JPH09255346A - 高純度石英ガラス及びその製造方法 - Google Patents
高純度石英ガラス及びその製造方法Info
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- JPH09255346A JPH09255346A JP6111896A JP6111896A JPH09255346A JP H09255346 A JPH09255346 A JP H09255346A JP 6111896 A JP6111896 A JP 6111896A JP 6111896 A JP6111896 A JP 6111896A JP H09255346 A JPH09255346 A JP H09255346A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/06—Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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- Glass Compositions (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 天然石英を原料として高純度、特にジルコニ
ウム（Ｚｒ）が少なくかつ安価に製造される高純度石英
ガラス及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 結晶質天然石英を加熱溶融して製造する
天然石英ガラスの製造方法において、該結晶質天然石英
原料を一つ以上の単位精製手段の組み合わせを順次実施
して精製するにあたり、所定の単位精製手段を実施後に
当該石英原料の一部を抜き取り、これをフッ化水素酸或
いはフッ化水素酸と他の無機酸との混酸で分解した後、
その分解液をそのままあるいは他の無機酸を更に添加し
た後に蒸発乾固し、残留物にアルカリ金属の塩または水
酸化物を加えて加熱溶融し、その後このアルカリ金属の
塩または水酸化物を無機酸水溶液または純水で溶解し
て、該溶液中の不純物を定量分析することによって、結
晶質天然石英中の不純物含有量を求め、この不純物含有
量が所定の値以下である精製結晶質天然石英を原料とし
て加熱溶融によって高純度石英ガラスを製造する。
ウム（Ｚｒ）が少なくかつ安価に製造される高純度石英
ガラス及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 結晶質天然石英を加熱溶融して製造する
天然石英ガラスの製造方法において、該結晶質天然石英
原料を一つ以上の単位精製手段の組み合わせを順次実施
して精製するにあたり、所定の単位精製手段を実施後に
当該石英原料の一部を抜き取り、これをフッ化水素酸或
いはフッ化水素酸と他の無機酸との混酸で分解した後、
その分解液をそのままあるいは他の無機酸を更に添加し
た後に蒸発乾固し、残留物にアルカリ金属の塩または水
酸化物を加えて加熱溶融し、その後このアルカリ金属の
塩または水酸化物を無機酸水溶液または純水で溶解し
て、該溶液中の不純物を定量分析することによって、結
晶質天然石英中の不純物含有量を求め、この不純物含有
量が所定の値以下である精製結晶質天然石英を原料とし
て加熱溶融によって高純度石英ガラスを製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体工業や光通
信分野で用いられる石英ガラスおよびその製造方法に関
し、特にジルコニウム元素含有量が少ない石英ガラス、
例えばシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びそ
の製造方法に関する。
信分野で用いられる石英ガラスおよびその製造方法に関
し、特にジルコニウム元素含有量が少ない石英ガラス、
例えばシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】従来、天然石英を原料としてこれを溶融ガ
ラス化して石英ガラスを製造するにあたって、高純度の
石英ガラスを必要とする場合は、種々の単位精製手段を
経て純度を高めた原料を加熱溶融して製造していた。
ラス化して石英ガラスを製造するにあたって、高純度の
石英ガラスを必要とする場合は、種々の単位精製手段を
経て純度を高めた原料を加熱溶融して製造していた。
【０００３】単位精製手段としては、粉砕、分級、浮遊
選鉱、磁力選鉱、エッチング、高温加熱、ハロゲン含有
雰囲気熱処理、電気分解精製などが主なものである。
選鉱、磁力選鉱、エッチング、高温加熱、ハロゲン含有
雰囲気熱処理、電気分解精製などが主なものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、こうして高純
度化した原料を用い、加熱溶融時の汚染を極力防止して
もなお除ききれない元素があった。そして、その幾つか
