JPH11228166A

JPH11228166A - 高純度透明石英ガラスおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH11228166A
Application number: JP25357698A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Yamada; 修輔山田; Shinkichi Hashimoto; 眞吉橋本; Koji Tsukuma; 孝次津久間; Tomoyuki Akiyama; 智幸秋山; Giichi Kikuchi; 義一菊地; Hideaki Segawa; 英明瀬川
Original assignee: Nippon Silica Glass Co Ltd; Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Quartz Corp; Tosoh Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 1999-08-24
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: JP4256955B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】有用な半導体熱処理用透明石英ガラス部材を供
する。【解決手段】Ｆｅ、Ｎａ、Ｋの各不純物含有量が０．０
１〜０．３ｐｐｍ、ＯＨ基含有量が０〜３ｐｐｍ、かつ
含有されるＦｅ不純物のうち、価数が＋０の金属鉄含有
量が０．１ｐｐｍ以下、９００〜１４００℃に２０時間
以上保持しても、可視短波長域の透過率が低下せず、波
長４００ｎｍでの吸光係数が０．００９以上にならず、
着色が認められない高純度透明石英ガラス、及び、高純
度透明石英ガラスリング、並びに、黒鉛質モールドから
構成された空間にシリカ粉末を充填し、１７００℃以上
に加熱溶融してシリカガラスを得る方法において、黒鉛
質モールドとシリカ粉末の接触面に嵩密度０．１〜１．
５ｇ／ｃｍ³であり、Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ及びＴｉの各不純
物が１ｐｐｍ以下の高純度黒鉛からなる多孔質層を介在
させる高純度石英ガラスの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＦｅ、Ｎａ、Ｋの各
不純物含有量が０．０１〜０．３ｐｐｍの範囲にあり、
ＯＨ基含有量が０〜３ｐｐｍの範囲にあり、かつ含有さ
れるＦｅ不純物のうち価数状態が＋０の金属鉄含有量が
０．１ｐｐｍ以下であり、９００〜１４００℃の温度に
２０時間以上保持しても、可視短波長域の透過率が低下
せず、波長４００ｎｍでの吸光係数が０．００９以上に
ならず、着色が認められないことを特徴とする高純度透
明石英ガラス及びその形状の一つである高純度透明石英
ガラスリング、並びにそれらの高純度透明石英ガラスの
製造方法に関する。

【０００２】これらの高純度透明石英ガラスは半導体用
耐熱治具及び各種フランジ類、炉心管部品などに応用で
きる。

【０００３】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度はますま
す上昇し、それらの半導体集積回路の性能に悪影響を与
えるナトリウム元素またはカリウム元素を不純物として
含まない石英ガラスが、半導体製造用治具の材料として
求められている。例えば特開昭５９−１２９４２１では
半導体熱処理用部材中のＮａ、Ｋ、Ｌｉをそれぞれ０．
０５ｐｐｍ以下としている。また同様に半導体の性質に
悪影響を与える鉄元素の不純物濃度も減少させることが
求められてきている。例えば、特開平８−１６５１３
４、特開平８−１７５８４０では石英ガラス中の鉄元素
含有量が０．８ｐｐｍ未満であるとしている。

【０００４】しかし、半導体製造用治具の材料としての
透明石英ガラスに求められている性質はその純度ばかり
ではない。半導体集積回路基板用ウェハー径は年々大き
くなってきており、それに伴って半導体熱処理用石英ガ
ラス製治具の大きさも大きくなってきている。従って半
導体熱処理用石英ガラス製治具の材料には高温における
高い粘性も要求させる。一般に高温において高い粘性を
持つ透明石英ガラスは天然の結晶質石英粉末を溶融する
ことによって作成されている。

