(57)【要約】【課題】大口径の合成シリカガラス管の製造に適し、安価で、合成シリカガラス管の肉厚が均一、高純度な合成シリカガラス管の製造装置を提供する。【解決手段】本合成シリカガラス管の製造装置は、炉体内部に回転昇降可能に配設され、中央部近傍に通気孔が設けられたターゲットと、このターゲットを回転昇降させる回転昇降装置と、ターゲット回転中心軸側から吹き出し方向がこのターゲットの一側に対向するように鉛直線に対し所定角度をもって傾斜してターゲットの上方に設けられかつ、ターゲット上面に円筒状スートを堆積させるバーナーと、円筒状スートの上端近傍かつターゲットの外周側に設けた排気口を備える第１の排気系と、通気孔に下側で連通する第２の排気系とを備える。【選択図】  図１
2009234860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体内部に回転昇降可能に配設され、中央部近傍に通気孔が設けられたターゲットと、
このターゲットを回転昇降させる回転昇降装置と、
前記ターゲット回転中心軸側から吹き出し方向がこのターゲットの一側に対向するように鉛直線に対し所定角度をもって傾斜して前記ターゲットの上方に設けられかつ、前記ターゲット上面に円筒状スートを堆積させるバーナーと、
前記円筒状スートの上端近傍かつ前記ターゲットの外周側に設けた排気口を備える第１の排気系と、
前記通気孔に下側で連通する第２の排気系とを備える
ことを特徴とする合成シリカガラス管の製造装置。
【請求項２】
前記バーナーの吹き出し方向と前記第１の排気系を形成する部品の排気方向は、前記円筒状スートの上端近傍で交差しかつ、前記バーナーの傾斜所定角度は０°以上３０°以下であり、前記排気方向の水平線となす角度は０°以上４５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の合成シリカガラス管の製造装置。
【請求項３】
炉体内に設けられかつ、中央部近傍に通気孔が設けられ炉体内部で回転降下するターゲットの回転中心軸側から、このターゲットの一側に対向するように鉛直線に対し所定角度をもって傾斜して炉体の上方に設けられたバーナーにより、珪素化合物を酸水素火炎中で前記ターゲット上に円筒状のスートを堆積させるとともに、前記スートの上端近傍かつターゲットの外周側及び前記通気孔を介して前記スートの下方から排気し、製造された前記スートを透明化炉内で焼結し透明化することを特徴とする合成シリカガラス管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は合成シリカガラス管の製造装置及び合成シリカガラス管の製造方法に係り、特にターゲット上に円筒状合成シリカを堆積させる合成シリカガラス管の製造装置及び合成シリカガラス管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェーハを酸化、拡散、アニールするなど熱処理をする場合には、高温における半導体ウェーハを特殊な雰囲気におく必要がある。このため、半導体ウェーハを加熱する赤外線を効率良く透過でき、高温に耐える比較的大口径のシリカガラス炉芯管が多く用いられている。
【０００３】
このシリカガラス炉芯管を製造するには、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｉｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により多孔質母材（スート）を形成し、これを加熱溶融して緻密質なシリカガラスインゴットを形成する。さらに、このシリカガラスインゴッを機械加工で円筒状とし、これをシリカガラス原料とし、芯棒に嵌装して原料収容筒内に収容する。ついで、誘導コイルに給電し、シリカガラス原料を溶融してシリカガラス溶融体とした後、マンドレルとリング状のモールドとによって形成される型穴から流下させ、ローラあるいはバキュームチック等を用いて合成シリカガラス管を管引きする。
【０００４】
しかしながら、従来の合成シリカガラス管の製造方法及びその装置では、マンドレルを芯棒等を介して上方から吊持して型穴を形成するようにしているので、シリカガラス原料を筒状体としなければならず、製造にコストが掛かる不具合がある。
【０００５】
また、芯棒の下端部がフリーな状態となり、原料収容筒と芯棒との間に介在するシリカガラス溶融体の重量バランスの変動等によってマンドレルの中心軸がズレ易く、結果として合成シリカガラス管の内外径及び肉厚がバラついてしまう不具合がある。
【０００６】
さらに、マンドレルを用いて型穴を形成するため、シリカガラス原料を汚染させることがある。
【０００７】
なお、合成シリカガラス管の製造にＶＡＤ法を用い、円筒状のターゲットに筒状スートを堆積、成長させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の合成シリカガラス管の製造方法は、円筒状のターゲットが下向き、バーナーをターゲットの下方に配置し、筒状スートが下方に成長するため、光ファイバー管など比較的小口径の多孔質母材の成長には適するが、炉芯管などに用いる比較的大口径のシリカガラス炉芯管用多孔質母材を成長させると、その重量により落下するおそれがある。
【０００９】
また、バーナーをターゲットの外側に配し、筒状スートの堆積を行うと、吹出ガス圧は比較的低く抑える必要があり、そうすると、中空にすべき中央部にもシリカ粉が堆積してしまい、吹出ガス圧を高くすると、スートが堆積せず、あるいは剥がれてしまう。バーナーをターゲットの下方かつ内側に配し、上方からＡｒを導入するので、バーナーにも堆積物が積もり、バーナーの開口部にも付着して、火炎形状が変わり、安定したスートの堆積ができない。円筒状のターゲットの上端にＡｒ導入部を設けるので装置構造が複雑になる。
