TW201527243A - 石英玻璃元件及石英玻璃元件之製造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一種對應於薄型化且提高遮光性和耐熱性之石英玻璃元件及石英玻璃元件之製造方法。
一種石英玻璃元件,係在石英玻璃基材之表面,藉由以電漿熔射矽粉末而形成皮膜所組成之石英玻璃元件,其特徵在於:石英玻璃基材係由非透明石英玻璃而組成,矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為3%以下,矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為0%,矽粉末之D50%粒徑為25~35μm,皮膜20之平均膜厚為40~60μm,石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra為2~4μm。
Description
本發明係關於一種石英玻璃元件及石英玻璃元件之製造方法。
一般來說,在相對於半導體晶圓呈惰性氛圍或氧化性氛圍下,為了藉由紅外線輻射而提高結晶完全性或者是以表面改質,來作為目的,因此,施行高溫熱處理裝置。該高溫熱處理裝置係處理於400度~1400度之高溫環境下。因此,在裝置內周邊之構造元件,廣泛地使用耐熱性呈良好且容易加工之石英玻璃元件。
一般之高溫熱處理裝置係在透過紅外線之部分,配置透明石英玻璃元件,在遮蔽紅外線之部分,配置含有內部氣泡之非透明石英玻璃元件。
但是,習知之高溫熱處理裝置係透過透明石英玻璃元件之紅外線,來加熱設置於高溫熱處理裝置之密封部之O型環圈,加熱之O型環圈係由於抗拉強度之降低或者是藉由熔融來進行變質或切斷,而發生故障之問題。針對此種問題,例如在日本特開平3-291917號公報,揭示:藉由在石英玻璃元件之表面,塗佈SiC,而提高遮熱性之石英玻璃元件。此外,在日本特開2010-513198號公報,揭示:藉由以多孔質之石
英玻璃熔射膜,來被覆石英玻璃基材之表面,而具有紅外線反射機能之石英玻璃元件之製造方法(另外,參考日本特開2009-54984號公報、日本特開2007-250569號公報、日本特開2004-143583號公報)。
但是,在近年來之高溫熱處理裝置,由於熱處理製程之精密控制之必要性,因此,在高溫處理部之周邊,配置各種之精密元件、精密驅動機構和計測機器以及監視機構等之周邊機構部。此外,近年來之高溫熱處理裝置係隨著半導體晶圓之大口徑化而由分批間歇處理方式,來轉移成為扇葉處理方式,因此,高溫處理部係進行大型化,使得高溫處理部和周邊機構部之間之空間,變得狹窄。
高溫熱處理裝置係為了遮蔽由高溫處理部來入射至周邊機構部之紅外線,因此,薄型化之非透明石英玻璃元件,必須配置於該空間。但是,在薄型化之非透明石英玻璃元件,發生所謂不容易充分地遮蔽入射至周邊機構部之紅外線之問題。
本發明係有鑑於此種狀況而完成的,其目的係提供一種對應於薄型化且提高遮光性和耐熱性之石英玻璃元件及石英玻璃元件之製造方法。
本發明之石英玻璃元件,係藉由在石英玻璃基材之表面,以電漿熔射矽粉末而形成皮膜所組成的石英玻璃元
件,其特徵在於:前述石英玻璃基材係由非透明石英玻璃而組成,前述矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為3%以下。
本發明之石英玻璃元件,其特徵在於:前述矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為0%,前述矽粉末之D50%粒徑為25~35μm。
本發明之石英玻璃元件,其特徵在於:前述皮膜之平均膜厚為40~60μm。
本發明之石英玻璃元件,其特徵在於:前述石英玻璃基材之表面粗糙度Ra為2~4μm。
本發明之石英玻璃元件,其特徵在於:包含於前述皮膜之氣孔率為1~4%。
本發明之石英玻璃元件之製造方法,係在非透明石英玻璃基材來形成皮膜而組成的石英玻璃元件之製造方法,其特徵在於:藉由在該石英玻璃基材之表面,熔射100μm以上之粒徑之比率為3%以下之矽粉末,而形成皮膜。
本發明之石英玻璃元件之製造方法,其特徵在於:100μm以上之粒徑之比率為0%,D50%粒徑為25~35μm。
本發明之石英玻璃元件之製造方法,其特徵在於:對於形成在前述石英玻璃基材之皮膜,噴射乾冰之粒子,對於噴射該粒子之皮膜,藉由氟酸系之藥液而進行蝕刻。
