JPH11236234A - 不透明石英ガラスリングの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気泡が均一に分散され、高温粘性及び熱遮断性
に優れた、半導体製造における各種加熱処理装置の炉芯
管のフランジ部の素材として有用な不透明石英ガラスリ
ングを容易に製造する方法を提供する。 【解決の手段】型内の空間がリング状である耐熱性の型
に平均粒子径１０〜５００μｍの結晶質シリカ粉末と前
記結晶質シリカ粉末１００重量部に対して窒化ケイ素粉
末０．００１〜０．０５重量部との混合粉末を充填した
後電気炉に設置し、その後真空雰囲気下で前記混合粉末
を室温から加熱する昇温過程において、少なくとも１回
１４００℃以上１６５０℃以下の温度で１時間以上保持
し、次に前記混合粉末が溶融する温度以上１９００℃以
下の温度にて加熱しガラス化させる不透明石英ガラスリ
ングの製造方法を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱遮断性に優れた
不透明石英ガラスリングに関し、特に半導体製造分野で
使用される各種加熱処理装置の炉芯管のフランジ部、例
えばシリコンウエハーの熱処理用加熱炉の炉芯管のフラ
ンジ部の素材として有用な不透明石英ガラスリングの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハーの熱処理用加熱炉とし
て、例えば図１に示すような構造のものが従来使用され
ている。この加熱炉は、発熱体１と、炉芯管２と、シリ
コンウエハー３を支持するボート４と、保温筒５と、基
台６を有する。炉芯管２の下部にはフランジ９が設けら
れている。フランジ９は不透明石英ガラス製であり、透
明石英ガラス製の炉芯管２と酸水素炎による溶接により
一体に接合される。フランジ９は熱遮断材として作用
し、耐熱性に劣るパッキン７や基台６への熱の伝播を抑
制している。またパッキン７を介してフランジ９と基台
６とのシールにより炉芯管内は所定の雰囲気に保たれ
る。

【０００３】このような用途における不透明石英ガラス
の熱遮断性とは、主に熱線による輻射熱として伝わる熱
を遮断する性能のことであり、微細な気泡を多量にかつ
均一に含む不透明石英ガラスほどその性能は高い。

【０００４】従来の不透明石英ガラスの製造方法は、硅
酸質原料粉末を加熱溶融しガラス化する方法であり、そ
の加熱溶融の方式として、アルゴン−酸素プラズマ炎、
酸水素炎などの火炎中で溶融させるベルヌーイ法、ある
いは容器に充填し真空下で加熱溶融する真空溶融法など
がある。不透明石英ガラスの原料としては、従来より、
天然の硅石または低品位の水晶が用いられている。これ
らの原料中には多数の微細な気泡が包含されており、原
料が溶融されたとき、気泡はそのままガラス中に残留
し、不透明石英ガラスが得られる。

【０００５】近年、半導体分野においてＬＳＩの高集積
化が進むに伴い、使用する原材料に対する高純度化の要
求が厳しくなり、従来は低純度品が使用されていた分野
においても、高純度品が求められ始めた。その代表的な
分野がシリコンウエハー熱処理用加熱炉等に用いられて
いる炉芯管のフランジ部であり、その素材として、不透
明でかつ高純度の石英ガラスリング、すなわち高純度不
透明石英ガラスリングの供給が望まれていた。しかしな
がら、従来から用いられている不透明石英ガラス製造用
の天然原料は、微細な気泡と共に多量の不純物を含有し
ており、これらの不純物を除去することは極めて困難で
あって、精製による高純度化は不可能であるといわれて
いる。一方、比較的高純度の水晶は、結晶中に存在する
気泡、特に微細気泡の量が少ないために溶融しても不透
明度が高まらず、得られた石英ガラスは半透明なものに
なるに過ぎないという問題点があった。

【０００６】その改良方法として、アルカリ金属、アル
カリ土類金属、Ｆｅ、Ａｌの各元素の含有量が低く、多
数の微細気泡を包含し、気化性成分としてシラノール基
を特定の範囲で均一に含有した高純度の非晶質シリカを
火炎溶融することによる方法が提案されている（特開平
６−２４７７１号）。しかしながら、この方法によれ
ば、ＩＣ封止材用シリカフィラーやシリカガラス粉製造
用の母材インゴットのような簡単な形状の石英ガラス製
品しか直接製造できず、リング状のような異形の石英ガ
ラス製品を製造するには、多大な削り出し等の後加工が
必要となり、石英ガラスの利用率が低くなり、結果とし
て製造コストの上昇を招くという問題点があった。

