JPH03183626A - 合成石英ガラスルツボ用原料の製造方法 - Google Patents

合成石英ガラスルツボ用原料の製造方法

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JPH03183626A
JPH03183626A JP32225289A JP32225289A JPH03183626A JP H03183626 A JPH03183626 A JP H03183626A JP 32225289 A JP32225289 A JP 32225289A JP 32225289 A JP32225289 A JP 32225289A JP H03183626 A JPH03183626 A JP H03183626A
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quartz glass
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synthetic quartz
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flotation
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Masatoshi Takita
滝田 政俊
Takaaki Shimizu
孝明 清水
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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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ルツボ用原料の製造方法、特に
はゾル−ゲル法で作られた石英ガラスインゴット粉砕品
を精製してO)1基含有量が低く、高温粘性が高いこと
からシリコーン単結晶引上げ用ルツボ材として有用とさ
れる合成石英ガラス原料を製造する方法に関するもので
ある。
(従来の技術) 半遵体物質、特にシリコーン単結晶の引上げ用ルツボは
高温での耐熱性にすぐれていることが必要とされること
から天然の石英ガラス製のものが汎用されているが、こ
の天然の石英ガラスには不純物が多く含まれていること
から、このものは粉砕、篩別後に精製して使用されてお
り、この精製は通常磁力選鉱か浮遊選鉱で行なわれてい
る。
しかし最近における半導体メモリの高集積化のためにこ
の歩留りの低下が問題となり、この高純度化が要望され
てきる。
(発明が解決しようとする課題) そのため、このルツボ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0)1基が
1.(100ppm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、高温粘
性の高いものが得られ難いという不利があり、これには
またアルコキシシランの分解で発生した炭素分が混入さ
れるためにこれから作られるルツボには泡や黒点不純物
が数多く発生するという欠点がある。
(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ルツ
ボ用原料の製造方法に関するものであり、これはゾル−
ゲル法により製造した石英ガラスインゴットを機械的に
粉砕し、篩別してから、a)磁力選鉱工程、b)浮遊選
鉱工程、C)熱処理工程、d)酸処理工程のいずれか、
またはこれらの2工程あるいは2工程以上を組合せて処
理し精製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!l−結晶の引上げ用
ルツボ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すると粒径
が200〜3,000 r+mのシリカが得られること
、このシリカを固液分離後、濃縮し、乾燥してから加熱
酸化するとOH基の少ない石英ガラスインゴットの得ら
れること、このインゴットを粉砕したのち、磁力選鉱な
どで精製し、ついで高温に加熱して透明ガラス化すると
黒点不純物がなく、高温粘性も高いことがらルツボ用原
料として有用とされる石英ガラスの得られることを見出
して本発明を完成させた。
[作用] 以下にこれをさらに詳述する。
本発明はゾル−ゲル法で製造したシリカを加熱酸化して
石英ガラスインゴットとし、粉砕後に精製するものであ
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500nm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こに使用
するメタノール、アンモニア、メチルシリケートの重量
比、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20On111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こに得られる
シリカは平均粒径が200〜3.000nmのものとす
ることがよい。
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3,00Or+m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
ッドセルなと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するのであるが、この粉砕は粉
砕時の摩耗によって目的とする石英ガラス粉中に混入さ
れるものが鉄であると爾後における磁力選鉱法で除去し
易いということから、鉄系の媒体を用いて行なうことが
よく、したがってこれは例えばライニングボールが鉄系
のものであるボールミルや、歯が鉄系のもので作られて
いるインペラーブレーカ−やディスクミルを用いて行な
うことがよいし、篩別網も鉄系のものとすることがよい
このように粉砕された石英ガラスインゴットはついで精