本發明之石英玻璃元件,係藉由在石英玻璃基材來熔射矽粉末而在表面來形成皮膜所組成的石英玻璃元件,其特徵在於:前述石英玻璃基材係由透明石英玻璃而組成,前述矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為0%,前述矽粉末之D50
%粒徑為25~35μm,前述皮膜之平均膜厚為40~60μm,前述石英玻璃基材之表面粗糙度Ra為1~3μm。
本發明之石英玻璃元件,其特徵在於:前述石英玻璃基材之非熔射面之表面係進行粗面化而成為毛玻璃(ground glass)狀。
本發明之石英玻璃元件,其特徵在於:包含於前述皮膜之氣孔率係1~4%。
本發明之石英玻璃元件之製造方法,係在由透明石英玻璃所組成之石英玻璃基材來形成皮膜而組成的石英玻璃元件之製造方法,其特徵在於:藉由在表面粗糙度Ra為1~3μm之石英玻璃基材之表面,熔射100μm以上之粒徑之比率為0%且D50%粒徑為25~35μm之矽粉末,而形成平均膜厚為40~60μm之皮膜。
本發明之石英玻璃元件之製造方法,其特徵在於:在形成前述皮膜之前,對於石英玻璃基材之非熔射面,進行粗面加工而成為毛玻璃(ground glass)狀。
本發明之石英玻璃元件之製造方法,其特徵在於:對於形成在前述石英玻璃基材之皮膜,噴射乾冰之粒子,藉由氟酸系之藥液,而對於噴射該粒子之皮膜,進行蝕刻。
如果藉由本發明的話,則石英玻璃元件係具備非透明石英玻璃基材,矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為3%以下。可以藉此而使得石英玻璃元件,對應於薄型化,並且,提高遮光性及耐熱性。
10‧‧‧石英玻璃基材
20‧‧‧皮膜(矽熔射膜)
30‧‧‧HF溶液(氟酸系之藥液)
50‧‧‧乾冰
圖1係簡略地顯示石英玻璃元件之製造方法之示意圖。
圖2係顯示藉由電漿熔射裝置之電漿火炬部而造成之皮膜形成製程之說明圖。
圖3係顯示非透明石英玻璃I之透過率之圖形。
圖4係顯示透明石英玻璃I及透明石英玻璃Ⅱ之透過率之圖形。
圖5係顯示在加熱前之石英玻璃元件之透過率之圖形。
圖6係顯示在加熱後之石英玻璃元件之透過率之圖形。
圖7係簡略地顯示實施形態3之石英玻璃元件之製造方法之示意圖。
圖8係簡略地顯示石英玻璃元件之皮膜之再形成方法之示意圖。
在以下,根據顯示其實施形態之圖式而詳細地敘述本發明。
圖1係簡略地顯示石英玻璃元件之製造方法之示意圖。在以下,就本實施形態之石英玻璃元件之製造方法而進行說明。首先,開始準備石英玻璃基材10。石英玻璃基材10係非透明石英玻璃,藉由在內部,包含氣泡而進行非透明化。此外,本實施形態之石英玻璃基材10係列舉平板狀,來作為一例,但是,並非限定於此。石英玻璃基材10係可以使用例
如圓筒、圓柱、角柱或者是藉由切斷或切削加工而加工成為任意形狀之石英玻璃基材等。圖1A係顯示藉由研磨切削而施行形狀加工之石英玻璃基材10之剖面圖。
接著,藉由具備結合金屬之研磨石之研磨切削盤而研磨切削石英玻璃基材10之一面(熔射面側表面)。結合金屬之研磨石係例如鑽石飛輪。此外,可以藉由噴砂加工而對於石英玻璃基材10之一面,進行粗面化。所謂噴砂係藉著在由壓縮機來排出之壓縮空氣,混合研磨顆粒,噴出至被研磨切削材料,而對於該被研磨切削材料,進行粗面化之加工方法。
圖1B係顯示研磨切削之石英玻璃基材10之剖面圖。一般來說,作為提高熔射膜和基材之密合性之方法係對於熔射前之基材表面,進行粗面化。
此外,藉由研磨切削之石英玻璃基材10,浸漬於HF溶液(氟酸系之藥液)30,而進行蝕刻。例如在石英玻璃基材10來進行深度20μm之蝕刻之狀態下,將研磨切削之石英玻璃基材10,浸漬於濃度15%、液溫20度之HF溶液30之2小時。圖1C係顯示蝕刻製程之石英玻璃基材10之剖面圖。此外,本實施形態之石英玻璃基材10係浸漬於HF溶液30,但是,並非限定於此。例如石英玻璃基材10係可以浸漬於緩衝氟酸(BHF)溶液或氟化氫銨(NH4F.HF)溶液等之藥液。
此外,藉著在進行蝕刻之石英玻璃基材10,由後面敘述之電漿熔射裝置,來熔射矽粉末,而在需要遮光或遮熱之部分,形成皮膜20。圖1D係顯示形成皮膜20之石英玻璃基材10之剖面圖。
圖2係顯示藉由電漿熔射裝置之電漿火炬部4而造成之皮膜20之形成製程之說明圖。此外,在圖2,紙面左側係電漿火炬部4之底面側,紙面右側係電漿火炬部4之上面側,紙面垂直方向係電漿火炬部4之左右方向。
顯示於圖2之電漿火炬部4係有底圓筒狀,連接於電源(無圖示)。電漿火炬部4係具備:設置於底部之陰極45、設置於圓筒周圍面之上部之陽極41、形成於陰極45之右側而供應稀有氣體之供應孔42、以及形成於陽極41之右側而供應矽粉末之供應孔43。
