JPH0912325A

JPH0912325A - 高純度不透明石英ガラス及びその製造方法並びにその用途

Info

Publication number: JPH0912325A
Application number: JP7164092A
Authority: JP
Inventors: Koichi Orii; 晃一折居; Yukinobu Hara; 幸伸原; Kenji Kamo; 賢治加茂; Tomoyuki Akiyama; 智幸秋山; Koichi Ono; 幸一小野; Koji Tsukuma; 孝次津久間; Hajime Sudo; 一須藤; Giichi Kikuchi; 義一菊地
Original assignee: NIPPON SEKIEI GLASS KK; Nitto Chemical Industry Co Ltd; Tosoh Corp
Current assignee: NIPPON SEKIEI GLASS KK; Mitsubishi Chemical Corp; Tosoh Corp
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】既存の不透明石英ガラスよりも、熱線遮断性
に優れているとともに純度の高い不透明石英ガラス及び
その製造方法を提供する。【構成】平均粒子径が０．５〜１０μｍの粒子であ
り、かつＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｔｉ、及びＡｌの一種
又は二種以上を不可避的不純物として含む場合にその不
純物の含有量が各々１ｐｐｍ以下である高純度アモルフ
ァスシリカ粉末を原料として、成形した後、得られた成
形体を１７３０〜１８５０℃で焼成することにより、平
均径が２０〜４０μｍの独立気泡を１×１０⁶ 個〜９×
１０⁶ 個／ｃｍ³ 含有し、１００μｍ以上の径を有する
独立気泡が全気泡中に占める割合が１％以下であるとと
もに、厚さを１ｍｍとしたときの９００ｎｍの波長の光
の直線透過率が５％以下の高純度不透明石英ガラスを提
供する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱線遮断効果の高い、
新規な高純度不透明石英ガラス及びその製造方法、また
その用途として、不透明石英ガラスフランジ及び不透明
石英ガラス管、更にそれらの製造方法に関する。特に、
本発明の高純度不透明石英ガラスは熱線遮断性能に優
れ、かつ高純度で汚染の恐れがないことから、半導体製
造において使用されるフランジ、治具、断熱フィン、炉
心管、均熱管、薬液精製筒等の構成材料として利用でき
る。特に、本発明の高純度不透明石英ガラスからなる不
透明石英ガラスフランジは、半導体製造において使用さ
れる各種の炉心管、例えばシリコンウェ−ハの熱処理用
の炉心管のフランジ部として有用である。

【０００２】

【従来の技術】高純度不透明石英ガラスからなる不透明
石英ガラス管及び不透明石英ガラスフランジは、半導体
ウェ−ハ処理装置内の炉心管等に使用するのに適する。
その様な半導体ウェ−ハ処理装置の代表例を図１に示
す。その装置は、ヒ−タ−１、炉心管２、半導体ウェ−
ハ３、ウェ−ハ支持ボ−ト４、保温台５及び基台６から
構成されている。フランジ２１は炉心管２の下部に完全
に接着され、シ−ルリング７はフランジ２１と基台６と
の間に設置される。炉心管２とフランジ２１は、通常別
々に製造され、融着等により接合される。

【０００３】このような用途に使用される不透明石英ガ
ラスは、熱線遮断性に優れていることが知られている。
熱線はガラス中に存在する気泡表面で反射されるため、
熱線遮断性は気泡の表面積の大きさに左右され、その表
面積が大きいほど、熱線遮断性能は高くなる。

【０００４】現在使用されている殆どの不透明石英ガラ
スは、気泡の平均径が５０μｍ以上で、しかも１００μ
ｍを越える気泡が相当数存在し、気泡の数も１×１０⁶
個／ｃｍ³ 未満であり、一般的には１×１０⁴ 〜１×１
０⁵ 個／ｃｍ³ である。一部には、気泡の平均径が５０
μｍ以下の不透明石英ガラスもあるが、そのような不透
明石英ガラス中の気泡の含有量は１×１０⁶ 個／ｃｍ³
未満である。また、気泡の全表面積は１ｃｍ³ 当たり５
０ｃｍ² 以下であり、熱線遮断性に限界がある。

【０００５】熱線遮断性は、光、特に近赤外線の透過率
との関係が深く、透過率が低いほど優れていると考えら
れている。現在使用されている不透明石英ガラスは、厚
さを３ｍｍとしたときの９００ｎｍの波長の光の直線透
過率が１０〜５０％程度あり、厚さを１ｍｍとしたとき
の直線透過率が３０〜６０％（推定）であり、十分な値
ではない。

【０００６】従来、不透明石英ガラスはケイ石、水晶等
の天然原料を電気炉で溶融する方法や、上記天然原料に
炭酸カルシウム等の発泡剤を加えて火炎あるいは電気炉
で溶融する方法によって製造されていた。しかしなが
ら、これらの方法によって製造された不透明石英ガラ
ス、並びにこの不透明石英ガラスからなる不透明石英ガ
ラスフランジ及び不透明石英ガラス管は、Ｎａ、Ｆｅ等
の不純物を１ｐｐｍ以上含有する。また、それらのガラ
ス中の気泡は大きな径を有しかつその分布が広いため、
熱線遮断性が低い。そのため、これらを半導体製造分野
で使用するのは困難であった。

【０００７】また、従来の不透明石英ガラスフランジ
は、バルク材を機械加工によって成型する方法によって
製造されていた。そのため、材料ロスが多く、極めて歩
留まりが悪いため、加工に要するコストが高くなるとい
う問題があった。さらに、フランジのシ−ル面は研磨さ
れているために、洗浄処理等の際に、シ−ル面に露出し
ている気泡が削られ、シ−ル面が一部崩壊するという問
題があった。

