JPH0710571A - 合成石英ガラス部材の製造方法 - Google Patents

合成石英ガラス部材の製造方法

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JPH0710571A
JPH0710571A JP15488193A JP15488193A JPH0710571A JP H0710571 A JPH0710571 A JP H0710571A JP 15488193 A JP15488193 A JP 15488193A JP 15488193 A JP15488193 A JP 15488193A JP H0710571 A JPH0710571 A JP H0710571A
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JP
Japan
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quartz glass
synthetic quartz
glass member
synthetic
porous silica
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JP15488193A
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English (en)
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Hisatoshi Otsuka
久利 大塚
Masatoshi Takita
政俊 滝田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1453Thermal after-treatment of the shaped article, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B19/00Other methods of shaping glass
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    • C03B19/1415Reactant delivery systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00Glass deposition burners
    • C03B2207/30For glass precursor of non-standard type, e.g. solid SiH3F
    • C03B2207/32Non-halide

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 本発明は多孔質シリカ焼結体を加熱し、透
明ガラス化して得た合成石英ガラス部材のガラス中の泡
の存在を解消した合成石英ガラス部材の製造方法の提供
を目的とするものである。 【構成】 本発明による合成石英ガラス部材の製造方
法は、シラン化合物の火炎加水分解によって合成シリカ
微粒子を生成させ、これを回転している耐熱性基体上に
堆積させ、軸方向または垂直方向に引きながら多孔質シ
リカ焼結体を形成したのち、これを加熱し透明ガラス化
して合成石英ガラス部材を製造する方法において、透明
ガラス化後同一炉内にて減圧下または大気圧で 1,750〜
1,800℃まで連続加熱し、該合成石英ガラスをこの温度
でそれが極端に変形しない範囲の充分な時間保持するこ
とを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は合成石英ガラス部材の製
造方法、特にはガラス中に存在する微細な泡を消滅させ
た合成石英ガラス部材の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】合成石英ガラス部材の製造が四塩化けい
素などのけい素化合物を必要に応じ添加されるドーパン
トとしての四塩化ゲルマニウムなどと共に多重管バーナ
ーからの酸水素火炎中で火炎加水分解させ、ここで発生
したシリカ微粒子を耐熱性の担体上に堆積して多孔質シ
リカ焼結体とし、これを加熱、溶融するという方法で行
なわれることはよく知られているところであり、これは
一般に光ファイバーの製造方法として知られているもの
である。最近ではこの製造方法により得られた合成石英
ガラス部材は例えば電気材料用合成石英マスク基板、液
晶分野における p-SiTFT用基板としても使用されてい
る。
【0003】そして、これらの用途では合成石英ガラス
インゴットのサイズが 150mmφ以上の大口径のものが必
要とされることから、このような大口径の合成石英ガラ
スインゴットの製造方法としては 1)大口径(例えば 300mmφ程度)の多孔質シリカ焼結体
を成形する方法、 2)多孔質シリカ焼結体を透明ガラス化したのち、成形拡
大する方法 などが行なわれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この1)の方法
では大口径な多孔質シリカ焼結体を形成する際に、酸水
素火炎で生成したシリカ微粒子を耐熱性担体に堆積する
時にこの堆積面に温度分布が生ずるために、シリカ焼結
体の径方向面(外表面←→中心部)にかさ密度の分布が
生じ、これが透明ガラス化したあとのガラス中に気泡を
発生させる原因となるという問題点があり、実際には合
成石英ガラスインゴットの径はシリカ焼結体の径とかさ
密度によって決まるために、焼結体をいくら太くしても
かさ密度が低ければ収縮率が大きくなって所望のサイズ
を得るのに限界があり、通常使用される原料は四塩化け
