JP2001089168A - 高純度合成石英ガラス粉の製造方法 - Google Patents
高純度合成石英ガラス粉の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】炭素成分による汚染や、粉砕・精製に基づく汚
染がなく、生成したヒュームドシリカを十分に利用で
き、低コストで高純度石英ガラス粉を製造すること。 【解決手段】半導体工業で有用な石英ガラスの製造原料
である高純度合成石英ガラス粉の製造方法において、
（ｉ）珪素化合物を火炎加水分解して得たヒュームドシ
リカを純水中に固形分濃度５０〜８０重量％の範囲とな
るように分散し、ｐＨ値を１〜４に調整したのち、攪拌
しながら加温した清浄なガスを供給し、水分含有量が２
０重量％以下となるまで乾燥し、分級してシリカ顆粒を
生成する工程、（ｉｉ）前記シリカ顆粒を酸素を含む雰
囲気中で１５０〜３００℃に加熱する第一の熱処理、６
００〜１１００℃に加熱する第二の熱処理及び塩化水素
を含む雰囲気中で１１００〜１３００℃に加熱する第三
の熱処理を施す工程、（ｉｉｉ）真空中、水素又はヘリ
ウム雰囲気中で１５００℃以下の温度で焼成し緻密化す
る工程、の各工程からなることを特徴とする高純度合成
石英ガラス粉の製造方法。
染がなく、生成したヒュームドシリカを十分に利用で
き、低コストで高純度石英ガラス粉を製造すること。 【解決手段】半導体工業で有用な石英ガラスの製造原料
である高純度合成石英ガラス粉の製造方法において、
（ｉ）珪素化合物を火炎加水分解して得たヒュームドシ
リカを純水中に固形分濃度５０〜８０重量％の範囲とな
るように分散し、ｐＨ値を１〜４に調整したのち、攪拌
しながら加温した清浄なガスを供給し、水分含有量が２
０重量％以下となるまで乾燥し、分級してシリカ顆粒を
生成する工程、（ｉｉ）前記シリカ顆粒を酸素を含む雰
囲気中で１５０〜３００℃に加熱する第一の熱処理、６
００〜１１００℃に加熱する第二の熱処理及び塩化水素
を含む雰囲気中で１１００〜１３００℃に加熱する第三
の熱処理を施す工程、（ｉｉｉ）真空中、水素又はヘリ
ウム雰囲気中で１５００℃以下の温度で焼成し緻密化す
る工程、の各工程からなることを特徴とする高純度合成
石英ガラス粉の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高純度合成石英ガラス
粉の製造方法に関し、さらに詳しくは半導体工業分野で
使用する石英ガラスの原料として有用な、高純度の合成
石英ガラス粉を低コストで製造する方法に関するもので
ある。
粉の製造方法に関し、さらに詳しくは半導体工業分野で
使用する石英ガラスの原料として有用な、高純度の合成
石英ガラス粉を低コストで製造する方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体産業における熱処理用治具
やシリコン単結晶引上用ルツボとして天然に産出する水
晶、ケイ砂等を精製した原料粉末を加熱溶融して得た石
英ガラスが専ら使用されてきた。ところが、近年、半導
体の高集積化に伴いこの石英ガラスに要求される純度や
品質がますます高まり、前記天然に産出する水晶やケイ
砂を原料とする石英ガラスでは純度や品質の向上がほぼ
限界に達している。そこで、高純度の液体原料又は気体
原料を出発物質とする合成石英ガラスが注目を集め採用
されつつあるが、この合成石英ガラスの製造方法として
は、シリコンアルコキシド等を加水分解して得たゲル体
を焼成して透明な石英ガラスを製造し、それを粉砕、精
製するゾルゲル法やシラン系ガスを火炎加水分解して得
たシリカ微粒子を堆積して多孔質体とし、それを焼成し
ガラス化し、粉砕、精製するスート法等が挙げられる。
しかし、前記製造方法では、何れも一旦石英ガラス塊と
したのち、以前から天然石英粉の製造に使用されていた
技術により粉砕、精製するため、技術的なリスクは少な
いもののある程度大量に製造しなければコスト的に見合
わず、多品種少量生産が要求される今日においてコスト
高となる欠点があった。その上、前記製造方法において
は粉砕、精製する際に微量な不純物が混入し石英ガラス
を汚染する問題もあった。前記汚染の問題を解決する方
法として、ゾルゲル法において、（１）加水分解で得ら
れたゲル体を乾燥し焼成前に粉砕して顆粒とし、それを
焼成して透明な石英ガラス粉を得たのち透明ガラス化す
る方法、（ｉｉ）所定のゾル液を調製して加熱雰囲気中
にスプレーにて噴霧して直接乾燥して顆粒を得たのち、
