(57)【要約】【課題】安定した排気を行ない、合成炉内（インゴット合成部内）の雰囲気を安定させるができ、かつ排気管に石英ガラス粉の付着を抑制し、更には、一台の排気装置により複数の合成炉（インゴット合成部）の排気を行なうことができる合成石英ガラスの製造装置を提供する。【解決手段】バーナ及びターゲットが配置されたインゴット合成部３と、前記インゴット合成部３の下方に設けられた、前記ガスを外部に排出する排気部５と、前記排気部５に設けられた炉内圧力と炉外圧力差を測定する差圧センサ１４と、前記排気部に形成された排気口に接続された排気管１０と、前記排気管に接続された外気導入管１１と、外気導入管の開度を制御する回動弁１２とを備え、前記差圧センサ１４の差圧が一定になるように、回動弁１２の開度を制御し、総排気量を変化させることなく、排気部５からの排気量と外気導入管１１からの外気導入量の配分を可変するように構成した。【選択図】図１
2009132549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ系化合物ガスとＯ2ガスとＨ2ガスとをバーナから噴出して燃焼させ、ターゲットとなる耐熱基体上に石英ガラスを堆積させ、インゴットを形成する合成石英ガラスの製造装置において、
前記バーナ及び前記ターゲットが配置されたインゴット合成部と、前記インゴット合成部の下方に設けられた、前記ガスを外部に排出する排気部と、前記排気部に設けられた炉内圧力と炉外圧力差を測定する差圧センサと、前記排気部に形成された排気口に接続された排気管と、前記排気管に接続された外気導入管と、外気導入管の開度を制御する回動弁とを備え、
前記差圧センサの差圧が一定になるように、回動弁の開度を制御し、総排気量を変化させることなく、排気部からの排気量と外気導入管からの外気導入量の配分を可変するように構成したことを特徴とする合成石英ガラスの製造装置。
【請求項２】
前記排気口は、対称位置に少なくとも２箇所設けられていることを特徴とする請求項１記載の合成石英ガラスの製造装置。
【請求項３】
前記差圧センサは、排気口の下方に設けられていることを特徴とする請求項１記載の合成石英ガラスの製造装置。
【請求項４】
前記排気管には除害装置が接続され、更に前記除害装置に排気ファンが接続されていることを特徴とする請求項１記載の合成石英ガラスの製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載された合成石英ガラスの製造装置を複数備え、前記夫々の合成石英ガラスの製造装置からの排気管を一つの除害装置に接続したことを特徴とする合成石英ガラスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成石英ガラスの製造装置に関し、特に、排気系に特徴を有する合成石英ガラスの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野において、フォトマスク、光学用部材等の紫外線透過材料として、２５０ｎｍ以下の波長の光透過性が良く、不純物含有量の極めて少ない合成石英ガラスが用いられている。
この合成石英ガラスは、紫外線領域の波長を吸収する原因となり得る金属不純物の混入を避ける目的で、一般的に火炎加水合成法によって製造されている。
この火炎加水合成法は、高純度のけい素化合物、例えば四塩化けい素（ＳｉＣｌ4）などの気体を、酸素炎中に導入し、火炎加水分解させてガラス微粒子を直接回転する耐熱性基体上に体積・溶融ガラス化させ、透明なガラスとする製造方法であり、一般的に知られた製造方法である。
【０００３】
上記のような火炎加水合成法を用いた合成石英ガラスの製造装置にあっては、耐熱性基体上に体積されなかった石英ガラス粉や反応ガスを、炉部の排気口から排気管で連結された排気設備を介して炉外に排出するように構成されている。
この合成石英ガラスの製造装置における排気量の変動は、炉内温度の揺らぎとなり石英ガラスの屈折率の不均質を生じさせる原因となる。
また、排気口や排気管に石英ガラス粉が付着すると、排気量が減少し、炉内壁にも石英ガラス粉が付着し、インゴット内に気泡、異物が混入する原因となる。
そのため、排気を安定的に行なうことは、合成石英ガラスの品質上極めて重要である。
【０００４】
この排気量を安定して制御する製造装置として、特許文献１（特開平７−１０９１３３号公報）には、排気管内に排気量を測定するセンサを設け、その測定値を排気ファンのモータにフィードバックし、排気量を制御する製造装置が提案されている。
