JP2955447B2 - シリカガラス多層構造チュ−ブおよびその製造法 - Google Patents
シリカガラス多層構造チュ−ブおよびその製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性に優れたシリカ
ガラス多層構造チュ−ブ、特に半導体熱処理治具として
も、また放電管チュ−ブ材としても有用なシリカガラス
多層構造チュ−ブおよびその製造法に関する。
ガラス多層構造チュ−ブ、特に半導体熱処理治具として
も、また放電管チュ−ブ材としても有用なシリカガラス
多層構造チュ−ブおよびその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリカガラスは、高い純度を有
し、熱膨張率が極めて小さく耐急熱急冷性に優れるとこ
ろから、半導体工業用ガラス、あるいは照明工業用ガラ
スとして用いられてきた。前記半導体工業では、シリコ
ンウエハーボート、電気炉内ガラスチャンバー等の熱処
理治具部材として、また照明工業では、水銀ランプ用バ
ルブ、メタルハライドランプ用バルブ等の放電管用チュ
ーブ部材としてそれぞれ使用されてきた。
し、熱膨張率が極めて小さく耐急熱急冷性に優れるとこ
ろから、半導体工業用ガラス、あるいは照明工業用ガラ
スとして用いられてきた。前記半導体工業では、シリコ
ンウエハーボート、電気炉内ガラスチャンバー等の熱処
理治具部材として、また照明工業では、水銀ランプ用バ
ルブ、メタルハライドランプ用バルブ等の放電管用チュ
ーブ部材としてそれぞれ使用されてきた。
【０００３】ところが、上記部材はしばしばその使用温
度が１０００℃を越える高温のため前記特性を有するシ
リカガラスであっても、容易に熱変形し、その寿命は短
いものであった。特にシリカガラスをメタルハライドラ
ンプ用バルブ材として使用したとき、その点灯時にバル
ブ内圧が５〜３０ｋｇｆ／ｃｍ2，バルブ温度が９００
〜１１００℃にもなるため、バルブ材の熱膨張が激しく
その寿命は短いものであった。こうした欠点を解決する
手段として、例えば特公昭４７−１４７７号公報等にみ
られるようにシリカガラス管の外被として石英の変態結
晶の結合された、微細結晶層、特に、クリストバル石層
からなる被覆層を有する多層構造管が提案された。しか
しながら、前記被覆層の形成は石英ガラス管の上に粉末
状の最純粋のクリストバル石をスプレ−し、それを焔に
よって、または炉中において石英ガラス管表面に焼き付
けるものであり、均一で厚い結晶層の形成が困難で未だ
耐熱性が十分ではなく前記欠点を解決するには到らなか
った。その上、前記多層構造チュ−ブはその製造方法か
ら、白色不透明であり任意の光波長を吸収させる光制御
層を設けることが困難で照明工業用の多層チュ−ブ材を
作成することができなかった。
度が１０００℃を越える高温のため前記特性を有するシ
リカガラスであっても、容易に熱変形し、その寿命は短
いものであった。特にシリカガラスをメタルハライドラ
ンプ用バルブ材として使用したとき、その点灯時にバル
ブ内圧が５〜３０ｋｇｆ／ｃｍ2，バルブ温度が９００
〜１１００℃にもなるため、バルブ材の熱膨張が激しく
その寿命は短いものであった。こうした欠点を解決する
手段として、例えば特公昭４７−１４７７号公報等にみ
られるようにシリカガラス管の外被として石英の変態結
晶の結合された、微細結晶層、特に、クリストバル石層
からなる被覆層を有する多層構造管が提案された。しか
しながら、前記被覆層の形成は石英ガラス管の上に粉末
状の最純粋のクリストバル石をスプレ−し、それを焔に
よって、または炉中において石英ガラス管表面に焼き付
けるものであり、均一で厚い結晶層の形成が困難で未だ
耐熱性が十分ではなく前記欠点を解決するには到らなか
った。その上、前記多層構造チュ−ブはその製造方法か
ら、白色不透明であり任意の光波長を吸収させる光制御
層を設けることが困難で照明工業用の多層チュ−ブ材を
作成することができなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の欠点を解決
し最近の半導体工業や照明工業の要望に応じたシリカガ
ラスチュ−ブ材を提供すべく本発明者等は鋭意研究を重
ねた結果、結晶化シリカガラス層と高純度シリカガラス
層とを組み合わせることにより優れた耐熱性、すなわ
ち、ランプバルブにおける耐失透性と発光ガスの封入
性、半導体熱処理チャンバ−における外部からの不純物
汚染防止効果等が得られるとともに、前記ガラス層のい
ずれかに各種紫外線吸収剤、赤外線吸収剤または失透防
止剤をド−プすることにより優れた光波長制御性を有す
