(57)【要約】【課題】リサイジング工程において石英マザーパイプを高精度に拡径することができ、切断工程においてガラス表面に微細な傷を付けることなく、比較的短時間で直角度が良好に切断できる石英ガラスリングの製造方法を得る。【解決手段】石英ガラスパイプ１を加熱しつつ回転させて遠心力にて拡径する工程を繰り返して所定の直径にまで拡径し、拡径されたパイプ１をリング状に切断する石英ガラスリングの製造方法。リサイジング工程においては、レーザによる非接触の測長器を用いてパイプ１の外径を測定する。また、切断工程においては、パイプ１の外周面をプラスチックシートで被覆し、一対のロールによって支持しつつ回転させ、ダイヤモンド砥石で切断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の直径を有する石英ガラスパイプを加熱しつつ回転させて拡径するリサイジング工程と、所定の直径まで拡径された石英ガラスパイプを所定の寸法に切断する切断工程と、を備え、
前記リサイジング工程においては、レーザによる非接触の測長器を用いて石英ガラスパイプの外径を測定すること、
を特徴とする石英ガラスリングの製造方法。
【請求項２】
所定の直径を有する石英ガラスパイプを加熱しつつ回転させて拡径するリサイジング工程と、所定の直径まで拡径された石英ガラスパイプを所定の寸法に切断する切断工程と、を備え、
前記切断工程においては、石英ガラスパイプの外周面をプラスチックシートで被覆し、石英ガラスパイプをその下部両側を該パイプの軸方向に延在する一対のロールによって支持しつつ回転させ、金属製の胴部の外周面にダイヤモンドを埋め込んだダイヤモンド砥石によって切断すること、
を特徴とする石英ガラスリングの製造方法。
【請求項３】
所定の直径を有する石英ガラスパイプを加熱しつつ回転させて拡径するリサイジング工程と、所定の直径まで拡径された石英ガラスパイプを所定の寸法に切断する切断工程と、を備え、
前記リサイジング工程においては、レーザによる非接触の測長器を用いて石英ガラスパイプの外径を測定すること、
前記切断工程においては、石英ガラスパイプの外周面をプラスチックシートで被覆し、石英ガラスパイプをその下部両側を該パイプの軸方向に延在する一対のロールによって支持しつつ回転させ、金属製の胴部の外周面にダイヤモンドを埋め込んだダイヤモンド砥石によって切断すること、
を特徴とする石英ガラスリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラスリングの製造方法、特に、半導体デバイスのプラズマエッチング工程でのカバーとして使用される石英ガラスリングの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
一般に、半導体デバイスを製造するためのプラズマエッチング工程では、直径約４４０ｍｍ、厚み約３〜５ｍｍの石英ガラスリングがカバーとして使用されている。この種の石英ガラスリングはプラズマの乱流が生じないように、外径で±０．１５ｍｍ以下の精度に仕上げることが要求されている。
【０００３】
従来、この種の石英ガラスリングは、リサイジング工程、切断工程、研削工程、焼き工程、アニール処理工程を経て製造されていた。
【０００４】
リサイジング工程は、まず、直径２５０ｍｍ程度の石英マザーパイプ１Ａ（図５（Ａ）参照）を用意し、このマザーパイプ１Ａを加熱しつつ回転させて遠心力で拡径する工程を、外径が約４４０ｍｍに拡径するまで繰り返して行う。切断工程では、拡径されたマザーパイプ１Ｂ（図５（Ｂ）参照）を燒結（レジノイド）砥石を用いて所定の長さのリング状に輪切りする。研削工程では輪切りされた石英ガラスリング１Ｃ（図５（Ｃ）参照）の内外周面を所定の精度に研削加工する。焼き加工は切断工程や研削工程で発生した表面の微細な傷による不透明性を解消するために、ガラスを再結晶させる。アニール処理工程はガラスの熱歪みを除去するために行われる。
【０００５】
ところで、石英ガラスリングに要求される精度は±０．１５ｍｍ以下であるが、従来のリサイジング工程では拡径されたマザーパイプの外径をノギスを用いて測定していたため、高温雰囲気ではノギスの熱膨張が避けられず、約±０．２〜約±０．５ｍｍの誤差でしか仕上げることができなかった。
【０００６】
研削工程は、前記リサイジング工程での誤差を補正するために、あるいは、切断工程で切断面の直角度が得られないために、必要な工程であり、仮にリサイジング工程でマザーパイプを製品として要求される精度に拡径することができれば、あるいは、切断工程で好ましい直角度が得られれば、不要である。
【０００７】
また、焼き工程及びアニール処理工程は、切断工程や研削工程でガラス面に生じる微細な傷を補修してガラスを透明化するために必要とされる工程であり、ガラス面に傷が付かないように切断できれば、あるいは、研削工程を省略できれば、不要である。
【０００８】
