散乱材料としての機能を十分に果たすことがで
きず、熱処理炉の寿命は短いものであった。
は縦型の熱処理炉が主流となってきたが、この縦型熱処
理炉は、炉の下端部が金属製架台に載置されているため
その接合部で熱線の不規則散乱が起ったり、あるいは下
端部と金属製架台との接合部をシ−ルするシ−ル部材を
保護するために設けた冷却部が炉内温度を乱したりし、
炉内の温度分布が均一にならず熱線散乱および遮熱板を
設けるのが常態であった。前記熱線散乱および遮熱材料
としては不透明石英ガラスが耐熱性および遮熱性の良さ
から好適に使用されてきた。ところが、従来の不透明石
英ガラス板は、高温における粘性が低く高温処理時に熱
変形が、特に約１０００℃以上にも加熱されるシリコン
ウエハ−の熱処理時には大きな熱変形が起り、遮熱およ
び赤外線散乱材料としての機能を十分に果たすことがで
きず、熱処理炉の寿命は短いものであった。
【０００４】その上、従来の不透明石英ガラスの気泡中
には酸素、水素、アンモニア等の活性の高いガスが残存
し、それらが高温処理時に開放され、処理する半導体製
品に悪影響を及ぼす等の欠点があった。
には酸素、水素、アンモニア等の活性の高いガスが残存
し、それらが高温処理時に開放され、処理する半導体製
品に悪影響を及ぼす等の欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等
は、上記不透明石英ガラスの欠点を解決すべく鋭意研究
を重ねた結果、不透明石英ガラス中の独立気泡を特定の
範囲のものにするとともに、不透明石英ガラスに窒素を
含有させ、かつ活性ガスを窒素ガスで置換することによ
り、遮熱性、高温粘性の向上が図られるとともに、活性
ガスによる半導体製品への悪影響を抑えることができる
ことを見出し、本発明を完成したものである。すなわち
は、上記不透明石英ガラスの欠点を解決すべく鋭意研究
を重ねた結果、不透明石英ガラス中の独立気泡を特定の
範囲のものにするとともに、不透明石英ガラスに窒素を
含有させ、かつ活性ガスを窒素ガスで置換することによ
り、遮熱性、高温粘性の向上が図られるとともに、活性
ガスによる半導体製品への悪影響を抑えることができる
ことを見出し、本発明を完成したものである。すなわち
【０００６】本発明は、高温粘性が高く、しかも残存活
性ガス量の少ない高純度不透明石英ガラスを提供するこ
とを目的とする。
性ガス量の少ない高純度不透明石英ガラスを提供するこ
とを目的とする。
【０００７】また、本発明は、耐熱性が高く、かつ遮熱
性に優れた高純度不透明石英ガラスを提供することを目
的とする。
性に優れた高純度不透明石英ガラスを提供することを目
的とする。
【０００８】さらに、本発明は、上記高純度不透明石英
ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、比重が２．０８〜２．１８であって、気泡直径が
１０〜１６０μｍ、気泡密度が１００，０００〜６０
０，０００個／ｃｍ3、気泡総体積が３〜１０％の独立
気泡を有し、かつ石英ガラス基質中の窒素元素濃度が５
０〜５００ｐｐｍで、しかも気泡中のガスの９０％以上
が窒素ガスである高純度不透明石英ガラス、およびその
製造方法に係る。
明は、比重が２．０８〜２．１８であって、気泡直径が
１０〜１６０μｍ、気泡密度が１００，０００〜６０
０，０００個／ｃｍ3、気泡総体積が３〜１０％の独立
気泡を有し、かつ石英ガラス基質中の窒素元素濃度が５
０〜５００ｐｐｍで、しかも気泡中のガスの９０％以上
が窒素ガスである高純度不透明石英ガラス、およびその
製造方法に係る。
【００１０】上記不透明石英ガラスとは、微細な気泡を
含有してなる不透明な石英ガラスをいうが、本発明の不
透明石英ガラスは、前記微細な気泡が気泡直径１０〜１
６０μｍ、気泡総体積３〜１０％、気泡密度１００，０
００〜６００，０００個／ｃｍ3の独立気泡からなり、
その独立気泡が均一に分散した不透明石英ガラスであ
る。そして、その比重は自重による変形がない２．０８
〜２．１８の範囲である。本発明の不透明石英ガラスは
前記のように独立気泡が均一に分散し気泡密度が高く、
全体として気泡総断面積が不透明石英ガラス１００ｃｍ
3当り８００〜１，５００ｃｍ2と大く、断熱性および遮
熱性に優れている。また、本発明の不透明石英ガラスは
