JPH03261630A - 高珪酸ガラス部材の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、たとえばコイル支持板などに使用される大
型の高珪酸ガラス部材の製造方法および製造装置に関す
るものである。

従来の技術 従来、大型高珪酸ガラス板の製造方法は次のとおりであ
る。すなわち、酸水素炎等で上部から高珪酸ガラス原料
粉末を少しづつ落下させながら溶融し、ブロック状の高
珪酸塊を製造し、その塊をスライスして所定数枚の板を
溶接によってはり合わせることで大型高珪酸ガラス板を
製造していた。

あるいは、高珪酸ガラスパイプを長さ方向に切断し、酸
水素炎で加熱して開き、同様に数枚の板を溶接して大型
の高珪酸ガラス板を製造していた。

また従来の方法では、溶接部に歪が残るため、さらに熱
処理を施さなければならなかった。

ところで、半導体工業では年々、ウェハーが大口径化の
傾向にあり、その製造装置に使用される部材も大型のも
のが要求されてきている。このため、高珪酸ガラス板に
おいても例外ではなく、大型で均質、高粘性が要求され
ている。

発明の目的 この発明は、安価で大型の高珪酸ガラスの部材を大量に
供給することができる高珪酸ガラス部材の製造方法およ
び製造装置を提供することを目的としたものである。

発明の要旨 第１発明は、管状または坩堝状の大型高珪酸ガラス母材
の側壁に長手方向に沿ってスリットを入れた後、該スリ
ットを上方に向けて平滑な面上に載置し、上部からヒー
タの輻射熱にて１５００℃〜１６００℃に加熱、軟化さ
せ、該スリットにスリット拡大部材を貫通させて該スリ
ットを広げた後、さらにヒータで１６００℃〜１８００
℃に加熱することを特徴とする高珪酸ガラス部材の製造
方法を要旨としている。

第２発明は、高珪酸ガラスの被加熱体を載置した台の導
入・排出用扉を有し、炉内がカーボンで内張りされ、炉
内にカーボン製の輻射熱式ヒータを配置し、該ヒータの
間にスリット拡大部材を炉の入口方向に向けて設置し、
炉内に非酸化性ガス導入口を有することを特徴とする高
珪酸ガラス部材の製造装置を要旨としている。

問題点を解決するための手段 第１発明の高珪酸ガラス部材の製造方法は、第１図を参
照すると、管状或いは坩堝状の大型高珪酸ガラス母材の
長さ方向にスリットを形成し、被加熱体１３を作る。こ
の被加熱体１３は、台１２の平滑面１２ａ上に載置する
。

そして、炉１内においてヒータ３の輻射熱で加熱する。

加熱は上部から行うのが望ましい。

１５００〜１６００℃に加熱されて被加熱体が軟化した
ところで被加熱体１３を炉内で移動させ、スリット中に
スリット拡大部材を貫通させ、スリットの幅を広げる。

その後ヒータ３′により、１６００℃〜１８００℃に加
熱する。スリット拡大部材はクサビ状断面をもつことが
望ましい。

第２発明の高珪酸ガラス部材の製造装置は、第１発明の
方法を実施するための装置である。

第１図を参照すると、被加熱体としての母材１３を載置
した台１２の導入・排出用扉を有し、炉１内がカーボン
材で内張すされている。

この炉１内にカーボン製の輻射熱式ヒータ３゜３′が間
隔をあけて配置しであるとともに、ヒータ３，３′の間
にスリット拡大部材Ａが設置され、非酸化性ガスの導入
口４，５を有している。輻射熱式ヒータ３，３′は好ま
しくは上部に設ける。なお、第２の発明に用いられる炉
の方式は、プッシャー炉、タンマン炉が望ましく、被加
熱体が、連続的に処理される構成にすることが好ましい
。また、スリット拡大部材Ａは、軟化したスリット部を
広げられる程度に鋭利なりサビ状の部分を１ケ所もてば
十分である。スリット拡大部材Ａの材質は、石英ガラス
とぬれにくく、１８００℃において、化学的に安定で、
軟化したガラスを変形する強度があれば十分であり、好
ましくはカーボン材が採用できる。また、このカーボン
材に、各種コーティング層を設けてもよい。被加熱体に
形成するスリットの幅は、スリット拡大部材Ａの先端部
が入る大きさでよい。また、スリットの形成方法は、通
常の石英ガラス用溝切り機で形成してもよいし、レーザ
ー等で形成してもよい。また、スリット形成工程は、台
１２に被加熱体１３を載置する前でもよいし、載置した
後、第１図のＢの位置で形成してもよい。Ｂの位置でス
リットを形成する場合は製管から板状の成形までが連続
して行なえる。また、被加熱体のスリットにスリット拡
大部材Ａの先端部を正確に貫通させるため、炉ｌの入口
６からスリット拡大部材Ａの先端部まで、スリット拡大
部材Ａと一体にまたは分離してガイドレール３０を設け
てもよい。ガイドレール３０は、カーボン材で板状であ
ることが望ましく、炉入口からスリット拡大部材Ａの先
端部までの長さがあり、被加熱体１３のスリットの中以
上の厚みを有し、被加熱体の横ゆれ等の防止をすること
ができる。

