(57)【要約】溶融鋳型内における軟化ＳｉＯ2塊の塑性変形によって合成石英ガラスから半製品を製造する方法が知られている。これから出発して、溶融欠陥を可能な限り避け且つ再現性のある高品質な石英ガラスの半製品を得るために、（ａ）多孔質ＳｉＯ2スート体を準備する工程と、（ｂ）溶融鋳型内でＳｉＯ2スート体を領域毎に焼結温度で焼結期間中、焼結し、完全に焼結された透明な石英ガラス体を形成する工程と、その後直ちに、（ｃ）溶融鋳型内での軟化によって、焼結された石英ガラス体を成形し、溶融鋳型の容積を完全に又は部分的に満たす粘性石英ガラス塊を形成する工程と、（ｄ）石英ガラス塊を冷却し、溶融鋳型から塊を取り出して、半製品を形成する工程とを含む方法が示唆される。
2009537454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融鋳型（１）内での軟化ＳｉＯ2塊（８）の塑性変形によって合成石英ガラスの半製品（６）を製造する方法であって、
（ａ）多孔質ＳｉＯ2スート体（２）を準備する工程と、
（ｂ）前記溶融鋳型（１）内で前記多孔質ＳｉＯ2スート体（２）を領域毎に焼結温度で焼結期間中、焼結し、完全に焼結された透明な石英ガラス体（５）を形成する工程と、その後直ちに、
（ｃ）前記溶融鋳型（１）内での軟化によって、焼結された前記石英ガラス体（５）を成形し、該溶融鋳型（１）の容積を完全に又は部分的に満たす粘性石英ガラス塊（８）を形成する工程と、
（ｄ）前記石英ガラス塊（８）を冷却し、前記溶融鋳型（１）から該塊を取り出して、前記半製品（６）を形成する工程と
を含む合成石英ガラスの半製品の製造方法。
【請求項２】
前記スート体（２）が、頂部から出発して下向きに焼結され、焼結された前記石英ガラス体（５）が底部から出発して上向きに成形されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
成形が、成形される前記石英ガラス体（５）の長さの半分以下の長さを有する加熱領域（４）において実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
領域毎の焼結の間に、前記スート体（２）が、底部から頂部にかけて２ｍｍ／分〜１０ｍｍ／分の範囲の送り速度で加熱領域（４）に供給され、前記焼結温度が、１４００℃〜１６００℃の範囲に設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
焼結された前記石英ガラス体（５）の成形が、平均して低い軟化温度で前記石英ガラス体（５）の下部を成形させる第１の成形工程と、平均して高い軟化温度で前記石英ガラス体（５）の上部を成形させる第２の成形工程とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の成形工程における前記軟化温度が、前記焼結工程の完了後の前記焼結温度から出発して０．０１℃／分〜０．０８℃／分の加熱速度で、該焼結温度よりも２０℃〜１００℃の範囲内で高くなるまで上げられることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の成形工程における前記軟化温度が、前記第１の成形工程の完了後の前記低い軟化温度から出発して０．０８℃／分〜０．５℃／分の加熱速度で、該低い軟化温度よりも２０℃〜１５０℃の範囲内で高くなるまで上げられることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
焼結された前記石英ガラス体（５）の成形が、実質的に一定の軟化温度における１５分〜２００分間の第３の成形工程を含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