焼成して透明な石英ガラス粉を生成し、それを透明ガラ
ス化する方法などが提案されている。しかし、これらの
方法においては原料であるシリコンアルコキシドに由来
する炭素成分の混入が避け難く、その濃度が数％にもな
り、黒色異物となったり、或は気泡を発生する原因とな
ったりし、ゲルを焼成して透明ガラス化する前にそれを
除去する必要がある。しかしながら、炭素成分の除去に
は長時間を要し製品コストを高いものにしていた。さら
に、ゾルゲル法では溶媒や水分を大量に含むため、これ
らを蒸発させて得たゲルは極めて多孔質となり直径０．
１〜２０μｍ程度の気孔を多数有し、それらが焼成時の
緻密化過程でガラス粒子内に閉じ込められ、半導体の高
温減圧下での処理時に膨張し大きな気泡となるなどの欠
点もあった。
やシリコン単結晶引上用ルツボとして天然に産出する水
晶、ケイ砂等を精製した原料粉末を加熱溶融して得た石
英ガラスが専ら使用されてきた。ところが、近年、半導
体の高集積化に伴いこの石英ガラスに要求される純度や
品質がますます高まり、前記天然に産出する水晶やケイ
砂を原料とする石英ガラスでは純度や品質の向上がほぼ
限界に達している。そこで、高純度の液体原料又は気体
原料を出発物質とする合成石英ガラスが注目を集め採用
されつつあるが、この合成石英ガラスの製造方法として
は、シリコンアルコキシド等を加水分解して得たゲル体
を焼成して透明な石英ガラスを製造し、それを粉砕、精
製するゾルゲル法やシラン系ガスを火炎加水分解して得
たシリカ微粒子を堆積して多孔質体とし、それを焼成し
ガラス化し、粉砕、精製するスート法等が挙げられる。
しかし、前記製造方法では、何れも一旦石英ガラス塊と
したのち、以前から天然石英粉の製造に使用されていた
技術により粉砕、精製するため、技術的なリスクは少な
いもののある程度大量に製造しなければコスト的に見合
わず、多品種少量生産が要求される今日においてコスト
高となる欠点があった。その上、前記製造方法において
は粉砕、精製する際に微量な不純物が混入し石英ガラス
を汚染する問題もあった。前記汚染の問題を解決する方
法として、ゾルゲル法において、（１）加水分解で得ら
れたゲル体を乾燥し焼成前に粉砕して顆粒とし、それを
焼成して透明な石英ガラス粉を得たのち透明ガラス化す
る方法、（ｉｉ）所定のゾル液を調製して加熱雰囲気中
にスプレーにて噴霧して直接乾燥して顆粒を得たのち、
焼成して透明な石英ガラス粉を生成し、それを透明ガラ
ス化する方法などが提案されている。しかし、これらの
方法においては原料であるシリコンアルコキシドに由来
する炭素成分の混入が避け難く、その濃度が数％にもな
り、黒色異物となったり、或は気泡を発生する原因とな
ったりし、ゲルを焼成して透明ガラス化する前にそれを
除去する必要がある。しかしながら、炭素成分の除去に
は長時間を要し製品コストを高いものにしていた。さら
に、ゾルゲル法では溶媒や水分を大量に含むため、これ
らを蒸発させて得たゲルは極めて多孔質となり直径０．
１〜２０μｍ程度の気孔を多数有し、それらが焼成時の
緻密化過程でガラス粒子内に閉じ込められ、半導体の高
温減圧下での処理時に膨張し大きな気泡となるなどの欠
点もあった。
【０００３】一方、スート法にあっては、炭素フリーの
原料を用いることでゾルゲル法のような炭素不純物によ
る問題はないが、シラン系ガスを火炎加水分解して得た
シリカ微粒子を大量に排気するため生産効率が低く製品
のコストを高くする上に、バルク体を経由することか
ら、粉砕、分級が必要で有り、その際の不純物の混入が
避け難い欠点を有していた。前記排気シリカ微粉の利用
を図るものとして特開平７−１７７０６号公報に記載の
方法があるが、この方法では一旦シリカケーキを作りそ
れを粉砕、分級することから粉砕時の不純物の混入が起
こり、未だ満足できる方法ではなかった。
原料を用いることでゾルゲル法のような炭素不純物によ
る問題はないが、シラン系ガスを火炎加水分解して得た
シリカ微粒子を大量に排気するため生産効率が低く製品
のコストを高くする上に、バルク体を経由することか
ら、粉砕、分級が必要で有り、その際の不純物の混入が
避け難い欠点を有していた。前記排気シリカ微粉の利用
を図るものとして特開平７−１７７０６号公報に記載の
方法があるが、この方法では一旦シリカケーキを作りそ
れを粉砕、分級することから粉砕時の不純物の混入が起
こり、未だ満足できる方法ではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】こうした現状に鑑み、
