JPH06219768A - 石英ガラス材及びその製造法 - Google Patents
石英ガラス材及びその製造法Info
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- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高粘性で高温下での長時間使用においても、
熱による変形が小さい石英ガラス材の提供。 【構成】 主にＮａ、Ｋ及びＬｉからなるアルカリ金属
の総含有量が１ｐｐｍ以下、その他金属不純物含有量が
各１０ｐｐｍ以下である高純度石英原料粉から形成さ
れ、且つ、１４００℃以上でクリストバライト結晶成長
の核形成剤を構成するＡ１、Ｙ及びＬａからなる群から
選ばれた１種または２種以上の金属原子成分が均質に分
散されてなることを特徴とする石英ガラス材。
熱による変形が小さい石英ガラス材の提供。 【構成】 主にＮａ、Ｋ及びＬｉからなるアルカリ金属
の総含有量が１ｐｐｍ以下、その他金属不純物含有量が
各１０ｐｐｍ以下である高純度石英原料粉から形成さ
れ、且つ、１４００℃以上でクリストバライト結晶成長
の核形成剤を構成するＡ１、Ｙ及びＬａからなる群から
選ばれた１種または２種以上の金属原子成分が均質に分
散されてなることを特徴とする石英ガラス材。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は石英ガラス材及びその製
造法に関するものであり、特に、半導体製造に好適な、
高純度、高粘性で機械的強度に優れる石英ガラス材及び
その製造法に関する。
造法に関するものであり、特に、半導体製造に好適な、
高純度、高粘性で機械的強度に優れる石英ガラス材及び
その製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】石英ガラスは、耐熱性、耐熱衝撃性、耐
薬品性に優れ、且つ機械的強度も高く、各種用途の部材
として用いられている。半導体製造工程でも、多くの石
英ガラスが素材または部材として用いられている。半導
体製造工程で使用されている石英ガラス部材の代表的な
例としては、珪素（Ｓｉ）単結晶引上げ用ルツボが挙げ
られる。従来から、これらＳｉ単結晶引上げ用ルツボの
大部分は天然原料を溶融して製造したものが用いられて
いる。上記Ｓｉ単結晶引上げにおいて、石英ガラスルツ
ボは１４００℃以上の高温下に長時間置かれることにな
り、耐熱性に優れるとはいえ、加熱により粘性流動（変
形）を生じ、ルツボ内のＳｉ融液の対流に乱れが生じ、
Ｓｉ単結晶製造で問題となっている。
薬品性に優れ、且つ機械的強度も高く、各種用途の部材
として用いられている。半導体製造工程でも、多くの石
英ガラスが素材または部材として用いられている。半導
体製造工程で使用されている石英ガラス部材の代表的な
例としては、珪素（Ｓｉ）単結晶引上げ用ルツボが挙げ
られる。従来から、これらＳｉ単結晶引上げ用ルツボの
大部分は天然原料を溶融して製造したものが用いられて
いる。上記Ｓｉ単結晶引上げにおいて、石英ガラスルツ
ボは１４００℃以上の高温下に長時間置かれることにな
り、耐熱性に優れるとはいえ、加熱により粘性流動（変
形）を生じ、ルツボ内のＳｉ融液の対流に乱れが生じ、
Ｓｉ単結晶製造で問題となっている。
【０００３】石英ガラスの粘性低下させる主な要因は、
金属不純物やＯＨ基の存在によるＳｉ−Ｏ不規則網目構
造の破壊である。従って、石英ガラスの粘性を増加させ
るためには、石英ガラスの純度を上げ、これらの要因を
取り除けばよい。また、高純度化とは別にガラスを結晶
化させることで粘性を増加させ得ることも知られてい
る。上記問題点を解決するため、これらの原則に基づ
き、石英ガラスの粘性を増加させる方法が種々提案され
ている。例えば、Ｎａ，Ｋ，Ｌｉ等アルカリ金属含有量
を０．５ｐｐｍ以下に抑え、石英ガラスの粘性を上げ
て、且つ失透を防ぐ方法が提案がなされている（特開昭
59-23314号公報）。また、上記の高純度化とは別に結晶
化により粘性を増加させる方法も提案されている。例え
ば、特公昭47-1477 号及び同47-1883 号公報には、石英
ガラス部材の外表面をクリストバライト層で被覆し、こ
れを焼き付けることによって高粘性化する方法が提案さ
れている。また、結晶化を利用する方法として、石英ガ
ラス部材の外表面にＡｌ等の核形成剤を塗布し熱処理し
てガラス層内に結晶層を形成させる方法も提案されてい
る（特開平1-126238) 。
金属不純物やＯＨ基の存在によるＳｉ−Ｏ不規則網目構
造の破壊である。従って、石英ガラスの粘性を増加させ
るためには、石英ガラスの純度を上げ、これらの要因を
取り除けばよい。また、高純度化とは別にガラスを結晶
化させることで粘性を増加させ得ることも知られてい
る。上記問題点を解決するため、これらの原則に基づ
き、石英ガラスの粘性を増加させる方法が種々提案され
ている。例えば、Ｎａ，Ｋ，Ｌｉ等アルカリ金属含有量
を０．５ｐｐｍ以下に抑え、石英ガラスの粘性を上げ
て、且つ失透を防ぐ方法が提案がなされている（特開昭
59-23314号公報）。また、上記の高純度化とは別に結晶
化により粘性を増加させる方法も提案されている。例え
ば、特公昭47-1477 号及び同47-1883 号公報には、石英
