DE69401817T2

DE69401817T2 - Verbesserungen zum herstellen von glasartigem silika

Info

Publication number: DE69401817T2
Application number: DE69401817T
Authority: DE
Inventors: Robert Nicholson; Ian Sayce; Paul Turnbull; Peter Wells
Original assignee: TSL Group PLC
Current assignee: Saint Gobain Quartz Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: AU6974594A; GB9312634D0; US5735928A; KR960703095A; KR100317414B1; AU680661B2; JP3920321B2; SG45164A1; EP0703878B1; IN189384B; EP0703878A1; DE69401817D1; WO1995000450A1; JPH09500082A; CA2165182A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Herstellung von synthetischem Quarzglas durch Abscheidung von Soot ist bereits seit einigen Jahrzehnten bekannt. In den letzten 20 Jahren wurden dabei, angetrieben durch die Notwendigkeit der Herstellung von hochreinen und dotierten synthetischen Quarzgläsern für die Herstellung von optischen Fasern, große Fortschritte erzielt. Zwei der wichtigsten daraus hervorgehenden Verfahren sind
(a) OVD (Outside Vapour Deposition; Dampfabscheidung auf der Außenfläche) und
(b) VAD (Vapour Phase Axial Deposition; axiale Abscheidung aus der Gasphase)
Beim OVD-Verfahren erfolgt die Herstellung eines Körpers aus porösem synthetischem Siliciumdioxidglas durch Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot, der von einem oder mehreren mit Brenngas, Sauerstoff und einer Quelle von Siliciumdioxid-Dampfspezies gespeisten Brenner bzw. Brennern erzeugt wird, wobei in der Regel Siliciumtetrachlorid, manchmal aber auch andere Halogensilane eingesetzt wurden. Die aus dem Brenner bzw. den Brennern austretende Siliciumdioxiddampfwolke wird zur Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot auf einen Dorn oder ein Substrat gerichtet, der bzw. das dabei um eine horizontale oder vertikale Achse rotiert. Bei einigen Verfahrensvarianten verwendet man weitere Brenner zur Verfestigung des Soots und zur Aufrechterhaltung der Temperatur an den Enden des Soot-Körpers, wodurch die Bildung von Rissen verhindert wird.
Zwar ermöglicht die Verwendung einer derartigen flüchtigen Siliciumverbindung eine genaue Steuerung der Reinheit des abgeschiedenen Siliciumdioxids, jedoch muß darauf geachtet werden, daß sich kein Siliciumdioxid auf der Brenneroberfläche abscheidet, da dadurch die Flamme verzerrt oder die Ausgangsöffnungen des Brenners verstopft werden können. Beim Entwurf von Siliciumdioxid- Abscheidungsbrennern ist die Überwindung dieses Problems unbedingt erforderlich.

2. Verwandte Technik

Ein typischer bekannter Brenner ist in Figur 1 der beigefügten Zeichnungen bei 10 schematisch dargestellt. Der Brenner besteht aus Metall und weist eine zentrale Öffnung 11 auf, durch die ein Siliciumtetrachloriddampfstrom in einem Sauerstoff-Trägergasstrom geleitet wird. Die zentrale Öffnung ist von einer oder mehreren kreisförmigen Anordnungen weiterer Öffnungen 12, 13 umgeben, die typischerweise Sauerstoff oder ein vorher hergestelltes Sauerstoff-Methan-Gemisch transportieren und parallel zur Achse der zentralen Öffnung oder damit zusammenlauf end ausgerichtet sind. Das Siliciumtetrachlorid wird in der Flamme zu einer Wolke aus Siliciumdioxiddampf hydrolysiert, welche zur Abscheidung als Siliciumdioxid-Soot auf einen Dorn oder ein Substrat aus Aluminiumoxid, Graphit oder Siliciumdioxid gerichtet wird. Bei dem Substrat kann es sich auch um einen dotierten Quarzglas-Kernstab handeln, der die zentrale Komponente einer Vorform einer optischen Faser bilden soll.
Bei einem typischen bekannten VAD-Verfahren erfolgt die Abscheidung am unteren Ende eines vertikal aufgehängten, rotierenden Körpers aus Siliciumdioxid- Soot. Dabei verwendet man in der Regel einen Brenner zur Abscheidung von Kernmaterial zwecks Bildung der Axialregion eines zylindrischen Soot-Körpers und einige weitere Brenner zur Abscheidung des Mantel-Soots. Ein derartiger Brenner besteht im allgemeinen aus einer Reihe von ringförmig angeordneten Quarzglasrohren, die eine Reihe von konzentrischen ringförmigen Öffnungen begrenzen, durch die die Zuführung der Einsatzmaterialien für den Brenner erfolgt, wie in Figur 2 bei 20 dargestellt. In der Regel speist man ein zentrales Rohr 21 mit Siliciumtetrachlorid und Sauerstoff und sich anschließende ringförmige Schlitze, von denen in Figur 2 drei bei 22, 23 und 24 gezeigt sind, beispielsweise mit Argon, Wasserstoff oder Sauerstoff. Ein einfacher Brenner mit zwei oder drei Schlitzen kann von weiteren ringförmigen Schlitzen umgeben sein, die zusätzliche Wasserstoff- und Sauerstoffmäntel schaffen, den Wärmeausstoß vergrößern die Flamme verlängern und die Verfestigung des abgeschiedenen Soots fördern.
Diese ringförmigen Schlitze können gegebenenfalls durch dazwischenliegende, mit Inertgas, z.B. mit Argon, Hehum oder Stickstoff gespeiste ringförmige Schlitze voneinander getrennt sein, damit für etwas Kühlung gesorgt ist, beispielsweise zur Verringerung der thermischen Belastung des Brenners. Ferner kann dem Brenner gegebenenfalls ein anderes Brenngas als Wasserstoff, beispielsweise Methan, zugeführt werden.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Brenner erzeugen eine annähernd zylindrische Wolke von Siliciumdioxidteilchen, mit der das Substrat beschossen wird. Die Teilchen bewegen sich unter dem Einfluß der Thermophorese (Bewegung von Teilchen durch ein Gas zu einem Bereich niedrigerer Temperatur) zum Substrat, wobei ein Teil der Teilchen auf das Substrat auftrifft und daran haften bleibt. Die Soot-Auffangrate und -Auffangwirksamkeit dieser bekannten Brenner hängt zum Teil von der Oberfläche, auf der Abscheidung stattfindet, ab. Somit ist es vorteilhaft, die Abscheidung auf einer möglichst großen Oberfläche vorzunehmen.