さらに、付け加えれば、研削工程ではガラスリングの割れやクラックの発生、研削マークの発生、ガラスの表面焼けや残留歪みの発生という不具合も生じていた。また、レジノイド砥石では直角度の狂い以外に切断に２日程度の長時間を要したり、切断面にチッピングが生じるといった不具合も生じていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、リサイジング工程において石英マザーパイプを製品として要求される精度に拡径することができる石英ガラスリングの製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、切断工程においてガラス表面に微細な傷を付けることなく、比較的短時間で直角度が良好に切断することができる石英ガラスリングの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、第１の発明に係る石英ガラスリングの製造方法は、リサイジング工程において、レーザによる非接触の測長器を用いて石英ガラスパイプの外径を測定することを特徴とする。
【００１２】
第１の発明によれば、レーザによる非接触の測長器を用いて石英ガラスパイプの外径を測定するようにしたため、従来のノギスによる測定に比べて高温雰囲気下であっても外径を正確に測定することができる。リサイジング工程は石英ガラスパイプへの加熱量や回転速度、熱源の移動速度等を微調整することで所定の拡径寸法を得ることができる。従って、必要な外径に達する直前で加熱量や回転速度、移動速度を微調整することにより、要求される±０．１５ｍｍ以内の誤差に外径をリサイジングすることができ、従来必要とされていた研削工程の省略が可能になる。
【００１３】
第２の発明に係る石英ガラスリングの製造方法は、切断工程において、石英ガラスパイプの外周面をプラスチックシートで被覆し、石英ガラスパイプをその下部両側を該パイプの軸方向に延在する一対のロールによって支持しつつ回転させ、金属製の胴部の外周面にダイヤモンドを埋め込んだダイヤモンド砥石によって切断することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明によれば、ガラスパイプの外周面をプラスチックシートで被覆して切断するため、ガラス面に微細な傷が生じることがない。さらに、金属製の胴部の外周面にダイヤモンドを埋め込んだダイヤモンド砥石によって切断するため、比較的短時間で切断面の直角度も良好にリング状に切断することができ、チッピングの発生も回避できる。さらに、ガラスパイプを一対のロールによって支持しつつ回転させるため、ガラスパイプの安定性がよくなり、切断面の直角度の向上に寄与する。
【００１５】
第３の発明に係る石英ガラスリングの製造方法は、前記第１及び第２の発明の特徴点を合わせ備えている。従って、従来必要であった研削工程を完全に省略でき、研削工程によって発生していた種々の不具合を回避することができる。さらに、研削工程を経ることによって必要とされていた焼き工程及びアニール処理工程をも省略することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る石英ガラスリングの製造方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。以下に一実施形態として説明する製造方法はリサイジング工程、切断工程からなり、各工程を順次説明する。
【００１７】
（リサイジング工程、図１〜図３参照）
図１及び図２は、リサイジング装置１０の概略構成を示す。このリサイジング装置１０は、基本的には従来使用されている装置と同じ構成であり、石英ガラスパイプ（マザーパイプ）１の両端部に設けたダミー部２，２を保持／回転機構１５、１５にて保持し、この保持／回転機構１５，１５をサーボモータ１６，１６にて所定の速度で回転させる。加熱機構２０は複数のバーナ２１をガラスパイプ１を取り囲むように、かつ、バーナ２１の放射状の位置を微調整可能に設置したもので、ベット１１に設けたレール１２上でガラスパイプ１に沿って所定の速度で移動可能である。
【００１８】
このリサイジング装置を用いて、リサイズ前には直径が約２５０ｍｍ、厚さが約５ｍｍのガラスパイプ１を加熱しつつ回転させて遠心力で拡径する。１工程で約１５ｍｍ程度拡径され、この工程を繰り返すことで所定の外径にまで拡径する。
【００１９】
拡径されたガラスパイプ１の外径は、図３に示す非接触の測長器３０を用いて測定する。この測長器３０はレーザ発光器３１，３１とレーザ受光器３２，３２とを備え、石英バー３３を基準バーとして用いる。発光器３１，３１及び受光器３２，３２の中央部分に拡径されたガラスパイプ１をセットすることで、その外径を非接触方式で測定することができる。
【００２０】
測長器３０は、レーザを用いた非接触方式であるため、高温環境下であっても、パイプ１の外径を正確に測定することができる。ところで、レーザ測長器では、１回の計測ごとに１点校正を必要とし、そのときに使用される基準バーが温度で線膨張する材料であれば、測定精度に支障を生じる。そこで、基準バーとして、熱膨張の影響の少ない石英バー３３を使用するようにした。
【００２１】
また、測長器３０の機構部材は金属製であり、その線膨張は０．０７ｍｍ／５℃であるため無視できない。そこで、測定の２時間前には測定場所に移動させ、測定時での温度変化を起こさないように配慮する必要がある。
【００２２】
リサイジング工程は加熱機構２０による加熱量やその移動速度、サーボモータ１６による回転速度等を微調整することで所定の拡径寸法を得ることができる。従って、パイプ１が必要な外径に達する直前での測定値に基づいて、加熱量や移動速度、回転速度等を微調整して最後のリサイジングを行うことで、要求される±０．１５ｍｍ以内の誤差に仕上げることができる。