製されるが、この精製はa)磁力選鉱工程、b)浮遊選
鉱工程、C)熱処理工程、d)酸処理工程のいずれか、
またはこれらの組合せによって行えばよく、これによれ
ば泡や黒点不純物が除去されるので外観上もすぐれた超
高純度の石英ガラスインゴット粉を得ることができる。
この精製は上記したa)〜d)の工程のいずれか1つで
行えばよいが、工業的に充分精製された石英ガラスイン
ゴットを得るためにはこれらをすべて組合せたものとす
ることがよく、したがってこれについては例えば上記で
得た石英ガラスインゴットをまず磁力選鉱機に通して大
粒の鉄分を除去したのち、インゴット粉に付着している
微粉状の鉄分を除去するためにこれを濃度が15〜25
重量%の塩酸水溶液で酸処理し、ついで酸性のまま浮遊
選鉱槽に移してパイン油を入れ、泡沫浮遊選鉱を行なっ
てルツボ成形時の泡の発生原因となるゴムと他の有機物
を除去したのちに脱水し、800〜1,000℃の温度
で仮焼してパイン油を分解、酸化除去してから、濃度が
2〜5重量%のフッ酸水溶液で洗浄して粒子表面の汚れ
を除去すると共にその純度を上げ、乾燥してから、最後
に再度磁力選鉱機を通すという方法で行なえばよい。
この精製工程を経た石英粉は真空中あるいは不活性ガス
存在下で1,700℃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、ここに得られた合成石
英ガラス粉はOH基含有量が例えば1 ppI11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”ボ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ルツボ材と
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、ここにメチル
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
沈降物を取り出し、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5oo℃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、ガラス化したところ
、粒径が1〜5mmである透明な合成石英ガラスインゴ
ット30kgを収率98%で得ることができたので、こ
のインゴットをハンマーで砕き、粉砕歯が5S−41で
作られているディスクよルで粉砕してから、円型振動篩
で粒度を5ON150メツシユに揃えたところ、合成石
英ガラス粉25kgが得られた。
ついでこの合成石英ガラス粉を磁力選鉱機・CG−50
型(ダルトン社製商品名)に通して脱鉄したのち、濃度
20重量%の塩酸水溶液中に入れ、1時間ローラーで攪
拌して酸処理を行ない、浮遊選鉱槽に入れ、パイン油5
0c、c、を添加しエアでバブリングさせながらオーバ
ーフローさせ、脱水してから酸素雰囲気中において1,
000℃に1時間保持し、冷却後濃度3重量%のフッ酸
水溶液中で30分間攪拌し、脱水後600℃で乾燥し、
再度前記した磁力選鉱機に通したところ、精製された合
成石英ガラス粉20kgが得られた。
つぎにこの合成石英ガラス粉について化学分かを行なっ
てその不純物を測定したところ、これ1iAu35pp
b、 Fe 52ppb、 Na18 ppb、 82
0 ppb、C55ppbという純度の高いもので、こ
のもののOHJは< 1 ppmで、これをアーク溶融
して成形した)Lツボは泡、黒色不純物のない良好なも
のであり、このものをファイバーエロンゲーション法で
測方した1、40[) tにおける粘性は7.5 Xl
010ボイズてあった。
(発明の効果) 本発明は合成石英ガラスルツボ用原料の製造方7去に関
するもので、これは前記したようにメチルシリケートか
らソ゛ルーゲル 加熱酸化して石英ガラスインゴットとし、ついでこれを
$1械的に粉砕し、篩別してから、a)673力選鉱工
程、b)浮遊選鉱工程、C)熱処理工程、 d)酸処理
工程のいずれか、またはこれらの組合せで精製するもの
であるが、これによればOH基が少なく、高温粘性が高
く、ざらには黒点不純物も含有されていない合成石英ガ
ラス粉末が容易に得られるし、この合成石英ガラス粉末
は」二足したような物性をもっているのでこれを溶融し
てルツボを成形すれば得られたルツボは外観的にも、物
性上からもすぐれたものになるという有利性が与えられ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ゾル−ゲル法により製造した石英ガラスインゴット
    を機械的に粉砕し、篩別してから、a)磁力選鉱工程、
    b)浮遊選鉱工程、c)熱処理工程、d)酸処理工程の
    いずれか、またはこれらの2工程あるいは2工程以上を
    組合わせて処理して精製することを特徴とする合成石英
    ガラスルツボ用原料の製造方法。 2、精製工程がa)磁力選鉱工程、d)酸処理工程、b
    )浮遊選鉱工程、c)熱処理工程、d)酸処理工程、a
    )磁力選鉱工程の順に行なわれる請求項1に記載の合成
    石英ガラスルツボ用原料の製造方法。
JP32225289A 1989-12-12 1989-12-12 合成石英ガラスルツボ用原料の製造方法 Granted JPH03183626A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0803469A4 (ja) * 1995-01-12 1997-11-19
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JP2017061413A (ja) * 2016-12-28 2017-03-30 株式会社Sumco シリコン単結晶引き上げ用のシリカガラスルツボの製造方法、シリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶

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