は半導体工業用や光学用に用いた場合にその性能を害す
る元素である。近年の半導体工学や光学技術の進歩は、
従来許容できていたレベルの含有量でも有害な量である
として許容しないところまで来ている。
度化した原料を用い、加熱溶融時の汚染を極力防止して
もなお除ききれない元素があった。そして、その幾つか
は半導体工業用や光学用に用いた場合にその性能を害す
る元素である。近年の半導体工学や光学技術の進歩は、
従来許容できていたレベルの含有量でも有害な量である
として許容しないところまで来ている。
【０００５】特に、ジルコニウム元素は、天然石英ガラ
ス中では１ｐｐｍ程度は含まれるのが当然とされていた
が、更に低減すること、好ましくは０．８ｐｐｍ以下に
することが望まれている。なお、本明細書ではｐｐｍで
という濃度表示は重量濃度をあらわす重量ｐｐｍを意味
する。
ス中では１ｐｐｍ程度は含まれるのが当然とされていた
が、更に低減すること、好ましくは０．８ｐｐｍ以下に
することが望まれている。なお、本明細書ではｐｐｍで
という濃度表示は重量濃度をあらわす重量ｐｐｍを意味
する。
【０００６】しかしながら、前述のような従来の精製技
術を駆使して、ジルコニウム元素含有量が０．２ｐｐｍ
以下と分析されるような高純度石英粉を製造しても、こ
れを溶融して得た石英ガラスは１ｐｐｍ程度のジルコニ
ウム元素を含んでしまうという不都合があった。
術を駆使して、ジルコニウム元素含有量が０．２ｐｐｍ
以下と分析されるような高純度石英粉を製造しても、こ
れを溶融して得た石英ガラスは１ｐｐｍ程度のジルコニ
ウム元素を含んでしまうという不都合があった。
【０００７】この様にして製造したジルコニウム元素含
有量が１ｐｐｍ程度の単結晶引き上げ用石英ガラスルツ
ボを用いると、ジルコニウム元素含有量が０．２ｐｐｍ
以下の合成石英ガラスのルツボを用いた時のような良質
のシリコン単結晶を得ることが出来なかった。
有量が１ｐｐｍ程度の単結晶引き上げ用石英ガラスルツ
ボを用いると、ジルコニウム元素含有量が０．２ｐｐｍ
以下の合成石英ガラスのルツボを用いた時のような良質
のシリコン単結晶を得ることが出来なかった。
【０００８】本発明は、上記した事情に鑑みなされたも
ので、天然石英を原料として高純度、特にジルコニウム
（Ｚｒ）が少なくかつ安価に製造される高純度石英ガラ
ス及びその製造方法を提供することを目的とする。
ので、天然石英を原料として高純度、特にジルコニウム
（Ｚｒ）が少なくかつ安価に製造される高純度石英ガラ
ス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高純度石英ガラスの製造方法は、結晶質天
然石英を加熱溶融して製造する天然石英ガラスの製造方
法において、該結晶質天然石英原料を一つ以上の単位精
製手段の組み合わせを順次実施して精製するにあたり、
所定の単位精製手段を実施後に当該石英原料の一部を分
析のために抜き取り、これをフッ化水素酸或いはフッ化
水素酸と他の無機酸との混酸で分解した後、その分解液
をそのままあるいは他の無機酸を更に添加した後に蒸発
乾固し、残留物にアルカリ金属の塩または水酸化物を加
えて加熱溶融し、その後このアルカリ金属の塩または水
酸化物を無機酸水溶液または純水で溶解して、該溶液中
の不純物を定量分析することによって、結晶質天然石英
中の不純物含有量を求め、この不純物含有量が所定の値
以下である精製結晶質天然石英を原料として加熱溶融に
よって高純度石英ガラスを製造することを特徴とする。
に、本発明の高純度石英ガラスの製造方法は、結晶質天
然石英を加熱溶融して製造する天然石英ガラスの製造方
法において、該結晶質天然石英原料を一つ以上の単位精
製手段の組み合わせを順次実施して精製するにあたり、
所定の単位精製手段を実施後に当該石英原料の一部を分
析のために抜き取り、これをフッ化水素酸或いはフッ化
水素酸と他の無機酸との混酸で分解した後、その分解液
をそのままあるいは他の無機酸を更に添加した後に蒸発
乾固し、残留物にアルカリ金属の塩または水酸化物を加
えて加熱溶融し、その後このアルカリ金属の塩または水
酸化物を無機酸水溶液または純水で溶解して、該溶液中
の不純物を定量分析することによって、結晶質天然石英
中の不純物含有量を求め、この不純物含有量が所定の値
以下である精製結晶質天然石英を原料として加熱溶融に
よって高純度石英ガラスを製造することを特徴とする。
【００１０】天然石英原料の精製手段としては次のよう
な方法が一般的にとられている。まず天然石英原料を粉
砕して粉体とし、洗浄や浮遊選鉱、磁力選鉱、フッ化水
素酸によるエッチングなどで高純度の石英粉とする。こ
れらの処理にあたっては、特開昭５２−１２１０１７号
公報記載の方法（浮遊選鉱）や特公昭３８−２１９８６
号公報記載の方法（酸洗浄）などを応用することが出来
る。
な方法が一般的にとられている。まず天然石英原料を粉
砕して粉体とし、洗浄や浮遊選鉱、磁力選鉱、フッ化水
