KR970011334B1 - Apaque silica glass and its process thereof - Google Patents

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Abstract

요약없음No summary

Description

불투명 실리카 글라스 및 그 제조방법Opaque silica glass and its manufacturing method

제1도는 실리카 글라스 몰드를 이용한 본 발명에 따른 불투명 실리카 글라스의 제조방법을 예시하는 개략도.1 is a schematic diagram illustrating a method for producing an opaque silica glass according to the present invention using a silica glass mold.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 석영그레인2 : 흑연몰드1: quartz grain 2: graphite mold

3 : 실리카 글라스 몰드4 : 전기로3: silica glass mold 4: electric furnace

5 : 히터5: heater

본 발명은 고순도 및 높은 내열성을 지니고 열차단이 우수한 불투명 실리카 글라스(opaque silica glass)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로(furnace)에 사용되는 광산란(light diffusing) 및 열차단 재료로서 유용한 불투명 실리카 글라스 부재를 효과적으로 제조할 수 있는 고체의 불투명 실리카 글라스(solid opaque silica glass)및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to opaque silica glass having high purity and high heat resistance and excellent thermal barrier, and more particularly, opaque silica glass useful as light diffusing and thermal barrier materials used in furnaces. The present invention relates to a solid opaque silica glass capable of producing the member effectively and a method for producing the same.

실리카 글라스는 고순도와 뛰어난 내열성을 갖고 있기 때문에 지금까지 반도체 산업용로와 열처리지그(heat treating jig)용으로 사용되었다. 상기 반도체 산업용 열처리로에서 중요한 것은 로의 온도구배를 일정하게 하는 것이다. 이러한 목적에 대처하기 위해 일본공해특허공부 (평) 5-900호에 제시된 바와 같이, 반응관(reactor tube)은 100,000버블/㎤ 이하를 함유하는 불투명 실리카 글라스로부터 제조되며, 또한 일본공개 실용신안공보 (평) 1-162234호에 게재된 바와 같이, 6,000버블/㎤ 미만으로 함유하는 불투명 실리카 글라스를 사용한 열차단판(heat shielding plate)이 반도체 웨이퍼가 삽입되는 보우트(boat)의 양끝단에 제공된다.Silica glass has been used for semiconductor industry and heat treating jig until now because of its high purity and excellent heat resistance. The important thing in the heat treatment furnace of the semiconductor industry is to keep the temperature gradient of the furnace constant. In order to cope with this purpose, the reactor tube is made from opaque silica glass containing 100,000 bubbles / cm 3 or less, and also disclosed in Japanese Utility Model Publication (JP-A-5-900). As disclosed in (Plat.) 1-162234, a heat shielding plate using opaque silica glass containing less than 6,000 bubbles / cm 3 is provided at both ends of a boat into which a semiconductor wafer is inserted.

최근에는 수직로(a vertical furnace)가 반도체 산업용 로에 주류가 되고 있지만 상기 수직로에서는 로의 하단에 금속 프레임(metal frame)이 삽입되어 상기 로와 금속 프레임의 연결부에서 열선(heat rays)이 불규칙하게 산란되거나 또는 상기 로의 프렌지와 금속 프레임의 연결부 사이를 막은 씰링부재(sealing member)를 보호하기 위해 제공된 냉각유니트(cooling unit)가 로온도를 불안하게 하기 때문에 로에서의 온도구배가 일정치 않고, 따라서 광산란 및 열차단판을 제공하는 것이 일반적이다.Recently, a vertical furnace has become mainstream in the semiconductor industrial furnace, but in the vertical furnace, a metal frame is inserted at the bottom of the furnace, so that heat rays are scattered irregularly at the connection between the furnace and the metal frame. The temperature gradient in the furnace is not constant because the cooling unit provided to protect the sealing member that is or otherwise prevents the sealing member blocking between the flange of the furnace and the connection of the metal frame, and thus light scattering And providing thermal barriers.

불투명 실리카 글라스는 우수한 내열성과 그 단열 때문에 상술한 광산란 및 열차단 재료로서 바람직하게 사용되어 왔다.Opaque silica glass has been preferably used as the light scattering and heat shielding material described above because of its excellent heat resistance and its thermal insulation.

상술한 불투명 실리카 글라스로 만든 광산란 및 열차단 부재는 일반적으로 그 생성물에 대한 작업효율 측면에서 판상형태로 고체의 불투명 실리카 글라스 블럭(solid opaque silica glass block)으로부터 절단하며, 그리고 석영원료 그레인(quratz raw material grain) 특히 광물결정 그레인(rock crystal grain)을 내열몰드에 충진한 후 전기로에서 가열하여 소결하는 방법이 불투명 실리카 글라스 블럭을 제조하는데 사용되어 왔다. 그러나 상기 종래 방법에서는 상기 블럭의 중심부에 커다란 구멍이 형성되기 때문에 균일한 버블(uniform bubbles)을 함유하고 우수한 광산란 및 열차단성을 갖는 고순도 불투명 실리카 글라스 블럭을 제조할 수 없었다.Light scattering and thermal barrier members made of opaque silica glass described above are generally cut from solid opaque silica glass blocks in the form of plates in terms of work efficiency for the product, and quartz raw material (quratz raw). Material grains In particular, a method of filling rock crystal grains in heat-resistant molds and heating them in an electric furnace to sinter them has been used to prepare opaque silica glass blocks. However, in the conventional method, since a large hole is formed in the center of the block, a high purity opaque silica glass block containing uniform bubbles and having excellent light scattering and thermal barrier properties cannot be manufactured.

더우기 종래의 불투명 실리카 글라스에서의 버블밀도(bubble density)는 상술한 일본공개 실용신안공보 (평)1-162234호에 게재된 바와 같이, 1000,000버블/cm4미만이었다. 이러한 불투명 실리카 글라스로 제조된 광산란 부재를 최근 반도체 산업용로의 주류를 이루고 있는 수직로를 위한 광산란 및 열차단 부재로 사용하면 상기 수직로의 프렌지와 금속 프레임의 연결부에서 일어나는 열선의 불규칙한 산란을 막지 못하며, 씰링부재를 보호하기 위해 제공된 냉각유니트에 영향을 초래할 수 있는 로온도의 불안정을 막을 수 없다. 게다가 종래의 불투명 실리카 글라스 부재는 고온에서 큰 변형을 일으킨다. 특히 약 1000℃ 이상으로 가열되는 실리콘 웨이퍼의 열처리 과정에서 긴 열처리 시간으로 인해 열적 변형이 크게되며 열차단 및 광산란 부재로서의 기능이 충분히 나타내지 못해 이로 인하여 로의 수명을 단축시키곤 한다.Moreover, the bubble density in the conventional opaque silica glass was less than 1000,000 bubbles / cm 4 as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-62234. When the light scattering member made of such opaque silica glass is used as a light scattering and thermal barrier member for a vertical furnace which is the mainstream in the semiconductor industry recently, it does not prevent irregular scattering of the heating wire occurring at the connection portion between the flange and the metal frame of the vertical furnace. However, the instability of the furnace temperature, which may affect the cooling unit provided to protect the sealing member, cannot be prevented. In addition, conventional opaque silica glass members cause large deformation at high temperatures. In particular, during the heat treatment of the silicon wafer heated to about 1000 ℃ or more due to a long heat treatment time, the thermal deformation is large, and the function of the heat shield and light scattering member is not sufficiently represented, thereby reducing the life of the furnace.

