JP2002293575A - 石英部材表面のセラミックスコーティング方法 - Google Patents

石英部材表面のセラミックスコーティング方法

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JP2002293575A JP2001295458A JP2001295458A JP2002293575A JP 2002293575 A JP2002293575 A JP 2002293575A JP 2001295458 A JP2001295458 A JP 2001295458A JP 2001295458 A JP2001295458 A JP 2001295458A JP 2002293575 A JP2002293575 A JP 2002293575A
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▲チョル▼煥 趙
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英部材の表面との融着性に優れていて、外
部に放出されるエネルギーを最大限に抑制してエネルギ
ーの効率を極大化させるようにする。 【解決手段】 石英管３０の表面を炎で加熱して表面が
溶融される時点でセラミックス粉末を噴射してセラミッ
クスコーティング層を石英管３０の表面に形成する。炎
は水素気体と酸素気体とを混合して形成した混合炎を使
用し、その混合比率は、吐出圧を基準として１：３．０
Ｋｇ／ｃｍ2 〜１：４．０Ｋｇ／ｃｍ2 になるように混
合して形成する。セラミックス粉末の粒度は、２０μｍ
〜１００μｍとし、セラミックス粉末を１２００℃〜１
８００℃の高温で噴射し、セラミックスコーティング層
の厚さは１００μｍ〜３００μｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、管状、板状等の石
英部材の表面にセラミックスをコーティングする方法に
係り、より詳細には、半導体製造工程や各種加熱装置に
使用される石英管等の各種の石英板の表面にセラミック
スをコーティングすることにより外部に放出されるエネ
ルギーを効率的に抑制して熱効率を向上させるようにし
た石英部材表面のセラミックスコーティング方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に石英部材は、熱膨張や熱収縮率
が少なくて高熱でも破損される危険が少ないという特徴
を有するために、従来から高熱を必要とする半導体製造
工程や各種の加熱装置に適用されてきた。特に、半導体
製造工程では石英管の外周面にコイルを巻回してその内
部が高温で維持されるようにしておいて、この石英管の
内部にシリコンウェーハーを投入して高温処理する工程
を実施している。このシリコンウェーハーの処理工程は
半導体製造工程の中で最も重要な工程であり、シリコン
ウェーハーに不純物を注入させるために、石英管の内部
にシリコンウェーハーを投入して石英管を拡散用電気炉
に配置させた後に所定の高温に加熱しながら石英管の内
部に気体、液体または固体の不純物（例えば、ＰＯＣ１
３）を注入させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記処理工
程で使用される石英管の場合には、熱損失が非常に大き
いという短所がある。すなわち、シリコンウェーハーの
処理工程中に供給されるエネルギーの多くが可視光線の
形で外部に放出されると同時に熱線である赤外線の外部
への浸透によつてエネルギー効率が大きく低下されるよ
うになるのである。特に石英管内部では一定的な温度調
節が容易ではないのでシリコンウェーハー毎に処理温度
の偏差が発生して不良率が高くなるという短所もある。
それに外部に放出される熱損失によって作業室の温度が
上昇し、それによって作業環境が劣悪化される問題点が
ある。
【０００４】こうしたことから上記した石英管を使用す
ることに伴う問題点を解消すべく、熱損失を最少化する