【０００５】石英ガラスリングの製造方法としては、耐
熱金属から構成されたリング状空間に結晶質石英粉末を
充填し、１７００℃以上に加熱溶融して石英ガラスリン
グを製造する方法が既に特公昭３５−７９１に記載され
ており、また、最近、特開平９−２０２６３１、特開平
９−２０２６３２及び特開平９−１８３６２３には、黒
鉛材からなる容器とシリカ粉末の接触面に石英ガラスを
介在させ、加熱溶融して石英ガラスを製造する方法が開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】天然石英粉末を溶融す
るのに耐熱性金属容器やカーボン製容器を用いた場合、
高温で容器を酸化損傷しないようにするために容器のま
わりの雰囲気を真空としている。この場合に黒鉛質モー
ルドに普通グレードの黒鉛質を用いると溶融された透明
石英ガラスが褐色に着色するという問題が起きた。ま
た、溶融直後には着色していなくても、これらの透明石
英ガラスを、製品とするための融着等の加工を行なった
後に９００〜１４００℃の温度で２０時間程度、熱歪を
取るためのアニール処理を行なうと、アニール処理後に
透明石英ガラスが褐色に着色しているという問題が起き
た。着色を起こした透明石英ガラスは製品としての価値
を失い問題である。透明石英ガラスが着色を起こすか、
起こさないかは必ずしも透明石英ガラス中の不純物濃度
と一対一で対応せず、原因が完全に明らかになっていた
わけではなかった。

【０００７】また、特公昭３５−７９１では、モールド
として、耐熱金属であるＭｏを用いているが、この方法
ではＭｏが高温酸化を受け、ガスとして得られる石英ガ
ラスに侵入して汚染するという問題があった。

【０００８】また、モールドとして黒鉛材を用いた場
合、ＣとＳｉＯ₂との高温反応によってモールドと石英
ガラスが融着し、相互に損傷したり、融着を避け得た場
合でもモールドの耐久性は著しく低い等の問題があっ
た。更に、一般の黒鉛材には１ｐｐｍを遥かに越えるＦ
ｅやＣａなどが含まれており、これらの不純物が高温で
ガス化し、ガラスに侵入し高純度が保てないという問題
もあった。特開平９−２０２６３１、特開平９−２０
２６３２及び特開平９−１８３６２３に開示されている
黒鉛材からなる容器とシリカ粉末の接触面に石英ガラス
を介在させることにより、上記の問題を解決する方法が
開示されている。しかし、この方法は介在させる石英ガ
ラスの加工製造に手間を要し、かつ、石英ガラスは高価
であるため、経済性に優れた方法とは言い難い。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するため鋭意検討した結果、黒鉛モールドとシリカ
粉末の間に多孔質黒鉛層を介在させ、モールドとシリカ
ガラスの融着を防ぐと伴に、用いる原料粉末及び黒鉛材
料を高純度にすることにより、Ｆｅ、Ｎａ、Ｋの各不純
物含有量が０．０１〜０．３ｐｐｍの範囲にあり、ＯＨ
基含有量が０〜３ｐｐｍの範囲にあり、かつ含有させる
Ｆｅ不純物のうち、価数が＋０の金属鉄含有量が０．１
ｐｐｍ以下であり、９００〜１４００℃の温度に２０時
間以上保持しても、可視短波長域の透過率が低下せず、
波長４００ｎｍでの吸光係数が０．００９以上にならな
いという極めて優れた透明性維持特性を有しており、半
導体用耐熱治具及び各種フランジ類、炉心管部品などに
好適に適用が可能である。すなわち本願発明は、透明石
英ガラス中のＦｅ、Ｎａ、Ｋの各不純物含有量が０．０
１〜０．３ｐｐｍの範囲にあり、かつ含有されるＦｅ不
純物のうち価数が＋０の金属鉄の含有量が０．１ｐｐｍ
以下であり、９００〜１４００℃の温度に２０時間以上
保持しても、可視短波長域の透過率が低下せず、波長４
００ｎｍでの吸光係数が０．００９以上にならず、着色
が認められないことを特徴とする透明石英ガラス及びそ
の製造方法として黒鉛質モールドから構成された空間に
シリカ粉末を充填し、１７００℃以上に加熱溶融して透
明石英ガラスを得る方法において、黒鉛質モールドとシ
リカ粉末の接触面に嵩密度０．１〜１．５ｇ／ｃｍ³で
あり、Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ及びＴｉの各不純物が１ｐｐｍ以
下の高純度黒鉛からなる多孔質層を介在させ、加熱溶融
する方法に関する。

【００１０】以下、本願発明をさらに詳細に説明する。

【００１１】本発明にかかる透明石英ガラスの製造方法
について述べる。まず、Ｆｅ、Ｎａ、Ｋの各不純物含有
量が０．３ｐｐｍ以下の高純度結晶質石英、または高純
度非晶質シリカ粉末を高純度合成石英ガラス製の容器に
入れ、雰囲気を制御できる電気炉内に設置する。電気炉
内に酸素割合を増加させた酸化ガスを流す。酸化ガスの
組成は特に規定はしないが、例えば酸素と窒素の割合が
１：１の気体や純酸素ガスとする。電気炉内の温度を８
００〜１０００℃に昇温し２〜４時間保持した後に炉中
で冷却する。

