JP2007106663A - シリカガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物が原因と思われる緑色蛍光の発生を抑制することができるシリカガラスの製造方法を提供する。
【解決手段】本シリカガラスの製造方法は、モールドの中空部内にシリカガラスを収容し、モールドとシリカガラスを加熱し、シリカガラスが加圧または自重により変形する前に、モールドとシリカガラスを気相純化処理し、その後さらに加熱し、シリカガラスを加圧または自重により変形させて成形する。
【選択図】 図２

Description

本発明はシリカガラスの製造方法に係り、特に高純度なシリカガラス成形品を製造するのに適するシリカガラスの製造方法に関する。

合成シリカガラスは耐熱性、光の透過性、電気絶縁性に優れ、化学的にも極めて安定しているなど、多くの特性をもっているため、フォトマスク材、ＣＶＤ装置用窓材、光学用シリカガラス等に用いられている。この合成シリカガラスは一般に気相反応法によって合成されるが、この合成シリカガラスの粗製インゴットは、ほぼ円柱状であり、成長面に沿って層状の脈理が残存している。

そこで、粗製インゴットをモールド内に設置し、高温に加熱しつつ押棒等で加圧するか自重による加熱変形によって所定形状、例えば角柱状に成形している。こうして得られた成形体（ブロック）を薄肉にスライスしてフォトマスク材、ＣＶＤ装置用窓材、光学用シリカガラス等の最終製品を得ている（特許文献１）。

この特許文献１記載のシリカガラスの成形形は、ガス排気用の貫通孔が穿設されたカーボン材で構成され、成形時に発生するＳｉＯガスとＣＯガスを排出する構造になっている。しかしながら、このようなカーボン材のモールド等を用いて不活性ガス雰囲気中で高温成形を行う場合、使用する成形炉のモールド等に微量ながら存在する金属不純物が、成形される合成シリカガラス内に拡散する。この金属不純物は、炉内に残留している酸素や、不活性ガス中の不純物の酸素ガスや、合成シリカガラス中に残存する酸素と反応して金属酸化物を形成し、この金属酸化物は、合成シリカガラス中で、緑色蛍光の発光源となるとも考えられている。

このような問題点を解決するために、特許文献２に記載のような光学用合成シリカガラス成形体の製造方法が提案されている。この特許文献２の製造方法は、モールド内で、１トール以下の圧力下において、１５００℃乃至１８００℃の範囲内の温度下で、真空成形し、この真空成形された合成シリカガラス成形体を、ハロゲンガスを含む非酸化性雰囲気内で、８００℃乃至１３００℃の範囲内の温度に一定時間保持し、次いで、この合成シリカガラス成形体を、１５℃／時間以下の降温速度で、徐冷して高純度のシリカガラス成形体を得るものである。

しかしながら、特許文献２の製造方法により成形されるインゴットは外周加工時の汚染及び保管の状態によっては表面が汚染され易い。また成形装置内のカーボン材は比表面積がかなり大きいため、インゴットを成形する高温では不純物が揮散するが、常温では周囲の不純物を吸着するのでインゴットを汚染する問題があった。さらに、インゴットを成形する高温ではインゴット表面の不純物とカーボン材内の不純物がインゴット内部に拡散し、成形後のハロゲンガス等による純化処理でも元素によっては内部に拡散した不純物が除去しにくい問題があった。また、インゴット内部に拡散した不純物は、緑色蛍光を発する要因の１つと考えられている。
特開平５−１７１７４号公報 特開平５−５８６５７号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、不純物が原因と思われる緑色蛍光の発生を抑制することができるシリカガラスの製造方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るシリカガラスの製造方法は、シリカガラスを収容する中空部を設けたモールドと、前記中空部に収容したシリカガラスを加熱する加熱手段を用い、前記中空部内のシリカガラスを前記加熱手段で加熱しつつ加圧またはシリカガラスの自重により所定形状に成形するシリカガラスの製造方法において、前記モールドとシリカガラスを加熱し、シリカガラスが加圧または自重により変形する前に、前記モールドとシリカガラスを気相純化処理し、その後さらに加熱し、シリカガラスを加圧または自重により変形させて成形することを特徴とする。

好適には、前記シリカガラスを最初の加熱前に予めＨＦによりエッチング処理する。
好適には、前記モールドに多孔質カーボン材を用いる。

本発明に係るシリカガラスの製造方法によれば、不純物が原因と思われる緑色蛍光の発生を抑制することができるシリカガラスの製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係るシリカガラスの製造方法の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明のシリカガラスの製造方法に用いられるモールドの斜視図、図２は本発明のシリカガラスの製造方法に用いられる加熱炉の概念図である。

