JPH0280329A - 合成石英ガラスの製造方法 - Google Patents

合成石英ガラスの製造方法

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JPH0280329A
JPH0280329A JP22933388A JP22933388A JPH0280329A JP H0280329 A JPH0280329 A JP H0280329A JP 22933388 A JP22933388 A JP 22933388A JP 22933388 A JP22933388 A JP 22933388A JP H0280329 A JPH0280329 A JP H0280329A
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JP
Japan
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silica
quartz glass
particle size
synthetic quartz
heated
Prior art date
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JP22933388A
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English (en)
Inventor
Masatoshi Takita
滝田 政俊
Takaaki Shimizu
孝明 清水
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は合成石英ガラスの製造方法、特にはOH基含有
量がippm以下と低く、高温粘性が高いことからシリ
コン単結晶の引上げ用るつぼ材として有用とされる合成
石英ガラスをゾル−ゲル法で製造する方法に関するもの
である6 (従来の技術と解決すべき課題) 半導体物質、特にシリコン単結晶の引上げ用るつぼは高
温での耐熱性にすぐれていることから天然石英ガラス製
のものが汎用されているが、天然石英ガラスは不純物を
含有していることから最近における半導体メモリの高集
積化のために歩留まりの低下が問題となり、この高純度
化が要望されている。
このため、このるつぼを純度の高い合成石英ガラスで作
ることも検討されているが、■四塩化けい素などを酸水
素火炎中で加水分解させてシリカ微粒子とし、これを溶
融して石英ガラスとする方法にはガラス中にOH基が1
.OOOppmも残留し、高温粘性が低く、真空中高温
では発泡するという問題点があり、■この酸水素火炎を
プラズマ炎とする方法にはコストが高く、量産化も難し
いという不利があるため、これについてはアルコキシシ
ランをアルコール溶媒中で加水分解してシリカを作り、
これを溶融して合成石英を得るという、いわゆるゾル−
ゲル法によることも検討されており、これには高純度品
を安価に得ることができるという利益があるもののOH
基が残り易く。
製造に長時間が必要とされるという不利があり、高温粘
性で特に高いものが得られ難いという欠点がある。
(課題を解決するための手段) 本発明はこのような不利を解決した合成石英ガラスの製
造方法に関するもので、これはメチルシリケートをメタ
ノール溶媒中でアンモニアを溶媒として加水分解させて
粒径が200〜3,000nmのシリカを調製し、濃縮
、乾燥後、加熱酸化し、閉孔、ガラス化し、粉砕して粒
度を整えたのち。
1.700℃以上で溶融することを特徴とするものであ
る。
すなわち、本発明者らはシリコン単結晶の引上げ用るつ
ぼ材として使用し得る合成石英ガラスの製造方法につい
て種々検討した結果、メチルシリケートをメタノール溶
媒中でアンモニアを触媒として加水分解させると粒径が
200〜3.00OnI11のシリカが得られること、
このシリカを濃縮し、乾燥してから加熱酸化してさらに
閉孔化し、ガラス化するとOH基の少ない石英ガラス塊
が得られること、これを粉砕して粒径を揃えたのち1,
700℃以上で溶融ガラス化すると高温粘性の高い合成
石英ガラスが得られることを見出し、各工程についての
研究を進めて本発明を完成させた。
以下、これを詳述する。
本発明の方法はゾル−ゲル法によるものであるが、本発
明の方法では始発材としてメチルシリケートが使用され
る。すなわち、従来公知のゾル−ゲル法では通常エチル
シリケートを始発材とし、これをエタノール溶媒中でア
ンモニアまたは塩酸を触媒として加水分解させており、
この場合も500nl!1程度の粒径をもつシリカが得
られ、これを乾燥後1,050℃で焼結し、さらに1,
500℃で溶融ガラス化すれば透明な石英ガラスを得る
ことができるけれども、この石英ガラスはOH基含有量
が多く、高温粘性も低いという不利があることが判った
しかし、このエチルシリケートをメチルシリケートとす
るとコスト的に有利であることのほか、これをメタノー
ル溶媒中でアンモニアを触媒として加水分解させるとこ
の加水分解反応はメチルシリケート注加直後に始まって
瞬時にシリカの生成が行われるという有利性が与えられ
る。この加水分解で得られたシリカの粒径はこNに使用
するメタノール、アンモニア、メチルシリケートの重量
比1反応温度、攪拌速度によって制御可能とされるが、
OH基含有量の少ないシリカ粉を製造するためには平均
粒径が200nm以上のものとする必要があるし、乾燥
して塊状とするためにはある程度の微粉であることが必
要とされるので本発明の方法ではこぎに得られるシリカ
は平均粒径が200〜3.OOOnmのものとすること
が必要とされる。
このようにして得られたシリカは遠心分離器またはフィ
ルタープレスで固液分離したのち、真空中あるいは窒素
ガス雰囲気中で濃縮、乾燥し、ついで空気中あるいは酸
素雰囲気で500℃程度に加熱すると有機物が除去され
たものとなるので、つぎにこれを真空中、ヘリウムガス
中または水素ガス中において1,500℃程度に加熱す
るとこのものはシリカが閉孔化されガラス化されて、透
明で通常の石英ガラスと同等の比重を有する塊状体とな