在以下,根據圖2而就在石英玻璃基材10來形成皮膜20之形成製程,進行說明。首先,在進行蝕刻之石英玻璃基材10,對向於電漿火炬部4之陰極45而配置研磨切削之一面。電漿熔射裝置係藉由以電源,在陰極45和陽極41之間,來施加電壓而產生電弧放電。在電漿火炬部4,由供應孔42,來供應稀有氣體(例如氬),藉由以電弧放電,來電離供應之稀有氣體,而產生電漿噴射流。電漿火炬部4係由供應孔43,來供應矽粉末,供應之矽粉末係加熱於電漿噴射流中,由開口於上面之開口部44開始,以熔融狀態,來進行噴射。電漿火炬部4係使得噴射之矽粉末,熔射在配置於對向著開口部44之位置之石英玻璃基材10之需要遮光或遮熱之部分。熔融之矽粉末係在撞擊於基材之表面後,進行偏平化,同時,進行急速凝固而形成堆積層。藉由經過以上之形成製程,而在石英玻璃基材10之需要遮光或遮熱之部分,形成皮膜20。此外,通常配合於石英玻璃基材之形狀和形成熔射膜之區域而進行移
動電漿火炬部4和石英玻璃基材10之施工。此外,在石英玻璃基材,在無形成熔射膜之部位,施行遮蔽處理而進行熔射之施工。
石英玻璃元件之製造例,顯示於下列之表1及表2。
按照表1及表2之製造例而製造石英玻璃元件。在以下,說明表1及表2之各例子。種類列係顯示石英玻璃基材10之種類。石英玻璃基材10之種類係例如非透明石英玻璃I或非透明石英玻璃Ⅱ。非透明石英玻璃I係氣泡之平均剖面積為225~275μm×225~275μm,相對於石英玻璃基材10之氣泡密度為1.20×103個/cm3~1.50×103個/cm3。非透明石英玻璃Ⅱ係氣泡之平均剖面積為108~132μm×108~132μm,相對於石英玻璃基材10之氣泡密度為1.50個/cm3~2.00個/cm3。
圖3係顯示非透明石英玻璃I之透過率之圖形。正如圖3所示,藉由分光光度計(日立公司製、U-3010)而測定以實線來顯示之厚度2mm之非透明石英玻璃I及以虛線來顯示之厚度5mm之非透明石英玻璃I。縱軸係表示透過率,
單位為%。橫軸係表示波長,單位為nm。厚度5mm之非透明石英玻璃I係涵蓋300nm~900nm而成為0.3%之透過率,厚度2mm之非透明石英玻璃I係涵蓋300nm~900nm而成為0.5%~0.6%之透過率。由以上之結果而得知:非透明石英玻璃係隨著板厚度之減少而提高透過率。
氣孔率列係表示皮膜20內之氣孔之存在比率(比率),單位為%。在以下,顯示皮膜20內之氣孔之存在比率之計測方法。首先,例如藉由切割機而切斷皮膜20,研磨切斷面,使用CCD(Charge-coupled device:電荷耦合元件)相機或數位相機等,拍攝皮膜20之切斷面之畫像,將拍攝之畫像,讀入至電腦。電腦係藉由對於讀入之畫像,進行畫像處理,而測定氣孔之剖面積,藉由以皮膜20整體之剖面積,來除以測定之氣孔之剖面積,以100分率,來表示算出之比率,而計測皮膜20內之氣孔之存在比率。
平均膜厚列係表示皮膜20之平均膜厚,單位為μm。皮膜20之平均膜厚之計測方法係正如以下。首先,藉由測微計(micrometer)而測定蝕刻之石英玻璃基材10之厚度以及形成皮膜20之石英玻璃基材10之厚度。接著,藉由算出蝕刻之石英玻璃基材10之厚度以及形成皮膜20之石英玻璃基材10之厚度之差異部分而計測平均膜厚。皮膜20之平均膜厚係例如表記為20±5,在該狀態下,顯示平均膜厚為20μm,誤差為5μm。
表面粗糙度Ra列係表示進行蝕刻之石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra,單位為μm。表面粗糙度Ra係根據
JISB0633,藉由接觸式之表面粗糙度計(東京精密公司製、Surfcom130A)而測定進行蝕刻之石英玻璃基材10之一面之10部位,顯示其中之最小值。非透明石英玻璃之表面粗糙度Ra之測定係藉由測定以研磨切削來露出於表面之氣泡,而產生氣泡部分之測定值更加大於氣泡以外之表面之測定值之部位。因此,在本實施形態,以排除氣泡之影響,作為目的而使用最小值。
加工條件列係顯示石英玻璃基材10之研磨切削方法。石英玻璃基材10之研磨切削方法係例如研磨切削、粗研磨切削或噴砂等。研磨切削係顯示使用研磨粒之粒度# 400~600之金屬結合鑽石之研磨石之研磨切削方法。粗研磨切削係顯示使用研磨粒之粒度# 120~200之金屬結合鑽石之研磨石之研磨切削方法。噴砂係顯示在壓縮空氣來混合研磨粒而噴射研磨粒之粒度# 60~100之SiC研磨粒至一面之粗面化方法。