따라서, 상기한 문제를 해결하고자 본 발명자들은 철저한 연구를 한 결과, 고온에서의 불투명 실리카 글라스의 열변형은 실리카 글라스에 점유하고 있는 버블의 밀도와 실리카 글라스의 내열성과 관계가 있고, 상기 실리카 글라스의 단위 부피당 전체 버블 단면적을 증가시키기 위해 버블의 직경을 감소시키고 버블밀도를 증가시키면서 상기 불투명 실리카 글라스에 점유하고 있는 버블의 전체 부피를 감소시키므로서 그 열변형은 감소되며, 또한 상기 불투명 실리카 글라스에 함유된 나트륨, 인 및 OH기 각각의 농도를 특정범위 이하로 줄임으로서 내열성이 개선됨을 알았다. 상기 실리카 글라스에 특정범위로 도핑된(doped)질소원소는 내열성 개선을 위해 특히 효과적이며 합성 석영그레인을 원료그레인으로 사용할 때 특히 현저하다는 것을 발견하였다. 또한 상기한 불투명 실리카 글라스는 특정입자 크기를 갖는 석영원료 그레인을 사용하여 특정온도에서 소결함으로서 제조될 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 상기 사실에 기초하여 완성된 것이다.Therefore, in order to solve the above problems, the present inventors have thoroughly studied, and as a result, the thermal deformation of the opaque silica glass at high temperature is related to the density of bubbles occupied in the silica glass and the heat resistance of the silica glass. In order to increase the total bubble cross-sectional area per unit volume, the thermal deformation is reduced by reducing the diameter of the bubble and increasing the bubble density while decreasing the total volume of the bubbles occupied in the opaque silica glass, and also contained in the opaque silica glass. It was found that the heat resistance was improved by reducing the concentration of each of the sodium, phosphorus and OH groups below a certain range. Nitrogen elements doped in a specific range in the silica glass have been found to be particularly effective for improving heat resistance and particularly remarkable when synthetic quartz grains are used as raw material grains. It has also been found that the above opaque silica glass can be produced by sintering at a specific temperature using quartz raw material grains having a particular particle size. The present invention has been completed based on the above facts.

본 발명의 첫번째 목적은 작은 직경의 독립적인 버블들이 그 속에 많고 버블들이 균일하게 분산된 고순도 불투명 실리카 글라스를 제공함에 있다.It is a first object of the present invention to provide a high purity opaque silica glass in which a large number of small independent bubbles are present therein and the bubbles are uniformly dispersed.

본 발명의 제2의 목적은 고내열성 및 우수한 열차단성을 갖는 열차단 및 광산란 부재를 제공함에 있다.It is a second object of the present invention to provide a heat shield and a light scattering member having high heat resistance and excellent heat shielding properties.

본 발명의 제3의 목적은 상기한 고순도 실리카 글라스의 제조방법을 제공함에 있다.It is a third object of the present invention to provide a method for producing the above high purity silica glass.

상기한 목적달성을 위한 본 발명은 2.0 내지 2.18g/㎤의 밀도를 갖고, 그 실리카 글라스내의 나트륨 및 인 원소의 농도가 각각 0.5ppm 이하이고, OH기 농도가 30ppm 이하이고, 그리고 다음과 같은 물성치 : (1) 300㎛ 이하의 버블 직경 및 (2) 100,000 내지 1,000,000버블/㎤의 버블밀도를 갖는 독립적인 버블을 함유하는 불투명 실리카 글라스, 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention for achieving the above object has a density of 2.0 to 2.18g / cm3, the concentration of sodium and phosphorus elements in the silica glass is each 0.5ppm or less, the OH group concentration is 30ppm or less, and the following physical properties : (1) An opaque silica glass containing an independent bubble having a bubble diameter of 300 µm or less and (2) a bubble density of 100,000 to 1,000,000 bubbles / cm 3, and a method for producing the same.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서 정의되는 불투명 실리카 글라스는 미세한 버블을 함유하고 있는 불투명 실리카 글라스를 의미하며 비산화성 분위기에서 석영원료 그레인을 가열하여 소결하므로서 얻어진다. 입자크기가 10 내지 350㎛인 고순도 결정 석영그레인과 고순도 비정질 실리카 그레인은 상기 불투명 실리카 글라스를 제조하기 위한 원료로 사용된다.Opaque silica glass as defined in the present invention means opaque silica glass containing fine bubbles and is obtained by heating and sintering quartz raw material grains in a non-oxidizing atmosphere. High purity crystalline quartz grains having a particle size of 10 to 350 μm and high purity amorphous silica grains are used as raw materials for producing the opaque silica glass.

보다 바람직하게는 알카리 금속 가운데 나트륨과 인 농도가 각각 0.5ppm 이하인 고순도 석영그레인, 또는 미국특허 제4,983,370호에 게재된 바와 같이 나트륨 및 인의 농도를 0.5ppm 이하로 감소시키도록 고순도 광물 결정 그레인을 화학적으로 정제하므로서 얻어진 석영그레인, 그리고 수트법(soot method)에 의해 얻어진 합성 실리카 글라스이면서 나트륨 및 인의 농도가 0.5ppm 이하로 조절되고 입자크기가 100 내지 350㎛인 비정질 실리카 그레인이다. 이와 더불어 석영원료 그레인을 암모니아 도핑처리하여 상기 불투명 실리카 글라스의 질소원소 농도를 50 내지 500ppm으로 조절하므로서 내열성이 더욱 증가된다. 특히, 원료 그레인으로서 합성 실리카 그레인을 사용할때 현저하다.More preferably, high purity quartz grains having a sodium and phosphorus concentration of 0.5 ppm or less in the alkali metal, or chemically reducing high purity mineral crystal grains to reduce the concentration of sodium and phosphorus to 0.5 ppm or less, as disclosed in US Pat. No. 4,983,370. It is a quartz grain obtained by purification and a synthetic silica glass obtained by the soot method, and an amorphous silica grain having a concentration of sodium and phosphorus of 0.5 ppm or less and a particle size of 100 to 350 µm. In addition, the heat resistance is further increased by adjusting the nitrogen element concentration of the opaque silica glass to 50 to 500 ppm by doping the quartz raw material grains with ammonia. In particular, it is remarkable when using synthetic silica grains as raw material grains.

예를 들면, 암모니아 도핑처리된 천연 석영그레인이 사용되고 상기한 범위로 조절되는 질소원소 농도를 갖는 불투명 실리카 글라스는 1.260℃에서 1012.8포이즈의 점도를 갖는데, 이는 천연 석영그레인으로부터 제조된 불투명 실리카 글라스의 점도에 상응하는 1012.2포이지를 초과하는 것이다. 상술한 불투명 실리카 글라스에 질소원소를 도핑하면 si-O 결합보다도 강한 Si-N 결합이 일어나 고온점도를 향상시키는 것으로 생각된다. 또한, 질소원소의 도핑으로 NH기가 존재할 수 있도록 하며, 3,400cm-1의 파장에서의 흡수가 일어나 적외선에서의 흡수를 개선하는데, 이는 열선의 전도면에서 더욱 감소를 초래한다.For example, an opaque silica glass having ammonia doped natural quartz grains and having a nitrogen element concentration adjusted to the above range has a viscosity of 10 12.8 poises at 1.260 ° C., which is the equivalent of opaque silica glass made from natural quartz grains. It exceeds 10 12.2 pois corresponding to the viscosity. Doping nitrogen element into the opaque silica glass described above is thought to result in Si-N bonds stronger than si-O bonds to improve the high temperature viscosity. In addition, doping of the nitrogen element allows NH groups to be present, and absorption at wavelengths of 3,400 cm −1 occurs to improve absorption in the infrared, which leads to further reduction in conduction plane of the hot wire.