素酸によるエッチングなどで高純度の石英粉とする。こ
れらの処理にあたっては、特開昭５２−１２１０１７号
公報記載の方法（浮遊選鉱）や特公昭３８−２１９８６
号公報記載の方法（酸洗浄）などを応用することが出来
る。
【００１１】通常、このような方法で、数％のジルコニ
ウム元素を含んだ原石から、１〜２ｐｐｍ程度のジルコ
ニウム元素含有量の石英粉を得ることが出来る。なお、
石英粉は結晶学的には水晶粉と同じであり、本明細書で
は区別しない。
ウム元素を含んだ原石から、１〜２ｐｐｍ程度のジルコ
ニウム元素含有量の石英粉を得ることが出来る。なお、
石英粉は結晶学的には水晶粉と同じであり、本明細書で
は区別しない。
【００１２】次に、アルカリ元素、鉄元素あるいは銅元
素をさらに低減させるために、ハロゲン元素含有雰囲気
で１０００℃程度に加熱処理する。この処理は一般的な
不純物を除く手段として公知である（特開昭４８−６９
７９４号公報）。この処理によって、アルカリ元素が
０．２ｐｐｍ以下、銅元素が０．１ｐｐｍ以下の精製原
料が得られる。このとき、通常の石英ガラスの分析方法
で評価すると、同時にジルコニウム元素も０．２ｐｐｍ
以下に精製されているように見える。
素をさらに低減させるために、ハロゲン元素含有雰囲気
で１０００℃程度に加熱処理する。この処理は一般的な
不純物を除く手段として公知である（特開昭４８−６９
７９４号公報）。この処理によって、アルカリ元素が
０．２ｐｐｍ以下、銅元素が０．１ｐｐｍ以下の精製原
料が得られる。このとき、通常の石英ガラスの分析方法
で評価すると、同時にジルコニウム元素も０．２ｐｐｍ
以下に精製されているように見える。
【００１３】通常の石英ガラスの分析方法としては、フ
ッ化水素酸を用いて分解溶液化し、この溶液をそのまま
フレームレス原子吸光光度計で分析したり、蒸発乾固後
希硝酸で回収して、ＩＣＰ−ＡＥＳ（プラズマ発光法）
やＩＣＰ−ＭＳ（プラズマ質量分析）で分析したりする
方法がある。また、特開平７−７２０５６号公報に開示
されたような、フッ化水素ガスで分解と蒸発乾固を同時
に行うような改良方法も用いられはじめている。
ッ化水素酸を用いて分解溶液化し、この溶液をそのまま
フレームレス原子吸光光度計で分析したり、蒸発乾固後
希硝酸で回収して、ＩＣＰ−ＡＥＳ（プラズマ発光法）
やＩＣＰ−ＭＳ（プラズマ質量分析）で分析したりする
方法がある。また、特開平７−７２０５６号公報に開示
されたような、フッ化水素ガスで分解と蒸発乾固を同時
に行うような改良方法も用いられはじめている。
【００１４】しかし、本発明の方法で用いる分析方法で
は蒸発乾固後に残留物を溶融アルカリ化合物で回収す
る。このアルカリ化合物をさらに水溶液化し、この溶液
を通常の分離・分析手段で定量的に分析するものであ
る。
は蒸発乾固後に残留物を溶融アルカリ化合物で回収す
る。このアルカリ化合物をさらに水溶液化し、この溶液
を通常の分離・分析手段で定量的に分析するものであ
る。
【００１５】このようにすると、従来の分析方法では
０．２ｐｐｍ以下に精製されたように見えた石英粉から
も１ｐｐｍ程度のジルコニウム元素が分析されることが
あることがわかった。
０．２ｐｐｍ以下に精製されたように見えた石英粉から
も１ｐｐｍ程度のジルコニウム元素が分析されることが
あることがわかった。
【００１６】中性子放射化分析のような方法によれば存
在形態にかかわらず全量のジルコニウム元素が分析でき
る。通常のフッ化水素酸で分解してＩＣＰ−ＡＥＳ（プ
ラズマ発光法）等で分解溶液を分析する分析方法では十
分純化されたように見えてもなお、純化を繰り返した
り、純化されやすい出発原料の場合は、ジルコニウム元
素含有量が０．８ｐｐｍ以下、さらには０．３ｐｐｍ程
度にまで純化されるのがわかる。
在形態にかかわらず全量のジルコニウム元素が分析でき
る。通常のフッ化水素酸で分解してＩＣＰ−ＡＥＳ（プ
ラズマ発光法）等で分解溶液を分析する分析方法では十
分純化されたように見えてもなお、純化を繰り返した
り、純化されやすい出発原料の場合は、ジルコニウム元
素含有量が０．８ｐｐｍ以下、さらには０．３ｐｐｍ程
度にまで純化されるのがわかる。
【００１７】従来の分析方法では原料石英粉のジルコニ
ウム元素含有量と製造された石英ガラス中のジルコニウ
ム元素含有量の分析値は関連が無い様にしかみえなかっ
た。本発明の分析方法を採用するとはじめて、原料石英
粉中のジルコニウム含有量と得られた石英ガラス中のジ
ルコニウム含有量の分析報告値を一致させることが出来
た。
ウム元素含有量と製造された石英ガラス中のジルコニウ
ム元素含有量の分析値は関連が無い様にしかみえなかっ
た。本発明の分析方法を採用するとはじめて、原料石英
粉中のジルコニウム含有量と得られた石英ガラス中のジ
ルコニウム含有量の分析報告値を一致させることが出来
た。
【００１８】例えば、従来の方法で分析・選別を行なう
場合、０．８ｐｐｍ以下のジルコニウム含有量の石英ガ
ラスを製造するために、０．８ｐｐｍジルコニウム含有