窒素元素濃度が５０ｐｐｍ〜６００ｐｐｍの範囲であ
り、この含有される窒素がＳｉーＯ結合より強固なＳｉ
ーＮ結合を生じ高温粘性が高く、例えば１，２６０℃の
粘度が１０12.8ポイズと、天然結晶質石英粉から製造さ
れた不透明石英ガラスの粘度である１０12.2ポイズ以上
となる。さらに、前記含有窒素に基づきＮＨ基が存在す
ることになり、３，４００ｃｍー1波長の吸収が生じ赤外
線の吸収が良くなり、熱線の透過率が低下する。前記窒
素含有量が５０ｐｐｍ未満では、高温粘性の向上が見ら
れず、またその含有量が５００ｐｐｍを超えると、使用
中に窒素が放出され、好ましくない。
含有してなる不透明な石英ガラスをいうが、本発明の不
透明石英ガラスは、前記微細な気泡が気泡直径１０〜１
６０μｍ、気泡総体積３〜１０％、気泡密度１００，０
００〜６００，０００個／ｃｍ3の独立気泡からなり、
その独立気泡が均一に分散した不透明石英ガラスであ
る。そして、その比重は自重による変形がない２．０８
〜２．１８の範囲である。本発明の不透明石英ガラスは
前記のように独立気泡が均一に分散し気泡密度が高く、
全体として気泡総断面積が不透明石英ガラス１００ｃｍ
3当り８００〜１，５００ｃｍ2と大く、断熱性および遮
熱性に優れている。また、本発明の不透明石英ガラスは
窒素元素濃度が５０ｐｐｍ〜６００ｐｐｍの範囲であ
り、この含有される窒素がＳｉーＯ結合より強固なＳｉ
ーＮ結合を生じ高温粘性が高く、例えば１，２６０℃の
粘度が１０12.8ポイズと、天然結晶質石英粉から製造さ
れた不透明石英ガラスの粘度である１０12.2ポイズ以上
となる。さらに、前記含有窒素に基づきＮＨ基が存在す
ることになり、３，４００ｃｍー1波長の吸収が生じ赤外
線の吸収が良くなり、熱線の透過率が低下する。前記窒
素含有量が５０ｐｐｍ未満では、高温粘性の向上が見ら
れず、またその含有量が５００ｐｐｍを超えると、使用
中に窒素が放出され、好ましくない。
【００１１】上記に加えて、独立気泡内の活性ガスの９
０％以上が窒素ガスで置換されており高温加熱処理にお
いても半導体の歩留や性能等に悪影響を及ぼす活性ガス
の発生がない。
０％以上が窒素ガスで置換されており高温加熱処理にお
いても半導体の歩留や性能等に悪影響を及ぼす活性ガス
の発生がない。
【００１２】本発明の不透明石英ガラスを半導体熱処理
治工具として使用する場合には、Ｎａ、Ｋのアルカリ金
属元素の濃度を夫々０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ元素濃度を
０．１ｐｐｍ以下、Ｍｇ元素濃度を０．０５ｐｐｍ以
下、Ｚｒ元素濃度を０．１ｐｐｍ以下とするのがよい。
前記各元素濃度は低い程よいが、過度の純化はコストを
急騰させるので工業的に採算の採れる範囲にとどめるべ
きである。
治工具として使用する場合には、Ｎａ、Ｋのアルカリ金
属元素の濃度を夫々０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ元素濃度を
０．１ｐｐｍ以下、Ｍｇ元素濃度を０．０５ｐｐｍ以
下、Ｚｒ元素濃度を０．１ｐｐｍ以下とするのがよい。
前記各元素濃度は低い程よいが、過度の純化はコストを
急騰させるので工業的に採算の採れる範囲にとどめるべ
きである。
【００１３】本発明の不透明石英ガラスの製造方法は以
下のとおりである。すなわち、天然結晶質石英粉を例え
ば米国特許第４，９８３，３７０号明細書に記載の純化
法に従って、Ｎａ、Ｋのアルカリ金属元素の各濃度を夫
々０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ元素濃度を０．１ｐｐｍ以
下、Ｍｇ元素濃度を０．０５ｐｐｍ以下、Ｚｒ元素濃度
を０．１ｐｐｍ以下、ＯＨ基濃度を５０〜１００ｐｐ
ｍ、比表面積を０．０１ｍ／ｇ以上に純化処理し、次い
で該純化石英粉を特開昭５ー３４５６３６号公報等に記
載するようにアンモニア雰囲気下で６００℃〜１，３０
０℃に加熱してアンモニア化し、次いそれをカーボン鋳
型に充填し、不活性ガス雰囲気中で１，６００〜２，０
００℃、好ましくは１，６００〜１，８００℃の温度範
囲で加熱溶融することからなる製造方法である。
下のとおりである。すなわち、天然結晶質石英粉を例え
ば米国特許第４，９８３，３７０号明細書に記載の純化