【０００７】また、別の不透明石英ガラスの製造方法と
して、高純度に精製された結晶質シリカ粉末を、あるい
はこれをアンモニア雰囲気中で加熱してアンモニア化し
た結晶質シリカ粉末を、耐熱性型に充填し不活性ガス雰
囲気下で加熱溶融する製造法により、気泡の径は小さく
するが、気泡の数量を多くし、不透明石英ガラスの単位
体積あたりの気泡総断面積を大きくして、断熱性が向上
した不透明石英ガラスの製造方法が提案されている（特
開平７−６１８２７号公報、特開平７−３００３４１号
公報）。しかしながら、この方法では、耐熱性型の空間
形状を適宜選択することによりリング状のような異形の
石英ガラス製品の製造が可能となるが、不透明石英ガラ
スの密度、気泡径、気泡量は原料粉末の粒子径、耐熱性
型に充填した時の充填状態に非常に敏感に反応するため
に再現性良く気泡制御することが容易ではなく、表面と
内部で気泡径や気泡量が大きく異なるなどの問題があっ
た。

【０００８】他の不透明石英ガラスの製造方法として
は、硅石、硅砂、α−クォーツ、クリストバライトなど
の硅酸質原料粉末に、発泡剤として炭素、窒化ケイ素な
どの微粉末を添加して加熱溶融する方法が提案されてい
る（例えば、特開平４−６５３２８号公報）。しかしな
がら、この方法では前記手法のような気泡状態や純度に
関する問題は回避し得るが、酸水素炎で溶融するため
に、得られるガラスにＯＨ基が取り込まれやすくなって
高温での粘性が低下し、高温で長時間使用する半導体製
造の用途には不利となり、また、火炎溶融法であること
から直接にはコラム状のような簡単な形状のガラス塊し
か得られず、リング状のような異形のガラス製品を得る
には多大な後加工が必要となりコスト的にも不利になっ
てしまうという課題を有していた。

【０００９】このように、上記記載のいずれの先行技術
においても、各々未だに解決されない課題を有してい
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本願発明はこれらの課
題を解決することを目的としてなされたものであり、気
泡が均一に分散され、高温粘性及び熱遮断性に優れた、
半導体製造における各種加熱処理装置の炉芯管のフラン
ジ部の素材として有用な不透明石英ガラスリングを容易
に製造する方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、上記の硅石、硅
砂、α−クォーツ、クリストバライトなどの硅酸質原料
粉末に、発泡剤として炭素、窒化ケイ素などの微粉末を
添加して加熱溶融する方法（特開平４−６５３２８号公
報）と類似の方法を採用し、原料粉末として結晶質シリ
カ粉末に結晶質シリカ粉末１００重量部に対して０．０
０１〜０．０５重量部の窒化ケイ素粉末を混合したもの
を用い、図２に示すような型内の空間がリング状である
耐熱性型を用い、その型内に原料粉末を充填した後電気
炉に設置し、その後真空雰囲気下で前記混合粉末を室温
から加熱する昇温過程において、少なくとも１回１４０
０℃以上１６５０℃以下の温度で１時間以上保持し、次
に前記混合粉末が溶融する温度以上１９００℃以下の温
度にて加熱しガラス化させる製造方法を採用することに
より、以下の知見を見出だし本発明を完成するに至っ
た。

【００１２】１）混合粉末として結晶質シリカ粉末に所
定量の窒化ケイ素粉末を分散混合させ真空雰囲気下でそ
れを溶融させて発生する気泡径及び気泡量を制御するた
めに、得られるガラスリング内に気泡が均一に分散さ
れ、熱遮断性に優れている。

【００１３】２）昇温過程において少なくとも１回１４
００℃以上１６５０℃以下の温度で１時間以上保持する
ことにより、結晶質シリカ粉末に由来する昇華ガスが型
より外へ排出されるためにガラス中心部に空洞や大気泡
の群落のない不透明石英ガラスリングが得られる。

【００１４】３）原料を加熱溶融させる際にＯＨ基を取
り込むものではなく、また、ＯＨ基が揮散しうるのでＯ
Ｈ基の含有量を低くすることができ、得られる不透明石
英ガラスは高温粘性に優れたものとなる。

【００１５】４）型内の空間がリング状の耐熱性の型を
用いて製造するため、製造中のガラスの変形が極めて小
さくなって目的の寸法に近いリング状ガラス体を直接製
造することが可能となる。