い素などのように不燃性であるために焼結体のかさ密度
を高めるのに限界があり、また原料炎が拡散しにくいた
めに大口径化が困難であるという欠点がある。
【0005】また、この2)の方法については成形によっ
て透明ガラス化品中に泡が残存していても、これが解消
されるために、泡が残存するという問題はないけれど
も、これには成形時に使用する型材、例えばカーボン材
などとの接触面から金属不純物が数十ppb (型材との接
触面周辺に)混入するという問題点が存在する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した合成石英ガラス部材の製造方法に
関するものであり、これはシラン化合物の火炎加水分解
によって合成シリカ微粒子を生成させ、これを回転して
いる耐熱性基体上に堆積させ、軸方向または垂直方向に
引きながら多孔質シリカ焼結体を形成したのち、これを
10-1Torr以下の真空下で加熱し透明ガラス化して合成石
英ガラス部材を製造する方法において、透明ガラス化後
同一の炉内にて不活性ガスなどの減圧下または大気圧下
で 1,750〜1,800℃まで連続加熱し、該合成石英ガラス
をその温度にそれが極端に変形しない範囲の充分な時間
保持することを特徴とするものである。
【0007】すなわち、本発明者らはガラス中に気泡の
存在しない合成石英ガラス部材の製造方法を開発すべく
種々検討した結果、これについてはシラン化合物の火炎
加水分解で発生した合成シリカ微粒子を回転している耐
熱性基体上に堆積させて多孔質シリカ焼結体を製作し、
真空下に加熱し、透明ガラス化して合成石英ガラス部材
を製造したのち、これを 1,750〜 1,800℃に加熱すると
泡内部が真空であるため泡が消滅して、これが泡のない
ものになるということを見出し、この加熱については
1,750℃より低温では泡の存在が完全に解消されず、 1,
800℃より高温とするとガラス体が大きく変形するの
で、この加熱は 1,750〜 1,800℃の範囲とすべきである
し、 1,750℃でも30分より長く保持すると極端な変形が
起るので、この加熱は合成石英ガラス部材が極端に変形
しない範囲の充分な時間とすべきであることを確認して
本発明を完成させた。以下にこれをさらに詳述する。
【0008】
【作用】本発明は合成石英ガラス部材の製造方法に関す
るものであり、これは前記したようにシラン化合物の火
炎加水分解によって合成シリカ微粒子を生成させ、これ
を回転している耐熱性基体上に堆積させ、軸方向または
垂直方向に引きながら多孔質シリカ焼結体を形成したの
ち加熱し、透明ガラス化して合成石英ガラス部材を製造
する方法において、透明ガラス化後同一炉内で減圧下ま
たは大気圧下で 1,750〜 1,800℃まで連続加熱し、該合
成石英ガラス部材が極端に変形しない範囲の充分な時間
この温度を保持することを特徴とするものであるが、こ
れによれば泡を含まない合成石英ガラス部材を得ること
ができるという有利性が与えられる。
【0009】本発明は合成石英ガラス部材の製造方法、
特には電子材料用合成石英マスク基板、 p-SiTFT用合成
石英ウエーハ基板などに使用される大口径(150 mmφ以
上)の石英インゴットの製造方法に関するものであり、
これはシラン化合物から公知の方法で製作された合成石
英ガラスインゴットを 1,750〜 1,800℃で再加熱処理す
るものであるが、この方法は図1〜図3に示されてい
る。
【0010】図2は本発明で使用される公知の多孔質ガ
ラス母材製造装置の縦断面図を示したものであるが、こ
れは原料としてのシラン化合物を原料ストックタンク1
に収納し、これを原料送液ポンプ2で原料蒸発器3に送
り、ここにキャリアガス5としてのアルゴンガス、窒素
ガスを送ってこれを酸水素火炎バーナー4に送り、予め
酸素ガス6、水素ガス7によって形成されている酸水素
火炎8中で燃焼、火炎加水分解させ、これによって生成
したシリカ微粒子9をカーボン、SiCなどの耐熱性基
体10に堆積、成長させて、ここに多孔質シリカ焼結体11
を製作する。
【0011】しかし、この場合シラン化合物としては四
塩化けい素などの不燃性または燃焼熱量の低い原料を使
用すると、原料の拡散が悪く、燃焼熱量も低いために、
かさ密度を 0.45g/cm3以上に上げることが難しく、かさ
密度が低いために透明ガラス化後のインゴットの収縮率
の大きいものとなり、大口径のものを得ることが難しい
ので、ここに使用するシラン化合物は化学式 R1 nSi(O
R2)4-n(ここにR1 は水素原子、メチル基またはエチル
基、R2 はメチル基またはエチル基、n=0〜4の正
数)で示されるアルコキシシランとすることがよく、こ
れによればかさ密度が0.45〜0.80g/cm3 の多孔質シリカ
焼結体を得ることができる。
【0012】このようにして作られた多孔質シリカ焼結
体は加熱、透明ガラス化して合成石英ガラス部材とされ
るのであるが、これは公知の透明ガラス化装置の縦断面
図を示した図3の装置で行なわれる。図3における装置
では上記で得られた多孔質シリカ焼結体11が円筒形のカ
ーボン製治具12の中にセットされ、カーボンヒーター13
を有する真空溶解炉14中で 1,450〜 1,550℃に加熱され
て透明ガラス化されて合成石英ガラス部材とされる。
【0013】しかし、この場合この合成石英ガラスは、
多孔質シリカ焼結体11がその形成時にシリカ粒子の堆積
面で生じた温度分布によってかさ密度の分布をもつもの
となっているので、これを透明ガラス化するときに粒子
径の差および焼結度の差によってシリカ粒子間に空隙が
形成され、これが泡として残存することになる。なお、
この透明ガラス化に際しては多孔質シリカ焼結体11を懸
吊している耐熱性基体10がカーボンヒーター13で加熱さ