상기 50ppm 미만의 질소량으로는 고온점도를 증가시킬 수 없으며, 500ppm을 초과하는 양은 질소가 사용중 방출되도록 하여 바람직하지 못하다. 또한, 리듐농도를 1.0ppm 이하로 줄이면 상기 불투명 실리카 글라스의 내열성을 개선하는데 바람직하다.The amount of nitrogen below 50 ppm cannot increase the high temperature viscosity, and an amount exceeding 500 ppm is undesirable because it causes nitrogen to be released during use. In addition, reducing the lithium concentration to 1.0 ppm or less is preferable to improve the heat resistance of the opaque silica glass.

보다 적은 OH기 혼입량(less OH group-mixed amount)을 제공하는 전기 용융법(eletric fusion method)이 상술한 석영원료 그레인을 용융하기 위해 적용된다. 상기 불투명 실리카 글라스에서 OH기 농도가 30ppm 이하로 되면 상기 OH기에 의해 일어날 수 있는 고온에서의 상기 실리카 글라스에서의 점도 감소를 막을 수 있다.An eletric fusion method, which provides a less OH group-mixed amount, is applied to melt the quartz raw material grains described above. When the OH group concentration is 30 ppm or less in the opaque silica glass, it is possible to prevent a decrease in viscosity in the silica glass at a high temperature that may occur due to the OH group.

상기 실리카 글라스의 열전도에 있어 온도가 1,000℃ 이상으로 올라갈때 복사열전도가 지배적이라고 알려져 있다. 상기 실리카 글라스에 버블이 존재하면 상기 온도에서 복사선(radiant ray)이 글라스 표면 뿐만 아니라 글라스 내부에 존재하는 버블에서도 반사(reflection)를 일으키도록 한다. 따라서, 상기 실리카 글라스에 함유된 버블과 그 분포는 상기 복사선의 반사와 전도에 큰 영향을 미치기 때문에 상기 버블을 균일하게 분포시키는 것 뿐만 아니라 상기 불투명 실리카 글라스가 실리콘 웨이퍼용 로를 위한 열차단 및 광산란 부재로 사용될때 상기 불투명 실리카 글라스내의 버블의 전체 단면적을 증가시킴이 필수적이다.The thermal conductivity of the silica glass is known to be dominant when the temperature rises above 1,000 ° C. The presence of bubbles in the silica glass causes radiation to occur at the temperature not only in the glass surface but also in the bubbles present in the glass. Therefore, the bubbles contained in the silica glass and their distribution have a great influence on the reflection and conduction of the radiation, so that not only the bubbles are uniformly distributed but also the heat shield and light scattering for the silicon wafer furnace. It is essential to increase the overall cross sectional area of the bubbles in the opaque silica glass when used as a member.

상기 불투명 실리카 글라스에서 큰 버블을 균일하게 분포시키는 것은 상기 버블의 전체 단면적을 증가시키는데 효과적이다. 그러나, 본 발명자들이 행한 연구결과에 따르면, 큰 버블을 함유하고 있는 불투명 실리카 글라스로 제조된 열차단 및 광산란 부재들은 고온에서 열변형이 크다는 것이 밝혀졌다. 불투명 실리카 글라스에 함유된 버블에 의해 차지하는 전체 부피가 크면 클수록 고온에서 열변형이 크기때문에, 본 발명자들은 불투명 실리카 글라스에 함유된 버블의 부피를 줄이고 버블밀도를 증가시키면 버블의 전체 단면적에서 총 증가가 초래된다는 생각에 근거하여 실험을 행하여 버블의 직경을 300㎛ 이하, 바람직하게는 20 내지 180㎛로 설정하고, 그 밀도를 100,000 내지 1,000,000버블/㎤로 설정하므로서 상기 불투명 실리카 글라스의 열차단이 현저하게 개선됨을 알았다. 상기 불투명 실리카 글라스는 0.2 내지 5㎛의 파장을 갖는 빛의 투과에 대해 측정되었는데, 4mm의 두께를 갖는 샘플의 경우 투과율이 10% 이하임을 알 수 있었다.Uniform distribution of large bubbles in the opaque silica glass is effective to increase the overall cross-sectional area of the bubble. However, according to the results of the research conducted by the present inventors, it has been found that heat shields and light scattering members made of opaque silica glass containing large bubbles have high thermal deformation at high temperatures. Since the larger the total volume occupied by the bubbles contained in the opaque silica glass, the larger the thermal deformation at high temperature, the inventors found that decreasing the volume of the bubbles contained in the opaque silica glass and increasing the bubble density increased the total increase in the overall cross-sectional area of the bubbles. On the basis of the idea that it is caused, experiments are carried out to set the diameter of the bubble to 300 µm or less, preferably 20 to 180 µm, and the density to 100,000 to 1,000,000 bubbles / cm 3, thereby significantly preventing thermal interruption of the opaque silica glass. It was found to be improved. The opaque silica glass was measured for the transmission of light having a wavelength of 0.2 to 5㎛, it can be seen that for a sample having a thickness of 4mm transmittance is 10% or less.

본 발명에 따른 불투명 실리카 글라스는 그 자체 중량에 의한 변형을 최소 수준으로 조절하기 위해 그 밀도률 2.0 내지 2.18g/㎤로 제한되는 것이 필요하다.The opaque silica glass according to the present invention needs to be limited to its density ratio of 2.0 to 2.18 g / cm 3 in order to control the strain by its own weight to a minimum level.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 불투명 실리카 글라스는 큰 버블밀도를 갖고 작은 크기의 독립적인 버블이 균일하게 분산되도록 하며, 우수한 고온점도를 제공하고, 내열성, 광산란 및 열차단이 우수하다. 이로 인해 본 발명에 따른 불투명 실리카 글라스로 제조된 열차단 및 광산란 부재는, 실리콘 웨이퍼의 열처리와 같은 상대적으로 장시간동안 1000℃를 초과하는 온도에서 열처리되어도 열변형이 되지 않는다.As described above, the opaque silica glass according to the present invention has a large bubble density and allows independent bubbles of small size to be uniformly distributed, provides excellent high temperature viscosity, and is excellent in heat resistance, light scattering and heat shielding. Therefore, the heat shield and the light scattering member made of the opaque silica glass according to the present invention do not become thermally deformed even when heat treated at a temperature exceeding 1000 ° C. for a relatively long time such as heat treatment of a silicon wafer.

본 발명의 불투명 실리카 글라스는 다음과 같은 방법으로 제조된다.The opaque silica glass of the present invention is produced by the following method.