るが、このシリカが粒径3tO00n+a以下のものと
されているので上記における閉孔化は容易に進行し、泡
を含まないガラス塊が容易に得られる。
このようにして得られたガラス塊はついでボールミル、
ロールミル、ロッドミルなどで粉砕して平均粒径が50
から200メツシユのものに粒度を調整したのち、酸洗
浄を行ない真空中あるいは不活性ガス存在下で1,70
0℃以上に加熱し、溶融すれば合成石英ガラスとするこ
とができるが。
二へに得られた合成石英ガラスはOH基含有量が例えば
ippm以下というように低いし、これはまた上記方法
で作られたシリカが極めて規則正しい構造をもつもので
あり、上記した加熱溶融時にもこの構造が不規則になる
こともないので高温粘性が例えば1,400℃において
1〜4 X 10”ポイズと高い値を示すという特性を
もっているので、このものは特にシリコン単結晶引上げ
用るつぼ材として有用とされるという工業的な有利性を
もつものになる。
(実施例) つぎに本発明方法による実施例をあげる。
実施例 反応容器にメタノール150モル、純水120モル、ア
ンモニア50モルを入れて20℃に保ち、こへにメチル
シリケート10モルを120分で滴下して加水分解反応
させ、反応終了後生成したシリカを自然沈降させてから
沈殿物を取り出し、真空中で150℃に加熱して乾燥し
たところ、平均粒径が700nmであるシリカ粉が得ら
れた。
ついで、このシリカ粉を空気中において500℃に加熱
して有機物を酸化除去したのち、真空中で1,500℃
に加熱してこのシリカを閉4孔化し。
ガラス化したところ、粒径が1〜5+mである透明なガ
ラス塊を収率98%で得ることができた。
つぎにこの透明ガラス塊をコニカルボールミルで粉砕後
、50〜200メツシユに篩別し、塩酸で酸処理してか
ら800℃に仮焼後、磁力選鉱機で磁選し、この粉末を
アルゴンガス中において1゜950℃で溶融し、成形し
たところ、30IIaφ×厚さ5閣の不透明合成石英ガ
ラス板が得られ、このもののOH基含有量を赤外吸収ス
ペクトルでしらべたところ、これにはOH基は検出され
ず、またこれを化学分析したところ、この不純物量はA
l  60ppb、Fe  75ppb、Na  35
ppb、K  20ppbであった。
また、上記で得た粉末の溶融を真空中において1.80
0℃に15分間加熱して行なったときは透明な合成石英
ガラス体が得られ、このものもOH基含有量は検出され
なかったし、さらにこの粉末をアーク溶融し、これから
るつぼを成形したところ、得られたるつぼは不透明で、
このものOH基含有量は溶融前における空気中からの吸
湿のためか15ppmとなっていた。
なお、上記で得た合成石英ガラスの高温粘性をファイバ
ー二ロンゲーション法でしらべたところ、アルゴンガス
中での常圧溶融品は1,400℃における粘度が2.5
 X 10”ポイズ、真空溶融品は3.7X10”ポイ
ズ、7  ’1 m融品ハ1 、9 X1010ボイズ
であり、いずれも高い高温粘性を示した。
比較例1 反応容器にメタノール150モル、純水120モル、ア
ンモニア1モルを入れて80℃に保ち、こNにメチルシ
リケート10モルを120分で滴下して加水分解反応さ
せ、反応終了後生成したシリカを自然沈降させてから沈
殿物を取り出し、真空中で150℃に加熱して乾燥した
ところ、平均粒径が1100nであるシリカ粉が得られ
た。
ついで、このシリカ粉を空気中において500℃に加熱
して有機物を酸化除去したのち、真空中で1,500℃
に加熱してこのシリカを閉孔化し、ガラス化したが、こ
の場合は発泡して満足なガラス塊を得ることができなか
った。
比較例2 反応容器にメタノール150モル、純水12Oモル、ア
ンモニア 50モルを入れて0℃に保ち、こNにメチル
シリケート 10モルを120分で滴下して加水分解反
応させ1反応重量後生成したシリカを自然沈降させてか
ら沈殿物を取り出し、真空中で150℃に加熱して乾燥
したところ、平均粒径が3,200nmであるシリカ粉
が得られた。
ついで、このシリカ粉を空気中において500℃に加熱
して有機物を酸化除去したところ、このものは塊になら
ず粒径が3,2QQnmのシリカ粉のまシであったが、
このシリカ粉を真空中において1,500℃に加熱して
シリカの閉孔化、ガラス化を行なったところ、これは不
透明で泡を含んだ合成石英ガラス塊となった。
つぎにこの合成石英塊をコニカルボールミルで粉砕し、
50〜200メツシユに篩別し、真空中において1,8
00℃に加熱して溶融したところ透明ガラス体が得られ
たが、これは大きな泡を含有するものであり、このもの
はOH基含有量のないものではあったが泡の大きさが1
1φ以上のものであるために実用性に問題のあるもので
あった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. メチルシリケートをメタノール溶媒中でアンモニアを触
    媒として加水分解させて粒径が200〜3,000nm
    のシリカを調製し、濃縮、乾燥後、加熱酸化し、閉孔、
    ガラス化し、粉砕して粒度を整えたのち、1,700℃
    以上で溶融することを特徴とする合成石英ガラスの製造
    方法。
JP22933388A 1988-09-13 1988-09-13 合成石英ガラスの製造方法 Pending JPH0280329A (ja)

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DE8989402471T DE68905735T2 (de) 1988-09-13 1989-09-11 Synthetisches geschmolzenes quarzglas und verfahren zu dessen herstellung.
EP89402471A EP0360659B1 (en) 1988-09-13 1989-09-11 Synthetic fused silica glass and method for the preparation thereof

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