石英材の製造方法および石英材
【課題】熱伝導率に異方性を持たせることで半導体プロセス等において必要な温度分布を得ることができる石英材の製造方法および石英材を提供する。
【解決手段】石英材からなるコア部材２と、石英材からなる外管部材３と、コア部材２と外管部材３との間に形成された気泡を含む層からなる断熱層４と、を備える石英材の製造方法および石英材。
【解決手段】石英材からなるコア部材２と、石英材からなる外管部材３と、コア部材２と外管部材３との間に形成された気泡を含む層からなる断熱層４と、を備える石英材の製造方法および石英材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英材であるコア部材の外側に石英材からなる外管部材を成形した石英材の製造方法および石英材に関し、特に熱伝導特性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に石英材は、耐熱性や高純度等の特性に優れているため、半導体プロセス等の設備用材料として使用されている。このような石英材の用途の一例として、図４に示すような、化合物半導体単結晶の製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に開示された製造装置は、下部に種子結晶１０３と、上部に封止剤１０４と結晶ブロック１０５を配置し、外壁に補強台座１０２を有するルツボ１０１が、不図示のヒータによって加熱される。このヒータからの熱の遮蔽を行うために、補強台座１０２に接する突起１０６を有する石英ガラス製の石英材１０７がルツボ１０１を覆うように配置されている。
【０００４】
これにより、化合物半導体融液の重量荷重を支持してルツボ１０１の破損を防止しながら、ルツボ１０１上部の側面部分の熱伝導を石英材１０７によって抑制して、ルツボ１０１内の設定温度を降下させないようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３５５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１に開示された石英材１０７では、熱伝導が等方向であるため、側面からも熱が逃げて、均熱面が曲面状（外側ほど熱が低い）になるため、必要な設定温度が得られない場合があり得る。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱伝導率に異方性を持たせることで半導体プロセス等において必要な温度分布を得ることができる石英材の製造方法および石英材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することができる本発明に係る石英材の製造方法は、石英材からなるコア部材の表面に石英材からなる外管部材を成形する際に、該コア部材と該外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を形成することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面に外管部材を成形する際に、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を簡単に形成することができる。
【００１０】
また、本発明に係る石英材の製造方法は、前記外管部材がコラプス法により前記コア部材と一体化されることが好ましい。
【００１１】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面に外管部材を配置して、外管部材内の減圧を保ちながら、外管部材の外側を加熱処理する。これにより、外管部材がコア部材側に収縮して一体化される。このとき、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を簡単に形成することができる。
【００１２】
また、本発明に係る石英材の製造方法は、前記外管部材が前記コア部材の表面にすす付けを行ってガラス微粒子を堆積させ、該ガラス微粒子を焼結させることで形成されることが好ましい。
【００１３】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面にすす付けによりガラス微粒子を堆積させてから、ガラス微粒子を焼結させて外管部材を成形する。これにより、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を簡単に形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る石英材の製造方法は、前記コア部材の表面に粗面が形成されていることが好ましい。
【００１５】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面に粗面が形成されることで、低めの加熱温度で処理する際に、粗面が良好に保存される。このため、コア部材と外管部材との間に断熱層を良好に形成することができる。
【００１６】
また、上記課題を解決することができる本発明に係る石英材は、石英材からなるコア部材と、石英材からなる外管部材と、前記コア部材と前記外管部材との間に形成された気泡を含む層からなる断熱層と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
このように構成された石英材によれば、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を備えている。これにより、熱伝導率が軸方向に高く、径方向に低くなるので、熱伝導率に異方性を持たせることができる。このように熱伝導率に異方性を持たせることにより、従来のような等方向に熱伝導率を有するものと比べて、半導体プロセス等において必要な温度分布を持たせることができる。
また、別部材を組み付ける等の複雑な工程を行うことなく、既存の製造装置を用いて、断熱層を簡単に形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る石英材の製造方法および石英材によれば、熱伝導率の異方性を持たせることで半導体プロセス等において必要な温度分布を得ることができる石英材の製造方法および石英材を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図を参照して本発明の複数の好適な実施形態を説明する。