【００１６】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１７】［１］出発原料 原料としては、結晶質シリカ粉末と窒化ケイ素粉末とに
より得られる粉末（以下、この結晶質シリカ粉末と窒化
ケイ素粉末とが混合された粉末を単に「混合粉末」とい
う）が用いられる。

【００１８】（ａ）結晶質シリカ粉末 結晶質シリカ粉末としては高純度の水晶粉末を用いるこ
とが好ましい。その理由は、結晶質シリカ粉末としては
水晶粉末の他にクリストバライト粉末も挙げられるが、
クリストバライト粉末の真密度は２．３ｇ／ｃｍ³であ
るのに対し水晶粉末の真密度は２．６ｇ／ｃｍ³である
ので、混合粉末が不透明石英ガラスに変態するまでの寸
法収縮が、水晶粉末の場合ではクリストバライト粉末の
場合に比べ小さくなり、変形が極めて少ないリング状ガ
ラスを得ることができるからである。

【００１９】この水晶粉末としては、その含有金属不純
物として少なくともＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅが各々
独立して１ｐｐｍ以下とした高純度水晶粉末を用いるこ
とが好ましい。この理由としては、本発明の方法により
得られる不透明石英ガラスリングがフランジとして実装
置に組み込まれて高温に晒された時、蒸気圧の高い不純
物が飛散して汚染物の発生源となったり、不透明石英ガ
ラス自体が一部結晶化して破損しやすくなったり、着色
してしまったりするのを避けるためである。このような
水晶粉末を得るには、天然水晶をフッ酸処理する方法な
どが有効である。また、他に含有しうる金属不純物もそ
の含有量が少ないことが望ましい。

【００２０】結晶質シリカ粉末の平均粒子径としては、
耐熱性の型に充填しやすいように流動性を付与すること
が必要であり、そのために１０〜５００μｍの範囲が好
ましい。平均粒子径が１０μｍ未満の場合では粉末の流
動性が低下し均一に粉末を充填することが困難となり、
５００μｍを越える場合では粒子間の空隙が大きくなり
３００μｍ以上の巨大な気泡が発生する原因となる。

【００２１】（ｂ）窒化ケイ素粉末 窒化ケイ素粉末としては、四塩化ケイ素、シリコン、シ
リカ等を原料とし、それらを窒化することにより得られ
る高純度のものを使用することが好ましい。この理由と
しては、本発明の方法により得られる不透明石英ガラス
リングがフランジとして実装置に組み込まれて高温に晒
された時、蒸気圧の高い不純物が飛散して汚染物の発生
源となったり、不透明石英ガラス自体が一部結晶化して
破損しやすくなったり、着色してしまったりするのを避
けるためである。

【００２２】また、窒化ケイ素粉末の量としては、結晶
質シリカ粉末１００重量部に対して窒化ケイ素粉末０．
００１〜０．０５重量部である。０．００１重量部未満
では発泡による気泡の生成量が少なくなり充分な熱遮断
性が得られず、０．０５重量部を越える場合には発泡に
よる気泡が粗大化して得られる不透明石英ガラスリング
の機械強度を低下させるため好ましくない。

【００２３】窒化ケイ素粉末の平均粒子径としては、
０．１〜１μｍであることが好ましく、０．１〜０．５
μｍであることがさらに好ましい。この理由は、平均粒
子径がこの範囲にあれば、気泡が粗大化したり、気泡量
が激減してしまうこともなく、さらに、粉末が凝集して
シリカ粉末との混合において均一に混合できなくなるの
を避けるためである。

【００２４】［２］混合分散 原料粉末を調製するために結晶質シリカ粉末と窒化ケイ
素粉末を混合して混合粉末を得る。

【００２５】この混合粉末中の窒化ケイ素粉末の分散性
を良好にするために分散媒を用いる方法が好ましく用い
られる。分散媒としては、例えば、水や、エタノール、
メタノールなどのアルコール等が例示できる。また、窒
化ケイ素粉末の混合粉末中における分散性をさらに良好
にするために、必要に応じて超音波発生器などにより振
動を与えつつ分散させてもよい。

【００２６】［３］耐熱性型への充填 次に、図２に示されるような型内の空間がリング状であ
る耐熱性型を用い、その型内に［２］の工程で得られた
混合粉末を充填する。

【００２７】使用される耐熱性の型としては、本発明の
方法において実施される加熱温度において耐熱性を有
し、加熱工程中に原料を変質させないようなものであれ
ばその材質は特に限定されるものでなく、例えば、シリ
カと反応しにくい性質を有するカーボン、窒化ホウ素、
炭化ケイ素等が好ましく用いられる。