量以下の石英粉を選別利用して石英ガラスを製造して
も、０．８ｐｐｍを越える不合格品が出来てしまうこと
が３０％ほどあった。
場合、０．８ｐｐｍ以下のジルコニウム含有量の石英ガ
ラスを製造するために、０．８ｐｐｍジルコニウム含有
量以下の石英粉を選別利用して石英ガラスを製造して
も、０．８ｐｐｍを越える不合格品が出来てしまうこと
が３０％ほどあった。
【００１９】これに対し、本発明の方法で分析・選別を
行うと不合格は全くでなくなった。石英ガラスのジルコ
ニウム含有量は原料中のジルコニウム含有量に等しいよ
うに溶融工程での汚染を管理する事も可能になった。
行うと不合格は全くでなくなった。石英ガラスのジルコ
ニウム含有量は原料中のジルコニウム含有量に等しいよ
うに溶融工程での汚染を管理する事も可能になった。
【００２０】本発明者等は、特にジルコニウム（Ｚｒ）
元素含有量の少ない石英ガラスルツボを得るために鋭意
研究した結果、次の知見を得るにいたった。浮遊選鉱や
フッ化水素酸での洗浄でジルコニウム（Ｚｒ）を減少さ
せることはできるが１〜２ｐｐｍ程度までが実質的な限
界である。このものとこれを溶融した石英ガラスを、従
来の方法で分析した場合、原料石英粉のジルコニウム
（Ｚｒ）含有量と、石英ガラス中のジルコニウム（Ｚ
ｒ）含有量は一致する。
元素含有量の少ない石英ガラスルツボを得るために鋭意
研究した結果、次の知見を得るにいたった。浮遊選鉱や
フッ化水素酸での洗浄でジルコニウム（Ｚｒ）を減少さ
せることはできるが１〜２ｐｐｍ程度までが実質的な限
界である。このものとこれを溶融した石英ガラスを、従
来の方法で分析した場合、原料石英粉のジルコニウム
（Ｚｒ）含有量と、石英ガラス中のジルコニウム（Ｚ
ｒ）含有量は一致する。
【００２１】ハロゲン元素を含む雰囲気で加熱処理する
とジルコニウム（Ｚｒ）元素含有量をさらに低減するこ
とが出来る。真の総含有量を低減できるが、従来方法で
分析すると、実際以上に急速に純化されたように見えて
しまう。すなわち、１回のハロゲン雰囲気中加熱で原料
水晶粉中のジルコニウム（Ｚｒ）は０．２ｐｐｍ以下に
分析されるが、これを溶融して得た石英ガラス中のジル
コニウム（Ｚｒ）含有量は１．０ｐｐｍと分析されるよ
うなことがしばしば起こる。
とジルコニウム（Ｚｒ）元素含有量をさらに低減するこ
とが出来る。真の総含有量を低減できるが、従来方法で
分析すると、実際以上に急速に純化されたように見えて
しまう。すなわち、１回のハロゲン雰囲気中加熱で原料
水晶粉中のジルコニウム（Ｚｒ）は０．２ｐｐｍ以下に
分析されるが、これを溶融して得た石英ガラス中のジル
コニウム（Ｚｒ）含有量は１．０ｐｐｍと分析されるよ
うなことがしばしば起こる。
【００２２】ハロゲン元素を含む雰囲気で加熱処理した
場合は、従来の分析方法では実際に石英粉に含有されて
いるジルコニウム（Ｚｒ）の総量を知ることが出来な
い。本発明の、溶融アルカリ化合物を用いた分析方法で
のみ実際に石英粉に含有されているジルコニウム（Ｚ
ｒ）の総量を知ることが出来る。他方、溶融ガラス化し
た石英ガラス中のジルコニウム（Ｚｒ）含有量は、従来
の分析方法でも、本発明の方法で採用している分析方法
でも正しく知ることが出来る。
場合は、従来の分析方法では実際に石英粉に含有されて
いるジルコニウム（Ｚｒ）の総量を知ることが出来な
い。本発明の、溶融アルカリ化合物を用いた分析方法で
のみ実際に石英粉に含有されているジルコニウム（Ｚ
ｒ）の総量を知ることが出来る。他方、溶融ガラス化し
た石英ガラス中のジルコニウム（Ｚｒ）含有量は、従来
の分析方法でも、本発明の方法で採用している分析方法
でも正しく知ることが出来る。
【００２３】ジルコニウム（Ｚｒ）元素がハロゲン雰囲
気中加熱で低減されてゆく速度は、原料の履歴や由来に
よるものなのか、一定でない。ハロゲン雰囲気中加熱後
のジルコニウム（Ｚｒ）含有量を分析して把握し選別す
ることでのみ、安定して低ジルコニウム（Ｚｒ）含有量
の石英粉原料を用いることが出来、結果として歩留り良
く、低ジルコニウム（Ｚｒ）含有量の石英ガラスを製造
することが出来る。
気中加熱で低減されてゆく速度は、原料の履歴や由来に
よるものなのか、一定でない。ハロゲン雰囲気中加熱後
のジルコニウム（Ｚｒ）含有量を分析して把握し選別す
ることでのみ、安定して低ジルコニウム（Ｚｒ）含有量
の石英粉原料を用いることが出来、結果として歩留り良
く、低ジルコニウム（Ｚｒ）含有量の石英ガラスを製造
することが出来る。
【００２４】本発明者等の研究によれば、本発明で採用
しているジルコニウム元素の分析方法と同様に含有ジル
コニウムの総量を知る他の手段は中性子放射化分析であ
る。この方法は中性子源として大型設備を必要とするな
どのために高価な方法であり、そのため世界で利用でき
る設備も少ないので迅速な分析もできない。製造ライン
に組み込んで品質をモニタする分析方法としては採用し
難いものである。
しているジルコニウム元素の分析方法と同様に含有ジル