즉, 10에서 350㎛의 입자크기를 갖는 고순도 석영그레인을 내열몰드에 충진하고, 그 다음 상기 석영원료 그레인을 비산화성 분위기하에서 상온으로부터 상기 석영원료 그레인이 응용되는 온도보다도 50내지 150℃만큼 낮은 온도까지, 50℃/분을 초과하지 않는 승온속도로, 바람직하게는 10 내지 40℃/분으로 가열함이 바람직하고, 이어서 상기 온도를 상기 석영원료 그레인이 용융되는 온도보다도 10 내지 80℃ 높은 온도까지 10℃/분 이하의 승온속도를 서서히 올린다. 이후, 상기 온도에서 일정시간동안 유지하고 그 다음 냉각하여 본 발명의 불투명 실리카 글라스를 제조한다. 상기 승온속도 및 유지시간은 상기 석영원료 그레인의 종류 및 입자크기에 따라 변하기 때문에 상기 석영원료 그레인에 따라 상기 범위내에서 최적의 승온속도 및 유지시간을 설정함이 필요하다. 특히, 미세한 독립적인 버블들이 균일하게 분포된 양질의 불투명 실리카 글라스를 제조하기 위해서는 상기 석영원료 그레인에 충진층의 상부와 하부의 온도에서 어떤 온도기울기를 제공하면서 온도를 올리는 것이 바람직하다. 상기 온도 기울기는 10℃ 이상으로 한다.That is, a high purity quartz grain having a particle size of 10 to 350 μm is filled into the heat-resistant mold, and then the quartz raw material grain is heated at a temperature of 50 to 150 ° C. lower than the temperature at which the quartz raw material grain is applied from normal temperature in a non-oxidizing atmosphere. Heating at a rate of temperature not exceeding 50 ° C./min, preferably at 10 to 40 ° C./min, and the temperature is then raised to a temperature 10 to 80 ° C. higher than the temperature at which the quartz raw material grains are melted. The temperature increase rate of 10 degrees C / min or less is gradually raised. Thereafter, the temperature is maintained for a predetermined time and then cooled to prepare an opaque silica glass of the present invention. Since the temperature increase rate and the holding time vary depending on the type and particle size of the quartz raw material grain, it is necessary to set the optimum temperature raising rate and the holding time within the range according to the quartz raw material grain. In particular, in order to produce a high quality opaque silica glass in which fine, independent bubbles are uniformly distributed, it is desirable to raise the temperature while providing a certain temperature gradient at the temperature of the top and bottom of the filling layer on the quartz raw material grains. The said temperature gradient is 10 degreeC or more.

상술한 제조방법에서 사용된 석영원료 그레인의 입자크기는 10 내지 350㎛의 범위내로 한다. 상기 범위를 초과하는 입자크기는 일정한 버블을 제공할 수 없으며, 상기 범위보다 적은 입자크기는 버블을 형성하지 못한다. 상기한 입자크기 350㎛의 체눈(opening)을 갖는 시브(sieve)로 체질(sieving)하면 상기 시브에 어떤 입자도 남아있지 않음을 의미한다.The particle size of the quartz raw material grains used in the above-described manufacturing method is in the range of 10 to 350 µm. Particle sizes above this range cannot provide a constant bubble, and particle sizes below this range do not form bubbles. When sieving to a sieve having an opening of the particle size of 350 μm, it means that no particles remain in the sieve.

또한, 상기 석영원료 그레인에 질소원소를 도입한 상기 불투명 실리카 글라스의 내열성이 개선된다. 암모니아 분위기하 600 내지 1,300℃ 의 온도범위에서 상기 석영원료 그레인을 가열하는 것이 이를 위한 도핑법(doping method)으로 바람직하다. 상기와 같은 처리를 하면 상기 불투명 실리카 글라스에 50ppm 내지 600ppm의 질소원소 함량이 공급되며 고온 내열성이 향상된다.In addition, the heat resistance of the opaque silica glass in which nitrogen is introduced into the quartz raw material grain is improved. Heating the quartz raw material grains in a temperature range of 600 to 1,300 ° C. under an ammonia atmosphere is preferable as a doping method. When the treatment is performed as described above, the nitrogen element content of 50ppm to 600ppm is supplied to the opaque silica glass, and the high temperature heat resistance is improved.

상기 불투명 실리카 글라스의 생성에 있어서, 실리카 글라스 몰드를 내열용기에 삽입하고 그 속에 상기 석영원료 그레인을 충진하여 용해시키면 상기 석영원료 그레인은 용해과정에서 10 내지 20%정도 수축하여 상기 실리카 글라스 몰드와 석영원료 그레인층 사이에 틈이 발생하고, 상기 석영원료 그레인층의 상부로부터 석영원료 그레인이 그 속에 떨어지는 소위 그레인 낙하(grain dropping)현상이 일어나며, 이로 인해 상기 불투명 실리카 글라스에 균열을 형성시킬 수 있다. 그러나, 실리카 글라스관(silica glass tube)의 점성은 낮고 그 자체의 무게로 변형되어 상술한 틈을 메꿔 버리게 된다. 따라서, 수득된 불투명 실리카 글라스는 균열이 없고 고품질의 불투명 실리카 글라스를 제조할 수 있다. 또한, 상기한 실리카 글라스 몰드는 상기 내열용기로부터 실리카 글라스를 보호하므로 상기 불투명 실리카 글라스는 내열몰드(예, 흑연)에 함유된 오염물질에 의해 영향을 받지 않는다. 실리카 글라스 몰드를 삽입하면 상기 불투명 실리카 글라스의 전도구배(transmittance distribution)가 측면방향으로 일정하게 될 수 있다. 이는 상기 실리카 글라스가 흑연보다 적은 열정도율을 갖기 때문에 용해과정에서 상기 석영원료 그레인의 표면상에 비정상적인 온도상승을 억제할 수 있다는 사실에 기인한다고 생각된다. 석영 글라스관과 실리카 글라스 블럭을 세워서 형성된 몰드는 상기한 실리카 글라스 몰드로 사용된다. 고순도 세라믹스, 특히 고순도 흑연몰드로 제작된 몰드는 내열몰드로 적당하다.In the production of the opaque silica glass, when the silica glass mold is inserted into a heat-resistant container and the quartz raw material grains are filled and dissolved therein, the quartz raw material shrinks by about 10 to 20% in the melting process, and the silica glass mold and the quartz A gap is generated between the raw material grain layers, and so-called grain dropping occurs in which quartz material grains fall from the top of the quartz material grain layer, thereby causing cracks in the opaque silica glass. However, the viscosity of the silica glass tube is low and it deforms to its own weight, filling the gap described above. Thus, the opaque silica glass obtained is free of cracks and can produce high quality opaque silica glass. In addition, since the silica glass mold protects the silica glass from the heat resistant container, the opaque silica glass is not affected by contaminants contained in the heat resistant mold (eg, graphite). Insertion of the silica glass mold may make the transmission distribution of the opaque silica glass constant in the lateral direction. It is believed that this is due to the fact that the silica glass has a lower ionic conductivity than graphite, so that abnormal temperature rise can be suppressed on the surface of the quartz raw material grain during dissolution. The mold formed by standing a quartz glass tube and a silica glass block is used as the silica glass mold described above. Molds made of high purity ceramics, especially high purity graphite molds, are suitable as heat resistant molds.

상기 각 몰드에 채워진 석영원료 그레인의 층진높이는 300mm 이하로 설정함이 적당하다. 상기 범위를 초과하면 어떤 경우에는 일정하게 버블이 분포되지 못한다.The laminar height of the quartz raw material grains filled in each mold is preferably set to 300 mm or less. If the above range is exceeded, the bubble may not be uniformly distributed in some cases.

상기한 불투명 실리카 글라스를 용해하는 과정에서 사용된 비산화성 분위기로는 질소가스가 바람직하다. 상기 비산화성 분위기 가스에서 용해하므로 활성가스는 불활성 가스로 대체되며, 버블내 함유된 활성가스는 감소된다.Nitrogen gas is preferred as the non-oxidizing atmosphere used in the process of dissolving the opaque silica glass. Since dissolved in the non-oxidizing atmosphere gas, the active gas is replaced with an inert gas, and the active gas contained in the bubble is reduced.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 다음의 실시예로 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

실시예Example

본 실시예에서는 다음과 같은 측정법이 사용된다.In this embodiment, the following measuring methods are used.

i)열확산계수 : 레이저 플래쉬법(laser flash method)에 의해 값을 측정하였다.i) Thermal diffusion coefficient: The value was measured by a laser flash method.

ii)비열 : 난열연속법(adiabatic continuous method)에 의해 값을 측정하였다.ii) Specific heat: The value was measured by an adiabatic continuous method.

iii)열전도율 : 열선법(heat ray method)에 의해 측정하였다.iii) Thermal conductivity: measured by heat ray method.