また、特許文献２（特開平８−１０９０２６号公報）には、排気系への石英ガラス粉の付着による排気量の変化を緩和させるため、複数の排気ラインを設け、排気を行う製造装置が提案されている。
【特許文献１】特開平７−１０９１３３号公報
【特許文献１】特開平８−１０９０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に示された合成石英ガラスの製造装置にあっては、前記したように、排気管内に排気量を測定するためのセンサが設けられているため、前記排気ガス中に混入している多量の石英ガラス粉がセンサ（風量計や差圧計）に付着し、正確な測定を行うことができず、排気ファンを適切に制御することができないという技術的課題あった。
【０００６】
また、特許文献２に示された合成石英ガラス製造装置は、前記したように、排気ラインを複数設置し変化量を緩和させるものである。
この装置では炉内からの排気量を多くすることは合成部（合成ガラスインゴット表面）の温度を低下させることになるため、排気ファンの設置数が増しても炉からの排気量は一定にしなければならない。即ち、この合成石英ガラス製造装置にあっては、前記排気ファンの台数が増す毎に、１基あたりのファンの回転数を減速しなければならず、低速時のファンの回転数を安定的に保持しなければならないという新たな技術的課題を招来するものである。
しかも、この合成石英ガラス製造装置にあっては、排気ガスの流速が遅くなるため、排気管に石英ガラス粉の付着を助長する結果となり、排気量を一定に保ち合成炉内の雰囲気を安定させることは、より一層困難である。
【０００７】
更に、前記特許文献１，２に記載された合成石英ガラス製造装置にあっては、複数合成石英ガラスの合成炉を一基の排気装置に接続し排気すると、一の合成炉の排気量変動が他の合成炉の排気量に影響を与え、安定した排気を行なうことができなかった。そのため、合成炉１基について排気装置が１基必要となり、コスト面からも問題があった。
【０００８】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、安定した排気を行い、合成石英ガラス合成部（合成炉）内の雰囲気を安定させるができ、かつ排気管に石英ガラス粉の付着を抑制し、更には、一台の排気装置により複数の合成石英ガラス合成部（合成炉）の排気を行うことができる合成石英ガラスの製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するためになされた本発明に係る合成石英ガラスの製造装置は、Ｓｉ系化合物ガスとＯ2ガスとＨ2ガスとをバーナから噴出して燃焼させ、ターゲットとなる耐熱基体上に石英ガラスを堆積させ、インゴットを形成する合成石英ガラスの製造装置において、前記バーナ及び前記ターゲットが配置されたインゴット合成部と、前記インゴット合成部の下方に設けられた、前記ガスを外部に排出する排気部と、前記排気部に設けられた炉内圧力と炉外圧力差を測定する差圧センサと、前記排気部に形成された排気口に接続された排気管と、前記排気管に接続された外気導入管と、外気導入管の開度を制御する回動弁とを備え、前記差圧センサの差圧が一定になるように、回動弁の開度を制御し、総排気量を変化させることなく、排気部からの排気量と外気導入管からの外気導入量の配分を可変するように構成したことを特徴としている。
【００１０】
この合成石英ガラスの製造装置にあっては、前記インゴット合成部の下方に設けられた排気部に、外気導入管を有する排気管が接続されている。また、前記排気部に設けられた差圧センサによって、炉内圧力と炉外圧力差を測定し、前記差圧センサの差圧が一定になるように、回動弁の開度を制御し、外気導入管からの外気導入量を可変する。
この際、総排気量を変化させることなく、排気部からの排気量と外気導入管からの外気導入量の配分が可変される。
【００１１】
このように、総排気量が変化することなく、排気部からの排気量と外気導入管からの外気導入量の配分が可変するため、安定した排気を行なうことができ、合成炉内の雰囲気を安定させるができる。しかも、総排気量が変化しないため、排気管における石英ガラス粉の付着を抑制できる。
以上のように、本発明の合成石英ガラスの製造装置にあっては、排気量の変動が抑制されるため、インゴット内に気泡、異物の混入が抑制され、屈折率が均質な石英ガラスを製造することができる。