【００２３】
（切断工程、図４参照）
リサイジングを終えて所定の外径に拡径された石英ガラスパイプ１は、次に、図４に示す切断装置４０によって所定寸法（幅約１００ｍｍ）のリング状に切断される。
【００２４】
この切断装置４０は、石英ガラスパイプ１をその下部両側を該パイプ１の軸方向に延在する一対のロール４１，４１によって支持しつつ回転（矢印ａ方向）させ、金属製の胴部の外周面にダイヤモンドを埋め込んだダイヤモンド砥石４５によって切断する。また、石英ガラスパイプ１の外周面をプラスチックシート（図示せず）で被覆した状態で切断する。
【００２５】
この切断工程によれば、ガラスパイプ１の外周面をプラスチックシートで被覆して切断するため、ガラス面に微細な傷が生じることがない。さらに、金属製の胴部の外周面にダイヤモンドを埋め込んだダイヤモンド砥石４５によって切断するため、比較的短時間で切断面の直角度も良好にリング状に切断することができ、切断面でのチッピングの発生も回避できる。さらに、ガラスパイプ１を一対のロール４１，４１によって支持しつつ回転させるため、ガラスパイプ１の安定性が良好で、切断面の直角度が一層向上する。
【００２６】
使用する砥石に関して、従来はレジノイド砥石を使用していたが、この砥石では切断時に押さえ付ける力の分力がランダムな横方向に作用するため、切断面の直角度が得られなかった。本実施形態で使用しているダイヤモンド砥石４５は、胴部を金属製（例えば、ステンレス）にして剛性を向上させることにより直角度の精度を上げることができた。また、ダイヤモンド仕様とすることで、切断終了時のチッピングを少なく、かつ、小さくすることができ、切断時間も０．３３時間であり、短縮化を図ることができた。
【００２７】
切断装置４０においては、直径４４０ｍｍに拡径された石英ガラスパイプ１をその軸心に対して直角に切断するため、パイプ１を２本のロール４１，４１上で支持しつつ回転させる構成を採用した。このようなダブルロール方式とし、かつ、ロール４１，４１の表面をウレタンで被覆することにより、高摩擦力で安定した支持が可能となり、直角度が向上する。また、パイプ１の軸方向への移動を防止するためのストッパを設けることが好ましい。
【００２８】
さらに、切断装置４０においては、砥石４５による押さえ力と切断力の確保のために、砥石４５を矢印ｂ方向へ回転させつつ全体的に矢印ｃ方向へ揺動させるように、いわゆるダウンカットで切断するように構成した。砥石４５の回転を矢印ｂ方向（下向き）に設定したのは、安全性をも考慮してのことである。
【００２９】
ところで、ガラスパイプ１を切断する際、パイプ１の外周面を保護しないと、切断粉の付着やロール４１，４１との摩擦等でガラス表面に微細な傷が発生する。本発明者らの実験によれば、最大約４．５μｍ、Ｒａ換算で０．０９μｍであった。仕様上は満足する値であるが、透明感が薄れ、製品価値が低下する。
【００３０】
そこで、本実施形態では、切断時にはガラスパイプ１の外周面を弱粘着性のビニルシートで被覆して保護することとした。ビニルシート以外の種々のプラスチックシートを使用することができる。このような保護対策を講じることで、ガラス面への傷の発生は激減した。
【００３１】
プラスチックシートで被覆する際、シートとパイプ１との間に空気層が残らないように注意する必要がある。空気層が残留すると、ロール４１，４１上でパイプ１の軸心が微妙に変化するため、直角な切断が望めず、ガラスの割れやチッピングにつながる。空気層の残留をなくすには、パイプ１に巻き付けたシート上をゴムローラにて空気を押し出す方向に転動させてやればよい。
【００３２】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る石英ガラスリングの製造方法は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００３３】
特に、リサイジング装置や切断装置の細部の構成は任意である。また、石英ガラスパイプの外径等の数値はあくまで一例であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法で使用されるリサイジング装置を示す概略構成図。
【図２】前記リサイジング装置の加熱機構を示す概略説明図。
【図３】本発明に係る製造方法で使用される測長器を示す立面図。
【図４】本発明に係る製造方法で使用される切断装置を示す斜視図。
【図５】石英ガラスパイプを示し、（Ａ）は拡径前のマザーパイプを示す斜視図、（Ｂ）は拡径後（リサイジング工程後）のマザーパイプを示す斜視図、（Ｃ）は切断後の石英ガラスリングを示す斜視図。
【符号の説明】
１…石英ガラスパイプ
１Ａ…拡径前マザーパイプ
１Ｂ…拡径後マザーパイプ
１Ｃ…石英ガラスリング
１０…リサイジング装置
１５…保持／回転機構
２０…加熱機構
３０…測長器
３１…レーザ発光器
３２…レーザ受光器
４０…切断装置
４１…ロール
４５…ダイヤモンド砥石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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