ガラス部材の外表面をクリストバライト層で被覆し、こ
れを焼き付けることによって高粘性化する方法が提案さ
れている。また、結晶化を利用する方法として、石英ガ
ラス部材の外表面にＡｌ等の核形成剤を塗布し熱処理し
てガラス層内に結晶層を形成させる方法も提案されてい
る（特開平1-126238) 。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記各提案の
方法にも、未だ問題点がある。即ち、アルカリ金属の含
有量を抑制する方法は、ある程度の粘性増加を達成する
ことができるが、より以上の高粘性を得ることは困難で
ある。その上、Ｎａ，Ｋ等アルカリ金属はガラス中にお
いて拡散能力が大きく、含有量を抑制して製造したとし
ても外部雰囲気から不可避に侵入し、長時間の高温処理
の間に粘性が低下することになる。また、上記クリスト
バライト層を被覆する方法では、クリストバライト層と
ガラス層との境界にストレスの発生が避けられずクラッ
ク等が生じ易い。更に、半導体のダストになる可能性も
大きく、極めて高い清浄性が要求される半導体製造環境
での使用は好ましくない。更に、外部に核形成剤を塗布
する方法は、高純度を要求される半導体製造工程におい
て、塗布した核形成剤の残留物が汚染物源となるおそれ
があり好ましくない。また、ガラス層内に結晶層を形成
したとしても、２層間に発生するストレスはやはり不可
避であり、長時間の高温処理を行う際にクラックへ発展
するおそれがある。本発明は、上記従来技術の問題点を
考慮し、高粘性で高温下での長時間使用においても、熱
による変形が小さい石英ガラス材を提供得ることを目的
とする。
方法にも、未だ問題点がある。即ち、アルカリ金属の含
有量を抑制する方法は、ある程度の粘性増加を達成する
ことができるが、より以上の高粘性を得ることは困難で
ある。その上、Ｎａ，Ｋ等アルカリ金属はガラス中にお
いて拡散能力が大きく、含有量を抑制して製造したとし
ても外部雰囲気から不可避に侵入し、長時間の高温処理
の間に粘性が低下することになる。また、上記クリスト
バライト層を被覆する方法では、クリストバライト層と
ガラス層との境界にストレスの発生が避けられずクラッ
ク等が生じ易い。更に、半導体のダストになる可能性も
大きく、極めて高い清浄性が要求される半導体製造環境
での使用は好ましくない。更に、外部に核形成剤を塗布
する方法は、高純度を要求される半導体製造工程におい
て、塗布した核形成剤の残留物が汚染物源となるおそれ
があり好ましくない。また、ガラス層内に結晶層を形成
したとしても、２層間に発生するストレスはやはり不可
避であり、長時間の高温処理を行う際にクラックへ発展
するおそれがある。本発明は、上記従来技術の問題点を
考慮し、高粘性で高温下での長時間使用においても、熱
による変形が小さい石英ガラス材を提供得ることを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、主にＮ
ａ、Ｋ及びＬｉからなるアルカリ金属の総含有量が１ｐ
ｐｍ以下、その他金属不純物含有量が各１０ｐｐｍ以下
である高純度石英原料粉から形成され、且つ、１４００
℃以上でクリストバライト結晶成長の核形成剤を構成す
るＡ１、Ｙ及びＬａからなる群から選ばれた１種または
２種以上の金属原子成分が均質に分散されてなることを
特徴とする石英ガラス材が提供される。
ａ、Ｋ及びＬｉからなるアルカリ金属の総含有量が１ｐ
ｐｍ以下、その他金属不純物含有量が各１０ｐｐｍ以下
である高純度石英原料粉から形成され、且つ、１４００
℃以上でクリストバライト結晶成長の核形成剤を構成す
るＡ１、Ｙ及びＬａからなる群から選ばれた１種または
２種以上の金属原子成分が均質に分散されてなることを
特徴とする石英ガラス材が提供される。
【０００６】更に、本発明は、主にＮａ、Ｋ及びＬｉか
らなるアルカリ金属を１ｐｐｍ以下含有し、その他各金
属不純物含有量が１０ｐｐｍ以下である高純度石英原料
粉に、Ａ１、Ｙ及びＬａからなる群から選ばれた金属原
子成分の硝酸塩または硫酸塩含有溶液の少なくとも１種
を核形成剤として添加混合した後、加熱処理して酸成分
を除去してなる混合石英粉末を、溶融、ガラス化して形
成されることを特徴とする石英ガラス材の製造法を提供
する。なお、本発明において、石英ガラス材とは、石英
ガラス部材用の素原料及び各種石英ガラス部材に形成さ
れた製品の双方を含むものである。
らなるアルカリ金属を１ｐｐｍ以下含有し、その他各金
属不純物含有量が１０ｐｐｍ以下である高純度石英原料
粉に、Ａ１、Ｙ及びＬａからなる群から選ばれた金属原
子成分の硝酸塩または硫酸塩含有溶液の少なくとも１種
を核形成剤として添加混合した後、加熱処理して酸成分
を除去してなる混合石英粉末を、溶融、ガラス化して形
成されることを特徴とする石英ガラス材の製造法を提供
する。なお、本発明において、石英ガラス材とは、石英
ガラス部材用の素原料及び各種石英ガラス部材に形成さ
れた製品の双方を含むものである。
【０００７】
【作用】本発明は上記のように構成され、石英ガラス材
は、１４００℃以上に加熱されてその内部に分散存在す
る核形成剤、例えば、Ａ１、Ｙ、Ｌａの金属原子成分を
核とし、核形成剤濃度と熱処理時間に比例してクリスト
バライト結晶を成長させることができる。即ち、本発明