ための数多くの研究がなされており、それらが公けにさ
れている。特に、石英管にセラミックスコーティング層
を形成することによって外部に放出される可視光線を減
少させると共にセラミックスの赤外線における長波状の
吸収性を利用して放射率を増加させ、それによってエネ
ルギーの増加でヒ−ターの熱効率を増加させることがで
きるようにしたものが知られている。
【０００５】その一つは、大韓民国実用新案出願番号第
８８−１０８９７号に係る遠赤外線セラミックス塗料の
塗布層が形成されたヒーター用石英管であり、これは石
英管の外周面に遠赤外線セラミックス塗料を適当量で塗
布して適切な時間と温度とで加熱することで硬化塗布層
として形成し、使用の際には赤外線における長波状の吸
収性を利用して放射率を増加させ、それによるエネルギ
ーの増加でヒーターの熱効率を増加させるようにしたも
のである。
【０００６】ただ、このようにすると、セラミックス塗
料を石英管に塗布した後に熱処理する過程で高温によっ
て塗料成分の炭化と共に石英管の表面が酸化されるにつ
れて石英管に塗布された塗料が剥離されてセラミックス
コーティング層としての元々の機能を果たせないという
問題点があった。
【０００７】そこで本発明は上記した従来の問題点を解
決するように、石英部材の表面との融着性に優れてい
て、外部に放出されるエネルギーを最大限に抑制してエ
ネルギーの効率を極大化させるようにした石英部材表面
のセラミックスコーティング方法を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明にあっては、石英部材の表面を炎で加熱し
て表面が溶融される時点でセラミックス粉末を噴射して
コーティング層を形成するのを特徴としている石英表面
のセラミックスコーティング層を形成するものである。
また上記炎は水素気体（Ｈ2 ）と酸素気体（Ｏ2 ）とを
混合して形成された混合炎を使用でき、その混合比率
は、吐出圧を基準として１：３．０Ｋｇ／ｃｍ2〜１：
４．０Ｋｇ／ｃｍ2 になるように混合して形成できる。
更に、この混合炎にセラミックス粉末が一緒に噴出され
るようにして石英部材の表面が溶融された時点でセラミ
ックス粉末を噴射してセラミックスコーティング層を形
成するのである。セラミックス粉末の粒度は、２０μｍ
〜１００μｍであるものとでき、また、セラミックス粉
末を１２００℃〜１８００℃の高温で噴射することがで
き、セラミックスコーティング層の厚さは１００μｍ〜
３００μｍであるものとすることができる。すなわち石
英部材の表面を加熱すると、その表面が次第に赤紅色に
変化し、その後も石英部材の表面を加熱するとピンク色
に変化されながら石英部材の表面が溶融し始める。この
ときに、セラミックス粉末を噴射することでセラミック
スコーティング層を形成する。このセラミックス粉末の
噴射に際し、石英部材の表面を加熱して表面が溶融され
る以前にセラミックス粉末を噴射してセラミックスコー
ティング層を形成しようとしても、セラミックス粉末が
石英部材の表面に融着されなくてセラミックス粉末が石
英部材の表面で分離される現象が発生する。石英部材の
表面を加熱するための手投として、石英部材の表面を溶
融させるには多様な方法を適用できるが、本発明では水
素気体と酸素気体とを混合して形成された混合炎を使用
する。この混合炎は、水素気体と酸素気体との混合比率
を、夫々の吐出圧を基準として１：３０Ｋｇ／ｃｍ2 〜
１：４．０Ｋｇ／ｃｍ2 になるように混合して形成す
る。この吐出圧の比率が１：３０Ｋｇ／ｃｍ2 未満、
１：４．０Ｋｇ／ｃｍ2 を越える場合には、加熱に際し
石英部材の表面が溶融される温度に到達できないものと
なってセラミックスコーティング層が形成されないとい
う問題点がある。また、酸素気体とプロパンガスとを混
合して形成された炎や酸素気体とエチレンガスとを混合
して形成された炎は石英部材の表面を溶融させる程十分
な温度まで上がらないので、セラミックスコーティング
層を形成しようとしても、それらは不完全なセラミック
スコーティング層となる。そのためにセラミックス粉末