るシリカガラス多層構造チュ−ブが得られることを見出
し、本発明を完成したものである。
し最近の半導体工業や照明工業の要望に応じたシリカガ
ラスチュ−ブ材を提供すべく本発明者等は鋭意研究を重
ねた結果、結晶化シリカガラス層と高純度シリカガラス
層とを組み合わせることにより優れた耐熱性、すなわ
ち、ランプバルブにおける耐失透性と発光ガスの封入
性、半導体熱処理チャンバ−における外部からの不純物
汚染防止効果等が得られるとともに、前記ガラス層のい
ずれかに各種紫外線吸収剤、赤外線吸収剤または失透防
止剤をド−プすることにより優れた光波長制御性を有す
るシリカガラス多層構造チュ−ブが得られることを見出
し、本発明を完成したものである。
【０００５】本発明は、耐熱性に優れた、すなわち耐失
透性、高粘度な新規なシリカガラス多層構造チュ−ブを
提供することを目的とする。
透性、高粘度な新規なシリカガラス多層構造チュ−ブを
提供することを目的とする。
【０００６】本発明は、紫外線および／または赤外線吸
収層を有する新規な耐熱性に優れたシリカガラス多層構
造チュ−ブを提供することを目的とする。
収層を有する新規な耐熱性に優れたシリカガラス多層構
造チュ−ブを提供することを目的とする。
【０００７】本発明は、外側からの不純物汚染をシ−ル
ドする層を有する新規な耐熱性に優れたシリカガラス多
層構造チュ−ブを提供することを目的とする。
ドする層を有する新規な耐熱性に優れたシリカガラス多
層構造チュ−ブを提供することを目的とする。
【０００８】さらに、本発明は、新規なシリカガラス多
層構造チュ−ブの製造法を提供することを目的とする。
層構造チュ−ブの製造法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、高純度シリカガラス層と結晶化シリカガラス層が
少なくとも１層以上であることを特徴とするシリカガラ
ス多層構造チュ−ブおよびその製造法に係る。
明は、高純度シリカガラス層と結晶化シリカガラス層が
少なくとも１層以上であることを特徴とするシリカガラ
ス多層構造チュ−ブおよびその製造法に係る。
【００１０】上記高純度シリカガラスとは、高純度の石
英や水晶を溶融して得られた“溶融石英ガラス”または
四塩化ケイ素等のケイ素化合物を酸水素炎にて加水分解
して得られる“合成シリカガラス”をいう。
英や水晶を溶融して得られた“溶融石英ガラス”または
四塩化ケイ素等のケイ素化合物を酸水素炎にて加水分解
して得られる“合成シリカガラス”をいう。
【００１１】また、結晶化シリカガラスとは、シリカ原
料粉と酸化物、ホウ化物、炭化物またはチッ化物から選
ばれる少なくとも１種の高融点セラミックス粉末（以下
核生成剤という）との混合物を透明ガラス化したのち、
前記核生成剤を含有するシリカガラスを、９００〜１２
００℃の温度にて加熱し、シリカガラスマトリックス中
にシリカ鉱物のクオルツ、トリディマイト、クリストバ
ライト、カルセドニ−、オパ−ルの少なくとも１種類以
上を析出させたシリカガラスをいう。前記核生成剤して
は、透明ガラス化時にシリカ原料と反応しない高融点セ
ラミックスからなり、具体的には酸化物としてはＡｌ 2
Ｏ 3 、３Ａｌ 2 Ｏ 3 ・２ＳｉＯ 2 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂｅ
Ｏ、ＺｒＯ 2 、ＨｆＯ 2 が、ホウ化物としてはＺｒＢ 2 、
ＨｆＢ 2 、ＴｉＢ 2 、ＬａＢ 6 が、炭化物としてはＺｒ
Ｃ、ＨｆＣ、ＴｉＣ、ＴａＣが、チッ化物としてはＺｒ
Ｎ、ＨｆＮ、ＴｉＮ、ＴａＮなどが挙げられる。
料粉と酸化物、ホウ化物、炭化物またはチッ化物から選
ばれる少なくとも１種の高融点セラミックス粉末（以下
核生成剤という）との混合物を透明ガラス化したのち、
前記核生成剤を含有するシリカガラスを、９００〜１２
００℃の温度にて加熱し、シリカガラスマトリックス中
にシリカ鉱物のクオルツ、トリディマイト、クリストバ
ライト、カルセドニ−、オパ−ルの少なくとも１種類以
上を析出させたシリカガラスをいう。前記核生成剤して
は、透明ガラス化時にシリカ原料と反応しない高融点セ
ラミックスからなり、具体的には酸化物としてはＡｌ 2
Ｏ 3 、３Ａｌ 2 Ｏ 3 ・２ＳｉＯ 2 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂｅ
Ｏ、ＺｒＯ 2 、ＨｆＯ 2 が、ホウ化物としてはＺｒＢ 2 、
ＨｆＢ 2 、ＴｉＢ 2 、ＬａＢ 6 が、炭化物としてはＺｒ
Ｃ、ＨｆＣ、ＴｉＣ、ＴａＣが、チッ化物としてはＺｒ
