(57)【要約】【課題】少なくともNa、K、Ca、Al、Fe、およびMgからなる不純物の濃度が0.1ppm未満である石英ガラスウールを提供する。【解決手段】Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウール。Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる合成石英ガラス母材の棒の表面を、酸水溶液で、1μｍ以上の厚みでエッチングする工程、および表面エッチングした合成石英ガラス母材の棒を熔融し、線引きして石英ガラスウールを製造する工程を含む、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウールの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウール。
【請求項２】
Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.01ppm以下である石英ガラスからなる石英ガラスウール。
【請求項３】
OH含有量が100ppm以上である請求項1または2に記載の石英ガラスウール。
【請求項４】
OH含有量が100ppm未満である請求項1または2に記載の石英ガラスウール。
【請求項５】
Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる合成石英ガラス母材の棒の表面を、酸水溶液で、1μｍ以上の厚みでエッチングする工程、および
表面エッチングした合成石英ガラス母材の棒を熔融し、線引きして石英ガラスウールを製造する工程を含む、
Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウールの製造方法。
【請求項６】
前記エッチング工程および石英ガラスウール製造工程は、クリーン度がISOクラス7（209Dクラス1万）以下のクリーンルーム内で行う請求項5に記載の製造方法。
【請求項７】
前記クリーンルーム内で使用するガスは、フィルタにて浄化したガスである請求項6に記載の製造方法。
【請求項８】
熔融石英ガラスの線引きにおいて石英ガラスに接する部材の石英ガラスに接する表面はフッ素樹脂製である請求項5〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記合成石英ガラス母材はAl、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.01ppm以下である石英ガラスからなり、
Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.01ppm以下である石英ガラスからなる石英ガラスウールを製造する請求項5〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項１０】
合成石英ガラス母材の棒の熔融は、電気炉加熱または高周波プラズマ加熱で行う、OH含有量が100ppm未満である石英ガラスウールを製造する請求項5〜9のいずれか1項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度石英ガラスウールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石英ガラスウールは石英ガラス繊維が集まった綿状の物であり、クリーンルームのエアフィルタや多層プリント配線基板などに使用されている(特許文献1〜4)。石英ガラスウールは、石英ガラス母材を再熔融繊維化したものである(非特許文献1)。合成石英ガラスを原料として製造した石英ガラスウールは、天然石英ガラスを母材として用いる場合に比べて純度が高いことが記載されている(特許文献1、2)。
【０００３】
近年、石英ガラスウールは、半導体製造装置の一部分に断熱材料等として使用されており、従来の石英ガラスウールに比べてさらに高い純度、即ち、二酸化珪素以外の金属酸化物などの不純物含有量の低い石英ガラスウールが求められるようになっている。さらに、半導体製造装置の特に高温に曝される熱処理工程における断熱材料として使用される石英ガラスウールは、二酸化珪素以外の金属酸化物などの不純物含有量の低さに加えて、耐熱性が高いことも要求される。
【０００４】
また、石英ガラスウールは、宇宙空間における断熱材料としての使用も検討されており、強い紫外線や放射線に曝される環境に置いても経時的な劣化を生じにくいものが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2004-99376号公報
【特許文献２】特開2004-99377号公報