【００２８】さらに耐熱性型内の内面と原料との滑りを
良好にするためにカーボンフェルトやカーボンペーパー
等を用いて、充填及び加熱を実施することが好ましい。
また、この時の混合粉末の充填密度としては、耐熱性の
型に均一に充填するために１．０〜１．８ｇ／ｃｍ³が
好ましい。

【００２９】［４］ガラス化及び気泡生成 混合粉末中の結晶質シリカを溶融し、かつ窒化ケイ素を
完全に分解、発泡させて不透明石英ガラスとするため
に、耐熱性型内に充填した混合粉末を加熱する。

【００３０】この加熱処理において用いられる電気炉と
しては、混合粉末をガラス状態とするに要する加熱能力
を有し、炉内を真空雰囲気及び不活性ガス雰囲気にする
ことができるものであれば特に限定されるものではな
い。

【００３１】ここで、加熱にあたっては室温より昇温し
混合粉末が溶融させることとなるが、まず加熱昇温過程
において少なくとも１回１４００℃以上１６５０℃以下
の範囲で１時間以上保持する処理（以下、この処理を単
に「加熱処理１」という）と、加熱処理１の後に混合粉
末が溶融しうる温度以上１９００℃以下の温度に加熱す
る処理（以下、この処理を単に「加熱処理２」という）
とを行う。

【００３２】ここで、加熱昇温過程においては、混合粉
末充填体が開気孔状態から閉気孔状態に転じ、さらに溶
融するまで真空雰囲気とすることが好ましく、その真空
度は５０ｍｍＨｇ以下、さらに１０ｍｍＨｇ以下である
ことが好ましい。この理由としては、不透明石英ガラス
中においては、主に混合粉末中の窒化ケイ素と結晶質シ
リカとの反応により生成する固溶窒素の脱離ガス、及び
分解ガスを気泡として存在させることにより気泡をガラ
ス中に均一に分布させることができるからである。

【００３３】加熱処理１では加熱昇温過程において少な
くとも１回１４００℃以上１６５０℃以下のいずれかの
温度にて１時間以上保持することが好ましい。この理由
は、この温度範囲で混合粉末充填体の表面から徐々に焼
結が開始し開気孔状態から閉気孔状態に転じていくが、
この温度範囲内で保持を行わずに昇温すると表面側と中
心側では大きな温度差が生じるため、表面側が閉気孔状
態であるが中心側では開気孔状態になってしまい、加え
てこの温度範囲から結晶質シリカの昇華が開始するが、
中心側で発生した結晶質シリカの昇華ガスは表面側が閉
気孔状態であるために中心側に閉じ込められ、その状態
のまま昇温されると得られたガラスの中心側に空洞や大
気泡の群落が発生してしまうからである。

【００３４】続いて加熱処理２を行うが、その際の加熱
温度としては、混合粉末が溶融しうる温度以上１９００
℃以下の温度が好ましい。ここで、混合粉末が溶融しう
る温度とは、水晶がクリストバライトに転移していると
常圧ではクリストバライトの融点である１７１３℃とな
るが、この転移は生じにくいため、溶融温度はこの温度
より低くなり、通常、１７００℃程度である。この混合
粉末を溶融しうる温度より低い温度で加熱した場合、混
合粉末が溶融せず、また、１９００℃を越える温度で加
熱すると、気泡が粗大化するために得られるガラスリン
グの密度は低下し、リングをフランジに機械加工する際
に必要な機械的強度が得られないため好ましくない。

【００３５】加熱処理２の加熱処理時間としては、加熱
温度に左右され一定しないが、混合粉末が全量溶融しガ
ラス化できる時間であれば特に制限はなく、通常１時間
程度で十分である。

【００３６】なお、上記記載のガラス化、気泡生成の工
程において、混合粉末充填体の上にカーボン製などの適
当な材質のリング状重しを載せ、ガラス上面の形状を整
えたり、窒化ケイ素由来の気泡が型の外へ逃げるのを抑
制したりしてもよい。さらにこの重しとしては、本発明
の方法により生成するガラスと一体化しない材質のもの
を用いることが好ましく、例えばカーボン製のものが用
いられる。その形状としては、混合粉末に均等に荷重を
かけるために耐熱性の型内の空間形状に応じた形状を有
していることが好ましい。重しの重量としては、最終的
に得られるガラスの上部に平滑性をなくさない程度の荷
重がかかるものであればよい。