【００１２】次に、塩素等を用いてＦｅ、Ｎａ、Ｋ、Ｔ
ｉの各不純物が１ｐｐｍ以下になるように高純度化した
黒鉛質モールドを用い、この黒鉛質モールドの内側の空
間に先ほど酸化雰囲気中で熱処理を行った高純度結晶質
石英、または高純度非晶質シリカ粉末を充填する。ただ
し、粉末を充填する前に黒鉛質モールドと粉末の接触面
の間に嵩密度０．１〜１．５ｇ／ｃｍ³、Ｎａ、Ｋ、Ｆ
ｅ、Ｔｉの各不純物が１ｐｐｍ以下の高純度黒鉛からな
る多孔質層を介在させる。この多孔質の役割は３つあ
る。第１点は、モールド黒鉛と石英又はシリカ粉末との
直接反応によるモールドの損耗を防ぐことであり、第２
点は、モールド黒鉛と得られた石英ガラスの熱膨張差の
ため、冷却過程でモールドの破損を緩和材として防ぐこ
とであり、第３点は、多孔質層黒鉛自身と石英又はシリ
カ粉末との高温反応で発生するガスを系外に効率よく逃
がし、ガス滞留によるガラス内気泡の発生を防ぐことで
ある。嵩密度０．１〜１．５ｇ／ｃｍ³の高純度黒鉛か
らなる多孔質層としては、高純度処理した黒鉛フェル
ト、黒鉛シート、黒鉛粉末を堆積したものなどを用いる
ことができる。黒鉛フェルトとしては、カーボン繊維を
成形織物とした、嵩密度０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³のも
のが市販されており、厚さ２〜１０ｍｍのものを用いる
ことが好ましい。

【００１３】黒鉛シートとしては、カーボン繊維を成形
織物とした、嵩密度０．８〜１．２ｇ／ｃｍ³のものが
市販されており、厚さ２〜１０ｍｍのものを用いること
が好ましい。黒鉛粉末としては、粒度０．１〜１ｍｍの
高純度処理したものが好ましい。黒鉛フェルト、黒鉛シ
ート、黒鉛粉末堆積物は、いずれも伸縮性と通気性を有
するものであり、モールドの破損を防止すると同時に、
発生ガスの逃散路を与える役割を果たす。黒鉛フェルト
は黒鉛シートに比較して、伸縮性及び通気性とも優れた
物であり、上記役割を果たすにはより適している。しか
し、ＳｉＯ₂との反応による消失量は多く、接触するガ
ラス面の平坦部が保てないという欠点がある。一方、黒
鉛シートはＳｉＯ₂との反応による消失量は少なく、ま
た、面が平滑であるため、ガラス面の平坦度を出すに適
している。従って、これら多孔質材料は、その適性によ
り、使い分けることが好ましい。例えば、好適な構成と
して、得られる石英ガラスの内外側面には黒鉛フェル
ト、石英ガラスの底面には黒鉛シートとするものが挙げ
られる。

【００１４】黒鉛質モールド全体を電気炉内に設置し、
電気炉内を減圧する。電気炉内を１７００℃以上の温度
で加熱し、黒鉛質モールド内の高純度結晶質石英、また
は高純度非晶質シリカ粉末を溶融する。黒鉛質モールド
内から取り出した透明石英ガラスの分析方法は特には規
定しないが、透明石英ガラスをフッ化水素酸で処理した
後にＩＣＰ測定もしくは原子吸光光度法によって行なっ
た。本発明にかかる透明石英ガラスのＦｅ、Ｎａ、Ｋの
各不純物濃度は０．０１〜０．３ｐｐｍの範囲であっ
た。

【００１５】透明石英ガラス中のＯＨ基の濃度は、透明
石英ガラスから１０ｍｍの厚さの両面を光学研磨した試
料を作成し、赤外吸収スペクトル中に現れる吸収から算
出した。次に算出式を示す。透明石英ガラス中のＯＨ基
の濃度をＡ［ｐｐｍ］、波長２．５μｍにおける試料の
透過率をＩ₁［％］、波長２．７３μｍにおける試料の
透過率をＩ₂［％］とする。Ａ［ｐｐｍ］＝０．０１・
ｌｏｇ₁₀（Ｉ₁［％］／Ｉ₂［％］）上式においてＯＨ濃
度を算出した。試料中のＯＨ基濃度は０〜３ｐｐｍであ
った。

