材料
溶融石英ガラス
優れた熱安定性と超低熱膨張係数を持つ高純度非晶質二酸化ケイ素ガラス——半導体プロセス部品のコア材料。
溶融石英ガラスとは
溶融石英ガラス（溶融シリカとも呼ばれます）は、高純度石英結晶または合成ケイ素化合物を1700°Cを超える温度で溶融して製造された非晶質（非結晶）二酸化ケイ素（SiO₂）です。ホウケイ酸ガラスとは異なり、溶融石英にはほぼ金属酸化物が含まれておらず、独自の特性の組み合わせを持ちます：
- 極めて高い熱安定性 — 軟化点1683°C以上
- 極低熱膨張 — CTE わずか0.55 × 10⁻⁶/°C、ステンレス鋼の約1/15
- 優れた紫外透過性 — 150 nm〜3500 nmの範囲で透過
- 優れた耐薬品性 — フッ酸および熱リン酸を除くほぼすべての酸に耐性
- 超低金属汚染 — 半導体プロセスにおけるウェーハ汚染防止に不可欠
取り扱いグレード
図冠半導体では3種類の主要溶融石英グレードを在庫・加工しています。それぞれ異なる純度・性能要件に対応します。
グレード1 · 天然溶融石英
| 特性 | 値 |
|---|---|
| SiO₂純度 | ≥ 99.99% |
| OH含有量 | < 30 ppm |
| 総金属不純物 | < 20 ppm |
| 最高使用温度 | 1150°C連続 / 1400°C短時間 |
| 熱膨張係数 | 0.55 × 10⁻⁶/°C |
| 軟化点 | 1683°C |
| 徐冷点 | 1120°C |
| 屈折率（589 nm） | 1.4585 |
| 密度 | 2.20 g/cm³ |
最適用途： 標準拡散チューブ、炉心管ライナー、1150°C以下の温度でのウェーハボート。Momentive GE-124 / Heraeus F300 / Tosoh ESグレード相当。
グレード2 · 合成溶融シリカ（高純度）
| 特性 | 値 |
|---|---|
| SiO₂純度 | ≥ 99.9999% |
| OH含有量 | 800〜1200 ppm（標準ウェットグレード）/ < 1 ppm（ドライグレード） |
| 総金属不純物 | < 50 ppb |
| 最高使用温度 | 1200°C連続 |
| 主な優位点 | 超低微量金属汚染 |
最適用途： CVDチャンバー、ウェットエッチング部品、洗浄槽、ppbレベルの微量金属汚染が許容されないあらゆる用途。Momentive HPFS 7980 / Heraeus Suprasilグレード相当。
グレード3 · 不透明（乳白色）溶融石英
| 特性 | 値 |
|---|---|
| SiO₂純度 | ≥ 99.9% |
| 外観 | 半透明 / 乳白色 |
| 赤外線反射率 | > 90% |
| 最高使用温度 | 1100°C |
最適用途： 光学的透明性よりも高赤外線反射率が必要な熱シールド、ボートホルダー、断熱部品。
物理的・光学的特性
| 特性 | 値 | 試験規格 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.20 g/cm³ | ISO 1183 |
| ビッカース硬さ | ~600 HV | ISO 6507 |
| ヤング率 | 73 GPa | — |
| ポアソン比 | 0.17 | — |
| 熱伝導率 | 1.38 W/(m·K)（20°C） | — |
| 誘電率 | 3.75（1 MHz） | — |
| 紫外透過率（200 nm） | > 90%（厚さ2 mm） | — |
| 複屈折 | < 5 nm/cm（焼鈍後） | — |
半導体製造に溶融石英が選ばれる理由
半導体ウェーハ製造はプロセス部品に厳しい要件を課します：
- 熱サイクル耐性 — 拡散炉は室温から1000〜1200°Cを繰り返し昇温します。石英の超低CTEにより熱衝撃による割れを防止します。
- 金属純度 — プロセスチューブ材料からのppbレベルの汚染でさえ、シリコン中に寿命を縮めるトラップを生じさせます。天然溶融石英は総金属量 < 20 ppm、合成シリカは < 50 ppbを達成します。
- 化学的不活性 — プロセスガス（O₂、N₂、Cl₂、HCl）および洗浄薬品（HF、H₂SO₄、HCl）は通常のプロセス条件下でSiO₂と反応しません。
- 寸法安定性 — 1000°C連続稼働下でも、石英は金属やポリマーを大幅に上回る寸法安定性を維持します。
溶融石英の加工能力
図冠半導体では溶融石英ビレットおよびチューブに以下の工程を適用します：
| 工程 | 達成可能仕様 |
|---|---|
| CNCシリンドリカル研削 | OD/ID公差 ±0.01 mm |
| 平面研削・ラッピング | 平面度 < 0.002 mm |
| 精密切断（ダイヤモンドワイヤー） | 厚さ ±0.02 mm |
| CNCドリル加工 | 穴径 ±0.01 mm、位置度 ±0.02 mm |
| 光学研磨 | Ra < 0.05 μm、面精度 λ/4 |
| 溶融溶接 | Heリーク率 < 1×10⁻⁹ mbar·L/s |
| 火炎曲げ / フレアリング | 肉厚均一性 ±10% |
| 焼鈍処理 | 複屈折 < 5 nm/cm |
代表製品
- 拡散チューブおよび炉心管ライナー — ストレートボア、フランジ付き、またはベルエンド形状
- ウェーハボート — 横型・縦型、4インチ〜12インチウェーハ対応
- フォーカスリングおよびエッチングリング — 厳しい公差のプラズマ対向部品
- ベルジャーおよびドーム — CVDおよびエピタキシャル反応炉エンクロージャ
- 観察窓およびビューポート — 光学研磨された平面または曲面
- 洗浄槽 — HF/SC-1/SC-2対応ウェット洗浄槽
- ガスインジェクターおよびシャワーヘッド — 精密多穴ガス分配装置
認証および品質文書
すべての溶融石英部品には以下を添付して出荷します：
- 材料証明書（XRF/ICP-OES純度データ含む）
- 寸法検査報告書（校正済みCMMによるトレーサビリティ）
- 表面状態報告書（粗さ＋清浄度）
ISO 9001、RoHS、REACH適合証明書はご要望に応じて発行します。