【００３７】真空雰囲気は最高保持温度でガラスへの変
態が終了した時点で解除され、不活性ガスが導入され
る。不活性ガスとしては、本発明の方法において使用さ
れる容器、原料、生成物とは実質的に反応性を有しない
ものであれば特に制限なく用いることができ、例えば、
窒素、アルゴン、ヘリウム等が使用できる。特に、経済
性、気密性を考慮して窒素、アルゴンが好ましく用いら
れる。導入する不活性ガスの圧力としては、得られたガ
ラスを火炎加工など再加熱するにあたり、ガラス中の気
泡の膨脹、収縮など不安定な挙動を防ぐために通常常圧
が用いられるが、やや加圧された状態でもさしつかえな
い。所望によりやや減圧された状態にすることもでき
る。

【００３８】また、加熱処理が終了した後冷却される
が、冷却の条件としては上記記載の加熱処理時の温度よ
り１０００℃程度まで加熱を停止して冷却したり、冷却
装置により冷却すればよく、通常１０００℃／時間程度
の速度で冷却される。その後、室温まで冷却する。さら
に、冷却時に冷却速度を速くするために溶融時において
用いた不活性ガスを導入してもよい。

【００３９】［５］不透明石英ガラスリング 上記工程で得られる石英ガラスリングの特性としては、
機械的強度を高め加工性に優れるようにするために、見
掛密度として１．７０〜２．１５ｇ／ｃｍ³、好ましく
は１．８０〜２．１２ｇ／ｃｍ³の範囲であり、気泡量
が５×１０⁴〜５×１０⁶個／ｃｍ³であり、かつ平均気
泡径として１０〜１００μｍの範囲であることが好まし
い。

【００４０】本発明の不透明石英ガラスリングの製造方
法において、ガラス中の気泡径及び気泡量を制御する因
子としては、窒化ケイ素粉末添加量、結晶質シリカ粉末
の粒子径及びその分布、溶融温度、導入ガス圧力が挙げ
られる。気泡量を支配する最も大きい因子は結晶質シリ
カ粉末の粒子径であり、より微細な粒度の結晶質シリカ
粉末を用いることにより、気泡径が小さくかつ気泡量が
多い熱遮断性に優れた不透明石英ガラスリングとするこ
とができる。

【００４１】このようにして得られた不透明石英ガラス
リングの特性としては、その外観が白色であれば特に限
定されるものではないが、気泡が均一に分散されてお
り、例えば、波長３００〜９００ｎｍの光を照射した場
合の直線透過率が低くなることで不透明となることが確
認できる。この直線透過率としては、熱遮断性を確保す
るために、部材の厚さ１ｍｍ以上において、３００〜９
００ｎｍの光を照射した場合の直線透過率が５％以下で
あることが好ましい。このような直線透過率を有する不
透明石英ガラスは気泡を有することでガラスの熱伝導性
が低くなるとともに熱線を散乱させることによりその効
果が増幅される。従って、直線透過率を低くすることで
熱線が散乱しやすくなり、熱遮断性に優れた不透明石英
ガラスリングとすることができる。

【００４２】本発明の方法は、上記の記載のように原料
を加熱溶融する工程においてガラスにＯＨ基を取り込む
ものではなく、また、ＯＨ基が揮散しうるのでＯＨ基の
含有量を低くすることができ、得られる不透明石英ガラ
スは高温における粘性が高い、すなわち高温粘性に優れ
た不透明石英ガラスリングとすることができるものであ
る。

【００４３】本発明の方法により得られる不透明石英ガ
ラスリングの形状としては、フランジ部の素材として使
用できるものであればよく、通常、リングの外直径と内
直径との差の１／２であるリングの幅が１５０ｍｍ以下
であり、厚さが２０〜３００ｍｍであるものが望まれて
いる。

【００４４】このように本発明の方法により得られる不
透明石英ガラスリングは、均一な気泡分布と高い熱遮断
性、及び高い高温粘性を備えているので、半導体製造分
野で使用される各種加熱処理装置の炉芯管のフランジ
部、例えばシリコンウエハーの熱処理用加熱炉の炉芯管
のフランジ部の素材として有用なものである。

【００４５】

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。な
お不純物の分析等は以下により行った。

【００４６】〜不純物の分析〜 結晶質シリカ粉末をＩＣＰ法により分析した。

【００４７】〜Ｘ線回折〜 ガラスを切断機を用いて２０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ
（厚さ）の大きさに切断し、測定用サンプルとした。こ
れをＸ線回折装置（マックサイエンス社製、型式：ＭＸ
Ｐ３）を使用し、そのガラス状態を観察した。得られた
回折パターン中における石英、クリストバライト等の結
晶に起因する回折ピークの有無によりガラス状態を観察
した。