法に従って、Ｎａ、Ｋのアルカリ金属元素の各濃度を夫
々０．２ｐｐｍ以下、Ｆｅ元素濃度を０．１ｐｐｍ以
下、Ｍｇ元素濃度を０．０５ｐｐｍ以下、Ｚｒ元素濃度
を０．１ｐｐｍ以下、ＯＨ基濃度を５０〜１００ｐｐ
ｍ、比表面積を０．０１ｍ／ｇ以上に純化処理し、次い
で該純化石英粉を特開昭５ー３４５６３６号公報等に記
載するようにアンモニア雰囲気下で６００℃〜１，３０
０℃に加熱してアンモニア化し、次いそれをカーボン鋳
型に充填し、不活性ガス雰囲気中で１，６００〜２，０
００℃、好ましくは１，６００〜１，８００℃の温度範
囲で加熱溶融することからなる製造方法である。
【００１４】上記製造方法において、石英粉の比表面積
が０．０１〜１００ｍ2／ｇの範囲内にあることにより
アンモニア化が好適に行われる。この際、ＯＨ基濃度を
５０〜１００ｐｐｍとするのがよい。これにより不透明
石英ガラス中の窒素元素濃度を５０〜５００ｐｐｍ、Ｏ
Ｈ基濃度を１０ｐｐｍ以下とすることができる。
が０．０１〜１００ｍ2／ｇの範囲内にあることにより
アンモニア化が好適に行われる。この際、ＯＨ基濃度を
５０〜１００ｐｐｍとするのがよい。これにより不透明
石英ガラス中の窒素元素濃度を５０〜５００ｐｐｍ、Ｏ
Ｈ基濃度を１０ｐｐｍ以下とすることができる。
【００１５】上記アンモニア化処理において処理温度を
６００℃以下とすると反応速度が低過ぎてＯＨ基が残留
してしまう。また、処理温度が１，３００℃を超えると
置換反応によって結合したアンモニア又は窒素含有ガス
が再び遊離し、最終的な含有窒素も減少し耐熱性の向上
がみられない。好ましい反応温度は、８００℃〜１，０
００℃であり、この温度で１〜５時間処理する。
６００℃以下とすると反応速度が低過ぎてＯＨ基が残留
してしまう。また、処理温度が１，３００℃を超えると
置換反応によって結合したアンモニア又は窒素含有ガス
が再び遊離し、最終的な含有窒素も減少し耐熱性の向上
がみられない。好ましい反応温度は、８００℃〜１，０
００℃であり、この温度で１〜５時間処理する。
【００１６】本発明における石英粉の加熱溶融は、不活
性ガス雰囲気中で１，６００〜２，０００℃、好ましく
は１，７００〜１，８００℃の温度範囲で行なわれる。
この温度範囲で行うことにより、アンモニア化石英粉か
らアンモニア又は窒素ガスが遊離し、石英ガラスを発泡
させるとともに、その一部が不透明石英ガラスと反応し
ＳｉーＮ結合やＮＨ基を発生させ、さらに気泡内の活性
なガスである酸素、水素、アンモニアガス等を窒素ガス
で置換させ気泡内のガスの９０％以上を窒素ガスとす
る。前記加熱溶融が、不活性ガス雰囲気以外の雰囲気中
で行われると、微細な独立気泡の発生が見れれず、また
溶融温度が１，６００℃未満では石英粉の溶融が十分に
得られず、ガラス体にクラックが発生する。逆に、溶融
温度が、２，０００℃を超えると溶融が進み過ぎて軟化
し、ガラス体中の気泡が連通し気泡の独立化が低くな
る。加熱溶融炉としては、ＯＨ基の混入の少ない電気溶
融炉、例えば、高純度カーボン、炭化珪素、窒化珪素等
からなる耐熱型又は耐熱ケースを有する抵抗加熱式の減
圧電気炉が良い。
性ガス雰囲気中で１，６００〜２，０００℃、好ましく
は１，７００〜１，８００℃の温度範囲で行なわれる。
この温度範囲で行うことにより、アンモニア化石英粉か
らアンモニア又は窒素ガスが遊離し、石英ガラスを発泡
させるとともに、その一部が不透明石英ガラスと反応し
ＳｉーＮ結合やＮＨ基を発生させ、さらに気泡内の活性
なガスである酸素、水素、アンモニアガス等を窒素ガス
で置換させ気泡内のガスの９０％以上を窒素ガスとす
る。前記加熱溶融が、不活性ガス雰囲気以外の雰囲気中
で行われると、微細な独立気泡の発生が見れれず、また
溶融温度が１，６００℃未満では石英粉の溶融が十分に
得られず、ガラス体にクラックが発生する。逆に、溶融
温度が、２，０００℃を超えると溶融が進み過ぎて軟化
し、ガラス体中の気泡が連通し気泡の独立化が低くな
る。加熱溶融炉としては、ＯＨ基の混入の少ない電気溶
融炉、例えば、高純度カーボン、炭化珪素、窒化珪素等
からなる耐熱型又は耐熱ケースを有する抵抗加熱式の減
圧電気炉が良い。
【００１７】
【実施例】以下に本発明を具体例に従って詳細に説明す
が、各例で使用する原料粉は、表１に示す粒度分布（使
用した石英粉を篩分した際に、メッシュ開口が表中の粒