成形された前記石英ガラス体（５）が、前記第３の成形工程において全長にわたって均一に加熱されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記スート体（２）が、真空又は不活性ガス流のいずれかの塩素を含まない雰囲気中で乾燥されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｂ）による焼結の間及び工程（ｃ）によるガラス化の間に、前記スート体（２）は、細長いキャリア体（３）が延在する内孔を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｂ）による焼結前に、前記スート体（２）は、４９０ｋｇ／ｍ3〜６４０ｋｇ／ｍ3の範囲の密度を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｂ）による焼結前に、前記スート体（２）は、２０ｍｍ／ｋｇ未満のＬ／ｍ比を有する（ここでＬは該スート体（２）の長さであり、ｍは該スート体（２）の質量である）ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
工程（ｂ）による焼結前に、５０ｍｍ以下の幅を有する周囲間隙（１５）が前記溶融鋳型（１）の内壁に対して作られるように前記スート体（２）を前記溶融鋳型（１）内に組み入れることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの外側を取り囲む締付けリング（１３）を用いて結合される少なくとも２つのセグメント（１１，１２）から構成される側壁を有する溶融鋳型（１）が使用されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも側壁領域（１１；１２）がシート状グラファイト（１４）で裏打ちされた内壁を有する溶融鋳型（１）が使用されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融鋳型内での軟化ＳｉＯ2塊の塑性変形によって、合成石英ガラスから半製品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造で使用される部材、光学部材又は電気通信のための光ファイバ用プリフォームは、合成石英ガラスから成る半製品から作製される。
【０００３】
合成石英ガラスは、通常、堆積用バーナを用いることによりケイ素を含有する出発化合物の火炎加水分解又は酸化によって製造される。合成石英ガラスを製造するための確立した出発物質は四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）である。しかしながら、加水分解又は酸化によってＳｉＯ2を形成することができる多くの他のケイ素有機化合物が知られている。ここでは、塩素を含有するか又は塩素を含まないシラン、シラザン、ポリシロキサンを例にとって言及するものとする。
【０００４】
既知の製造方法は、ＶＡＤ法（気相軸付け法（vapor phase axial deposition））、ＯＶＤ法（外付け法（outside vapor phase deposition））、又はＰＯＤ法（プラズマ外付け法（plasma outside deposition））等のプラズマ蒸着法（plasma-supported deposition）である。他の方法は、ＳｉＯ2粒子の鉛直方向の堆積及び直接ガラス化によって石英ガラス体が底部から頂部へと積層する鋳型を使用する。これらの手法全てにおいて、ＳｉＯ2粒子が、１つ又はいくつかの堆積用バーナを用いて生成され、バーナ火炎に対して移動するキャリア上に層状に堆積される。キャリア表面領域における適切な高温で、ＳｉＯ2粒子は直接的にガラス化される（「直接ガラス化」）。一方、いわゆる「スート法」では、多孔質ＳｉＯ2スート体が得られるＳｉＯ2粒子の堆積時の温度が非常に低く、これを別の工程で焼結して透明な石英ガラスとする。最後に、直接ガラス化及びスート法は共に、高純度の透明で密度の高い合成石英ガラスをもたらす。本発明は、スート体の中間段階を介した合成ガラスの製造に関する。
【０００５】