【特許文献１】特開昭６３−１０７８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、大口径の合成シリカガラス管の製造に適し、安価で、合成シリカガラス管の肉厚が均一、高純度な合成シリカガラス管の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、本発明に係る合成シリカガラス管の製造装置は、炉体内部に回転昇降可能に配設され、中央部近傍に通気孔が設けられたターゲットと、このターゲットを回転昇降させる回転昇降装置と、前記ターゲット回転中心軸側から吹き出し方向がこのターゲットの一側に対向するように鉛直線に対し所定角度をもって傾斜して前記ターゲットの上方に設けられかつ、前記ターゲット上面に円筒状スートを堆積させるバーナーと、前記円筒状スートの上端近傍かつ前記ターゲットの外周側に設けた排気口を備える第１の排気系と、前記通気孔に下側で連通する第２の排気系とを備える
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る合成シリカガラス管の製造方法は、炉体内に設けられかつ、中央部近傍に通気孔が設けられ炉体内部で回転降下するターゲットの回転中心軸側から、このターゲットの一側に対向するように鉛直線に対し所定角度をもって傾斜して炉体の上方に設けられたバーナーにより、珪素化合物を酸水素火炎中で前記ターゲット上に円筒状のスートを堆積させるとともに、前記スートの上端近傍かつターゲットの外周側及び前記通気孔を介して前記スートの下方から排気し、製造された前記スートを透明化炉内で焼結し透明化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る合成シリカガラス管の製造装置によれば、大口径の合成シリカガラス管の製造に適し、安価で、合成シリカガラス管の肉厚が均一、高純度な合成シリカガラス管の製造装置を提供することができる。
【００１４】
また、本発明に係る合成シリカガラス管の製造方法によれば、大口径の合成シリカガラス管の製造に適し、安価で、合成シリカガラス管の肉厚が均一、高純度な合成シリカガラス管の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る合成シリカガラス管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。
【００１６】
図１は本発明に係る合成シリカガラス管の製造装置の概念図である。
【００１７】
図１に示すように、合成シリカガラス管の製造装置１は、ＶＡＤ法による合成シリカ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内部に配設されたスート形成用のターゲット４と、このターゲット４を昇降させる回転昇降装置５と、珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナー６と、ターゲット４上に堆積する円筒状のスートＳの上端近傍かつターゲット４の外周側に設けた排気口７ａを備える第１の排気系７と、通気孔４ａを備えかつこの通気孔４ａに下側で連通する第２の排気系８とを備える。
【００１８】
また、合成シリカガラス管の製造装置１には、この合成シリカガラス管の製造装置１全体を制御する制御装置（図示せず）が設けられる。
【００１９】
ターゲット４は、中央部近傍に通気孔４ａが設けられた円板リング状をなし、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、堆積したスートＳの上端部とバーナー６の距離がほぼ一定に保たれるようになっている。
【００２０】
昇降装置５はターゲット４を単独で回転あるいは昇降させるか、同時に回転昇降させるものである。
【００２１】
バーナー６はターゲット４の回転中心軸側ｌ３で、このターゲット４の一側に対向するように、バーナー６の吹き出し方向ｌ１は鉛直線に対し所定角度αをもって傾斜して炉体３の上方に設けられる。
【００２２】
なお、上記バーナーの吹き出し方向は、通常円筒状バーナーの吹き出し口の円形状中心を通る中心軸での吹き出し方向と合致する。
【００２３】
バーナー６の所定角度αは０°以上３０°以下であるのが好ましい。角度αをこの範囲にすることで、より効率よく大口径、円筒状のスートを製造することができる。
【００２４】
図２に示すように、バーナー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、制御装置により制御され、バーナー６のガス供給量を制御できるようになっている。
【００２５】
また、図１に示すように、第１の排気系７には、スートＳの上端近傍かつターゲット４の外周側に排気口７ａを有する排気用部品７ｃが設けられ、この排気用部品７ｃはこの排気方向ｌ２の水平線となす角度βをもって傾斜して設けられる。バーナー６の吹き出し方向ｌ１と合致する円筒状バーナーの排気口７ａの排気方向ｌ２と合致する円筒状の排気用部品の中心線は、スートＳの上端近傍で交差するのが好ましい。
【００２６】
排気方向ｌ２と水平線のなす所定角度βは０°以上４５°以下であるのが好ましい。角度βをこの範囲にすることで、より適切な排気ができ、円筒状のスートが効率よく製造でき、スートの外周にシリカ微粒子が付着するのをより防止することができる。
【００２７】
