JP2002234747A - 半球ドーム状石英ガラス製品の製造方法と製造装置 - Google Patents

半球ドーム状石英ガラス製品の製造方法と製造装置

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JP2002234747A
JP2002234747A JP2001073115A JP2001073115A JP2002234747A JP 2002234747 A JP2002234747 A JP 2002234747A JP 2001073115 A JP2001073115 A JP 2001073115A JP 2001073115 A JP2001073115 A JP 2001073115A JP 2002234747 A JP2002234747 A JP 2002234747A
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JP
Japan
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quartz glass
carbon
carbon lower
lower mold
molding
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Maki Takimura
麻紀 滝村
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Kyokko Seiko Co Ltd
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Kyokko Seiko Co Ltd
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    • C03B23/023Re-forming glass sheets by bending
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半球ドーム状の石英ガラス製品は、小型品につ
いては石英ガラス管を丸く封じて製造するのでチャンバ
ーの頂部の肉厚が薄くなる傾向があり、一方大型品につ
いては、研削や摺り加工の工数が膨大なものとなり、製
造コストと品質の両面で製造方法の改善が望まれてい
る。 【解決手段】本発明における第一の解決手段は、カーボ
ン下型のみにて成形するものであり、カーボン下型の全
面少なくとも底面付近に細い貫通孔を適当数量明けるか
或いはカーボン下型の材質を多孔質体を採用することに
より成形途中でカーボン下型底部の雰囲気ガスが閉じ込
められる現象を排除し精度よい球面形状を形成すること
が可能となる。第二の解決手段は、円状に切抜加工した
石英ガラス平板をカーボン下型に置き、不活性雰囲気中
で軟化温度以上に加熱した後、成形室にカーボン下型毎
自動的に移送した後、例えばエアーシリンダーによりカ
ーボン上型を所定圧力にて圧下させて押圧成形すること
により、生産性よく連続的に成形するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する分野】本発明は、半導体製造等に使用さ
れるプラズマエッチング装置において使用せられる透明
石英ガラス製の半球ドーム状チャンバーをその一例とす
る半球状の石英ガラス製品を製造するに際して、素材と
する半球ドーム状石英ガラス製品を成形加工により製造
することに関する。 【0002】 【従来の技術】シリコン半導体の製造工程において、シ
リコン基板上に形成される酸化シリコン膜や金属膜を選
択的にエッチングする場合、励起源としてプラズマとし
てエッチングする方式が広く普及している。 【0003】この場合、半球状の透明石英ガラス製のチ
ャンバーが広く用いられる。 【0004】半球状の透明石英製チャンバーの製造方法
としては、現在主に以下の2つの方法が一般的である。 【0005】第一の方法は、目的とする半球状チャンバ
ーの曲率同程度の曲率を有する石英ガラス管の先端を酸
水素バーナーにて丸く封じ、丸く封じた先端部を切り出
し、必要に応じて内面外面を研削ないしは遊離砥粒によ
り摺り加工を行い半透明の半球状チャンバーを得た後、
さらに酸水素バーナーにて表面を加熱することにより透
明のチャンバーを得る方法である。 【0006】第二の方法は、あらかじめ所望の曲率に成
形した小サイズの石英ガラス板を同じく所望の曲率に球
面加工したカーボン台に配置して酸水素バーナーにて小
サイズの石英ガラス板同士を溶接して概略球面形状品を
形成後、内面外面を研削ないしは遊離砥粒により摺り加
工することにより半透明の半球状チャンバーを得た後、
さらに酸水素バーナーにて表面を加熱することにより透
明のチャンバーを得る方法である。 【0007】曲率の小さい小型品では前者、曲率の大き
い大型品例えば12インチウェハー処理用では後者の方
法に依る場合が一般的である。 【0008】 【解決すべき課題】上記のように従来の方法では、小型
品においては、石英ガラス管を丸く封じて製造するので
チャンバーの頂部の肉厚が薄くなる傾向があり、大型品
においては、研削や摺り加工の工数が膨大なものとな
り、製造コストと品質の両面で製造方法の改善が望まれ
ている。 【0009】低コストの製造方法については実は開発が
されており、半球状の石英ガラス製品を成形する方法に
ついてはすでに特許も出願されている。例えば、特開平
8−295522においては、図1のように雌型1上に
石英ガラス円板2を載せ、さらにその上に雄型3を載せ
て温度を上げることで押圧成形されるとしている。 【0010】しかしながら、特開平8−295522に
示されている実施例では、石英ガラス円板2の上に半球
状の雄型3を載せた状態でセットする為、成形前の状態
は不安定であり、成形後製品を取り出すにはまず雄型を
外す必要があることもあり生産性は低いものと思われ、
実用的ではない。 【0011】 【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するため、成形により半球ドーム状の石英ガラス製品を
低コストで製造する実用的な方法が本発明である。 【0012】以下に示す2つの方法により、低コストで
製造する実用的な方法が実現できる。 【0013】第一の方法は、上型を用いず、下型に石英
ガラス板が自重のみで変形して所望の形状を実現する考
え方であり概略図を図2に示す。 【0014】本発明は、あらかじめ円状に切り抜き加工
された石英ガラス平板4を、所望の半球ドーム状の石英
ガラス製品の外面曲率に等しい内面曲率を有するカーボ
ン下型5の内面にふたをするように置き、電気炉6にて