スート体は、上述方法に従って得られる中空円筒（又は多孔質ＳｉＯ2スートの中実円筒）である。一般に、スート体は製造プロセスに起因して高含量のヒドロキシル基（ＯＨ基）を有する。これらは、得られる石英ガラスの光の透過率、並びに石英ガラスの粘度及び短波長ＵＶ照射に対する耐性に影響を与える。このため、合成石英ガラスの製造の際には予め決められた含量のヒドロキシル基の観測に全面的な注意が払われており、スート体中のヒドロキシル基含量を最小にするか、又はスート体中のヒドロキシル基含量を予め決められた値にする複数の方法が示唆されている。例えば、多孔質スート体を塩素含有雰囲気において約１０００℃の高温で脱水処理にかけ、ＯＨ基を塩素で置換させる。
【０００６】
透明な石英ガラスから成る成形体を、前処理したスート体から焼結（＝ガラス化）によって製造する。一般に、乾燥させたか又は別の方法で前処理したスート体を、この目的のために、真空排気可能なガラス化炉内に導入し、そこで焼結させて透明な石英ガラス体を形成し、引き続き当該石英ガラス体を機械成形又は熱変形によって半製品の所定最終形状とする。
【０００７】
熱変形は、脈理及び層を低減させる均質化手段を伴うことが多い。例えば、特許文献１は、軸方向の層構造を除くために石英ガラスの捻り棒をグラファイトのキャスト鋳型内に導入する多段階変形プロセスを開示している。このキャスト鋳型は逆「Ｔ」字形状であり、鉛直に配された供給ノズルがその下端部で正方形断面を有する水平に配された管状流出鋳型へと二方向に分岐する。捻り棒は供給ノズル内で軟化するため、それ自体の重量を受けて圧潰して水平流出鋳型に入り、これにより、正方形断面を有する棒状の石英ガラス円筒へと成形される。この石英ガラス円筒において残った層は、ロッドの長軸と平行に延在し、長軸回りに捻ることによって容易に除去することができる。
【０００８】
特許文献２は、スート体の脱水処理及びガラス化が接合炉内で実施されるものであり、且つスート体のガラス化の間に、半製品の最終形態が塑性成形によって同時に達成されるものであることを示唆している。一実施形態では、スート体の外径に適合した広い断面の収容手段を有する上部を備えた通気性グラファイト鋳型が使用される。この上部は、漏斗形移行部を介してより限られた断面の下部へと通じている。グラファイト鋳型の下部は、製造される石英ガラス半製品の外径に適合しており、石英ガラス半製品の最終形状を定める。ガラス化されるスート体をグラファイト鋳型の収容部分に導入し、初めに炉の上側のより温度の低い部分に保持させ、そこで塩素ガスを作用させる。塩素処理の間の温度は約９５０℃である。この工程後に、スート体をグラファイト鋳型と共に１３５０℃近い高温を有する炉領域へと下げ、ヘリウム雰囲気中で約１２時間予備焼結する。予備焼結プロセスでは、スート体の或る特定の容積収縮が観測される。引き続き、予備焼結されたスート体を含むグラファイト鋳型内において約１７５０℃の温度でスート体をガラス化し、さらに高い温度を有する炉の部分へしばらく下げる。この位置での８時間の滞留時間後、予備焼結されたスート体は、それ自体の重量を受けて漏斗形移行部を介して鋳型の下部へと流入する程度に軟化している。緩慢な流入は、上方から加えられえた圧力によって促すことができる。冷却後、グラファイト鋳型を開いて、石英ガラス成形体を取り出す。この石英ガラス成形体は、さらなる仕上げ加工を行うことなく、光学部材用の石英ガラス部材を製造するための又は半導体製造のためのブロック型半製品として使用することができる。
【０００９】
しかしながら、粘性ＳｉＯ2塊がグラファイト鋳型の下部に流入する際、脈理又は泡巣として認識される予測不可能な気泡の包含又は転移が生じる可能性がある。かかる溶融欠陥は最終製品の品質を損なう。例えば、気泡は、半導体製造における一般的なエッチングプロセスに対する石英ガラス部材の耐性を低減させる。このような溶融欠陥は、半製品を使用不可能にするため、面倒な方法で取り除かなくてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第４２０４４０６号
【特許文献２】独国特許第１００４１４６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、溶融欠陥が可能な限り回避され且つ石英ガラス半製品が高い再現性で得られるように、既知の方法を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記タイプの方法から出発して、当該目的は、