【００４８】〜見掛密度〜 ガラスを切断機を用いて３０ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍ
（厚さ）の大きさに切断し、測定用サンプルとした。こ
れを電子天秤（メトラー社製、型式：ＡＴ２６１）を使
用し、アルキメデス法によりその密度を測定した。

【００４９】〜気泡径及び気泡量〜 ガラスを切断機を用いて３０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍ
ｍ（厚さ）の大きさに切断し、測定用サンプルとした。
これを目盛り付レンズのある偏光顕微鏡（オリンパス社
製、型式：ＢＨ−２）を使用し、その気泡径及び気泡量
を測定した。平均気泡径については、カウントした気泡
を完全球体と見なしてその総体積を算出し、それを気泡
数で除して得た平均気泡体積からさらに平均直径を算出
して平均気泡径とした。

【００５０】〜粒子径〜 原料粉末の粒子径分布及び平均粒子径はレーザー回折散
乱法ＣＯＵＴＥＲ ＬＳ−１３０（ＣＯＵＬＴＥＲ Ｅ
ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ社製）により測定した。 〜充填密度〜 原料粉末の充填密度は、所定の重量の粉末を耐熱性の型
に充填し、その際の粉末が占める体積を測定し、粉末重
量をその体積で除して求めた。

【００５１】〜空洞の確認〜 ガラスを切断機を用いて切断し、目視にて切断面を観察
した。

【００５２】〜光透過率〜 ガラスを切断機を用いて切断し、さらに厚さ方向の両面
を＃１２００のアルミナ砥粒で研磨して３０ｍｍ×１０
ｍｍ×１ｍｍ（厚さ）の大きさの測定用サンプルとし
た。これを分光光度計（日立製作所社製、型式：ダブル
ビーム分光光度計２２０型）を使用し、サンプルの厚さ
方向に３００、５００、７００、９００ｎｍの各波長の
光（バンドパス２ｎｍ）を照射した時の直線透過率を測
定した。

【００５３】〜気泡総断面積〜 気泡が完全球体であるとみなし、その直径を含む円の面
積の総和で定義され、平均気泡断面積を算出し、これに
気泡量を乗じて算出した。

【００５４】実施例１ 平均粒子径３００μｍで３０〜５００μｍの範囲の粒子
径分布を有する天然水晶粉末（ユニミン製）をフッ酸処
理により高純度化したもの（以降、単に、「水晶粉末」
という）を原料粉末として用いた。四塩化ケイ素からア
ンモニア処理法により得られた窒化ケイ素粉末（宇部興
産製、商品名：ＳＮ−Ｅ１０、平均粒子径０．５μｍ）
を、水晶粉末１００重量部に対して０．０３重量部とな
るように秤取し、水晶粉末１００重量部に対して５０重
量部のエタノールに投入した後、攪拌と同時に超音波振
動を与えて十分に分散させた。得られた窒化ケイ素分散
液に水晶粉末を投入し、十分に攪拌し混合した。次に、
真空エバポレーターを用いてエタノールを除去、乾燥し
て水晶粉末と窒化ケイ素粉末の混合粉末を作製し、不透
明石英ガラス用原料粉末を得た。

【００５５】次に、内面に厚さ５ｍｍのカーボンフェル
トを貼り付けたカーボン製型（型内の空間が、外直径５
６０ｍｍ、内直径３８０ｍｍ、深さ１００ｍｍのリング
状）内に、上記記載の混合粉末１５ｋｇを充填した。こ
の時の充填密度を上記記載の方法により測定したとこ
ろ、１．４ｇ／ｃｍ³であった。さらに図３のように、
充填した混合粉末の上に、外直径５６０ｍｍ、内直径３
８０ｍｍ、厚さ５０ｍｍのカーボン製リングを重しとし
て載せた。これを電気炉に入れ、１×１０^-3ｍｍＨｇの
真空雰囲気にした後、室温から１６００℃まで３００℃
／時間の速度で昇温した。１６００℃に３時間保持した
後、次いで１８００℃まで３００℃／時間の速度で昇温
した。１８００℃に３０分間保持した後、電気炉内の圧
力が常圧（１ｋｇｆ／ｃｍ²）に達するまで窒素ガスを
導入し加熱を終了した。この後、電気炉の加熱用電源を
切り、放冷した。炉内の温度は５０分程度で１０００℃
に到達し、その後は徐々に低下し、最終的に室温になっ
た。このようにして外直径５６０ｍｍ、内直径３８０ｍ
ｍ、厚さ５４ｍｍの不透明石英ガラスリングを得た。こ
の不透明石英ガラスリングを上記記載の方法によりその
Ｘ線回折を行い、ガラス状態であることを確認した。ま
た、この不透明石英ガラスリングを上記記載の方法によ
り評価し、その結果として、見掛密度、平均気泡径及び
気泡量を表１に、気泡総断面積及び光透過率を表２に示
した。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【表２】