蝕刻量列係表示進行於石英玻璃基材10之蝕刻深度,單位為μm。蝕刻深度之計測方法係正如以下。首先,藉由測微計(micrometer)而測定研磨切削之石英玻璃基材10之厚度以及進行蝕刻之石英玻璃基材10之厚度。接著,藉由算出進行蝕刻之石英玻璃基材10之厚度以及研磨切削之石英玻璃基材10之厚度之差異部分而計測蝕刻之深度。蝕刻量係例如表記為10±2,在該狀態下,顯示蝕刻之深度為10μm,誤差為2μm。
D50%粒徑列係表示藉由矽粉末之體積基準而造成之D50%粒徑,單位為μm。所謂藉由矽粉末之體積基準而
造成之D50%粒徑係根據藉由Cirrus公司製之雷射繞射式粒度測定器CILAS1064而算出之累積分佈,由小粒徑之矽粉末開始依序地累積,矽粉末之累積值來達到50%時之粒徑。此外,D50%粒徑為25μm以下之矽粉末係進行凝集,不容易處理,因此,無法使用於本實施形態。此外,在本實施形態,使用藉由體積基準而造成之D50%粒徑,但是,也可以使用藉由個數基準而造成之D50%粒徑等。
100μm以上之粒徑比率列係表示矽粉末之100μm以上之粒徑之比率,單位為%。矽粉末之100μm以上之粒徑之比率係根據藉由雷射繞射式粒度測定器CILAS1064而算出之累積分佈,藉由百分比而表示粒徑為100μm以上之累積值來除以累積全部粒徑之全累積值而算出之比率。
遮光性能列係表示石英玻璃元件之透過率。石英玻璃元件之透過率係藉由分光光度計(日立公司製、U-3010)而測定各製造例之石英玻璃元件。遮光性能係進行例如藉由◎、○、×而造成之評價。◎係表示石英玻璃元件之透過率為0%。○係表示石英玻璃元件之透過率為0.1%以下。×係表示石英玻璃元件之透過率大於0.1%。
耐熱性能列係表示石英玻璃元件之耐熱性能。石英玻璃元件之耐熱性能之評價方法係正如以下。將各製造例之石英玻璃元件,加熱於1200度,將加熱之石英玻璃元件,冷卻至常溫(例如23度)。然後,藉由在冷卻之石英玻璃元件,照射250流明(lumen)之高亮度白色LED(Light Emitting Diode:發光二極體),以目視,來觀察光透過狀況,而評價
石英玻璃元件之耐熱性能。耐熱性能係進行例如藉由◎、○、×而造成之評價。◎係表示在皮膜20無觀察到破裂。○係表示在皮膜20觀察到破裂。×係表示在皮膜20觀察到破裂及皮膜之剝離。
在以下,顯示根據製造例1而製造之石英玻璃元件之製造方法。藉由具備研磨粒之粒度# 400~600之金屬結合鑽石之研磨石之研磨切削盤,而研磨切削以非透明石英玻璃I來形成之石英玻璃基材10之一面。接著,在研磨切削之石英玻璃基材10,進行深度10±2μm之蝕刻,使得石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra,成為2~4μm。此外,藉由在蝕刻之石英玻璃基材10之表面,熔射D50%粒徑為25~35μm且100μm以上之粒徑之存在比率為0%之矽粉末,而形成皮膜20。形成於石英玻璃基材10表面之皮膜20係平均膜厚為20±5μm,氣孔率為1~4%。此外,藉由前面敘述所示之製造例1而製造之石英玻璃元件係評價遮光性能為×,評價耐熱性能為◎。
根據製造例2~8而製造之石英玻璃元件係皮膜之平均膜厚分別為30±5μm、40±5μm、50±5μm、60±5μm、70±5μm、80±5μm及90±5μm,藉由其他條件相同於製造例1之相同條件而進行製造。
根據製造例9而製造之石英玻璃元件係蝕刻之深度為1±1μm,藉由其他條件相同於製造例4之相同條件而進行製造。
根據製造例10而製造之石英玻璃元件係蝕刻之深度為5±1μm,藉由其他條件相同於製造例4之相同條件而進行
製造。
根據製造例11而製造之石英玻璃元件係矽粉末之D50%粒徑為50~60μm,矽粉末之100μm以上之含有率為3%,藉由其他條件相同於製造例4之相同條件而進行製造。
根據製造例12而製造之石英玻璃元件係石英玻璃元件之D50%粒徑為70~80μm,矽粉末之100μm以上之含有率為10%,藉由其他條件相同於製造例4之相同條件而進行製造。
在以下,顯示根據製造例13而製造之石英玻璃元件之製造方法。藉由具備研磨粒之粒度# 400~600之金屬結合鑽石之研磨石之研磨切削盤,而研磨切削以非透明石英玻璃Ⅱ來形成之石英玻璃基材10之一面。接著,在研磨切削之石英玻璃基材10,進行深度10±2μm之蝕刻,使得石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra,成為2~4μm。此外,藉由在蝕刻之石英玻璃基材10之表面,熔射D50%粒徑為25~35μm且100μm以上之粒徑之存在比率為0%之矽粉末,而形成皮膜20。形成於石英玻璃基材10表面之皮膜20係平均膜厚為20±5μm,氣孔率為1~4%。