Bei der Durchführung eines OVD-Verfahrens verwendet man bekanntlich zweckmäßig ein Substrat mit großem Durchmesser und eine Anordnung von mehreren Brennern. Verwendet man bei einem OVD-Verfahren nur einen einzigen Brenner, so muß dieser an der gesamten Länge des Substrats entlang auf und ab bewegt werden, wohingegen man eine Anordnung mit mehreren Brennern nicht über die gesamte Länge des Substrats, sondern nur über einen solchen Bruchteil des Weges bewegen muß, der zur Überlappung der von benachbarten Brennern erzeugten Abscheidungen ausreicht. So wird in der JP-A-91279234 die Verwendung von drei oder mehr ähnlich großen Brennern zur Abscheidung von Soot aus synthetischem Siliciumdioxid entlang einer stabförmigen Vorform für eine optische Faser beschrieben. Die Brenner, deren Anzahl in der Regel fünf beträgt, sind am Substrat entlang in gleichem Abstand zueinander angeordnet und werden jeweils unabhängig voneinander nach einem vorbestimmten Programm gesteuert, damit der Soot möglichst gleichmäßig entlang dem Stab abgeschieden wird.
Die Verwendung einer Anordnung gleichartiger Brenner wurde auch in der EP-A-0476218 beschrieben, in der auf die bei der Verwendung von verbundenen Brenneranordnungen, die sich über die gesamte Länge des Substrats erstrecken und parallel zur Längsachse des Substrats mit kleiner Amplitude zyklisch oszillieren, anzutreffenden Schwierigkeiten eingegangen wird. Dabei ergeben sich insbesondere dann Probleme, wenn diese Brenner nicht die gleichen Abscheidungseigenschaften aufweisen. Gemäß der EP-A-0476218 sollen diese Schwierigkeiten in gewissem Maße dadurch zu beseitigen sein, daß man versucht, die Eigenschaften der Brenner aneinander anzupassen, und dann die Endbereiche der Oszillation der Brenneranordnung kontinuierlich so regelt, daß die Frequenz, mit der diese Endbereiche von Zyklus zu Zyklus zusammenfallen, minimiert wird. Durch Steuerung der Schwankungen zwischen den Brennern und des Luftstroms in der Brenneranordnung und den Vorformbereichen sollen Vorformen mit weitgehend einheitlichen Axialeigenschaften erhältlich sein.
Für die Abscheidung auf einem zylindrischen Gegenstand sollte es vorteilhaft sein, eine flächige Wolke aus Siliciumdioxiddampf bereitzustellen, wozu sich ein Brenner anbietet, der im Gegensatz zu den im wesentlichen zylindrischen Wolken der bislang beschriebenen Brenner eine Anordnung von linearen Schlitzen enthält. Eine derartige Anordnung wurde in der JP-A-91112820 beschrieben, wobei die Herstellung von Vorformen durch Soot-Abscheidung auf der Peripherie eines zylindrischen Substrats mit Hilfe von mehreren mehrschlitzigen Knallgasbrennern erfolgt, die mit Siliciumtetrachlorid als siliciumhaltigem Einsatzstoff gespeist werden und am Substrat entlang hintereinander angeordnet sind. Diese Anordnung soll der Verwendung von mehreren Koaxialbrennern überlegen sein, da letztere durch gegenseitige Beeinflussung der Brennerflammen beeinträchtigt werden Die in der JP-A-91112820 beschriebenen Brenner sollen besser sein als ein einzelner Langschlitzbrenner, der keine längenmäßig ausreichend einheitliche Flamme ergab. Die Verwendung von mehreren Brennern ist trotzdem teurer und komplizierter, insbesondere, da man für jeden Brenner möglicherweise ein getrenntes Speise- und Steuersystem benötigt.
Es wurde bereits vor vielen Jahren erkannt, daß die Verwendung eines Linearbrenners zur Soot-Abscheidung wünschenswert ist. Frühe Versuche mit einem einfachen Band- oder Streifenbrenner wurden in der US-A-3565346 beschrieben. Dabei entstanden jedoch aufgrund der Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot auf der Oberseite dieses Brenners Probleme, und darüber hinaus war der Brenner schwer zu bauen und folglich sehr teuer. Deshalb wurde in der US-A-4203553 eine verbesserte Bauart vorgeschlagen, bei der der Reaktandgasstrom, z.B. Siliciumtetrachlorid in Sauerstoff, aus zwei linearen Anordnungen von Öffnungen in eine von einer dritten linearen Anordnung von Öffnungen ausgehende zentrale lineare Flamme gerichtet wurde. Mit diesem System wurde angeblich die Abscheidung auf den Arbeitsteilen des Brenners vermieden, jedoch wurden keine Angaben über die Wirksamkeit der Abscheidung von Siliciumdioxid auf dem Substrat gemacht, und außerdem liefert dieser Brennertyp keinen laminaren flächigen Strom von hochkonzentriertem Siliciumdioxiddampf, wie er für die bestmögliche Abscheidungswirksamkeit wünschenswert zu sein scheint.
Eine alternative Bauweise eines länglichen Brenners wurde in der US-A-4136828 beschrieben. Bei diesem Brenner wurde das Metallhalogenid in ein Paar nach innen geneigter linearer Flammen eingespritzt. Der Brenner enthielt eine zentrale lineare Anordnung von Öffnungen, denen Siliciumtetrachlorid in Sauerstoff zugeführt wurde, wobei sich auf jeder Seite davon eine lineare Anordnung von Strahlen von Hochgeschwindigkeits- Schutzgas liefernden, in geringem Abstand zueinander angeordneten Öffnungen befand. Auf jeder Seite befanden sich auch zwei eine große Menge eines unreaktiven Gases liefernde Schlitze, und schließlich war auf jeder Seite eine Reihe von ein vorher hergestelltes Gemisch aus Sauerstoff und Brenngas liefernden geneigten Strahlen angeordnet, was zwei lineare und nach innen geneigte Flammen ergab, die die Flammenhydrolyse des Siliciumtetrachlorids gestatteten.