【特許文献３】特開2004-352576号公報
【特許文献４】特開2006-282401号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献1及び2では、実施例において、合成石英ガラスを原料として石英ガラスウールを合成し、石英ガラスウールの純度についても記載がある。しかし、いずれの実施例における石英ガラスウールの純度も、Na、K、Ca、Al、Fe、およびMgの含有量が0.1ppmまたはそれを超えている。一方、上記半導体製造装置の一部分に断熱材料や宇宙空間において使用される石英ガラスウールは、Na、K、Ca、Al、Fe、およびMgの濃度が0.1ppm未満であることが望まれる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、少なくともNa、K、Ca、Al、Fe、およびMgからなる不純物の濃度が0.1ppm未満である石英ガラスウールを提供することである。
【０００８】
本発明者らは、少なくともNa、K、Ca、Al、Fe、およびMgからなる不純物の濃度が0.1ppm未満である石英ガラスウールを提供すべく種々検討した結果、高純度の合成石英ガラスロッドから所定の工程を得ることで、上記不純物濃度が0.1ppm未満という所望の品質を有する石英ガラスウールが得られることを見出して本発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウールに関する。
【００１０】
さらに本発明は、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる合成石英ガラス母材の棒の表面を、酸水溶液で、1〜10μｍの厚みでエッチングする工程、および
表面エッチングした合成石英ガラス母材の棒を熔融し、線引きして石英ガラスウールを製造する工程を含む、
Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウールの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、少なくともNa、K、Ca、Al、Fe、およびMgからなる不純物の濃度が0.1ppm未満である石英ガラスウールを提供することができる。本発明によれば、少なくともNa、K、Ca、Al、Fe、およびMgからなる不純物の濃度が0.01ppm以下である石英ガラスウールを提供することもできる。
【００１２】
少なくともNa、K、Ca、Al、Fe、およびMgからなる不純物の濃度が0.1ppm未満である石英ガラスウールは、従来の石英ガラスウールを使用することができなかった、断熱用途や宇宙空間での用途にも使用範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の石英ガラスウールの製造方法の概略説明図。
【図２】実施例で使用した石英ガラスウールの製造装置の概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウールに関する。Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量は、好ましくは何れも0.01ppm以下である。さらに本発明の石英ガラスウールを構成する石英ガラスは、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMg以外の元素についても0.1ppm未満であることが好ましく、さらに0.01ppm以下であることがより好ましい。
【００１５】
本発明の石英ガラスからなる石英ガラスウールは、上記Al、Ca、Na、K、Fe、およびMg以外の不純物の含有量も低いことが望ましく、具体的にはB、P、アルカリ金属(NaおよびK以外のLi、Rb、Cs)、アルカリ土類金属(CaおよびMg以外のBe、Sr、Ba)、遷移金属の含有量も何れも0.1ppm未満であり、好ましくは0.01ppm以下である。
【００１６】
本発明の石英ガラスウールを構成する石英ガラスは、OH含有量が300ppm以上である、所謂有水石英ガラスであること、およびOH含有量が100ppm未満である無水石英ガラスであることもできる。
有水石英ガラスのOH含有量は、例えば、紫外線に対する照射耐性を考慮すると600ppm以上であり、好ましくは800ppm以上である。無水石英ガラスのOH含有量は、例えば、耐熱性を考慮すると1ppm以下であり、好ましくは0.1ppm以下である。但し、有水石英ガラスのOH含有量の下限および無水石英ガラスOH含有量の上限は、これらの範囲に限定される意図ではない。
【００１７】
