(57)【要約】【課題】  黒色石英ガラス膜の容易な形成方法およびそれにより形成される黒色石英ガラス膜を提供する。【解決手段】  本発明は、基体にプレカーサを塗布する工程と、紫外線を照射する工程と、不活性雰囲気下で焼成する工程により、容易に黒色石英ガラス膜を形成する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体にプレカーサを塗布する工程と、プレカーサが塗布された基体に波長１５０〜２００ｎｍの紫外線を照射する工程と、紫外線照射後の基体を不活性雰囲気下で焼成する工程とを含んでなる黒色石英ガラス膜形成方法であって、紫外線照射後の膜の赤外分光法から測定される炭化水素基に由来する振動のピーク強度が、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の２０％以下になるまで紫外線を照射することを特徴とする黒色石英ガラス膜形成方法。
【請求項２】
紫外線照射後の膜の赤外分光法から測定される２９６０ｃｍ−１付近に観測されるメチル基の非対称伸縮振動のピーク強度が、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の２０％以下になるまで紫外線を照射することを特徴とする請求項１記載の黒色石英ガラス膜形成方法。
【請求項３】
プレカーサが、炭化水素基とシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の黒色石英ガラス膜形成方法。
【請求項４】
プレカーサが、メチル基とシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の黒色石英ガラス膜形成方法。
【請求項５】
プレカーサが、シリコーンオイル、シリコンアルコキシド、またはシリコンアルコキシドの加水分解、脱水縮重合体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の黒色石英ガラス膜形成方法。
【請求項６】
不活性雰囲気下で焼成する工程において焼成温度が８００℃以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の黒色石英ガラス膜形成方法。
【請求項７】
波長４００ｎｍの透過率が９１％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の黒色石英ガラス膜形成方法により形成された黒色石英ガラス膜。
【請求項８】
請求項７に記載の黒色石英ガラス膜が表面の一部または全部に形成されていることを特徴とするガラス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容易に形成することができる黒色石英ガラス膜の形成方法およびその黒色石英ガラス膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分光光度計用セルの材料、半導体用炉芯管等の高温材や黒色ダミーウエハには黒色石英ガラスが用いられている。シリカを主成分とする黒色ガラスの製造方法は以下のようなものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１によると、石英ガラスの黒色化は、石英ガラス中に着色剤として、遷移金属酸化物を添加することで行われている。また、特許文献２では炭化ケイ素粉末とシリカ粉末を混合して原料粉末とし、それを成型、焼結して黒色石英ガラスを得る方法が提案されている。更に、特許文献３ではオルガノシルセスキオキサン、金属酸化物及び金属アルコキシドからそれらのゲルを熱分解する方法により黒色石英ガラスを得ている。
【０００４】
しかし、ここに示した特許文献１から３に記載された黒色ガラスの製造方法では、その製造工程に複数の工程を含み、また長時間有する工程があるため、黒色石英ガラスの形成は容易なものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６２５３５号公報
【特許文献２】特開平５−１７０４７７号公報
【特許文献３】特開昭５９−９７５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、容易に黒色石英ガラス膜を形成する方法およびそれにより形成される黒色石英ガラス膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、黒色石英ガラス膜の形成において、基体にプレカーサを塗布し、波長１５０〜２００ｎｍの紫外線を照射し、不活性雰囲気下で焼成することによって、容易に黒色石英ガラス膜を形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明は、基体にプレカーサを塗布する工程と、プレカーサが塗布された基体に波長１５０〜２００ｎｍの紫外線を照射する工程と、紫外線照射後の基体を不活性雰囲気下で焼成する工程とを含んでなることを特徴とする黒色石英ガラス膜形成方法である。
【００１０】
まず、基体にプレカーサを塗布する工程について説明する。
【００１１】
本発明で用いる基体としては特に限定はされないが、例えば石英ガラス、ソーダライムガラス、シリコンウエハ、水晶、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化ベリリウムなどが挙げられる。