図１及び図２に示すように、本発明のシリカガラスの製造方法は、シリカガラスＧ例えば合成シリカガラスを収容する中空部１ａを設けたモールド１を用意し、中空部１ａにシリカガラスＧが収容されたモールド１を、加熱手段２を備えた加熱炉３に入れ、加熱手段２で、モールド１とシリカガラスＧを加熱し、シリカガラスＧが加圧または自重により変形する前にモールド１とシリカガラスＧを、気相純化処理例えばハロゲンガスであるＨＣｌを供給して純化処理し、その後さらに加熱し、シリカガラスＧを加圧または自重により変形させて成形する。

なお、シリカガラスＧを最初の加熱前に予めＨＦによりエッチング処理するのが好ましい。これにより、より確実に蛍光の発生を抑制することができる。

また、上記ＨＣｌの供給は、上記さらなる加熱前に停止することがより好ましい。これによって、生産効率性を高めるとともに、加熱炉内部材の劣化速度を抑えることができる。

モールドには、通気性が高い多孔質カーボン材が好ましく、また、モールドには、内壁と外壁間を貫通する多数の排気用の貫通孔が設けられ、あるいは内壁と外壁間を貫通しない多数の排気用の貫通孔が設けられるのが好ましい。

また、気相純化処理に適するガスとしては、ハロゲンガスの他にＨ_２、Ｎ_２ガスなどが挙げられる。

上記のように本実施形態のシリカガラスの製造方法によれば、インゴットを成形する高温になる前にＨＣｌでカーボン材とインゴット表面の純化処理を行うので、不純物が拡散する前に容易に不純物を除去することができ、不純物が原因と思われる緑色蛍光の発生を抑制することができる。

また、モールドは通気性が高い多孔質カーボン材を用いるので、インゴット下面及びモールドの底部内表面も純化される。

「実施例１」 四塩化ケイ素を酸水素炎により、火炎加水分解し、生成する微粒子を回転している耐熱性基材上に堆積させ、溶融ガラス化させ、３０ｋｇの合成シリカガラスインゴットを製造した。

このインゴットを図１に示すカーボン製のモールド内に置いて、図２に示すように、炉内にセットした。

炉内を減圧にして炉内圧を１０−２トールに維持し、インゴットが軟化変形する前にインゴット表面とカーボン容器表面を同時に純化するための温度域である１２００℃〜１４００℃まで上昇させて、これを保持しながらＨＣｌガスを５０ｍｌ／分の流速で２０分間導入して純化処理を行った。

その後、ＨＣｌガスの流入を停止し、高真空炉内をさらに１９５０℃迄昇温して合成シリカガラスインゴットを自重による変形によって成形した。

「比較例」 実施例１と同様に３０ｋｇの合成シリカガラスインゴットをカーボン製のモールド内に置いて炉内にセットし、炉内を減圧にして炉内圧を１０−２トールに維持して、１９５０℃迄昇温して合成シリカガラスインゴットを自重による変形によって成形した。

その後、ＨＣｌガスを５０ｍｌ／分の流速で２０分間導入して純化処理を行った。

「測定結果」 実施例１と比較例で処理した合成シリカガラスインゴットをスライスして研磨後に得られたフォトマスク基材に２５４ｍｍの紫外線を照射したところ、実施例１では、１００枚中９５枚には蛍光が確認されなかったが、比較例のフォトマスク基材は周縁部に緑色の蛍光発生が確認された。

「実施例２」
合成されたシリカガラスを最初の加熱前に予めＨＦによりエッチング処理すること以外は、上記実施例１と同様にして試験を行なった。

「測定結果」 実施例２では、１００枚中１００枚に蛍光が確認されなかった。

本発明のシリカガラスの製造方法に用いられるモールドの斜視図。 本発明のシリカガラスの製造方法に用いられる加熱炉の概念図。

符号の説明

１ モールド
１ａ 中空部
２ 加熱手段
３ 加熱炉
Ｇ シリカガラス

Claims (3)

1. シリカガラスを収容する中空部を設けたモールドと、前記中空部に収容したシリカガラスを加熱する加熱手段を用い、前記中空部内のシリカガラスを前記加熱手段で加熱しつつ加圧またはシリカガラスの自重により所定形状に成形するシリカガラスの製造方法において、前記モールドとシリカガラスを加熱し、シリカガラスが加圧または自重により変形する前に、前記モールドとシリカガラスを気相純化処理し、その後さらに加熱し、シリカガラスを加圧または自重により変形させて成形することを特徴とするシリカガラスの製造方法。
2. 前記シリカガラスを最初の加熱前に予めＨＦによりエッチング処理することを特徴とする請求項１に記載のシリカガラスの製造方法。
3. 前記モールドに多孔質カーボン材を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のシリカガラスの製造方法。

Images