【０００８】さらに、従来の不透明石英ガラス管は、ケ
イ石、水晶等の天然原料を溶融して管引きする方法、あ
るいは、上記天然原料を回転溶解炉に入れ、溶融ガラス
を遠心力で管状に成型する方法によって製造されてい
た。しかしながら、これらの方法では、管引きや遠心力
成型過程等において、溶融ガラスに力が加わり、ガラス
中の気泡が細長く伸びたり、分布が不均一になるため、
著しく機械強度が低下する等の問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、既存
の不透明石英ガラスよりも、熱線遮断性に優れていると
ともに純度の高い不透明石英ガラス及びその製造方法を
提供することにある。

【００１０】また本発明の他の目的の一つは、この高純
度不透明石英ガラスからなる平滑性の優れた不透明石英
ガラスフランジ及びその製造方法を提供するところにあ
る。更に本発明の他の目的は、この高純度不透明石英ガ
ラスからなる不透明石英ガラス管及びその製造方法を提
供するところにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者等は、微細な高純度アモルファスシリ
カ粉末を成形し、所定の温度で焼成すれば、得られる不
透明石英ガラスの純度が高くなること、またその中に含
まれる独立気泡は微細であるとともに、単位体積当たり
の含有量が大きく、よって熱線遮断性に優れることを見
出した。又、微細な高純度アモルファスシリカ粉末をフ
ランジ形状又は管状に成形して、所定の温度で焼成すれ
ば、得られる不透明石英ガラスからなるフランジ及びガ
ラス管も、純度が高くなること、またその中に含まれる
独立気泡は微細であるとともに、単位体積当たりの含有
量が大きく、よって熱線遮断性に優れることを見出し
た。更に、本発明の高純度不透明石英ガラスは、半導体
分野で使用される部材として広く使用できることも見出
して、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明
の高純度不透明石英ガラスと、この高純度不透明石英ガ
ラスからなる不透明石英ガラスフランジ及び不透明石英
ガラス管は、平均径が２０〜４０μｍである独立気泡を
１×１０⁶ 〜９×１０⁶ 個／ｃｍ³ 含有し、１００μｍ
以上の径を有する独立気泡が全気泡中に占める割合が１
％以下であるとともに、厚さを１ｍｍとしたときの９０
０ｎｍの波長の光の直線透過率が５％以下であることを
特徴とする。

【００１２】上記高純度不透明石英ガラスを製造する本
発明の方法は、平均粒子径が０．５〜１０μｍの粒子で
あり、かつＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｃｒ及びＡｌの不可避的不純物の含有量が各々１
ｐｐｍ以下（０を含む）である高純度アモルファスシリ
カ粉末を成形した後、得られた成形体を１７３０〜１８
５０℃で焼成することを特徴とする。

【００１３】また、上記高純度不透明石英ガラスフラン
ジを製造する方法は、前記の高純度アモルファスシリカ
粉末をフランジ形状に成形した後、得られた成形体を１
７３０〜１８５０℃で焼成することを特徴とする。

【００１４】さらに、上記高純度不透明石英ガラス管を
製造する方法は、前記の高純度アモルファスシリカ粉末
を管状に成形した後、得られた成形体を電気炉又は火炎
を熱源として、１７３０〜２０００℃で焼成することを
特徴とする。

【００１５】以下本発明を詳細に説明する。

【００１６】［１］不透明石英ガラス（１）組成及び形状本発明の高純度不透明石英ガラスが含有する独立気泡の
平均径は２０〜４０μｍである。また、独立気泡の含有
量は１×１０⁶ 〜９×１０⁶ 個／ｃｍ³ であり、好まし
くは、５×１０⁶ 〜９×１０⁶ 個／ｃｍ³ である。この
ように、微細な独立気泡が多量に存在することにより、
気泡の全表面積は１ｃｍ³ 当たり１００〜２００ｃｍ²
程度と非常に大きく、入射する熱線（光）を反射する割
合が高いため、熱線遮断性に優れる。一方、通常の市販
品ではその独立気泡の含有量は１×１０⁶ 個／ｃｍ³ よ
り少なく、また、気泡の全表面積は１ｃｍ³ 当たり５０
ｃｍ² 以下であるため、十分な熱線遮断性能が達成され
ない。

【００１７】また、本発明の高純度不透明石英ガラス
は、１００μｍ以上の大きな気泡をほとんど含有しない
ことも特徴としている。即ち、１００μｍ以上の大きな
気泡が気泡数量に占める割合は１％以下である。この点
も、通常市販品との著しい相違であり、大きな気泡を含
有しないことが、気泡の全表面積の増加に寄与してい
る。

【００１８】本発明の不透明石英ガラスは、厚さを１ｍ
ｍとしたときの９００ｎｍの波長の光の直線透過率が５
％以下、好ましくは０．１〜２％である。既述のよう
に、熱線遮断性は、近赤外線の透過率と深く関係するの
で、上記のように低い透過率を有する本発明の不透明石
英ガラスは、非常に優れた熱線遮断性を有することにな
る。

【００１９】なお、上記平均径は、表面を酸水素炎で焼
き仕上げしたガラス試料の光学顕微鏡写真を撮影し、５
０個以上の気泡の直径を測定し、平均することにより求
めたものであり、気泡含有量は、上記写真内の気泡の総
数と光学顕微鏡の焦点深度との関係から求めたものであ
る。

【００２０】さらに、本発明の高純度不透明石英ガラス
は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、及びＡｌの一種又は二種
以上を不純物として不可避的に含有する場合が多いが、
その中でＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ及びＡｌの一種又は二種以上を不可避的不純物
として含む場合には、その不純物の含有量は各々１ｐｐ
ｍ以下であるのが好ましい。又、Ｖ及びＭｎの含有量は
各々について０．１ｐｐｍ以下（０を含む）であるのが
好ましい。