コニウムの総量を知る他の手段は中性子放射化分析であ
る。この方法は中性子源として大型設備を必要とするな
どのために高価な方法であり、そのため世界で利用でき
る設備も少ないので迅速な分析もできない。製造ライン
に組み込んで品質をモニタする分析方法としては採用し
難いものである。
【００２５】本発明の方法で採用する分析方法を詳述す
ると、以下のようである。まず、水晶粉をフッ化水素酸
と共に加圧酸分解容器中で１００℃以上に加熱して分解
溶液化する。このフッ化水素酸の代わりにフッ化水素酸
と他の無機酸との混酸を用いることもできる。ここでい
う他の無機酸としては、硝酸や硫酸をあげることができ
る。
ると、以下のようである。まず、水晶粉をフッ化水素酸
と共に加圧酸分解容器中で１００℃以上に加熱して分解
溶液化する。このフッ化水素酸の代わりにフッ化水素酸
と他の無機酸との混酸を用いることもできる。ここでい
う他の無機酸としては、硝酸や硫酸をあげることができ
る。
【００２６】次に、このフッ化けい素酸を主成分とする
溶液を開放状態で加熱すると、揮発性のフッ化けい素酸
は揮発散逸してしまい、けい素成分が無くなって不純物
を含む残留物だけが残る。分析化学では「乾固」という
操作は必ずしも「固体にする」事を意味しない。固体に
なるまで乾かしてしまうと後の工程で希薄な酸では回収
できなくなる場合もある。
溶液を開放状態で加熱すると、揮発性のフッ化けい素酸
は揮発散逸してしまい、けい素成分が無くなって不純物
を含む残留物だけが残る。分析化学では「乾固」という
操作は必ずしも「固体にする」事を意味しない。固体に
なるまで乾かしてしまうと後の工程で希薄な酸では回収
できなくなる場合もある。
【００２７】この蒸発乾固処理は、揮発性の物質が完全
に揮発散逸することが目的であるから、不揮発性の酸と
して、少量の硫酸を加えてから硫酸白煙が出るまで加熱
する操作も「乾固」と呼んでいる。特に区別して「白煙
乾固」と呼ぶ事もある。本発明の場合では、硫酸を加え
て白煙乾固すると主成分のけい素やフッ素を完全に取り
除くことができる。白煙乾固に際して加える酸として
は、硫酸ばかりでなく硝酸や過塩素酸を用いることもあ
る。
に揮発散逸することが目的であるから、不揮発性の酸と
して、少量の硫酸を加えてから硫酸白煙が出るまで加熱
する操作も「乾固」と呼んでいる。特に区別して「白煙
乾固」と呼ぶ事もある。本発明の場合では、硫酸を加え
て白煙乾固すると主成分のけい素やフッ素を完全に取り
除くことができる。白煙乾固に際して加える酸として
は、硫酸ばかりでなく硝酸や過塩素酸を用いることもあ
る。
【００２８】本発明では、この蒸発乾固の次に残留物を
アルカリ溶融する。アルカリ溶融という操作は、水溶液
ではないアルカリ金属の塩等の化合物を加熱溶融して、
数百℃以上の溶解力の強い液体とし、これに目的物質を
溶解する操作である。
アルカリ溶融する。アルカリ溶融という操作は、水溶液
ではないアルカリ金属の塩等の化合物を加熱溶融して、
数百℃以上の溶解力の強い液体とし、これに目的物質を
溶解する操作である。
【００２９】例えば、具体的には、アルカリ金属の塩と
してホウ砂あるいはその無水塩である四ホウ酸ナトリウ
ムを白金容器内で８００℃以上に加熱して溶融する。結
晶水の無い四ホウ酸ナトリウムの方が高純度試薬が入手
しやすいし、結晶水の脱離に際して飛散が起こらないの
で便利である。他のアルカリ化合物、例えばＮａＣｌ、
ＮａＯＨ等も同様に利用することが出来る。アルカリ溶
融の容器としては、白金製の容器を好適に用いることが
出来る。
してホウ砂あるいはその無水塩である四ホウ酸ナトリウ
ムを白金容器内で８００℃以上に加熱して溶融する。結
晶水の無い四ホウ酸ナトリウムの方が高純度試薬が入手
しやすいし、結晶水の脱離に際して飛散が起こらないの
で便利である。他のアルカリ化合物、例えばＮａＣｌ、
ＮａＯＨ等も同様に利用することが出来る。アルカリ溶
融の容器としては、白金製の容器を好適に用いることが
出来る。
【００３０】溶融した塩を、室温まで冷却すると固体の
アルカリ塩となる。このものは希薄な酸の水溶液、例え
ば希塩酸や希硝酸などで容易に溶解できる。溶解を助け
るために沸騰しない程度に加熱することは好ましい。
アルカリ塩となる。このものは希薄な酸の水溶液、例え
ば希塩酸や希硝酸などで容易に溶解できる。溶解を助け
るために沸騰しない程度に加熱することは好ましい。
【００３１】以上で得られた水溶液を、通常の方法で定
容にし、溶けた不純物濃度を測定する。本発明の方法で
特に重要な元素であるジルコニウム（Ｚｒ）を分析する
場合には、ＩＣＰ−ＡＥＳ（プラズマ発光法）を好適に
用いることが出来る。
容にし、溶けた不純物濃度を測定する。本発明の方法で
特に重要な元素であるジルコニウム（Ｚｒ）を分析する
場合には、ＩＣＰ−ＡＥＳ（プラズマ発光法）を好適に
用いることが出来る。
【００３２】本発明方法で好適に用いられる精製手段と
しては、前記結晶質天然石英原料をハロゲン元素含有雰
