JP3173666B2 - 石英部材の表面処理方法および装置 - Google Patents

石英部材の表面処理方法および装置

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を用いて石
英部材の表面を処理する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体ウエハの高温処理用部
材として各種の石英ガラスが使用されている。これら石
英ガラスの表面のつや出しを行なう場合、従来は以下の
ような方法が採用されている。
【0003】まず一次加工として、石英ガラスの表面を
砥石で研磨する。一次加工後の石英ガラスは、表面粗さ
が大きく透明度が低いものであるので、通常はバーナー
を用いて二次加工を行なう。つまり、一次加工後の石英
ガラスの表面にバーナーの炎を当てながらその表面に沿
って移動させ、石英ガラスの表面のみを溶融・凝固させ
て平滑化するものである。二次加工により石英ガラスの
表面粗さが小さくなるため、つやおよび透明度が増加す
る。なお、これらの加工はいずれも手作業で行なう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
石英ガラスの表面をバーナーの炎で加熱するため、燃焼
物が不純物として石英ガラス中に混入し、その結果、得
られる石英ガラスのつやおよび透明度に限界があるとい
う問題がある。また、バーナーによる加熱を手作業で行
なうため、得られる石英部材の品質に大きなバラツキが
あるという問題もある。
【0005】そこで、この発明の目的は、バーナーで処
理する場合よりも良好なつやと高い透明度が安定して得
られる石英部材の表面処理方法および装置を提供するこ
とにある。
【0006】この発明の他の目的は、石英部材に割れが
生じる恐れがなく、しかも迅速に表面処理が行なえる石
英部材の表面処理方法および装置を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の石英部材の表
面処理方法は、石英部材の片面に焦点をぼかした第1レ
ーザ光を照射し、且つそれと同時に、前記石英部材の反
対側の面において前記第1レーザ光の照射箇所に対応す
る箇所に焦点をぼかした第2レーザ光を照射して、前記
石英部材の両面の表面処理を行なうことを特徴とする。
【0008】この発明の石英部材の表面処理装置は、石
英部材を保持する保持手段と、前記保持手段に保持され
た石英部材の両面にそれぞれ第1レーザ光と第2レーザ
光を照射するレーザ光照射手段と、前記保持手段に保持
された石英部材の片面に前記第1レーザ光が照射され、
且つそれと同時に、前記石英部材の反対側の面において
前記第1レーザ光の照射箇所に対応する箇所に前記第2
レーザ光が照射されるように前記レーザ光照射手段を制
御する制御手段とを具備してなることを特徴とする。
【0009】
【作用】この発明の石英部材の表面処理方法および装置
では、石英部材の表面に焦点をぼかしたレーザ光を照射
してその表面処理を行なうので、バーナーで処理する場
合のように、処理の間に燃焼物が不純物として石英部材
中に混入する恐れがない。その結果、バーナーで処理す
る場合よりも良好なつやと高い透明度が得られる。ま
た、レーザ装置によって自動的に作業を行なえるので、
得られる石英部材のバラツキが減少し品質が安定する。
【0010】また、石英部材の片面に第1レーザ光が照
射されると、その石英部材の反対側の面において前記第
1レーザ光の照射箇所に対応する箇所に、同時に第2レ
ーザ光が照射されるため、熱応力によって石英部材に割
れが生じる恐れがなくなり、残留応力も小さくなる。さ
らに、石英部材の両面の表面処理を1工程で完了できる
ため、迅速に処理を行なうことができる。
【0011】
【実施例】以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例
を説明する。図1は、この発明の石英部材の表面処理装
置の一実施例について、その作業状況を概略的に示す要
部正面図、図2はその要部平面図である。
【0012】図1および図2において、1はこの発明の
表面処理装置で、図示しないレーザ源で発生したレーザ
光10を一部透過ミラー1aに導き、第1レーザ光10
aと第2レーザ光10bとに分割してから、その下方に
配置された板状の石英部材4に照射するようになってい
る。
【0013】第1レーザ光10aは、集光レンズ1bで
集光された後、全反射ミラー1cにより反射されて、板
状の石英部材4の片方の面4aに照射される。第2レー
ザ光10bは、全反射ミラー1dにより反射された後、
集光レンズ1eで集光され、さらに全反射ミラー1fに
より反射されて、前記面4aとは反対側の面4bに照射
される。
【0014】表面処理装置1では、石英部材4の面4a
の第1レーザ光10aにより照射される箇所と、面4b
の第2レーザ光10bにより照射される箇所とが、石英
部材4を介してほぼ重なる位置になるようにしている。
したがって、石英部材4の面4aの所定箇所に第1レー
ザ光10aを照射している時には、常に、面4bにおい
て面4aの前記照射箇所に対応する箇所に同時に第2レ
ーザ光10bが照射されている。
【0015】一部透過ミラー1aによるレーザ光10の
