(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉内に形成された炉体と、この炉体内部に配設されたインゴット形成用のターゲットと、このターゲットを昇降させる昇降装置と、前記ターゲットに対向して炉体の上方に設けられ、珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナと、前記炉体の下方より排気を行なうように炉体に連通して設けられた排気流路と、この排気流路に連通して設けられた排気装置と、前記排気流路内の排気圧を調整する排気圧調整手段とを有し、前記排気流路は、溶融炉の下部に設けられかつ、炉体の下部中央部から偏流なく強制的に排気できるように炉体の底部中央部に設けられた排気開口及びこの排気開口の下方に設けられた仕切板に開口される通気孔により炉体に連通していることを特徴とする合成シリカガラスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合成シリカガラスの製造装置に係わり、特に炉体内の排気圧を調整するようにした合成シリカガラスの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造で用いられるフォトマスクや光学用部材に用いられる合成シリカガラスの製造方法は、酸水素火炎中に四塩化珪素等珪素化合物を導入し、加水分解によりシリカ微粒子を生成させ、これを酸水素火炎の熱で溶融堆積させるものである。図４に示すように、この合成シリカガラスの製造方法に用いられる従来の合成シリカガラス製造装置２１は、溶融炉２２内に形成された炉体２３内部に昇降装置２４により、昇降可能に配設されたインゴット形成用のターゲット２５と、このターゲット２５に対向して炉体２２の上方に設けられ、珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナ２６と、炉体２２の上方に連通するように設けられた排気ダクト２６を有している。このような従来の合成シリカガラス製造装置２１を用いた合成シリカガラスの製造工程において、炉体内の排気は炉体２３の上方から排気ダクト２７を介しての大気への自然排気か、あるいは、強制排気の場合でも、その炉体内と炉体外の差圧は一般的に雰囲気ガスが周辺に拡散しない程度の最低限のものであり、炉体２３内のシリカ以外の反応生成ガスは、バーナ２６から供給されるガスの圧力のみによって排気される。つまり、炉体内外の差圧はバーナ２６からの導入ガスの流量によって変化する。従って、炉体内外の差圧は、生成シリカ微粒子の堆積効率に影響し、また炉体内外の差圧が低い場合、泡の混入頻度が高くなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成シリカガラスの製造装置が要望されていた。
【０００４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成シリカガラスの製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、溶融炉内に形成された炉体と、この炉体内部に配設されたインゴット形成用のターゲットと、このターゲットを昇降させる昇降装置と、前記ターゲットに対向して炉体の上方に設けられ、珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナと、前記炉体の下方より排気を行なうように炉体に連通して設けられた排気流路と、この排気流路に連通して設けられた排気装置と、前記排気流路内の排気圧を調整する排気圧調整手段とを有し、前記排気流路は、溶融炉の下部に設けられかつ、炉体の下部中央部から偏流なく強制的に排気できるように炉体の底部中央部に設けられた排気開口及びこの排気開口の下方に設けられた仕切板に開口される通気孔により炉体に連通していることを特徴とする合成シリカガラスの製造装置が提供される。これにより、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成シリカガラスの製造が実現される。
【０００６】
特に、偏流なく排気され、石英ガラスの多孔質母材は変形なく成長する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の概念図である。
【００１１】
図１に示すように、合成シリカガラスの製造装置１は、直接法による合成シリカガラスを製造するための溶融炉２内に形成された炉体３と、この炉体３内部に配設されたインゴット形成用のターゲット４と、このターゲット４を昇降させる昇降装置５と、ターゲット４に対向して炉体３の上方に設けられ、珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナ６と、炉体３の下方より排気を行なうように炉体３に連通して設けられた排気流路７と、この排気流路７に連通して設けられた排気装置８と、排気流路７内の排気圧を調整する排気圧調整手段９とを有している。
【００１２】
また、合成シリカガラスの製造装置１には、図２に示すように、この合成シリカガラスの製造装置１全体を制御する制御装置１０が設けられている。
【００１３】
上記炉体３は、耐火物で形成されその内部に上記のようにターゲット４が収納される。
【００１４】
また、ターゲット４は円板形状をなし、このターゲット４に堆積する合成シリカの堆積量に応じて、昇降装置５の働きで降下し、合成シリカ製造工程中は、常時、堆積した合成シリカの頂上部とバーナ６の距離がほぼ一定に保たれるようになっている。
【００１５】
上記昇降装置５は上記のようにターゲット４を昇降させるもので、いずれも図２に示すボールネジ５ａを介して進退移動させる進退駆動用モータ５ｂで構成されている。
【００１６】
図３に示すように、バーナ６は、原料制御用マスフローコントローラ６ａ、高温に加温された恒温槽であるベーキング装置６ｂに連通され、また、マスフローコントローラ６ａを介して支燃ガスＯ２のＯ２供給源に、可燃ガスＨ２のＨ２供給源に連通されており、メインタンク６ｃに溜められ、ベーキング装置６ｂ、マスフローコントローラ６ａを介して送られてくる珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するものである。このマスフローコントローラ６ａは、制御装置１０により制御され、バーナ６のガス供給量を制御できるようになっている。
