シリカガラスの製造方法

1. シリカガラスの製造方法 福井大学 工学部 葛生 伸

2. シリカガラスの分類 電気溶融 ( I 型) 溶融 火炎溶融 ( II 型) 直接法 ( III 型) MCVD法 シリカガラス OVD法 スート再溶融法 気相 VAD法 合成 プラズマ法 ( IV 型) ゾル・ゲル法 液相 LPD 法

3. 電気溶融法 ( I 型溶融石英ガラス) 電気炉による溶融

4. 電気溶融法 ( I 型溶融石英ガラス) 電気炉による溶融 先久保邦彦，New Glass, 4, 29 (1987)

5. 電気溶融法 ( I 型溶融石英ガラス) 電気炉による溶融 アークプラズマによる溶融

6. 電気溶融法 ( I 型溶融石英ガラス) アークプラズマによる溶融

7. 電気溶融法 ( I 型溶融石英ガラス) 電気炉による溶融 アークプラズマによる溶融 電気溶融管引き法

8. 電気溶融法 ( I 型溶融石英ガラス) 電気溶融管引き法 特開昭47-41640

9. 火炎溶融法 ( II 型溶融石英ガラス) コラム方式

10. 火炎溶融法 ( II 型溶融石英ガラス) コラム方式

11. 火炎溶融法 ( II 型溶融石英ガラス) コラム方式 スラブ方式

12. 火炎溶融法 ( II 型溶融石英ガラス) スラブ方式

13. 溶融石英ガラスの特徴と用途 特徴 耐熱性に優れる

14. 各種シリカガラスの粘度ηのOH濃度依存性 1200 ℃

15. 溶融石英ガラスの特徴と用途 特徴 耐熱性に優れる 粒状構造

16. 溶融石英ガラスの粒状構造 （グラニュラリティー）

17. 粒状構造 溶融石英ガラスの特徴と用途 特徴 耐熱性に優れる 　　　　　　　／Al含有

18. 各種シリカガラスの不純物濃度の例 単位: ppm • 原子吸光分析法 • ICP発光分析法 • その他の元素はICP質量分析法

19. 溶融石英ガラスの特徴と用途 特徴 耐熱性に優れる 粒状構造 ／ Al含有 比較的廉価 用途 半導体製造装置 ランプ用管球材料

20. 合成シリカガラス 気相法 直接法 ( III 型) MCVD法 OVD法 スート再溶融法 VAD法 プラズマ法 ( IV 型) 液相法 ゾル・ゲル法 LPD 法

21. 火炎加水分解による直接法　( III 型合成シリカガラス) コーニング社基本特許の合成方法 SiCl4の酸水素火炎加水分解⇒ 直接堆積ガラス化 SiCl4 + H2O → SiO2 + 2HCl + Cl2

22. 直接法　( III 型合成シリカガラス) 縦型合成法

23. 直接法　( III 型合成シリカガラス) 横型合成法 特開平1-138245

24. 直接法合成シリカガラスの特徴 ・ OH基を多く含む OH = 400～1500 ppm ・高純度 金属不純物　≲ 数10 ppb ・紫外線，放射線耐性が良い ・真空紫外，近赤外特性はやや悪い ← OH基による吸収

25. 直接法合成シリカガラスの特長と用途 特長 耐紫外線性に優れる 無脈理で均質なものを製造可能 用途 フォトマスク （含 LCD用） 紫外線用光学材料 ステッパ用照明系 〃　 投影系

26. スート再溶融法 MCVD法 OVD法 VAD法 PCVD法 直接法 高純度だが 1.4 μmに光吸収 ⇒ 通信用光ファイバー母材として不適 無水シリカガラスの合成法 スート再溶融法 プラズマ法

27. シリカガラスの伝送損失 D. L. Griscom, J. Ceram. Soc. Jpn. 99, 923 (1991)

28. 光ファイバー母材ガラス作製方法の概略 T. Li. Ed., OpticalFiber Communications I, Fiber Fabrication, Academic Press (1985)

29. MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) SiCl4, GeCl4などの熱酸化 SiCl4 + O2 → SiO2 + Cl2

30. MCVD法における微粒子堆積の模式図 J. B. MacChseney and D. J. DiGiovanni, J. Am. Ceram. Soc. 3537 (1990)

31. 1200 ﾟC Pump (20 mbar) SiCl4 Cl2 O2 Microwave plasma (GeCl4) PCVD (Plasma activated Chemical Vapor Deposition) T. Li. Ed., OpticalFiber Communications I, Fiber Fabrication, Academic Press (1985)

32. OVD (Outside Vapor Deposition) VAD (Vapor-phase Axial Deposition)

33. シリカガラス系プレーナ光回路作製プロセス 大森 保治，「非晶質シリカ材料応用ハンドブック」， リアライズ社 (1999), p. 572

34. 火炎堆積　(FHD) 法 大森 保治，「非晶質シリカ材料応用ハンドブック」， リアライズ社 (1999), p. 572

35. スート再溶融法の特徴 坂口茂樹，「非晶質シリカ材料応用ハンドブック」， リアライズ社 (1999), p. 517

36. VAD法シリカガラスの光学材料としての特徴 VAD 多段階プロセス ⇒ OH, Cl 量制御可能 芯が無く比較的大きいもの製造可能 無脈理の材料製造可能 真空紫外 用光学材料 近 赤 外

37. 各種シリカガラスの真空紫外分光透過率

38. プラズマ法 ( IV型) 合成シリカガラス 光ファイバー用の無水合成法として開発 欠陥構造による光吸収多い ？ 均質性悪い？ 紫外線や放射線に弱い？

39. プラズマ法合成シリカガラス製造方法 特公昭 62-3096

40. プラズマ法合成シリカガラスの製法装置例 • SiCl4容器 • ポンプ • SiCl4気化器 • バーナー入力チャンバー • バーナー • 高周波コイル • 高周波電源 • シリカガラスインゴット • インゴットホルダー • ホルダー移動器 • 位置あわせ機構 • SiCl4液体 • 気化器へのO2 • バーナー入力O2 • バーナー入力Ar French Pat. 2321549

41. POVD法 紫外線用光ファイバーのクラッド作製 妻沼孝司，「非晶質シリカ材料応用ハンドブック」，リアライズ社(1999), p. 565

42. 液相法 ゾル・ゲル法 LPD 法

43. H2O アルコール　添加 HCl ゾルゲル法 シリコンアルコキシド Si(OC2H5)4など 溶液 加水分解 重縮合 ゲル体 加熱 ～800 ℃ ガラス

44. ゾルゲル法によるシリカガラスのバルク，繊維およびコーティング膜の製法 作花済夫「ゾル－ゲル法の科学～機能性ガラスおよびセラミックスの低温合成～」アグネ承風社 (1988)

45. ゾルゲル法の特徴と用途 塊状のガラス製品製法としては不適 ⇒　薄膜 ガラス，セラミックス，金属等のコーティング

46. 液相析出 (LPD)法 SiO2をケイフッ化水素酸に飽和 ホウ酸添加 基板上にSiO2析出 ≈ 40 ℃ H2SiF6 + 2H2O → 6HF +SiO2 特徴 プラスティックなどの低融点物のコーティング可能 用途例 プラスティックレンズの反射防止 (AR) 膜

47. シリカガラスの分類・製造方法・特性および主な用途シリカガラスの分類・製造方法・特性および主な用途