（ａ）多孔質ＳｉＯ2スート体（２）を準備する工程と、
（ｂ）溶融鋳型（１）内でＳｉＯ2スート体（２）を領域毎に焼結温度で焼結期間中、焼結し、完全に焼結された透明な石英ガラス体（５）を形成する工程と、その後直ちに、
（ｃ）溶融鋳型（１）内での軟化によって、焼結された石英ガラス体（５）を成形し、溶融鋳型（１）の容積を完全に又は部分的に満たす粘性石英ガラス塊（８）を形成する工程と、
（ｄ）石英ガラス塊（８）を冷却し、当該塊を溶融鋳型（１）から取り出して、半製品（６）を形成する工程と
を含む方法による本発明に従って達成される。
【００１３】
上記既知の方法と同様に、本発明の方法はスート体から出発し、このスート体は、乾燥後に１つの接合操作において溶融鋳型内で焼結され、且つ如何なる実質的な中間冷却も行わずに半製品へと成形される。このため、プロセス所要時間が短縮され、エネルギーが節減される。しかしながら、従来技術とは異なり、本発明の方法における成形プロセスは、ＳｉＯ2スート体の焼結と同時に行われることはなく、焼結プロセスの完了後にしか行われない。焼結及び成形は、同一作業工程内の時間を厳密に分けたプロセス工程である。
【００１４】
成形は、透明な石英ガラス体への焼結が完全に完了した後にしか実施されない。本明細書における「成形」は、スート体が焼結（及び起こり得る圧潰）によって受ける収縮を意味するものでなく、ガラス化体の粘性流れによってもたらされる形状変化を意味するものである。本明細書では、ガラス体が焼結後に存在する場合にのみ、気泡及び脈理のない成形プロセスが可能であることが見出された。これは、焼結プロセスと成形プロセスとの明確な分離及び時系列が、例えば、粘性石英ガラス塊の多孔質スート材料が覆われ且つ取り囲まれる際に依然として観測される気体の包含を回避するためである。
【００１５】
完全に焼結された石英ガラス体の成形は、ガラス化後直ちに、好ましくは同一溶融鋳型内の焼結されたスート体を全く冷却することなく昇温で行われる。焼結されたスート体の軟化塊は、内容積を完全に又は部分的に満たすように溶融鋳型内に分配され、石英ガラス塊の冷却後に半製品を溶融鋳型から取り出すことができる。
【００１６】
スート体が、頂部から出発して下向きに焼結され、焼結された石英ガラス体が底部から出発して上向きに成形される場合に特に有益であることが分かった。
【００１７】
初めに、焼結されるスート体を溶融鋳型と共に底部から頂部へと加熱領域を通して移動させるか、又は加熱領域をスート体及び溶融鋳型に沿って頂部から下向きに誘導する。スート体が焼結されている間、容積は或る程度収縮するものの、スート体寸法の各々に対する比率の如何なる実質的な変化も伴わない、即ち、スート体の初期幾何学形状の如何なる実質的な変化も伴わない。頂部から底部への焼結は、スート体の最下部が最後に焼結され、且つ依然として熱い状態のこの部分がその後直ぐに軟化して成形されるという利点を有する。
【００１８】
これに関連して、成形が、成形される石英ガラス体の長さの半分以下の長さを有する加熱領域において実施される場合に特に有益であることが分かった。
【００１９】
この結果、成形プロセスの開始時において、加熱領域から突出している石英ガラス体の上部の温度は、この部分が軟化又は成形されないほど低い。このことから、底部から出発するような石英ガラス体の部分毎の軟化、及び徐々に上向きに進行する明確な成形プロセスが保証される。これに関連して、石英ガラスを軟化するのに必要な高い軟化温度が核形成及び石英ガラス中のクリストバライト結晶の望ましくない成長をもたらすおそれもあることに注意を払わなければならない。したがって、必要とされる場合に限り石英ガラスを特に高い温度に曝すことが望ましい。
【００２０】
領域毎の焼結の間に、スート体が、底部から頂部にかけて２ｍｍ／分〜１０ｍｍ／分の範囲の送り速度で加熱領域に供給され、焼結温度が１４００℃〜１６００℃の範囲に設定される場合に有用であることが分かった。
【００２１】
