JPH09208256A - 導電性石英ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温・酸化性雰囲気で使用しても導電性が失
われない緻密な、かつ大型の導電性ガラスを提供する。 【構成】 シリコンアルコキシドの部分縮重合物を溶
媒、樹脂及び塩の存在下で、塩基触媒を用いて加水分解
して調製したゾルをゲル化し、乾燥して乾燥ゲルとし、
７００−１３００℃の温度で焼成して多孔質ガラス体と
し、この多孔質ガラス体に樹脂溶液を含浸させ、乾燥し
た後、無酸素雰囲気中で加熱、ガラス化することによ
り、高温・酸化雰囲気中での使用に耐え、かつ大形の導
電性ガラスを製造した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造用治具
等に好適に使用できる導電性を有する石英ガラスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】石英ガラスは高純度、低熱膨張、耐熱衝
撃性、耐熱性、耐薬品性を有することから、半導体製造
用治具の材料として多用されている。しかし、低い電気
伝導度を有するため、静電気を発生しやすく、このた
め、石英ガラスに帯電した静電気によって半導体素子が
破壊されるという問題があった。また、導電性を必要と
する用途には使用できないという制限があった。

【０００３】石英ガラスに導電性を付与することを目的
として、多孔質ガラス体にカーボンブラックを含有する
塗料を含浸させたり、あるいは炭素微粉末を灯油、有機
溶剤、水等に分散させたものを含浸させ、これを加熱、
乾燥、炭化処理してガラス中に炭素を析出させ、導電性
を発現させることが提案されている。また、高城等は残
留有機物の量を調製した湿潤ゲルを無酸素雰囲気中で加
熱することにより炭素をガラス中に含有させ、ガラスに
導電性を発現させることを提案している（特開平２−２
３９１２２号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、提案された方
法で作製される導電性ガラスはいずれも多孔質体であ
り、石英ガラスの特長が活かされる高温で使用した場
合、炭素が酸化によって消失し、導電性が失われるとい
う問題があった。また、湿潤ゲルを用いた場合、大形の
導電性ガラスを得ることが困難であるという問題があっ
た。本発明は、高温・酸化性雰囲気で使用しても導電性
が失われない緻密な、かつ大形の導電性石英ガラスを提
供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリコンアル
コキシドの部分縮重合物を樹脂、溶媒及び塩の存在下で
塩基触媒を用いて加水分解してゾルとし、ゲル化し、乾
燥して得た乾燥ゲルを７００−１３００℃の温度で焼成
して多孔質ガラスとし、この多孔質ガラス体に樹脂溶液
を含浸し、乾燥した後、無酸素雰囲気中で加熱、ガラス
化することによって製造される１０¹¹Ω以下の電気伝導
度を有する導電性石英ガラスである。

【０００６】本発明者は、上記課題を解決する導電性ガ
ラスの製造方法を検討した結果、シリコンアルコキシド
の部分縮重合物を溶媒、樹脂及び塩の存在下で、塩基触
媒を用いて加水分解して調製したゾルをゲル化し、乾燥
して乾燥ゲルとし、７００−１３００℃の温度で焼成し
て多孔質ガラス体とし、この多孔質ガラス体に樹脂溶液
を含浸させ、乾燥した後、無酸素雰囲気中で加熱、ガラ
ス化することにより、高温・酸化雰囲気中での使用に耐
え、かつ大形の導電性ガラスを製造することが出来るこ
とを見出し、本発明を完成させた。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明で使用するシリコンアルコ
キシドの部分縮重合物としては、シリコンテトラメトキ
シド、シリコンテトラメトキシド、シリコンテトラプロ
ポキシドなどの部分縮重合物が使用できるが、原料コス
ト及び得られる導電性ガラスの大形化が容易であるとい
う点から、シリコンテトラメトキシドの部分縮重合物を
用いることが好ましい。

【０００８】本発明で使用する溶媒としては、メタノー
ル、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒ
ドロフルフリルアルコール等の高沸点溶媒の混合溶媒の
使用が導電性ガラスの大形化を図る上で好ましい。

【０００９】本発明で使用する樹脂としては、ポリ酢酸
ビニル、ポリエチレングリコール及びその誘導体、ヒド
ロキシプロピルセルロースなどが使用できる。

【００１０】本発明で使用する塩としては、水酸化アン
モニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テ
トラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモ
ニウム、水酸化トリメチルエチルアンモニウム（コリ
ン）などの塩基と硝酸、塩酸などの酸との塩が使用でき
る。

【００１１】本発明で使用する塩基触媒としては、水酸
化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアン
モニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テ
トラプロピルアンモニウム、水酸化トリメチルエチルア
ンモニウム（コリン）が使用できる。

【００１２】以上の成分を用いて調製したゾルを容器に
注入し、静置してゲル化し、乾燥して乾燥ゲルを作製す
る。ゲルの乾燥には、公知のガス透過性フイルムを用い
る方法、またピンホールを用いる方法のいずれも使用で
きる。

