JPH08310837A - 石英ガラス断熱部材及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発塵性が低く、且つ、より高度の熱遮蔽性を
有する石英ガラス断熱部材の提供。 【構成】 高純度石英ガラス体が外表面を形成すると共
に、内部にシート状炭素繊維が封入されて一体化されて
なることを特徴とする石英ガラス断熱部材。上記石英ガ
ラス断熱部材は、シート状炭素繊維を高純度石英ガラス
板で挟み加熱溶融し、該シート状炭素繊維を封入一体化
して製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石英ガラス断熱部材及
びその製造法に関し、詳しくは、炭素繊維シートを封入
した構造を有する石英断熱部材及びその製造法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】加熱状態で使用される各種装置では、一
般に、断熱材が使用されており、各種断熱材がその用途
に応じて開発され利用されている。半導体製造における
熱処理工程や熱拡散工程等で用いられる加熱処理装置に
おいても、他の工程と同様に塵埃等による汚染防止が厳
しく管理される。そのため、従来から、半導体製造工程
に用いられる断熱部材は、汚染源とならないものを選ば
ねばならず、特に高純度なものが得られ且つ断熱性能に
優れる石英ガラスが多用されている。上記したような半
導体製造装置に用いられる断熱材用石英ガラスとして
は、例えば、（１）石英ガラス素材をウール状にファイ
バー化した石英ガラスファイバー、（２）フュームシリ
カを圧縮成形した石英断熱材（特公昭５１−４００８８
号公報）、（３）気泡等を保持し熱遮断性を有する不透
明石英ガラス（特開平４−６５３２８号公報）が提案さ
れ利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記石英ガラスファイバーやフュームシリカ断熱材をその
まま使用した場合は、発塵原因となり、塵埃汚染に厳し
い半導体製造の熱処理装置の断熱材としては使用するこ
とはできない。一方、不透明石英ガラスは発塵性はな
く、半導体製造の熱処理プロセス用断熱材としては好適
である。しかし、上記公報で提案される不透明石英ガラ
スにおいても、密度が約２．０程度以上（気孔率約１０
％以下）であり、熱伝導率は約１．４Ｗ／ｍＫ程度で、
気泡を保持しない透明石英ガラスの１．６Ｗ／ｍＫと比
較して熱伝導率の低減は約８８％に過ぎない。従って、
上記提案の不透明石英ガラスを断熱材として使用する場
合には、壁厚を厚くすることにより高断熱効果を得るこ
とになり、装置が大型化するおそれもあり、重量的制約
がある場合には適用できないおそれがある。このため、
より高断熱性の石英ガラス断熱材が要望されているのが
現状である。本発明は、上記したような断熱材、特に、
半導体製造の加熱装置に使用される石英ガラス断熱材の
現状に鑑み、より高度の熱遮蔽性を有する石英ガラス断
熱材及びその製造方法の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、高純度
石英ガラス体が外表面を形成すると共に、内部にシート
状炭素繊維が封入されて一体化されてなることを特徴と
する石英ガラス断熱部材が提供される。また、シート状
炭素繊維を高純度石英ガラス板で挟み加熱溶融し、該シ
ート状炭素繊維を封入一体化することを特徴とする石英
ガラス断熱部材の製造法が提供される。

【０００５】

【作用】本発明は上記のように構成され、シート状に形
成された炭素繊維が高純度な石英ガラスで溶融包囲され
封入一体化されるため、炭素繊維が外部に飛散すること
なく発塵が遮断され、半導体製造の熱処理装置にも安定
的に適用することができる。また、シート状炭素繊維外
表面を被覆封入する高純度石英ガラスは、高熱遮断性を
有し、中間層を形成する炭素繊維も断熱材として用いら
れ高断熱性を有するため、相乗的な断熱効果を得ること
ができる。従って、本発明の石英ガラス断熱材は、熱遮
断性及び低発塵性に優れるため、半導体製造工程の熱処
理装置にも安定的に適用することができる。

【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
用いる原料高純度石英ガラスは、よく知られているよう
にシリカ（ＳｉＯ₂ ）のみを成分とし、天然石英ガラス
及び合成石英ガラスのいずれでもよい。純度は、使用す
る部位等の設置環境条件により適宜選択すればよいが、
通常、半導体製造装置で用いられる９９％以上の高純度
石英ガラスを用いるのが好ましい。また、例えば、半導
体製造装置の炉芯管の断熱材台として用いる場合等で、
直接ウエハに接する片面部分を、例えば９９．５％以上
の超高純度の石英ガラスを用いて形成し、他面部分はそ
れより多少純度の低いものを用いる等することによっ
て、中間層のシート状炭素繊維を被覆する両面で純度を
変えて用いてもよい。通常、製造の作業性等から同一純
度の高純度石英ガラスを用いる。また、原料高純度石英
ガラスは、透明なガラス質性状のものでもよいし、閉気
孔を含有したり、多孔質性等の不透明なものでもよい。
多孔質性高純度石英ガラスを原料に用いる場合は、最終
的に得られるシート状炭素繊維が封入された石英ガラス
断熱材において、外表面部分の気孔部分が閉気孔となり
外部と内部とが連通しない状態とすればよい。内部の中
間層を構成するシート状炭素繊維から発生する塵埃の閉
塞が不完全となるおそれがあるためである。通常、２枚
の高純度石英ガラス板の中間にシート状炭素繊維をセッ
トしサンドイッチ構造とした後、高純度石英ガラスを溶
融して封入することができ、外表面部分は透明ガラス質
となり内部とは非連通状態とすることができる。