径欄に示す篩い上に残った重量割合をいう）であるとと
もに、表２に示す純度を有する結晶水晶粉である。
が、各例で使用する原料粉は、表１に示す粒度分布（使
用した石英粉を篩分した際に、メッシュ開口が表中の粒
径欄に示す篩い上に残った重量割合をいう）であるとと
もに、表２に示す純度を有する結晶水晶粉である。
【００１８】
【表１】 注）水晶粉Ａは１８０μｍを超える粒度の粒子を除去し
た結晶粉である。
た結晶粉である。
【００１９】
【表２】
【００２０】また、以下の例中の数値は下記の測定方法
によって測定された値である。 （ｉ）比熱；断熱型連続法で測定した値。 （ｉｉ）熱拡散率；レ−ザ−フラッシュ法で測定した
値。 （ｉｉｉ）熱伝導率；熱線法で測定した値。 （ｉｖ）気泡総断面積；ＤＩＮ５８９２７に準じ、一定
体積の不透明石英ガラスの薄片を透過光で写真に撮り、
含まれる気泡の断面積を総計して、体積１００ｃｍ3当
りの総断面積に換算した値。 （ｖ）泡密度；気泡総断面積の測定法と同様な手法で気
泡の個数を数え、その個数を不透明石英ガラス１ｃｍ3
に換算した値。 （ｖｉ）比重；アルキメデス法により測定した値。 （ｖｉｉ）見掛け粘度；試料を３×１×５０ｍｍの短冊
状に切り出し、ビ−ムベンディング法（２点支持、無荷
重）によって１，２６０℃で１０時間保持した時の変形
量から算出した値。 （ｖｉｉｉ）窒素元素濃度；不活性ガス融解伝導度法に
より測定した値。 （ｉｘ）ＯＨ基濃度；ＦＴーＩＲによる拡散反射スペク
トル法により測定した値。 （ｘ）気泡内ガス量；得られた不透明石英ガラス片を破
壊し、気泡から出てきた気体をガスクロマトグラフ質量
分析法で測定した値。
によって測定された値である。 （ｉ）比熱；断熱型連続法で測定した値。 （ｉｉ）熱拡散率；レ−ザ−フラッシュ法で測定した
値。 （ｉｉｉ）熱伝導率；熱線法で測定した値。 （ｉｖ）気泡総断面積；ＤＩＮ５８９２７に準じ、一定
体積の不透明石英ガラスの薄片を透過光で写真に撮り、
含まれる気泡の断面積を総計して、体積１００ｃｍ3当
りの総断面積に換算した値。 （ｖ）泡密度；気泡総断面積の測定法と同様な手法で気
泡の個数を数え、その個数を不透明石英ガラス１ｃｍ3
に換算した値。 （ｖｉ）比重；アルキメデス法により測定した値。 （ｖｉｉ）見掛け粘度；試料を３×１×５０ｍｍの短冊
状に切り出し、ビ−ムベンディング法（２点支持、無荷
重）によって１，２６０℃で１０時間保持した時の変形
量から算出した値。 （ｖｉｉｉ）窒素元素濃度；不活性ガス融解伝導度法に
より測定した値。 （ｉｘ）ＯＨ基濃度；ＦＴーＩＲによる拡散反射スペク
トル法により測定した値。 （ｘ）気泡内ガス量；得られた不透明石英ガラス片を破
壊し、気泡から出てきた気体をガスクロマトグラフ質量
分析法で測定した値。
【００２１】実施例１ 比表面積が０．１ｍ2／ｇの天然石英結晶粉Ａを石英ガ
ラス管を炉芯管とする電気炉内に設置し、塩化水素／窒
素の５０：５０で１，２００℃にて１時間熱処理し、ア
ルカリ金属及び、鉄、マグネシウム、ジルコニウムの各
元素の純化を行った。この純化水晶粉Ａを再度炉芯管に
入れ、アンモニア／窒素の割合が５０；５０である雰囲
気下で９００℃にて３時間処理しアンモニア化を行っ
た。このアンモニア化結晶粉を内径２００ｍｍφ×高さ
２００ｍｍの高純度グラファイト容器に深さ２００ｍｍ
まで充填し、それを真空炉内に設置し、１０-2Ｔｏｒｒ
以下に真空排気して粒子間に残留していた空気を除去
し、次いで、炉内を窒素で真空破壊し、５ｌ／分の流量
で流しながら、温度を室温から１，２００℃までを２０
℃／分、１，２００℃から１，６３０℃までを６．１４
℃／分、１，６３０から１，７５０℃までを０．３４℃
／分の割合で昇温し、１，７５０℃に５０分保持しガラ
ス化した。ガラス化したところで、炉の通電を停止し自
然冷却した。得られた不透明石英ガラスブロックからサ
ンプルを切り出し、このサンプルについて、熱拡散率、
比熱、熱伝導率、気泡密度、気泡体積、気泡断面積、比
重、見掛け粘度、窒素濃度、ＯＨ基濃度、気泡分布、気
泡内ガス成分分析および赤外域での透過率を測定した。
熱拡散率、比熱、および熱伝導率は表３に、気泡密度、
気泡体積、気泡断面積、比重、見掛け粘度 窒素元素濃
度、およびＯＨ基濃度については表４に、気泡分布につ