【００１３】次いで、作製した乾燥ゲルを７００−１３
００℃の温度で焼成して多孔質ガラス体とし、これに樹
脂溶液を含浸させ、乾燥した後、無酸素雰囲気中で１３
００−１５００℃の温度で加熱することにより、シリカ
と炭素との緻密な複合体とすることができる。乾燥ゲル
を多孔質ガラス体とする温度は、７００℃未満では多孔
質ガラス体の強度が低く、樹脂溶液含浸作業中に多孔質
体が破壊されるので好ましくない。一方、１３００℃を
越えると多孔質体の緻密化が進み、樹脂含浸が困難とな
るので好ましくない。樹脂としては、熱分解後に残留す
る炭素分が大きいものであれば基本的にはどのようなも
のでも用いることが出来るが、フエノール系、フラン
系、エポキシ系、セルローズ系、ポリアクリロニトリル
系、ポリビニルアルコール系樹脂などが使用できる。こ
れらの樹脂を溶解する溶媒は、樹脂を溶解できる溶媒で
あれば基本的にどのようなものでも使用できる。含浸の
際には、真空、加圧など公知の方法を使用できるし、含
浸作業は適正な炭素含有量、結果として完全な炭化珪素
化を実現するため複数回繰り返してもよい。樹脂を含浸
させた多孔質ガラス体を加熱し、緻密化する温度は１３
００−１５００℃であることが好ましい。１３００℃未
満の温度では、得られる導電性シリカ／炭素複合体の緻
密化が不十分となり、導電性シリカ／炭素複合体を高温
・酸化雰囲気で使用した場合、炭素の酸化が起こりやす
く、導電性の低下が生じ易い。樹脂を含浸させた多孔質
ガラス体を焼成する際に使用する無酸素雰囲気として
は、窒素、アルゴン、ヘリウム、真空などが使用でき
る。

【００１４】

【実施例】

実施例１ シリコンテトラメトキシドの部分縮重合物１００重量
部、メタノール５００重量部、ジメチルホルムアミド３
６０重量部、テトラヒドロフルフリルアルコール２６６
重量部、ポリ酢酸ビニル（重合度：１８００）２．５重
量部を混合した。これに１Ｍ硝酸コリン水溶液をシリコ
ンテトラメトキシドの部分縮重合物１００ｇ当たり５ｘ
１０^-4ｍｏｌ添加し、さらに１Ｍコリンメタノール溶液
をシリコンテトラメトキシドの部分縮重合物１００ｇ当
たり１．２ｘ１０^-4ｍｏｌ添加し、ついで溶液を攪拌し
ながら水３９０重量部を滴下し、さらに攪拌を行ってゾ
ルを調製した。得られたゾル４．５ｋｇをテフロンコー
テイングした４８０ｍｍ角のステンレス製容器に注入
し、直径１ｍｍのピンホールを２個開けた蓋をした。容
器を静置してゾルをゲル化した後、５０℃から１８０℃
の温度まで徐々に加熱してゲルを乾燥させた。乾燥時間
は約１０日とした。得られた乾燥ゲルを窒素雰囲気中で
１０００℃まで加熱し、１時間保持して多孔質ガラス体
を得た。多孔質ガラス体をパレット（５００ｍｍ角）に
入れ、真空デシケーター中で排気した後、ノボラック型
フエノール樹脂のメタノール溶液をパレットに注入し、
多孔質ガラス体に樹脂を含浸させ、ついで多孔質体中の
溶媒を乾燥した。得られた樹脂含浸多孔質ガラス体を窒
素雰囲気中で１０００℃まで加熱し、ついで雰囲気をヘ
リウムに変えて１４５０℃まで昇温し、２時間保持して
緻密化を行った。こうして約２２０ｍｍ角、厚さ８ｍｍ
の割れのない緻密なシリカと炭素が複合化したガラスを
得た。選られたシリカ／炭素複合ガラスの電気抵抗を測
定したところ、１０⁸Ωであった。

【００１５】実施例２ 実施例１と同様にして作製した多孔質ガラス体をパレッ
ト（５００ｍｍ角）に入れ、真空デシケーター中で排気
した後、フラン樹脂のメタノール溶液をパレットに注入
し、多孔質ガラス体に樹脂を含浸させ、ついで多孔質体
中の溶媒を乾燥した。得られた樹脂含浸多孔質ガラス体
を実施例１と同様にして焼成、緻密化したところ、割れ
のない緻密なシリカと炭素が複合化したガラスが得られ
た。得られたシリカ／炭素複合ガラスの電気抵抗を測定
したところ、１０⁸Ωであった。

【００１６】比較例 実施例１と同様にして作製した乾燥ゲルを窒素雰囲気中
１０００℃まで昇温し、ついで雰囲気をヘリウムに変え
て１４５０℃まで昇温し、２時間保持して緻密化を行っ
た。得られたガラスは黒色で炭素を含有した石英ガラス
であるが、電気抵抗を測定したところ１０¹³Ωであり、
絶縁体であった。

【０００】

【発明の効果】本発明によれば、高温酸化雰囲気での使
用に耐えられる緻密かつ大形のシリカ／炭素複合導電性
ガラスが容易に得られる。得られた導電性ガラスは、高
純度、低熱膨張、高耐熱衝撃性、耐薬品性などの石英ガ
ラスの優れた特長を有し、かつ導電性を有することか
ら、半導体製造用治具の中の静電気を嫌う製品の材料と
して好適に使用でき、また本発明によればガラス中の炭
素含有量を制御することにより導電性を制御することが
可能であるため、適当な導電性を付与することにより静
電チャック、エッチング電極、発熱体などの用途にも適
用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺崎 裕樹 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンアルコキシドの部分縮重合物を
   樹脂、溶媒及び塩の存在下で塩基触媒を用いて加水分解
   してゾルとし、ゲル化し、乾燥して得た乾燥ゲルを７０
   ０−１３００℃の温度で焼成して多孔質ガラスとし、こ
   の多孔質ガラス体に樹脂溶液を含浸し、乾燥した後、無
   酸素雰囲気中で加熱、ガラス化することによって製造さ
   れる１０¹¹Ω以下の電気伝導度を有する導電性石英ガラ
   ス。