が石英部材の表面に融着できずセラミックス粉末が石英
部材の表面から分離される現象が発生するのである 酸素気体と水素気体との混合炎を形成する装置としては
現在一般的に使用されている加熱噴射装置を利用でき、
この加熱噴射装置における混合炎の形成時に、加熱装置
本体の内部にセラミックス粉末を投入して、噴射される
混合炎の中にセラミックス粉末が一緒に墳出されるよう
にすることが好ましい。すなわち酸素気体と水素気体と
の混合炎で石英部材の表面を加熱して石英部材の表面が
溶融される時点で、混合炎の中にセラミックス粉末が噴
出されるようにしてセラミックスコーティング層を容易
に形成できるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明による石英部材表面
にセラミックスコーティング層を形成する過程に関して
添付した囲面を参照してより詳細に説明すると次のよう
である。
【００１０】図１は本発明の一実施の形態として石英管
の表面にセラミックスコーティング層を形成する過程を
概略的に表わした図面であり、先ず加熱装置は図示され
ているように水素気体供給管１１と酸素気体供給管１２
とが形成され、上記水素気体供給管１１を通して供給さ
れた水素気体と上記酸素気体供給管１２を通して供給さ
れた酸素気体とが混合される加熱装置本体１０が固定台
１５上に形成されている。そして、この加熱装置本体１
０は、水素・酸素で混合された混合ガスが外部に排出さ
れることで炎を形成するトーチ１６を備えた通常の加熱
機構の構造を持っている。
【００１１】また酸素気体と水素気体との混合量は別々
の調節バルブ１３，１４によって制御できる。この酸素
気体と水素気体との混合に際し、加熱装置本体１０の内
部にセラミックス粉末の投入がセラミックス粉末供給バ
ルブ２１によって制御が可能となるように、別にセラミ
ックス粉末供給筒２０を加熱装置本体１０上に設置して
水素気体と酸素気体との混合時に、セラミックス粉末が
一緒に混合されてトーチ１６に供給されるようにしてあ
る。このセラミツクス粉末はセラミックス粉末供給バル
ブ２１により必要の時だけ墳出されるようになってい
る。
【００１２】次に、上記のような構造を持つ加熱装置を
利用して石英部材、例えば管状に形成されている石英管
３０の表面である外周面にセラミックスコーティング層
を形成する方法を説明することにする。
【００１３】セラミックスコーティングをしようとする
一直線状の形態の加工されていない石英管３０を水平面
に対し傾斜した状態で３６０度回転させる。そして加熱
装置のトーチ１６部分を加熱しようとする石英管３０の
部位にあてがい位置させた後、水素気体と酸素気体とを
供給して混合炎がトーチ１６で形成されるようにする。
このトーチ１６によって石英管３０の表面を加熱する
と、その加熱温度が高くなるにつれてその表面は次第に
赤紅色に変化した後、ピンク色に変化しつつ溶融され始
まる。この溶融状態にあるとき、セラミックス粉末供給
バルブ２１を開放して混合炎の中にセラミックス粉末が
噴出するようにし、石英管３０の表面に噴射付着させて
セラミックスコーティング層を形成する。
【００１４】このときに用いられるセラミックス粉末は
一定的な温度で加熱制御したものを使用するのである。
このとき、加熱していないセラミックス原料を使用して
セラミックスコーティング層を形成する場合は、混合炎
の中で噴出されるセラミックス原料が高い温度によつて
溶融され、それによって石英管３０の表面にガラス質層
が形成される。ただ、形成されたガラス質層は高い温度
で熱膨張が進行されるために石英管３０の破損を招く虞
があるばかりでなく、均等な厚さのセラミックスコーテ
ィング層を形成できないという問題点が生じるので、一
定的な温度で加熱制御したセラミックス粉末を使用する
のが好ましい。本発明の実施に際しては、セラミックス
粉末として多様な種類のセラミックス素材を１２００℃
〜１８００℃の高温に加熱したものを使用するのであ
る。
【００１５】この際に使用されるセラミックス粉末の粒
度（大きさ）は作業の時の条件によって適当に調節が可