Ｎ、ＨｆＮ、ＴｉＮ、ＴａＮなどが挙げられる。
【００１２】上記核生成剤の含有量は、シリカ粉末成分
に対し０．００１〜２ｗｔ．％の範囲である。前記範囲
以下では結晶化が少なく、耐熱性の向上が見れれない。
逆に前記範囲以上では、結晶化が進み過ぎ、特に透明性
に劣り放電管用バルブ材としては適当でない。
に対し０．００１〜２ｗｔ．％の範囲である。前記範囲
以下では結晶化が少なく、耐熱性の向上が見れれない。
逆に前記範囲以上では、結晶化が進み過ぎ、特に透明性
に劣り放電管用バルブ材としては適当でない。
【００１３】上記シリカガラス多層構造チュ−ブは結晶
化シリカガラス層と高純度シリカガラス層あるいは各種
の紫外線吸収剤および／または赤外線吸収剤をド−プし
たシリカガラス層とからなり、その目的に応じた層構成
を採ることができる。特に２層構造チュ−ブ、３層構造
チュ−ブが好適である。前記２層構造チュ−ブの場合に
は、内側を高純度シリカガラスとし、外側を結晶化シリ
カガラス層としたチュ−ブ材が良い。この２層構造チュ
−ブを半導体工業用に電気炉内チャンバ−として使用す
ると、チュ−ブの外側の結晶化シリカガラス層が炉から
の金属不純物に対しシ−ルド効果を有しチャンバ−内の
不純物の拡散による汚染を防止することができる。ま
た、照明工業用にランプバルブ材として使用するとき
は、高純度シリカガラス層に紫外線カット用のチタン、
セリウムをド−プするか、および／または赤外線カット
用の鉄をド−プするのがよい。一般照明用放電ランプバ
ルブ材としては紫外線カットしたチュ−ブがよく、また
プロジェクタ−用放電ランプバルブ材としては赤外線を
カットしたチュ−ブがよい。
化シリカガラス層と高純度シリカガラス層あるいは各種
の紫外線吸収剤および／または赤外線吸収剤をド−プし
たシリカガラス層とからなり、その目的に応じた層構成
を採ることができる。特に２層構造チュ−ブ、３層構造
チュ−ブが好適である。前記２層構造チュ−ブの場合に
は、内側を高純度シリカガラスとし、外側を結晶化シリ
カガラス層としたチュ−ブ材が良い。この２層構造チュ
−ブを半導体工業用に電気炉内チャンバ−として使用す
ると、チュ−ブの外側の結晶化シリカガラス層が炉から
の金属不純物に対しシ−ルド効果を有しチャンバ−内の
不純物の拡散による汚染を防止することができる。ま
た、照明工業用にランプバルブ材として使用するとき
は、高純度シリカガラス層に紫外線カット用のチタン、
セリウムをド−プするか、および／または赤外線カット
用の鉄をド−プするのがよい。一般照明用放電ランプバ
ルブ材としては紫外線カットしたチュ−ブがよく、また
プロジェクタ−用放電ランプバルブ材としては赤外線を
カットしたチュ−ブがよい。
【００１４】３層構造チュ−ブはランプバルブ材、特に
メタルハライドランプ用バルブ材として有用である。メ
タルハライドランプ用バルブ材の例を図１に示すが、そ
の最内層をメタルハライドランプ封入ガスとして使用さ
れる希土類元素のヨウ化物、臭化物に対応させネオジ
ム、サマリウム、ユ−ロピウム、ジスプロシウム、ホル
ミウム、エルビウム、およびツリウムの元素のいずれか
１種以上をド−ブした高純度シリカガラス層１とし、中
間層を結晶化シリカガラス層２とし、さらに最外層を紫
外線および／または赤外線カット剤ド−プ高純度シリカ
ガラス層３で構成するのがよい。
メタルハライドランプ用バルブ材として有用である。メ
タルハライドランプ用バルブ材の例を図１に示すが、そ
の最内層をメタルハライドランプ封入ガスとして使用さ
れる希土類元素のヨウ化物、臭化物に対応させネオジ
ム、サマリウム、ユ−ロピウム、ジスプロシウム、ホル
ミウム、エルビウム、およびツリウムの元素のいずれか
１種以上をド−ブした高純度シリカガラス層１とし、中
間層を結晶化シリカガラス層２とし、さらに最外層を紫
外線および／または赤外線カット剤ド−プ高純度シリカ
ガラス層３で構成するのがよい。
【００１５】本発明のシリカガラス多層構造チュ−ブは
例えば次のような手法で製造される。
例えば次のような手法で製造される。
【００１６】先ず、２層構造管は、高純度シリカガラ
スシリンダ−の外に、これより直径の大きい核生成剤を
含有するシリカガラスシリンダ−を重ね合わせた後、加
熱溶融させつつチュ−ブ引きする方法。高純度シリカ
ガラスロッドの外に、これより直径の大きい核生成剤を
含有するシリカガラスシリンダ−をかぶせ合わせた後、
加熱溶着させ２層構造ロッドを作成し、次いで該ロッド
の外周を電熱ヒ−タ−１１で加熱しながら、そのロッド
の中心部を図３に示すような炭素ドリル１０で開口しチ