Auch diese Anordnung ist aufgrund der Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Schutzgas, von großen Mengen an Inertgas und geneigten Flammen mit hoher Geschwindigkeit zur Bewerkstelligung der gewünschten Reaktion wahrscheinlich nur wenig effektiv. Jeder dieser Faktoren nimmt einen schädlichen Einfluß auf die angestrebte Situation, d.h. die Erzeugung eines hochkonzentrierten, wenig turbulenten, flächigen Stroms von Siliciumdioxidspezies zum Auftreffen auf ein als Auffangstelle dienendes Substrat. Des weiteren können die kritischen Dimensionen der Komponenten dieses Brenners nur durch teure Wiederbearbeitung und teuren Wiederzusammenbau (oder durch vollständigen Ersatz) eingestellt werden und daher nur kostspielig zu optimieren sein. Ein weiterer Nachteil besteht in der Verwendung vieler kleiner Öffnungen, da diese jeweils verstopfungsanfällig sind und nur schwer zu reinigen wären. Schließlich gibt es keine Belege dafür, daß dieser Brenner mit einer Schlitz- oder Öffnungsanordnungslänge über 10 cm (4 Zoll) verwendet wurde. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Brenners zur Erzielung einer einheitlichen Soot-Syntheseflamme über eine viel größere Brennerlänge hinweg, der außerdem wirksam und über einen längeren Zeitraum nicht nur mit Siliciumhalogeniden, sondern auch mit halogenfreien siliciumhaltigen Vorläufern als gasförmigem Einsatzstoff betrieben werden kann.
Das Konzept eines langen Linearbrenners wurde in der US-A-4682994 beschrieben, jedoch wird darin keine Lösung für die Probleme der Abscheidung von Siliciumdioxidteilchen auf der Oberseite des Brenners angeboten. Die US-A-4682994 sieht die Verwendung einer homogenen Mischung von Reagensgasen vor, die über zwei gleichartige Speiseleitungen einer Anordnung von parallelen, linear angeordneten Öffnungen zugeführt wird, was einen Strom von Siliciumdioxidteilchen mit einer Breite, die dem Durchmesser des Substrats ähnlich ist, und einer Länge, die um ein Vielfaches größer als die Breite ist, ergibt.
In der US-A-4682994 ist die Rede von einem homogenen Strom von Siliciumdioxidteilchen über die Breite der Flamme, aber in der Praxis erwies sich eine derartige Anordnung als bei weitem nicht ideal. Als überlegene und wirksamere Verfahrensweise wurde nun gefunden, innerhalb eines eng begrenzten Bereichs der Flamme (im allgemeinen auf der Zentrallinie) eine hohe Konzentration an Siliciumdioxidteilchen zu erzeugen und diese mit einem heißen Gas, bei dem es sich in der Regel um von Siliciumdioxidteilchen freie Verbrennungsprodukte handelt, zu umgeben. Diese Anordnung liefert einen flächigen Strom von Siliciumdioxidteilchen, der auf jeder Seite von parallelen flächigen Stromen von heißen Verbrennungsproduktgasen umgeben ist, und maximiert die Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein Siliciumdioxidteilchen das Substrat erreicht und darauf haften bleibt, wodurch die Wirksamkeit des Abscheidungsverfahrens maximiert wird.
Einige der wesentlichen Merkmale eines praktisch anwendbaren linearen Siliciumdioxid-Synthesebrenners sind nachstehend aufgeführt.
Es ist wünschenswert, eine Anordnung von Öffnungen, im Idealfall von parallelen rechteckigen Schlitzen, bereitzustellen, die parallele, linear angeordnete Reagens- oder Inertgasströme derart ergeben, daß jeder Strom über die Brennerlänge hinweg im wesentlichen einheitlich ist.
Es ist bevorzugt, Siliciumdioxidteilchen in größtmöglicher Konzentration in Form eines dünnen Flächengebildes zu synthetisieren, in der Regel auf der Zentrallinie des Brenners.
Es ist wünschenswert, daß ein inneres Schutzgas den Strom von Siliciumdioxidvorläuferdampf umgibt, damit eine vorzeitige Oxidation des Vorläuf ers verhindert wird, die zur Abscheidung von Siliciumdioxid auf der Brenner oberseite und einer nachfolgenden Verzerrung der Flamme oder zum Verstopfen der Öffnungen führen könnte.
Bevorzugt ist der Brenner in Modulbauweise ausgeführt und zerlegbar, so daß kritische Teile ausgewechselt werden können und somit
- die Optimierung der Dimensionen der kritischen Öffnungen, insbesondere der Schlitzbreiten erleichtert wird,
- die Reinigung jeglicher verstopfter Öffnungen ermöglicht wird und
- jegliche korrodierten oder beschädigten Teile leicht ausgewechselt werden können.
Die parallelen Ströme von Siliciumdiöxiddampf und Verbrennungsproduktgasen sollte wenig turbulent sein, damit die lokale Konzentration an Dampfteilchen maximiert wird und die gesteuerten hohen Wärmegradienten, die die Bedingungen für den thermophoretischen Fluß von Teilchen zum Substrat optimal gestalten, entstehen.
Es gibt keine veröffentlichte Brenneranordnung, mit der man diese verschiedenen Faktoren gleichzeitig erreichen kann, weder für Brenner, die mit herkömmlichen Siliciumdioxid-Vorläufern (in der Regel Halogensilanen und am häufigsten Siliciumtetrachlorid) gespeist werden, noch für die halogenfreien Einsatzstoffe, wie beispielsweise Silan, Tetramethoxysilan (TMS, Si(OCH&sub3;)&sub4;) oder die Polysiloxane, z.B. Hexamethyldisiloxan (HMDS, (CH&sub3;)&sub3;SiOSi(CH&sub3;)&sub3;), Octamethylcyclotetrasiloxan (OMCTS, (CH&sub3;)&sub2;SiO)&sub4;) usw., die aufgrund der Abwesenheit von korrosiven Gasen in den Austragsgasen und ihrer Fähigkeit zur Erzeugung eines halogenfreien Glasprodukts bevorzugt sein können.
Diese halogenfreien Einsatzstoffe sind im allgemeinen gegenüber Sauerstoff hochreaktiv und erfordern größere Sorgfalt bei der Brennerbauweise, wenn die Abscheidung von Siliciumdioxid auf der Brenneroberseite vermieden werden soll. Bei einem herkömmlichen Brenner kann der Siliciumtetrachlorid-Einsatzstoff dem Brenner im Gemisch mit Sauerstoff als Trägergas zugeführt werden.