不活性雰囲気中で軟化温度以上に加熱することにより半
球ドーム状の石英ガラス製品の製造方法に関する課題が
解決できる。 【0015】すなわち、従来の方法において大型品にお
いて課題であった後工程である研削・摺り加工の負荷が
大幅に軽減され、小型品において課題であった頂部の肉
厚が薄くなる現象も解決できる。加えて特開平8−29
5522において指摘した成形前の雄型がセットされた
状態におけるような不安定な状況も現出しない。 【0016】この際、石英ガラス平板4は、電気炉6中
にて加熱されるに従い、粘性が低下し、カーボン下型5
の内面をしだいに垂れるようにしてカーボン下型5の内
面に沿って変形が進行し、球状を呈する。 【0017】さらに温度を上げ続けると、さらにガラス
の粘性は低下し重力によりガラスが流動化するため、得
られた半球状の底面側は肉が厚くなり、逆に上側は肉が
薄くなる現象が認められる。 【0018】また、加熱温度が低いと、図3のようにガ
ラスの粘性は大きいままのためカーボン型に十分沿わず
所望の曲率や形状が得られない。 【0019】この場合は、カーボン下型7と接触してい
る石英ガラス平板7の外縁部から変形をうけ早期に上側
で石英ガラス平板7がカーボン下型8に沿うことであた
かも石英ガラス平板7によってカーボン下型8にフタが
されたかの如くの効果を示し、成形途中にてカーボン下
型8の底部に雰囲気ガス9が閉じ込められて、その後温
度を上げても石英ガラス平板7を挟んで圧力が拮抗し、
石英ガラス平板7の自重によって底面まで等しくカーボ
ン下型8の内面に沿った成形は困難となる。 【0020】そこで、本発明は、カーボン下型の全面少
なくとも底面付近に細い貫通孔を適当数量明けるか或い
はカーボン下型の材質を多孔質体を採用することにより
成形途中でカーボン下型底部の雰囲気ガスが閉じ込めら
れる現象を回避しようとするものである。 【0021】図4のように、全面或いは少なくとも底面
付近に細い貫通孔を適当数量明けたカーボン下型を用い
た場合、成形温度によっては、成形された半球ドーム状
の石英ガラス製品の外面に貫通孔に相当する突起が生ず
る場合があるが、製品厚さの均一性を重視すれば成形温
度はやや低めに設定する必要があるため突起高さは許容
範囲に収まる場合が多く、また球面の仕上げのために研
削ないしは砥粒による摺り加工を行う場合には、上記突
起は除去されるので品質上支障はない。 【0022】第二の方法は、所望の半球ドーム状の石英
ガラス製品の外面曲率に等しい内面曲率を有するカーボ
ン下型14の内面に、あらかじめ円状に切り抜き加工さ
れた石英ガラス平板13を置き、電気炉加熱室15にて
不活性雰囲気中で軟化温度以上に加熱した後、連続的に
隣接しかつ不活性雰囲気で満たされたる成形室16内に
カーボン型共々自動的に移送した後、該成形室上部より
例えばエアーシリンダー17により所定圧力にて押圧成
形することにより、効率よく成形するという方法であり
概略断面図を図5に示す。 【0023】この場合、積極的に押圧するため成形途中
の石英ガラス平板13とカーボン下型14の間に閉じこ
められた雰囲気ガスは押圧により容易に排除されるため
貫通孔等をカーボン下型に明ける必要は必ずしもない。 【0024】この第二の方法では、押圧成形後速やかに
成形室より製品を移動させるため連続的に生産すること
が可能であり、図5にあるように加熱室15の手前には
前室18を設けるとともに成形室16の後に後室19を
設けて、搬送機構を付加することにより、円滑かつ迅速
な生産が保証されるのに加えて、前室18及び後室19
も不活性ガス雰囲気とすることにより加熱室15及び成
形室16に外気が侵入することを抑制することで、炉体
を構成するカーボン部品等、並びに下型、上型の損耗を
抑制する効果を有する。 【0025】 【実施例】半球状の石英ガラス製品の製造方法は図2に
示すようにカーボン下型5にあらかじめ円形に切り抜き
加工した石英ガラス円板4を蓋をするようにセットし、
電気炉6に入れて所定条件に従って加熱冷却する。 【0026】カーボン下型5としては直径3mmの貫通
孔を該カーボン下型底部近傍に合計10ヶ所設けたるカ
ーボン下型及び比較のため貫通孔を設けない同一寸法の
カーボン下型の2種類について実施している。 【0027】本実施例では、石英ガラス板は東芝セラミ
ックス株式会社製溶融石英ガラスT−1030相当品の
厚さ6mmの石英ガラス板を日平トヤマ株式会社製レー
ザー加工機にて直径340mmで抜き加工したものを使
用した。 【0028】本実施例で使用した電気炉の基本仕様は表
1の通りである。 【0029】 【表1】【0030】本実施例で使用したカーボン下型は、内面
曲率が175mmで材質は高純度カーボンである。 【0031】本実施例での成形条件及び成形結果は表2
の通りである。 【0032】 【表2】 【0033】 【発明の効果】半球ドーム状の透明石英ガラス製品の製
造方法として従来は、石英ガラス管の先端を酸水素バー
ナーにて丸く封じてこれを切り出し内面外面を研削ない
しは摺り加工するか、或いは小サイズの石英ガラス板を
互いに貼り合わせ溶接後、内面外面を研削ないしは摺り
加工を行うか、或いは特開平8−295522にあるよ
うに雌型上に石英ガラス板を置きさらに雄型を置いて全
体を加熱する方法がとられていたのに対して、本発明に
おいては上型を用いず下型のみでの成形を可能にしてい
る。また本発明においては上型をエアーシリンダー等に
て積極的に押圧成形することによって連続的な生産を可
能にし、生産性は大幅に向上される。なお、ここでいう
上型及び下型とは、特開平8−295522にあるとこ
ろの雄型及び雌型に相当するものである。
【図面の簡単な説明】 【図1】特開平8−295522に示されている半球状
石英ガラス製品の成形方法の図。 【図2】上型を用いず下型に石英ガラス板が自重のみで
変形して所望の形状を実現する成形方法の図。 【図3】 【図2】による成型方法において、カーボン下型に貫通
孔加工を施さない場合の成型状況の一例。 【図4】 【図2】による成型方法において、全面或いは少なくと
も底面付近に細い貫通孔を明けたカーボン下型の一例。 【図5】石英ガラス製品を押圧成形により連続的に製造
するための製造装置の断面図。 【符号の説明】 1 雌型 2 石英ガラス円板 3 雄型 4 石英ガラス平板 5 カーボン下型 6 電気炉 7 石英ガラス平板 8 カーボン下型 9 閉じこめられた雰囲気ガス 10 石英ガラス平板 11 カーボン下型 12 細い貫通孔 13 石英ガラス平板 14 カーボン下型 15 加熱室 16 成形室 17 エアーシリンダー 18 前室 19 後室 20 カーボンベース板 21 断熱扉 22 カーボン上型 23 窒素ガス 24 加熱ヒーター