【００１７】
また図１に示すように、排気流路７は、炉体３の下方、例えば、下部中央部に設けられた排気開口３ａと合成シリカガラスの製造装置１の外部に設けられた排気装置８間に形成されており、具体的には、排気流路７は融炉の下部に設けられ、排気開口３ａ及びこの排気開口３ａの下方に設けられた仕切板１１に開口される通気孔１１ａにより炉体３に連通しており、排気装置８を作動させることにより、炉体３内のガスを炉体３の下部中央部から偏流なく強制的に排気できるようになっている。
これにより、合成シリカガラスの透明母材は変形なく成長する。
【００１８】
上記排気装置８は、排気ポンプからなっており、制御装置１０により制御される。
【００１９】
また、排気圧調整手段９は、上記のように排気流路７内の圧力を調整するためのもので、図２に示すステッピングモータ９ａと、このステッピングモータ９ａにより回動される回動弁９ｂとで構成されている。ステッピングモータ９ａは、排気流路７内に設けられた圧力センサー９ｃで検知された圧力情報信号を制御装置１０に送信し、この制御装置１０により回動制御され、回動弁９ｂの開度を調整することにより、排気流路７内の排気圧を容易かつ確実に調整できるようになっている。
【００２０】
なお、上記排気圧調整手段は、本実施形態のように、ステッピングモータと回動弁とで構成されるものに限らず、排気装置としての排気ポンプの回転数を制御する制御回路によってポンプの回転数を制御して、その排気量を制御するようにするなど、排気装置により排気量を調整するものであれば如何なるものであってもよい。また、回動弁の開度と排気流路内の排気圧の相関を事前に調べ、この結果を制御装置に記憶させておき、回動弁の開度を調整するようにすれば、圧力センサーは必ずしも設ける必要はない。
【００２１】
上記合成シリカガラスの製造装置１を用いた合成シリカガラスの製造工程中、制御装置１０による駆動用モータ５ｂ、マスフローコントローラ６ａ、ステッピングモータ９ａ、排気装置８、圧力センサー９ｃ等の制御は、事前に制御装置１０にプログラムされた制御手順に従って行われ、必要に応じ制御装置１０に設けられた入力手段（図示せず）からの入力により行われる。
【００２２】
次に本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置を用いた合成シリカガラスの製造方法について説明する。
【００２３】
図１及び図３に示すように、制御装置１０の制御により、最初に原料供給源から液体状の原料珪素化合物をメインタンク６ｃに供給する。次に、Ｎ２供給源から加圧用Ｎ２をメインタンク６ｂに送り、このＮ２の圧力により、液体状の珪素化合物をベーキング装置６ｂに所定量供給する。
【００２４】
ベーキング装置６ｂに供給された液体状の珪素化合物は、加熱され、気化して、加圧用Ｎ２と共に、マスフローコントローラ６ａに制御され所定流量だけ、バーナ６に供給される。これと同時に排気装置８を作動させ、排気流路７を介して炉体３内の強制排気を開始する。バーナ６に供給された気体珪素化合物は、マスフローコントローラ６ａを介してＯ２供給源、Ｈ２供給源から供給される支燃ガス用Ｏ２、可燃ガスのＨ２と共にバーナ６に供給され、珪素化合物は酸素水素火炎中で加水分解される。このバーナ６中で、加水分解された珪素化合物からＳｉＯ２からなる合成シリカガラスが合成され、バーナ６の下方に設けられたターゲット４に堆積し、合成シリカガラス透明母材が製造される。
【００２５】
この合成シリカガラスの製造工程において、炉体３内のＳｉＯ２以外の反応生成ガスは、炉体下部中央部より偏流なく強制排気される。従って、炉体３内に排気ガスが停滞せず、透明母材に変形した成長がなく、さらに、圧力センサー９ｃにより排気流路７の圧力を検知し、排気ガス圧を常時最適条件に調整して、最適差圧に調整することにより、堆積効率を向上させ、透明母材への泡の混入を防止することができる。
【００２６】
なお、炉体内外の差圧（炉体内と排気流路の圧力差）は、酸水素ガス及び珪素化合物の供給量、炉体の内容積により変化し、その最適差圧もこれらによって変化する。上記堆積効率は、差圧が高すぎると堆積すべきシリカ微粒子が堆積する前に排気されてしまい、低過ぎるとシリカ微粒子の炉体内滞留時間が増加して、炉体内壁へのシリカ付着が増加し炉体内温度分布が変化してしまい、インゴットの形状維持が困難になる。さらに、差圧が低過ぎると炉体内壁に付着したシリカが剥離し、ガス対流に乗ってインゴット溶融部に付着し泡の混入の原因となる。
【００２７】
上述のように、本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置によれば、排気装置及び排気圧調整手段により、炉体内外の差圧を最適条件に調整することが可能となり、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成シリカガラスの製造が実現される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置によれば、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成シリカガラスの製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の概念図。
【図２】本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の制御回路図。
【図３】本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の原料供給系統を示す概念図。
【図４】従来の合成シリカガラスの製造装置の概念図。
【符号の説明】
１  合成シリカガラスの製造装置
２  溶融炉
３  炉体
４  ターゲット
５  昇降装置
５ａ  ボールネジ
５ｂ  進退駆動用モータ
６  バーナ
６ａ  マスフローコントローラ
６ｂ  ベーキング装置
６ｃ  メインタンク
７  排気流路
８  排気装置
９  排気圧調整手段
９ａ  ステッピングモータ
９ｂ  回動弁
９ｃ  圧力センサー
１０  制御装置
【図１】
0004095826.tif 000002
【図２】
0004095826.tif 000003
【図３】
0004095826.tif 000004
【図４】
0004095826.tif 000005