作　　用 台１２上の被加熱体１３は、ヒータ３の輻射熱により加
熱されて、軟化し、スリット拡大部材Ａによってスリッ
トが広げられる。さらにヒータ３′に加熱されることに
より、被加熱体１３は自重により開管される。こうして
被加熱体１３は無理なく平滑な板になる。

実　　施　　例 以下、この発明の製造装置とその製造方法を説明する。

第１図はこの発明の製造装置の実施例を示している。

炉１の炉壁２は、全てカーボン材料で作られている。す
なわち、炉１の内面全部がカーボンで内張すしである。

炉１内には、その上部に輻射熱式のヒータ３，３′が間
隔をおいて２ケ所に設けられている。このヒータ３゜３
′はカーボン製である。ヒータ３，３′の間には、長さ
２００　ｍｍ、角度３０°の鋭利な部分をもつカーボン
製のスリット拡大部材Ａが鋭利な部分を入口６の方向に
向けて、炉壁２の上部に強固に固定されている。スリッ
ト拡大部材は第４〜１１図に示すように様々な形状のも
のＡ　’　　Ａ　”　Ａ　’　、　　Ａ　ｒｒ′を採用
でき、スリット幅を拡大するためのクサビ状部分を持っ
ている。ヒータは炉の側部に設けてもよい。

炉壁２には、非酸化性ガスの導入口４．５が設けである
。非酸化性ガスは、たとえば窒素ガスである。この導入
口４，５から炉１内に非酸化性ガス好ましくは窒素ガス
を常に流し、カーボン製の炉壁２とヒータ３の酸化を抑
えるようにしである。

炉１の前端側には、入口６がある。この人口６には扉７
が支持部７ａを介して開閉自在に設けである。また、炉
１の後端側には出口８がある。この出口８には扉９が支
持部８ａを介して開閉自在に設けである。この両扉７゜
９は耐熱レンガで内張すされている。

この炉１の特徴はカーボン材料を使用している炉であり
ながら、連続炉であることである。炉１は、カーボンの
酸化により寿命が短かいと思われるが、実際には窒素ガ
スの影響で、炉壁２の酸化は、おどろく程微量である。

すなわち、後掲の表−１で示すように、稼動している炉
１の炉壁２における酸化消耗深さは、３０日経過しても
わずかに４．５關程度である。

炉１の前には支持台１０が設置しである。

また炉１の後には別の支持台１１が設置しである。支持
台１０の上にはすでにカーボン製の台１２が載せである
。この台１２は平滑な面１２ａを有し、石英ガラス母材
の被加熱体１３の横転、後退を防止する突起２０が設け
である（第２図参照）。高珪酸ガラスとは高純度の珪酸
ガラスのことであり、高珪酸ガラス母材として石英ガラ
ス母材を用いている。

被加熱体１３は大型高珪酸ガラス母材である石英管の側
壁に、長手方向のスリットを設けたものである。この被
加熱体はたとえば肉厚が２０１ｆｆｌｎ１外径が２５０
ｍｍの管状部材に幅７ｍｍのスリットを設けたものであ
る。例えば、酸水素炎で石英粉末を溶融することにより
、製造した石英管を用いることもてきる。

支持台１０の前にはプッシャー１４が設定しである。プ
ッシャー１４のロッド１５は、支持台１０上の台１２を
押して台１２を入口６から炉１内に導入し、処理後に台
１２を炉１の出口８から排出するようになっている。

すなわち、炉１はプッシャー式の炉である。

次に上述した製造装置により大型の石英ガラスの板を製
造する方法を説明する。

台１２には石英ガラス母材の被加熱体１３をスリットが
真上にくるように載置しである。

扉９は閉めである。炉１のヒータ３は発熱している。扉
７を開け、プッシャー１４のロッド１５を伸長して、台
１２と被加熱体１３を移動し炉１内に挿入する。ロッド
１５を収縮して扉７を閉めたあと、ヒータ３の輻射熱に
より好ましくは１５５０℃で被加熱体１３を上部から加
熱する。

これにより、被加熱体１３は挿入してから約３分で形状
を保ちつつ軟化を始める。そこで、扉７を開けてロッド
１５を伸長して台１２を出口方向に移動する。台１２は
、部材Ａの下を通過するとともに、被加熱体１３のスリ
ット部を部材Ａが貫通しスリット幅が拡大される。貫通
後にロッド１５を収縮して扉を閉める。その後、被加熱
体１３はヒータ３′により好ましくは１７００℃まで加
熱される。