【００２０】
(第１実施形態)
図１は本発明に係る石英材の外観斜視図、図２は本発明に係る第１実施形態の石英材の製造方法の手順を示し、(Ａ)は石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態である石英材の製造方法を用いて得られた石英材１は、コア部材２と、外管部材３と、断熱層４と、から構成されている。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、この石英材１の製造方法は、コア部材２に外管部材３を被せてから外管部材３をバーナ１０で加熱して、コア部材２と一体化させて形成することができる（コラプス法）。具体的なコラプス条件は、石英材の特性（融点など）に応じて設定される。また、製造設備は、通常使用されるコラプス装置を使用することができる。
【００２３】
外管部材３は、ＳｉＯ２製の円筒部材であり、コア部材２は、ＳｉＯ２製の円柱部材である。この外管部材３の内周部にコア部材２が挿通される。そして、バーナ１０による加熱開始時に、外管部材３が回転され、バーナ１０の移動に伴って、外管部材３がコア部材２と中実になるように、外管部材３が連続的に収縮されて一体化される。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、外管部材３とコア部材２とが一体化されていく際に、コア部材２の表面に粗面５が形成されているため、コア部材２と外管部材３との界面に気泡が発生し、これが気泡を含む断熱層４となって形成される。
【００２５】
断熱層４は、コア部材２の表面に形成されるため、コア部材２に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難くする。また、断熱層４は、外管部材３の内周面に形成されるため、外管部材３に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難い。すなわち、石英材１の熱伝導率は異方性を有している。
【００２６】
以上説明したように、第１実施形態の石英材の製造方法によれば、コア部材２と外管部材３との間に形成される断熱層４は、コア部材２の熱伝導率がコア部材２の軸方向に高く、径方向に低い異方性を持たせる。また、この断熱層４は、外管部材３の熱伝導率が外管部材３の軸方向に高く、コア部材に向けた径方向に低い異方性を持たせる。これにより、従来のもののような等方向の熱伝導を有するものと比べて、半導体プロセス等における必要な温度分布を得ることができる。
【００２７】
(第２実施形態)
次に、図３を参照して、本発明に係る石英材の製造方法の第２実施形態について説明する。図３(Ａ)は、石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。なお、以下の第２実施形態において、上述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態である石英材の製造方法は、表面に粗面５が形成されているコア部材２の表面にすす付けを行ってガラス微粒子６を堆積させ、ガラス微粒子６を焼結させる。これにより、外管部材３を透明化して成形する際に、コア部材２と外管部材３との間に気泡を含む層からなる断熱層４を形成することができる。
【００２９】
コア部材２の表面に堆積されたガラス微粒子６が焼結されて、コア部材２の外側に外管部材３が一体化されていく際に、コア部材２の表面に粗面５が形成されているため、コア部材２と外管部材３との界面に気泡が発生する。これが気泡を含む断熱層４となって形成される。
【００３０】
断熱層４は、コア部材２の表面に形成されるため、コア部材２に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難くする。また、断熱層４は、外管部材３の内周面に形成されるため、外管部材３に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難くする。これにより、熱伝導率に異方性を有する石英材１を得ることができる。
【００３１】
以上説明したように、第２実施形態の石英材の製造方法によれば、コア部材２の表面にすす付けによりガラス微粒子６を堆積させてから、ガラス微粒子６を焼結させて外管部材３を成形するすす付け法を用いて、コア部材２と外管部材３との間に気泡を含む層からなる断熱層４を簡単に形成することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る石英材の外観斜視図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の石英材の製造方法の手順を示し、(Ａ)は石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の石英材の製造方法の手順を示し、(Ａ)は石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。
【図４】従来の石英材の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 石英材
２ コア部材
３ 外管部材
４ 断熱層
５ 粗面
６ ガラス微粒子
１０ バーナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英材であるコア部材の外側に石英材からなる外管部材を成形した石英材の製造方法および石英材に関し、特に熱伝導特性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に石英材は、耐熱性や高純度等の特性に優れているため、半導体プロセス等の設備用材料として使用されている。このような石英材の用途の一例として、図４に示すような、化合物半導体単結晶の製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に開示された製造装置は、下部に種子結晶１０３と、上部に封止剤１０４と結晶ブロック１０５を配置し、外壁に補強台座１０２を有するルツボ１０１が、不図示のヒータによって加熱される。このヒータからの熱の遮蔽を行うために、補強台座１０２に接する突起１０６を有する石英ガラス製の石英材１０７がルツボ１０１を覆うように配置されている。