本発明者等は鋭意研究を続けた結果、珪素化合物を火炎
加水分解して生成したヒュームドシリカを純水に分散
し、それを特定の条件で乾燥、熱処理することで、粉
砕、精製工程を経ることなく半導体工業において利用で
きる高純度の石英ガラス粉を低コストで製造できること
を見出して、本発明を完成したものである。すなわち、
本発明者等は鋭意研究を続けた結果、珪素化合物を火炎
加水分解して生成したヒュームドシリカを純水に分散
し、それを特定の条件で乾燥、熱処理することで、粉
砕、精製工程を経ることなく半導体工業において利用で
きる高純度の石英ガラス粉を低コストで製造できること
を見出して、本発明を完成したものである。すなわち、
【０００５】本発明は、炭素成分による汚染や、粉砕・
精製に基づく汚染がない高純度の石英ガラス粉の製造方
法を提供することを目的とする。
精製に基づく汚染がない高純度の石英ガラス粉の製造方
法を提供することを目的とする。
【０００６】また、本発明は、珪素化合物を火炎加水分
解して生成したヒュームドシリカを十分に利用でき、高
純度の石英ガラス粉を低コストで製造する方法を提供す
ることを目的とする。
解して生成したヒュームドシリカを十分に利用でき、高
純度の石英ガラス粉を低コストで製造する方法を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、半導体工業で有用な石英ガラスの製造原料である
高純度合成石英ガラス粉の製造方法において、（ｉ）珪
素化合物を火炎加水分解して得たヒュームドシリカを純
水中に固形分濃度５０〜８０重量％の範囲となるように
分散し、ｐＨ値を１〜４に調整したのち、攪拌しながら
加温した清浄なガスを供給し、水分含有量が２０重量％
以下となるまで乾燥し、分級してシリカ顆粒を生成する
工程、（ｉｉ）前記シリカ顆粒を酸素を含む雰囲気中で
１５０〜３００℃に加熱する第一の熱処理、６００〜１
１００℃に加熱する第二の熱処理及び塩化水素を含む雰
囲気中で１１００〜１３００℃に加熱する第三の熱処理
を施す工程、（ｉｉｉ）真空中、水素又はヘリウム雰囲
気中で１５００℃以下の温度で焼成し緻密化する工程、
の各工程からなることを特徴とする高純度合成石英ガラ
ス粉の製造方法に係る。
明は、半導体工業で有用な石英ガラスの製造原料である
高純度合成石英ガラス粉の製造方法において、（ｉ）珪
素化合物を火炎加水分解して得たヒュームドシリカを純
水中に固形分濃度５０〜８０重量％の範囲となるように
分散し、ｐＨ値を１〜４に調整したのち、攪拌しながら
加温した清浄なガスを供給し、水分含有量が２０重量％
以下となるまで乾燥し、分級してシリカ顆粒を生成する
工程、（ｉｉ）前記シリカ顆粒を酸素を含む雰囲気中で
１５０〜３００℃に加熱する第一の熱処理、６００〜１
１００℃に加熱する第二の熱処理及び塩化水素を含む雰
囲気中で１１００〜１３００℃に加熱する第三の熱処理
を施す工程、（ｉｉｉ）真空中、水素又はヘリウム雰囲
気中で１５００℃以下の温度で焼成し緻密化する工程、
の各工程からなることを特徴とする高純度合成石英ガラ
ス粉の製造方法に係る。
【０００８】このように本発明の製造方法では、珪素化
合物を酸水素火炎中で火炎加水分解して得たヒュームド
シリカを純水中に固形分濃度５０〜８０重量％、好まし
くは６０〜７０重量％の範囲で分散しスラリーとし、そ
れに鉱酸を添加してｐＨ値を１〜４、好ましくは２〜３
に調整したのち、該スラリーを攪拌しながら８０〜１５
０℃に加温された清浄なガスを供給し乾燥し、水分含有
量を２０重量％以下とし、粒径１８０〜５００μｍの範
囲のシリカ顆粒に分級する工程、酸素を含む雰囲気中で
１５０〜３００℃の第一の熱処理、６００〜１１００℃
の第二の熱処理、及び塩化水素を含む雰囲気中で１１０
０〜１３００℃の第三の熱処理を前記シリカ顆粒に施す
工程及び真空中、水素又はヘリウム雰囲気中で１５００
℃以下の温度で焼成し緻密化する工程、の各工程からな
る。前記珪素化合物は、分子内に炭素原子を有しない珪
素化合物、例えば四塩化珪素、六塩化二珪素、四臭化珪
素、ヘキサジクロロシロキサン、トリクロロシラン、ト
リブロモシラン、トリシランなどが用いられる。この珪
素化合物を火炎加水分解してヒュームドシリカを生成す
るが、該ヒュームドシリカの粒径はスラリーが十分な粘
りがでるように平均粒径が４μｍ以下、好ましくは１μ
ｍ以下とするのがよい。このように粒径が小さいヒュー
ムドシリカが利用できるところから、従来排気されてい
たシリカ微粉も原料として使用できる。前記スラリーに