【００２１】（２）不透明石英ガラスの製造方法本発明の高純度不透明石英ガラスを製造する方法を以下
説明する。

【００２２】（ａ）出発原料原料粉末であるアモルファスシリカ粉末は、高純度にし
かも成形性の良好なアモルファスシリカ粉末を得るため
に、アルカリ珪酸塩水溶液を酸処理し得られるシリカ粉
末であることが好ましい。この方法は例えば、特開昭６
２−３０１１号、特開昭６２−３０１２号、特開昭６２
−２８３８０９号、特開昭６２−２８３８１０号に記載
されているが、粘性値が２〜５００ポアズの範囲である
アルカリ珪酸塩水溶液を、孔径１ｍｍ以下のノズルを通
して水混和性有機媒体または濃度４規定以下の酸溶液か
らなる凝固浴中に押し出して凝固（凝固処理）させ、得
られた繊維状ないし柱状のゲルを酸を含む液で処理（酸
処理）した後、ついで水洗して不純物を抽出除去する方
法、さらにまた１０００℃以上の温度で加熱処理する方
法によって、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌの一種または二種以上を不可避的
不純物として含む場合にその不純物の含有量が各々１ｐ
ｐｍ以下のアモルファスシリカ粉末を得ることができ
る。このアモルファスシリカ粉末は、ボ−ルミル粉砕等
の工程により、平均粒子径が０．５〜１０μｍ、好まし
くは３〜７μｍとなるように微粉化する。粒子径が０．
５μｍ未満とすると、得られる不透明石英ガラス中の気
泡の平均径が２０μｍ未満となる。一方、粒子径が１０
μｍを越えると気泡の平均径が４０μｍを越えるととも
に、生成個数が減少し、十分な熱線遮断性能が得られな
い。なお、このアモルファスシリカ粉末の平均粒子径
は、レ−ザ−回折散乱法により測定した値である。

【００２３】（ｂ）成形アモルファスシリカ粉末の成形は、通常の湿式又は乾式
成形方法により行うことができる。湿式成形方法として
は、例えば、アモルファスシリカ粉末を純水に分散さ
せ、得られたスラリ−を石膏型や多孔質性の樹脂型に注
入し成形する鋳込み成形法を用いることができる。ま
た、乾式成形法としては、冷間静水圧プレス法、金型プ
レス法を用いることができる。

【００２４】（ｃ）焼成得られた成形体は、例えば電気炉内において１７３０〜
１８５０℃、好ましくは１７５０〜１８００℃で焼成す
る。１７３０℃未満とすると、得られる焼成体の表面に
結晶が生成し易く、結晶層とガラス層の熱膨脹係数の違
いから、得られるガラスに割れが生ずる恐れがある。一
方、１８５０℃を越えると、微小な気泡が集合し、粗大
化した気泡が生成する。

【００２５】焼成時間は、成形体の形状を維持するため
に、１〜数１０分が好ましく、特に５〜１０分が好まし
い。その１７３０〜１８５０℃の焼成温度への昇温途中
で、１４００〜１６００℃の温度に２時間以上滞在させ
ることは好ましくない。何故ならば、この温度域では結
晶化が促進され、１７３０℃以上でガラス化するもの
の、気泡含有量が激減するためである。

【００２６】焼成雰囲気は、特に限定されないが、Ｎ
₂ 、Ａｒ又はこれらの混合ガス等が好ましい。カ−ボン
抵抗加熱炉で焼成を行う場合は、Ｎ₂等の非酸化性ガス
が好ましい。また、焼成時の圧力は、１〜２ｋｇｆ／ｃ
ｍ² とするのが好ましく、特に１．２〜１．５ｋｇｆ／
ｃｍ² とするのが好ましい。真空又は減圧下の焼成は気
泡を膨脹させる恐れがある。

【００２７】上記焼成により、成形体内のシリカ粒子間
の空隙が独立気泡となる。平均粒子径が０．５〜１０μ
ｍアモルファスシリカ粉末を使用することにより、その
独立気泡の平均径を２０〜４０μｍの範囲内に調整する
ことができる。

【００２８】［２］不透明石英ガラスフランジ（１）フランジ本発明のフランジは、炉心管等の下端部に設ける環状突
出部等であり、「フランジ形状」とは、管等の鍔形状を
意味する。例えば、図１の記号２１で示されるものであ
る。

【００２９】（２）組成及び構造本発明のフランジは、上記［１］で記載される不透明石
英ガラスと同じ高純度の不透明石英ガラスからなる。即
ち、その不透明石英ガラスフランジは、平均径が２０〜
４０μｍの独立気泡を１×１０⁶ 〜９×１０⁶ 個／ｃｍ
³ 含有し、１００μｍ以上の径を有する独立気泡が全気
泡中に占める割合が１％以下であるとともに、厚さを１
ｍｍとしたときの９００ｎｍの波長の光の直線透過率が
５％以下である。

【００３０】（３）製造方法（ａ）出発原料不透明石英ガラスフランジの製造に使用する出発原料
は、［１］（２）（ａ）で記載した高純度アモルファス
シリカ粉末と同じである。即ち、平均粒子径が０．５〜
１０μｍであり、好ましくは３〜７μｍである。また、
Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａｌの一種又は二種以上を不可避的不純物として含
む場合にその不純物の含有量が各々１ｐｐｍ以下であ
る。このアモルファスシリカ粉末の平均粒子径は、成形
の容易さと密接な関係があり、０．５μｍ未満の平均粒
子径を有するシリカ粉末を使用すると、乾燥による収縮
が大きく、割れなどが発生しやすい。一方、平均粒子径
が１０μｍを越えると、成形体の強度が乏しく、フラン
ジ形状を維持するのが困難である。

【００３１】（ｂ）成形成形は、アモルファスシリカ粉末を純水に分散させ、得
られたスラリ−を型に注入し、フランジ形状に成形する
鋳込み成形法によって行うことができる。使用するスラ
リ−は、上記アモルファスシリカ粉末を純水に添加し、
超音波分散又はボ−ルミル混合により調整することがで
きる。この際、一般に使用する有機系の結合剤や分散剤
を添加する必要がないため、得られる不透明石英ガラス
は、極めて高純度となる。アモルファスシリカ粉末の純
水に対する添加量は、５０〜７５重量％とするのが好ま
しい。また、ボ−ルミル混合の場合には、汚染を避ける
ため、プラスチック、石英ガラス、メノウ等からなるボ
−ル及びポットを使用するのが好ましい。