【０００４】
これにより、化合物半導体融液の重量荷重を支持してルツボ１０１の破損を防止しながら、ルツボ１０１上部の側面部分の熱伝導を石英材１０７によって抑制して、ルツボ１０１内の設定温度を降下させないようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３５５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１に開示された石英材１０７では、熱伝導が等方向であるため、側面からも熱が逃げて、均熱面が曲面状（外側ほど熱が低い）になるため、必要な設定温度が得られない場合があり得る。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱伝導率に異方性を持たせることで半導体プロセス等において必要な温度分布を得ることができる石英材の製造方法および石英材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することができる本発明に係る石英材の製造方法は、石英材からなるコア部材の表面に石英材からなる外管部材を成形する際に、該コア部材と該外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を形成することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面に外管部材を成形する際に、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を簡単に形成することができる。
【００１０】
また、本発明に係る石英材の製造方法は、前記外管部材がコラプス法により前記コア部材と一体化されることが好ましい。
【００１１】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面に外管部材を配置して、外管部材内の減圧を保ちながら、外管部材の外側を加熱処理する。これにより、外管部材がコア部材側に収縮して一体化される。このとき、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を簡単に形成することができる。
【００１２】
また、本発明に係る石英材の製造方法は、前記外管部材が前記コア部材の表面にすす付けを行ってガラス微粒子を堆積させ、該ガラス微粒子を焼結させることで形成されることが好ましい。
【００１３】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面にすす付けによりガラス微粒子を堆積させてから、ガラス微粒子を焼結させて外管部材を成形する。これにより、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を簡単に形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る石英材の製造方法は、前記コア部材の表面に粗面が形成されていることが好ましい。
【００１５】
このように構成された石英材の製造方法によれば、コア部材の表面に粗面が形成されることで、低めの加熱温度で処理する際に、粗面が良好に保存される。このため、コア部材と外管部材との間に断熱層を良好に形成することができる。
【００１６】
また、上記課題を解決することができる本発明に係る石英材は、石英材からなるコア部材と、石英材からなる外管部材と、前記コア部材と前記外管部材との間に形成された気泡を含む層からなる断熱層と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
このように構成された石英材によれば、コア部材と外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を備えている。これにより、熱伝導率が軸方向に高く、径方向に低くなるので、熱伝導率に異方性を持たせることができる。このように熱伝導率に異方性を持たせることにより、従来のような等方向に熱伝導率を有するものと比べて、半導体プロセス等において必要な温度分布を持たせることができる。
また、別部材を組み付ける等の複雑な工程を行うことなく、既存の製造装置を用いて、断熱層を簡単に形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る石英材の製造方法および石英材によれば、熱伝導率の異方性を持たせることで半導体プロセス等において必要な温度分布を得ることができる石英材の製造方法および石英材を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図を参照して本発明の複数の好適な実施形態を説明する。
【００２０】
(第１実施形態)
図１は本発明に係る石英材の外観斜視図、図２は本発明に係る第１実施形態の石英材の製造方法の手順を示し、(Ａ)は石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態である石英材の製造方法を用いて得られた石英材１は、コア部材２と、外管部材３と、断熱層４と、から構成されている。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、この石英材１の製造方法は、コア部材２に外管部材３を被せてから外管部材３をバーナ１０で加熱して、コア部材２と一体化させて形成することができる（コラプス法）。具体的なコラプス条件は、石英材の特性（融点など）に応じて設定される。また、製造設備は、通常使用されるコラプス装置を使用することができる。
【００２３】
外管部材３は、ＳｉＯ２製の円筒部材であり、コア部材２は、ＳｉＯ２製の円柱部材である。この外管部材３の内周部にコア部材２が挿通される。そして、バーナ１０による加熱開始時に、外管部材３が回転され、バーナ１０の移動に伴って、外管部材３がコア部材２と中実になるように、外管部材３が連続的に収縮されて一体化される。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、外管部材３とコア部材２とが一体化されていく際に、コア部材２の表面に粗面５が形成されているため、コア部材２と外管部材３との界面に気泡が発生し、これが気泡を含む断熱層４となって形成される。