iv)버블밀도/버블분포 : DIN 58927에 따라, 일정부피를 갖는 불투명 실리카 글라스의 박부(thin section)를 투광촬영하고 그 속에 포함된 버블수를 세고, 그 수를 상기 불투명 실리카 글라스의 ㎤당으로 바꾼다.iv) Bubble density / bubble distribution: According to DIN 58927, a thin section of opaque silica glass having a certain volume is light-transmitted and the number of bubbles contained therein is counted, and the number is per cm 3 of the opaque silica glass. Change.

v)글라스 밀도 : 아르키메데스법에 의해 측정하였다.v) glass density: measured by Archimedes method.

vi)OH기 농도 : FT-IR값에 의해 측정하였다.vi) OH group concentration: measured by FT-IR value.

vii)겉보기 점도 : 3×1×50mm의 스트립 형태로 샘플을 자르고, 빔벤딩법(beam bending method)(부하를 걸지 않은 채 두점에서 지지하여)에 따라 상기 샘플이 1,260℃ 에서 10시간동안 유지될 때 주어진 변형량으로부터 값을 계산한다.vii) apparent viscosity: cut the sample into strips of 3 × 1 × 50 mm, and keep the sample at 1,260 ° C. for 10 hours according to the beam bending method (supported at two points without load). When the value is calculated from the given strain.

viii)질소원소 농도 : 불활성 가스 용융전도법(inert gas melt conductivity method)에 의해 측정하였다.viii) Nitrogen element concentration: measured by the inert gas melt conductivity method.

ix)버블내의 가스량 : 가스 크로메토그라프 질량 스펙트로메트리(gas chromatographmass spectrometry)에 의해 불투명 실리카 글라스를 조각으로 부순후에 버블로부터 나오는 가스를 측정하므로서 얻었다.ix) The amount of gas in the bubble: obtained by measuring the gas coming out of the bubble after crushing the opaque silica glass into pieces by gas chromatographmass spectrometry.

실시예 1과 1 및 비교예 1 내지 3에서 사용된 원료는 250㎛ 이상의 입자크기를 갖는 입자를 제거하므로서 얻은 석영그레인 A와 180㎛ 이상의 입자크기를 갖는 입자를 제거하므로서 얻은 석영그레인 B이며, 표 1에서는 그 입자크기 분포(사용된 석영그레인이 체질될 때 입자크기란에 나타난 메쉬구경을 갖는 시브에 남아 있는 석영그레인의 중량비를 의미한다)를 나타낸다.The raw materials used in Examples 1 and 1 and Comparative Examples 1 to 3 are quartz grain A obtained by removing particles having a particle size of 250 μm or more and quartz grain B obtained by removing particles having a particle size of 180 μm or more. 1 shows the particle size distribution (the weight ratio of quartz grains remaining in the sieve having the mesh diameter shown in the particle size column when the used quartz grains are sieved).

[표 1]TABLE 1

실시예 1Example 1

상기한 석영그레인 A를, 반응관으로 실리카 글라스관을 갖는 전기로에 장입하고, 알카리 금속을 제거하기 위해 1시간동안 1,200℃ 에서 50 : 50의 염화수소/질소하에서 열처리하였다. 상기 정제된 석영그레인 A를 내경 ψ200mm×높이 200mm인 고순도 흑연용기에 100mm의 깊이까지 채우고, 진공로에 장착시켜 상기 입자들 사이의 잔류공기를 제거하기 위해 진공배출에 의해 10-2torr 이하로 하였다.The quartz grain A described above was charged into an electric furnace having a silica glass tube as a reaction tube, and heat-treated under hydrogen chloride / nitrogen of 50:50 at 1,200 ° C. for 1 hour to remove alkali metal. The purified quartz grain A was filled up to a depth of 100 mm in a high purity graphite vessel having an inner diameter of 200 mm × 200 mm in height, and mounted in a vacuum furnace to be 10 −2 torr or less by vacuum discharge to remove residual air between the particles. .

그 다음 상기 로의 진공상태에 질소를 취압하는데, 51/분의 유량으로 질소를 유입시키면서 상온에서 부터 1200℃까지는 20℃/분의 속도로, 1,200℃ 에서부터 1,630℃ 까지는, 6.14℃ /분, 그리고 1,630℃ 에서부터 1,750℃ 까지는 0.34℃/분의 속도로 승온하였고, 이어서 1,750℃ 에서 50분동안 유지하였다. 유리화한 다음에는 상기 로에 전기공급을 중단하고 그 상태로 서서히 냉각하였다.Nitrogen is then pressured into the vacuum of the furnace, at a rate of 20 ° C./minute from 1200 ° C. to 1200 ° C., 6.14 ° C./minute to 1,630 ° C., and 1,630 while introducing nitrogen at a flow rate of 51 / min. The temperature was raised from 1 ° C. to 1,750 ° C. at a rate of 0.34 ° C./min, and then held at 1,750 ° C. for 50 minutes. After vitrification, the furnace was turned off and slowly cooled.

이렇게 얻어진 불투명 실리카 글라스 블럭으로부터 샘플을 절단하고, 상기 샘플에 대하여 열확산 계수, 비열, 열전도율, 버블 밀도, 전체 버블부피, 글라스 밀도, 및 버블 분포를 측정하였다. 전자 3가지 값의 측정결과는 표 2에, 나머지는 표 3과 4에 나타내었다.The sample was cut from the opaque silica glass block thus obtained, and the thermal diffusivity, specific heat, thermal conductivity, bubble density, total bubble volume, glass density, and bubble distribution were measured for the sample. The measurement results of the former three values are shown in Table 2, and the rest are shown in Tables 3 and 4.

[표 2]TABLE 2

상기 표 2에 나타난 결과에 명시된 바와 같이, 본 발명에 따른 불투명 실리카 글라스는 낮은 열전도율과 우수한 열차단성을 갖음을 알 수 있다.As indicated in the results shown in Table 2, it can be seen that the opaque silica glass according to the present invention has a low thermal conductivity and excellent thermal barrier properties.

실시예 2Example 2

실시예 1과 같은 조건으로 알카리 금속원소의 제거처리를 석영그레인 B에 행한 후 실시예 1과 같은 방법으로 용해온도를 조절하면서 실리카 글라스 블럭을 얻어 유리화하였다. 상기 불투명 실리카 글라스으로부터 샘플을 잘라 버블밀도, 전체 버블 부피, 글라스 밀도 및 버블분포를 측정하였다. 그 측정결과를 표 3과 4에 나태내었다.After the alkali metal element was removed to quartz grain B under the same conditions as in Example 1, silica glass blocks were obtained and vitrified while adjusting the dissolution temperature in the same manner as in Example 1. Samples were cut from the opaque silica glass to measure bubble density, total bubble volume, glass density and bubble distribution. The measurement results are shown in Tables 3 and 4.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1과 같은 조건으로 알카리 금속의 제거처리를 원료에 행한 후, 그것을 흑연용기에 채우고 실시예 1과 같은 방법으로 불투명 실리카 글라스 블럭을 제조하였다. 이렇게 얻은 불투명 실리카 글라스 블럭으로부터 샘플을 잘라 그 샘플의 버블밀도, 전체버블 부피, 글라스 밀도와 버블분포를 측정하였다. 그 결과는 표 3과 4에 나타내었다.After the alkali metal removal treatment was performed on the raw materials under the same conditions as in Example 1, it was filled with a graphite vessel and an opaque silica glass block was prepared in the same manner as in Example 1. The sample was cut from the opaque silica glass block thus obtained, and the bubble density, total bubble volume, glass density, and bubble distribution of the sample were measured. The results are shown in Tables 3 and 4.