の石英ガラス材は、その内部に核形成剤である金属原子
成分に基づく構造的歪み領域を有し、且つ、その領域が
所定温度で結晶成長することにより、粘性の増加を果た
すものであり、微量の金属原子成分の添加により、充分
な高粘性化の効果を得ることができる。
は、１４００℃以上に加熱されてその内部に分散存在す
る核形成剤、例えば、Ａ１、Ｙ、Ｌａの金属原子成分を
核とし、核形成剤濃度と熱処理時間に比例してクリスト
バライト結晶を成長させることができる。即ち、本発明
の石英ガラス材は、その内部に核形成剤である金属原子
成分に基づく構造的歪み領域を有し、且つ、その領域が
所定温度で結晶成長することにより、粘性の増加を果た
すものであり、微量の金属原子成分の添加により、充分
な高粘性化の効果を得ることができる。
【０００８】また、石英ガラス材内に形成されるクリス
トバライト結晶は、分散含有される核形成剤を中心に成
長するため、石英ガラス内に層状ではなく点状に均質に
分散し、結晶−ガラス間にストレスが生じるおそれがな
い。更に、溶融時に核形成剤の金属原子が拡散するが、
核形成剤はＮａ、Ｋ等のアルカリ金属に比し、石英ガラ
ス中での易動性、即ち、拡散能が低く、石英ガラス材の
内層部と外層部において、クリストバライト結晶が内か
ら外に結晶化率を傾斜して形成されるため、石英ガラス
材の各部分でストレスを残存させることなく粘性を増加
させることができる。例えば、石英ガラスルツボを形成
した場合、熱膨張率の差に起因するクラック等による強
度低下も防止できる。
トバライト結晶は、分散含有される核形成剤を中心に成
長するため、石英ガラス内に層状ではなく点状に均質に
分散し、結晶−ガラス間にストレスが生じるおそれがな
い。更に、溶融時に核形成剤の金属原子が拡散するが、
核形成剤はＮａ、Ｋ等のアルカリ金属に比し、石英ガラ
ス中での易動性、即ち、拡散能が低く、石英ガラス材の
内層部と外層部において、クリストバライト結晶が内か
ら外に結晶化率を傾斜して形成されるため、石英ガラス
材の各部分でストレスを残存させることなく粘性を増加
させることができる。例えば、石英ガラスルツボを形成
した場合、熱膨張率の差に起因するクラック等による強
度低下も防止できる。
【０００９】本発明の核形成剤の金属原子成分は、例え
ば、Ａ１、Ｙ、Ｌａ金属原子成分は、硝酸塩または硫酸
塩の形態で含有される溶液、一般に水溶液として、高純
度石英原料粉中に添加、混合されるため、石英ガラス材
内に原子レベルで均質に分散することができる。そのた
め、核形成材が均質に分散した高純度石英原料粉を溶融
して透明なガラス体として本発明の石英ガラス材を得る
ことができる。この場合、硝酸塩では水溶液の他、アル
コール溶液として添加することもできる。また、本発明
の石英ガラス材に形成される結晶部分の大部分は、上記
のように、石英ガラス材内部に存在する。従って、本発
明の石英ガラス材、例えば、半導体製造工程に使用され
る部材において、半導体製造工程系内に露出する部分を
通常の高純度石英ガラスで被覆することにより、処理中
の半導体製品を汚染するおそれがない。
ば、Ａ１、Ｙ、Ｌａ金属原子成分は、硝酸塩または硫酸
塩の形態で含有される溶液、一般に水溶液として、高純
度石英原料粉中に添加、混合されるため、石英ガラス材
内に原子レベルで均質に分散することができる。そのた
め、核形成材が均質に分散した高純度石英原料粉を溶融
して透明なガラス体として本発明の石英ガラス材を得る
ことができる。この場合、硝酸塩では水溶液の他、アル
コール溶液として添加することもできる。また、本発明
の石英ガラス材に形成される結晶部分の大部分は、上記
のように、石英ガラス材内部に存在する。従って、本発
明の石英ガラス材、例えば、半導体製造工程に使用され
る部材において、半導体製造工程系内に露出する部分を
通常の高純度石英ガラスで被覆することにより、処理中
の半導体製品を汚染するおそれがない。
【００１０】以下に、本発明についてさらに詳細に説明
する。本発明の高純度石英原料粉としては、アルカリ金
属、特にＮａ、Ｋ及びＬｉの含有量が合計で１ｐｐｍ以
下であって、且つ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ等の金属不
純物の含有量が各々１０ｐｐｍ以下であるような高純度
の石英粉または石英ガラス粉が用いられる。上記の高純
度石英原料粉は、市販品を用いることができ、また、天
然水晶を粉砕し、フッ化水素酸及び塩素ガスで処理し
て、アルカリ金属及びその他不純物金属を上記の所定量
以下として用いることもできる。
する。本発明の高純度石英原料粉としては、アルカリ金
属、特にＮａ、Ｋ及びＬｉの含有量が合計で１ｐｐｍ以
下であって、且つ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ等の金属不
純物の含有量が各々１０ｐｐｍ以下であるような高純度
の石英粉または石英ガラス粉が用いられる。上記の高純
度石英原料粉は、市販品を用いることができ、また、天
然水晶を粉砕し、フッ化水素酸及び塩素ガスで処理し
て、アルカリ金属及びその他不純物金属を上記の所定量
以下として用いることもできる。
【００１１】本発明の核形成剤は、石英ガラス材中に３
０〜２００ｐｐｍ分散含有され、１４００℃以上の温度