【００５８】実施例２ 室温から１８００℃までの昇温過程において、室温から
１５００℃まで３００℃／時間の速度で昇温し、１５０
０℃に３時間保持した後、次いで１８００℃まで３００
℃／時間の速度で昇温した以外は実施例１と同様の条件
にて実施し、外直径５６０ｍｍ、内直径３８０ｍｍ、厚
さ５４ｍｍの不透明石英ガラスリングを得た。なお、こ
の時の混合粉末の充填密度は１．４ｇ／ｃｍ³であっ
た。この不透明石英ガラスリングを上記記載の方法によ
りそのＸ線回折を行い、ガラス状態であることを確認し
た。また、この不透明石英ガラスリングを上記記載の方
法により評価し、その結果として、見掛密度、平均気泡
径及び気泡量を表１に、気泡総断面積及び光透過率を表
２に示した。

【００５９】実施例３ カーボン製型において、型内の空間が外直径４００ｍ
ｍ、内直径２８０ｍｍ、深さ２００ｍｍのリング状と
し、充填した混合粉末の上に載せるカーボン製リングを
外直径４００ｍｍ、内直径２８０ｍｍ、厚さ５０ｍｍと
した以外は実施例１と同様の条件にて実施し、外直径４
００ｍｍ、内直径２８０ｍｍ、厚さ１１５ｍｍの不透明
石英ガラスリングを得た。なお、この時の混合粉末の充
填密度は１．４ｇ／ｃｍ³であった。この不透明石英ガ
ラスリングを上記記載の方法によりそのＸ線回折を行
い、ガラス状態であることを確認した。また、この不透
明石英ガラスリングを上記記載の方法により評価しその
結果として、見掛密度、平均気泡径及び気泡量を表１
に、気泡総断面積及び光透過率を表２に示した。

【００６０】実施例４ 実施例１における水晶粉末を平均粒子径が５０μｍ、粒
子径分布が１０〜２００μｍとした以外は実施例１と同
様の条件にて実施し、外直径５６０ｍｍ、内直径３８０
ｍｍ、厚さ５６ｍｍの不透明石英ガラスリングを得た。
なお、この時の混合粉末の充填密度は１．５ｇ／ｃｍ³
であった。この不透明石英ガラスリングを上記記載の方
法によりそのＸ線回折を行い、ガラス状態であることを
確認した。また、この不透明石英ガラスリングを上記記
載の方法により評価し、その結果として、見掛密度、平
均気泡径及び気泡量を表１に、気泡総断面積及び光透過
率を表２に示した。

【００６１】実施例５ 実施例１における窒化ケイ素粉末の混合量を、水晶粉末
１００重量部に対して０．０１重量部とした以外は実施
例１と同様の条件にて実施し、外直径５６０ｍｍ、内直
径３８０ｍｍ、厚さ５３ｍｍの不透明石英ガラスリング
を得た。なお、この時の混合粉末の充填密度は１．４ｇ
／ｃｍ³であった。この不透明石英ガラスリングを上記
記載の方法によりそのＸ線回折を行い、ガラス状態であ
ることを確認した。また、この不透明石英ガラスリング
を上記記載の方法により評価し、その結果として、見掛
密度、平均気泡径及び気泡量を表１に、気泡総断面積及
び光透過率を表２に示した。

【００６２】比較例１ 室温から１８００℃までの昇温過程において、室温から
１８００℃まで３００℃／時間の速度で昇温した以外は
実施例１と同様の条件にて実施し、外直径５６０ｍｍ、
内直径３８０ｍｍ、厚さ６０ｍｍの不透明石英ガラスリ
ングを得た。なお、この時の混合粉末の充填密度は１．
４ｇ／ｃｍ³であった。この不透明石英ガラスリングを
上記記載の方法によりそのＸ線回折を行い、ガラス状態
であることを確認した。しかし、このガラスリングの厚
さ方向の切断面を観察したところ、ガラスの中心部に、
直径約２０ｍｍの空洞が生じていた。

