JPS6046933A - 板状石英ガラスの製造法 - 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】 本発明は板状石英ガラスの製造法に係わり、更に詳しく
は、メチルンリケートやエチルシリケートを加水分解し
、珪酸ゾルとし、（場合によってはソリ力微粉末を加え
ても良く、ソリカ微粉末の分散液でもよい。）続いてこ
のゾルを適当な容器に仕込み、回転中心から適当な距離
はなし、回転させながらゲル化させた後、乾燥、焼結さ
せガラス１ヒさせる板状石英ガラスの製造法に関する、
最近のＴ、　ＩＥ　Ｉ技術の進歩には目を見張るものが
おり、その微細化の進歩も著しい。

この微細化にはフォトマスク基板材の性能の向上も見の
がせない一因である。

最近、この基板として石英ガラスが、その低膨張性、紫
外吸収がない等の押出により、多く使われるようになっ
た。

一方液晶技術の進歩により、液晶テレビも使用期にはい
ってきた。この分野ではカラーイヒ、高品位化の面で多
結晶シリコン薄膜トランジスターを用いた液晶テレビが
有望である。この場合、高温に耐え、低アルカリ成分の
ガラスが必要であり、現在、石英ガラスが用いられてい
る。

このように石英ガラスは将来的に非常に重要な材料であ
るが、例えばＩＣフォトマスク用基板ガラスが１枚１万
円以」二と非常に高価である欠点がある。

このため安価な製造法かもとめられている。又安価な石
英ガラス基板が製造ばれるようになｔｌばその優れた特
徴のため、ＩＯ用フォトマスク基板やＴＰＴ基板はもと
□より、理化学器具や光学セル等に各使用されるように
なり、多大の影響を与えるものである。

本発明の目的は安価で高品質の板状石英ガラスを提供す
ることにある。

従来の石英ガラスの製造法は天然石英等の原料を２００
０℃以上の高温で溶融する方法が主であるが、この場合
、高温に耐える材料がないとか、不純物の浸入、エネル
ギーを大量に消費する等の問題があり、安価に製造でき
なかった。

本発明の方法はゾル−ゲル法を応用したもので、１２０
０℃近辺の低温で、石英ガラスを製造できる特徴がある
。ゾル−ゲル法による製造法を以下に簡単に述べる。

まず適当なアルキルンリケー）（５ｔ（ｏＲ）４）：Ｒ
は適当な有機の基を示す）を水中、あるいは含水アルコ
ール中で加水分解を行なう。加水分解時、塩酸等の触媒
を用いても良い、場合によっては微粉末シリカ（キャポ
ジル、キャボット社製：アエロジル、デグサ社製等）を
分散させた溶液を用いても良いし、微粉末シリカと上記
シリカゾルを混合しても良い。

このようにしてシリカゾルを作った後、容器にいれゲル
化させ、更に乾燥させてから炉にいれ焼結させガラス化
させる方法である、 この方法の特徴を上げると次の通りである。

１、　水晶を原料として、高温溶融法で作る場合よりも
低温ででき、省エネルギー的である。

２　純度のよい石英ガラスを得ることができる。

この他に粘性の低い溶液を出発物質とするため気泡等の
ない高品質のガラスを得ることができる等の利点が有る
ことになっているが、実際、製造してみると、気泡や結
晶化等の問題がアリ、高品質の石英ガラス板は得られて
いない。

本発明は従来のゾル−ゲル法においては得られない高品
質の板状石英ガラスを得る製造法である。

以下にその概要を述べる。

まず適当な市販のアルキルンリケード、例えばエチルン
リケートをアルコール（例えば、メタン−ル、エタノー
ル等）含有（含有しなくてもよい）水溶液（塩酸、硝酸
、アンモニヤ等を触媒として含有してもよい）に加え、
攪拌、混合して加水分解を行なう。

加水分解後、この溶液を次工程に使用してもよいが、更
に、この溶液に前述の７リカ微粉末を分散させてから使
用してもよい。

又、これとは別に、単にシリカ微粉末のみを分散した溶
液を用いてもよい。

このようにして得たゾルを第１図に示すよう々容器（例
えばポリプロピレン製タッパ−）に仕込み、第２図のよ
うに配置して、適当な回転速度で回転させながらゲル化
させ、固化させる。−ここで第２図について説明する。