비교예 2Comparative Example 2

석영그레인 A를 알카리 금속 제거처리를 하지 않은 상태 그대로 흑연 몰드에 채우고 실시예 1과 같은 조건으로 유리화를 위해 용해하여 불투명 실리카 글라스를 얻었다. 상기 불투명 실리카 글라스로부터 샘플을 제조하여 그 샘플의 버블 밀도, 전체 버블 부피, 글라스 밀도 및 버블 분포를 측정하였다. 그 결과를 표 3과 4에 나타내었다.Quartz grain A was filled into the graphite mold as it was without alkali metal removal treatment and dissolved for vitrification under the same conditions as in Example 1 to obtain an opaque silica glass. A sample was prepared from the opaque silica glass and the bubble density, total bubble volume, glass density and bubble distribution of the sample were measured. The results are shown in Tables 3 and 4.

비교예 3Comparative Example 3

석영그레인 A를 알라키 금속 제거처리를 한 후, 회전식 주조(rotational molding)로 대기중에서 아크화염(arc flame)으로 내부로부터 가열하므로서 용해하여 불투명 실리카 글라스 블럭을 제조하였다. 상기 불투명 실리카 글라스 블럭으로부터 샘플을 채취하여 버블밀도, 전체 버블부피, 글라스 밀도 및 버블분포를 측정하였다. 그 결과를 표 3과 4에 나타내었다.After quartz grain A was subjected to an Alaki metal removal treatment, it was dissolved by heating from the inside with an arc flame in the air by rotational molding to prepare an opaque silica glass block. Samples were taken from the opaque silica glass blocks to measure bubble density, total bubble volume, glass density and bubble distribution. The results are shown in Tables 3 and 4.

비교예 4Comparative Example 4

입자크기가 103㎛ 이하이고, 평균 입자크기가 50㎛인 석영그레인만을 분류하도록 원료를 체질하고 실시예 1과 같은 방법으로 알카리 금속 제거처리를 행하였다. 그 다음, 이를 가열하여 불투명 실리카 글라스를 제조하였다. 상기 불투명 실리카 글라스 블럭으로부터 샘플을 채취하여 버블밀도, 전체버블 부피, 글라스 밀도 및 버블 분포를 측정하였다. 그 결과를 표 3과 4에 나타내었다.The raw material was sieved so as to classify only quartz grains having a particle size of 103 μm or less and an average particle size of 50 μm, and the alkali metal removal treatment was performed in the same manner as in Example 1. This was then heated to produce an opaque silica glass. Samples were taken from the opaque silica glass blocks to determine bubble density, total bubble volume, glass density and bubble distribution. The results are shown in Tables 3 and 4.

[표 3]TABLE 3

[표 4]TABLE 4

표 3과 4에 나타난 바와 같이, 입자크기의 최대직경이 110㎛ 이상 250㎛ 이하의 범위로 조절된 석영그레인을 알카리 제거처리를 하여 얻은 불투명 실리카 글라스는 그 입자크기가 조절되지 않은 비교 예 1 및 입자크기는 조절되었지만 알카리 제거처리가 행해지지 않은 비교예 2에서의 불투명 실리카 글라스와 비교할때와 거의 같은 버블부피를 갖고 있지만, 버블밀도가 크며, 이로 인하여 열차단 효과가 증가됨을 알 수 있다.As shown in Tables 3 and 4, the opaque silica glass obtained by alkali removal treatment of quartz grains having a maximum particle size adjusted to a range of 110 μm or more and 250 μm or less has comparative examples of which the particle size is not controlled. The particle size is controlled, but the bubble volume is almost the same as that of the opaque silica glass in Comparative Example 2, which is not subjected to the alkali removal treatment, but the bubble density is large, thereby increasing the thermal barrier effect.

또한, 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 입자크기 분포를 갖는 석영그레인을 사용하여 얻은 불투명 실리카 글라스에 함유된 버블들은 상기한 비교예들의 버블보다 미세하여 그 분포가 일정하다. 실시예 1과 2 및 비교예 1 내지 3에서 각각 상기한 바와 같이 제조된 불투명 실리카 글라스에서의 알카리 금속원소농도, OH기 농도 및 겉보기 점도(1,260℃)들은 다음 표 5에 나타내었다.In addition, as shown in Table 4, the bubbles contained in the opaque silica glass obtained by using quartz grains having a particle size distribution satisfying the scope of the present invention are finer than the bubbles of the comparative examples and the distribution thereof is constant. The alkali metal element concentration, OH group concentration and apparent viscosity (1,260 ° C.) in the opaque silica glass prepared as described above in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, are shown in Table 5 below.

[표 5]TABLE 5

상기 표 5에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 한정한 범위내를 각각 만족하는 알카리 금속원소 농도 및 OH기 논도를 갖는 불투명 실리카 글라스는 고온에서 높은 점성과 우수한 내열성을 갖는다.As can be seen in Table 5, the opaque silica glass having alkali metal element concentration and OH group degree of content satisfying each of the ranges defined in the present invention has high viscosity and excellent heat resistance at high temperature.

실시예 1과 2에서 제조된 불투명 실리카 글라스 및 비교예 1 내지 4에서 얻은 블럭으로부터 4mm 두께의 샘플을 채취하고 그 표면 ㅇ르 #800번으로 폴리싱(polishing)한 다음, 그 표면을 산수소화염(oxyhydrogen flame)으로 가열하여 마무리하였다. 상기 샘플들에 대하여 자외선, 가시광영역 및 적외선 스펙트로포토메터용 스펙트로 포로메터로 0.2 내지 5㎛에서 투과율을 측정하였다. 그 결과를 표 6에 나타내었다.Samples of 4 mm thickness were taken from the opaque silica glass prepared in Examples 1 and 2 and the blocks obtained in Comparative Examples 1 to 4 and polished to the surface No. # 800, and then the surface was oxyhydrogen flame (oxyhydrogen flame). Heating was completed. The transmittances of the samples were measured at 0.2 to 5 μm with spectroporometers for ultraviolet, visible and infrared spectrophotometers. The results are shown in Table 6.

[표 6]TABLE 6

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 불투명 실리카 글라스는 낮은 적외선 투과율 및 우수한 열차단성을 갖음을 알 수 있다.As shown in Table 6, it can be seen that the opaque silica glass of the present invention has a low infrared transmittance and excellent thermal barrier properties.