Zwischen diesen beiden Gasen tritt so lange keine Reaktion auf, bis sie sich weit in der Flamme und von der Oberfläche des Brenners entfernt befinden, da das Gemisch zur Initiierung der Oxidationsreaktion stark erhitzt oder alternativ dazu zur Initiierung der alternativen Hydrolysereaktion eine ausreichende Konzentration an Wasserdampf, einem Verbrennungsprodukt der Flamme, haben muß. Trotzdem erwies es sich bisher als schwierig, selbst zu einem nur kurzen linearen Brenner für den Langzeit gebrauch mit Siliciumtetrachlorid-Einsatzstoffen zu gelangen (siehe US-A-4203553).
Diese Probleme verschärfen sich noch bei Verwendung von Verwendung von brennbaren halogenfreien Siliciumdioxid-Vorläufern, die, sobald sie aus dem Brenner austreten und mit Sauerstoff in Berührung kommen, mit großer Intensität verbrennen. Diese Eigenschaft ermöglicht zwar beträchtliche Einsparungen beim Brenngas im Vergleich zu herkömmlichen Halogensilan-Einsatzstoffen, macht jedoch bei der Bauweise von dafür geeigneten Brennern ernste Probleme. Die billigeren dieser Siliciumdioxid-Vorläufer-Einsatzstoffe haben außerdem im allgemeinen höhere Siedepunkte (z.B. OMCTS, Siedepunkt 176ºC), so daß man bei den in der Praxis wünschenswerten hohen Belastungen den Brenner vorerhitzen muß, damit gewährleistet ist, daß der Vorläuferdampf nicht im Brenner selbst kondensiert. Dies führt zu einer weiteren Reaktivitätserhöhung des Dampfes und zu einem beträchtlichen Risiko der thermischen Verzerrung der zum Bau des Brenners verwendeten Komponenten. Jegliche derartige Verzerrung führt zum Verlust der Kontrolle über die Flammenstruktur und erhöht wiederum die Gefahr einer unerwünschten Abscheidung von Siliciumdioxid auf der Oberseite des Brenners.
Die Aufgabe der Bereitstellung eines Linear brenners für diese neuen Siliciumdioxid-Vorläufer erwies sich daher als gar nicht einfach, und es ist überraschend, daß sie mit der erfindungsgemäßen Bauweise zu erreichen ist, die die Herstellung von Brennern ermöglicht, mit der sich eine einheitliche Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot über eine beträchtliche Substratlänge aus einer kontinuierlichen flächigen Flamme mit hohem Aspektverhältnis, der der Dampf halogenfreier Vorläufer zugeführt wird, erzielen läßt. Es versteht sich außerdem, daß erfindungsgemäße Brenner, die sich für die strengen Bedingungen der Verwendung mit Siloxan-Einsatzstoffen als zufriedenstellend erwiesen, zur alternativen Verwendung mit Siliciumtetrachlorid oder anderen Halogensilan- Siliciumdioxid-Vorläufern gleichermaßen zufriedenstellend sind (mit geringen Änderungen der Dimensionen, der Wahl der Gase, der Gasströme usw.).

Kurze Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Erhöhung der Aufbaurate einer gegebenen Abscheidungsvorrichtung durch den Einsatz eines oder mehrerer länglicher Abscheidungsbrenner, von denen jeder über eine beträchtliche Länge einer Substratoberfläche Siliciumdioxid-Soot abscheidet. Diese Aufgabe versucht man bei der vorliegenden Erfindung dadurch zu lösen, daß man einen Brenner mit mehreren getrennten Zufuhrkanälen für dem Brenner zugeführte Gasströme verwendet, wobei jeder Kanal in einem begrenzten länglichen Auslaßschlitz endet, wobei die Schlitze nebeneinander und im wesentlichen parallel zu allen anderen Schlitzen im Brenner angeordnet sind. Derartige Brenner werden im folgenden als "Linearbrenner" bezeichnet und enthalten im allgemeinen mindestens fünf Schlitze.
Ein Gegenstand der Erfindung ist somit ein Linearbrenner nach Anspruch 1. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Linearbrenners nach Anspruch 14. Die Schlitze (oder die ganz innen liegenden fünf Schlitze) bilden zusammen eine Anordnung, aus der Gase austreten, die in einer Austrittszone eine primäre Syntheseflamme erzeugen, deren Länge in Längsrichtung der Schlitze bevorzugt ein Verhältnis (Aspektverhältnis) von mindestens 5:1 zur maximalen Breite der aus den mehreren nebeneinander angeordneten, die primäre Syntheseflamme bildenden Schlitzen austretenden Gasströme aufweist. Das Aspektverhältnis beträgt zweckmäßig mindestens 10:1 und bevorzugt mindestens 50:1. Ein erfindungsgemäßer Linearbrenner kann aus Quarzgut, Quarzglas oder Keramik oder auch aus Metallkomponenten bestehen, die genau geformt oder maschinell bearbeitet sein können, wobei Teile davon erforderlichenfalls leicht abgebaut, gereinigt oder ersetzt werden können.
Ein besonders wichtiges Merkaml der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus einem Verfahren zur Verwendung eines Linearbrenners mit einem halogenfreien siliciumhaltigen Einsatzstoff zur Erzeugung einer Abscheidung aus synthetischem Siliciumdioxid-Soot auf einem geeigneten Substrat.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
die Figuren 1 und 2 bereits besprochene bekannte Brennerkonstruktionen,
die Figuren 3 und 4 schematische Ansichten zweier Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Linearbrennern und
die Figuren 5, 6, 7 und 8 genauere schematische Ansichten einzelner Komponenten der erfindungsgemäßen Brenner und Brenneranordnungen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Ein erfindungsgemäßer Brenner eignet sich zur Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot an einer linearen Zone entlang, ausgehend von einem Einsatzstoff wie Siliciumtetrachlorid oder einem anderen Halogensilan. Für diesen Anwendungszweck kann man einen einfachen Brenner wie den in Figur 3 gezeigten mit fünf nebeneinander angeordneten und in fünf Gaszufuhrkanälen abschließenden länglichen Schlitzen, wobei man Kanal 31 mit SiCl&sub4;/O&sub2;, Kanäle 32 und 32A mit Sauerstoff und Kanäle 33 und 33A mit Wasserstoff speist.