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】円状に切り抜き加工されたる石英ガラス平
    板を、内面を半球状にくり抜き加工したるカーボン下型
    にフタをするように置き、電気炉中にて不活性ガス雰囲
    気のもとで軟化温度以上に加熱することにより得られる
    半球ドーム状の石英ガラス製品。 【請求項2】 【請求項1】におけるカーボン下型においては、目的と
    する半球ドーム状石英ガラス製品の外径球面曲率に一致
    する曲率寸法を内面に有し、但しカーボン下型入口部に
    おける内面直径は少なくとも加工素材たる円状に切り抜
    き加工したる石英ガラス平板の直径よりは大きいことを
    特徴とするが、但しカーボン下型の内面曲率は全領域に
    わたって同一である必要はなく複数の異なる曲率部分が
    滑らかなるつなぎ部分にて連続する内面を有する場合も
    あることを特徴とするカーボン型。 【請求項3】 【請求項1】におけるカーボン下型において、該カーボ
    ン下型の全面或いはその一部に望むらくは直径3mm以
    下の貫通孔を適量個数あけるか、或いは該カーボン下型
    全面或いはその一部が多孔質材料からなることにより、
    円状に切り抜き加工したる石英ガラス板の加熱軟化時に
    該石英ガラス板とカーボン下型内面間に雰囲気ガスが封
    じ込まれることなくカーボン下型内面曲率寸法と同一の
    外径曲率寸法を有する半球ドーム状石英ガラス製品が加
    工できることを特徴とするカーボン型。 【請求項4】 【請求項1】において、平均加熱速度100℃/分ない
    しはそれ以上の加熱能力を有する電気炉にて窒素ガス等
    の不活性ガス雰囲気中で1550℃ないしは2000℃
    に加熱し、最高加熱温度到達後0ないし5分程度保持し
    た後炉冷することで目的とする外面曲率寸法に加工する
    ことを特徴とする半球ドーム状の石英ガラス製品。 【請求項5】 【請求項1】における如く石英ガラス円板をカーボン下
    型内面に置き、電気炉にて不活性ガス雰囲気中で軟化温
    度以上に加熱した後、該電気炉と連続的に隣接しかつ不
    活性ガス雰囲気で満たされたる成形室内部にカーボン下
    型共々自動的に移送した後、該成形室内の上部に設備し
    たるエアーシリンダー等の押圧手段によりこれに取り付
    けたるカーボン上型にて所定圧力にて押圧成形すること
    を特徴とする半球ドーム状の石英ガラス製品及び該半球
    ドーム状の石英ガラス製品を成形する装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100845492B1 (ko) 2007-02-15 2008-07-11 (주)엔케이산기 대형 석영돔의 몰드 성형후 냉각시 파손방지장치

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KR100845492B1 (ko) 2007-02-15 2008-07-11 (주)엔케이산기 대형 석영돔의 몰드 성형후 냉각시 파손방지장치

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