JPH0567574B2 - - Google Patents

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粉末の製造方法に関し、さ
らに詳しく言うと、不純物の混入を避けることの
できない機械的粉砕工程が不要であり、たとえ
ば、半導体工業用石英ガラス製品、光通信用多成
分ガラスの原料等の各種の用途に好適に利用する
ことのできる高純度の石英ガラス粉末を、簡単な
操作で効率良く得ることのできる石英ガラス粉末
の製造方法に関する。 ［従来技術および発明が解決しようとする課題］ たとえば半導体工業用石英ガラス製品、光通信
用多成分ガラス等の原料である石英ガラス粉末に
は、高純度化の要請が高まる一方である。 たとえば、近年、半導体素子の高集積化に伴い
超高純度のシリコン単結晶の要求が高まり、その
製造用ルツボの高純度化が求められている。 ところで、従来の半導体単結晶引き上げ用ルツ
ボは、天然石英の溶融粉砕品をカーボンアーク炉
中で焼き上げることにより製造されている。 しかしながら、この方法において原料に使用さ
れる天然石英の溶融粉砕品においては、天然石英
に含まれる不純物や粉砕工程で使用するアルミナ
ボールミルに由来するアルミニウム等の不純物の
混入が避けられない。 したがつて、この原料粉末を用いて製造したル
ツボには、通常、10ppm程度のAl、数ppm程度
のFe、Ti、Zr、Na、Ca、Ｋ、10分の数ppm程
度のＢ、Cu、Ni等の不純物が含まれており、こ
のようなルツボを用いてシリコン単結晶を引き上
げると、ルツボ中の不純物が単結晶中に移行する
ので、超高純度のシリコン単結晶を得ることはで
きない。 また、半導体ウエハーの熱処理工程に用いられ
る炉芯管等には、高純度の透明石英ガラス管が要
求される。 しかしながら、従来の透明石英ガラス管は、ア
ルミニウム、アルカリ等の微量不純物を含有する
天然水晶を原料に用いて形成されているので、従
来の透明石英ガラス管にもこれらの微量不純物が
含まれている。 したがつて、従来の透明石英ガラス管において
は、不純物に起因する熱変形や失透を避けること
ができないという問題がある。 また、一般に、石英ガラス材における熱変形や
失透は、不純物にアルカリ金属が存在する場合に
顕著に現れることが知られており、原料粉末の高
純度化が求められている。 さらに、天然石英や合成石英を機械的に粉砕す
ると、半導体工業用石英ガラス製品、特に、石英
ルツボを形成するための原料粉末として好ましい
粒度である75μｍから300μｍの粉末は50％以下し
か得られず、残りは75μｍ以下の微粉末になつて
しまううという問題もある。 本発明の目的は、こうした従来法の問題点を解
消し、産業上の需要を満たすべく、高純度石英ガ
ラス粉末を効率良く製造するための新規技術を提
供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するために、本発明者等が鋭意
検討を重ねた結果、珪酸エステルと特定量の水と
の混合溶液に、特定の粒径を有するとともに特定
量の珪酸質粒子の分散された分散液をゲル化さ
せ、得られたゲルを乾燥すると、乾燥中にゲルが
容易に粉末化すること、およびこのシリカゲル粉
末を焼成すると、破砕状の高純度合成石英ガラス
粉末が得られることを見い出して、本発明に到達
した。 本発明の構成は、珪酸エステルと前記珪酸エス
テル中のアルコキシ基の0.5倍当量以上の水との
混合溶液に、粒径400μｍを超える粒子の含有率
が10重量％未満であり、かつ粒径20μｍ未満の粒
子の含有率が50重量％未満であるとともに、使用
に供される前記珪酸エステルと同量の珪酸エステ
ルを焙焼したときに生成するシリカ重量に対して
10重量％以上の珪酸質粒子の分散された分散液を
ゲル化させた後、ゲルを乾燥し、その後、焼成す
ることを特徴とする石英ガラス粉末の製造方法で
ある。 以下に、本発明の製造方法について詳述する。 珪酸エステルの種類 メチルシリケート、エチルシリケート、およ
びプロピルシリケートの他、酸またはアルカリ
の共存下で水と溶液を形成し得るものは全て使
用できるが、アルコキシ基の炭素原子数が１〜
３のものは特に好適に使用することができる。
アルコキシ基の炭素原子数が１〜３の珪酸エス
テルは、加水分解が速やかに進行するからであ
る。 水の使用量など 本発明の方法においては、前記珪酸エステル
中のアルコキシ基の0.5倍当量以上、好ましく
は２〜10倍当量、さらに好ましくは２〜５倍当
量の水を使用する。 また、前記水の使用量が前記珪酸エステル中
のアルコキシ基と0.5倍当量未満であると、加