Der in Figur 3 gezeigte Linearbrenner 10 ist symmetrisch ausgelegt, d.h. die Kanäle 32 und 32A schließen in länglichen Schlitzen gleicher Breite ab, was bevorzugt ist. In der Praxis speist man die Kanäle 32 und 32A zweckmäßig jeweils mit gleichen Sauerstoffvolumina. Die Kanäle 33 und 33A bilden zweckmäßig ebenfalls Auslaßschlitze gleicher Breite und werden geeignet mit gleichen Wasserstoffvolumina gespeist. Der Brenner 30 liefert wie beschrieben eine symmetrische Flamme, wobei der Siliciumdioxid-Vorläufer in den zentralen Kanal 31 eingespeist wird; möglich ist aber auch die Bereitstellung eines im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegenden Linearbrenners mit begrenzten Schlitzen unterschiedlicher Breite und/oder symmetrisch angeordneten Paaren begrenzter Schlitze, die mit unterschiedlichen Volumina der jeweiligen Gase oder sogar mit verschiedenen Gasen gespeist werden, um beispielsweise eine speziell geforderte Abscheidungstemperatur oder Temperaturverteilung zu erzielen.
Die Abmessungen der Auslaßschlitze der Kanäle und die Volumenströme der jeweiligen Gase durch diese Kanäle wählt man bevorzugt so, daß man eine flächige Wolke aus Siliciumdioxiddampf erhält, die nur wenig turbulent ist, da zu große Turbulenz die Wolke verdünnt und die Auffangwirksamkeit in bezug auf das Soot-Produkt herabsetzt.
Ein erfindungsgemäßer Brenner eignet sich insbesondere zur Verwendung bei der Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot aus einem einer ganzen Reihe von handelsüblichen halogenfreien siliciumhaltigen Dampf-Einsatzstoffen, die in Sauerstoff zu Siliciumdioxiddampf verbrennen. Dabei kann der Linearbrenner mit Silan, Alkoxysilanen, z.B. Si(OCH&sub3;)&sub4;, oder anderen in die Gasphase überführten Siliciumverbindungen, beispielsweise einer beliebigen aus einer Reihe von siloxanhaltigen Verbindungen, d.h. Verbindungen, die die Atomgruppierung Si-O-Si enthalten, gespeist werden. Zu den Siloxan- Einsatzstoffen gehören u.a. solche einfachen Spezies wie Hexamethyldisiloxan (CH&sub3;)&sub3;Si-O-Si(CH&sub3;)&sub3; und komplexere Polysiloxane, darunter auch lineare Moleküle der allgemeinen Formel R&sub3;Si.O.(SiR&sub2;O)m.SiR&sub3;, worin m eine ganze Zahl einschließlich Null bedeutet, und cyclische Moleküle der allgemeinen Formel R2nSin.On, worin n größer als 2 ist, wobei R in den obigen Beispielen für einen aus einer Reihe von möglichen Substituentengruppen, ausgewählt aus
i) einer Alkylgruppe der allgemeinen Formel
Cp . H2p+1,
worin p eine ganze Zahl größer Null bedeutet,
und
ii) der Hydridgruppe
H-,
steht.
Der in Figur 3 gezeigte Brenner eignet sich zur Abscheidung von durch Verbrennung eines halogenfreien siliciumhaltigen Dampfes hergestelltem Soot auf einem zylindrischen Substrat. Dabei speist man Kanal 31 mit siliciumhaltigem Dampf, der gegebenenfalls mit einem Trägergas verdünnt sein kann, bei dem es sich um ein Inertgas, z.B. Argon oder Stickstoff, oder ein brennbares Gas, z.B. Wasserstoff oder Methan, handeln kann. Man speist die Kanäle 32 und 32A mit einem gegebenenfalls mit einem Inertgas verdünnten brennbaren Gas, z.B. Wasserstoff oder Methan, oder nur mit Inertgas, und die Kanäle 33 und 33A mit Sauerstoff. Der gesamte Brenner kann aus Metallkomponenten angefertigt werden, wobei mindestens die Grenzbereiche des Kanals 31 bei einer Temperatur oberhalb des Taupunkts des siliciumhaltigen Einsatzstoffs gehalten werden können, wodurch die Kondensation von Einsatzstoff im Brenner verhindert wird.
Figur 4 zeigt einen Brenner 40 mit neun Kanälen, der folgendermaßen mit Gasen versorgt werden kann. Ein zentraler Schlitz 41 wird mit einem Dampf einer geeigneten brennbaren halogenfreien Siliciumverbindung, gegebenenfalls in Abmischung mit einem Dampf einem Trägergas, z.B. Stickstoff oder Wasserstoff, gespeist. Die daran angrenzenden Schlitze 42 und 42A speist man mit Inertgas oder brennbarem Gas, z.B. Wasserstoff, Methan oder Stickstoff, d.h. mit einem Gas, das die Silicium verbindung nicht oxidiert. Die daran angrenzenden Schlitze 43 und 43A speist man mit Sauerstoff, die Schlitze 44 und 44A mit einem brennbaren Gas, z.B. Wasserstoff oder Methan, und die Schlitze 45 und 45A mit Sauerstoff.
Die beiden obenbeschriebenen Linearbrenner können jeweils gegebenenfalls noch mit zusätzlichen Kanälen versehen werden, z.B. zur Verbreiterung oder Intensivierung der Flamme, oder zur Einspeisung von Inertgas zwischen benachbarten Strömen von brennbarem Gas und Sauerstoff (zur Verringerung der thermischen Belastung der dazwischenliegenden Trennplatten). Es kann außerdem von Vorteil sein, zwei beispielsweise Sauerstoff oder Inertgas führende äußere Kanäle zuzufügen, die einen Gesamtgasschutzschild liefern, was die Gefahr der Verunreinigung der Abscheidungszone durch Umgebungsgase vermindert, aber nicht unbedingt zur Chemie des Verfahrens beiträgt.