根據製造例14~20而製造之石英玻璃元件係皮膜之平均膜厚分別為30±5μm、40±5μm、50±5μm、60±5μm、70±5μm、80±5μm、90±5μm,藉由其他條件相同於製造例13之相同條件而進行製造。
根據製造例21~28而製造之石英玻璃元件係藉由噴砂而進行粗面化,成為表面粗糙度Ra是4~7μm之石英玻
璃基材10,藉由其他條件相同於製造例1~8之相同條件而進行製造。
根據製造例29~36而製造之石英玻璃元件係藉由粗研磨切削而進行研磨切削,成為表面粗糙度Ra是3~6μm之石英玻璃基材10,藉由其他條件相同於製造例1~8之相同條件而進行製造。
本實施形態之石英玻璃元件係著眼於100μm以上之粒徑之存在比率而進行檢討。根據製造例12而製造之石英玻璃元件係100μm以上之粒徑之存在比率為10%,遮光性能為×,耐熱性能為○。此外,根據製造例11而製造之石英玻璃元件係100μm以上之粒徑之存在比率為3%,遮光性能為○,耐熱性能為○。此外,根據製造例4而製造之石英玻璃元件係100μm以上之粒徑之比率為0%,遮光性能為◎,耐熱性能為◎。
因此,具備遮光性能及耐熱性能之石英玻璃元件係最好是使用非透明石英玻璃基材10,矽粉末之100μm以上之粒徑之存在比率為3%以下,更加理想是矽粉末之100μm以上之粒徑之存在比率為0%。可以藉此而使得石英玻璃元件,對應於薄型化,提升遮光性及耐熱性。
本實施形態之石英玻璃元件係著眼於D50%粒徑而進行檢討。根據製造例12而製造之石英玻璃元件係D50%粒徑為70~80μm,遮光性能為×,耐熱性能為○。此外,根據製造例11而製造之石英玻璃元件係D50%粒徑為50~60μm,遮光性能為○,耐熱性能為○。此外,根據製造例4而製造之
石英玻璃元件係D50%粒徑為25~35μm,遮光性能為◎,耐熱性能為◎。
因此,具備遮光性能及耐熱性能之石英玻璃元件係最好是矽粉末之D50%粒徑為50~60μm,更加理想是矽粉末之D50%粒徑為25~35μm。可以藉此而使得石英玻璃元件,更加地提升遮光性及耐熱性。
本實施形態之石英玻璃元件係著眼於平均膜厚而進行檢討。根據製造例3~5而製造之石英玻璃元件係平均膜厚為40±5~60±5μm,遮光性能為◎,耐熱性能為◎。此外,根據製造例15而製造之石英玻璃元件係平均膜厚為40±5μm,遮光性能為◎,耐熱性能為◎。此外,根據製造例3而製造之石英玻璃元件係平均膜厚為30±5μm,遮光性能為○,耐熱性能為◎。此外,根據製造例6而製造之石英玻璃元件係平均膜厚為70±5μm,遮光性能為◎,耐熱性能為○。
因此,具備遮光性能及耐熱性能之石英玻璃元件係最好是皮膜20之平均膜厚為40±5~60±5μm,更加理想是皮膜20之平均膜厚為40±5μm。可以藉此而使得石英玻璃元件,更加地提升遮光性及耐熱性。
本實施形態之石英玻璃元件係著眼於表面粗糙度Ra而進行檢討。根據製造例4而製造之石英玻璃元件係表面粗糙度Ra為2~4μm,遮光性能為◎,耐熱性能為◎。此外,根據製造例24而製造之石英玻璃元件係表面粗糙度Ra為4~7μm,遮光性能為◎,耐熱性能為○。此外,根據製造例32而製造之石英玻璃元件係表面粗糙度Ra為3~6μm,遮光性能
為◎,耐熱性能為○。
因此,具備遮光性能及耐熱性能之石英玻璃元件係最好是在使用非透明石英玻璃基材10之狀態下,石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra成為2~7μm,更加理想是石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra成為2~4μm。可以藉此而使得石英玻璃元件,更加地提升遮光性及耐熱性。
本實施形態之石英玻璃元件係著眼於加工條件而進行檢討。根據製造例4而製造之石英玻璃元件係加工條件為研磨切削,遮光性能為◎,耐熱性能為◎。此外,根據製造例24而製造之石英玻璃元件係噴砂,遮光性能為◎,耐熱性能為○。此外,根據製造例32而製造之石英玻璃元件係粗研磨切削,遮光性能為◎,耐熱性能為○。
因此,具備遮光性能及耐熱性能之石英玻璃元件係最好是在使用非透明石英玻璃基材10之狀態下,加工條件成為噴砂或粗研磨切削,更加理想是加工條件成為研磨切削。可以藉此而使得石英玻璃元件,更加地提升遮光性及耐熱性。