能であり、２０μｍ〜１００μｍのものを選択して使用
するのが好ましいのである。これはトーチ管を通過して
外部こ排出できる最大限のセラミックス粉末の大きさと
セラミックスコーティング層の厚さとを共に考慮して決
められることである。
【００１６】尚、セラミックス粉末を利用してコーティ
ングしたセラミックスコーティング層の厚さは１００μ
ｍ〜３００μｍとなるようにすることが好ましい。この
とき、セラミックスコーティング層の厚さが３００μｍ
を越える場合には、かえつてエネルギー効率が低下され
る短所があるばかりでなく、外部からの衝撃によって石
英管３０が破損されやすい短所もあり、セラミックスコ
ーティング層の厚さが１００μｍ未満の場合には、エネ
ルギー効率が低下される短所があるので上記した範囲の
内の厚さを有するようにするのが好ましい。
【００１７】上記した方法で石英管３０の外周面にセラ
ミックスコーティング層を形成した場合、セラミックス
粉末で前もって熱処理をすることで、また加熱してある
セラミックス粉末を使用することによって熱による膨張
を減少させると共にセラミックス粉末で発生する遠赤外
線によつてエネルギー効率を極大化できるという長所が
ある。特に、セラミックスコーティング層によって外部
に放出されるエネルギーを効率的に抑制することによっ
てエネルギーの損失を減らして、それによる電力消費を
防止するという利点がある。
【００１８】以下、本発明を下記に説明する実施例によ
って一層詳細に説明するも、これは本発明の理解に役に
立てるために提示されるもので、これによって本発明が
限定されるわけではない。
【００１９】
【実施例１】一直線状の形態の加工されていない石英管
３０を傾斜した状態で３６０度回転させておき、図１に
示された加熱装置のトーチ１６部分を、加熱しようとす
る石英管３０の部位に位置させた後、水素気体と酸素気
体とをそれらの吐出圧の比率を１：３．５Ｋｇ／ｃｍ2
とすることで供給して混合炎を形成させてから石英管３
０の表面を加熱する。加熱の時間が長くなるにつれて次
第に石英管３０の表面が赤紅色かピンク色に変化される
のであり、この際に上記の加熱装置本体１０の内部に、
セラミックス粉末供給バルブ２１によって混合炎の中に
セラミックス粉末が噴出されるようにしながら石英管の
外周面に厚さ２００±１０μｍのセラミックスコーティ
ング層を形成した。
【００２０】このようにして製造されたセラミックスコ
ーティング層の形成状態の写真を図２に表わしてあり、
この写真のようにセラミックスコーティング層が良好だ
ということが分かるのである。
【００２１】
【実施例２】一直線状の形態の加工されていない石英管
３０を傾斜した状態で３６０度回転させておき、図１に
示された加熱装置のトーチ１６部分を、加熱しようとす
る石英管３０の部位に位置させた後、水素気体と酸素気
体とをそれらの吐出圧の比率を１：１．５Ｋｇ／ｃｍ2
とすることで供給して混合炎を形成させてから石英管３
０の表面を加熱する。加熱の時間が長くなるにつれて次
第に石英管３０の表面が赤紅色に到達したが、それ以上
の色彩の変化がなかったので、直ちに加熱装置本体１０
内部に、セラミックス粉末供給バルブ２１によって混合
炎と共にセラミックス粉末が噴出されるようにしながら
石英管の外周面に厚さ２００±１０μｍのセラミックス
コーティング層を形成した。
【００２２】このようにして製造されたセラミックスコ
ーティング層の形成状態の写真を図３に表わしてあり、
この写真のようにセラミックスコーティング層が石英管
３０の表面で分離されるのを確認できるのである。
【００２３】
【実施例３】一直線状の形態の加工されていない石英管
３０を傾斜した状態で３６０度回転させておき、図１に
示された加熱装置のトーチ１６部分を加熱しようとする
石英管３０の部位に位置させた後、水素気体と酸素気体
とをそれらの吐出圧の比率を１：５Ｋｇ／ｃｍ2 とする
ことで供給して混合炎を形成させてから石英管３０の表
面を加熱する。加熱の時間が長くなるにつれて次第に石
英管３０の表面が赤紅色に到達したが、それ以上の色彩