【００６３】比較例２ 室温から１８００℃までの昇温過程において、室温から
１３００℃まで３００℃／時間の速度で昇温し、１３０
０℃で３時間保持した後、次いで１８００℃まで３００
℃／時間の速度で昇温した以外は実施例１と同様の条件
にて実施し、外直径５６０ｍｍ、内直径３８０ｍｍ、厚
さ６０ｍｍの不透明石英ガラスリングを得た。なお、こ
の時の混合粉末の充填密度は１．４ｇ／ｃｍ³であっ
た。この不透明石英ガラスリングを上記記載の方法によ
りそのＸ線回折を行い、ガラス状態であることを確認し
た。しかし、このガラスリングの厚さ方向の切断面を観
察したところ、ガラスの中心部に、直径約２０ｍｍの空
洞が生じていた。

【００６４】比較例３ 室温から１８００℃までの昇温過程において、室温から
１７００℃まで３００℃／時間の速度で昇温し、１７０
０℃で３時間保持した後、次いで１８００℃まで３００
℃／時間の速度で昇温した以外は実施例１と同様の条件
にて実施し、外直径５６０ｍｍ、内直径３８０ｍｍ、厚
さ６５ｍｍの不透明石英ガラスリングを得た。なお、こ
の時の混合粉末の充填密度は１．４ｇ／ｃｍ³であっ
た。この不透明石英ガラスリングを上記記載の方法によ
りそのＸ線回折を行い、ガラス状態であることを確認し
た。しかし、このガラスリングの厚さ方向の切断面を観
察したところ、ガラスの中心部に、直径約２０ｍｍの空
洞が生じていた。

【００６５】

【発明の効果】本発明の不透明石英ガラスリングの製造
方法によれば、以下の優れた点がある。

【００６６】１）結晶質シリカ粉末に窒化ケイ素粉末を
添加し真空雰囲気下で電気炉により加熱することによ
り、結晶質シリカ粉末のガラス化及び窒化ケイ素粉末の
分解発泡を行うものであるので、アルカリ金属等の不純
物の混入を防止することができ、高純度で高温粘性に優
れたものを得ることができる。

【００６７】２）結晶質シリカ粉末の粒子径や窒化ケイ
素粉末の混合量を調節したり加熱温度を調節することに
より、得られる不透明石英ガラスリングの気泡径や見掛
密度を制御することができ、熱遮断性に優れた不透明ガ
ラスリングを容易に得ることができる。

【００６８】３）昇温過程の温度制御により、結晶質シ
リカの昇華ガスが原料粉末充填体内に閉じ込められない
ので、得られるガラスの中心部に空洞や大気泡の群落が
なく、気泡が均一に分散されている不透明石英ガラスリ
ングを得ることができる。

【００６９】４）型内の空間がリング状の耐熱性の型を
用いて製造するため、製造中のガラスの変形が極めて小
さくなって目的の寸法に近い不透明石英ガラスリングを
直接製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコンウエハー熱処理用加熱炉の一例を示す
図である。

【図２】型内の空間形状がリング状である耐熱性型の一
例を中心より切断しその様子を示した断面の斜面図であ
る。

【図３】実施例１〜５及び比較例１〜３における混合粉
末の充填状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１：図１における発熱体 ２：図１における炉芯管 ３：図１におけるシリコンウエハー ４：図１におけるボート ５：図１における保温筒 ６：図１における基台 ７：図１におけるパッキン ８：図１におけるガス導入口 ９：図１におけるフランジ １０：図２、３におけるカーボン製型 １１：図３におけるカーボンフェルト １２：図３における混合粉末 １３：図３におけるカーボン製リングの重し

フロントページの続き (72)発明者 秋山 智幸 山形県山形市桜田東２−11−16−309 (72)発明者 瀬川 英明 山形県山形市双月町２−３−11−606

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】見掛密度が１．７０〜２．１５ｇ／ｃｍ³
   であり、平均気泡径が１０〜１００μｍであり、気泡量
   が５×１０⁴〜５×１０⁶個／ｃｍ³である不透明石英ガ
   ラスリングの製造方法において、型内の空間がリング状
   である耐熱性の型に平均粒子径１０〜５００μｍの結晶
   質シリカ粉末と前記結晶質シリカ粉末１００重量部に対
   して窒化ケイ素粉末０．００１〜０．０５重量部との混
   合粉末を充填した後電気炉に設置し、その後真空雰囲気
   下で前記混合粉末を室温から加熱する昇温過程におい
   て、少なくとも１回１４００℃以上１６５０℃以下の温
   度で１時間以上保持し、次に前記混合粉末が溶融する温
   度以上１９００℃以下の温度にて加熱しガラス化させる
   ことを特徴とする不透明石英ガラスリングの製造方法。