具備遮光性能及耐熱性能之石英玻璃元件係最好是包含於皮膜20之氣孔之存在比率為1~4%。可以藉此而即使是使得皮膜20變薄,也確保遮光性。此外,本實施形態之石英玻璃元件係即使是包含於皮膜20之氣孔之存在比率為0%,也可以確保遮光性。
在實施形態1所示之條件,變更石英玻璃基材10而成為母材具有透光性之透明石英玻璃,進行石英玻璃元件之
製造。將實施形態2之石英玻璃元件之製造例,顯示於下列之表3。
在石英玻璃基材列,記載例如透明石英玻璃I或透明石英玻璃Ⅱ。透明石英玻璃I係藉由以研磨盤,來研磨精加工無熔射側之表面(非熔射面)或者是以火焰處理,來淬火精加工無熔射側之表面(非熔射面),而成為平滑面之石英玻璃基材,透明石英玻璃I之兩面之表面粗糙度Ra為0.01μm程度。透明石英玻璃Ⅱ係研磨一面而成為平滑面並且藉由噴砂來研磨切削(粗面化)其他面(非熔射面)而成為毛玻璃狀之石英玻璃基材,透明石英玻璃Ⅱ之其他面之表面粗糙度Ra為4.77μm。
圖4係顯示透明石英玻璃I及透明石英玻璃Ⅱ之透過率之圖形。正如圖4所示,藉由分光光度計(日立公司製、U-3010)而測定以實線來顯示之厚度5mm之透明石英玻璃I
及以虛線來顯示之厚度5mm之透明石英玻璃Ⅱ。縱軸係表示透過率,單位為%。橫軸係表示波長,單位為nm。透明石英玻璃I係涵蓋300nm~900nm而成為90~95%之透過率,透明石英玻璃Ⅱ係涵蓋300nm~900nm而成為5~10%之透過率。
圖5係顯示在加熱前之石英玻璃元件之透過率之圖形。圖6係顯示在加熱後之石英玻璃元件之透過率之圖形。在以下,顯示圖5所示之各個之石英玻璃元件之製造方法。藉由具備研磨粒之粒度# 400~600之金屬結合鑽石之研磨石之研磨切削盤,而研磨切削以透明石英玻璃I來形成之厚度5mm之石英玻璃基材10之一面。接著,在研磨切削之石英玻璃基材10,藉由相同於實施形態1之相同條件而進行蝕刻,石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra成為3~4.5μm。此外,藉由在蝕刻之石英玻璃基材10之表面,熔射D50%粒徑分別為21、28、32μm之矽粉末,而形成皮膜20。形成於石英玻璃基材10表面之皮膜20係平均膜厚為20~30μm,氣孔率為1~4%。
正如圖5所示,藉由分光光度計(日立公司製、U-3010)而測定以虛線來顯示之標準粉元件I、以實線來顯示之粗粉元件I及以一點鏈線來顯示之微粉元件I。此外,標準粉元件I係顯示使用D50%粒徑為28μm之矽粉末而製造之石英玻璃元件。粗粉元件I係顯示使用D50%粒徑為32μm之矽粉末而製造之石英玻璃元件。微粉元件I係顯示使用D50%粒徑為21μm之矽粉末而製造之石英玻璃元件。
正如圖6所示,藉由分光光度計(日立公司製、U-3010)而測定以虛線來顯示之標準粉元件Ⅱ、以實線來顯示
之粗粉元件Ⅱ及以一點鏈線來顯示之微粉元件Ⅱ。標準粉元件Ⅱ、粗粉元件Ⅱ及微粉元件Ⅱ係分別在1200度,對於標準粉元件I、粗粉元件I及微粉元件I,進行加熱處理之石英玻璃元件。
圖5及圖6之縱軸係表示透過率,單位為%。圖5及圖6之橫軸係表示波長,單位為nm。
正如圖5所示,涵蓋200nm~900nm之透過率係標準粉元件I為0.1~0.2%,粗粉元件I為0~0.6%,微粉元件I為0%。
正如圖6所示,涵蓋200nm~900nm之透過率係標準粉元件Ⅱ為0.1~0.2%,粗粉元件Ⅱ為0.2~0.8%,微粉元件Ⅱ為0~0.1%。
在以下,顯示根據製造例37而製造之石英玻璃元件之製造方法。藉由具備研磨粒之粒度# 400~600之金屬結合鑽石之研磨石之研磨切削盤,而研磨切削以透明石英I來形成之石英玻璃基材10之一面。接著,在研磨切削之石英玻璃基材10,進行深度10±2μm之蝕刻,使得石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra,成為1~3μm。此外,藉由在蝕刻之石英玻璃基材10之表面,熔射D50%粒徑為25~35μm且100μm以上之粒徑之存在比率為0%之矽粉末,而形成皮膜20。形成於石英玻璃基材10表面之皮膜20係平均膜厚為20±5μm,氣孔率為1~4%。
根據製造例38~44而製造之石英玻璃元件係皮膜之平均膜厚分別為30±5μm、40±5μm、50±5μm、60±5μm、
70±5μm、80±5μm及90±5μm,藉由其他條件相同於製造例37之相同條件而進行製造。