分割の比率は、両レーザ光10a、10bによる加熱量
がほぼ等しくなるように、それぞれ50%とするのが好
ましい。しかし、望まれる表面処理の状況等を考慮して
それ以外の値に設定してもよい。なお、この分割比率の
変更は、一部透過ミラー1aを反射率の異なるミラーに
交換することにより行なうことができる。
【0016】第2レーザ光10bの側に配置した全反射
ミラー1dは、水平方向に移動可能であり、それによっ
て一部透過ミラー1aと全反射ミラー1dとの距離を調
整可能としている。このため、表面処理を行なう石英部
材4の形状や大きさに応じてその距離を調整できるだけ
でなく、第1レーザ光10aのぼかし状態を一定に保ち
ながら、第2レーザ光10bのぼかし状態を変えること
ができる。
【0017】二つの全反射ミラー1c、1fは、傾斜角
度を水平面に対して0〜90゜の範囲で調整可能であ
る。このため、石英部材4の仕様および加工目的に応じ
て両レーザ光10a、10bの照射位置を任意のところ
に設定できる。
【0018】全反射ミラー1cで反射された第1レーザ
光10aの集光点10cは、全反射ミラー1cと石英部
材4の表面4aとの間に設定してあり、全反射ミラー1
fで反射された第2レーザ光10bの集光点10dは、
全反射ミラー1fと石英部材4の裏面4bとの間に設定
してある。このため、両レーザ光10a、10bはいず
れも焦点がぼけたビームとなって石英部材4の表面4a
および裏面4bに照射される。
【0019】両レーザ光10a、10bの焦点ぼかし状
態は、一部透過ミラー1aによるレーザ光10の分割比
率などに応じて調整する。通常は、図2(b)に実線で
示すように、両方のレーザ光10a、10bを同じぼか
し状態にして照射される。しかし、図2(b)に破線で
示すように、例えば第1レーザ光10aのぼかし状態を
第2レーザ光10bのそれより大きくしてもよい。
【0020】図3は、第1レーザ光10aの焦点ぼかし
状況を示す説明図である。なお、第2レーザ光10bの
焦点ぼかし状況もこれと同じである。
【0021】第1レーザ光10bのビーム径は、集光レ
ンズ1bの前後で図3に示すように変化している。すな
わち、集光レンズ1bより前のビーム径をd0、石英部
材4の表面4aでのビーム径をd1とすると、ビーム径
d1はビーム径d0に等しいかそれよりも大きく設定し
ている。
【0022】両ビーム径d1、d0の大きさは、 d1/d0≧1.0〜1.5 の関係を満たすようにするのが好ましい。
【0023】表面処理装置1の下方には、表面処理をし
ようとする石英部材4を載せるテーブル2が設けてあ
り、そのテーブル2には、石英部材4を支持・固定する
ための支持体3が取り付けてある。支持体3は、テーブ
ル2の表面に沿って移動して、位置および向きの調整が
可能である。この実施例では板状の石英部材4を表面処
理するため、図2(a)に示すように、水平断面がコ字
形の支持体3を設けている。支持体3は、石英部材4の
一部を収容可能とした窪み3aを内部に有している。石
英部材4を支持・固定する際には、支持体3の一方の側
縁部を窪み3a内に嵌入・係合させる。石英部材4の下
端部はテーブル2に接触させておく。
【0024】次に、以上の構成を持つ表面処理装置1で
石英部材4の表面処理を行なう場合の動作について説明
する。
【0025】まず、石英部材4の表面4を砥石により研
磨して一次加工を行ない、その後、その石英部材4の一
方の側縁部を支持体3の窪み3a内に嵌入・係合させ
て、テーブル2上に石英部材4を立てた状態で支持す
る。その後、支持体3の位置および向きを調整し、図2
(a)に示すように、水平面内では、石英部材4の面4
a、4bに対して第1レーザ光10aと第2レーザ光1
0bがそれぞれほぼ垂直に入射するように設定する。
【0026】次に、石英部材4の面4aに第1レーザ光
10aを照射し、同時にその反対側の面4bに第2レー
ザ光10bを照射する。前述の通り、両レーザ光10
a、10bはいずれも焦点がぼかされており、比較的大
きなビームとなって石英部材4の面4a、4bに照射さ
れるため、一度に広い範囲が加熱される。また、石英部
材4の面4aの第1レーザ光10aで照射・加熱されて
いる箇所は、常に、反対側の面4bから第2レーザ光1
0bにより同時に照射・加熱されるため、表面処理の後
に石英部材4が割れを生じる恐れはなく、残留応力も小
さくなる。
【0027】そこで、図示してない制御装置により、上
記表面処理装置1全体を上下方向に、テーブル2を水平
方法に走査させることにより、両レーザ光10a、10
bの照射箇所を移動させ表面処理を行う。
【0028】なお、図1に一点鎖線で示すように、石英
部材4の近傍に2本の吹き出し管5a、5bを設けても
よい。この場合、一方のガス吹き出し管5aの先端の開
口は、第1レーザ光10aの照射箇所の近傍に配置し、
他方のガス吹き出し管5bの先端の開口は、第2レーザ
光10bの照射箇所の近傍に配置する。加工ガスは、第
1レーザ光10aと第2レーザ光10bと公差する方向
(例えば下方)に向けて吹き出すようにする。この加工
ガスにより、表面処理時に生じる石英の昇華物を石英部
材4の近傍から除去し、それが石英部材4に付着するの
を防止することができる。したがって、その昇華物の付