囲気中で加熱することをあげることができる。また、本
発明における不純物測定対象としてはジルコニウム元素
をあげることができ、このジルコニウム元素の含有量を
所定値、好ましくは０．８ｐｐｍ以下に設定することに
より、高純度の石英ガラス、例えばシリコン単結晶引上
げ用石英ガラスルツボを得ることができる。
しては、前記結晶質天然石英原料をハロゲン元素含有雰
囲気中で加熱することをあげることができる。また、本
発明における不純物測定対象としてはジルコニウム元素
をあげることができ、このジルコニウム元素の含有量を
所定値、好ましくは０．８ｐｐｍ以下に設定することに
より、高純度の石英ガラス、例えばシリコン単結晶引上
げ用石英ガラスルツボを得ることができる。
【００３３】本発明の高純度石英ガラス、例えばシリコ
ン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造は常法により
行なえばよいが、例えば垂直軸の回りに回転する耐熱性
の型の中に石英原料粉を充填し、内側から加熱溶融する
ことによって製造することができる。
ン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造は常法により
行なえばよいが、例えば垂直軸の回りに回転する耐熱性
の型の中に石英原料粉を充填し、内側から加熱溶融する
ことによって製造することができる。
【実施例】次に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定され
るものではない。
説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定され
るものではない。
【００３４】実施例１ ペグマタイト鉱床から選鉱、精製された石英ガラス製造
用天然石英粉を、塩素と塩化水素ガスを通じながら、１
１５０℃での滞留時間が１時間のロータリーキルン内
で、連続熱処理する。
用天然石英粉を、塩素と塩化水素ガスを通じながら、１
１５０℃での滞留時間が１時間のロータリーキルン内
で、連続熱処理する。
【００３５】１０ロット分の処理後の石英粉から各々分
析用サンプルを採集し、このうち５グラムを２５ｍｌの
５０％フッ化水素酸と共に密閉容器に収め、１６０℃で
４時間加熱して加圧酸分解する。冷却後、目には見えな
い未溶融のＺｒ含有パーティクルをも失わないように注
意しながら白金皿に分解液を移し、硫酸を２〜３滴加え
て硫酸白煙が出るまで乾固する。
析用サンプルを採集し、このうち５グラムを２５ｍｌの
５０％フッ化水素酸と共に密閉容器に収め、１６０℃で
４時間加熱して加圧酸分解する。冷却後、目には見えな
い未溶融のＺｒ含有パーティクルをも失わないように注
意しながら白金皿に分解液を移し、硫酸を２〜３滴加え
て硫酸白煙が出るまで乾固する。
【００３６】無水硼酸ナトリウム（Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ）２
グラムを加えて８００℃以上に加熱して乾固後の残留物
を融解する。冷却した融解物を希塩酸で溶解し、純水で
５０ｍｌに定容してこの水溶液をＩＣＰ−ＡＥＳ（プラ
ズマ発光法）でジルコニウム（Ｚｒ）元素含有量を分析
測定する。
グラムを加えて８００℃以上に加熱して乾固後の残留物
を融解する。冷却した融解物を希塩酸で溶解し、純水で
５０ｍｌに定容してこの水溶液をＩＣＰ−ＡＥＳ（プラ
ズマ発光法）でジルコニウム（Ｚｒ）元素含有量を分析
測定する。
【００３７】ジルコニウム（Ｚｒ）含有量が０．５ない
し０．７ｐｐｍの石英粉原料のロットを選別して、垂直
軸の周りに回転する耐熱性の型の中に該石英原料粉を充
填し、内側から加熱溶融してシリコン単結晶引上げ用ル
ツボを２０個溶融成型した。
し０．７ｐｐｍの石英粉原料のロットを選別して、垂直
軸の周りに回転する耐熱性の型の中に該石英原料粉を充
填し、内側から加熱溶融してシリコン単結晶引上げ用ル
ツボを２０個溶融成型した。
【００３８】得られたルツボについて、そのジルコニウ
ム（Ｚｒ）含有量を測定したが、ルツボのすべてが０．
５ないし０．７ｐｐｍの範囲のジルコニウム（Ｚｒ）含
有量のものであった。
ム（Ｚｒ）含有量を測定したが、ルツボのすべてが０．
５ないし０．７ｐｐｍの範囲のジルコニウム（Ｚｒ）含
有量のものであった。
【００３９】比較例１ 実施例１と同様に、ペグマタイト鉱床から選鉱、精製さ
れた石英ガラス製造用天然石英粉を、塩素と塩化水素ガ
スを通じながら、１１５０℃での滞留時間が１時間のロ
ータリーキルン内で、連続熱処理した。
れた石英ガラス製造用天然石英粉を、塩素と塩化水素ガ
スを通じながら、１１５０℃での滞留時間が１時間のロ
ータリーキルン内で、連続熱処理した。
【００４０】処理を行った後の石英粉中のジルコニウム
（Ｚｒ）元素含有量を従来の分析方法で測定した。すな
わち、処理後の石英粉５グラムを２５ｍｌの５０％フッ
化水素酸と共に密閉容器に収め、１６０℃で４時間加熱