【００１２】
ここで、前記排気口は、対称位置に少なくとも２箇所設けられていることが望ましい。また、前記差圧センサは、排気口の下方に設けられていることが望ましい。このように前記差圧センサが排気口の下方に設けられている場合には、石英ガラス粉の付着が抑制され、長時間、確実な測定を行なうことができる。
【００１３】
また、前記排気管には除害装置が接続され、更に前記除害装置に排気ファンが接続されていることが望ましく、特に合成石英ガラスの製造装置を複数備え、前記夫々の合成石英ガラスの製造装置からの排気管を一つの除害装置に接続することが望ましい。
前記排気管を流れる、排気部からの排気量と外気導入管からの外気導入量の和である総排気量は、一定であるため、複数の合成石英ガラスの製造装置を一つの除害装置に接続しても、排気量変動がないため、全ての合成石英ガラスの製造装置において安定した排気を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定した排気を行ない、インゴット合成部内の雰囲気を安定させるができ、かつ排気管に石英ガラス粉の付着を抑制し、更には、一台の排気装置により複数のインゴット合成部の排気を行なうことができる合成石英ガラスの製造装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明にかかる合成石英ガラス製造装置の一実施形態について説明する。尚、図１は、本発明の合成石英ガラス製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１に示すように、この合成石英ガラス製造装置１は合成部３と排気部５とからなり、この合成部３には、耐火物炉４と、該炉内部に配置されたインゴット形成用のターゲットとなる耐熱性基体６と、その耐熱性基体６に先端を向けて設置されたバーナ２が設けられている。
【００１６】
そして、前記合成部３は、バーナ２よりＳｉ系化合物ガス、例えば四塩化けい素（ＳｉＣｌ4）とＯ2ガスとＨ2ガスとを噴出して燃焼させ、火炎加水分解させてガラス微粒子を回転する耐熱性基体６上に堆積・溶融ガラス化させ透明な合成石英ガラスインゴットＡを合成するように構成されている。
【００１７】
また、前記耐火物炉４は、耐熱温度１３００℃以上のものであれば使用可能であるが、合成インゴットＡへの不純物拡散を考えると、高純度アルミナ質、炭化ケイ素質、石英ガラスなどが望ましい。
更に、前記耐熱性基体６は、堆積した石英ガラスへの不純物拡散を考慮すれば高純度な石英ガラスを使用する事が望ましい。
【００１８】
また、前記合成部３の下方には排気部５が設けられ、その排気部５のインゴット昇降軸６に対し対称となる位置に、２つの排気口５ａが設けられている。
前記排気口５ａには、外気導入管１１を有する排気管１０が接続されている。更に前記排気管１０には、除害装置１６、排気ファン１７が接続され、排気管１０から排出されたガスは、除害装置１６、排気ファン１７を介して、大気に放出される。
【００１９】
また、前記外気導入管１１には外気導入管１１の開度を調節する回動弁（ダンパ）１２が設けられている。この回動弁（ダンパ）１２は、ステッピングモータ１３により回動される。更に、前記排気部５の排気口５ａの下方には、炉内圧力と炉外圧力差を測定する差圧センサ１４が設けられている。この差圧センサ１４を排気口５ａより下部に設置したのは、排気ガス中の石英ガラス粉の付着によって差圧の測定が不能になるのを防止するためである。
【００２０】
前記差圧センサ１４からの測定データは、制御装置１５にフィードバックされ、この制御装置１０によりステッピングモータ１３は制御（Ｐ．Ｉ．Ｄ制御）され、回動弁１２の開度が調整される。この回動弁１２の開度が調整されることにより、外気導入管１１から排気管１０内に導入される外気量が調整され、排気部からの排気量と外気導入管からの外気導入量の総排気量を変化させることなく、排気部からの排気量と外気導入管からの外気導入量の配分を可変する制御がなされる。
【００２１】
このように構成された合成石英ガラス製造装置にあっては、バーナ２の先端部からは、原料ガスとしてＳｉＣｌ4およびキャリアガスが、燃焼ガスとしてＯ2ガスとＨ2ガスとがそれぞれ流出される。そして、燃焼ガスによる火炎により、ＳｉＣｌ4が火炎加水分解されて合成石英ガラスとなり、ターゲット上に堆積し合成石英ガラスインゴットＡを形成する。更に、合成部３の下に設けられた排気部５より、燃焼ガス及びインゴットとして堆積されなかった石英ガラス粉は．排気管１０を介して、炉外に排出される。