添加する鉱酸としては揮発性の酸であればよく、特に限
定されないが、例えば塩酸、硝酸などが挙げられる。こ
の鉱酸を添加してスラリーのｐＨ値を１〜４、好ましく
は２〜３に調整するが、特に塩化物を原料として使用す
る場合には、加水分解の副産物である塩化水素が若干量
スラリーに溶け込むことがあるので塩酸が好ましい。
合物を酸水素火炎中で火炎加水分解して得たヒュームド
シリカを純水中に固形分濃度５０〜８０重量％、好まし
くは６０〜７０重量％の範囲で分散しスラリーとし、そ
れに鉱酸を添加してｐＨ値を１〜４、好ましくは２〜３
に調整したのち、該スラリーを攪拌しながら８０〜１５
０℃に加温された清浄なガスを供給し乾燥し、水分含有
量を２０重量％以下とし、粒径１８０〜５００μｍの範
囲のシリカ顆粒に分級する工程、酸素を含む雰囲気中で
１５０〜３００℃の第一の熱処理、６００〜１１００℃
の第二の熱処理、及び塩化水素を含む雰囲気中で１１０
０〜１３００℃の第三の熱処理を前記シリカ顆粒に施す
工程及び真空中、水素又はヘリウム雰囲気中で１５００
℃以下の温度で焼成し緻密化する工程、の各工程からな
る。前記珪素化合物は、分子内に炭素原子を有しない珪
素化合物、例えば四塩化珪素、六塩化二珪素、四臭化珪
素、ヘキサジクロロシロキサン、トリクロロシラン、ト
リブロモシラン、トリシランなどが用いられる。この珪
素化合物を火炎加水分解してヒュームドシリカを生成す
るが、該ヒュームドシリカの粒径はスラリーが十分な粘
りがでるように平均粒径が４μｍ以下、好ましくは１μ
ｍ以下とするのがよい。このように粒径が小さいヒュー
ムドシリカが利用できるところから、従来排気されてい
たシリカ微粉も原料として使用できる。前記スラリーに
添加する鉱酸としては揮発性の酸であればよく、特に限
定されないが、例えば塩酸、硝酸などが挙げられる。こ
の鉱酸を添加してスラリーのｐＨ値を１〜４、好ましく
は２〜３に調整するが、特に塩化物を原料として使用す
る場合には、加水分解の副産物である塩化水素が若干量
スラリーに溶け込むことがあるので塩酸が好ましい。
【０００９】上記スラリーの乾燥に使用する加温した清
浄なガスとしては、例えばヘパフィルターで処理された
クリーンエアー等が好ましく使用でき、その加温の温度
範囲は８０〜１５０℃がよい。この加温ガスを攪拌して
いるスラリー表面に供給し、乾燥を図ることによりスラ
リーは徐々に糊状になり攪拌による剪断力と回転とで球
状の顆粒となる。顆粒の大きさは、攪拌速度、加熱ガス
の流量、流速及び湿度により変化するが、水分含有量が
２０重量％以下となったところで分級し、粒径１８０〜
５００μｍの範囲のシリカ顆粒を得る。前記乾燥におい
て水分の蒸発速度は初期スラリー１ｋｇ当たり５０ｇ／
時以下とするのがよく、蒸発速度が前記範囲を超えると
顆粒内部の水分が沸騰し顆粒が割れることがある。この
ようにして得られたシリカ顆粒は、生成と同時に脱水も
進行するので水分が細かい状態で脱水され、ゾルゲル法
のような水分凝集した状態での脱水がなく気孔径はゾル
ゲル法の約２０分の１以下となる。
浄なガスとしては、例えばヘパフィルターで処理された
クリーンエアー等が好ましく使用でき、その加温の温度
範囲は８０〜１５０℃がよい。この加温ガスを攪拌して
いるスラリー表面に供給し、乾燥を図ることによりスラ
リーは徐々に糊状になり攪拌による剪断力と回転とで球
状の顆粒となる。顆粒の大きさは、攪拌速度、加熱ガス
の流量、流速及び湿度により変化するが、水分含有量が
２０重量％以下となったところで分級し、粒径１８０〜
５００μｍの範囲のシリカ顆粒を得る。前記乾燥におい
て水分の蒸発速度は初期スラリー１ｋｇ当たり５０ｇ／
時以下とするのがよく、蒸発速度が前記範囲を超えると
顆粒内部の水分が沸騰し顆粒が割れることがある。この
ようにして得られたシリカ顆粒は、生成と同時に脱水も
進行するので水分が細かい状態で脱水され、ゾルゲル法
のような水分凝集した状態での脱水がなく気孔径はゾル
ゲル法の約２０分の１以下となる。
【００１０】上記シリカ顆粒は、次いで酸素を含む雰囲
気中で１５０〜３００℃に加熱され、顆粒表面に水分の
作用で付着する微粉を系外に排出するとともに、顆粒中
に残っている水分を完全に除去する。前記温度が３００
℃を超えるとシリカ顆粒にひび割れが発生し好ましくな
い。さらに、６００〜１１００℃の熱処理を行い、シリ
カ顆粒中に混入している有機物や可燃物を酸化除去す
る。温度が１１００℃を超えると気孔の部分的な閉鎖が
起こり好ましくなく、また６００℃未満では有機物や可