在以下,顯示根據製造例45而製造之石英玻璃元件之製造方法。藉由具備研磨粒之粒度# 400~600之金屬結合鑽石之研磨石之研磨切削盤,而研磨切削以透明石英玻璃Ⅱ來形成之石英玻璃基材10之一面。接著,在研磨切削之石英玻璃基材10,進行深度10±2μm之蝕刻,使得石英玻璃基材10之表面粗糙度Ra,成為1~3μm。此外,藉由在蝕刻之石英玻璃基材10之表面,熔射D50%粒徑為25~35μm且100μm以上之粒徑之存在比率為0%之矽粉末,而形成皮膜20。形成於石英玻璃基材10表面之皮膜20係平均膜厚為30±5μm,氣孔率為1~4%。
根據製造例46~49而製造之石英玻璃元件係皮膜之平均膜厚分別為40±5μm、50±5μm、60±5μm、70±5μm,藉由其他條件相同於製造例45之相同條件而進行製造。
本實施形態之石英玻璃元件係著眼於遮光性能及耐熱性能而進行檢討。遮光性能或耐熱性能為◎且遮光性能及耐熱性能並非×之石英玻璃元件係藉由製造例41、46~48而製造之石英玻璃元件。因此,具備遮光性及耐熱性之石英玻璃元件係最好是藉由製造例41、46~48而進行製造。
此外,本實施形態之石英玻璃元件係著眼於平均膜厚而進行檢討。根據製造例41、48而製造之石英玻璃元件係平均膜厚為60±5μm,遮光性能為◎,耐熱性能為○。此外,根據製造例46而製造之石英玻璃元件係平均膜厚為40±5μm,
遮光性能為○,耐熱性能為◎。此外,根據製造例47而製造之石英玻璃元件係平均膜厚為50±5μm,遮光性能為◎,耐熱性能為○。
因此,具備遮光性能及耐熱性能之石英玻璃元件係最好是使用具有透光性之石英玻璃基材10,矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為0%,藉由矽粉末之個數基準而造成之D50%粒徑為25~35μm,皮膜20之平均膜厚為40±5~60±5μm,更加理想是皮膜20之平均膜厚為60±5μm。可以藉此而使得石英玻璃元件,提升遮光性及耐熱性。
此外,本實施形態之石英玻璃元件係可以在使用透明石英玻璃Ⅱ之狀態下,即使是平均膜厚為40±5~50±5μm,也可以製造遮光性能或耐熱性能為◎且遮光性能及耐熱性能並非×之石英玻璃元件。因此,本實施形態之石英玻璃元件係可以藉由石英玻璃基材10之其他面,成為粗面,使得粗面來散亂光,而更加地提高石英玻璃元件之遮光性。
在以下,根據顯示其實施形態之圖式而詳細地敘述本發明之實施形態3。在以下,特別是說明之構造、作用以外之構造及作用係同等於實施形態1或2,為了簡便,因此,附加相同之符號而省略記載。
圖7係簡略地顯示實施形態3之石英玻璃元件之製造方法之示意圖。圖7A~圖7D之製程係概略相同於實施形態1,因此,省略記載。實施形態3之石英玻璃元件之製造方法係藉由在形成於石英玻璃基材10之皮膜20,噴射乾冰50,
而進行洗淨。乾冰50係平均粒徑為數十~數百μm程度之粒子,和由無圖示之壓縮機來排出之壓縮空氣,一起由噴嘴開始噴射至皮膜20。噴射之乾冰50係以高速度,來撞擊於皮膜20之表面,藉由因為表面溫度之降低來造成之熱收縮以及因為昇華來造成之體積膨脹,而除去附著之不純物或者是成為微粒要因之不安定粒子。圖7E係顯示乾冰50之噴射製程之石英玻璃元件之剖面圖。
對於噴射乾冰50之皮膜20,進行蝕刻。例如藉由石英玻璃元件,浸漬於濃度1%、液溫20度之HF溶液40之1分鐘,而蝕刻數十~數百nm之氧化膜。圖4F係顯蝕刻製程之石英玻璃元件之剖面圖。
將進行蝕刻之石英玻璃元件、噴射乾冰50之石英玻璃元件以及在噴射乾冰50之後而進行蝕刻之石英玻璃元件之表面之微粒量之評價予以進行。微粒量之評價方法係藉由微粒計數器(PENTAGON TECHNOLOGIES公司製之Q I I I Max)而對於石英玻璃元件,測定0.3~5μm之微粒總數。此外,微粒總數之單位係個/cm2。在微粒計數器之總數為30個/cm2以上之狀態下,評價微粒量變多,在微粒計數器之總數為30個/cm2以下之狀態下,評價微粒量變少。
結果,進行蝕刻之石英玻璃元件以及噴射乾冰50之石英玻璃元件係評價微粒量變多,進行蝕刻並且在噴射乾冰50之後而進行蝕刻之石英玻璃元件係評價微粒量變少。
本實施形態3之石英玻璃元件係進行:對於形成在石英玻璃基材10之皮膜20,噴射乾冰50之粒子之噴射製
程;以及,藉由HF溶液30而對於皮膜20,進行蝕刻之蝕刻製程,因此,能夠有效地除去可以成為熔射膜表面之微粒源之附著物。