【００１２】
また、用いる基体の形状には制限はなく、平板状、ドーム状、リング状、管状などいかなる形状にも対応できる。
【００１３】
本発明で用いるプレカーサとしては、炭化水素基とシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を有する化合物、シリコンアルコキシド、またはシリコンアルコキシドの加水分解、脱水縮重合体などを用いることができる。なお、前記の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ビニル基、アリル基、フェニル基等が挙げられ、特にメチル基が好ましい。また、プレカーサ中の炭化水素基の種類は複数であってもよい。
【００１４】
このようなプレカーサは波長が１５０〜２００ｎｍの紫外線により、Ｓｉ−Ｏ結合は保持したまま、紫外線のエネルギーよりも小さいエネルギーの結合は切断されるため、石英ガラス膜を形成することができる。
【００１５】
プレカーサを塗布する方法は特に限定されないが、例えばスピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティングなどを用いることができる。
【００１６】
基体上に塗布するプレカーサの量としては、膜厚が１μｍ程度となるように塗布することが好ましい。
【００１７】
次に、プレカーサが塗布された基体に波長１５０〜２００ｎｍの紫外線を照射する工程について説明する。
【００１８】
紫外線は、紫外線照射後の膜の赤外分光法から測定される炭化水素基に由来する振動のピーク強度が、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の２０％以下になるまで照射する。好ましくは、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の１５％以下になるまで照射する。
【００１９】
炭化水素基としてメチル基を有するプレカーサを用いる場合は、紫外線照射後の膜の赤外分光法から測定される２９６０ｃｍ−１付近に観測されるメチル基の非対称伸縮振動のピーク強度が、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の２０％以下になるまで紫外線を照射する。好ましくは、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の１５％以下になるまで紫外線を照射する。
【００２０】
紫外線照射時の雰囲気は特に限定されないが、酸素濃度が２０％以下の雰囲気で行うことが好ましい。
【００２１】
また、紫外線照射時の温度や圧力は、室温、大気圧下で行うことができる。
【００２２】
次に、紫外線照射後の基体を不活性雰囲気下で焼成する工程について説明する。
【００２３】
使用する不活性ガスは特に限定されないが、例えばアルゴン、窒素、ヘリウムなどを用いることができる。
【００２４】
また、焼成時の圧力は、大気圧下で行うことができる。
【００２５】
また、焼成温度は８００℃以上であることが好ましく、１０００℃以上であることがさらに好ましい。焼成時間は１時間以上であることが好ましい。
【００２６】
なお、石英ガラス膜の黒色化は、プレカーサに含まれる炭化水素基が紫外線を照射することで他の炭素成分に変化し、これを不活性雰囲気下で焼成することでカーボンが析出して起こるものと考えられる。
【００２７】
本発明により形成された黒色石英ガラス膜は、波長４００ｎｍの透過率が９１％以下であることを特徴としており、遮光や遮熱が必要な部分を含む石英ガラス部品の製造に利用することができる。具体的には、酸化拡散処理装置、ランプアニール装置等に用いるチャンバーやベルジャーに使用される石英ガラス部品などが挙げられる。上記のような石英ガラス部品は、石英ガラス基材の全面または一部に黒色石英ガラス膜が形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明による黒色石英ガラス膜形成方法を用いることで、容易に黒色石英ガラス膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１における、透過スペクトルを示すスペクトル図である。
【図２】実施例２〜５における、透過スペクトルを示すスペクトル図である。
【図３】実施例５における、ラマンスペクトルを示すスペクトル図である。
【図４】比較例１における、透過スペクトルを示すスペクトル図である。
【実施例】
【００３０】
以下に実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。
【００３１】
なお、透過スペクトルは紫外可視分光光度計（日本分光（株）製、商品名「Ｖ―６５０」）を用いて、測定した。
【００３２】
また、メチル基の非対称伸縮振動のピーク強度はフーリエ変換赤外分光光度計（（株）島津製作所製、商品名「ＩＲＰｒｅｓｔｉｇｅ−２１」）を用いて、測定した。
【００３３】
実施例１
石英ガラス板（２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ）を基体とし、下記の要領で塗布工程、紫外線照射工程及び焼成工程を順次行うことにより黒色石英ガラス膜を形成した。