ュ−ブ化することにより作成される。このような炭素ド
リルを使う方法は熱間炭素ドリル圧入法と呼ばれる（高
純度シリカの応用技術、（株）シ−エムシ−発行、１９
９１年、１０５頁、図２．１．１１参照）。
スシリンダ−の外に、これより直径の大きい核生成剤を
含有するシリカガラスシリンダ−を重ね合わせた後、加
熱溶融させつつチュ−ブ引きする方法。高純度シリカ
ガラスロッドの外に、これより直径の大きい核生成剤を
含有するシリカガラスシリンダ−をかぶせ合わせた後、
加熱溶着させ２層構造ロッドを作成し、次いで該ロッド
の外周を電熱ヒ−タ−１１で加熱しながら、そのロッド
の中心部を図３に示すような炭素ドリル１０で開口しチ
ュ−ブ化することにより作成される。このような炭素ド
リルを使う方法は熱間炭素ドリル圧入法と呼ばれる（高
純度シリカの応用技術、（株）シ−エムシ−発行、１９
９１年、１０５頁、図２．１．１１参照）。
【００１７】また、３層構造チュ−ブ以上のチュ−ブは
図２に示すように直径の異なるシリカガラスチュ−ブに
より２重構造チュ−ブ６を成形し、この２重構造チュ−
ブのすき間にセラミックス粒子の核生成剤とシリカ粉末
の混合物を充填し、それを上部から真空引きしつつ円筒
型電気溶融炉８で加熱し、３層構造チュ−ブ化すること
により製造される。
図２に示すように直径の異なるシリカガラスチュ−ブに
より２重構造チュ−ブ６を成形し、この２重構造チュ−
ブのすき間にセラミックス粒子の核生成剤とシリカ粉末
の混合物を充填し、それを上部から真空引きしつつ円筒
型電気溶融炉８で加熱し、３層構造チュ−ブ化すること
により製造される。
【００１８】以下に実施例を示しさらに本発明を詳細に
説明する。
説明する。
【実施例１】セリウムを２０００ｗｔ．ｐｐｍド−プし
た溶融石英ガラスから外径４５ｍｍφ×厚さ４ｍｍ×長
さ１０００ｍｍの外側チュ−ブ４を作成した。次いでジ
スプロシウムを１０００ｗｔ．ｐｐｍド−プした合成シ
リカガラスからなる外径２０ｍｍφ×厚さ１ｍｍ×長さ
１０００ｍｍの内側チュ−ブ５を作成し、これを前記外
側チュ−ブと組み合わせて図２の（ａ）の２重構造チュ
−ブ６を作成した。
た溶融石英ガラスから外径４５ｍｍφ×厚さ４ｍｍ×長
さ１０００ｍｍの外側チュ−ブ４を作成した。次いでジ
スプロシウムを１０００ｗｔ．ｐｐｍド−プした合成シ
リカガラスからなる外径２０ｍｍφ×厚さ１ｍｍ×長さ
１０００ｍｍの内側チュ−ブ５を作成し、これを前記外
側チュ−ブと組み合わせて図２の（ａ）の２重構造チュ
−ブ６を作成した。
【００１９】一方、純度９９．９９９ｗｔ．％以上であ
って、粒径φ１０〜１００μｍの水晶粉に、純度９９．
９９９ｗｔ．％以上であって、粒径φ０．５〜５μｍの
合成ムライト（組成３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）１ｗｔ．
％を配合し、調整した混合物を前記２重チュ−ブ６のす
き間に充填した。次いでこの２重チュ−ブ６を１Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力で吸引しつつ、電気炉８で溶融温度２００
０〜２２００℃に加熱溶融しつつ細線引きし透明ガラス
化した。得られ３層構造チュ−ブを外径１０ｍｍφ×厚
さ３ｍｍ×長さ１００ｍｍに切断し洗浄し、サンプルを
作成した。
って、粒径φ１０〜１００μｍの水晶粉に、純度９９．
９９９ｗｔ．％以上であって、粒径φ０．５〜５μｍの
合成ムライト（組成３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）１ｗｔ．
％を配合し、調整した混合物を前記２重チュ−ブ６のす
き間に充填した。次いでこの２重チュ−ブ６を１Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力で吸引しつつ、電気炉８で溶融温度２００
０〜２２００℃に加熱溶融しつつ細線引きし透明ガラス
化した。得られ３層構造チュ−ブを外径１０ｍｍφ×厚
さ３ｍｍ×長さ１００ｍｍに切断し洗浄し、サンプルを
作成した。
【００２０】上記とは別に溶融石英ガラス（Ｈｅｒａｌ
ｕｘ−Ｅ、信越石英（株）製）で外径１０ｍｍφ×厚さ
３ｍｍ×長さ１００ｍｍのチュ−ブを作成し、さらに合
成シリカガラス（Ｓｕｐｒａｓｉｌ−Ｆ３００、信越石
英（株）製）で外径１０ｍｍφ×厚さ３ｍｍ×長さ１０
０ｍｍのチュ−ブを作成し、それらを各々比較例１、２
のサンプルとした。
ｕｘ−Ｅ、信越石英（株）製）で外径１０ｍｍφ×厚さ
３ｍｍ×長さ１００ｍｍのチュ−ブを作成し、さらに合
成シリカガラス（Ｓｕｐｒａｓｉｌ−Ｆ３００、信越石