Es kann außerdem von Vorteil sein, einige oder alle Außenströme konvergierend anzuordnen, d.h. die Trennanordnung kann so ausgebildet sein, daß die aus parallelen Schlitzen an der Oberseite des Brenners austretenden flächenförmigen Gasströme nach dem Austritt zur zentralen Axialebene des Brenners hin konvergierend angeordnet sind, was die Durchmischung der Reaktandenströme im Vergleich zu der bei einem Austritt der Gasströme in rein axialer Richtung dafür sorgenden gegenseitigen Interdiffusion fördert. Eine derartige Konvergenz kann man dadurch erzielen, daß man einige oder alle Trennplatten mit sich verjüngendem Querschnitt auslegt, wobei sie am Auslaß des sich ergebenden Schlitzes, d.h. an der heißen Oberseite des Brenners, dünner sind.
Alternativ dazu oder zusätzlich können einige oder alle Kämme einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen, wobei sie zur heißen Oberseite des Brenners hin dünner werden. Eine derartige Anordnung führt zu einer fortschreitenden Vergrößerung der Querschnittsfläche des sich ergebenden Schlitzes in Richtung des Gasstroms und kann beispielsweise zur Verringerung der durch die einzelnen Kammzähne verursachten kleinmaßstäblichen Strömungsschwankungen eingesetzt werden.
Für bestimmte Anwendungen können asymmetrische Brenner bevorzugt sein, jedoch besteht der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß der Linearbrenner zur Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot über eine beträchtliche Substratlänge hinweg verwendet werden kann.
Bei Verwendung in Verbindung mit einer brennbaren halogenfreien Siliciumverbindung als Einsatzstoff, zweckmäßig Polysiloxandampf, kann ein wesentlicher Teil der thermischen Energie der Flamme durch die Verbrennung des siliciumhaltigen Einsatzstoffs geliefert werden.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Lösung der Probleme und Nachteile von bekannten Brennern in praktischer und zweckmäßiger Bauweise, die in Verbindung mit herkömmlichen Halogensilan-Einsatzstoffen und, was wichtiger ist, in Verbindung mit den neueren brennbaren halogenfreien Siliciumdioxid-Vorläufern verwendet werden kann, welche bisher noch nicht in Verbindung mit Linearbrennern eingesetzt wurden. Mit dieser Konzeption läßt sich im Prinzip eine beliebige Zahl paralleler Gasströme, die aus einer Reihe von parallelen Schlitzen an der Oberseite des Brenners austreten, bereitstellen. Zum Zweck der Veranschaulichung ist eine Ausführungsform beispielhaft in Figur 5 dargestellt, die einen Brenner mit neun parallelen Schlitzen zeigt, der sich für die Abscheidung von Siliciumdioxid aus einem Polysiloxandampfstrom eignet; jedoch versteht es sich, daß das Baukonzept sehr vielseitig ist und beispielsweise durch Änderung der Abmessungen oder Variation der Anzahl paralleler Schlitze unterschiedlichste Einsatzstoffe, einschließlich Halogensilanen, Silanen, Alkoxysilanen und Polysiloxanen, und Inert- und Reagensgase einsetzbar sind.
Der Aufbau eines bevorzugten erfindungsgemäßen modularen Brenners wird nun anhand von Figur 5 beschrieben. Bei den Grundkomponenten jedes Moduls handelt es sich um ein Paar von Plenumblöcken 50, 51, die zwei Hälften des Brennerkörpers bilden, eine Reihe von "Trennplatten" 52, bei denen es sich jeweils um ein rechteckiges Blech aus Metall geeigneter Zusammensetzung handelt, so daß die stromabwärts gelegene Kante einer derartigen Trennplatte den an der Basis der Linearflamme herrschenden hohen Temperaturen widersteht, und eine Reihe von "Kämmen" 53, bei denen es sich jeweils um eine kammähnliche Komponente handelt, die aus einem Metallblech geschnitten oder anders angefertigt wurde und benachbarte Trennplatten 52 voneinander beabstandet hält, wodurch sich eine Anordnung von linear ausgelegten Durchgängen ergibt, die jeweils einen Schlitz an der Ausgangsseite 52A des Brenners speisen, aus welchem das Gas austritt. Eine Kombination derartiger Schlitze ergibt die Austragszone an der Ausgangsseite des Brenners, in der die Gase zur Erzeugung der geforderten Siliciumdioxid-Syntheseflamme vereinigt werden.
Bei einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung kann jeder Kamm 53 Bestandteil einer benachbarten Trennplatte 52 sein, d.h. sie können aus einem einzigen Metallblech maschinell gefertigt werden oder zusammengeschweißt oder anders haftend miteinander verbunden werden. Unter diesen Umständen erhält man alle linearen Schlitze bis auf einen durch Zusammenklemmen einer Reihe von Kamm/Trennplatte-Paaren, wobei der verbleibende Schlitz durch Einbau einer einzigen einfachen Blech-Trennplatte in die Anordnung gebildet wird.
Jeder Plenumblock 50, 51 wird so durchbohrt oder anderweitig maschinell hergestellt, daß sich ein Satz von Plenumhohlkammern 54 ergibt, die jeweils, quer zur Längsachse gemessen, eine Querschnittsfläche "A" aufweisen. Gebohrte Öffnungen oder Düsen 55, die jeweils die Querschnittsfläche "a" aufweisen, verbinden die Plenumkammer über einen jeweiligen gebohrten oder anderweitig maschinell hergestellten Durchgang 56 in der Trennplatte 52 mit dem entsprechenden Raum 57 zwischen benachbarten Zähnen des Kamms 53.
Die beiden Plenumblöcke 50, 51 eines kurzen Brenners des in Figur 5 dargestellten Typs können wie gezeigt durch Schrauben 50A und Muttern 50B so zusammengehalten werden, daß die aus entsprechenden, in den Blöcken 50, 51 angeordneten Zufuhrleitungen P1 bis P10 in die Plenumkammern 54 eingespeisten Gase aus einer Reihe genau definierter und einheitlicher Schlitze an der Vorderseite des Brenners austreten. Die gasdichte Abdichtung zwischen den Plenumblöcken und den verschiedenen Trennplatten kann mit O-Ringen oder anderen Dichtungen erfolgen, wobei die Anordnung im wesentlichen leckfreiist.
Ein langer Brenner erfordert eine verhältnismäßig solide Bauweise der Blöcke 50, 51; alternativ dazu können die beiden Plenumblöcke an einer Reihe von Stellen über ihre gesamte Länge mit Hilfe einer Reihe von Klemmen, Stiftschrauben, Hydraulikkolben oder ähnlichen Mitteln zusammengedrückt werden, damit überall im Brenner eine gute Abdichtung gewährleistet ist, und präzise Ausführung der Schlitzanordnung an der Vorderseite 52A.
