JPS643815B2 - - Google Patents

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、メチルシ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、（場合によつて
はシリカ微粉末を加えても良く、シリカ微粉末の
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
ス化させる板状石英ガラスの製造法に関する。

最近のLSI技術の進歩には目を見張るものがあ
り、その微細化の進歩も著しい。

この微細化にはフオ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理由により、多く使わ
れるようになつた。

一方液晶技術の進歩により、液晶テレビも使用
期にはいつてきた。この分野ではカラー化、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フオトマスク用基板ガ
ラスが１枚１万円以上と非常に高価である欠点が
ある。

このため安価な製造法がもとめられている。又
安価な石英ガラス基板が製造されるようになれば
その優れた特徴のため、IC用フオトマスク基板
やTFT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2000℃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つた。

本発明の方法はゾル―ゲル法を応用したもの
で、1200℃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シリケート（Si（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、場合によつて
は微粉末シリカ（キヤボジル、キヤボツト社製：
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つた後、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つているが、実際、製造
してみると、気泡や結晶化等の問題があり、高品
質の石英ガラス板は得られていない。

本発明の板状石英ガラスの製造法は、 珪酸ゾルをゲル化させ、乾燥、焼結させる板状
石英ガラスの製造法において、 前記珪酸ゾル溶液を容器に仕込み、前記容器を
回転装置の回転中心より離れた位置に装着して、
前記回転装置を回転させながらゲル化させたの
ち、乾燥、焼結させることを特徴とする。すなわ
ち 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シリケート、例えば
エチルシリケートをアルコール（例えば、メタノ
ール、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、撹拌、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、この溶液に前述のシリカ微粉末を分
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図に示すような
容器（例えばポリプロピレン製タツパー）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、はゾルのはいつてい
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あがらず、下側に
厚いゲルが得られ、余り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。

かかる加速度を大きくしたい場合、ゾル状態で
回転数を上げておき、ゲル化直前位におとす方法
も考えられる。

このような方法で作つた乾燥ゲルの一例を第３
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、Ｒの大きさは回転体の大
きさによりきまり、Ｒを大きくとつた方が、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、容器をとりは
ずし、蒸発量を調節できるように穴をあけたふた
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ある。尚、品質的にはＲの
ついた内側の方が良好なので、焼結時、Ｒのつい
た方を下にして炉にいれ、自重により平面化され
るようなプログラムで焼結し、最終研磨すれば非
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、このためゲル中にとり込ま
れた気泡は中心方向に向う速度がはやまり、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、シリカ微粉末を加えた場合の末分散粗大粒
子は外側にはきよせられ、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まで
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
に問題となつた。

以上が本発明の概要であるが、更に実施例によ
り詳しく説明する。

実施例 １ 市販のエチルシリケート（Si（OC₂H₅）₄）2.2
、エタノール250ml、0.02N塩酸溶液900ml、純
水900mlを混合し、加水分解を行なつた。

この溶液に超音波をかけながら、微粉末シリカ
（アエロジルOX―50、デグサ社製）750ｇを徐々
に加えた。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、0.1
アンモニヤ溶液180mlを加え、PHを５付近に調整
した。

この調整液を２個の内径27cm×22cmのプロピレ
ン製容器（商品名、タツパー）に500ｇづつ仕込
みふたをしてから、長軸が200cm（回転半径、約
100cm）の箱型容器に設置し、第２図に示すよう
な装置組み込み、回転数300rpmで30分間回転さ
せた、回転終了後、そのまま１日放置した。

別に、回転させない試料、回転数100rpmで回
転させた試料を作つた。

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、Ｒのつい
た方の面を下にして炉にいれたため自重によりＲ
がなくなり、逆に上の方にＲ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1.2cmの石英ガラ
ス基板とした。大きさは４×4.5インチであつた。

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
が大量にあつた。又、100rpm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300rpmで回転させた試料にはほとんど気
泡はみられなくなり、あつても数μｍ以下の気泡
であつた。

実施例 ２ エチルシリケート44.7ｇ、エタノール６ml、
0.1N塩酸46mlをフラスコにとり、３時間撹拌混
合し、エチルシリケートの加水分解を行なつた。

加水分解後、この混合物に0.1Nアンモニア容
液を加えPHをわずか上げ、ゲル化しやすくしてか
ら、内径40mm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つた。

出来たゲルを乾燥してドライゲルとしてから、
昇温速度30℃／時間で900℃まで昇温し石英ガラ
スとした。このガラスを研磨して直径19mm、厚さ
２mmの石英ガラス板を得た。顕微鏡観察によつ
て、10μｍ以上の気泡は存在しないことを確認し
た。

実施例 ３ アエロジルOX―50、40ｇを純水100mlに分散
させた後、PH調整した液を実施例２と同様にし
て、内径40mm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、30℃／時間の昇温速度で1450℃ま
で昇温しガラス化させた。

続いて得られたガラスを光学研磨して２mm厚の
石英ガラス板を得た。顕微鏡観察によつて、10μ
ｍ以上の気泡が存在しないことを観察した。

尚、上記実施例中、石英ガラスの確認は比重、
ビツカース硬度、赤外、紫外分光特性、ならびに
Ｘ線回折等により行なつた。

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がつくことにより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Ｒをつける
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り簡単に解決できる。

さらにこの方法はゾル―ゲルを応用したセラミ
ツクス基板やセラミツクス薄膜にも適用できる応
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ツク
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を仕込んだ状
態を示す図であり、は容器、はふた、はゾ
ルをそれぞれ示す。 第２図は回転体に、ゾルのはいつた容器を設置
した図であり、はモーター、は回転体、は
ゾル（ゲル）のはいつた容器、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 珪酸ゾル溶液をゲル化させ、乾燥、焼結させ
   る板状石英ガラスの製造法において、 前記珪酸ゾル溶液を容器に仕込み、前記容器を
   回転装置の回転中心より離れた位置に装着して、
   前記回転装置に装着された容器を前記回転中心に
   回転させながらゲル化させたのち、乾燥、焼結さ
   せることを特徴とする板状石英ガラスの製造法。