【００１６】透明石英ガラス中のＦｅの価数はＥＳＲス
ペクトルの観察によって決定した。ＥＳＲスペクトルの
測定法についてはとくには限定しないが、例えば次のよ
うに行なった。透明石英ガラスから７ｍｍ×７ｍｍ×１
０ｍｍの直方体の試料を切り出す。試料の重量は約１ｇ
である。この試料についてＥＳＲスペクトルを測定し
た。ＥＳＲスペクトル中にはｇ＝２近傍に大きな吸収
が、ｇ＝４．２近傍に小さな吸収が観測された。

【００１７】ｇ＝２近傍の吸収が透明石英ガラス中の価
数＋０の金属鉄からの強磁性共鳴による吸収であること
をGriscom らとＦｒｉｔｓｃｈらが同定した(D. L. Gri
scom, E. J. Friebele and D. B. Shinn, J. Appl. Phy
s. 50(3) 2402-2404 (1979),E. Fritsch and G. Clas,
Non-Cryst. Solid.)。ｇ＝４．２近傍の吸収は透明石英
ガラス中の価数＋３の鉄イオンによる吸収であると同定
された（D. R. Uhlmann and N. J. Kreidl, Glass Scie
nce and Technology, Academic Press, inc., (1990) C
hapter 3）。

【００１８】価数＋０の金属鉄の定量方法についてさら
に詳しく述べる。Ｆｅ元素の含有量が０．０１ｐｐｍ以
下である合成シリカ粉末を超純水中に分散し、その中へ
ＦｅＣｌ₃をＦｅ重量換算で０．１、０．２、０．５、
０．７、１、５、１０ｐｐｍ添加する。これらのスラリ
ーを８０℃の温度において良く攪拌した後に水を蒸発さ
せて取り除く。得られた粉末を水素気流中、４００〜８
００℃の温度で４時間程度熱処理することによって、粉
末中のＦｅを価数＋０の金属鉄に還元する。

【００１９】これらの粉末のＥＳＲスペクトルを測定
し、ｇ＝２近傍に現われる強磁性共鳴吸収の積分強度を
計測して価数＋０の金属鉄含有量と積分強度の検量線を
作成する。この検量線を用いて透明石英ガラス中の価数
＋０の金属鉄の量を定量化した。積分強度の定量化のた
めの一次標準試料としてＴＥＭＰＯＬ（4-Hydroxy-2,2,
6,6-tetramethyl-piperidine-oxyl ）のベンゼン溶液を
用い、二次標準試料としてルビー結晶（Ｃｒ⁺³を含むα
−Ａｌ₂Ｏ₃）を用いた。

【００２０】我々の作成した透明石英ガラスはＥＳＲス
ペクトルを使っての解析の結果、透明石英ガラス中のＦ
ｅ不純物のうち、価数が＋０の金属鉄の含有量が０．１
ｐｐｍ以下であることが判明した。さらに、透明石英ガ
ラス中に価数が＋０の金属鉄が０．２ｐｐｍより多く含
まれる場合はその透明石英ガラスは、後に述べる９００
〜１４００℃での再加熱によって着色を起こすこともわ
かった。我々の作成した透明石英ガラスを９００〜１４
００℃の温度に２０時間以上保持したが、可視−紫外ス
ペクトル中の可視短波長域での透過率は低下せず、波長
４００ｎｍでの吸光係数は０．００９以下であり、着色
は認められなかった。

【００２１】以下実施例によって、本発明をさらに説明
するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【００２２】

【実施例】実施例１表１に示した高純度の天然水晶粉を原料に用いた。この
原料粉末６．４ｋｇを外枠直径４１０ｍｍ、内枠直径３
８０ｍｍ、深さ７５ｍｍのリング状空間を持つ高純度黒
鉛質モールド内に充填する。外枠の内壁には厚さ５ｍｍ
の高純度黒鉛質フェルトを張り、内枠の外壁には厚さ２
mmの高純度黒鉛質フェルトを張る。リング状空間の底に
は厚さ０．４ｍｍの高純度黒鉛質シートを敷いた。高純
度黒鉛質フェルトおよび高純度黒鉛質シートの純度も表
１に示した。