【００２５】
断熱層４は、コア部材２の表面に形成されるため、コア部材２に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難くする。また、断熱層４は、外管部材３の内周面に形成されるため、外管部材３に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難い。すなわち、石英材１の熱伝導率は異方性を有している。
【００２６】
以上説明したように、第１実施形態の石英材の製造方法によれば、コア部材２と外管部材３との間に形成される断熱層４は、コア部材２の熱伝導率がコア部材２の軸方向に高く、径方向に低い異方性を持たせる。また、この断熱層４は、外管部材３の熱伝導率が外管部材３の軸方向に高く、コア部材に向けた径方向に低い異方性を持たせる。これにより、従来のもののような等方向の熱伝導を有するものと比べて、半導体プロセス等における必要な温度分布を得ることができる。
【００２７】
(第２実施形態)
次に、図３を参照して、本発明に係る石英材の製造方法の第２実施形態について説明する。図３(Ａ)は、石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。なお、以下の第２実施形態において、上述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態である石英材の製造方法は、表面に粗面５が形成されているコア部材２の表面にすす付けを行ってガラス微粒子６を堆積させ、ガラス微粒子６を焼結させる。これにより、外管部材３を透明化して成形する際に、コア部材２と外管部材３との間に気泡を含む層からなる断熱層４を形成することができる。
【００２９】
コア部材２の表面に堆積されたガラス微粒子６が焼結されて、コア部材２の外側に外管部材３が一体化されていく際に、コア部材２の表面に粗面５が形成されているため、コア部材２と外管部材３との界面に気泡が発生する。これが気泡を含む断熱層４となって形成される。
【００３０】
断熱層４は、コア部材２の表面に形成されるため、コア部材２に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難くする。また、断熱層４は、外管部材３の内周面に形成されるため、外管部材３に伝わった熱を軸方向には伝え易く、径方向には伝え難くする。これにより、熱伝導率に異方性を有する石英材１を得ることができる。
【００３１】
以上説明したように、第２実施形態の石英材の製造方法によれば、コア部材２の表面にすす付けによりガラス微粒子６を堆積させてから、ガラス微粒子６を焼結させて外管部材３を成形するすす付け法を用いて、コア部材２と外管部材３との間に気泡を含む層からなる断熱層４を簡単に形成することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る石英材の外観斜視図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の石英材の製造方法の手順を示し、(Ａ)は石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の石英材の製造方法の手順を示し、(Ａ)は石英材の製造方法の第１段階を説明する断面図、(Ｂ)は石英材の製造方法の第２段階を説明する断面図である。
【図４】従来の石英材の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 石英材
２ コア部材
３ 外管部材
４ 断熱層
５ 粗面
６ ガラス微粒子
１０ バーナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英材からなるコア部材の表面に石英材からなる外管部材を成形する際に、該コア部材と該外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を形成することを特徴とする石英材の製造方法。
【請求項２】
前記外管部材は、コラプス法により前記コア部材と一体化されることを特徴とする請求項１記載の石英材の製造方法。
【請求項３】
前記外管部材は、前記コア部材の表面にすす付けを行ってガラス微粒子を堆積させ、該ガラス微粒子を焼結させることで形成されることを特徴とする請求項１記載の石英材の製造方法。
【請求項４】
前記コア部材は、その表面に粗面が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の石英材の製造方法。
【請求項５】
石英材からなるコア部材と、
石英材からなる外管部材と、
前記コア部材と前記外管部材との間に形成された気泡を含む層からなる断熱層と、
を備えることを特徴とする石英材。
【請求項１】
石英材からなるコア部材の表面に石英材からなる外管部材を成形する際に、該コア部材と該外管部材との間に気泡を含む層からなる断熱層を形成することを特徴とする石英材の製造方法。
【請求項２】
前記外管部材は、コラプス法により前記コア部材と一体化されることを特徴とする請求項１記載の石英材の製造方法。
【請求項３】
前記外管部材は、前記コア部材の表面にすす付けを行ってガラス微粒子を堆積させ、該ガラス微粒子を焼結させることで形成されることを特徴とする請求項１記載の石英材の製造方法。
【請求項４】
前記コア部材は、その表面に粗面が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の石英材の製造方法。
【請求項５】
石英材からなるコア部材と、
石英材からなる外管部材と、
前記コア部材と前記外管部材との間に形成された気泡を含む層からなる断熱層と、
を備えることを特徴とする石英材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１０５８２７（Ｐ２０１０−１０５８２７Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７６４４３（Ｐ２００８−２７６４４３）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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