【００３２】また、鋳込み成形に使用する型としては、
石膏型や多孔質プラスチック等からなる吸水性の樹脂型
等が好ましく用いられる。樹脂材質としては、エポキシ
系及びアクリル系の樹脂が好ましい。石膏型を使用する
場合には、Ｃａの含有量が２〜３ｐｐｍと増加するが、
Ｃａはフランジの性能に何等影響を及ぼさず、他の有害
な不純物であるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＡｌの一種又は二種以上を不可避的
不純物として含む場合にその不純物の含有量が各々１ｐ
ｐｍ以下である不透明石英ガラスフランジが得られる。
多孔質の樹脂型を使用する場合、得られる不透明石英ガ
ラスフランジは、出発原料のシリカ粉末と同程度の純度
となる。

【００３３】（ｃ）焼成まず、１０００〜１４００℃で１〜２０時間、仮焼する
のが好ましい。この処理により、成形体組織の均一化が
図られ、焼成による収縮が均一に起こり、極めて寸法精
度の良い焼成体が得られる。

【００３４】次に仮焼体を１７３０〜１８５０℃、好ま
しくは１７５０〜１８００℃で焼成する。１７３０℃未
満、例えば１６００℃では、気泡の平均径は約１３μｍ
であり、気泡の含有量は７×１０⁶ 個／ｃｍ³ 程度であ
るが、十分な不透明性を確保することができない。ま
た、１６００℃以上１７３０℃未満では、しばしば、焼
成体の表面上で結晶化が起こり、表面の結晶層と内部の
ガラス層との間の熱膨脹係数の違いから、ガラスに割れ
が生ずる恐れがある。一方、１８５０℃を越えると、高
温粘性による変形のため、フランジの形状を維持するこ
とが困難となる。１７３０〜１８５０℃の焼成時間は焼
成体のフランジ形状を維持するため、１〜数１０分が好
ましく、特に５〜１０分が好ましい。例えば、１８５０
℃では５分である。また、１４００℃からの昇温速度
は、３００℃／ｈｒ以上が好ましく、特に５００〜７０
０℃／ｈｒが好ましい。焼成時の雰囲気及び圧力は、
［１］（２）（ｃ）に記載の通りである。

【００３５】［３］不透明石英ガラス管（１）組成及び構造本発明の不透明石英ガラス管は、上記［１］で記載され
る不透明石英ガラスと同じ高純度の不透明石英ガラスか
らなる。即ち、その不透明石英ガラス管は、平均径が２
０〜４０μｍの独立気泡を１×１０⁶ 〜９×１０⁶ 個／
ｃｍ³ 含有し、１００μｍ以上の径を有する独立気泡が
全気泡中に占める割合が１％以下であるとともに、厚さ
を１ｍｍとしたときの９００ｎｍの波長の光の直線透過
率が５％以下である。

【００３６】（２）製造方法（ａ）出発原料不透明石英ガラス管の製造に使用する出発原料は、
［１］（２）（ａ）で記載した高純度アモルファスシリ
カ粉末と同じである。即ち、平均粒子径が０．５〜１０
μｍであり、好ましくは３〜７μｍである。また、Ｌ
ｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ａｌの一種又は二種以上を不可避的不純物として含む場
合にその不純物の含有量が各々１ｐｐｍ以下である。

【００３７】（ｂ）成形粉末を成形する方法として、鋳込み成形法、冷間静水圧
プレス法、金型プレス法等が挙げられるが、本発明の不
透明石英ガラス管の成形には、アモルファスシリカ粉末
を純水に分散させ、得られたスラリ−を多孔質の樹脂型
に注入して成形する鋳込み成形法が好ましい。

【００３８】使用するスラリ−は、不透明石英ガラスフ
ランジの場合と同様に、上記アモルファスシリカ粉末を
純水に添加し、超音波分散又はボ−ルミル混合により調
整することができる。この際、一般に使用する有機系の
結合剤や分散剤を添加する必要がないため、得られる不
透明石英ガラスは、極めて高純度となる。アモルファス
シリカ粉末の純水に対する添加量は、５０〜７５重量％
とするのが好ましい。また、ボ−ルミル混合の場合に
は、汚染を避けるため、プラスチック、石英ガラス、メ
ノウ等からなるボ−ル及びポットを使用するのが好まし
い。

【００３９】得られたスラリ−を多孔質の円筒形樹脂型
に注ぎ込み、多孔質の型を通して水のみを除去すること
で、シリカ粉末が高濃度のスラリー層となって型面に着
く（以下「着肉」という）ことにより、シリカ粉末を管
状に成形することができる。また、鋳込み成形に使用す
る型としては、石膏型、多孔質プラスチック等からなる
吸水性の樹脂型等が挙げられる。樹脂材質としては、エ
ポキシ系及びアクリル系の樹脂が好ましい。

【００４０】不透明石英ガラス管の成形に使用する装置
の例を図２に示す。この装置は、外側の多孔質の円筒形
樹脂型１１、内側の塩化ビニル樹脂製円筒１２、円筒形
樹脂型１１の上下面にゴムシ−ル１３ａ、１３ｂを介し
てセットされた金属製カバ−１４ａ、１４ｂ、円筒形樹
脂型１１と塩化ビニル樹脂製円筒１２と金属製カバ−１
４ａ、１４ｂにより定義されるキャビティ−１５、その
キャビティ−１５の上端部と連結管１６により接続され
ると共に、キャビティ−１５の下端部と連結管１７によ
り接続される液溜め１８からなる。連結管１９から１〜
５ｋｇｆ／ｃｍ²のガス圧をかけながら、アモルファス
シリカ粉末と純水のみからなるスラリ−２０が、連結管
１６、１７の一方を通じて、液溜め１８からキャビティ
−１５に注ぎ込まれる。シリカ粉末層を型へ着肉した
後、金属製カバ−１４ａ、１４ｂ及びゴムシ−ル１３
ａ、１３ｂをはずして、余分なスラリ−を排出し、成形
体を脱型する。