本発明の石英ガラスウールは、不純物の含有量が、上記範囲であること以外のガラスウールを構成する繊維の太さや長さ等については特に制限はない。ガラスウールを構成する繊維の太さは、例えば、1〜10μｍの範囲であり、長さは、例えば、5〜30cｍの範囲である。但し、これらの範囲に限定される意図ではない。
【００１８】
本発明の石英ガラスウールは、下記の方法により製造することができる。
Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる合成石英ガラス母材の棒の表面を、酸水溶液で、1μｍ以上の厚みでエッチングする工程、および
表面エッチングした合成石英ガラス母材の棒を熔融し、線引きして石英ガラスウールを製造する工程を含む方法。
得られる石英ガラスウールは、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる。
【００１９】
<合成石英ガラス母材>
原料となる合成石英ガラス母材としては、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる母材を用いる。合成石英ガラスは、四塩化珪素を加水分解して直接法（ベルヌーイ法）またはスート法で製造され、原料として天然石英を原料とする熔融石英ガラスに比べて、不純物含有量が低いのが特徴である。本発明においては、不純物含有量の観点からは、直接法（ベルヌーイ法）およびスート法で製造される合成石英ガラスの何れも母材として用いることができる。このような合成石英ガラス棒は、例えば、直径が5〜30mmの範囲であり、長さは例えば、1,000mm前後のものを用いることができる。但し、合成石英ガラス棒の直径および長さは、これらに限定される意図ではない。製造装置や条件に応じて適宜選択できる。
【００２０】
合成石英ガラス母材の表面は、酸水溶液で、1μｍ以上の厚みでエッチングする。合成石英ガラス母材の表面には、合成石英ガラス母材が置かれていた雰囲気により種々の不純物が付着している、または付着している可能性がある。そこで、これらの付着不純物をエッチングにより除去する。エッチングで除去する表面の厚みは、付着不純物の除去という観点からは1μｍ以上であれば良く、操作性や処理時間等を考慮すると、例えば、1〜10μｍの範囲であることができる。
【００２１】
エッチングに使用する酸水溶液としては、石英ガラスのエッチングに適した例えば、フッ酸であることができる。フッ酸以外にも塩酸やフッ酸と塩酸の混合溶液などを使用することができる。酸水溶液で、1μｍ以上の厚みでエッチングすることで、合成石英ガラス母材の表面に付着したコンタミを除去する。エッチング工程は、合成石英ガラス母材の表面への不純物の再付着を防止するという観点からクリーンルーム内で行うことが好ましい。クリーンルームのクリーン度はISOクラス7（209Dクラス1万）以下であることが好ましい。
【００２２】
酸水溶液でエッチングした後の合成石英ガラス母材は、表面に残存する酸水溶液及び溶解した不純物を除去するため水洗後に乾燥することが好ましい。水洗に使用する水も不純物含有量が少ない蒸留水やイオン交換水などの純水あるいは超純水を使用することが好ましい。さらに乾燥する場合には、乾燥は、クリーンルーム内で行うことが好ましい。クリーンルームのクリーン度はISOクラス7（209Dクラス1万）以下であることが好ましい。
【００２３】
表面エッチングした合成石英ガラス母材の棒は、熔融し、線引きして石英ガラスウールを製造する。製造方法の概略説明図を図1に示す。合成石英ガラス母材の熔融および線引き方法自体は公知の方法である。径が数十cmの合成石英ガラスインゴットを、例えば、電気炉で溶融し、引き延ばして直径数cmのロッドに加工し、さらにこの石英ガラスロッド2をバーナー1で加熱して線引きして、ウール4を製造し、巻き取り機5に巻き取る。但し、コンタミを排除する目的で、石英ガラスウール製造工程は、クリーンルーム内で行うことが好ましい。クリーンルームのクリーン度はISOクラス7（209Dクラス1万）以下であることが好ましい。
【００２４】
さらにクリーンルーム内で使用するガスは、ボンベガスであり、不純物などの混入を防ぐために、フィルタにて浄化したガスを用いることが所望のクリーン度を得るためにより好ましい。
【００２５】
熔融石英ガラスの線引きにおいて石英ガラスに接する部材である、例えば、ガイドローラーや巻き取りドラムなどの石英ガラスに接する表面は、線引きで製造された石英ガラスウールの表面が汚染されないように、例えば、フッ素樹脂製であることが適当である。フッ素樹脂としては、特に金属不純物が極めて少ない半導体製造設備などで使用される超高純度フッ素樹脂を用いることが好ましい。フッ素樹脂の金属不純物量は、1ppm以下であることが好ましく、0.01ppm以下である(超高純度フッ素樹脂)ことがより好ましい。