英（株）製）で外径１０ｍｍφ×厚さ３ｍｍ×長さ１０
０ｍｍのチュ−ブを作成し、それらを各々比較例１、２
のサンプルとした。
【００２１】上記実施例１のサンプルおよび比較例１、
２のサンプルについて以下の評価試験を行い、その結果
を表１に示す。
２のサンプルについて以下の評価試験を行い、その結果
を表１に示す。
【００２２】ｉ） メタルハライドランプ点灯実験；
東忠利（１９８１）、希土類ハロゲン化物入りメタルハ
ライドランプの発光特性、照明学会誌、第６５巻、第１
０号、４８７〜４９２頁の第４節に記載する高輝度光源
用短ア−クランプを参考にしてランプを作成した。初期
の光出力を１００％として、５００時間点灯後の出力を
測定すると共に、目視にて白色化と黒色化の程度を観察
した。なお、ランプバルブ材の厚さは２ｍｍであった。
また、実施例１の多層構造チュ−ブサンプルからバルブ
へ成形した後、中間層を結晶化させるため大気中１１０
０℃、１００時間にて加熱処理を行った。
東忠利（１９８１）、希土類ハロゲン化物入りメタルハ
ライドランプの発光特性、照明学会誌、第６５巻、第１
０号、４８７〜４９２頁の第４節に記載する高輝度光源
用短ア−クランプを参考にしてランプを作成した。初期
の光出力を１００％として、５００時間点灯後の出力を
測定すると共に、目視にて白色化と黒色化の程度を観察
した。なお、ランプバルブ材の厚さは２ｍｍであった。
また、実施例１の多層構造チュ−ブサンプルからバルブ
へ成形した後、中間層を結晶化させるため大気中１１０
０℃、１００時間にて加熱処理を行った。
【００２３】ｉｉ） バルブ失透および膨張変形；目視
にて微結晶生成による白色失透および熱膨張を観察し
た。
にて微結晶生成による白色失透および熱膨張を観察し
た。
【００２４】ｉｉｉ） 粉末Ｘ線回析法による鉱物同
定；Ｘ線源としてＣｕのＫa線を使用した。同定用デ−
タはＪｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎＰｏｗｄｅ
ｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ（Ｊ
ＣＰＤＳ）に従った。
定；Ｘ線源としてＣｕのＫa線を使用した。同定用デ−
タはＪｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎＰｏｗｄｅ
ｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ（Ｊ
ＣＰＤＳ）に従った。
【００２５】ｉｖ） ビ−ムベンディング法による１１
００℃における粘度測定；ＡＳＴＭのＮｏ．Ｃ５９８に
準じて測定した。
００℃における粘度測定；ＡＳＴＭのＮｏ．Ｃ５９８に
準じて測定した。
【００２６】
【表１】
【００２７】上記表１に示すように、本発明のチュ−ブ
はメタルハロゲンランプ用バルブ材としたとき、発光出
力が高く、しかも点灯による熱膨張変形や失透がなく、
その上、紫外線の透過をほぼ抑えることができた。
はメタルハロゲンランプ用バルブ材としたとき、発光出
力が高く、しかも点灯による熱膨張変形や失透がなく、
その上、紫外線の透過をほぼ抑えることができた。
【００２８】
【実施例２】Ｓｕｐｒａｓｉｌ−Ｆ３１０を使用して外
径８５ｍｍφ×厚さ２ｍｍ×長さ１２００ｍｍの内張り
用高純度合成シリカガラスチュ−ブを作成した。次いで
純度９９．９９９ｗｔ．％以上であって、粒径φ１０〜
１００ｍｍの水晶粉に、純度９９．９９９９ｗｔ．％以
上であって、粒径φ０．１〜１μｍφの高純度アルミナ
（組成Ａｌ2Ｏ3）を０．５ｗｔ．％配合して得た混合物
を加熱溶融して外張用のチュ−ブを外径９０ｍｍφ×厚
さ２ｍｍ×長さ１２００ｍｍに作成した。この外張用チ
ュ−ブの中に前記内張り用のチュ−ブを挿入し、それを
大型円筒型電気溶融炉中で溶融張り合わせを行なった
後、大気中にて１１００℃、１００時間の加熱処理を行
い結晶化シリカガラス層を生成させ、寸法外径８０ｍｍ
φ×厚さ３ｍｍ×長さ１０００ｍｍの２層構造の半導体
シリコンウエハ−熱処理用チュ−ブを作成した。このチ
ュ−ブの外層部を電子顕微鏡にて写真にとったところ図
４（ｂ）に示すようにシリカガラスマトリックス中にオ
パ−ル結晶がコロニ−状に均一に分布していた。
径８５ｍｍφ×厚さ２ｍｍ×長さ１２００ｍｍの内張り
用高純度合成シリカガラスチュ−ブを作成した。次いで
純度９９．９９９ｗｔ．％以上であって、粒径φ１０〜
１００ｍｍの水晶粉に、純度９９．９９９９ｗｔ．％以
上であって、粒径φ０．１〜１μｍφの高純度アルミナ
（組成Ａｌ2Ｏ3）を０．５ｗｔ．％配合して得た混合物