図において、■はモータ、■は回転体、■はゾルのはい
っている容器、■はゾルを示す。■の回転体は容器の固
゛定にも用いられる。このような装置により回転させな
がらゲル化させ固化させるのであるが、回転数は装置の
大きさにもよるので一概にはきめられないが余りおそい
と品質が余り＃がらず、下側に厚いゲルが得られ、余シ
はやく回転させると一度固化したゲルが割れてしまう危
険がある。一般的には２０Ｇ〜５００Ｇ位かかる回転速
度が良好である。

かかる加速度を太きくしたい場合、ゾル状態で回転数を
上げておき、ゲル化石前位におとす方法も考えられる。

このような方法で作った乾燥ゲルの一例を第５図に示す
。図に示すように乾燥ゲルは内側にＲのついた形をして
いるが、只の大きさは回転体の大きさによりきまシ、Ｒ
を太きくとった方が、後工程で研磨量が少なく、コスト
的に有利であるが、Ｒの大きさは装置の物理的限界によ
り決定される。

このようにしてゲル化させた後、容器をと９はずし、蒸
発量を調節できるように穴をおけたふたにかえ、乾燥器
にいれ乾燥して乾燥ゲルとし、この乾燥ゲルを焼結する
ことにより石英ガラスとするのが本発明の概要でちる。

伺、品質的にＦｉ只のついた内側の方が良好なので、焼
結時、只のついた方を下にして炉にいれ、自重によシ平
面化されるようなプログラムで焼結し、最後研磨すれば
非常に高品位の石英ガラス板を得ることができる。

本発明の特徴は前述のことよりわかるように回転させな
がら、つまり加速度をかけながらゲル化を行なうことに
あり、このためゾル中にとり込まれた気泡は中心方向に
向う速度がはや捷り、簡単にとり除かれる。又ゾル化の
過程でできた粗大粒子や、ソリ力微粉末を加えた場合の
未分散粗大粒子は外側にはき工せられ、中間の部分は均
一なゲルとなる、このようなゲルを乾燥してから焼結す
れば、非常に高品質の石英ガラスを得ることができる。

これに対して、従来の自然にゾルを放置してゲル化させ
る場合、気泡や粗大粒子が最後捷でとり除かれることな
くゲル化するため、このようなゲルを乾燥、焼結した場
合、気泡や結晶化が常に問題となった。

以上が本発明の概要であるが、更に実権例に・□より詳
しく説明する。

実施例１ 市販のエチルシリケート（５ｉ（ＱＣ！ｔＨｓ　）４　
）２．２β、エタノール２５０−１０．０２　Ｎ塩酸溶
液９００ゴ、純水９００−を混合し、加水分解を行なっ
た。

この溶液に超音波をかけながら、微粉末ソリ力（アエロ
ジル０Ｘ−５０、デグサ社製）７５０ｒを徐々に加えｆ
−添加後、溶液の均一性を高めるために、更に２時間、
超音波をかけた。続いて、０、ｉＨアンモニヤ溶液１８
０−を加え、ＰＨを５付近に調整した。

この調整液を２個の内径２７ｃｒｎＸ２２−のプロピレ
ン製容器（商品名、タッパ−）に５００１づつ仕込みふ
たをしてから、長軸が２００　ｃｍ　（回転半径、約１
００ｃｒｎ）の箱型容器に設置Ｌ、第２図に示すような
装置組み込み、回転数３００　ｒｐｍで６０分間回転さ
せた、回転終了後、そのま１１日放置した。

別に、回転させない試料、回転数１０　Ｏｒｐｍで回転
させた試料を作った。

これらの試料を放置後、乾燥速度が調節できるよう穴を
あけたふたにかえ、６０℃の乾燥器にいれ１０日間乾燥
した。

続いて、乾燥により得たドライゲルを炉にいれ第４図に
示すような昇温プログラムにより焼結して、目的とする
石英ガラスを得た。尚、只のついた方の面を下にして炉
にいれたため自重にょシＲがなくなり、逆に上の方に只
のついた板状石英ガラスが得られた。最後に得られた石
英ガラスの荒研磨、光学研磨を行ない、厚み１．２ｃ１
ｎの石英ガラス基板とした。大きさｉｌ　４　Ｘ　４．
５インチであった。

