JPH0264027A - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は石英ガラスの製造方法、特にはＮａ。

ＡＩ２などの不純物含有量、ＯＨ基含有量が少なく、脈
理もなく、さらには高温粘性が高いので半導体用部材な
どに有用とされる合成石英ガラスの製造方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 合成石英ガラスは一般に高度に精製された四塩化けい素
、テトラメトキシシランなどを酸水素火炎加水分解法、
プラズマ炎法などでシリカとし、これを溶融ガラス化す
るという方法で製造されているが、これらの方法には生
産性がわるく、温度ムラがあるために組成構造に微妙な
差異が生じ、これが脈理としてあられれるという不利が
ある。

他方、均質な石英ガラスインゴットを得るためには天然
石英ガラスの製造方法と同様に、シリカを電気溶融する
方法も知られているが、これには超高純度で安価なシリ
カ原料が得られないという欠点がある。

また、合成石英ガラスの製造については、四塩化けい素
を気相状で加水分解して得たシリカを精製し、加熱して
クラストパライト化したものを粉砕し、加熱溶融して透
明石英ガラスとする方法（特公昭４１−１２１０７号公
報参照）も知られているが、これには得られる石英ガラ
スが高価なものになるし、純度もあまりよくなく、カサ
比重が小さくて生産性もわるく、また微粉であるために
ガラス化し易く、クリストバライト化し難いという不利
があり、水ガラスを始発材とする方法（特開昭６１−１
７４１６号公報参照）にはこの方法で発生したシリカが
、Ｎａ、に、Ａｌ１などの不純物をｐｐｍオーダーで含
有しているので純度がわるく、したがって高温粘性が高
くならないので、この方法で作られた石英ガラスには半
導体用部材としては使用できないという欠点がある。

［発明の構成］ 本発明はこのような不利を解決した石英ガラスの製造方
法に関するものであり、これは珪酸アルカリと酸との湿
式反応で得た、平均気孔径が１゜０００Å以上であるシ
リカを、１，０００〜１゜４００℃において塩化水素ガ
スで高純度化し、ついで、１，７００℃の温度において
真空中で溶融しガラス化することを特徴とするものであ
る。

すなわち、本発明者らは安価でしかも一高純度で高温粘
性の高い合成石英ガラスの製造方法について種々検討し
た結果、出発原料として水ガラス（けい酸ソーダ）など
の珪酸アルカリを使用し、これを酸と湿式反応させてシ
リカを作れば非常に安いシリカを得ることができるし、
このシリカは不純量が可成り多く、例えばＮａを１．４
ｐｐｍ、Ｋを０．５ｐｐｍ、ＡＡを２ｐｐｍ含有してい
るけれども、従来公知の方法の条件の中で乾燥後室温か
ら１，０００℃／　以上の昇温速度で焼成すると、シリ
カ中の平均気孔径が１，０００Å以上あってこれは１，
５００℃になってもまだ十分な気孔径を有しているので
、このシリカを塩化水素ガスと共に１，０００〜１，４
００℃で熱処理するとこれらの不純物がＮａＣｆ２゜Ｋ
Ｃβ、ＡｆｌＣβ３となり、これが気孔を通って系外に
昇華散逸してＮａ、には１　ｏｏｐｐｂ以下、ＡＩ２も
１ｐｐｍ以下となり、ＯＨ基含有量も１ｐｐｍ以下と高
純度化されることを見出すと共に、このものはカサ比重
が１前後と低いためにこのガラス化は真空溶融すればよ
く、したがって１．７００℃以上２，０００℃以下の温
度において真空溶融してガラス化すれば泡のない均質で
脈理もなく、高温粘性の高い合成石英ガラスを得ること
ができることを確認して本発明を完成させた。

以下これをさらに詳述する。

本発明の方法はまず珪酸アルカリと酸との湿式反応でシ
リカを製造するのであるが、これは公知の方法で行えば
よい。したがって、これは珪酸ソーダ、珪酸カリ、珪酸
リチウムなどの水溶液またはこれらの水溶性結晶を水溶
液、好ましくはＳ　ｉ　Ｏ２濃度が２０重量％以上、特
に好ましくは２５〜３２重量％であるものと、０．ＩＮ
以上、好ましくはＩＮ以上の鉱酸、例えば硫酸、塩酸。

硝酸、好ましくは硝酸とを混合し、攪拌して常温〜９０
℃の温度で反応させればよいが、この反応はｐＨが１以
下の強酸性下で行なわせることがよい。この反応で得ら
れたシリカは必要に応じさらに攪拌を続けて熟成させた
のち、濾過あるいは遠心分離などによって母液分離して
シリカを回収すればよいが、このようにして得られたシ
リカは室温から１，０００℃まで１００’Ｃ／時以上の
昇温速度で焼成すると、その平均気孔径が１．０００Å
以上となるけれども不純物を多く含んでおり、例えばＮ
ａを１．４ｐｐｍ、Ｋを０．５ｐｐｍ、Ａｅを２ｐｐｍ
含んでいるので精製することが必要とされる。

本発明の方法では、このようにして得たシリカは高温下
で塩化水素ガスで処理して精製される。

これは従来公知の塩素ガスによる精製では５ｉ−ＯＨ結
合が５ｉ−Ｃβとなるのであるが、これが爾後における
発泡の原因となるし、このＣＩ；！、２ガスの除去が困
難であるのに対し、塩化水素ガスで処理するとＮａ、に
、Ａｅなどの不純物がＮ　ａ　ＣＡ　、　Ｋ　Ｃ１２、
Ａ　（ｌ　Ｃ１２ｓとなり、これが高温で昇華して気孔
から系外に除去されるし、また残存するＭＣＩ２もＣｌ
２２にくらべて除去が容易であり、したがって爾後の溶
融時には発泡しないという有利性が与えられる。なお、
この場合の処理温度はこのシリカの気孔径が１，０００
Å以上と大きく、１，０００℃までの加熱で脱水が完全
に行なわれるし、１，５００℃まではまだ十分な気孔径
をもっているので、ｌ、０００−１，４００℃で行えば
よく、これによればＮａ、Ｋが１００ｐｐｂ以下、Ａρ
が１ｐｐｍ以下でＯＨ基含有量を１ｐｐｍ以下としたシ
リカを容易に得ることができる。