【００２３】透明石英ガラス化条件としては、真空中で
室温から１６００℃まで５℃／分で昇温し、その後１６
００℃から１８５０℃まで２℃／分で昇温する。１８５
０℃において真空中１５分間加熱した後、圧力１．７ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の窒素雰囲気中で５分間加熱する。その後
炉冷する。

【００２４】作成した透明石英ガラスを湿式により組成
分析した結果を表１の下段に示す。Ｆｅ、Ｎａ、Ｋの各
不純物濃度が０．０１〜０．３ｐｐｍの範囲にあること
がわかった。

【００２５】

【表１】

【００２６】透明石英ガラスから厚さ１０ｍｍの試験片
を切り出し、両面を光学研磨し、赤外吸収スペクトルを
測定した。波長２．５μｍにおける透過率は８７．５％
であり、波長２．７３μｍにおける透過率は８６．０％
であり、これらから算出される透明石英ガラス中のＯＨ
基濃度は０．７５ｐｐｍである。

【００２７】透明石英ガラスを空気中、１１５０℃の温
度に６６時間保持した。１１５０℃に６６時間保持した
後の透明石英ガラスは目視観察でも着色は認められな
い。図１および図２に可視光吸収スペクトルを示した。
この可視光吸収スペクトル中で、波長４００ｎｍにおけ
る吸収係数は０．００３であった。

【００２８】作成した直後と、空気中１１５０℃で６６
時間保持したあとの両方の透明石英ガラスから、７ｍｍ
×７ｍｍ×１０ｍｍの直方体試料を切り出し、ＥＳＲス
ペクトルを測定した。ｇ＝２近傍に観測された共鳴吸収
の積分強度から算出された、透明石英ガラス中の価数＋
０の金属鉄の濃度は０．１ｐｐｍ以下だった。

【００２９】比較例１以下の表２に示した純度の天然水晶粉末を原料に用い
る。

【００３０】

【表２】

【００３１】この原料粉末２．３ｋｇを、外枠直径２５
５ｍｍ、内枠直径１００ｍｍ、深さ４７．５ｍｍのリン
グ状空間を持つ黒鉛質モールド内に充填する。外枠の内
壁には厚さ５ｍｍの黒鉛質フェルトを張り、内枠の外壁
には厚さ５ｍｍの黒鉛質フェルトを張る。リング状空間
の底には厚さ０．４ｍｍの黒鉛質シートを敷く。黒鉛質
フェルトおよび黒鉛質シートの純度も表２に示す。

【００３２】透明石英ガラス化条件としては、真空中で
室温から１６００℃まで５℃／分で昇温し、その後１６
００℃から１８５０℃まで２℃／分で昇温する。１８５
０℃において真空中１５分間加熱した後、圧力１．７ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の窒素雰囲気中で５分間加熱し、その後炉
冷する。

【００３３】作成した透明石英ガラスを湿式による組成
分析をした結果を表２の下段に示す。透明石英ガラスか
ら厚さ１０ｍｍの試料片を切出し、両面を光学研磨し、
赤外吸収スペクトルを測定した。波長２．５μｍにおけ
る透過率は８６．６％であり、波長２．７３μｍにおけ
る透過率は８５．４％であり、これから算出される透明
石英ガラス中のＯＨ基濃度は０．６２ｐｐｍである。

【００３４】この透明石英ガラスを空気中、１１５０℃
の温度に２０時間保持した。１１５０℃に２０時間保持
した後の透明石英ガラスは目視観察で着色が認められ
た。図１に可視光吸収スペクトルを示す。この可視光吸
収スペクトル中で波長４００ｎｍにおける吸収係数は
０．２９８であった。

【００３５】空気中１１５０℃で２０時間保持した後の
着色を起こした透明石英ガラスから７ｍｍ×７ｍｍ×１
０ｍｍの直方体の試料を切り出し、ＥＳＲスペクトルを
測定した。ｇ＝２近傍にはブロードで大きな共鳴吸収ピ
ークが観測された。ピークの積分強度から算出された透
明石英ガラス中の価数＋０の金属鉄の濃度は４ｐｐｍだ
った。