して加圧酸分解する。冷却後、白金皿に分解液を移し、
硫酸を２〜３滴加えて硫酸白煙が出るまで乾固する。残
留物を希塩酸で回収し、純水で５０ｍｌに定容してこの
水溶液をＩＣＰ−ＡＥＳ（プラズマ発光法）でジルコニ
ウム（Ｚｒ）元素含有量を分析測定する。
（Ｚｒ）元素含有量を従来の分析方法で測定した。すな
わち、処理後の石英粉５グラムを２５ｍｌの５０％フッ
化水素酸と共に密閉容器に収め、１６０℃で４時間加熱
して加圧酸分解する。冷却後、白金皿に分解液を移し、
硫酸を２〜３滴加えて硫酸白煙が出るまで乾固する。残
留物を希塩酸で回収し、純水で５０ｍｌに定容してこの
水溶液をＩＣＰ−ＡＥＳ（プラズマ発光法）でジルコニ
ウム（Ｚｒ）元素含有量を分析測定する。
【００４１】すべてのロットについて観測されたジルコ
ニウム（Ｚｒ）の分析値は、分析の定量下限値である
０．２ｐｐｍ以下であった。この石英粉原料を用いて、
垂直軸の周りに回転する耐熱性の型の中に該石英原料粉
を充填し、内側から加熱溶融してシリコン単結晶引上げ
用ルツボを２０個溶融成型した。
ニウム（Ｚｒ）の分析値は、分析の定量下限値である
０．２ｐｐｍ以下であった。この石英粉原料を用いて、
垂直軸の周りに回転する耐熱性の型の中に該石英原料粉
を充填し、内側から加熱溶融してシリコン単結晶引上げ
用ルツボを２０個溶融成型した。
【００４２】得られたルツボについて、そのジルコニウ
ム（Ｚｒ）含有量を測定した。その結果、０．５ないし
０．８ｐｐｍの範囲のＺｒ含有量のルツボが１４個で、
０．９ないし１．２ｐｐｍの範囲のＺｒ含有量のルツボ
が６個であった。 実施例２ 上記実施例１で作ったジルコニウム（Ｚｒ）含有量の異
なるルツボを用いて公称直径８インチのシリコン単結晶
を引き上げた。Ｚｒ含有量が０．５から０．８ｐｐｍの
ものでは連続して３本の単結晶を引き上げることが出来
た。
ム（Ｚｒ）含有量を測定した。その結果、０．５ないし
０．８ｐｐｍの範囲のＺｒ含有量のルツボが１４個で、
０．９ないし１．２ｐｐｍの範囲のＺｒ含有量のルツボ
が６個であった。 実施例２ 上記実施例１で作ったジルコニウム（Ｚｒ）含有量の異
なるルツボを用いて公称直径８インチのシリコン単結晶
を引き上げた。Ｚｒ含有量が０．５から０．８ｐｐｍの
ものでは連続して３本の単結晶を引き上げることが出来
た。
【００４３】比較例２ 上記比較例１で作ったジルコニウム（Ｚｒ）含有量の異
なるルツボを用いて実施例２と同様にシリコン単結晶を
引き上げた。Ｚｒ含有量が０．９ｐｐｍから１．２ｐｐ
ｍのルツボを用いた場合は１本目の単結晶は正常に引き
上げることが出来たが、２本目の引上げ中に結晶に粒界
が導入されてしまい、引上げを中断した。再びこの状態
で、単結晶を引き上げようとしたが種付けがうまくゆか
ず残りのシリコン溶湯は廃棄せざるをえなかった。
なるルツボを用いて実施例２と同様にシリコン単結晶を
引き上げた。Ｚｒ含有量が０．９ｐｐｍから１．２ｐｐ
ｍのルツボを用いた場合は１本目の単結晶は正常に引き
上げることが出来たが、２本目の引上げ中に結晶に粒界
が導入されてしまい、引上げを中断した。再びこの状態
で、単結晶を引き上げようとしたが種付けがうまくゆか
ず残りのシリコン溶湯は廃棄せざるをえなかった。
【００４４】本発明の石英ガラスの製造方法によると、
原料水晶粉の精製工程にハロゲンガス雰囲気中での加熱
処理を組み合わせ採用しても、原料粉の段階でジルコニ
ウム（Ｚｒ）含有量を正しく簡便で安価に分析できるの
で、ジルコニウム（Ｚｒ）に関して所望の純度のルツボ
を効率良く製造することが出来る。
原料水晶粉の精製工程にハロゲンガス雰囲気中での加熱
処理を組み合わせ採用しても、原料粉の段階でジルコニ
ウム（Ｚｒ）含有量を正しく簡便で安価に分析できるの
で、ジルコニウム（Ｚｒ）に関して所望の純度のルツボ
を効率良く製造することが出来る。
【００４５】こうして製造したジルコニウム含有量が
０．８ｐｐｍ以下のルツボを用いると公称口径が８イン
チのような大口径単結晶が複数本連続して引き上げられ
るようになる。
０．８ｐｐｍ以下のルツボを用いると公称口径が８イン
チのような大口径単結晶が複数本連続して引き上げられ
るようになる。
【００４６】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、天
然石英を原料として高純度、特にジルコニウム（Ｚｒ）
が少なくかつ安価に石英ガラスを製造することが可能と
なるという大きな効果が達成される。
然石英を原料として高純度、特にジルコニウム（Ｚｒ）
が少なくかつ安価に石英ガラスを製造することが可能と
なるという大きな効果が達成される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前川 清貴 福井県武生市北府２丁目１番５号 株式会 社福井環境分析センター内 (72)発明者 辻 忠左衛門 福井県武生市北府２丁目１番５号 株式会 社福井環境分析センター内 (72)発明者 斉藤 学 福井県武生市北府２丁目１番５号 株式会 社福井環境分析センター内