本発明の方法はこのようにして得た精製シリカを溶融ガ
ラス化して合成石英ガラスとするのであるが、このよう
にして得たシリカはカサ比が１前後と低いのでこの溶融
ガラス化は真空溶融とすることがよく、したがってこの
ガラス化はこのガラス化温度である１、７００℃以上、
２，１００℃以下での真空溶融で行なわせればよく、こ
れは例えばこのシリカをカーボンケースに詰め、高周波
炉中において、１〜１０””トールの真空下に１゜７０
０〜２，１００℃で溶融し、ガラス化すればよい。

つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。

実施例 攪拌機付きの反応槽に４規定の硫酸２，２７１ｍ℃を入
れ、８０℃に加温して攪拌速度２６Ｏｒｐｍで攪拌しな
がら、ここに５ｆＯａ　２９．０重量％、Ｎａ２０９．
５７重量％、５ｉＯｉ／Ｎａｇ　Ｏ＝３．１３　（モル
比）である珪酸ソーダの水溶液１，０２７．２ｇを添加
し、そのまま１０分間攪拌を続け、その後ヌッチェロー
トで濾過後水洗し、得られたシリカゲルを８０℃で１規
定の硫酸で酸洗浄し、さらに濾過、水洗してから１１０
℃で乾燥し、１，０００℃で３時間焼成したところ、水
銀ポロシメーター装置で測定した平均気孔径が１．５０
０人で不純物量がＮａ１．４ｐｐｍ、ＫＯ，３ｐｐｍ、
Ａｌ２１．９ｐｐｍであるシリカが得られた。

ついでこのシリカを石英ガラス管中に入れて、Ｉ、２５
０℃に昇温させたのち、ここに０．２ｃｍ／秒の流速で
塩化水素ガスを流し、１．３００℃に昇温しで窒素ガス
雰囲気とし、２時間処理し、常温まで冷却してシリカを
取り出し、その不純物量をしらべたところ、これはＮａ
、Ｋが８０ｐｐｂ、Ａ４が４８０ｐｐｂであるという純
度の高いものになっていた。

つぎにこのシリカをカーボンケースに詰め、炉内を１〜
１０−２１−−ルに保持した高周波炉中に入れ、炉体を
１０時間で１，８００℃にまで昇温させ、１時間後、炉
内にアルゴンガスを入れて炉内を常圧に戻し、１００℃
／時で常温まで降温したところ、合成石英インゴットが
得られたので、このインゴットを研磨してそのＯＨ基含
有量を赤外吸収スペクトルで測定したところ、これは１
ｐｐｍ以下であり、このものを干渉試験機で測定したと
ころ、これには脈理がないことが確認された。

また、このインゴットから肉厚５ｍｍの試料を採り、そ
の２００ｎｍのスペクトルを測定したところ、このもの
は８２％の透過率を示し、このものの粘度をファイバー
・エロンゲーション法で測定したところ、１．４００℃
の粘度は１．０２ＸＩＱＩＯボイズであった。

比較例 実施例における昇温時間を１６時間と長くして得られた
平均気孔径が５００人で不純物としてＮａを１．４ｐｐ
ｍ、Ｋを０．３ｐｐｍ、　Ａｊ２を１．８ｐｐｍ含有す
るシリカを塩化水素ガスでの高温処理による精製工程な
しで、カーボンケースに詰め、実施例と同じ方法で溶融
ガラス化して合成石英インゴットを作り、このものの物
性をしらぺたところ、このものは水酸基含有量が３０ｐ
ｐｍで脈理もないものであったが、このものの２００ｎ
ｍのスペクトル測定による透過率は６３％とわるく、高
温粘性も１，４００℃で６．５×１０９ボイスと低いも
のであった。

［発明の効果］ 本発明の方法は始発剤が水ガラスなどの珪酸アルカリで
あり、これから得られるシリカもこの珪酸アルカリと酸
との湿式反応で得られるものであることから、この方法
で得られる合成石英ガラスは一番に安価であるという特
徴があるし、本発明の方法で得られる合成石英ガラスは
高温での塩化水素ガス処理で精製され、不純物量が例え
ばＮａ、に１００ｐｐｂ以下、Ａｇ１ｐｐｍ以下でＯＨ
基含有量も１ｐｐｍ以下とされるので、高純度であり、
さらには高温粘性が１０１０ボイスになるし、脈理もな
いので、半導体用部材など、各種の産業上に有用なもの
が容易に得られるという有利性をもつものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪酸アルカリと酸との湿式反応で得た平均気孔径が
   １，０００Å以上であるシリカを、１，０００〜１，４
   ００℃において塩化水素ガスで高純度化し、ついで１，
   ７００℃以上の温度において真空中で溶融し、ガラス化
   することを特徴とする石英ガラスの製造方法。 ２、石英ガラスの不純物含有量がＮａ１００ｐｐｂ以下
   、Ｋ１００ｐｐｂ以下、Ａｌ＿２ｐｐｍ以下であり、Ｏ
   Ｈ基含有量が１ｐｐｍ以下である請求項１に記載の石英
   ガラスの製造方法。