실시예 3Example 3

100 내지 300um의 입자크기를 갖고 평균 입자크기가 약 230um인 천연 석영그레인을 내경이 260mm이고 높이가 300mm인 흑연 몰드에 채우고 이들 진공로에 장착하여 10torr 이하로 진공배출하므로서 입자들 사이에 잔존하는 공기를 제거하였다. 그 다음 상기로의 진공상태에 질소를 취입하는데, 5/1분의 유량으로 질소를 취입하고 석영그레인-층진층의 하부온도가 상부온도보바도 항상 10℃ 높게 조절하면서 상온으로부터 1시간동안 1200℃의 온도로 승온하고, 1200℃에서 1630℃로 70분동안, 그리고 1630℃에서 1720℃까지는 350분동안 승온하였다. 그 다음 , 1720℃에서 상기 전체 석영그레인-층진층의 온도을 유지하면서 50분동안 가열한 후, 가열을 중지하고 상온까지 냉각하고 불투명 실리카 글라스 블럭을 꺼냈다. 이와 같이하여, 얻은 불투명 실리카 글라스 블럭을 약 8m의 판상으로 절단하고 그 버블밀도와 버블크기를 측정하였더니 그 버블밀도는 320,000버블/㎤이었고 그 버블크기는 10 내지 160um 범위였다. 본 발명의 불투명 실리카 글라스를 사용하여 제조된 열차단 부재는 실리콘 웨이퍼의 열처리와 같은 장시간동안 1000℃ 이상의 열처리에서도 열변형이 생기지 않았으며, 충분한 광산란율(light diffusivity)및 열차단성을 유지할 수 있었다.Natural quartz grains having a particle size of 100 to 300 um and an average particle size of about 230 um are filled in graphite molds having an inner diameter of 260 mm and a height of 300 mm and mounted in these vacuum furnaces to evacuate to 10 torr or less, thereby remaining air between the particles. Was removed. Then, nitrogen is blown into the vacuum of the furnace, and nitrogen is blown at a flow rate of 5/1 minutes, and the lower temperature of the quartz grain-layered bed is controlled at 1200 ° C. for 1 hour from room temperature, while the upper temperature is always 10 ° C. The temperature was raised to 70 ° C., and the temperature was raised from 1200 ° C. to 1630 ° C. for 70 minutes and from 1630 ° C. to 1720 ° C. for 350 minutes. Then, heating was performed for 50 minutes while maintaining the temperature of the entire quartz grain-layered layer at 1720 ° C., then the heating was stopped, cooled to room temperature, and the opaque silica glass block was taken out. In this way, the obtained opaque silica glass block was cut into a plate of about 8 m and the bubble density and bubble size were measured. The bubble density was 320,000 bubbles / cm 3 and the bubble size was in the range of 10 to 160 um. The heat shield member manufactured using the opaque silica glass of the present invention did not generate heat deformation even after heat treatment of 1000 ° C. or more for a long time such as heat treatment of a silicon wafer, and was able to maintain sufficient light diffusivity and heat shielding property.

비교예 5Comparative Example 5

실시예 3에서 사용된 것과 같은 고순도 석영그레인을 흑연몰드에 채우고 온도차이를 주지 않고 실시예 3과 같은 승온속도로 가열하고 이어서 350분동안 1750℃에서 유지하므로, 불투명 실리카 블럭을 제조하였다. 이렇게 얻은 불투명 실리카 글라스 블럭은 상부 표면 부근에 기공(blowholes)이 발생되었다.An opaque silica block was prepared by filling a graphite mold with the same high purity quartz grain as used in Example 3, heating it at the same temperature rising rate as Example 3 without giving a temperature difference, and then maintaining it at 1750 ° C. for 350 minutes. The opaque silica glass blocks thus obtained had blowholes near the top surface.

비교예 6Comparative Example 6

비교예 5와 같은 분위기 및 승온 조건으로 석영그레인을 가열하고, 3시간동안, 1850℃에서 유지하였다. 완전히 용해되는 동안 상부에 매우 미세한 버블들이 모였고, 버블 밀도는 중앙 및 하부에서 낮았다. 특히, 하단의 버블들은 컸으며 반투명층이 형성되었다.The quartz grains were heated under the same atmosphere and elevated temperature conditions as in Comparative Example 5, and maintained at 1850 ° C. for 3 hours. Very fine bubbles collected at the top during complete dissolution, and the bubble density was low at the center and bottom. In particular, the bubbles at the bottom were large and a translucent layer formed.

실시예 4Example 4

실시예 1에서 사용된 비표면적이 0.1㎡/g인 석영그레인 A를 반응관으로 실리카 글라스관을 갖는 전기로에 장입하고 알카리 금속과 철, 마그네슘 및 지르코늄의 각 원소를 정제하기 위해 50 : 50 의 염화수소/질소하 1200℃에서 1시간동안 열처리를 하였다. 상기 정제된 석영그레인 A를 다시 한번 반응관에 장입하고 여기에 암모니아를 도핑하기 위해 암모니아/질소의 비가 50 : 50인 분위기에서 3시간 동안 900℃에서 처리하였다. 상기 암모니아 도핑된 석영그레인을 내경 ψ200mm×높이 200mm를 갖는 고순도 흑연 용기에 200mm의 깊이까지 충진하고 진공로에 장착하여 10-2torr 이하로 진공배출하므로서 입자들 사이에 잔존하는 공기를 제거하였다. 그 다음, 상기로의 진공상태에 질소를 취입하는데, 5 1/분의 유량으로 질소를 취입하면서 상온으로부터 1200℃까지는 20℃/분의 속도로, 1200℃에서 1630℃까지는 6.14℃/분, 그리고 1630℃에서 1750까지는 0.34℃/분으로 승온하고, 이어서 이를 유리화하기 위해 50분동안 1750℃에서 유지하였다. 유리화 후, 로에 전기공급을 중단하여 그대로 서서히 냉각하였다. 이렇게 얻은 불투명 실리카 글라스 블럭으로부터 샘플을 채취하여 측정한 결과 버블밀도는 478000버블/㎤, 전체버블부피는 8.8%, 1260℃에서의 겉보기 점도(log η)는 12.80포이즈, 질소원소농도는 500pp, 그리고 OH기 농도는 0ppm이었으며, 버블은 직경으로 160um 이하의 범위내였다. 상기 버블내의 가스성분은 99% 이상이 질소였다. 또한, 적외선 영역에서의 투과율은 작았으며 열차단성은 우수하였다.In order to charge quartz grain A having a specific surface area of 0.1 m 2 / g used in Example 1 into an electric furnace having a silica glass tube as a reaction tube and to purify the alkali metal and the elements of iron, magnesium and zirconium, 50:50 hydrogen chloride was used. Heat treatment was performed at 1200 ° C. under nitrogen for 1 hour. The purified quartz grain A was once again charged into a reaction tube and treated at 900 ° C. for 3 hours in an atmosphere of 50:50 ratio of ammonia / nitrogen to dope ammonia therein. The ammonia-doped quartz grains were filled in a high purity graphite vessel having an inner diameter ψ 200 mm × height 200 mm to a depth of 200 mm and mounted in a vacuum furnace to remove the air remaining between the particles by evacuating to 10 −2 torr or less. Then, nitrogen is blown into the vacuum in the furnace, at a rate of 20 ° C./minute from 1200 ° C. to 1200 ° C., 6.14 ° C./minute from 1200 ° C. to 1630 ° C., while blowing nitrogen at a flow rate of 5 1 / min. The temperature was raised from 1630 ° C. to 1750 at 0.34 ° C./min and then held at 1750 ° C. for 50 minutes to vitrify it. After vitrification, the electricity supply to the furnace was stopped and cooled slowly as it was. The sample was taken from the opaque silica glass block and measured. The bubble density was 478000 bubbles / cm 3, the total bubble volume was 8.8%, the apparent viscosity at 1260 ° C was 12.80 poise, the nitrogen element concentration was 500pp, and The OH group concentration was 0 ppm and the bubbles were in the range of 160 μm or less in diameter. The gas component in the bubble was at least 99% nitrogen. In addition, the transmittance in the infrared region was small and the thermal barrier property was excellent.

실시예 5Example 5

외경이 270mm, 두께 4mm이고 높이 300mm인 실리카 글라스 몰드(31)을 제1도에 도시된 바와 같이, 내경 270mm이고 높이 300mm인 흑연몰드(2)에 삽입하였다. 50 내지 200um의 입자크기로 갖고, 평균 입자크기가 100um이고 부피밀도(bulk density)가 1,4g/㎤인 석영그레인(1)을 상기 실리카 글라스관에 충진하고 히터(5)가 구비된 전기로(4)에 장착하여 10 내지 2torr 또는 그 이하로 진공배출하므로서 입자들 사이에 남아있는 공기를 제거하였다.A silica glass mold 31 having an outer diameter of 270 mm, a thickness of 4 mm and a height of 300 mm was inserted into the graphite mold 2 having an inner diameter of 270 mm and a height of 300 mm, as shown in FIG. An electric furnace equipped with a heater 5 and filled with quartz grain 1 having a particle size of 50 to 200 um and having an average particle size of 100 um and a bulk density of 1,4 g / cm 3. The air remaining between the particles was removed by attaching to (4) and evacuating to 10 to 2 torr or less.