少なくとも３０ｃｍの加熱領域長と組み合わせて、２ｍｍ／分〜１０ｍｍ／分の範囲の送り速度によって、加熱領域におけるスート体の滞留時間がもたらされる。これは、少なくともスート体の典型的な寸法（３００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲の外径を有する）では完全な焼結を保証する。
【００２２】
本方法の特に好ましい変形形態では、焼結された石英ガラス体の成形が、平均してより低い軟化温度で石英ガラス体の下部を成形させる第１の成形工程と、平均してより高い軟化温度で石英ガラス体の上部を成形させる第２の成形工程とを含む。
【００２３】
このため本方法のこの変形形態では、成形プロセスが、平均軟化温度が相互に異なる少なくとも２つの連続段階から成る。第１の成形工程の間、成形される石英ガラス体の下部を比較的低い軟化温度に曝すと、焼結された石英ガラス体の重力圧を受けて比較的ゆっくりとした慎重な塑性変形が得られる。第２の成形工程への移行の間に軟化温度を上げると、焼結された石英ガラス体の上部の主に塑性による半製品への変形が起こる。連続成形工程の目的は、石英ガラス体が溶融鋳型に流入することによってその重量が減少するため、石英ガラスの粘性（内部摩擦）を、未だ成形されていない石英ガラス体の減少する重量に適応させることであり、石英ガラス体の本来の長さはこのプロセス中に短くなる。さらに、重量減少に伴う明確な粘性低下は、転移又はらせん状に配されるバブルリング等の溶融欠陥の形成を阻害する。
【００２４】
石英ガラス体の温度が軟化温度にまで上げられている必要がある成形プロセスのために、石英ガラス体を焼結中に予め対応する加熱領域内へと導入することが好ましい。
【００２５】
このことから、第１の成形工程における軟化温度が、焼結工程の完了後の焼結温度から出発して０．０１℃／分〜０．０８℃／分の加熱速度で、焼結温度よりも２０℃〜１００℃の範囲内で高くなるまで上げられる場合に有益であることも分かった。
【００２６】
低い加熱速度及び焼結温度に対する比較的わずかな温度上昇は、石英ガラス体の下部のゆっくりとした慎重で比較的わずかな成形をもたらし、それにより石英ガラス体の未成形部分の大きい重量が考慮される。ゆっくりとした変形に起因して、気体の包含又は同様の溶融欠陥が、第１の成形工程中では確実に回避される。第１の成形工程中、石英ガラス体の下部は溶融鋳型の内壁に当たるまで広がり、その後、溶融鋳型は粘性石英ガラス塊で徐々に満たされる。加熱が速すぎると、よりきつい温度勾配が、石英ガラス体の放射断面にわたって観測されるため、石英ガラスの外側部分が、この過熱に起因してより強力なクリストバライト形成の傾向を示すだけでなく、より速い速度で軟化して、その支持機能を失う。これは、残りの石英ガラス体の速い追従滑り及び転移等をもたらす。ゆっくりとした加熱はさらに気体成分の外方拡散を促し、外方拡散されない場合にはこのような成分が気泡形成の一因となる可能性がある。
【００２７】
上記に挙げられる理由から、石英ガラス体が連続的に加熱される本方法の好ましい変形形態は、段階的に温度を上げるという代替的な手法よりも優れている。これは第２の成形工程にも同様に当てはまるため、ここで第２の工程をより詳細に検討することにする。
【００２８】
第２の成形工程において、軟化温度は、第１の成形工程の完了後のより低い軟化温度から出発して０．０８℃／分〜０．５℃／分の加熱速度で、より低い軟化温度よりも２０℃〜１５０℃の範囲内で高くなるまで上げられる。
【００２９】
石英ガラス体の塑性変形の主要部分は、第１の成形工程で既に実施された変形に基づいて第２の成形工程で起こるだけあり、この部分は、第１の成形工程を行わないときよりも小さくなる。第２の成形工程は、実質的に、石英ガラス体の上側の未成形部分にしか関係しない。このため転移及び制御不可能な変形は回避される。石英ガラス体の未成形部分の連続的な重量減少が、０．０８℃／分〜０．５℃／分のより速い加熱速度を可能にする。第２の成形工程におけるより速い加熱速度に起因して、石英ガラスが特に高い温度で維持される間隔を最小にすることによって、クリストバライト形成の危険性が軽減される。
【００３０】