に加熱されたときに、石英ガラスがクリストバライト結
晶する結晶核となり得るものである。核形成剤として
は、一般に、金属原子を構成成分とする金属酸化物等の
金属化合物を挙げることができる。この場合、核形成剤
を構成する金属原子成分の存在が必須であり、上記した
ように石英ガラス材中に均質に分散されていればよく、
通常、当該金属原子成分の酸化物の形態で分散されてい
る。金属原子成分としては、Ａ１やＹ、Ｌａ等の希土類
元素等を挙げることができる。通常、Ａ１、Ｙ、Ｌａの
１種または２種以上を金属原子成分とする核形成剤が用
いられる。本発明において、石英ガラス材中の核形成剤
の含有量が、３０ｐｐｍ未満では殆ど効果が得られず、
また、２００ｐｐｍを超えて含有させても、それ以上石
英ガラスの粘性は増加しなくなる。
０〜２００ｐｐｍ分散含有され、１４００℃以上の温度
に加熱されたときに、石英ガラスがクリストバライト結
晶する結晶核となり得るものである。核形成剤として
は、一般に、金属原子を構成成分とする金属酸化物等の
金属化合物を挙げることができる。この場合、核形成剤
を構成する金属原子成分の存在が必須であり、上記した
ように石英ガラス材中に均質に分散されていればよく、
通常、当該金属原子成分の酸化物の形態で分散されてい
る。金属原子成分としては、Ａ１やＹ、Ｌａ等の希土類
元素等を挙げることができる。通常、Ａ１、Ｙ、Ｌａの
１種または２種以上を金属原子成分とする核形成剤が用
いられる。本発明において、石英ガラス材中の核形成剤
の含有量が、３０ｐｐｍ未満では殆ど効果が得られず、
また、２００ｐｐｍを超えて含有させても、それ以上石
英ガラスの粘性は増加しなくなる。
【００１２】本発明の核形成剤は、上記高純度石英原料
粉に添加混合し、高純度石英原料粉を溶融してガラス化
の際に、石英ガラス中にそのまま分散含有されて存在す
る。高純度石英原料粉への添加は、通常、上記金属原子
成分を硝酸塩または硫酸塩として、且つ、それらの塩の
水溶液として添加するのが好ましい。水溶液として添加
する場合は、高純度石英原料粉との混合が、均一に容易
に行うことができ、核形成剤を高純度石英原料粉に均質
に混合することができる。そのため、石英混合粉及び石
英ガラス材中に核形成材を均質に分散させることができ
好ましい。また、核形成剤を構成する金属原子成分の硝
酸塩または硫酸塩は水溶性であり、例えばハロゲン化物
のように陰イオンが石英ガラス中に残存するおそれがな
いため好ましく、特に、硝酸塩の形態がより好ましい。
硝酸塩は溶解し易く、加熱により容易に酸化物に分解す
るためである。
粉に添加混合し、高純度石英原料粉を溶融してガラス化
の際に、石英ガラス中にそのまま分散含有されて存在す
る。高純度石英原料粉への添加は、通常、上記金属原子
成分を硝酸塩または硫酸塩として、且つ、それらの塩の
水溶液として添加するのが好ましい。水溶液として添加
する場合は、高純度石英原料粉との混合が、均一に容易
に行うことができ、核形成剤を高純度石英原料粉に均質
に混合することができる。そのため、石英混合粉及び石
英ガラス材中に核形成材を均質に分散させることができ
好ましい。また、核形成剤を構成する金属原子成分の硝
酸塩または硫酸塩は水溶性であり、例えばハロゲン化物
のように陰イオンが石英ガラス中に残存するおそれがな
いため好ましく、特に、硝酸塩の形態がより好ましい。
硝酸塩は溶解し易く、加熱により容易に酸化物に分解す
るためである。
【００１３】本発明において、上記のように金属原子成
分の硝酸塩または硫酸塩の水溶液を添加された高純度石
英原料粉は、大気中で適宜加熱して酸成分を分解除去す
ることにより、核形成剤の構成金属原子成分を、通常、
酸化物形態で分散含有した石英混合粉とすることができ
ると共に、その石英混合粉を溶融、ガラス化し石英ガラ
ス材に核形成材を含有させることができる。例えば、硝
酸塩であれば、８００〜１０００℃で処理して硝酸分の
みを窒素酸化物（ＮＯX ）の形で除去することができ
る。硫酸塩であれば、９００〜１２００℃で処理して硫
酸分のみを硫黄酸化物（ＳＯX ）として除去することが
できる。
分の硝酸塩または硫酸塩の水溶液を添加された高純度石
英原料粉は、大気中で適宜加熱して酸成分を分解除去す
ることにより、核形成剤の構成金属原子成分を、通常、
酸化物形態で分散含有した石英混合粉とすることができ
ると共に、その石英混合粉を溶融、ガラス化し石英ガラ
ス材に核形成材を含有させることができる。例えば、硝
酸塩であれば、８００〜１０００℃で処理して硝酸分の
みを窒素酸化物（ＮＯX ）の形で除去することができ
る。硫酸塩であれば、９００〜１２００℃で処理して硫
酸分のみを硫黄酸化物（ＳＯX ）として除去することが
できる。
【００１４】本発明の石英混合粉の溶融、ガラス化は、
公知の方法で処理して行うことができる。例えば、通
常、１６００〜１８００℃に加熱し、核形成剤の構成金
属原子成分を分散含有した石英混合粉を溶融した後、冷
却速度２℃／分で１０００℃以下に冷却してガラス化す
ることができる。
公知の方法で処理して行うことができる。例えば、通
常、１６００〜１８００℃に加熱し、核形成剤の構成金
属原子成分を分散含有した石英混合粉を溶融した後、冷
却速度２℃／分で１０００℃以下に冷却してガラス化す
ることができる。
【００１５】本発明において、上記のようにして得られ