約２０分後には台１２の平滑面１２ａに沿った平滑な大
型の石英ガラス板となる。

この大型石英ガラス板ができたら、扉７を開けてプッシ
ャー１４のロッド１５を伸長しかつ扉９を開けて、台１
２とともに石英ガラス板を支持台１１側に排出する。

平滑な石英ガラス板の製造は、石英ガラスの自重によっ
て、たれてく−る原理を応用したもので、無理なく板に
することができる。それ由にこの方法によって、製造さ
れた板には、歪が存在しない。

なお、被加熱体１３は高温でカーボン製の台１２の平滑
面１２ａに接触するため、ＳｉＯガス等を発生する。好
ましくは台１２の平滑面１２ａに多数の貫通孔を設けて
、ＳｉＯガス等を平滑面１２ａと被加熱体１３の間から
外部ににがすようにすればよい。さらに好ましくはＳｉ
Ｏガス等を炉１の外に排気する。

このようにすることて、面１２ａに被加熱体１３がより
密着しやすく平滑な石英ガラス部材が得られる。

また、被加熱体１３を、前処理として、１０００℃〜１
０９０℃でアニールし、この炉１によって板にすれば、
表−２から明らかなように、極端に粘性の高い特性を有
する板が製造できる。

この炉１は、カーボン材料の熱容量の大きさから、連続
炉であっても炉内温度がほぼ一定になる。

台１２と被加熱体１３の挿入、排出がくり返されても、
炉内温度が１５５０℃以下に下がるようなことはない。

このため被加熱体１３を効率よく加熱できる。

なお、大型珪酸ガラス母材は側壁をもつものであれば第
３図に示したような坩堝状（ルツボ状）１３′でもよい
。

ところてこの発明の製造方法と装置は、大型の高珪酸ガ
ラス板の製造だけでなく、極端にＯＨ基が少ない石英ガ
ラス部材を製造する手段としても応用できる。たとえば
、各種半導体化合物の引上げ、又は熱処理用部材は、高
粘性でかつＯＨ基のない石英ガラス部材を必要としてい
る。

そこでアーク炎で管状又は坩堝状の高珪酸ガラス（石英
ガラス）母材をアニール処理する。その後被加熱体を台
にのせて炉内に導入し、カーボン製のヒータを上部に配
置した炉の中で加熱しながらプレス成型することによっ
て、粘性が高く、ＯＨ含有量が少ない石英ガラス部材を
製造することができる。特に、ＧａＡｓやＧａＰ等の単
結晶育成用ボート類などとして使用する石英ガラス部材
の製造に適している。

この発明は上述した実施例に限定されない。

発明の効果 この発明の製造方法及び製造装置によれば、管状或いは
坩堝状の大型高珪酸ガラス母材から均質で高粘性の大型
の高珪酸ガラスの部材（板）を大量かつ安価に供給する
ことができる。しかもこの部材は肉厚を大きくでき機械
的強度が大きい。

また、この発明の製造方法及び製造装置によれば、高珪
酸ガラス母材から単結晶育成用ボート類などとして使用
する高珪酸ガラス部材（石英ガラス部材）を製造できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造装置を示す図、第２図は被処理
物を台へ固定する様子を表わす図、第３図は他の被加熱
体を示す図、第４゜６．８．１０図はスリット拡大部材
を示す図、第５．７，９．１１図はそれぞれ第４．６゜
８．１０図のＶ−Ｖ、■−■、ＩＸ−ＩＸ、刀刃線に沿
った断面図、第１２図はこの発明の他の実施例にかかわ
る製造装置を示す図である。 ｌ・・・・・・・・・炉 ２・・・・・・・・・炉　壁 ３・・・・・・・・・ヒータ ４．５・・・非酸化性ガスの導入ロ ア、８・・・扉 １３・・・・・・被加熱体 １４・・・・・・プッシャー ２０・・・・・・被処理物固定突起 Ａ・・・・・・・・・スリット拡大部材１３゛ Ａ″

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）管状または坩堝状の大型高珪酸ガラ ス母材の側壁に長手方向に沿ってスリットを入れた後、
   該スリットを上方に向けて平滑な面上に載置し、ヒータ
   の輻射熱にて１５００℃〜１６００℃に加熱、軟化させ
   、該スリットにスリット拡大部材を貫通させて該スリッ
   トを広げた後、さらにヒータで１６００℃〜１８００℃
   に加熱することを特徴とする高珪酸ガラス部材の製造方
   法。
2. （２）高珪酸ガラスの被加熱体を載置した 台の導入・排出用扉を有し、炉内がカーボンで内張りさ
   れ、炉内にカーボン製の輻射熱式ヒータを配置し、該ヒ
   ータの間にスリット拡大部材を炉の入口方向に向けて設
   置し、炉内に非酸化性ガス導入口を有することを特徴と
   する高珪酸ガラス部材の製造装置。