在以下,根據顯示其實施形態之圖式而詳細地敘述本發明之實施形態4。在以下,特別是說明之構造、作用以外之構造及作用係同等於實施形態1至3,為了簡便,因此,附加相同之符號而省略記載。
圖8係簡略地顯示石英玻璃元件之皮膜20之再形成方法之示意圖。在以下,就石英玻璃元件之皮膜20之再形成方法而進行說明。藉由將形成皮膜20之石英玻璃基材10,浸漬於鹼溶液60,而直到剝離皮膜20為止,來進行蝕刻。鹼溶液60係例如TMAH溶液或KOH溶液等。圖8A係顯示蝕刻製程之形成皮膜20之石英玻璃基材10之剖面圖。圖8B係顯示藉由蝕刻而剝離皮膜20之石英玻璃基材10之剖面圖。可以藉此,而使用溶解皮膜20且無溶解石英玻璃基材之鹼溶液,來熔解及剝離皮膜20,再利用石英玻璃基材。此外,石英玻璃基材10之熔射面之表面形狀係無變化,因此,可以在皮膜20之剝離後,無需要再度地進行石英玻璃基材10之表面加工,來進行熔射。
藉著在剝離皮膜20之石英玻璃基材10,由電漿熔射裝置開始,噴射矽粉末,而在需要遮光或遮熱之部分,形成皮膜20。圖8C係顯示形成皮膜20之石英玻璃基材10之剖面圖。
本實施形態4之石英玻璃元件係進行:對於形成在石英玻璃基材10之皮膜20,進行蝕刻之蝕刻製程;以及,在剝離皮膜20之石英玻璃基材10,熔射矽粉末之再熔射製程。可以藉此而對於石英玻璃元件,進行再回收利用。
此次揭示之實施形態係例舉於全部之方面,應該認為無限制存在。本發明範圍係表示並非前述意義,包含藉由申請專利範圍而顯示且均等於申請專利範圍之意義以及在範圍內之所有之變更。
10‧‧‧石英玻璃基材
20‧‧‧皮膜(矽熔射膜)
30‧‧‧HF溶液(氟酸系之藥液)
Claims (14)
- 一種石英玻璃元件,藉由在石英玻璃基材之表面,以電漿熔射矽粉末而形成皮膜所組成,其特徵在於:前述石英玻璃基材係由非透明石英玻璃而組成,前述矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為3%以下。
- 如申請專利範圍第1項之石英玻璃元件,其中,前述矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為0%,前述矽粉末之D50%粒徑為25~35μm。
- 如申請專利範圍第1或2項之石英玻璃元件,其中,前述皮膜之平均膜厚為40~60μm。
- 如申請專利範圍第1或2項之石英玻璃元件,其中,前述石英玻璃基材之表面粗糙度Ra為2~4μm。
- 如申請專利範圍第1或2項之石英玻璃元件,其中,包含於前述皮膜之氣孔率為1~4%。
- 一種石英玻璃元件之製造方法,在非透明石英玻璃基材來形成皮膜而組成,其特徵在於:藉由在該石英玻璃基材之表面,熔射100μm以上之粒徑之比率為3%以下之矽粉末,而形成皮膜。
- 如申請專利範圍第6項之石英玻璃元件之製造方法,其中,以100μm以上之粒徑之比率為0%,D50%粒徑為25~35μm之矽粉末而形成皮膜。
- 如申請專利範圍第6或7項之石英玻璃元件之製造方法, 其中,對於形成在前述石英玻璃基材之皮膜,噴射乾冰之粒子,對於噴射該粒子之皮膜,藉由氟酸系之藥液而進行蝕刻。
- 一種石英玻璃元件,藉由在石英玻璃基材來熔射矽粉末而在表面來形成皮膜所組成,其特徵在於:前述石英玻璃基材係由透明石英玻璃而組成,前述矽粉末之100μm以上之粒徑之比率為0%,前述矽粉末之D50%粒徑為25~35μm,前述皮膜之平均膜厚為40~60μm,前述石英玻璃基材之表面粗糙度Ra為1~3μm。
- 如申請專利範圍第9項之石英玻璃元件,其中,前述石英玻璃基材之非熔射面係進行粗面化而成為毛玻璃(ground glass)狀。
- 如申請專利範圍第9或10項之石英玻璃元件,其中,包含於前述皮膜之氣孔率係1~4%。
- 一種石英玻璃元件之製造方法,在由透明石英玻璃所組成之石英玻璃基材來形成皮膜而組成,其特徵在於:藉由在表面粗糙度Ra為1~3μm之石英玻璃基材之表面,熔射100μm以上之粒徑之比率為0%且D50%粒徑為25~35μm之矽粉末,而形成平均膜厚為40~60μm之皮膜。
- 如申請專利範圍第12項之石英玻璃元件之製造方法,其中,在形成前述皮膜之前,對於石英玻璃基材之非熔射面,進行粗面加工而成為毛玻璃(ground glass)狀。
- 如申請專利範圍第12或13項之石英玻璃元件之製造方法,其中,對於形成在前述石英玻璃基材之皮膜,噴射乾冰之粒子,藉由氟酸系之藥液,而對於噴射該粒子之皮膜,進行蝕刻。
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