燃物の十分な除去が困難である。そして、最後に、塩化
水素を含む雰囲気中で１１００〜１３００℃の熱処理を
行い含有する微量な金属不純物を塩化物として取り除
く。金属不純物除去工程では反応速度を速めるため、１
２００℃程度の高温とするのがよい。この温度では気孔
の閉鎖が始まるが、不純物が完全に除去されているので
特に問題となることがない。
気中で１５０〜３００℃に加熱され、顆粒表面に水分の
作用で付着する微粉を系外に排出するとともに、顆粒中
に残っている水分を完全に除去する。前記温度が３００
℃を超えるとシリカ顆粒にひび割れが発生し好ましくな
い。さらに、６００〜１１００℃の熱処理を行い、シリ
カ顆粒中に混入している有機物や可燃物を酸化除去す
る。温度が１１００℃を超えると気孔の部分的な閉鎖が
起こり好ましくなく、また６００℃未満では有機物や可
燃物の十分な除去が困難である。そして、最後に、塩化
水素を含む雰囲気中で１１００〜１３００℃の熱処理を
行い含有する微量な金属不純物を塩化物として取り除
く。金属不純物除去工程では反応速度を速めるため、１
２００℃程度の高温とするのがよい。この温度では気孔
の閉鎖が始まるが、不純物が完全に除去されているので
特に問題となることがない。
【００１１】熱処理を施された多孔質シリカ顆粒は電気
炉内で真空中、水素又はヘリウム雰囲気中で１３００〜
１５００℃で焼成され、緻密化され石英ガラス粉とな
る。使用する電気炉としては高純度の石英ガラスやセラ
ミックスからなる炉がよく、この炉内にシリカ顆粒を入
れ、均一な昇温で加熱し、所定の時間保持して熱処理、
緻密化処理が行なわれる。緻密化処理において温度が１
５００℃を超えると、シリカ顆粒同士の焼結が起こり、
粉砕をする必要が生じて好ましくない。
炉内で真空中、水素又はヘリウム雰囲気中で１３００〜
１５００℃で焼成され、緻密化され石英ガラス粉とな
る。使用する電気炉としては高純度の石英ガラスやセラ
ミックスからなる炉がよく、この炉内にシリカ顆粒を入
れ、均一な昇温で加熱し、所定の時間保持して熱処理、
緻密化処理が行なわれる。緻密化処理において温度が１
５００℃を超えると、シリカ顆粒同士の焼結が起こり、
粉砕をする必要が生じて好ましくない。
【００１２】上記製造方法において使用する剪断用治具
や容器の内表面は石英ガラス製又はポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリウレタン樹脂等による樹脂被覆がよ
く、塩化ビニル樹脂やフッ素樹脂などハロゲンを含有す
る樹脂による被覆では焼結時に残渣が生じ、それが汚染
源となり好ましくない。
や容器の内表面は石英ガラス製又はポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリウレタン樹脂等による樹脂被覆がよ
く、塩化ビニル樹脂やフッ素樹脂などハロゲンを含有す
る樹脂による被覆では焼結時に残渣が生じ、それが汚染
源となり好ましくない。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について述べ
るがこれによって本発明はなんら限定されるものではな
い。
るがこれによって本発明はなんら限定されるものではな
い。
【００１４】実施例 石英ガラスで製作した反応チャンバー内で石英ガラスバ
ーナーを用いて酸水素火炎を燃焼させ、その中に高純度
の四塩化珪素を供給しヒュームドシリカを発生させた。
排気口より排気されたガス中のヒュームドシリカをバグ
フィルターにて回収し１４０ｋｇのヒュームドシリカを
得た。
ーナーを用いて酸水素火炎を燃焼させ、その中に高純度
の四塩化珪素を供給しヒュームドシリカを発生させた。
排気口より排気されたガス中のヒュームドシリカをバグ
フィルターにて回収し１４０ｋｇのヒュームドシリカを
得た。
【００１５】内側及び攪拌羽をポリウレタン樹脂で被覆
した攪拌機を用意し、純水７５リットルを入れ攪拌羽を
回転させながらヒュームドシリカを徐々に投入して６５
重量％のスラリーを作成した。このスラリーに半導体グ
レードの塩酸２００ｃｍ3を添加し約３０分間攪拌を続
けて安定させた。同様に内部をポリウレタンで被覆した
直径約１ｍの容器を用意し、石英ガラス製の攪拌治具及
びスクレイパーを設置して、内部にスラリーを投入して
攪拌治具及び攪拌容器を回転させた。攪拌されているス
ラリーの表面に１５０℃に加温した乾燥クリーンエアー
を５ｍ3／分の流量で供給しながら、３０時間攪拌乾燥
を続けた。スラリーは８時間で糊状となり、１６時間後