水分解が不充分になり、焼成すると残留するア
ルコキシ基が炭化して製品が黒色を帯びること
がある。 なお、使用に供される前記水としては、充分
に精製したものが好ましい。 また、本発明の方法においては、前記水とと
もに触媒を使用することができる。 好適に使用することのできる前記触媒として
は、前記珪酸エステルと前記水との混合溶液の
PHを変動させることのできるものであれば特に
制限はなく、具体的には、酸、アルカリを挙げ
ることができる。 前記酸の中でも、好ましいのは、硝酸、シユ
ウ酸、酢酸である。 前記アルカリの中でも、好ましいのは、アン
モニア、トリエチルアミン、エチレンジアミン
である。 いずれにせよ、前記触媒を用いた場合、前記
珪酸エステルと前記水との混合溶液のPHについ
ては、特に制限はないが、前記珪酸エステルの
加水分解を速やかに進行させるために好ましい
PHの範囲は、通常、３〜10である。 珪酸質粒子 前記珪酸エステルと前記水との混合溶液に添
加する珪酸質粒子は、その粒径が400μｍを超
えるものの含有率が10重量％以下であり、かつ
粒径が20μｍ未満のものの含有率が50重量％未
満、好ましくは粒径が300μｍを超えるものの
含有率が10重量％以下であり、かつ粒径が20μ
ｍ未満のものの含有率が30重量％未満であるこ
とが必要である。この珪酸質粒子の粒径が
400μｍを超えるものの含有率が10重量％以上
であつたり、粒径が20μｍ未満のものの含有率
が50重量％以上であつたりすると、得られる石
英ガラス粉末中に、粒径300μｍを超える粒子
が増加し、特に、石英ルツボを形成するための
原料粉末として好ましい粒度である75μｍから
300μｍの粉末の収率が低下することがある。 また、前記珪酸質粒子の使用割合は前記珪酸
エステルと同量の珪酸エステルを焙焼したとき
に生成するシリカ重量に対して10重量％以上、
好ましく20重量％以上であることが必要であ
る。前記珪酸エステルと同量の珪酸エステルを
焙焼したときに生成するシリカ重量に対する前
記珪酸質粒子の使用割合が10重量％未満である
と、石英ガラス粉末の収率が著しく低くなるこ
とがある。 使用に供される前記珪酸質粒子としては、シ
リカゲル、合成シリカ粉末、天然石英粉等が使
用できる。特に、高純度の石英ガラス粉末を得
るためには本法により合成された合成石英ガラ
ス粉末のうち、分級後の100μｍ以下の粒子を
再利用することが好ましい。 珪酸質粒子の分散及びゲルの乾燥方法 本発明の方法においては、前記珪酸エステル
と前記水との混合溶液を、たとえば容器回転型
の乾燥機（例：ロータリーエバポレーター）に
収め、これに粒径400μｍを超える粒子の含有
率が10重量％未満であり、かつ粒径20μｍ未満
の粒子の含有率が50重量％未満であるととも
に、前記珪酸エステルと同量の珪酸エステルを
焙焼したときに生成するシリカ重量に対して10
重量％以上の前記珪酸質粒子を添加したり、前
記珪酸エステルまたは前記水に前記珪酸質粒子
を添加したものを前記乾燥機に収めた後、前記
水または前記珪酸エステルを添加したりして、
好ましくは20〜60℃で加熱することにより、珪
酸質粒子の分散及びゲル化を行なう。 このとき、前記珪酸質粒子を前記珪酸エステ
ルと前記水との混合溶液中に良く分散すること
が重要である。前記珪酸質粒子の分散が充分で
ないと、得られる石英ガラス粉末の粒度分布が
シヤープではなくなることがある。 本発明の方法においては、次いで、生成した
ゲルの乾燥を行なう。 乾燥温度は、通常、100℃以上であり、たと
えば乾燥機を所定の温度に加温することにより
ゲルを乾燥させる。 焼成温度、時間 本発明における焼成温度は、いわゆるゾルゲ
ル法における焼成温度と同様、1000℃以上であ
ればよく、焼成時間は、通常、１時間以上であ
る。 その他 以上のようにして得られる合成石英ガラス粉
末の形状は破砕状であり、半導体工業用石英ガ
ラス製品、特に、石英ルツボの原料に好適に利
用することができる。また、高純度品でもある
ため光通信用多成分ガラス等の原料としても利
用可能である。 ［実施例］ 次いで、本発明の実施例および比較例を示し、
本発明についてさらに具体的に説明する。 実施例 １ テフロン被覆撹拌羽を取り付けた三ツ口ガラス
フラスコに、メチルシリケート3044ｇを収め、温
度20℃の条件下で２時間かけてイオン交換水4320
ｇを加えることにより加水分解を行つた。 その後、この加水分解液をロータリーエバポレ
ーター用フラスコに移し、粒径150μｍを超える
粒子の含有率が３重量％であり、かつ粒径20μｍ