を加熱溶融して外張用のチュ−ブを外径９０ｍｍφ×厚
さ２ｍｍ×長さ１２００ｍｍに作成した。この外張用チ
ュ−ブの中に前記内張り用のチュ−ブを挿入し、それを
大型円筒型電気溶融炉中で溶融張り合わせを行なった
後、大気中にて１１００℃、１００時間の加熱処理を行
い結晶化シリカガラス層を生成させ、寸法外径８０ｍｍ
φ×厚さ３ｍｍ×長さ１０００ｍｍの２層構造の半導体
シリコンウエハ−熱処理用チュ−ブを作成した。このチ
ュ−ブの外層部を電子顕微鏡にて写真にとったところ図
４（ｂ）に示すようにシリカガラスマトリックス中にオ
パ−ル結晶がコロニ−状に均一に分布していた。
【００２９】一方、溶融石英ガラスであるＨｅｒａｌｕ
ｘ（信越石英（株）製）を使い外径８０ｍｍφ×厚さ３
ｍｍ×長さ１０００ｍｍのチュ−ブを作成し、比較例３
とた。
ｘ（信越石英（株）製）を使い外径８０ｍｍφ×厚さ３
ｍｍ×長さ１０００ｍｍのチュ−ブを作成し、比較例３
とた。
【００３０】これら２層構造チュ−ブおよび比較例３の
Ｈｅｒａｌｕｘチュ−ブについて以下の試験を行い、そ
の結果を表２に示す。
Ｈｅｒａｌｕｘチュ−ブについて以下の試験を行い、そ
の結果を表２に示す。
【００３１】ｉ） 高純度合成シリカガラス板の熱処
理実験；高純度アルミナブロックを保温剤とし、２ケイ
化モリブデン（ＭｏＳｉ2）をヒ−タ材とする径１００
ｍｍφの横型円筒炉内に、上記外径８０ｍｍφ×厚さ３
ｍｍ×長さ１０００ｍｍのチュ−ブを配置し、その中に
外径６０ｍｍφ×厚さ１ｍｍの高純度合成シリカガラス
板を入れ、大気中にて１０５０℃で５００時間加熱処理
を行ない、処理前後におけるガラス板の不純物濃度分析
を原子吸光光度法にて行った。
理実験；高純度アルミナブロックを保温剤とし、２ケイ
化モリブデン（ＭｏＳｉ2）をヒ−タ材とする径１００
ｍｍφの横型円筒炉内に、上記外径８０ｍｍφ×厚さ３
ｍｍ×長さ１０００ｍｍのチュ−ブを配置し、その中に
外径６０ｍｍφ×厚さ１ｍｍの高純度合成シリカガラス
板を入れ、大気中にて１０５０℃で５００時間加熱処理
を行ない、処理前後におけるガラス板の不純物濃度分析
を原子吸光光度法にて行った。
【００３２】処理前のガラスのＬｉ、Ｎａ、Ｋは各々１
０ｗｔ．ｐｐｂ未満、Ｃａは１００ｗｔ．ｐｐｂ、Ｍｇ
は１５０ｗｔ．ｐｐｂであった。
０ｗｔ．ｐｐｂ未満、Ｃａは１００ｗｔ．ｐｐｂ、Ｍｇ
は１５０ｗｔ．ｐｐｂであった。
【００３３】ｉｉ） Ｌｉの拡散係数測定；２層構造チ
ュ−ブの外層部から鏡面研磨仕上げした寸法縦２０ｍｍ
×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍのサンプルを準備し、その上
にＬｉＣｌ水溶液を塗り、１００℃にて乾燥を行なっ
た。その後、大気中にて１０００℃で２０時間加熱拡散
処理を行ない、ＬＭＡ法（Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏ Ａ
ｎａｌｙｓｉｓ Ｍｅｔｈｏｄ）によりガラス表面から
深さ方向におけるＬｉ拡散濃度分布を測定した。その結
果をＨｅｒａｌｕｘと比較して図５に示す。このデ−タ
からフイックの拡散式により拡散係数を求めた。
ュ−ブの外層部から鏡面研磨仕上げした寸法縦２０ｍｍ
×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍのサンプルを準備し、その上
にＬｉＣｌ水溶液を塗り、１００℃にて乾燥を行なっ
た。その後、大気中にて１０００℃で２０時間加熱拡散
処理を行ない、ＬＭＡ法（Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏ Ａ
ｎａｌｙｓｉｓ Ｍｅｔｈｏｄ）によりガラス表面から
深さ方向におけるＬｉ拡散濃度分布を測定した。その結
果をＨｅｒａｌｕｘと比較して図５に示す。このデ−タ
からフイックの拡散式により拡散係数を求めた。
【００３４】図５におけるサンプルＡは比較例３のシリ
カガラス（Ｈｅｒａ−ｌｕｘ）、サンプルＢは実施例２
の多層構造チュ−ブで結晶化処理を行なっていないガラ
ス、およびサンプルＣは実施例２の多層構造チュ−ブ
で、大気中１１００℃で１００時間結晶化処理を行なっ
たガラスである。
カガラス（Ｈｅｒａ−ｌｕｘ）、サンプルＢは実施例２
の多層構造チュ−ブで結晶化処理を行なっていないガラ
ス、およびサンプルＣは実施例２の多層構造チュ−ブ
で、大気中１１００℃で１００時間結晶化処理を行なっ
たガラスである。
【００３５】ｉｉｉ） ＳＥＭによる形態観察；２層構