には水分は１８重量％となった。分級して粒径１８０〜
５００μｍの顆粒７０ｋｇを採取した。得られた顆粒の
不純物濃度を調べたところ表１のとおりであった。な
お、単位はｐｐｍである。
した攪拌機を用意し、純水７５リットルを入れ攪拌羽を
回転させながらヒュームドシリカを徐々に投入して６５
重量％のスラリーを作成した。このスラリーに半導体グ
レードの塩酸２００ｃｍ3を添加し約３０分間攪拌を続
けて安定させた。同様に内部をポリウレタンで被覆した
直径約１ｍの容器を用意し、石英ガラス製の攪拌治具及
びスクレイパーを設置して、内部にスラリーを投入して
攪拌治具及び攪拌容器を回転させた。攪拌されているス
ラリーの表面に１５０℃に加温した乾燥クリーンエアー
を５ｍ3／分の流量で供給しながら、３０時間攪拌乾燥
を続けた。スラリーは８時間で糊状となり、１６時間後
には水分は１８重量％となった。分級して粒径１８０〜
５００μｍの顆粒７０ｋｇを採取した。得られた顆粒の
不純物濃度を調べたところ表１のとおりであった。な
お、単位はｐｐｍである。
【００１６】
【表１】
【００１７】次に、上記シリカ顆粒をロータリーキルン
に流し、２００℃で酸素フロー１５０ｃｍ3／分の雰囲
気下で酸化処理を行った。この時の処理速度は１２ｋｇ
／時で炉内の通過時間は約３０分であった。同様な条件
で温度を８００℃にして第二の熱処理を実施したのち、
１２００℃に昇温して塩化水素フロー１５０ｃｍ3／分
の雰囲気下で第三の熱処理を実施した。処理速度は１０
ｋｇ／時で炉内の通過時間は約４０分であった。得られ
たシリカ顆粒の不純物濃度は表２のとおりであった。な
お、単位はｐｐｂである。
に流し、２００℃で酸素フロー１５０ｃｍ3／分の雰囲
気下で酸化処理を行った。この時の処理速度は１２ｋｇ
／時で炉内の通過時間は約３０分であった。同様な条件
で温度を８００℃にして第二の熱処理を実施したのち、
１２００℃に昇温して塩化水素フロー１５０ｃｍ3／分
の雰囲気下で第三の熱処理を実施した。処理速度は１０
ｋｇ／時で炉内の通過時間は約４０分であった。得られ
たシリカ顆粒の不純物濃度は表２のとおりであった。な
お、単位はｐｐｂである。
【００１８】
【表２】
【００１９】第三の熱処理の終了した顆粒を石英ガラス
製の容器に１０ｋｇ入れ、カーボン抵抗式ヒーターの真
空炉に挿入し一旦真空にしたのち、ヘリウムガスを導入
してヘリウム雰囲気とした。１２００℃までは２０℃／
分で昇温し、その後１３８０℃まで１℃／分でゆっくり
加熱し、１３８０℃で６時間保持したのち自然冷却し
た。炉から取り出された石英ガラス粉は粉同士の融着が
ほとんどなく、手でつぶすことで完全な粉状に戻った。
この透明石英ガラス粉には気孔が検出されず真比重は
２．１８であった。また、不純物の濃度は表３に示すと
おりであった。なお、単位はｐｐｂである。
製の容器に１０ｋｇ入れ、カーボン抵抗式ヒーターの真
空炉に挿入し一旦真空にしたのち、ヘリウムガスを導入
してヘリウム雰囲気とした。１２００℃までは２０℃／
分で昇温し、その後１３８０℃まで１℃／分でゆっくり
加熱し、１３８０℃で６時間保持したのち自然冷却し
た。炉から取り出された石英ガラス粉は粉同士の融着が
ほとんどなく、手でつぶすことで完全な粉状に戻った。
この透明石英ガラス粉には気孔が検出されず真比重は
２．１８であった。また、不純物の濃度は表３に示すと
おりであった。なお、単位はｐｐｂである。
【００２０】
【表３】
【００２１】上記合成石英ガラス粉を真空溶融して石英
ガラス棒及びブロック材を製造した。得られた石英ガラ
ス棒及びブロック材には泡、異物等が存在せず、さらに
１６００℃で真空加熱しても気泡の膨張がみられなかっ
た。
ガラス棒及びブロック材を製造した。得られた石英ガラ
ス棒及びブロック材には泡、異物等が存在せず、さらに
１６００℃で真空加熱しても気泡の膨張がみられなかっ
た。
【００２２】
【発明の効果】本発明の製造方法は、炭素成分を含まな
い珪素化合物を加水分解して得たヒュームドシリカを効
率的に利用できる上に、従来のゾルゲル法やスート法の
ように粉砕や精製する工程がなく、該工程に基づく不純
物の混入や原料中の炭素成分による汚染が起こらない高
純度の合成石英ガラス粉を低コストで製造でき、工業的
価値の高い製造方法である。
い珪素化合物を加水分解して得たヒュームドシリカを効
率的に利用できる上に、従来のゾルゲル法やスート法の
ように粉砕や精製する工程がなく、該工程に基づく不純
物の混入や原料中の炭素成分による汚染が起こらない高