いては表５に、気泡内ガス成分分析は表６に示す。さら
に赤外域での透過率を図１で示す。同図から明らかなよ
うに本発明の不透明石英ガラスの赤外線透過率は低く、
遮熱性に優れている。
ラス管を炉芯管とする電気炉内に設置し、塩化水素／窒
素の５０：５０で１，２００℃にて１時間熱処理し、ア
ルカリ金属及び、鉄、マグネシウム、ジルコニウムの各
元素の純化を行った。この純化水晶粉Ａを再度炉芯管に
入れ、アンモニア／窒素の割合が５０；５０である雰囲
気下で９００℃にて３時間処理しアンモニア化を行っ
た。このアンモニア化結晶粉を内径２００ｍｍφ×高さ
２００ｍｍの高純度グラファイト容器に深さ２００ｍｍ
まで充填し、それを真空炉内に設置し、１０-2Ｔｏｒｒ
以下に真空排気して粒子間に残留していた空気を除去
し、次いで、炉内を窒素で真空破壊し、５ｌ／分の流量
で流しながら、温度を室温から１，２００℃までを２０
℃／分、１，２００℃から１，６３０℃までを６．１４
℃／分、１，６３０から１，７５０℃までを０．３４℃
／分の割合で昇温し、１，７５０℃に５０分保持しガラ
ス化した。ガラス化したところで、炉の通電を停止し自
然冷却した。得られた不透明石英ガラスブロックからサ
ンプルを切り出し、このサンプルについて、熱拡散率、
比熱、熱伝導率、気泡密度、気泡体積、気泡断面積、比
重、見掛け粘度、窒素濃度、ＯＨ基濃度、気泡分布、気
泡内ガス成分分析および赤外域での透過率を測定した。
熱拡散率、比熱、および熱伝導率は表３に、気泡密度、
気泡体積、気泡断面積、比重、見掛け粘度 窒素元素濃
度、およびＯＨ基濃度については表４に、気泡分布につ
いては表５に、気泡内ガス成分分析は表６に示す。さら
に赤外域での透過率を図１で示す。同図から明らかなよ
うに本発明の不透明石英ガラスの赤外線透過率は低く、
遮熱性に優れている。
【００２２】
【表３】
【００２３】比較例１ 原料水晶粉の粒度調整を行わず、そのまま実施例１と同
様な条件でアルカリ金属元素の除去処理を行った後、グ
ラファイト容器に充填し、実施例１と同様にして不透明
石英ガラスブロックを製造した。得られた不透明石英ガ
ラスブロックからサンプルを切り出し、実施例１と同様
にその気泡密度、気泡体積、気泡断面積、見掛け粘度、
窒素元素濃度、ＯＨ基濃度、気泡分布、および気泡内成
分を測定した。その結果を表４、５に示す。また、赤外
域での透過率を調べそれを図１に示す。同図から明らか
なように赤外線の透過率の低下が認められなかった。
様な条件でアルカリ金属元素の除去処理を行った後、グ
ラファイト容器に充填し、実施例１と同様にして不透明
石英ガラスブロックを製造した。得られた不透明石英ガ
ラスブロックからサンプルを切り出し、実施例１と同様
にその気泡密度、気泡体積、気泡断面積、見掛け粘度、
窒素元素濃度、ＯＨ基濃度、気泡分布、および気泡内成
分を測定した。その結果を表４、５に示す。また、赤外
域での透過率を調べそれを図１に示す。同図から明らか
なように赤外線の透過率の低下が認められなかった。
【００２４】比較例２ アルカリ金属元素除去処理した水晶粉Ａをそのままグラ
ファイト型に充填し、実施例１と同様な条件で溶融ガラ
ス化して不透明石英ガラスを得た。その不透明石英ガラ
スブロックからサンプルを作成し、実施例１と同様にそ
の気泡密度、気泡体積、気泡断面積、見掛け粘度、窒素
元素濃度、ＯＨ基濃度、気泡分布、および気泡内成分を
測定した。その結果を表４、５に示す。また、赤外域で
の透過率を調べそれを図１に示す。同図から明らかなよ
うに赤外線の透過率の低下が認められなかった。
ファイト型に充填し、実施例１と同様な条件で溶融ガラ
ス化して不透明石英ガラスを得た。その不透明石英ガラ
スブロックからサンプルを作成し、実施例１と同様にそ
の気泡密度、気泡体積、気泡断面積、見掛け粘度、窒素
元素濃度、ＯＨ基濃度、気泡分布、および気泡内成分を
測定した。その結果を表４、５に示す。また、赤外域で
の透過率を調べそれを図１に示す。同図から明らかなよ
うに赤外線の透過率の低下が認められなかった。
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】上記表３から明らかなように本発明の不透
明石英ガラスは、熱伝導が低く断熱性に優れてり、粒度
の最大径を１０３μｍ以上２１２μｍ以下の範囲に調整
した水晶粉にアルカリ除去処理を施した不透明石英ガラ