全成形プロセスの明確な順序を鑑みて、転移及び気体の包含はさらに回避される。中でも、この手法は、ＳｉＯ2スート体の表面上に本来位置する部分が、変形した石英ガラス体の内部に入り得るという状況を防止する。このような防止がなされなければ、不純物及び泡巣を生成してしまう。
【００３１】
好ましくは、焼結された石英ガラス体の成形が、実質的に一定の軟化温度における１５分〜２００分間の第３の成形工程を含む。
【００３２】
第３の成形工程は、第２の成形工程後直ぐに続き、実質的に一定の温度で行われる。この温度は、第２の成形工程の完了後の軟化温度に対応する。しかしながら、この温度は上記温度よりもかなり高くてもよい。第３の成形工程前に、成形プロセスは実質的に完了する。より高い軟化温度の範囲の維持段階が十分であるように、壁及び半製品の上側の平滑化を行うだけである。
【００３３】
この手段は、成形された石英ガラス体が、第３の成形工程において全長にわたって均一に加熱される場合に特に有効である。
【００３４】
ここで略完全に成形された石英ガラス体の加熱を、可能な限り均質な温度領域で行う。したがって、成形された石英ガラス体及び溶融鋳型を、溶融鋳型及び溶融鋳型内で成形される石英ガラス体自体の少なくとも半分の長さの加熱領域に位置付ける。
【００３５】
真空又は不活性ガス流のいずれかの塩素を含まない雰囲気中でスート体を乾燥する場合に特に有益であることが分かった。
【００３６】
ここでスート体を、負圧で補助して実質的に熱乾燥させる。これによって、スート体への塩素の充填及びこれに付随する半製品の石英ガラスに対する悪影響が防止される。
【００３７】
工程（ｂ）による焼結の間及び工程（ｃ）によるガラス化の間に、細長いキャリア体が延在する内孔をスート体が有する本方法の変形形態が、特に有用であることが分かった。
【００３８】
スート体の内孔を通じて延在するキャリア体は、スート体を扱うのに役立つ。かかるキャリア体は、スート体を下側から把持するプレートに連結されていることが分かっている。しかしながら、焼結の間、焼結された石英ガラス体のその後の成形を害するおそれがあるため、スート体がキャリア体上に収縮しないように注意を払わなければならない。
【００３９】
一方、成形の間には、キャリア体が半製品の内孔用の成形要素としての役割を果たす。キャリア体は任意の所望の断面を有していてもよい、例えば、円形、楕円又は多角形、特に四角形又は六角形であってもよい。ちなみに、このことは、溶融鋳型の内壁にも当てはまる。
【００４０】
本発明の方法は、好ましくは、工程（ｂ）による焼結前に、４９０ｋｇ／ｍ3〜６４０ｋｇ／ｍ3の範囲の密度を有するスート体を使用する。
【００４１】
６４０ｋｇ／ｍ3よりも小さい密度でのみ、適切な乾燥が、適切な間隔で、特に塩素補助乾燥工程を省く場合に可能であることが見出された。適切な乾燥は、連続成形プロセス中の気泡の形成を防止する。記載される下限未満の密度では、気泡を全く含まない焼結された石英ガラス体が成形され難くなる。
【００４２】
さらに、工程（ｂ）による焼結前に、スート体が、２０ｍｍ／ｋｇ未満のＬ／ｍ比を有する場合に有用であることが分かった。ここで「Ｌ」はスート体の長さであり、「ｍ」はスート体の質量である。
【００４３】
２０ｍｍ／ｋｇ未満のＬ／ｍ比は、泡巣及び転移等の溶融欠陥の防止に対して有益な成形性をもたらす。
【００４４】
さらに、工程（ｂ）による焼結前に、５０ｍｍ以下の幅を有する周囲間隙が溶融鋳型の内壁に対して作られるようにスート体を溶融鋳型内に組み入れる場合に有益であることが分かった。
【００４５】
溶融鋳型の内壁と、焼結された石英ガラス体の外壁との間の大きな間隙が成形プロセス中の転移をもたらすおそれがあることが分かった。これらは、溶融体の内壁とスート体との間の間隙幅が５０ｍｍを超えなければ、特に確実に回避される。
【００４６】
有益には、少なくとも１つの外側を取り囲む締付けリングを用いて結合される少なくとも２つのセグメントから構成される側壁を有する溶融鋳型が使用される。
【００４７】