【００２２】
このとき、排気管１０の排気量の制御は、排気部５に設けられた差圧センサ１４の値を、排気管１０に設けられた外気導入管１１の開度を調節する回動弁１２（制御装置１５）にフィードバックし、回動弁１２の開閉度によって、炉内外の差圧が一定になるように排気量の制御を行う。
そのため、合成部３の下に設けられた排気部５からの排気量が大きい場合には、外気導入管１１の開度を小さくし、外気の導入量を小さくする。一方、合成部３の下に設けられた排気部５からの排気量が小さい場合には、外気導入管１１の開度を大きくし、外気の導入量を大きくする。しかも、排気部５からの排気量と外気導入管１１からの外気導入量を合わせた総排気量は変化しないように制御する。
【００２３】
その結果、排気部５から安定した排気を行うことができ、合成部３内の雰囲気を安定させることができる。しかも、総排気量が変化しないため、排気管１０における石英ガラス粉の付着を抑制できる。更に、この合成石英ガラスの製造装置の排気管１０の総排気量が変化しないため、複数の装置を一基の排気装置に接続しても、安定した排気をなうことができ、１台の排気装置に多数の合成石英ガラス製造装置を連結させることが可能となり経済的である。
【００２４】
そして、本発明の合成石英ガラスの製造装置を用いて製造することにより、合成石英ガラスインゴットＡ内に気泡、異物の混入が抑制され、屈折率が均質な合成石英ガラスを得ることができる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
図１に示した合成石英ガラス製造装置を用いて、合成石英ガラスの製造を行い、製造された合成石英ガラスを検証した。
排気部の差圧が−３０Ｐａになるように（総排気量が          リットル／分になるように）変化しないため、外気導入管の回動弁の開度調整を行い、排気量の制御を行いながら、Φ３００×１５００ｎｍの石英ガラスインゴットを製造した。
その結果、差圧は設定値に対し±１Ｐａの範囲で制御され、炉内温度の変化も最大２０℃で制御された。そして、得られた石英ガラスには脈理・異物などは混入していなかった。
【００２６】
（実施例２）
実施例１の装置を用い同様な条件で、排気装置（除害装置および排気ファン）１基につき、１０基の排気部からの排気管を接続し、合成石英ガラスを製造した。
その結果、実施例１と同様に、１０基の合成炉内の炉内温度の最大変化は２０℃以内であり、得られた合成石英ガラスには脈理・異物などは混入していなかった。
【００２７】
（比較例１）
特許文献１に示されるように、排気ラインに排気量測定センサを配置し、排気ファンにフィードバックし排気量を制御し、合成石英ガラスを製造した。
その結果、排気量測定センサに石英ガラス粉が付着し、排気量測定装置の値が製造時間の経過とともに減少し、製造開始より３０ｈで測定不能となり、排気量の制御は不能となった。得られた合成石英ガラスには脈理および異物が５点確認された。
【００２８】
（比較例２）
実施例１の装置の外気導入管を設けず（外気導入管を常に閉じた状態となし）、１基の排気装置（除害装置及び排気ファン）に２基の排気部からの排気管を接続し、合成石英ガラスを製造した。
その結果、連結された他の石英ガラス製造装置の排気量が変動し、得られたインゴットには脈理・異物が混入した。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、合成石英ガラス製造分野において好適に用いられ、この合成石英ガラス製造装置によって製造された合成石英ガラスは半導体製造業界を始め、種々の業界において好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の合成石英ガラス製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    合成石英ガラス製造装置
２    バーナ
３    合成部
５    排気部
５ａ  排気口
１０  排気管
１１  外気導入管
１２  回動弁
１４  差圧センサ
１５  制御装置
１６  除害装置
１７  排気ファン
【図１】
2009132549.tif 000003