그 다음, 상기로의 진공상태에 질소를 취입하는데, 5 1/분의 유량으로 질소를 취입하면서 120분만에 1200℃까지 승욘하고 1200℃에서 1630℃까지는 90분내에, 그리고 1630℃에서 1750℃까지는 240분내에 승온하였다. 그후 1750℃에서 유지하면서 60분동안 가열한 다음, 가열을 중지하고 상온까지 냉각하여 불투명 실리카 글라스 블럭을 꺼냈다. 이렇게 얻은 불투명 실리카 글라스 블럭으로부터 약 4mm의 디스크(disc)를 채취하고, 그 표면을 산수소화염으로 가열하여 마무리해서 샘플을 제조하였다. 상기 샘플에 대해 0.2 내지 5um에서 적외선 투과율을 측정한결과 그 투과율은 5% 이하였으며, 비정상적인 포밍(ahnormal foaming) 및 개재물(inclusions)은 발견할 수 없었다.Then, nitrogen is blown into the vacuum in the furnace, in which the nitrogen is blown at a flow rate of 5 1 / min, up to 1200 ° C. in 120 minutes, from 90 ° C. to 1200 ° C. to 1630 ° C., and from 1630 ° C. to 1750 ° C. It heated up in 240 minutes. After heating for 60 minutes while maintaining at 1750 ℃, the heating was stopped and cooled to room temperature to remove the opaque silica glass block. A disc of about 4 mm was taken from the thus obtained opaque silica glass block, and the surface was heated and finished with an oxyhydrogen flame to prepare a sample. The infrared transmittance was measured at 0.2 to 5 μm for the sample, and the transmittance was less than 5%. Abnormal foaming and inclusions were not found.

상기한 불투명 실리카 글라스 블럭과 실시예 1에서 제조된 불투명 실리카 글라스 블럭으로부터 두께 4mm인 샘플을 채취하고 #800번으로 그 표면을 폴리싱한 다음, 그 표면을 산수소화염으로 가열하여 마무리하였다.A sample having a thickness of 4 mm was taken from the opaque silica glass block and the opaque silica glass block prepared in Example 1, the surface was polished with # 800, and then the surface was heated with an oxyhydrogen flame to finish.

이렇게 얻은 샘플에 대해 그 샘플의 중심부로부터 외곽으로 1cm마다 2um에서 측면방향으로 전도구배를 측정하였다. 그 결과를 표 7에 나타내었다.For the sample thus obtained, the conduction gradient was measured laterally at 2um every 1 cm from the center of the sample. The results are shown in Table 7.

[표 7]TABLE 7

상기 표 7에 나타난 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 흑연몰드에 실리카 글라스관을 삽입한 경우 측면방향으로의 전도구배에서의 균일정도가 상기 불투명 실리카 글라스의 직경이 증가되면서 개선되었다.As can be seen from the results shown in Table 7, when the silica glass tube was inserted into the graphite mold, the uniformity in the conduction gradient in the lateral direction was improved as the diameter of the opaque silica glass was increased.

Claims (7)

그 밀도가 2.0에서 2,18g/㎤이고, 그 안에 함유된 나트륨과 인 원소 각각의 농도가 0.5ppm 이하이고 그 안에 함유된 OH기의 농도가 30ppm 이하이며, 그리고 그 안에 함유된 버블이 다음과 같은 물리적인 값 : (1) 300um 이하의 버블직경, 및 (2) 100,000 내지 1,000,000버블/㎤의 버블밀도를 갖는 독립적인 것임을 특징으로 하는 불투명 실리카 글라스.The density is from 2.0 to 2,18 g / cm 3, the concentration of each of the sodium and phosphorus elements contained therein is 0.5 ppm or less, the concentration of OH groups contained therein is 30 ppm or less, and the bubbles contained therein are as follows. The same physical value: opaque silica glass, characterized in that it is independent having (1) a bubble diameter of less than 300um, and (2) a bubble density of 100,000 to 1,000,000 bubbles / cm 3. 그 밀도가 2.0에서 2.18g/㎤이고, 그 안에 함유된 나트륨과 인 원소 각각의 농도가 0.5ppm이하이고, 그 안에 함유된 OH기의 농도가 30ppm 이하이며 그 안에 함유된 질소원소의 농도가 50 내지 500ppm이며, 그리고 그 안에 함유된 버블이 다음과 같은 물리적인 값 : (1) 300um 이하의 버블직경, 및 (2) 100,000 내지 1,000,000버블/㎤의 버블밀도를 갖는 독립적인 것임을 특징으로 하는 불투명 실리카 글라스Its density is from 2.0 to 2.18 g / cm 3, the concentration of sodium and phosphorus elements contained in it is 0.5 ppm or less, the concentration of OH groups contained in it is 30 ppm or less, and the concentration of nitrogen element contained in it is 50 To 500 ppm, and the bubbles contained therein are independent opaque silicas having the following physical values: (1) a bubble diameter of 300 μm or less, and (2) a bubble density of 100,000 to 1,000,000 bubbles / cm 3. Glass 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 불투명 실리카 글라스(두께 4mm)를 통과하는 파장 0.2 내지 5um인 빛의 투과율이 20% 이하인 불투명 실리카 글라스The opaque silica glass according to claim 1 or 2, wherein the transmittance of light having a wavelength of 0.2 to 5 um passing through the opaque silica glass (thickness 4 mm) is 20% or less. 10 내지 350um 크기의 입자를 갖는 석영원료 그레인을 내열몰드에 충진하는 단계; 50℃/분을 초과하지 않는 승온속도로 상온에서부터 상기 석영그레인의 융점보다도 50 내지 150℃ 범위만큼 낮은 온도까지 상기 그레인을 가열하는 단계; 10℃/분 이하의 속도로 실리카 글라스의 융점보다 10 내지 80℃범위만큼 높은 온도까지 상기 그레인을 서서히 가열하는 단계; 및 상기 가열온도에서 상기 그레인을 유지한 후 냉각하는 단계를 포함하는 불투명 실리카 글라스의 제조방법.Filling the heat-resistant mold with quartz raw material grains having a particle size of 10 to 350 um; Heating the grain from room temperature to a temperature in the range of 50 to 150 ° C. below the melting point of the quartz grain at a heating rate not exceeding 50 ° C./min; Slowly heating the grain to a temperature in the range of 10 to 80 ° C. above the melting point of the silica glass at a rate of 10 ° C./min or less; And maintaining the grain at the heating temperature and then cooling the grain. 제4항에 있어서, 상기 석영원료 그레인이 상기 내열용기내에 삽입된 실리카 글라스 몰드프레임에 의해 형성된 공간내로 충진되는 제조방법.The method according to claim 4, wherein the quartz raw material grain is filled into a space formed by a silica glass mold frame inserted into the heat resistant container. 제4항에 있어서, 상기 온도는, 상기 석영원료 그레인의 충진층의 상부와 하부의 온도에서 온도 기울기가 제공되면서 승온되는 제조방법.5. The method according to claim 4, wherein the temperature is raised while providing a temperature gradient at temperatures above and below the filling layer of the quartz raw material grain. 제6항에 있어서, 상기 온도 기울기가 10℃ 이상인 제조방법.The method of claim 6, wherein the temperature gradient is 10 ° C. or higher.
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