石英ガラスは、溶融鋳型に好適な材料、特にグラファイト、炭化ケイ素、セラミック材料、又はモリブデン、タングステン若しくは白金等の高融点金属の熱膨張係数よりもかなり小さい熱膨張係数で区別される。したがって、冷却の際、溶融鋳型が、成形された石英ガラス体上に収縮し、おそらくはこのプロセス中に破損する。溶融鋳型のセグメント化された構成は、このような状況を回避するのに役立つ。セグメントは、好ましくはＣＦＣ（カーボンファイバ強化炭素）から成る外側を取り囲む締付けリングを用いて結合される。これは、壁厚が小さい場合にも十分な強度を示す物理的に安定な材料であるため、溶融鋳型の圧縮成形を可能にする。
【００４８】
さらなる改良は、少なくとも側壁領域においてシート状グラファイトが裏打ちされた内壁を有するグラファイトの溶融鋳型が使用される場合に達成される。
【００４９】
シート状グラファイトは、箔、フェルト又は好ましくはグラファイト紙の形態のグラファイトである。側壁の裏打ちによって、ＳｉＣ形成下における石英ガラスからのケイ素と炭素との化学反応が防止又は低減される。この化学反応はグラファイト鋳型に損傷を与え、成形プロセスに不利益な影響を及ぼす可能性がある。
【００５０】
本発明の方法によって得られる半製品は、少ない気泡含量及び高いエッチング耐性で区別され、腐食環境又はエッチング環境で用いられる半導体製造用部材の製造に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の方法を実施するためのグラファイトの溶融鋳型内のスート体の上面図である。
【図２】プロセス図を参照した本発明による方法の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の方法を実施する上での典型的な温度プロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
ここで実施形態及び図面を参照して本発明をより詳細に説明する。図面には概略図が詳細に示される。
図１は、気体透過性グラファイトから成る溶融鋳型１を概略的に示しており、気体透過性グラファイトは、底部プレートと、鋳型１の側壁を形成し且つ底部プレート上の保持リングを用いて固定された２つのグラファイトシェル１１，１２から成る。グラファイトシェル１１，１２は、ＣＦＣから成る上側締付けリング及び下側締付けリング１３を用いて結合されている。シェル１１，１２の間の間隙は、グラファイトフェルトによってシールされる。その内壁はグラファイト紙１４で完全に裏打ちされている。溶融鋳型１は、４５０ｍｍの内径及び６００ｍｍの高さを有する。
【００５３】
それは、グラファイトのキャリア管３が延在している内部貫通孔を介して中空円筒形ＳｉＯ2スート体２を支えるのに役立つ。このグラファイトのキャリア管は、円形断面を有し且つスート体２が位置付けられた底部プレート９に連結されている。スート体２と溶融鋳型１の内壁との間の間隙１５は、２５ｍｍの幅を有する。
【００５４】
ＳｉＯ2スート体２は、ＳｉＯ2粒子の外付け法による標準的なＯＶＤ法を用いて、長軸回りに回転するマンドレル上に作製され、ここでは約５００ｋｇ／ｍ3のスート体の平均密度を得ることに注意が払われていた。スート体２の外径は４００ｍｍであり、スート体の長さ対その重量の比率は１５ｍｍ／ｋｇである。製造プロセスに起因して存在するヒドロキシル基を除去するために、初めにスート体２を、２０Ｌ／分の窒素流中１０００℃で３３時間乾燥させた。これは、約１５０重量ｐｐｍの平均ヒドロキシル基含量を与える。
【００５５】
キャリア管３は、スート体２を移送及び装填するのに役立つと共に、形成される半製品の内孔用の成形要素としての役割を果たす。グラファイト管３の外径は５０ｍｍである。
【００５６】
図２におけるプロセス図は、本発明による方法を用いて中空円筒形半製品６を製造するための工程（ａ）〜（ｅ）を示す。
【００５７】
スート体２を備えた溶融鋳型１は、６００ｍｍの長さを有するサセプタによって形成される加熱領域４を有する真空炉内に導入される。この溶融鋳型１はその外形によって概略的にのみ示されている。第１の工程（ａ）では、スート体２を如何なる気泡も含むことなく均等、即ち均質に焼結する。この目的のために、スート体２は、溶融鋳型１と共にその上端から出発して下側へ連続的に５ｍｍ／分の送り速度で加熱領域４へと導入され、そこで１５１０℃に近い温度にまで領域毎に加熱される。ここでは０．１ｍｂａｒの負圧（絶対圧）が真空炉内で維持される。