純度の合成石英ガラス粉を低コストで製造でき、工業的
価値の高い製造方法である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライナー・ケプラー ドイツ国ゼリゲンシュタット 63500、シ ュタインハイマー シュトラーセ 83 (72)発明者 フリツ−ウルリッヒ・クライス ドイツ国ゲルンハウゼン 63571、アム ガイアースベルク ５ (72)発明者 クラウス・アノルト ドイツ国ハナウ 63457、イン デン ハ イマースビーゼン ９ Ｆターム(参考） 4G014 AH15 4G072 AA34 BB05 DD04 GG03 HH14 MM36 PP03 RR11 RR12 RR17 UU21
Claims (7)
- 【請求項１】半導体工業で有用な石英ガラスの製造原料
である高純度合成石英ガラス粉の製造方法において、
（ｉ）珪素化合物を火炎加水分解して得たヒュームドシ
リカを純水中に固形分濃度５０〜８０重量％の範囲とな
るように分散し、ｐＨ値を１〜４に調整したのち、攪拌
しながら加温した清浄なガスを供給し、水分含有量が２
０重量％以下となるまで乾燥し、分級してシリカ顆粒を
生成する工程、（ｉｉ）前記シリカ顆粒を酸素を含む雰
囲気中で１５０〜３００℃に加熱する第一の熱処理、６
００〜１１００℃に加熱する第二の熱処理及び塩化水素
を含む雰囲気中で１１００〜１３００℃に加熱する第三
の熱処理を施す工程及び（ｉｉｉ）真空中、水素又はヘ
リウム雰囲気中で１５００℃以下の温度で焼成し緻密化
する工程、の各工程からなることを特徴とする高純度合
成石英ガラス粉の製造方法。 - 【請求項２】ヒュームドシリカの粒径が４μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の高純度合成石英ガラ
ス粉の製造方法。 - 【請求項３】（ｉ）工程のスラリー中の固形分濃度が６
０〜７０重量％、ｐＨ値が２〜３であることを特徴とす
る請求項１記載の高純度合成石英ガラス粉の製造方法。 - 【請求項４】（ｉ）工程で分級したシリカ顆粒の粒径が
１８０〜５００μｍの範囲にあることを特徴とする請求
項１記載の高純度合成石英ガラス粉の製造方法。 - 【請求項５】（ｉ）工程の水分蒸発速度が初期スラリー
１ｋｇ当たり５０ｇ／時以下であることを特徴とする請
求項１記載の高純度合成石英ガラス粉の製造方法。 - 【請求項６】（ｉｉｉ）工程の焼成温度が１３００〜１
５００℃であることを特徴とする請求項１記載の高純度
合成石英ガラス粉の製造方法。 - 【請求項７】請求項１記載の高純度合成石英ガラス粉の
製造方法で使用する剪断用治具及び容器の表面が石英ガ
ラス製又はハロゲンを含まない樹脂で被覆されているこ
とを特徴とする高純度合成石英ガラス粉の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP27373699A JP4548625B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 高純度合成石英ガラス粉の製造方法 |
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| JP2015516941A (ja) * | 2012-04-30 | 2015-06-18 | ヘレーウス クヴァルツグラース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ | 合成石英ガラス粒状物を製造する方法 |
| JP2015520095A (ja) * | 2012-04-05 | 2015-07-16 | ヘレーウス クヴァルツグラース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ | 電気溶融された合成石英ガラスから成形体を製造する方法 |
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| CN108698885A (zh) * | 2015-12-18 | 2018-10-23 | 贺利氏石英玻璃有限两合公司 | 石英玻璃制备中硅含量的提升 |
| JP2019502630A (ja) * | 2015-12-18 | 2019-01-31 | ヘレウス クワルツグラス ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 二酸化ケイ素造粒体からの石英ガラス体の調製 |