た核形成剤の構成金属原子成分を分散含有した石英混合
粉を用い、最終的部材に成形した後に、溶融、ガラス化
して石英ガラス材にしてもよい。また、核形成剤が均一
に分散含有された石英ガラス材を粉末化して、最終的部
材の原料素材として用いることもできる。更に、本発明
の石英ガラス材を、例えば、石英ガラス管や石英ガラス
ルツボ等の石英ガラス部材のの中心部として用い、通常
の高純度石英ガラスをその外周部に被覆するようにして
もよい。このようにして得られた石英ガラス材は、中心
部の粘性が増加し、高温での処理中でも変形を生じるこ
とがなく、高温操作部材として好ましい。その上、中心
部に配置した本発明の石英ガラス材中に含有する核形成
剤の金属原子成分が不純物として外部に飛散することが
なく、特に半導体製造工程の石英ガラス部材として好適
に用いることができる。
た核形成剤の構成金属原子成分を分散含有した石英混合
粉を用い、最終的部材に成形した後に、溶融、ガラス化
して石英ガラス材にしてもよい。また、核形成剤が均一
に分散含有された石英ガラス材を粉末化して、最終的部
材の原料素材として用いることもできる。更に、本発明
の石英ガラス材を、例えば、石英ガラス管や石英ガラス
ルツボ等の石英ガラス部材のの中心部として用い、通常
の高純度石英ガラスをその外周部に被覆するようにして
もよい。このようにして得られた石英ガラス材は、中心
部の粘性が増加し、高温での処理中でも変形を生じるこ
とがなく、高温操作部材として好ましい。その上、中心
部に配置した本発明の石英ガラス材中に含有する核形成
剤の金属原子成分が不純物として外部に飛散することが
なく、特に半導体製造工程の石英ガラス部材として好適
に用いることができる。
【００１６】
【実施例】本発明について実施例に基づき、更に詳細に
説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制限される
ものでない。 実施例１ 天然水晶を粉砕し、フッ酸で洗浄し、更に塩素ガス処理
を行い、Ｎａ、Ｋ及びＬｉの総含有量を１ｐｐｍ以下、
Ａｌ含有量を５ｐｐｍとして不純物総含有量１０ｐｐｍ
以下とした高純度の石英原料粉を得た。上記で得た高純
度石英原料粉１００ｇに、原料粉にＡｌイオンの濃度が
５００ｐｐｍのＡｌ（ＮＯ3)3 水溶液を、原料粉に対し
Ａｌの添加量が５０ｐｐｍとなるように１０ｃｃを含浸
混合した。次いで、Ａｌ（ＮＯ3)3 水溶液を含浸混合し
た高純度石英原料粉を、大気中、８００〜１０００℃で
処理して硝酸分をＮＯX の形で除去して、核形成剤とな
るＡｌ成分が分散含有された混合石英粉末を得た。この
混合石英粉末を溶融、ガラス化して透明な石英ガラス材
を得た。
説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制限される
ものでない。 実施例１ 天然水晶を粉砕し、フッ酸で洗浄し、更に塩素ガス処理
を行い、Ｎａ、Ｋ及びＬｉの総含有量を１ｐｐｍ以下、
Ａｌ含有量を５ｐｐｍとして不純物総含有量１０ｐｐｍ
以下とした高純度の石英原料粉を得た。上記で得た高純
度石英原料粉１００ｇに、原料粉にＡｌイオンの濃度が
５００ｐｐｍのＡｌ（ＮＯ3)3 水溶液を、原料粉に対し
Ａｌの添加量が５０ｐｐｍとなるように１０ｃｃを含浸
混合した。次いで、Ａｌ（ＮＯ3)3 水溶液を含浸混合し
た高純度石英原料粉を、大気中、８００〜１０００℃で
処理して硝酸分をＮＯX の形で除去して、核形成剤とな
るＡｌ成分が分散含有された混合石英粉末を得た。この
混合石英粉末を溶融、ガラス化して透明な石英ガラス材
を得た。
【００１７】得られた透明石英ガラス材の一部を試料と
して採取し、１４７０℃で０〜５時間で１時間ずつ増加
させて保持して加熱処理し、結晶成長させ、結晶成長状
態が異なる石英ガラス材を作成した。得られた結晶成長
させた各石英ガラス材について、ビームベンディング法
を用いて１４２０℃における粘度（ｐｏｉｓｅ）を測定
した。測定結果を表１に示した。
して採取し、１４７０℃で０〜５時間で１時間ずつ増加
させて保持して加熱処理し、結晶成長させ、結晶成長状
態が異なる石英ガラス材を作成した。得られた結晶成長
させた各石英ガラス材について、ビームベンディング法
を用いて１４２０℃における粘度（ｐｏｉｓｅ）を測定
した。測定結果を表１に示した。
【００１８】
【表１】
【００１９】また、加熱時間が異なる、即ち、結晶成長
状態が異なる各石英ガラス材の粘性値ηと加熱処理を施
さなかった（０時間保持）石英ガラス材の粘性値η0 と
の比η／η0 と加熱処理時間（１４７０℃での保持時
間）との関係図を図１に示した。
状態が異なる各石英ガラス材の粘性値ηと加熱処理を施
さなかった（０時間保持）石英ガラス材の粘性値η0 と
の比η／η0 と加熱処理時間（１４７０℃での保持時
間）との関係図を図１に示した。
【００２０】実施例２〜６ 添加する核形成材の溶液及びその濃度を変えた以外は実
施例１と同様にして透明な石英ガラスを得た。得られた
透明石英ガラス材を実施例１と同様に１４７０℃で保持
時間を変えて加熱処理した。加熱処理した各石英ガラス
材について、実施例１と同様に粘度を測定した。その結
果を表１に示した。
施例１と同様にして透明な石英ガラスを得た。得られた