Ein Brenner 60 mit einer Anordnung derartiger modularer Komponenten ist als Mittelschnitt in Figur 6 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, daß die Plenumblöcke 61 und 61A weitgehend gleich gebaut sind. Die dem zentralen Schlitz des Brenners zugeführten Gase, die in der Regel den Siliciumdioxid-Vorläufer oder -Einsatzstoff, z.B. Siloxandampf, gegebenenfalls in Abmischung mit Trägergas (z.B. Stickstoff oder Argon), enthalten, werden über Plenumkammer 62 eingespeist. Unter Bezugnahme auf Figur treten diese Gase durch Löcher 58 in den Schlitz ein. Im Plenumblock 51 gezeigte Löcher 59 können zweckmäßig mit Inertgas, das dem Plenumblock über Leitung P5 zugeführt wird, gespeist und über Löcher 59A (gestrichelt dargestellt) den Außenbereichen des zentralen Schlitzes zugeführt werden. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß die äußersten Zwischenkammdurchgänge des zentralen (Siliciumdioxid-Vorläufer-)Schlitzes des Brenners mit Inertgas (z.B. über 62A) gespeist werden, was die vorzeitige Oxidation des Vorläufers durch mitgerissene Luft verhindert, die ansonsten die Abscheidung von Siliciumdioxid auf der Oberseite des Brenners verursachen würde.
Wie ersichtlich ist, werden die die äußeren Schlitze bildenden Kämme und Trennplatten vom Zentrum des Brenners nach außen hin immer kürzer, so daß die Anordnung aus Trennplatte und Kamm einen annähernd dreieckigen Querschnitt hat. Die jeweils unmittelbar seitlich an den zentralen Schlitz anschließenden Schlitze führen ein Gas, das gegenüber dem Siliciumdioxid-Vorläufer weitgehend unreaktiv ist, wobei im Fall eines Siloxan-Einsatzstoffs Methan, Wasserstoff oder Stickstoff oder deren Gemische sowie eine Reihe anderer Inertgase oder brennbarer Gase oder Gasgemische in Betracht kommen. Diese Gase, die als Schutzgase bezeichnet werden können, werden dem nächsten Paar von Plenumkammern 63, 63A zugeführt. Nach außen fortschreitend kann dem nächste Schlitzpaar von den Plenumkammern 64, 64A gelieferter Sauerstoff zugeführt werden.
Zwar kann man für die Synthese von Siliciumdioxid-Soot eine Anordnung von fünf parallelen Schlitzen verwenden, die tatsächlich die primäre Syntheseflamme eines Brenners dieses Typs liefert, jedoch erwies es sich als bevorzugt, über weitere Schlitze zusätzliche Wärme zuzuführen. Also speist man jede Seite der obigen Anordnung mit einem Brenngas, z.B. Methan oder Wasserstoff, aus Plenumkammern 65, 65A und mit Sauerstoff über Plenumkammern 66, 66A. Gegebenenfalls können zusätzliche Paare von Heizgasschlitzen vorgesehen sein, die von zusätzlichen Paaren von Plenumkammern auf jeder Seite des Brenners gespeist werden. Trotz des Vorhandenseins dieser zusätzlichen Schlitze machen die zentralen fünf Schlitze immer noch den primären Synthesebrenner aus.
Die Schlitze, die zusammen die Austragszone 67 des Brenners 60 ausmachen, erstrecken sich im allgemeinen weitgehend über die Gesamtlänge des Brenners, wobei jeder Schlitz über eine beträchtliche Zahl "n" gleicher Zwischenzahnräume mit Gas versorgt wird, welchen jeweils aus der entsprechenden der "n¹¹ gleichen Öffnungen 55 austretendes Gas zugeführt wird. Zur Gewährleistung einer annähernd einheitlichen Verteilung von Gas aus dem Plenum auf die Anordnung von Öffnungen muß man dafür sorgen, daß der Druckverlust entlang jedes Plenums möglichst klein ist. Dazu erwies es sich als zweckmäßig, zu gewährleisten, daß die Querschnittsfläche "A" jeder Kammer in einem Plenumblock mindestens das Zehnfache der Summe der Querschnittsflächen "a" der Öffnungen, d.h. A > 10n x a, ist, wobei "n" für die Zahl der Öffnungen mit der Fläche "a" steht.
Die Trennplatten müssen ausreichend feuerfest, thermisch leitfähig und oxidationsbeständig sein. Die Trennplatten 52 (und die Kämme 53) können aus Quarzgut, Quarzglas oder aus bestimmten Keramiken, beispielsweise Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder Sialon bestehen, jedoch sind diese Materialien verhältnismäßig teuer und schwierig herzustellen und zu handhaben, insbesondere für die großen erfindungsgemäßen Brenner. Alternativ dazu erweist es sich als annehmbar, diese Komponenten aus Metall herzustellen, jedoch ist dabei die Auswahl des Metalls aufgrund der thermischen Belastung der Trennplatten und anderer Beschränkungen sorgfältig zu treffen. Das Metall für eine Trennplatte weist bevorzugt einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, wobei sich Titan als hierfur geeignet erwies, jedoch ist zu erwarten, daß auch andere Metalle und deren Legierungen in Betracht kommen. Falls das gewählte Metall gegenüber einem oder mehreren der dem Brenner zugeführten Gase reaktiv ist, kann es wünschenswert sein, das Metall mit einem geeigneten feuerfesten überzug zu schützen. Metalle mit einem zu hohen Ausdehnungskoeffizienten können sich an der Vorderkante in der Hitze der Flamme verziehen. Unter diesen Umständen ist es vorteilhaft, in der Vorderkante jeder Trennplatte 52 Schlitze vorzusehen, damit eine begrenzte Ausdehnung der Vorderkante gegenüber den kälteren Bereichen der Trennplatte ermöglicht wird. Dabei ist es empfehlenswert, zu gewährleisten, daß diese Schlitze so angeordnet sind, daß sie von einem Kammzahn 53 bedeckt sind, damit die Gefahr des Austretens von Gas in einen benachbarten Kanal über solche Schlitze möglichst gering ist.