光学研磨した石英ガラス基板を顕微鏡観察したところ、
回転させない試料には１０〜５０μ位の気泡が大量にあ
った。又、１００　ｒｐｍで回転させた試料は１０μｍ
以下の気泡がわずかに存在した。

一方５００　ｒｐｍで回転させた試料にはほとんど気泡
はみられなくなムあっても数μｍ以下の気泡であった。

′ 実施例２ エチルシリケート４４．７５！Ｊ、エタノール６−２Ｑ
、ＩＮ塩酸４６−をフラスコにと９．３時間攪拌混合を
、エチルシリケートの加水分解を行なった。

加水分解後、この混合物にα１Ｎアンモニア容液を加え
ＰＩ（をわずか上げ、ゲル化しゃすくしてから、内径４
０ｍのプロピレン製容器に仕込み、実施例１と同様にし
てゲルを作った。

出来たゲルを乾燥してドライゲルとしてから、列理速度
５０℃／時間で９００℃捷で昇温し石英ガラスとした。

このガラスを研磨して直径１９鴫、厚さ２語の石英ガラ
ス板を得た。顕微鏡観察によって、１０μｍ以上の気泡
は存在しないことを確認した。

実権例５ アｆｆ−０ジルＯＸ　−５０，４０２を純水１００−に
分散させた後、ＰＨ調整した液を実権例２と同様にして
、内径４０鵡のプロピレン製容器に仕込み、ゲル化する
まで回転させた。

得られたゲルを乾燥器で乾燥し乾燥ゲルとしてから炉に
いれ、５０℃／時間の昇温速度で１４５０℃まで昇温し
ガラス化させた。

続イテ得うれたガラスを光学研磨して２４厚の石英ガラ
ス板を得た。顕微鏡観察によって、１０μｍ以上の気泡
が存在しないことを観察した。

尚、上配実楕例中、石英ガラスの確認は比重、ビッカー
ス硬度、赤外、紫外分光特性、ならびにＸ線回折等によ
り行なった。

以上述べたように本発明の方法によれば、大きな回転体
で回転させながらゲル化するだけで高品質の大きな石英
ガラス基板を簡単に得ることができる。又、量産性に関
しては円型の回転体を作り、その内側にゾルを仕込んだ
容器を並べることにより、あるいはこのような回転体を
多段に重ねることにより簡単に解決される。

又、Ｒがつくことによｐ削りしろが多くなるが、このこ
とも容器に回転半径と同じｈ６つけることにより、ある
いは薄型の容器を用い完全にゾル溶液を充填することに
よシ簡単に解決できる。

さらにこの方法はゾル−ゲルを応用したセラミックス基
板やセラミックス薄膜にも適用できる厄用範囲の広い、
非常に優れた方法である。

このように優れた本発明の方法は将来の素材として有、
望な石英ガラス基盤はもとよりセラミックス基盤の製造
法として偉力を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図はプロピレン製容器にゾル金仕込んだ状態を示す
図であシ、■は容器、■はふた、■はゾルをそれぞれ示
す。 第２図は回転体に、ゾルのはいった容器を設置した図で
あシ、■はモーター、■は回転体、■はゾル（ゲル）の
はいった容器、■はゾル（ゲル）を示す。 第３図は固化したゲルの形状を示す図である。 第４図は昇温プログラムを示す。 以上 出願人　株式会社　諏訪精工台 第　１　図 第２図 第３区 第Δ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 珪酸ゾルのゲル化工程の後、乾燥、焼結させガラス化ζ
   せる石英ガラスの製造法において、ゾル溶液を容器に仕
   込み、該容器を回転中心から適当な距離はなし、回転略
   せながらゲル化させた後、乾燥、焼結させることを特許
   とする板状石英ガラスの製造法。