スは粒度調整しない比較例１、粒度調整してもアンモニ
ア処理しない比較例２の不透明石英ガラスに比して気泡
体積がほぼ同じであるが気泡密度および不透明石英ガラ
ス１００ｃｍ3当りの気泡総断面積が大きくなり、遮熱
効果が大きく、また高温粘度も高く、耐熱性に優れてい
ることがわかる。
明石英ガラスは、熱伝導が低く断熱性に優れてり、粒度
の最大径を１０３μｍ以上２１２μｍ以下の範囲に調整
した水晶粉にアルカリ除去処理を施した不透明石英ガラ
スは粒度調整しない比較例１、粒度調整してもアンモニ
ア処理しない比較例２の不透明石英ガラスに比して気泡
体積がほぼ同じであるが気泡密度および不透明石英ガラ
ス１００ｃｍ3当りの気泡総断面積が大きくなり、遮熱
効果が大きく、また高温粘度も高く、耐熱性に優れてい
ることがわかる。
【００２８】さらに、表５に示すように本発明の不透明
石英ガラスはその気泡分布が比較例の不透明石英ガラス
の気泡分布に比べて均一である。
石英ガラスはその気泡分布が比較例の不透明石英ガラス
の気泡分布に比べて均一である。
【００２９】上記各実施例１および比較例１〜２の不透
明石英ガラス片を破壊し、気泡からでてきた気体をガス
クロマトグラフ質量分析計で分析したところ、表６のと
おり本発明の不透明石英ガラスの気泡中のガスは殆ど窒
素で置換されてた。
明石英ガラス片を破壊し、気泡からでてきた気体をガス
クロマトグラフ質量分析計で分析したところ、表６のと
おり本発明の不透明石英ガラスの気泡中のガスは殆ど窒
素で置換されてた。
【００３０】
【表６】
【００３１】
【発明の効果】本発明の不透明石英ガラスは、気泡密度
および気泡総断面積が大きく、しかも径の小さい気泡が
均一に分散しており、その１，２６０℃における見掛け
粘度も１２．８ポアズ以上と高く、耐熱性、赤外線散乱
および遮熱性に優れた不透明石英ガラスである。この不
透明石英ガラスを用いて作成した遮熱材はシリコンウエ
ハ−の熱処理時のように１，０００℃を越える熱処理で
あっても熱変形することがなく、十分な赤外線散乱およ
び遮熱性を保持する。
および気泡総断面積が大きく、しかも径の小さい気泡が
均一に分散しており、その１，２６０℃における見掛け
粘度も１２．８ポアズ以上と高く、耐熱性、赤外線散乱
および遮熱性に優れた不透明石英ガラスである。この不
透明石英ガラスを用いて作成した遮熱材はシリコンウエ
ハ−の熱処理時のように１，０００℃を越える熱処理で
あっても熱変形することがなく、十分な赤外線散乱およ
び遮熱性を保持する。
【図１】本発明の不透明石英ガラスの赤外線透過率を示
す。
す。
Claims (4)
- 【請求項１】 気泡直径が１０〜１６０μｍ、気泡密度
が１００，０００〜６００，０００個／ｃｍ3、気泡総
体積が３〜１０％の独立気泡を有し、かつ石英ガラス基
質中の窒素元素濃度が５０〜５００ｐｐｍで比重が２．
０８〜２．１８であることを特徴とする不透明石英ガラ
ス。 - 【請求項２】 不透明石英ガラス中に含まれるナトリウ
ム元素、カリウム元素の各濃度が夫々０．２ｐｐｍ以
下、ＯＨ基濃度が１０ｐｐｍ以下、鉄元素濃度が０．１
ｐｐｍ、マグネシウム元素濃度が０．０５ｐｐｍ以下、
ジルコニウム元素濃度が０．１ｐｐｍ以下で、かつ３，
４００ｃｍー1付近に吸収帯を有することを特徴とする請
求項１記載の高純度不透明石英ガラス。 - 【請求項３】 １，２６０℃における粘度が１０12.8ポ
アズ以上で、気泡内ガス成分の９０％以上が窒素ガスで
あることを特徴とする請求項１記載の高純度不透明石英
ガラス。 - 【請求項４】 比表面積が０．０１〜１００ｍ2／ｇで
ある結晶質石英粉をアンモニア雰囲気中で６００〜１，
３００℃の温度範囲に加熱しアンモニア化を行ったの
ち、該アンモニア化石英粉を不活性ガス雰囲気下で１，
６００〜２，０００℃で加熱溶融することを特徴とする
不透明石英ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11184794A JP3368547B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 不透明石英ガラスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11184794A JP3368547B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 不透明石英ガラスおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07300341A true JPH07300341A (ja) | 1995-11-14 |