透明石英ガラス材を実施例１と同様に１４７０℃で保持
時間を変えて加熱処理した。加熱処理した各石英ガラス
材について、実施例１と同様に粘度を測定した。その結
果を表１に示した。
【００２１】比較例１ 実施例１で得た高純度石英原料粉に、Ａｌを添加するこ
となく、そのまま用いて溶融した以外は、実施例１と同
様にして透明石英ガラスを得た。得られた核形成材無添
加の透明石英ガラスから実施例１と同様にサンプルを採
取し、同様に１４７０℃で０〜５時間で１時間ずつ増加
させて保持して加熱処理した。上記加熱処理した石英ガ
ラスの１４２０℃での粘性を、実施例１と同様に測定し
た。得られた粘性の経時変化を図１に示した。
となく、そのまま用いて溶融した以外は、実施例１と同
様にして透明石英ガラスを得た。得られた核形成材無添
加の透明石英ガラスから実施例１と同様にサンプルを採
取し、同様に１４７０℃で０〜５時間で１時間ずつ増加
させて保持して加熱処理した。上記加熱処理した石英ガ
ラスの１４２０℃での粘性を、実施例１と同様に測定し
た。得られた粘性の経時変化を図１に示した。
【００２２】上記実施例及び比較例の図１から明らかな
ように、Ａｌを添加して作成した本発明の石英ガラス材
は、加熱処理時間の増加につれ粘性が増大し、１４７０
℃で５時間保持された石英ガラス材の粘性は、加熱処理
されない石英ガラスの粘性の約１００００倍の粘性を示
すことが分かる。また、核形成材としてのＡｌが無添加
の通常の高純度石英ガラス材の場合も、加熱処理された
場合にクリストバライトが生成し、多少粘性が増加する
ことが分かる。しかし、５時間加熱処理された石英ガラ
ス材同士で比較すると、核形成材を含有する石英ガラス
材の粘性が、含有しないものに比して約２０００倍も高
いことも分かる。即ち、高温下で使用された場合にも、
時間の経過につれて粘性が増加し、十分な強度をもたせ
ることができる。
ように、Ａｌを添加して作成した本発明の石英ガラス材
は、加熱処理時間の増加につれ粘性が増大し、１４７０
℃で５時間保持された石英ガラス材の粘性は、加熱処理
されない石英ガラスの粘性の約１００００倍の粘性を示
すことが分かる。また、核形成材としてのＡｌが無添加
の通常の高純度石英ガラス材の場合も、加熱処理された
場合にクリストバライトが生成し、多少粘性が増加する
ことが分かる。しかし、５時間加熱処理された石英ガラ
ス材同士で比較すると、核形成材を含有する石英ガラス
材の粘性が、含有しないものに比して約２０００倍も高
いことも分かる。即ち、高温下で使用された場合にも、
時間の経過につれて粘性が増加し、十分な強度をもたせ
ることができる。
【００２３】実施例７ 実施例１で得られた石英混合粉を用い、垂直断面図が図
２に示した構造の石英ガラス管を作成した。即ち、図２
において、外径９ｍｍ、内径５ｍｍで、長さ２００ｍｍ
の円管１の内環部２及び外環部４は、実施例１で用いた
高純度石英原料粉を用いて形成し、外環部４の内側の中
環部３（斜線部）を実施例１で得られた石英混合粉を用
いて形成して溶融、ガラス化して透明石英ガラス管を作
成した。なお、溶融、ガラス化後、外環部４が１ｍｍ、
中環部３が５００〜１０００μｍになるように作成し
た。得られた石英ガラス管を１５０ｍｍのスパン上に設
置し、１４５０℃で、５時間加熱処理したが、殆ど変形
が観察されなかった。
２に示した構造の石英ガラス管を作成した。即ち、図２
において、外径９ｍｍ、内径５ｍｍで、長さ２００ｍｍ
の円管１の内環部２及び外環部４は、実施例１で用いた
高純度石英原料粉を用いて形成し、外環部４の内側の中
環部３（斜線部）を実施例１で得られた石英混合粉を用
いて形成して溶融、ガラス化して透明石英ガラス管を作
成した。なお、溶融、ガラス化後、外環部４が１ｍｍ、
中環部３が５００〜１０００μｍになるように作成し
た。得られた石英ガラス管を１５０ｍｍのスパン上に設
置し、１４５０℃で、５時間加熱処理したが、殆ど変形
が観察されなかった。
【００２４】比較例２ 高純度石英原料粉のみを用いて形成した以外は、実施例
７と同様にして石英ガラス管を作成した。得られた石英
ガラス管を実施例２と同様に１５０ｍｍのスパン上に設
置し、１４５０℃で、５時間加熱処理したところ、変形
（撓み）量が１５００μｍだった。
７と同様にして石英ガラス管を作成した。得られた石英
ガラス管を実施例２と同様に１５０ｍｍのスパン上に設
置し、１４５０℃で、５時間加熱処理したところ、変形
（撓み）量が１５００μｍだった。
【００２５】
【発明の効果】本発明の石英ガラス材は、その内部に１
４００℃以上の高温処理で結晶成長をするための核とな
る金属原子成分が均質に分散存在し、高温域で使用され
た場合でも結晶が成長し粘性が増加するので、内部でス
トレスが生じることなく、熱変形が極めて少なく機械的
強度が大きいという有利な特性を有する。特に、本発明
の石英ガラス材を用い半導体製造におけるＳｉ単結晶引
上げ用石英ガラスルツボを形成した場合、ルツボ内部で
ストレスが生じることなく石英ガラスルツボの熱変形が
極めて少なく、製造するＳｉ単結晶に悪影響を与えるこ
とがない。また、結晶成長は石英ガラス材内部で進行
し、外部との露出面を通常の高純度石英ガラスで被覆溶
融して用いることにより、本発明において核形成剤とし
て添加した金属原子成分が不純物として外部に飛散拡散