【００２６】
本発明の方法で製造することで、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.1ppm未満である石英ガラスからなる石英ガラスウールを製造することができる。
【００２７】
原料となる前記合成石英ガラス母材として、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.01ppm以下である石英ガラスを用いる場合、Al、Ca、Na、K、Fe、およびMgの含有量が何れも0.01ppm以下である石英ガラスからなる石英ガラスウールを製造することができる。
【００２８】
合成石英ガラス母材の棒の熔融方法は、特に制限はなく、酸水素炎を用いて行うことができる他、電気炉加熱または高周波プラズマ加熱で行うこともできる。但し、OH含有量が100ppm未満である無水石英ガラスウールを製造する場合には、電気炉加熱または高周波プラズマ加熱で合成石英ガラス母材の棒の熔融を行うことが、OH含有量を抑制するという観点から好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定される意図ではない。
【００３０】
実施例1
・OH基濃度1,100ppm、直径6mmの合成石英ガラス棒を、20%フッ酸液に20分間浸漬して、表面汚染を除去した。
・酸処理した合成石英ガラス棒を、クリーンルーム（クラス7）内で、純水で洗浄し乾燥した。
・合成石英ガラス棒を、クリーンルーム（クラス7）内に設置した、図２（Ａ）に記載の装置に装着し、酸水素火炎で軟化させ約200μmの径の石英ガラス繊維にして巻き取り機５に巻き取った。さらに、巻き取り機５に巻き取った石英ガラス繊維をクリーンルーム（クラス7）内に設置した、図２（Ｂ）に記載の装置に装着し、酸水素火炎で軟化させてさらに細く引き伸ばし、ジェット気流でブローして巻き取り機６で回収して平均径6μｍの石英ガラスウールを得た。
・石英ガラス繊維が接触する、ガイドローラー７及び巻き取り機５および６の材質には、超高純度フッ素樹脂を使用した。
・酸水素火炎に供給するガスは、金属不純物を含有しないボンベガスを使用した。
【００３１】
実施例2
・OH基濃度60ppm、直径6mmの合成石英ガラス棒を、20%フッ酸液に20分間浸漬して、表面汚染を除去した。
・酸処理した合成石英ガラス棒を、クリーンルーム（クラス7）内で、純水で洗浄し乾燥した。
・合成石英ガラス棒を、クリーンルーム（クラス7）内に設置した図２（Ａ）に記載の装置に装着した。但し、加熱手段として、酸水素火炎の代わりに電気炉を使用した。電気炉で軟化させ約200μmの径の石英ガラス繊維にして巻き取り機５に巻き取った。さらに、巻き取り機５に巻き取った石英ガラス繊維をクリーンルーム（クラス7）内に設置した、図２（Ｂ）に記載の装置に装着し、酸水素火炎の代わりに電気炉で軟化させてさらに細く引き伸ばしてジェット気流でブローして巻き取り機６で回収して、平均径7μｍの石英ガラスウールを得た。
・上記以外は実施例1と同様に実施した。
【００３２】
比較例1
・OH基濃度300ppm、直径6mmの溶融石英ガラス棒を、20%フッ酸液に20分間浸漬して、表面汚染を除去した。
・以降の工程は実施例1と同様に実施して、石英ガラスウールを製造した。
【００３３】
比較例2
・実施例1と同じ合成石英ガラス棒を、20%フッ酸液に20分間浸漬して、表面汚染を除去した。
・通常の雰囲気中で、純水で洗浄し乾燥した。
・通常の雰囲気中にウール製造装置を設置し、石英ガラスウールを製造した。
・ガイドローラー及び巻き取リ部にステンレスを使用した。
【００３４】
比較例3
・実施例1使用した合成石英ガラス棒を、酸洗浄を行わず、純水で洗浄して石英ガラス棒の表面汚染を除去し、原料ロッドとした。
・以降の工程は、実施例1と同様に実施した。
【００３５】
【表１】
2014122127.tif 000002
【００３６】
不純物濃度の測定は、以下の方法で行った。
・OH濃度：赤外分光光度法。
・金属不純物濃度：原子吸光法。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、石英ガラスウールの製造および利用分野に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１ バーナー
２ 石英ガラスロッド
３ 石英ガラス繊維
４ 石英ガラスウール
５、６ 巻き取り機
７ ガイドローラー
【図１】
2014122127.tif 000003
【図２】
2014122127.tif 000004