れてこれが溶融したり、変形するのを防止するために耐
熱性基体の周辺にはカーボンヒーターを配置しないよう
にすることがよい。
【0014】本発明ではこの微細な泡をもっている合成
石英ガラス部材15が図1に示されているように図3と同
じ真空溶解炉14中でカーボンヒーター13で、減圧下また
は大気圧下に 1,750〜 1,800℃に加熱されるのである
が、このときの昇温速度は可能なかぎり高速とすること
がよいが、この加熱温度の保持時間はこれを長くすると
合成石英ガラス部材15が溶融して変形するおそれがある
ので30分以内、好ましくは10〜30分とすることが必要と
される。
【0015】しかして、この合成石英ガラス部材はこれ
によって 1,750〜 1,800℃に短時間加熱するとガラス中
に存在していた泡が、泡の内部が真空であることから消
滅して解消されるのでこれが泡を含まないものになると
いう有利性が与えられる。
【0016】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例1〜3、比較例1〜4 メチルトリメトキシシラン[CH3Si(OCH3)3]を出発剤と
し、これを図2に示した方法で酸水素火炎中で火炎加水
分解し、生成したシリカ微粒子をカーボン製担体上に堆
積してサイズが 240mmφ×600mmLでかさ密度が 0.60g/c
m3である多孔質シリカ焼結体を作製し、これを図3に示
した真空溶解炉中にセットし、1×10-1Torr以下で昇温
速度10℃/分で 1,200℃まで昇温し、10時間保持後にさ
らに2℃/分で昇温して 1,450℃に加熱して透明ガラス
化したところ、サイズが 155mmφ×400mmLの合成石英ガ
ラス部材が得られた。
【0017】ついでこのようにして作った合成石英ガラ
ス部材を同じ真空溶解炉中において、Arガスの 200mm
Hgの減圧下に10℃/分の昇温速度で表1に示したように
1,750℃、 1,800℃まで昇温し、表1に示した時間保持
した(実施例1〜3)のち、常温まで降温させ、このも
のの泡個数を5万Lux の光源での目視によりしらべたと
ころ、表1に示したとおりの結果が得られたが、比較の
ためにこの加熱温度、保持時間を表1に示したとおりの
ものとし(比較例1〜4)、この結果得られた合成石英
ガラス部材の泡個数をしらべたところ、表1に併記した
とおりの結果が得られた。
【0018】
【表1】
【0019】
【発明の効果】本発明は合成石英ガラス部材の製造方法
に関するものであり、これは前記したようにシラン化合
物の火炎加水分解によって合成シリカ微粒子を生成さ
せ、これを回転している耐熱性基体上に堆積させ、軸方
向または垂直方向に引きながら多孔質シリカ焼結体を形
成したのち、これを加熱し透明ガラス化して合成石英ガ
ラス部材を製造する方法において、透明ガラス化後同一
炉内にて減圧下または大気圧で 1,750〜 1,800℃まで連
続加熱し、該合成石英ガラスをこの温度でそれが極端に
変形しない範囲の充分な時間保持することを特徴とする
ものであるが、これによれば多孔質シリカ焼結体を加熱
し、透明ガラス化して得た合成石英ガラス部材を泡を含
まないものとすることができるという有利性が与えられ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により合成石英ガラス部材を 1,750〜
1,800℃に加熱処理する装置の縦断面図を示したもので
ある。
【図2】公知の方法によりシラン化合物の火炎加水分解
で多孔質シリカ焼結体を製造する装置の縦断面図を示し
たものである。
【図3】公知の方法により多孔質シリカ焼結体を加熱
し、透明ガラス化して合成石英ガラス部材を製造する装
置の縦断面図を示したものである。
【符号の説明】
1…原料ストックタンク、 2…原料送液ポンプ、3
…原料蒸発器、 4…酸水素火炎バーナー、
5…キャリアーガス、 6…酸素ガス、7…水素
ガス、 8…酸水素火炎、9…シリカ微粒
子、 10…耐熱体基体、11…多孔質シリカ焼結
体、 12…カーボン製治具、13…カーボンヒーター、
14…真空溶解炉、15…合成石英ガラス部材。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シラン化合物の火炎加水分解によって合成
    シリカ微粒子を生成させ、これを回転している耐熱性基
    体上に堆積させ、軸方向または垂直方向に引き上げなが
    ら多孔質シリカ焼結体を形成したのち、これを加熱し透
    明ガラス化して合成石英ガラス部材を製造する方法にお
    いて、透明ガラス化後同一炉内にて不活性ガスなどの減
    圧下または大気圧で 1,750〜 1,800℃まで連続加熱し、
    該合成石英ガラスをこの温度でそれが極端に変形しない
    範囲の充分な時間保持することを特徴とする合成石英ガ
    ラス部材の製造方法。
  2. 【請求項2】耐熱性基体に堆積させた多孔質シリカ焼結
    体を溶解炉に位置するときに、基体の周囲にヒーター部
    を位置しないようにする請求項1に記載した合成石英ガ
    ラス部材の製造方法。
JP15488193A 1993-06-25 1993-06-25 合成石英ガラス部材の製造方法 Pending JPH0710571A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014073924A (ja) * 2012-10-03 2014-04-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 透明ガラス母材の製造方法

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