の変化がなかったので、直ちに加熱装置本体１０の内部
に、セラミックス粉末供給バルブ２１によって混合炎の
中にセラミックスの粉末が噴出されるようにしながら石
英管３０の外周面に厚さ２００±１０μｍのセラミック
スコーティング層を形成した。
【００２４】このようにして製造されたセラミックスコ
ーティング層の形成状態の写真を図４に表わしてあり、
この写真のようにセラミックスコーティング層が石英管
３０の表面で分離されるのを確認できるのである。
【００２５】これらの実施例１か実施例３から理解でき
るように水素気体と酸素気体との吐出圧の比率が１：
３．０Ｋｇ／ｃｍ2 未満、あるいは１：４．０Ｋｇ／ｃ
ｍ2 を越えて混合されている場合には、石英管３０の表
面が溶融される時点でセラミックス粉末が石英管３０の
表面に到達できないことになって、石英管３０の表面に
形成されたセラミックスコーティング層が不完全なもの
となり、石英管３０の表面から分離される現象が発生す
ることが理解できるのである。すなわち水素気体と酸素
気体との吐出圧の比率が１：３．０Ｋｇ／ｃｍ2 から
１：４．０Ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内で水素気体と酸素気体
とを混合すれば、セラミックスコーティング層の形成が
可能だということが分かる。
【００２６】
【実施例４】実施例１とおけると同様にして、セラミッ
クスコーティング層の厚さが、５０±１０μｍとなるよ
うに形成した。
【００２７】
【実施例５】実施例１とおけると同様にして、セラミッ
クスコーティング層の厚さが、１００±１０μｍとなる
ように形成した。
【００２８】
【実施例６】実施例１とおけると同様にして、セラミッ
クスコーティング層の厚さが、３００±１０μｍとなる
ように形成した。
【００２９】
【実施例７】実施例１とおけると同様にして、セラミッ
クスコーティング層の厚さが、４００±１μｍとなるよ
うに形成した。
【００３０】上記実施例１によって得られた製品、実施
例４乃至実施例７夫々によって得られた製品のようにセ
ラミックスコーティング層が形成された石英管３０と、
セラミックスコーティング層を形成しなかった石英管３
０との熱効率を確認するために石英管３０の内部に挿入
配置した熱線を別々に同一条件で加熱した結果を表１に
まとめた。すなわち加熱された石英管３０を赤外線温度
測定装置（日本ＡＶＩＯ社製のＴＶＳ−６２０）によっ
て最大温度を測定してその結果を下記表１で表わした。
【００３１】
【表１】
【００３２】この表１に示されたように、本発明の範囲
内である水素気体と酸素気体との吐出圧の比率が１：
３．０Ｋｇ／ｃｍ2 から１：４．０Ｋｇ／ｃｍ2 の範囲
内とした混合炎によって石英管３０の外周面にセラミッ
クスコーティング層を形成した実施例１、実施例５、実
施例６の場合には、無コーティング石英管に比べて温度
が１００℃以上も高いのが分かる。また本発明の範囲の
未満でセラミックスコーティング層を形成した実施例
４、及び本発明の範囲を越えてセラミックスコーティン
グ層を形成した実施例７の場合には、無コーティング石
英管に比べて温度が高いが、本発明の範囲内でセラミッ
クスコーティング層を形成した実施例１、及び実施例
５、実施例６に比較して温度が低いのが分かる。
【００３３】いずれの実施例においても、石英部材の表
面にセラミックスコーティング層を形成するものとし
て、石英管３０を例にあげて説明したが、平面形態の石
英部材の表面をはじめ、多様な形態の構造を持つ石英部
材の表面のコーティングが可能である。
【００３４】
【発明の効果】上記で説明したように、本発明は石英部
材の表面にセラミックスをコーティングすることによっ
て外部に放出されるエネルギーである光エネルギーを効
率的に抑制して、これらを熱エネルギーに変換すること
で熱効率を極大化させることができる石英部材の表面に
セラミックスコーティング方法を提供する有用な発明で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態において火炎噴射