し、特に、半導体製造環境の汚染源としてダスト発生の
おそれもない。
４００℃以上の高温処理で結晶成長をするための核とな
る金属原子成分が均質に分散存在し、高温域で使用され
た場合でも結晶が成長し粘性が増加するので、内部でス
トレスが生じることなく、熱変形が極めて少なく機械的
強度が大きいという有利な特性を有する。特に、本発明
の石英ガラス材を用い半導体製造におけるＳｉ単結晶引
上げ用石英ガラスルツボを形成した場合、ルツボ内部で
ストレスが生じることなく石英ガラスルツボの熱変形が
極めて少なく、製造するＳｉ単結晶に悪影響を与えるこ
とがない。また、結晶成長は石英ガラス材内部で進行
し、外部との露出面を通常の高純度石英ガラスで被覆溶
融して用いることにより、本発明において核形成剤とし
て添加した金属原子成分が不純物として外部に飛散拡散
し、特に、半導体製造環境の汚染源としてダスト発生の
おそれもない。
【図１】本発明の一実施例の石英ガラス材及び従来の高
純度石英ガラスにおける加熱処理時間と粘性値ηとの関
係図である。
純度石英ガラスにおける加熱処理時間と粘性値ηとの関
係図である。
【図２】本発明の一実施例の石英ガラス材の円管の垂直
断面図である。
断面図である。
１ 石英ガラス管 ２ 内環部 ３ 中環部 ４ 外環部
Claims (5)
- 【請求項１】 主にＮａ、Ｋ及びＬｉからなるアルカリ
金属の総含有量が１ｐｐｍ以下、その他金属不純物含有
量が各１０ｐｐｍ以下である高純度石英原料粉から形成
され、且つ、１４００℃以上でクリストバライト結晶成
長の核形成剤を構成するＡ１、Ｙ及びＬａからなる群か
ら選ばれた１種または２種以上の金属原子成分が均質に
分散されてなることを特徴とする石英ガラス材。 - 【請求項２】 該核形成剤の含有量が、３０〜２００ｐ
ｐｍである請求項１または２記載の石英ガラス材。 - 【請求項３】 周面部に高純度石英ガラス材から形成さ
れる被覆層を有してなる請求項１、２または３記載の石
英ガラス材。 - 【請求項４】 主にＮａ、Ｋ及びＬｉからなるアルカリ
金属を１ｐｐｍ以下含有し、その他各金属不純物含有量
が１０ｐｐｍ以下である高純度石英原料粉に、Ａ１、Ｙ
及びＬａからなる群から選ばれた金属原子成分の硝酸塩
または硫酸塩含有溶液の少なくとも１種を核形成剤とし
て添加混合した後、加熱処理して酸成分を除去してなる
混合石英粉末を、溶融、ガラス化して形成されることを
特徴とする石英ガラス材の製造法。 - 【請求項５】 該混合石英粉末中に、該金属原子成分が
３０〜２００ｐｐｍ含有される請求項５記載の石英ガラ
ス材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02850093A JP3268049B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 石英ガラス材及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02850093A JP3268049B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 石英ガラス材及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06219768A true JPH06219768A (ja) | 1994-08-09 |
| JP3268049B2 JP3268049B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=12250399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02850093A Expired - Fee Related JP3268049B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 石英ガラス材及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3268049B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0742578A2 (en) * | 1995-05-09 | 1996-11-13 | General Electric Company | Low sodium permeability glass |
| US6136736A (en) * | 1993-06-01 | 2000-10-24 | General Electric Company | Doped silica glass |
| US6641663B2 (en) | 2001-12-12 | 2003-11-04 | Heracus Shin-Estu America | Silica crucible with inner layer crystallizer and method |
| JP2005255488A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 石英るつぼおよび石英るつぼを用いた半導体単結晶製造方法 |