【００４１】上記の成形方法において、均一に固化した
成形体を得るために、着肉している間、樹脂型１０の上
下を一定時間ごとに逆転するのが好ましい。同一方向に
樹脂型１０を固定したまま着肉を行った場合には、得ら
れる管状成形体の上部の肉厚が下部の肉厚より薄くな
る。なお、樹脂型１０の上下を逆転するには、例えば、
図２の連結管１６及び１７をコックで止めて、逆流を防
ぎながら、樹脂型１０の上下を逆転する。

【００４２】（ｃ）焼成得られた成形体の焼成は次に示す二つの焼成方法が好ま
しい。

【００４３】一つの方法は、酸水素火炎により、１７３
０〜２０００℃、好ましくは１７５０〜１８００℃で加
熱してガラス化する方法である。

【００４４】この方法において、管状成形体をガラス旋
盤に固定し、回転させながら、火炎を管状成形体の内側
あるいは外側又はその両方から当てるのが好ましい。ガ
ラス旋盤への装着を容易にし、また、火炎による熱衝撃
を和らげるため、１７３０℃以上で焼成する前に、成形
体を１０００〜１４００℃で１〜２０時間、仮焼するの
が好ましい。

【００４５】焼成時間は１〜１２０分が好ましく、特に
３０〜６０分が好ましい。なお、焼成時間とは、１７３
０℃を越えてからの保持時間及び昇降温に要する時間の
総和である。この方法は、３００ｍｍ以上の長いガラス
管を製造するのに適する。

【００４６】もう一つの方法は、成形体を電気炉に入
れ、１７３０〜２０００℃で、好ましくは１７５０〜１
８５０℃で１〜数１０分、好ましくは５〜１０分間焼成
する方法である。１７３０℃未満とすると、しばしば、
焼成体の表面上で結晶化が起こり、表面の結晶層と内部
のガラス層との間の熱膨脹係数の相違により、ガラスに
割れが生ずる恐れがある。一方、１８５０℃を越える
と、高温粘性による変形のため、形状を維持することが
困難となる。

【００４７】また、熱衝撃を和らげるため、１７３０〜
２０００℃で焼成する前に、成形体を１０００〜１４０
０℃で１〜２０時間、仮焼するのが好ましい。１４００
℃から上記焼成温度への昇温速度は３００℃／ｈｒ以上
が好ましく、特に５００〜７００℃／ｈｒが好ましい。
焼成時の雰囲気及び圧力は、［１］（２）（ｃ）に記載
の通りである。この方法は、３００ｍｍ以下の比較的短
いガラス管を製造するのに適する。

【００４８】上記二つの焼成方法のいずれによっても、
成形体内のシリカ粒子間の空隙が独立気泡となる。平均
粒子径が０．５〜１０μｍのアモルファスシリカ粉末を
使用することにより、その独立気泡の平均径を２０〜４
０μｍの範囲内に調整することができる。

【００４９】

【実施例】本発明を以下の実施例により詳細に説明する
が、本発明はそれらに何等限定されるものではない。

【００５０】実施例１＜原料アモルファスシリカ粉末の調整＞ＪＩＳ３号水ガ
ラスを加熱濃縮して、２０℃における粘性値を３００ｃ
ｐｓとした。この水ガラス約８リットルをポンプで加圧
し、瀘過器（目開き７０μｍ）を経てノズル（孔径：
０．２ｍｍ，孔数５０個）を通して、５０℃に保持され
た８重量％硫酸水溶液３００リットルを入れた凝固浴中
へ速度０．７ｍ／ｓｅｃで押し出した。

【００５１】繊維状で得られたシリカを、１０倍量の新
たに調整した８重量％硫酸水溶液中に浸漬して温度約９
５℃で約１時間撹拌して不純物の抽出を行い、ついでシ
リカの１０倍量の純水を用いて２回洗浄した。上記の抽
出・洗浄操作を５回繰り返した後、遠心分離機で脱水し
て得られた湿シリカを熱風乾燥機により温度１５０℃で
８時間乾燥し、含水率（焼成シリカ基準の重量減少率）
が７重量％である水ガラス系アモルファスシリカ３．７
ｋｇを得た。

【００５２】得られたアモルファスシリカ粉末を更に大
気中で１２００℃で１０時間加熱処理した後に、石英ガ
ラス製のボ−ルミル装置で粉砕し、平均粒径３．５μｍ
の粉末を得た。

【００５３】その粉末の化学分析を行い、各種不純物の
含有量を測定した。結果を表１に示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】＜原料アモルファスシリカ粉末の成形及び
焼成＞上記アモルファスシリカ粉末を冷間静水圧プレス
で２ｔの圧力で成形し、外形２００ｍｍ、高さ５０ｍｍ
の円柱状の成形体を作成した。その成形体を電気炉に入
れ、常圧（１ｋｇｆ／ｃｍ² ）のＮ₂ 雰囲気中、常温か
ら３００℃／ｈｒの昇温速度で１８００℃まで昇温さ
せ、その温度で５分間保持して焼成した。放冷後に得ら
れたガラスは、白色不透明であった。

【００５６】この不透明石英ガラスについて化学分析を
行い、各種不純物の含有量を測定した。結果を表２に示
す。

【００５７】

【表２】

【００５８】また、不透明石英ガラス中に含まれる独立
気泡の平均径、含有量、全表面積、１００μｍ以上の径
を有するものの割合及びかさ密度を測定した。さらに、
この不透明石英ガラスを１ｍｍ及び３ｍｍの厚さに加工
し、９００ｎｍの波長の光を透過させて、その直線透過
率を測定した。なお、かさ密度はアルキメデス法により
測定した。結果を表３に示す。