造チュ−ブの外層部から寸法縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ
１ｍｍの鏡面仕上げサンプルを作成し、フッ化水素溶液
にてエッチング処理を行った後、電子顕微鏡で形態観察
を行った。図４（ａ）は結晶化処理を行っていないチュ
−ブ、図４（ｂ）は大気中１１００℃、１００時間にて
結晶化処理を行ったチュ−ブの外層部から切出して作成
したサンプルである。
造チュ−ブの外層部から寸法縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ
１ｍｍの鏡面仕上げサンプルを作成し、フッ化水素溶液
にてエッチング処理を行った後、電子顕微鏡で形態観察
を行った。図４（ａ）は結晶化処理を行っていないチュ
−ブ、図４（ｂ）は大気中１１００℃、１００時間にて
結晶化処理を行ったチュ−ブの外層部から切出して作成
したサンプルである。
【００３６】ｉｖ） 粉末Ｘ線回折法による鉱物同
定；実施例１と同様な手法による。
定；実施例１と同様な手法による。
【００３７】
【表２】
【００３８】上記測定結果から明らかなように本発明の
半導体シリコンウエハ−熱処理用チュ−ブは１０００℃
を越える高温で５００時間加熱処理しても試料シリカガ
ラス板に不純物が移行して濃度が増加することがなかっ
た。一方、比較例３のチュ−ブは前記熱処理で不純物の
増加が確認された。このように本発明のチュ−ブは不純
物のシ−ルド性に優れたチュ−ブであることがわかる。
半導体シリコンウエハ−熱処理用チュ−ブは１０００℃
を越える高温で５００時間加熱処理しても試料シリカガ
ラス板に不純物が移行して濃度が増加することがなかっ
た。一方、比較例３のチュ−ブは前記熱処理で不純物の
増加が確認された。このように本発明のチュ−ブは不純
物のシ−ルド性に優れたチュ−ブであることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】本発明の多層構造チュ−ブは耐熱性が高
く、メタルハライドランプ用バルブ材として使用しても
熱膨張変形が起らず、寿命の長いものである。また、そ
れを半導体工業用治具として使用しても安定して長時間
の使用が可能であった。
く、メタルハライドランプ用バルブ材として使用しても
熱膨張変形が起らず、寿命の長いものである。また、そ
れを半導体工業用治具として使用しても安定して長時間
の使用が可能であった。
【図１】多層構造チュ−ブの断面図である。
【図２】多層構造チュ−ブ製造の１例を示す概略図であ
る。
る。
【図３】熱間炭素ドリル圧入法の概略図である。
【図４】結晶化シリカガラスの電子顕微鏡写真図（ＳＥ
Ｍ写真）である。
Ｍ写真）である。
【図５】リチウムの拡散濃度分布図である。
１ 高純度シリカガラスまたは希土類元素含有シリカガ
ラス層 ２ 結晶化シリカガラス層 ３ 高純度シリカガラスあるいは紫外線吸収剤および／
または赤外線吸収剤含有シリカガラス層 ４ 外側チュ−ブ ５ 内側チュ−ブ ６ シリカガラス２重構造チュ−ブ ７ シリカ粉末と核生成剤との混合物 ８ 円筒型電気溶融炉 ９ 多層構造チュ−ブ １０ 炭素ドリル １１ 電熱ヒ−タ−
ラス層 ２ 結晶化シリカガラス層 ３ 高純度シリカガラスあるいは紫外線吸収剤および／
または赤外線吸収剤含有シリカガラス層 ４ 外側チュ−ブ ５ 内側チュ−ブ ６ シリカガラス２重構造チュ−ブ ７ シリカ粉末と核生成剤との混合物 ８ 円筒型電気溶融炉 ９ 多層構造チュ−ブ １０ 炭素ドリル １１ 電熱ヒ−タ−
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/22 ５０１ Ｈ０１Ｌ 21/22 ５０１Ｍ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C03B 20/00 C03B 23/04 - 23/13 C03B 23/217 C03B 23/24 C03C 1/00 - 14/00 C03C 15/00 - 23/00 H01L 21/22 H01J 61/30 - 61/35
Claims (6)
- 【請求項１】高純度シリカガラス層と、酸化物、ホウ化
物、炭化物またはチッ化物から選ばれる少なくとも１種
の高融点セラミックス粒子を含有するシリカガラスが結
晶化した結晶化シリカガラス層とを少なくとも各々１層
以上有することを特徴とする放電管用シリカガラス多層
構造チュ−ブ。 - 【請求項２】高純度シリカガラス層の少なくとも１層以
上が紫外線および／または赤外線吸収剤を含有すること
を特徴とする請求項１記載の放電管用シリカガラス多層