【００５８】
図２（ａ）は、焼結プロセスを開始して直ぐ（下図）、及び焼結プロセスがおよそ半分完了した後直ぐの（上図）焼結中の２つのプロセス段階を示している。
【００５９】
溶融鋳型１は加熱領域４内に完全に位置付けられると直ちに、さらなる前進運動を停止し、焼結温度をさらに約６０分間維持することによって焼結プロセスを完了させる。これにより、スート体２の各点について加熱領域４内における約１２０分間の滞留時間が与えられ、スート体２は、約２００ｍｍの外径及び約３ｍの長さを有する気泡のない透明な石英ガラス体５へと焼結される。ここでは、焼結の間にスート体２がキャリア管３上に収縮しないように注意を払う。このような収縮はその後の再溶融プロセスを害する可能性があるためである。
【００６０】
図２（ｃ）に示されるような、石英ガラス体５の下部を変形させる第１の成形工程がその後行われる。成形プロセスの間中、真空を維持する。加熱領域４の温度を０．０４℃／分の加熱速度で１５１０℃から１５５８℃に徐々に上げる。これにより、石英ガラス体５の下部は軟化して、溶融鋳型１に流入する。この鋳型を加熱領域４の内側に完全に位置付けて、溶融鋳型１の高さにわたる温度プロファイルを均質にする。
【００６１】
この第１の加熱及び成形段階の完了後（約１２００分後）、粘性石英ガラス塊８上にある未だ変形していない石英ガラス体５の重量は、最初の重量と比べておよそ半分になっており、そこで実質的に石英ガラス体５の残りの上部のみに関する第２の成形工程を実施する。ここで、温度を０．２５℃／分の速い加熱速度で６２℃さらに上げて１６２０℃にする。この約２４０分続く加熱段階の間に、石英ガラス体５の残りの上部も、それ自体の重量を受けて略全体的に沈降するか又は圧潰して溶融鋳型１に入ることにより、図（ｅ）に示されるようにその内容積が略完全に満たされる。
【００６２】
これらの２つの成形工程の目的は、溶融鋳型１内部の石英ガラス塊８の粘性を、石英ガラス体５の未成形部分の次第に減少する重量に適応させることである。明確でゆっくりとした慎重な粘性の低下は、溶融欠陥、特に転移及びらせん状のバブルリングの形成を阻害する。
【００６３】
事前に達していた１６２０℃の温度をさらに２時間維持することによって第３の成形工程を行う。成形された石英ガラスブロック６の上側をこのプロセスで平滑にすることによって、材料損失を軽減させる。結果を図２（ｅ）に概略的に示す。
【００６４】
冷却させた後、溶融鋳型１を開き、中空円筒形石英ガラスブロック形態で半製品６を取り出す。当該ブロックは、約４５０ｍｍの外径、５０ｍｍの内径及び５５０ｍｍの長さを有し、気泡がなく実質的に脈理が存在しないことによって区別される。これは、腐食作用又はエッチング作用を示す環境において使用される半導体製造用の石英ガラス部材、例えば、フランジ及びウエハキャリアに特に好適である。
【００６５】
図３は、上記で説明された実施形態のような本発明による成形方法に関する、加熱領域４の典型的な温度プロファイルを概略的に示すものである。温度プロファイルの段階（ａ）〜（ｄ）は、図２を参照した上記の工程、即ち、（ａ）焼結、（ｂ）第１の成形工程、（ｃ）第２の成形工程及び（ｄ）第３の成形工程に割り当てられる。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図２（ｄ）】
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【図２（ｅ）】
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【図３】
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【国際調査報告】
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