Claims (5)
- 【請求項１】 結晶質天然石英を加熱溶融して製造する
天然石英ガラスの製造方法において、該結晶質天然石英
原料を一つ以上の単位精製手段の組み合わせを順次実施
して精製するにあたり、所定の単位精製手段を実施後に
当該石英原料の一部を分析のために抜き取り、これをフ
ッ化水素酸或いはフッ化水素酸と他の無機酸との混酸で
分解した後、その分解液をそのままあるいは他の無機酸
を更に添加した後に蒸発乾固し、残留物にアルカリ金属
の塩または水酸化物を加えて加熱溶融し、その後このア
ルカリ金属の塩または水酸化物を無機酸水溶液または純
水で溶解して、該溶液中の不純物を定量分析することに
よって、結晶質天然石英中の不純物含有量を求め、この
不純物含有量が所定の値以下である精製結晶質天然石英
を原料として加熱溶融によって高純度石英ガラスを製造
することを特徴とする高純度石英ガラスの製造方法。 - 【請求項２】 前記所定の単位精製手段が前記結晶質天
然石英原料をハロゲン元素含有雰囲気中で加熱すること
であり、結晶質天然石英中の分析対象不純物がジルコニ
ウム元素であることを特徴とする請求項１記載の高純度
石英ガラスの製造方法。 - 【請求項３】 前記精製結晶質天然石英中のジルコニウ
ム元素の含有量が０．８ｐｐｍ以下であることを特徴と
する請求項２記載の高純度石英ガラスの製造方法。 - 【請求項４】 ジルコニウム元素の含有量が０．８ｐｐ
ｍ以下である精製結晶質天然石英を原料として請求項３
記載の製造方法により製造されかつジルコニウム元素の
含有量が０．８ｐｐｍ以下であることを特徴とする高純
度石英ガラス。 - 【請求項５】 請求項４記載の高純度石英ガラスであ
り、垂直軸の回りに回転する型の中に充填した前記精製
結晶質天然石英粉を内側から加熱溶融して製造されるこ
とを特徴とするシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツ
ボ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06111896A JP3408917B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 高純度石英ガラス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06111896A JP3408917B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 高純度石英ガラス及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09255346A true JPH09255346A (ja) | 1997-09-30 |
| JP3408917B2 JP3408917B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=13161847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06111896A Expired - Lifetime JP3408917B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 高純度石英ガラス及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3408917B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017206416A (ja) * | 2016-05-19 | 2017-11-24 | クアーズテック株式会社 | 石英ガラスルツボ |
| JP2020007179A (ja) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス材の製造方法及びガラス材 |
-
1996
- 1996-03-18 JP JP06111896A patent/JP3408917B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017206416A (ja) * | 2016-05-19 | 2017-11-24 | クアーズテック株式会社 | 石英ガラスルツボ |
| JP2020007179A (ja) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス材の製造方法及びガラス材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3408917B2 (ja) | 2003-05-19 |
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