【００３６】比較例２以下の表３に示した純度の天然水晶粉末を原料に用い
た。

【００３７】

【表３】

【００３８】この原料粉末２．３ｋｇを外枠直径２５５
ｍｍ、内枠直径１００ｍｍ、深さ４７．５ｍｍのリング
状空間を持つ高純度黒鉛質モールド内に充填する。外枠
の内壁には厚さ５ｍｍの高純度黒鉛質フェルトを張り、
内枠の外壁には厚さ２mmの高純度黒鉛質フェルトを張
る。リング状空間の底には厚さ０．４ｍｍの高純度黒鉛
質シートを敷いた。高純度黒鉛質フェルトおよび高純度
黒鉛質シートの純度も表３に示した。

【００３９】透明石英ガラス化条件としては、真空中で
室温から１６００℃まで５℃／分で昇温し、その後１６
００℃から１８５０℃まで２℃／分で昇温する。１８５
０℃において真空中１５分間加熱した後、圧力１．７ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の窒素雰囲気中で５分間加熱する。その後
炉冷する。

【００４０】作成した透明石英ガラスを湿式により組成
分析した結果を表３の下段に示す。Ｆｅ、Ｎａ、Ｋの各
不純物濃度が０．０１〜０．３ｐｐｍの範囲にあること
がわかった。

【００４１】透明石英ガラスから厚さ１０ｍｍの試験片
を切り出し、両面を光学研磨し、赤外吸収スペクトルを
測定した。波長２．５μｍにおける透過率は８８．５％
であり、波長２．７３μｍにおける透過率は８５．４％
であり、これらから算出される透明石英ガラス中のＯＨ
基濃度は１．５ｐｐｍである。

【００４２】透明石英ガラスを空気中、１３００℃の温
度で２０時間保持した。１３００℃に２０時間保持した
後の透明石英ガラスは目視観察で軽い着色が認められ
た。図２中に可視光吸収スペクトルを示す。この可視光
吸収スペクトル中で、波長４００ｎｍにおける吸収係数
は０．０１２であった。空気中１３００℃で２０時間保
持した後の着色を起こした透明石英ガラスから７ｍｍ×
７ｍｍ×１０ｍｍの直方体の試料を切り出し、ＥＳＲス
ペクトルを測定した。ｇ＝２近傍にはブロードな共鳴吸
収ピークが観測された。ピークの積分強度から算出され
た透明石英ガラス中の価数＋０の金属鉄の濃度は０．２
ｐｐｍだった。

【００４３】実施例２石英ガラスリングの製造実験に用いた黒鉛モールド／黒
鉛多孔質層／石英粉末の構成の内、数種類を図３に示
す。

【００４４】実験に用いた石英粉末、高純度黒鉛モール
ド、高純度黒鉛フェルト、高純度黒鉛シート及び高純度
黒鉛粉末の純度をそれぞれ表４〜８に示す。

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】

【表６】

【００４８】

【表７】

【００４９】

【表８】

【００５０】密度１．７ｇ／ｃｍ³の高純度黒鉛からな
る、図３（ａ）〜（ｃ）に示した形状のモールド（リン
グ外径４００ｍｍ、内径２４０ｍｍ、高さ７０ｍｍ）を
用意した。図３の（ａ）の場合、モールド底面、内側面
及び外側面すべてに厚さ５ｍｍ、嵩密度０．２ｇ／ｃｍ
³の高純度黒鉛フェルトを設置し、結晶質石英粉末（平
均粒径０．２ｍｍ）を高さ５０ｍｍになるように充填
し、上面に同様のフェルトを被せた後、高純度黒鉛荷重
リング（高さ５０ｍｍ）を載せた。図３の（ｂ）の場
合、モールド底面に厚さ０．４ｍｍ、嵩密度１．０ｇ／
ｃｍ³の高純度黒鉛シートを敷く以外は、（ａ）と同様
の構成とした。また図３の（ｃ）の場合、フェルトの設
置は（ａ）と同様にしたが、荷重リングは乗せず、高純
度黒鉛外周リングをモールド枠に取り付けた。

【００５１】以上の３種類をカーボン抵抗加熱電気炉に
入れ、真空に排気した状態で室温から１８５０℃まで８
時間で昇温し、３０分間保持した後、真空解除し、窒素
を導入し放冷した。