【００５９】

【表３】

【００６０】実施例２＜原料アモルファスシリカ粉末の調整＞平均粒子径を５
μｍとする以外は実施例１と同様に実施した。その各種
不純物の含有量を測定したところ、上記表１と同じであ
った。

【００６１】＜原料アモルファスシリカ粉末の成形及び
焼成＞上記の平均粒子径が５μｍのアモルファスシリカ
粉末を水に分散混合させ、樹脂製の型を用いて鋳込み成
形を行い、外径１７０ｍｍ、内径９０ｍｍ、高さ４０ｍ
ｍのフランジ形状の成形体を得た。その成形体を乾燥さ
せた後電気炉に入れ、Ｎ₂雰囲気中、常圧（１ｋｇｆ／
ｃｍ² ）で１１００℃の温度を１０時間保持した後、
１．３ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力下、６００℃／ｈｒの昇温
速度で１８００℃まで昇温させ、その温度で５分間保持
して焼成した。放冷後に得られた石英ガラスは、白色不
透明であった。

【００６２】この不透明石英ガラス中に含まれる独立気
泡の平均径、含有量、全表面積、１００μｍ以上の径を
有するものの割合及びかさ密度を測定するとともに、不
透明石英ガラスを１ｍｍ及び３ｍｍの厚さに加工し、９
００ｎｍの波長の光を透過させて、その直線透過率を測
定した。結果を表３に示す。また、この不透明石英ガラ
スの気泡径分布を図３に示す。

【００６３】比較例１〜２珪石及び珪砂を原料として電気溶融した市販の不透明石
英ガラス（比較例１）、及び珪石、珪砂を原料とし、炭
素を発泡剤として電気溶融した市販の不透明石英ガラス
（比較例２）について、各ガラス中に含まれる独立気泡
の平均径、含有量、全表面積、１００μｍ以上の径を有
するものの割合及びかさ密度を測定するとともに、不透
明石英ガラスを１ｍｍ及び３ｍｍの厚さに加工し、９０
０ｎｍの波長の光を透過させて、その直線透過率を測定
した。結果を表３に示すとともに、各ガラスの気泡径分
布を図４及び図５に示す。

【００６４】表２から明らかなように、実施例１の不透
明石英ガラスは高純度である。また、表３及び図３〜５
から明らかなように、実施例１及び２の不透明石英ガラ
スに含まれる独立気泡は、比較例１及び２の不透明石英
ガラスに含まれる独立気泡よりも径が微細で、かつ揃っ
ている。また、独立気泡の含有量が大きく、熱線の直線
透過率が低い。

【００６５】実施例３＜原料アモルファスシリカ粉末の調整＞実施例２と同様
に実施した。また、その不純物濃度を測定したところ、
表４に示す通りであった。

【００６６】＜原料アモルファスシリカ粉末の成形及び
焼成＞上記の平均粒子径が５μｍのアモルファスシリカ
粉末２５００ｇを純水１２５０ｇに混合し、超音波を印
加しながら６時間撹拌した。得られたスラリ−を樹脂製
の型に注入し、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ² を加えて成形し、
内径２７０ｍｍ、外径３９０ｍｍ、高さ４０ｍｍのフラ
ンジ形状の成形体を作成した。その成形体を乾燥させた
後、電気炉に入れ、Ｎ₂雰囲気中、常圧（１ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ）で１１００℃で１０時間仮焼した。次いで、１．
３ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力下で、常温から３５０℃／ｈｒ
の昇温速度で１８００℃まで昇温させ、１分間保持して
焼成した。放冷後に内径２４０ｍｍ、外径３５０ｍｍ、
高さ３５ｍｍのフランジ形状の不透明石英ガラスを得
た。

【００６７】得られた不透明石英ガラスフランジについ
て、化学分析を行い、各不純物の含有量を測定した。結
果を表４に示す。

【００６８】

【表４】

【００６９】また、得られた不透明石英ガラスフランジ
中に含まれる独立気泡の平均径、含有量、全表面積、１
００μｍ以上の径を有するものの割合及びかさ密度を測
定するとともに、不透明石英ガラスを１ｍｍの厚さに加
工し、９００ｎｍの波長の光を透過させて、その直線透
過率を測定した。結果を表６に示す。さらに、この不透
明石英ガラスフランジをダイヤモンド砥粒によって加工
し、その加工面の表面粗さを測定し、水晶の電気融解法
により製造された従来品と比較した。この二つの最大表
面粗さ（Ｒmax ）を表５に示す。

【００７０】

【表５】

【００７１】実施例４実施例３と同じスラリ−を石膏型に注入し、常圧で成形
を行ない、内径２７０ｍｍ、外径３９０ｍｍ、高さ４０
ｍｍのフランジ形状の成形体を作成した。得られた成形
体を乾燥させた後、カ−ボン抵抗加熱炉に入れ、Ｎ₂雰
囲気中、常圧（１ｋｇｆ／ｃｍ² ）で１１５０℃で１５
時間仮焼した後、１．３ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力下で、３
５０℃／ｈｒの昇温速度で１８００℃まで昇温させ、５
分間保持して焼成した。放冷後に内径２５０ｍｍ、外径
３６０ｍｍ、高さ３５ｍｍのフランジ形状の不透明石英
ガラスを得た。

【００７２】実施例１と同様に、得られた不透明石英ガ
ラスフランジの化学分析を行った。結果を表４に示す。
また実施例１と同様に、得られた不透明石英ガラスフラ
ンジ中に含まれる独立気泡の平均径、含有量、全表面
積、１００μｍ以上の径を有するものの割合及びかさ密
度を測定するとともに、不透明石英ガラスを１ｍｍの厚
さに加工し、９００ｎｍの波長の光を透過させて、その
直線透過率を測定した。結果を表６に示す。