着によって石英部材4の透明度が低下する恐れがなくな
る利点がある。
【0029】石英部材4の配置は、自動的に行うのが好
ましいが、状況によっては手作業で行ってもよい。
【0030】上記表面処理装置1で使用するレーザとし
ては、例えば1kW級の出力を持つCO2レーザが好ま
しく、主走査速度は例えば1.5〜2m/分が好まし
い。上記表面処理装置1によって石英部材4の表面処理
を行なうと、表面粗さ約0.1〜0.3μmの処理が可
能である。
【0031】レーザ光で石英部材4の片面のみを順に照
射して処理する場合、各面の処理の間にアニール処理が
必要なる。しかし、上記表面処理装置1では、石英部材
4の両面が同時に表面処理されるため、アニール工程が
不要となり、処理時間が減少する。
【0032】また、上記表面処理装置1では、レーザ光
の強度調整や走査を数値制御で行なえるため、表面処理
をする箇所の設定やその処理の程度を高精度に制御し
て、透明箇所を任意の位置に一部分透明に形成すること
ができる利点もある。
【0033】なお、上記実施例では、支持体3を板状の
石英部材4が適切に収容できるようにした溝3aを有す
るブロックから形成しているが、支持体3の構造は、表
面処理をする石英部材4の形状、大きさ等を考慮して適
宜変更すればよい。さらに、石英部材4を必ずしも立て
て配置する必要はなく、両方のレーザ光10a、10b
を各面に照射可能である限り、傾斜させて配置してもよ
い。
【0034】上記表面処理装置1の構成は、第1レーザ
光10aが石英部材4の片面4aに対して照射可能であ
り、第2レーザ光10bがその反対側の面4bに照射可
能であって、且つ石英部材4の各面4a、4bに沿って
走査可能であれば、図示した構成以外の構成でもよい。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の石英部
材の表面処理方法および装置によれば、バーナーで処理
する場合よりも良好なつやと高い透明度が安定して得ら
れる効果がある。また、石英部材に割れが生じる恐れが
なく、しかも迅速に表面処理が行なえる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の石英部材の表面処理装置の一実施例
について、その作業状況を概略的に示す要部正面図であ
る。
【図2】この発明の石英部材の表面処理装置の一実施例
について、その作業状況を概略的に示す要部平面図で、
(a)は全体図、(b)は表面処理用レーザ光と補助加
熱用レーザ光のビームの大きさの関係を示す部分拡大図
である。
【図3】この発明の石英部材の表面処理装置の一実施例
について、レーザ光のぼかし状況を示す説明図である。
【符号の説明】
1 表面処理装置 1a 一部透過ミラー 1b 集光レンズ 1c 全反射ミラー 1d 全反射ミラー 1e 集光レンズ 1f 全反射ミラー 2 テーブル 3 支持体 4 石英部材 4a 石英部材の表面 4b 石英部材の裏面 5 ガス吹き出し管 10 レーザ光 10a 第1レーザ光 10b 第2レーザ光 10c 第1レーザ光の集光点 10d 第2レーザ光の集光点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 譲 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会 社東芝内 (72)発明者 山田 清 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝 重電技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−88332(JP,A) 特開 昭62−246885(JP,A) 特開 平3−174376(JP,A) 特開 平4−193785(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 41/80 C03B 29/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英部材の片面に焦点をぼかした第1レ
    ーザ光を照射し、且つそれと同時に、前記石英部材の反
    対側の面において前記第1レーザ光の照射箇所に対応す
    る箇所に焦点をぼかした第2レーザ光を照射して、前記
    石英部材の両面の表面処理を行なうことを特徴とする石
    英部材の表面処理方法。
  2. 【請求項2】 石英部材を保持する保持手段と、前記保
    持手段に保持された石英部材の両面にそれぞれ第1レー
    ザ光と第2レーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前
    記保持手段に保持された石英部材の片面に前記第1レー
    ザ光が照射され、且つそれと同時に、前記石英部材の反
    対側の面において前記第1レーザ光の照射箇所に対応す
    る箇所に前記第2レーザ光が照射されるように前記レー
    ザ光照射手段を制御する制御手段とを具備してなること
    を特徴とする石英部材の表面処理装置。
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