| JP3368547B2 JP3368547B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=14571663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11184794A Expired - Fee Related JP3368547B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 不透明石英ガラスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368547B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997030000A1 (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-21 | Tsl Group Plc | Opaque quartz glass product and method of manufacture |
| EP0816297A1 (en) * | 1996-07-04 | 1998-01-07 | Tosoh Corporation | Opaque quartz glass and process for production thereof |
| JPH1053499A (ja) * | 1996-08-07 | 1998-02-24 | Yamagata Shinetsu Sekiei:Kk | ウエーハ熱処理装置及びそのウエーハ装填方法 |
| US6133178A (en) * | 1997-12-03 | 2000-10-17 | Tosoh Corporation | High purity transparent silica glass |
| WO2001046079A1 (de) * | 1999-12-22 | 2001-06-28 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | VERFAHREN FÜR DIE HERSTELLUNG VON OPAKEM QUARZGLAS, FÜR DIE DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS GEEIGNETES SiO2-GRANULAT UND BAUTEIL AUS OPAKEM QUARZGLAS |
| US6312775B1 (en) | 1997-10-16 | 2001-11-06 | Tosoh Quartz Corporation | Opaque silica glass article having transparent portion and process for producing same |
| JP2001354438A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-12-25 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | 不透明合成石英ガラスから作られる部材の製造法と、この方法によって製造される石英ガラス管 |
| US6405563B1 (en) | 1997-10-16 | 2002-06-18 | Tosoh Corporation | Opaque silica glass article having transparent portion and process for producing same |
| EP1580170A1 (en) * | 2002-11-29 | 2005-09-28 | Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. | Method for producing synthetic quartz glass and synthetic quartz glass article |