【００７３】

【表６】

【００７４】表４及び６より明らかなように、実施例３
及び４の不透明石英ガラスフランジは、高純度であり、
また、直線透過率が低く、熱線遮断性に優れている。さ
らに、表５より明らかなように、実施例３の不透明石英
ガラスフランジは、加工面の表面粗さが従来品よりも小
さい。これは、実施例３の不透明石英ガラスフランジ中
の気泡が微細な独立気泡を含有するためであると推定さ
れる。

【００７５】実施例５実施例３と同じスラリ−を３ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を加
えながら、図２に示す内径２３０ｍｍ、外径３００ｍ
ｍ、高さ３００ｍｍの樹脂型１０のキャビティ−１５内
に注ぎ込み、５分ごとに上下を逆転させながら、８０分
間着肉させた。残ったスラリ−を排出した後、円筒形状
成形体を樹脂型１０から脱離し、外径２３０ｍｍ、内径
２１４ｍｍ、高さ３００ｍｍの成形体を得た。

【００７６】得られた成形体を１１００℃で１０時間仮
焼した後、この仮焼成体をガラス旋盤に固定し、回転さ
せながら、管の外側に２本、内側に１本セットした酸水
素炎バ−ナ−で４０分焼成した。放冷後、外径２０７ｍ
ｍ、内径１９２ｍｍ、高さ２７０ｍｍの不透明石英ガラ
ス管を得た。

【００７７】実施例１と同様に、得られた不透明石英ガ
ラスの化学分析を行った。結果を表７に示す。また、比
較例として、市販の不透明石英ガラス管（東芝セラミッ
クス社、Ｔ−１００）の分析値（カタログ値）を表７に
示す。

【００７８】

【表７】

【００７９】さらに、実施例１と同様に、得られた不透
明石英ガラス管中に含まれる独立気泡の平均径、含有
量、全表面積、１００μｍ以上の径を有するものの割合
及びかさ密度を測定するとともに、不透明石英ガラスを
１ｍｍの厚さに加工し、９００ｎｍの波長の光を透過さ
せて、その直線透過率を測定した。結果を表８に示す。

【００８０】

【表８】

【００８１】実施例６実施例３と同じスラリ−を円筒形石膏型（内径１５０ｍ
ｍ、外径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍ）に注入し、５分
ごとに上下を逆転させながら、常圧（１ｋｇｆ／ｃｍ
² ）で６０分間着肉させた。残ったスラリ−を排出した
後、円筒形状成形体を円筒形石膏型から脱離し、外径１
５０ｍｍ、内径１３０ｍｍ、高さ４００ｍｍの成形体を
得た。得られた成形体を１２００℃で５時間仮焼した
後、実施例５と同様に酸水素炎バ−ナ−で焼成し、外径
１３５ｍｍ、内径１１７ｍｍ、高さ３７０ｍｍの不透明
石英ガラス管を得た。

【００８２】実施例１と同様に、得られた不透明石英ガ
ラス管の化学分析を行った。結果を表７に示す。さら
に、実施例１と同様に、得られた不透明石英ガラス管中
に含まれる独立気泡の平均径、含有量、全表面積、１０
０μｍ以上の径を有するものの割合及びかさ密度を測定
するとともに、不透明石英ガラスを１ｍｍの厚さに加工
し、９００ｎｍの波長の光を透過させて、その直線透過
率を測定した。結果を表８に示す。

【００８３】実施例７＜原料アモルファスシリカ粉末の調整＞平均粒子径を３
μｍとした以外は実施例１と同様に実施した。その各種
不純物含有量は分析の結果表２に示される値と一致し
た。

【００８４】＜原料アモルファスシリカ粉末の成形及び
焼成＞上記の平均粒子径が３μｍのアモルファスシリカ
粉末２５００ｇを純水１２５０ｇに混合し、超音波を印
加しながら６時間撹拌した。得られたスラリ−を円筒形
石膏型（内径３６０ｍｍ、外径４００ｍｍ、高さ１００
ｍｍ）に注入し、５分ごとに上下を逆転させながら、常
圧（１ｋｇｆ／ｃｍ² ）で６０分間着肉させた。残った
スラリ−を排出した後、円筒形状成形体を円筒形石膏型
から脱離し、外径３６０ｍｍ、内径３４０ｍｍ、高さ１
００ｍｍの成形体を得た。

【００８５】得られた成形体をカ−ボン抵抗加熱炉に入
れ、窒素雰囲気中で、１１５０℃で１５時間焼成した。
そのまま３５０℃／ｈｒの昇温速度で１８００℃に昇温
した後、１分保持した。炉冷後、外径３２４ｍｍ、内径
３０６ｍｍ、高さ９０ｍｍの不透明石英ガラス管を得
た。

【００８６】実施例１と同様に、得られた不透明石英ガ
ラス管の化学分析を行った。結果を表７に示す。さら
に、実施例１と同様に、得られた不透明石英ガラス管中
に含まれる独立気泡の平均径、含有量、全表面積、１０
０μｍ以上の径を有するものの割合及びかさ密度を測定
するとともに、不透明石英ガラスを１ｍｍの厚さに加工
し、９００ｎｍの波長の光を透過させて、その直線透過
率を測定した。結果を表８に示す。

【００８７】表７及び８より明らかなように、実施例
５、６及び７の不透明石英ガラス管は高純度であり、ま
た、直線透過率が低く、熱線遮断性に優れている。

【００８８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の不透明石
英ガラスは、微細な気泡を多量に含有するため、熱線遮
断性に優れており、かつ純度が高いため、特に半導体製
造分野で使用される各種の炉心管、治具類及びベルジャ
−等の容器類、例えば、シリコンウェ−ハ処理用の炉心
管やそのフランジ部、断熱フィン、薬液精製筒及びシリ
コン溶解用ルツボ等の構成材料として好適である。ま
た、蛍光体等の各種粉末を焼成する容器や、熱線反射板
の分野においても使用することができる。