【００３４】
まず、上記石英ガラス板にジメチルシリコーンを主成分とするシリコーンオイル（信越化学工業（株）製、商品名「ＫＦ９６−１００ｃｓ」）をスピンコータ（ミカサ（株）製、商品名「ＭＳ−Ａ１００」）により、膜厚が１μｍ程度になるように塗布した。このサンプルに、４５ｍＷ／ｃｍ２のＸｅエキシマ光（波長１７２ｎｍ）を、大気雰囲気下、大気圧下で、１７０分間照射した。紫外線照射後の膜のメチル基の非対称伸縮振動のピーク強度は、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の１１％であった。この紫外線を照射した基体を、Ａｒ雰囲気下、大気圧下、１０００℃で、１時間焼成し、黒色石英ガラス膜を得た。図１に紫外線照射後の膜と黒色石英ガラス膜の透過スペクトルを示す。黒色石英ガラス膜の、波長４００ｎｍの透過率は５７％であった。
【００３５】
実施例２
実施例１と同様の塗布工程と紫外線照射工程をおこなった後、Ａｒ雰囲気下、大気圧下、８００℃で、１時間焼成し、黒色石英ガラス膜を得た。図２に黒色石英ガラス膜の透過スペクトルを示す。黒色石英ガラス膜の、波長４００ｎｍの透過率は７０％であった。
【００３６】
実施例３
実施例１と同様の塗布工程をおこなった後、４５ｍＷ／ｃｍ２のＸｅエキシマ光（波長１７２ｎｍ）を、大気雰囲気下、大気圧下で、４０分間照射した。紫外線照射後の膜のメチル基の非対称伸縮振動のピーク強度は、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の２０％であった。この紫外線を照射した基体を、Ａｒ雰囲気下、大気圧下、１０００℃で、１時間焼成し、黒色石英ガラス膜を得た。図２に黒色石英ガラス膜の透過スペクトルを示す。黒色石英ガラス膜の、波長４００ｎｍの透過率は９０％であった。
【００３７】
実施例４
実施例３と同様の塗布工程と紫外線照射工程をおこなった後、Ａｒ雰囲気下、大気圧下、８００℃で、１時間焼成し、黒色石英ガラス膜を得た。図２に黒色石英ガラス膜の透過スペクトルを示す。黒色石英ガラス膜の、波長４００ｎｍの透過率は９１％であった。
【００３８】
実施例５
実施例１と同様の塗布工程をおこなった後、４５ｍＷ／ｃｍ２のＸｅエキシマ光（波長１７２ｎｍ）を、窒素雰囲気下、大気圧下で、６０分間照射した。紫外線照射後の膜のメチル基の非対称伸縮振動のピーク強度は、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の１５％であった。この紫外線を照射した基体を、Ａｒ雰囲気下、大気圧下、１０００℃で、１時間焼成し、黒色石英ガラス膜を得た。図２に黒色石英ガラス膜の透過スペクトルを示す。黒色石英ガラス膜の、波長４００ｎｍの透過率は３７％であった。
【００３９】
また、図３にラマン分光装置を用いて測定した黒色石英ガラス膜のラマンスペクトルを示す。このラマンスペクトルから、黒色石英ガラス膜にはカーボンブラックが含まれることが分かる。
【００４０】
比較例１
実施例１と同様の塗布工程をおこなった後、４５ｍＷ／ｃｍ２のＸｅエキシマ光（波長１７２ｎｍ）を、大気雰囲気下、大気圧下で、２０分間照射した。紫外線照射後の膜のメチル基の非対称伸縮振動のピーク強度は、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の３１％であった。この紫外線を照射した基体を、Ａｒ雰囲気下、大気圧下、１０００℃で、１時間焼成したが、石英ガラス膜は黒色を呈さなかった。図４に紫外線照射後の膜と焼成した石英ガラス膜の透過スペクトルを示す。石英ガラス膜の、波長４００ｎｍの透過率は９３％であった。
【００４１】
比較例２
実施例１と同様の塗布工程をおこなった後、４５ｍＷ／ｃｍ２のＸｅエキシマ光（波長１７２ｎｍ）を、窒素雰囲気下、大気圧下で、６０分間照射した。紫外線照射後の膜のメチル基の非対称伸縮振動のピーク強度は、プレカーサ塗布後の膜の同振動のピーク強度の１５％であった。この紫外線を照射した基体を、大気雰囲気下、大気圧下、１０００℃で、１時間焼成したが、石英ガラス膜は黒色を呈さなかった。また膜には多数の割れが生じた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
黒色石英ガラス膜を容易に形成することができ、半導体製造装置などに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  実施例１の紫外線照射後の膜の透過スペクトル
２  実施例１の黒色石英ガラス膜の透過スペクトル
３  実施例２の黒色石英ガラス膜の透過スペクトル
４  実施例３の黒色石英ガラス膜の透過スペクトル
５  実施例４の黒色石英ガラス膜の透過スペクトル
６  実施例５の黒色石英ガラス膜の透過スペクトル
７  カーボンブラックのピーク
８  比較例１の紫外線照射後の膜の透過スペクトル
９  比較例１の焼成した石英ガラス膜の透過スペクトル
【図１】
2012101956.tif 000002
【図２】
2012101956.tif 000003
【図３】
2012101956.tif 000004
【図４】
2012101956.tif 000005