型の加熱装置によって石英管の表面にセラミックスコー
ティング層を形成する過程を概略的に表わした一部切欠
側面図である。
【図２】図２は水素気体と酸素気体との混合比率を１：
３．５Ｋｇ／ｃｍ2 にすることでセラミックスコーテイ
ング層を形成した状態を表わした写真である。
【図３】図３は水素気体と酸素気体との混合比率を１：
１．５Ｋｇ／ｃｍ2 にすることでセラミックスコーテイ
ング層を形成した状態を表わした写真である。
【図４】図４は水素気体と酸素気体との混合比率を１：
５Ｋｇ／ｃｍ2 にすることでセラミックスコーテイング
層を形成した状態を表わした写真である。
【符号の説明】
１０…加熱装置本体 １１…水素気
体供給管 １２…酸素気体供給管 １３…水素気
体調節バルブ １４…酸素気体調節バルブ １５…固定台 １６…トーチ ２０…セラミックス粉末供給筒 ２１…セラミ
ックス粉末供給バルブ ３０…石英管

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 石英部材の表面を炎で加熱して表面が溶
    融される時点でセラミックス粉末を噴射してセラミック
    スコーティング層を形成することを特徴とした石英部材
    表面のセラミックスコーティング方法。
  2. 【請求項２】 請求項１において、上記炎で水素気体と
    酸素気体とを混合して形成された混合炎を使用する石英
    部材表面のセラミックスコーティング方法。
  3. 【請求項３】 請求項２において、上記混合炎にセラミ
    ックス粉末が一緒に噴出されるようにして石英部材の表
    面が溶融された時点でセラミックス粉末を噴射してセラ
    ミックスコーティング層を形成する石英部材表面のセラ
    ミックスコーティング方法。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかにおい
    て、炎は水素気体と酸素気体との混合比率が吐出圧を基
    準として１：３．０Ｋｇ／ｃｍ2 〜１：４．０Ｋｇ／ｃ
    ｍ2 になるように混合して形成される石英部材表面のセ
    ラミックスコーティング方法。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項３のいずれかにおい
    て、セラミックス粉末の粒度が２０μｍ〜１００μｍで
    ある石英部材表面のセラミックスコーティング方法。
  6. 【請求項６】 請求項４において、セラミックス粉末の
    粒度が２０μｍ〜１００μｍである石英部材表面のセラ
    ミックスコーティング方法。
  7. 【請求項７】 請求項５において、セラミックス粉末を
    １２００℃〜１８００℃の高温で噴射する石英部材表面
    のセラミックスコーティング方法。
  8. 【請求項８】 請求項６において、セラミックス粉末を
    １２００℃〜１８００℃の高温で噴射する石英部材表面
    のセラミックスコーティング方法。
  9. 【請求項９】 請求項５において、セラミックスコーテ
    ィング層の厚さが１００μｍ〜３００μｍである石英部
    材表面のセラミックスコーティング方法。
  10. 【請求項１０】 請求項６において、セラミックスコー
    ティング層の厚さが１００μｍ〜３００μｍである石英
    部材表面のセラミックスコーティング方法。
  11. 【請求項１１】 請求項８において、セラミックスコー
    ティング層の厚さが１００μｍ〜３００μｍである石英
    部材表面のセラミックスコーティング方法。
JP2001295458A 2001-03-24 2001-09-27 石英部材表面のセラミックスコーティング方法 Pending JP2002293575A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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