【００８９】特に、このような不透明石英ガラスからな
るフランジは、微細な独立気泡を含有するため、従来の
問題点（シ−ル面が研磨されている為に、洗浄処理等の
際に、シ−ル面に露出している気泡が削られ、フランジ
のシ−ル面が一部崩壊するという問題）がなく、加工面
の平滑性が良い。さらに、フランジ形状の粉末成形体を
焼成する本発明の製造方法は、従来の方法と比較して、
大幅に加工工程が省略され、加工コストを著しく削減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の半導体ウェ−ハ熱処理装置の断面図であ
る。

【図２】本発明の不透明石英ガラス管の製造に用いる成
形装置の断面図である。

【図３】実施例２の不透明石英ガラスの気泡径分布を示
すグラフである。

【図４】比較例１の不透明石英ガラスの気泡径分布を示
すグラフである。

【図５】比較例２の不透明石英ガラスの気泡径分布を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ヒ−タ− ２炉心管２１フランジ３半導体ウェ−ハ４支持ボ−ト５保温台６基台７シ−ルリング１１円筒形樹脂型１２塩化ビニル製円筒１３ａゴムシ−ル１３ｂゴムシ−ル１４ａ金属製カバ− １４ｂ金属製カバ− １５キャビティ− １６連結管１７連結管１８液溜め１９連結管２０スラリ−

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原幸伸青森県八戸市江陽三丁目１番109号日東化学工業株式会社内 (72)発明者加茂賢治茨城県つくば市天久保２丁目４−17 (72)発明者秋山智幸山形県山形市桜田東４−８−４−202 (72)発明者小野幸一茨城県土浦市富士崎１−18−７−605 (72)発明者津久間孝次茨城県土浦市富士崎１−18−７−901 (72)発明者須藤一山形県山形市十日町２丁目４−７ (72)発明者菊地義一山形県寒河江市大字寒河江字鶴田43−７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均径が２０〜４０μｍの１×１０⁶ 個
〜９×１０⁶ 個／ｃｍ³ の独立気泡を含有し、１００μ
ｍ以上の径を有する独立気泡が全気泡中に占める割合が
１％以下であるとともに、厚さを１ｍｍとしたときの９
００ｎｍの波長の光の直線透過率が５％以下であること
を特徴とする高純度不透明石英ガラス。
【請求項２】請求項１に記載の高純度不透明石英ガラ
スにおいて、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＡｌの不可避的不純物の含有量が各
々１ｐｐｍ以下（０を含む）であることを特徴とする高
純度不透明石英ガラス。
【請求項３】請求項１に記載の高純度不透明石英ガラ
スを製造する方法において、アルカリ金属ケイ酸水溶液
と酸とを反応させて得たシリカを精製してなる高純度ア
モルファスシリカ粉末であって、平均粒子径が０．５〜
１０μｍであり、かつＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＡｌの不可避的不純物の含
有量が各々１ｐｐｍ以下（０を含む）である該粉末を原
料とし、この粉末を成形した後、得られた成形体を１７
３０〜１８５０℃で焼成することを特徴とする方法。
【請求項４】請求項１に記載の高純度不透明石英ガラ
スからなる不透明石英ガラスフランジ。
【請求項５】請求項４に記載の高純度不透明石英ガラ
スフランジを製造する方法において、アルカリ金属ケイ
酸水溶液と酸とを反応させて得たシリカを精製してなる
高純度アモルファスシリカ粉末であって、平均粒子径が
０．５〜１０μｍであり、かつＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、
Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＡｌの不可避的不
純物の含有量が各々１ｐｐｍ以下（０を含む）である該
粉末を原料とし、この粉末を成形した後、得られた成形
体を１７３０〜１８５０℃で焼成することを特徴とする
方法。
【請求項６】請求項５に記載の不透明石英ガラスフラ
ンジを製造する方法において、前記高純度アモルファス
シリカ粉末と水のみからなり、有機系の結合剤及び分散
剤を全く含まないスラリ−を吸水性のある型に流し込む
ことにより、フランジ形状成形体を得ることを特徴とす
る方法。
【請求項７】請求項５に記載の不透明石英ガラスフラ
ンジを製造する方法において、１７３０〜１８５０℃で
焼成を行う前に、粉末成形体をあらかじめ１０００〜１
４００℃で一定時間仮焼することを特徴とする方法。
【請求項８】請求項１に記載の高純度不透明石英ガラ
スからなる不透明石英ガラス管。
【請求項９】請求項８に記載の高純度不透明石英ガラ
ス管を製造する方法において、アルカリ金属ケイ酸水溶
液と酸とを反応させて得たシリカを精製してなる高純度
アモルファスシリカ粉末であって、平均粒子径が０．５
〜１０μｍであり、かつＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｔｉ、
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＡｌの不可避的不純物の
含有量が各々１ｐｐｍ以下（０を含む）である該粉末を
原料とし、この粉末を成形した後、得られた成形体を電
気炉又は火炎を熱源として、１７３０〜２０００℃で焼
成することを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項９に記載の不透明石英ガラス管
を製造する方法において、前記高純度アモルファスシリ
カ粉末と水のみからなるスラリ−を円筒形状の型に入
れ、型に着肉させた後、型内の余分なスラリ−を排出
し、管状成形体を得ることを特徴とする方法。
【請求項１１】請求項９に記載の不透明石英ガラス管
を製造する方法において、スラリ−を充填した円筒形状
の型を立てて、一定時間ごとに上下を逆転させることに
より、着肉を均一に行うことを特徴とする方法。
【請求項１２】請求項９に記載の不透明石英ガラス管
を製造する方法において、１７３０〜２０００℃以上で
焼成をする前に、粉末成形体をあらかじめ１０００〜１
４００℃で一定時間仮焼することを特徴とする方法。
【請求項１３】請求項９に記載の不透明石英ガラス管
を製造する方法において、火炎を熱源として焼成するに
あたり、粉末成形体を旋盤等の回転装置に設置し、管を
回転させながら、管の外側あるいは内側又はその両方か
ら酸水素炎を当て、焼成することを特徴とする方法。