構造チュ−ブ。 - 【請求項３】最内層の高純度シリカガラス層が希土類元
素の少なくとも１種類以上を含有することを特徴とする
請求項１または２記載の放電管用シリカガラス多層構造
チュ−ブ。 - 【請求項４】高純度シリカガラスチュ−ブと、酸化物、
ホウ化物、炭化物またはチッ化物から選ばれる少なくと
も１種の高融点セラミックス粒子を含有するシリカガラ
スチュ−ブとを少なくとも１層以上かさね合わせ加熱融
着処理した後、９００〜１２００℃で加熱し前記酸化
物、ホウ化物、炭化物またはチッ化物から選ばれる少な
くとも１種の高融点セラミックス粒子を含有するシリカ
ガラスチュ−ブを結晶化することを特徴とするシリカガ
ラス多層構造チュ−ブの製造法。 - 【請求項５】高純度シリカガラス２重構造チュ−ブを作
成したのち、前記２重構造チュ−ブの間隙にシリカ粉末
と酸化物、ホウ化物、炭化物またはチッ化物から選ばれ
る少なくとも１種の高融点セラミックス粒子との混合物
を充填し加熱し透明ガラス化したのち、９００〜１２０
０℃で加熱し前記酸化物、ホウ化物、炭化物またはチッ
化物から選ばれる少なくとも１種の高融点セラミックス
粒子を含有するシリカガラ層を結晶化することを特徴と
するシリカガラス多層構造チュ−ブの製造法。 - 【請求項６】酸化物、ホウ化物、炭化物またはチッ化物
から選ばれる少なくとも１種の高融点セラミックス粒子
を含有するシリカガラス層に被覆された高純度シリカガ
ラスロッドを作成し、そのロッドの中心部を熱間炭素ド
リル圧入法で開孔し、次いで９００〜１２００℃で加熱
し前記酸化物、ホウ化物、炭化物またはチッ化物から選
ばれる少なくとも１種の高融点セラミックス粒子を含有
するシリカガラス層を結晶化することを特徴とするシリ
カガラス多層構造チュ−ブの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19881693A JP2955447B2 (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | シリカガラス多層構造チュ−ブおよびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19881693A JP2955447B2 (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | シリカガラス多層構造チュ−ブおよびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0733478A JPH0733478A (ja) | 1995-02-03 |
| JP2955447B2 true JP2955447B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=16397394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19881693A Expired - Fee Related JP2955447B2 (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | シリカガラス多層構造チュ−ブおよびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2955447B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3952770B2 (ja) * | 2001-12-25 | 2007-08-01 | 住友金属工業株式会社 | 石英ガラス管の製造装置および製造方法 |
| JP4929457B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2012-05-09 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | シリカガラス材料 |
| JP4598786B2 (ja) * | 2007-02-16 | 2010-12-15 | 株式会社オハラ | 石英ガラス管の製造方法 |
-
1993
- 1993-07-19 JP JP19881693A patent/JP2955447B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0733478A (ja) | 1995-02-03 |
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