未満の粒子の含有率が25重量％（平均粒径約60μ
ｍ）である石英ガラス粉末240ｇを加え、温度40
℃でロータリーエバポレーターを回転させ、石英
ガラス粉末の良く分散したゲルを得た。さらにこ
のゲルを、温度150℃、圧力100mmHgの条件下で
減圧乾燥処理した。 このようにして得た乾燥ゲルは、乾燥中に壊れ
て粉末化し最大粒径350μｍ、平均粒径214μｍで
あつた。 この粉末状のゲルを石英ガラス製ルツボに移
し、電気炉中で温度1050℃、４時間焼成して破砕
状の合成シリカ粉末を得た。 得られた合成シリカ粉末を、さらにふるいによ
り分級し、ルツボ形成に好適な75μｍから300μｍ
の粒敬を有する合成シリカ粉末を得た。加水分解
に使用したメチルシリケートから生成するシリカ
を基準にしたときの収率は74％であつた。 このシリカ粉末についてＸ線回析を行なつたと
ころ、Ｘ線回析パターンには水晶等の結晶性ピー
クが見られず、通常の石英ガラス同様にブロード
で、得られた粉体は石英ガラスであることが確認
された。また、不純物の含有量を調べるために発
光分光分析を行つた。 天然品と本実施例で得られた粉末の分析結果を
表１に示す。

【表】 実施例 ２ 前記実施例１において、メチルシリケート3044
ｇに代えてエチルシリケート4166ｇを用いたほか
は、前記実施例１におけるのと同様に処理した乾
燥ゲルを得た。 得られた乾燥ゲルの最大粒径は350μｍ、平均
粒径は232μｍであつた。 この粉末状のゲルを、前記実施例１におけるの
と同様にして電気炉中で焼成して破砕状の石英ガ
ラス粉末を得た。 得られた石英ガラス粉末を、 更にふるいにより分級し、75μｍから300μｍの粒
径を有する合成石英ガラス粉末を得た。加水分解
に使用したエチルシリケートから生成するシリカ
を基準にしたときの収率は79％であつた。 実施例 ３ 前記実施例１において、硝酸を添加してPH３に
調節したイオン交換水を用いたほかは、前記実施
例１におけるのと同様に処理して乾燥ゲルを得
た。 得られた乾燥ゲルの最大粒径は350μｍ、平均
粒径は216μｍであつた。 得られた乾燥ゲルを、前記実施例１におけるの
と同様にして電気炉中で焼成して破砕状の石英ガ
ラス粉末を得た。 この破砕状の石英ガラス粉末を、更に分級し
て、75μｍから300μｍの粒径を有する合成石英ガ
ラス粉末を得た。加水分解に使用したメチルシリ
ケートから生成するシリカを基準にしたときの収
率は76％であつた。 比較例 １ 前記実施例１において、加水分解液に石英ガラ
ス粉末を加えなかつたほかは、前記実施例１にお
けるのと同様に処理して乾燥ゲルを得た。 得られた乾燥ゲルは粒状であり粉末化せず、そ
の平均粒径は３mmと非常に大きなものであつた。 この粒状のゲルを、前記実施例１におけるのと
同様に電気炉中に焼成して粒状の石英ガラスを得
た。 この粒状の石英ガラスを分級して75μｍから
300μｍの粒径を有する合成石英ガラス粉末を得
た。 加水分解に使用したメチルシリケートから生成
するシリカを基準にしたときの収率は僅か５％で
あつた。 比較例 ２ 前記比較例１において、焼成して得られた粒状
ゲルをアルミナ製ボールミル及びボールを用いて
粉砕した。得られた石英ガラス粉末の平均粒径
は、205μｍであつた。 その後、この石英ガラス粉末を分級して、75μ
ｍから300μｍの粒径を有する合成石英ガラス粉
末を得た。 加水分解に使用したメチルシリケートから生成
するシリカを基準にしたときの収率は39％であつ
た。 また、不純物含有量を測定したところアルミニ
ウムが32ppm含まれていた。 ［発明の効果］ 本発明によると、 (1) 機械的粉砕工程が不要であるので、不純物の
混入を防止することができるとともに、 (2) 簡単な操作で高純度品を得ることができると
ともに、生成する粉末の粒度分布がシヤープで
あるので、収率が高い、 等の種々の利点を有する工業的に有用な石英ガラ
ス粉末の製造方法を提供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 珪酸エステルと前記珪酸エステル中のアルコ
   キシ基の0.5倍当量以上の水との混合溶液に、粒
   径400μｍを超える粒子の含有率が10重量％未満
   であり、かつ粒径20μｍ未満の粒子の含有率が50
   重量％未満であるとともに、使用に供される前記
   珪酸エステルと同量の珪酸エステルを焙焼したと
   きに生成するシリカ重量に対して10重量％以上の
   珪酸質粒子の分散された分散液をゲル化させた
   後、ゲルを乾燥し、その後、焼成することを特徴
   とする石英ガラス粉末の製造方法。