【００５２】得られた３種類の透明石英ガラスリングの
形状及びサイズを図４に示すが、３種類とも気泡が少な
い透明石英ガラスリングが得られ、特に、（ｂ）では底
面の平坦度がよい透明石英ガラスリングが得られ、ま
た、（ｃ）では外周に段差のあるフランジ形状のリング
が得られた。

【００５３】得られた３種類の透明石英ガラスリングの
不純物の分析結果を以下の表９に示すが、原料の純度が
ほぼ保たれていることが判った。

【００５４】

【表９】

【００５５】

【発明の効果】本発明の方法によって得られた透明石英
ガラスは、高純度であり、ＯＨ濃度が低いために高温で
の粘性が高く、半導体製造用治具の材料として優れた特
性を有している。また価数状態＋０の金属鉄の濃度を
０．１ｐｐｍ以下に抑えることにより、９００〜１４０
０℃の温度での長時間の再加熱によっても着色を起こさ
ない特徴を持ち、有用な半導体熱処理用透明石英ガラス
部材を供することができる。

【００５６】また、本発明の方法によって得られた透明
石英ガラスリングは、高純度であり、また外径３００〜
５５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ程度の大型サイズが可能で
ある。従来行われていた石英ガラスブロックから機械加
工する方法と比較すると、極めて材料収率が優れた方法
であり、高純度黒鉛モールドの耐久性も向上し、経済的
にも有利な方法となる。特に、半導体製造に使用される
石英ガラス治工具類、例えば反応管のフランジ、エッチ
ング装置の反応室ライナー、枚葉式装置部品として有用
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１と比較例１での可視吸収スペクトルの
比較を示す図である。

【図２】実施例１と比較例２での可視吸収スペクトルの
比較を示す図である。

【図３】実施例２で使用した黒鉛モールド、黒鉛多孔質
層、石英粉末の構成の内、３種類の断面構造を示す。

【符号の説明】：高純度黒鉛モールド：高純度黒鉛荷重：石英原料粉末：高純度黒鉛フェルト：高純度黒鉛シート：高純度黒鉛外周リング

【図４】実施例２で得られた透明石英ガラスリングの形
状及びサイズを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山智幸山形県山形市桜田東２−11−16−309 (72)発明者菊地義一山形県寒河江市鶴田43−７ (72)発明者瀬川英明山形県山形市双月町２−３−11−606

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ、Ｎａ、Ｋの各不純物含有量が０．０
１〜０．３ｐｐｍの範囲、ＯＨ基含有量が０〜３ｐｐｍ
の範囲にあり、かつ含有されるＦｅ不純物のうち、価数
が＋０の金属鉄含有量が０．１ｐｐｍ以下であり、９０
０〜１４００℃の温度に２０時間以上保持しても、可視
短波長域の透過率が低下せず、波長４００ｎｍでの吸光
係数が０．００９以上にならず、着色が認められないこ
とを特徴とする高純度透明石英ガラス。
【請求項２】請求項１に記載の高純度透明石英ガラスに
おいて、形状がリング状である高純度透明石英ガラスリ
ング。
【請求項３】黒鉛質モールドから構成された空間にシリ
カ粉末を充填し、１７００℃以上に加熱溶融してシリカ
ガラスを得る方法において、黒鉛質モールドとシリカ粉
末の接触面に嵩密度０．１〜１．５ｇ／ｃｍ³であり、
Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ及びＴｉの各不純物が１ｐｐｍ以下の高
純度黒鉛からなる多孔質層を介在させ、加熱溶融するこ
とを特徴とする請求項１に記載の高純度石英ガラスの製
造方法。
【請求項４】請求項３に記載の高純度透明石英ガラスの
製造方法において、黒鉛質モールドから構成された空間
がリング状であることを特徴とする高純度透明石英ガラ
スリングの製造方法。
【請求項５】シリカ粉末として、Ｎａ，Ｋ及びＦｅの各
不純物の含有量が１ｐｐｍ以下の高純度結晶質石英粉
末、または、高純度非結晶質シリカ粉末を用いることを
特徴とする請求項３に記載の高純度透明石英ガラス又は
請求項４に記載の高純度透明石英ガラスリングの製造方
法。
【請求項６】黒鉛質モールド中のＮａ，Ｋ，Ｆｅ及びＴ
ｉの各不純物の含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴
とする請求項３に記載の高純度透明石英ガラス及び請求
項４に記載の高純度透明石英ガラスリングの製造方法。