さらに、排気用部品７ｃには浮遊シリカ微粒子を除去する除去装置７ｂが連通され、この除去装置７ｂには排気装置１０が連通される。一方、第２の排気系８は、通気孔４ａと、通気孔４ａに連通し、中空の回転昇降軸９により形成される連通路とからなり、排気装置１０が連通される。
【００２８】
この排気装置１０は第１の排気系と第２の排気系で共通する１台としたが、各々別体の排気装置を設けることができる。
【００２９】
円筒状のスートの上端近傍かつターゲット４の外周側に設けた排気口７ａを備える第１の排気系７と、通気孔４ａを備えかつこの通気孔４ａに下側で連通する第２の排気系８を設けることで、円筒状のターゲットの上端にＡｒ導入部を設ける従来に比べて装置構造が簡素化される。
【００３０】
本合成シリカガラス管の製造装置１を用いたスートの製造工程中、制御装置による駆動用モータ（図示せず）、マスフローコントローラ６ａ、排気装置１０等の制御は、事前に制御装置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。
【００３１】
次に本発明に係る合成シリカガラス管の製造方法について説明する。
【００３２】
図１及び図２に示すように、制御装置の制御により、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６ｃ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。
【００３３】
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、バーナー６に供給される。これと同時に排気装置１０を作動させ、排気口７ａを介して第１の排気系７及び通気孔４ａを介して第２の排気系８により炉体３内の強制排気を開始する。
【００３４】
バーナー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と共にバーナー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。このバーナー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が合成され、バーナー６の下方に設けられたターゲット４に、このターゲット４の回転中心軸側で、このターゲット４の一側に対向するように鉛直線に対し所定角度をもって傾斜して吹き出されて堆積し、スートが製造される。このスートを透明化炉内で焼結し透明化して、合成シリカガラス管が製造される。
【００３５】
上記スートの製造工程において、バーナー６はターゲット４の回転中心軸側で、このターゲット４の一側に対向するように、バーナー６の吹き出し方向（中心線）ｌ１は鉛直線に対し所定角度αをもって傾斜して炉体３の上方に設け、ターゲット４上にスートを堆積させることで、比較的大口径で重量の大きな円筒状のスートでも容易に製造することができる。
【００３６】
上記バーナー６の所定角度αは０°以上３０°以下であることで、効率よく大口径、円筒状のスートを製造できる。また、上記排気方向ｌ２と水平線のなす所定角度βは０°以上４５°以下であることで、速やかな排気が行なわれ、円筒状のスートが効率よく製造でき、スートの外周にシリカ微粒子が付着するのを防止でき好ましい。
【００３７】
バーナー６の吹き出し方向と合致する円筒状バーナー６の中心線と排気口７ａの排気方向ｌ２と合致する円筒状の排気用部品７ｃ中心線は、円筒状スートの上端近傍で交差するので、円筒状のスートが効率よく製造され、浮遊するシリカ微粒子が円筒形状のスートの外表面に付着してスート形状を不均一にすることもなく、好ましい。
【００３８】
また、バーナー６の所定範囲内で角度αを変更し、円板リング状のターゲット４の内径及び外径を変更することで、種々の口径の円筒状のスートを容易に製造することができる。
【００３９】
さらに、円筒状のスートＳ内に浮遊するシリカ微粒子はスートＳの中空部、通気孔４ａ及び中空の第２の排気系を形成する部品９を介して速やかに炉本体２外に排出される。従って、浮遊するシリカ微粒子が円筒形状のスートの内表面に付着してスート形状を不均一にすることもなく、また、バーナーの開口部にシリカ微粒子が付着して、火炎形状を変えることもなく、安定してスートを堆積できる。
【００４０】
さらに、スートＳは円筒形状に形成されるので、マンドレルで型穴を形成する必要がなく、スートＳが不純物汚染されることがない。
【００４１】
本実施形態の合成シリカガラス管の製造装置及び製造方法によれば、大口径の合成シリカガラス管の製造に適し、安価で、合成シリカガラス管の肉厚が均一、高純度な合成シリカガラス管の製造装置及び製造方法が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る合成シリカガラス管の製造装置の概念図。
【図２】本発明に係る合成シリカガラス管の製造装置の原料供給系統を示す概念図。
【符号の説明】
【００４３】
１  合成シリカガラス管の製造装置
２  溶融炉
３  炉体
４  ターゲット
４ａ  通気孔
５  回転昇降装置
５ａ  支持リング
５ｂ  昇降支持部材
５ｃ  ネジ部
５ｄ  ボールネジ部材
６  バーナー
６ａ  原料制御用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  第１の排気系
７ａ  排気口
７ｂ  除去装置
８  第２の排気系
９  回転昇降軸
１０  排気装置
Ｓ  スート
【図１】
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【図２】
2009234860.tif 000004