| US7118789B2 (en) | 2001-07-16 | 2006-10-10 | Heraeus Shin-Etsu America | Silica glass crucible |
| US7383696B2 (en) | 2005-09-08 | 2008-06-10 | Heraeus Shin-Etsu America, Inc. | Silica glass crucible with bubble-free and reduced bubble growth wall |
| US7427327B2 (en) | 2005-09-08 | 2008-09-23 | Heraeus Shin-Etsu America, Inc. | Silica glass crucible with barium-doped inner wall |
| JP2010503599A (ja) * | 2006-09-13 | 2010-02-04 | ヘレウス・クアルツグラース・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンディット・ゲゼルシャフト | 半導体製造用石英ガラスの組成物及びその製造方法 |
| CN103073179A (zh) * | 2011-10-26 | 2013-05-01 | 比亚迪股份有限公司 | 石英坩埚原料、石英坩埚原料的制备方法以及石英坩埚 |
| JP2017149621A (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 東京窯業株式会社 | ハニカム構造体及びハニカム構造体の製造方法 |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP02850093A patent/JP3268049B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136736A (en) * | 1993-06-01 | 2000-10-24 | General Electric Company | Doped silica glass |
| EP0742578A2 (en) * | 1995-05-09 | 1996-11-13 | General Electric Company | Low sodium permeability glass |
| EP0742578A3 (en) * | 1995-05-09 | 1997-04-16 | Gen Electric | Glass with low sodium permeability |
| US7118789B2 (en) | 2001-07-16 | 2006-10-10 | Heraeus Shin-Etsu America | Silica glass crucible |
| US6641663B2 (en) | 2001-12-12 | 2003-11-04 | Heracus Shin-Estu America | Silica crucible with inner layer crystallizer and method |
| JP2005255488A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 石英るつぼおよび石英るつぼを用いた半導体単結晶製造方法 |
| US7383696B2 (en) | 2005-09-08 | 2008-06-10 | Heraeus Shin-Etsu America, Inc. | Silica glass crucible with bubble-free and reduced bubble growth wall |
| US7427327B2 (en) | 2005-09-08 | 2008-09-23 | Heraeus Shin-Etsu America, Inc. | Silica glass crucible with barium-doped inner wall |
| JP2010503599A (ja) * | 2006-09-13 | 2010-02-04 | ヘレウス・クアルツグラース・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンディット・ゲゼルシャフト | 半導体製造用石英ガラスの組成物及びその製造方法 |
| CN103073179A (zh) * | 2011-10-26 | 2013-05-01 | 比亚迪股份有限公司 | 石英坩埚原料、石英坩埚原料的制备方法以及石英坩埚 |
| CN103073179B (zh) * | 2011-10-26 | 2015-03-25 | 比亚迪股份有限公司 | 石英坩埚原料、石英坩埚原料的制备方法以及石英坩埚 |
| JP2017149621A (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 東京窯業株式会社 | ハニカム構造体及びハニカム構造体の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3268049B2 (ja) | 2002-03-25 |
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