【０００７】本発明のシート状炭素繊維は、炭素繊維を
織布または不織布としてシートを形成したものを用いる
ことができる。不織布状のものが熱伝導率が織布状に比
し低く好ましい。また、シート状炭素繊維を形成する炭
素繊維は、レーヨン系炭素繊維、ＰＡＮ（ポリアクリロ
ニトリル）系炭素繊維等各種の市販されているものを適
宜用いることができる。この場合、繊維軸に平行する層
面の配向がランダムのものが熱伝導性が低く好ましく、
一方、層面配向性に優れるメソフェーズピッチ系炭素繊
維等は、熱伝導性が高く好ましくない。また、上記炭素
繊維において、好ましくは、アルカリ金属成分、アルカ
リ土類金属成分、重金属成分の含有濃度が１ｐｐｍ以下
のものがよい。外表面部を被覆する高純度石英ガラス
が、これら不純物が炭素繊維から拡散して、汚染された
り、失透したりすることを防止するためである。

【０００８】本発明の石英ガラス断熱材の形状は、内部
に炭素繊維を封入されていればよく、特に制限されるも
のでなく、それぞれ使用目的に合わせて適宜選択するこ
とができる。また、基本的な各種形状の石英ガラス断熱
材を作成し、それらを接合等により組合せて組立てて用
いてもよい。本発明の石英ガラス断熱材の外表面を構成
する高純度石英ガラスは、通常、０．５〜５ｍｍの厚さ
を有するように形成する。厚さが０．５ｍｍ未満である
と、炭素繊維からの発塵を防止できず、一方、５ｍｍを
超えて厚くしてもそれ以上の効果を得ることができな
い。また、内部に封入されるシート状炭素繊維は、上記
した外表面の高純度石英ガラス層の厚さ、使用目的を勘
案し、その厚さを適宜選択することができる。一般に
は、高純度石英ガラス層の厚さとの比率が１〜１００の
範囲である。通常、０．１〜１０ｍｍの厚さのシート状
炭素繊維が用いられる。

【０００９】本発明の石英ガラス断熱材は、上記の高純
度石英ガラスとシート状炭素繊維を用いて形成すること
ができる。通常、高純度石英ガラス板の間にシート状炭
素繊維を挟み込み、約１６００〜１８００℃に加熱し
て、石英ガラスを溶融し両面の石英ガラス板を溶融接合
すると同時に、シート状炭素繊維を封入して形成する。
また、上記加熱溶融は、窒素ガス（Ｎ₂ ）、アルゴンガ
ス（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好まし
い。炭素繊維の酸化を防止することができるためであ
る。上記のようにして得られたシート状炭素繊維を封入
した石英ガラス断熱材は、高耐熱性の石英ガラスとその
内部に封入された炭素繊維とにより、増大された高断熱
効果を発現できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき、更に詳細に
説明する。但し、本発明は下記実施例により制限される
ものでない。 実施例１ ２０×２０（ｍｍ）で厚さ２．５ｍｍの平板状石英ガラ
ス（純度９９．９９％）２枚の間に、直径７ｍｍφで厚
さ０．３５ｍｍの円形状炭素繊維不織布シートをほぼ中
央にセットして挟み、電気炉内で窒素雰囲気下、１８０
０℃で加熱溶融して炭素繊維シートを石英ガラス内部に
封入した。なお、炭素繊維不織布シートの厚さ方向の熱
伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定し０．４Ｗ
／ｍＫであった。得られた炭素繊維を封入した石英ガラ
ス断熱材は、同様にレーザーフラッシュ法で測定した結
果、熱伝導率１．０Ｗ／ｍＫであった。

【００１１】実施例２ 図１は、本発明の石英ガラス断熱材を石英ガラス炉芯管
に配設したときの断面説明図である。図１において、石
英ガラス断熱部材１は、実施例１と同様にして作製した
３枚の板状石英ガラス断熱材２を石英ガラス角柱３を用
いて組立て形成し、その後、石英ガラス炉芯管４の断熱
部材として配設した。炉芯管４の内部温度を１２００℃
としたとき、断熱部材１の下部の温度は８０℃であっ
た。上記の結果から、炭素繊維を封入した石英ガラス断
熱体は、極めて良好な断熱効果を発現することが分か
る。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、熱伝導率が低く、断熱効果の
高い石英ガラス断熱体を、簡便に且つ容易に得ることが
でき、得られるシート状炭素繊維を封入した石英ガラス
断熱体は、高純度断熱材料として優れ、工業的に有用で
ある。特に、発塵もなく高断熱性であり、微細粒子等塵
埃汚染を厳格に排除する必要がある半導体製造装置用と
して好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の石英ガラス断熱部材を石英
ガラス炉芯管に配設したときの断面説明図である。

【符号の説明】

１ 断熱部材 ２ 炭素繊維封入石英ガラス断熱材 ３ 石英ガラス角柱 ４ 石英ガラス炉芯管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 研司 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高純度石英ガラス体が外表面を形成する
   と共に、内部にシート状炭素繊維が封入されて一体化さ
   れてなることを特徴とする石英ガラス断熱部材。
2. 【請求項２】 シート状炭素繊維を高純度石英ガラス板
   で挟み加熱溶融し、該シート状炭素繊維を封入一体化す
   ることを特徴とする石英ガラス断熱部材の製造法。