| JP2019502637A (ja) * | 2015-12-18 | 2019-01-31 | ヘレウス クワルツグラス ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 高熱法二酸化ケイ素造粒体からの均質な石英ガラス |
| US11053152B2 (en) | 2015-12-18 | 2021-07-06 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Spray granulation of silicon dioxide in the preparation of quartz glass |
| US11236002B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-02-01 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of an opaque quartz glass body |
| US11299417B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-04-12 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of a quartz glass body in a melting crucible of refractory metal |
| US11339076B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-05-24 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of carbon-doped silicon dioxide granulate as an intermediate in the preparation of quartz glass |
| US11492282B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-11-08 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of quartz glass bodies with dew point monitoring in the melting oven |
| US11708290B2 (en) | 2015-12-18 | 2023-07-25 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of a quartz glass body in a multi-chamber oven |
| WO2023206886A1 (zh) * | 2022-04-25 | 2023-11-02 | 江苏联瑞新材料股份有限公司 | 超低介电损耗球形二氧化硅微粉的制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN105722788B (zh) | 2014-01-29 | 2018-04-03 | 三菱综合材料株式会社 | 合成非晶质二氧化硅粉末及其制造方法 |
| CN110612274B (zh) | 2017-04-26 | 2022-04-01 | 东曹石英素材股份有限公司 | 抗紫外线石英玻璃及其制造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH11130417A (ja) * | 1997-07-10 | 1999-05-18 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | ＳｉＯ▲２▼粒状物質の製造方法 |
-
1999
- 1999-09-28 JP JP27373699A patent/JP4548625B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11130417A (ja) * | 1997-07-10 | 1999-05-18 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | ＳｉＯ▲２▼粒状物質の製造方法 |
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