| WO2006040878A1 (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-20 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 単結晶製造装置 |
| JP2010024137A (ja) * | 2008-07-19 | 2010-02-04 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co Kg | 窒素ドープした石英ガラスルツボおよびそのようなルツボの製造方法 |
| CN114735711A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-12 | 江苏泓顺硅基半导体科技有限公司 | 一种高纯石英砂生产用二氧化硅晶体转换设备 |
-
1994
- 1994-04-28 JP JP11184794A patent/JP3368547B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2000504668A (ja) * | 1996-02-15 | 2000-04-18 | ティーエスエル グループ パブリック リミティド カンパニー | 不透明石英ガラス製品および製造方法 |
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| KR100716485B1 (ko) * | 1999-12-22 | 2007-05-10 | 헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 ＆ 컴파니 케이지 | 불투명 석영유리의 제조 방법, 이 방법을 실행하기에적합한 ｓｉｏ2 과립재료 및 불투명 석영유리로 이루어진물품 |
| WO2001046079A1 (de) * | 1999-12-22 | 2001-06-28 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | VERFAHREN FÜR DIE HERSTELLUNG VON OPAKEM QUARZGLAS, FÜR DIE DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS GEEIGNETES SiO2-GRANULAT UND BAUTEIL AUS OPAKEM QUARZGLAS |
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| EP1580170A1 (en) * | 2002-11-29 | 2005-09-28 | Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. | Method for producing synthetic quartz glass and synthetic quartz glass article |
| EP1580170A4 (en) * | 2002-11-29 | 2011-12-28 | Shinetsu Quartz Prod | METHOD FOR THE PRODUCTION OF SYNTHETIC QUARTZ GLASS AND ARTICLES FROM SYNTHETIC QUARTZ GLASS |
| WO2006040878A1 (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-20 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 単結晶製造装置 |
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|---|---|
| JP3368547B2 (ja) | 2003-01-20 |
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