In einer alternativen erfindungsgemäßen Anordnung, die dort brauchbar ist, wo eine lange Trennanordnung erforderlich ist, diese aber aus Materialien bestehen soll, die in langen Stücken schwierig herzustellen oder zu bearbeiten sind (z.B. Quarzglas oder Keramik), kann es nützlich sein, wenn die Trennanordnung aus einer Reihe von kurzen Unteranordnungen, die aneinandergrenzend aneinandergereiht sind, aufgebaut ist, so daß sich eine weitgehend einheitliche flächige Flamme ergibt. Offensichtlich müssen die Gasdichtungen so aufgebaut sein, daß die Anordnung der Trennunteranordnungen ohne merklichen Gasaustritt mit den jeweiligen Gasströmen gespeist wird.
Bei einer derartigen Anordnung kann es von Vorteil sein, zwischen benachbarten Unteranordnungen, zumindest an der Kante, die die heiße Oberseite des Brenners bildet, eine kleine Lücke zu lassen, die beispielsweise zur Kompensation der thermischen Ausdehnung der Trennplatten ausreicht. Jeder derartige Raum kann gegebenenfalls mit Inertgas oder brennbarem Gas gespült werden, wodurch die Gefahr einer vorzeitigen Durchmischung des Einsatzstoffs mit Sauerstoff und die daraus resultierende Gefahr der Abscheidung von Siliciumdioxid auf der Oberseite des Brenners minimiert wird.
Unter bestimmten Umständen kann es von Vorteil sein, wenn die Trennplatten an der Vorderseite des Brenners nicht wie in Figur 5 und 6 gezeigt in einer Ebene abschließen. Beispielsweise stellt man möglicherweise eine gewisse Verbesserung der Abscheidungswirksamkeit fest, wenn die zentralen Trennplatten 1-2 mm vor den äußeren Trennplatten abschließen.
Die Breite jedes Schlitzes ist durch die Dicke der Kämme definiert, wobei die Kammzähne 53 die Prazision der Anordnung sicherstellen und die Trennplatten 52 im richtigen Abstand und parallel halten. Zweckmäßig gewährleistet man jedoch, daß die Kammzähne 53 die kleinstmögliche Breite aufweisen und außerdem spitz zulaufen, so daß sie dort, wo das Gas aus dem Schlitz an der Vorderseite des Brenners austritt, nur ein minimales Hindernis darstellen. Weiterhin gewährleistet man vorteilhafterweise, daß die Kammzähne etwas innerhalb des Schlitzes abschließen, da dies eine gewisse Glättung des Stroms vor dem Austritt des Gases an der Vorderseite des Brenners ermöglicht.
Zwar ist ein in Figur 5 oder Figur 6 gezeigter Brenner aus zwei monolithischen Plenumblöcken aufgebaut, jedoch kann man erfindungsgemäße Brenner zum Zweck der experimentellen Entwicklung vielseitiger machen, indem man die einzelnen Plenumkammern so anordnet, daß sie in einzelnen Plenumblöcken enthalten sind, z.B. durch Trennen der Plenumblöcke des in Figur 6 gezeigten Brenners entlang den gestrichelten Linien 68. Unter diesen Umständen muß das Klemmensystem ausfwendiger sein und jedes Paar gegenüberliegender Plenumblöcke getrennt zusammengedrückt werden, um eine Gasabdichtung zu erreichen. Trotzdem erwies sich diese Mehrblockanordnung als nützlich bei der Entwicklung und fällt in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Figur 7 zeigt eine Draufsicht auf einen Querschnitt des zentralen Bereichs eines kurzen Brenners 70 von einem etwas von der Oberseite entfernten Punkt, die die interne Kammzahnanordnung darstellt. Die Kämme für den zentralen (Siliciumdioxid-Vorläufer-)Schlitz 71 können zweckmäßig derart maschinell bearbeitet werden, daß sie nur (n-2) zur Brenneroberseite führende interne Kanäle haben, wohingegen diejenigen für die anderen Gase n derartige Kanäle aufweisen können. Figur 8 zeigt eine entsprechende Ansicht der Oberseite eines Brenners 80, wobei die Gase aus kontinuierlichen Schlitzen austreten. Wie oben bereits erwähnt wurde und aus Figur 8 ersichtlich ist, ist aus dem Vorläufergasschlitz 81 (d.h. dem zentralen Schlitz) austretendes Gas an seinen Enden weitgehend von Schutzgas umgeben. Dadurch wird die Reaktion von Vorläuferdampf mit Sauerstoff aus der umgebenden Atmosphäre an den Enden des Brenners verhindert, die zu unerwünschter Abscheidung von Siliciumdioxid auf dem Brenner in diesen Bereichen führen könnte.
Alternativ dazu erwies es sich, wie oben beschrieben, als nützlich, den zentralen Schlitz (Vorläuferschlitz) 71 mit n Kanälen vorzusehen, von denen (n-2) mit aus der an einer Brennerseite einmündenden tiefstgelegenen Plenumkammer eingespeistem Vorläufer gespeist werden und die beiden restlichen Kanäle (einer an jedem Brennerende) mit einem unter Verwendung einer in der gegenüberliegenden Hälfte des Brenners vorgesehenen Plenumkammer zugeführten Inertgas, beispielsweise Stickstoff, versorgt werden.
Die Länge des Siliciumdioxid-Vorläuferschlitzes bestimmt im wesentlichen die Länge, über die die Siliciumdioxid-Syntheseflamme erzeugt wird, und somit die Substratlänge, über die zu jeder gegebenen Zeit Abscheidung erfolgt. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Brenner besteht darin, daß diese Länge im Vergleich zu bekannten Brennern beträchtlich sein kann.
Im allgemeinen beträgt die Länge der Siliciumdioxid-Syntheseflamme an der Oberseite des Brenners in Längsrichtung der Schlitze mindestens das 5fache, zweckmäßig das 10fache und bevorzugt mehr als das 50fache der Gesamtdicke der primären Syntheseflamme, wobei die Dicke der primären Syntheseflamme als Summe der Breiten der zentralen fünf Schlitze plus der Breite der dazwischenliegenden Trennplatten berechnet wird.
Bei der Einstellung des Abstands zwischen den Kammzähnen 53 gibt es einen gewissen Spielraum, in der Praxis hat sich jedoch ein Abstand von 25 mm bewährt. Zwar ist ein erfindungsgemäßer Brenner so ausgelegt, daß sich eine Abscheidungsfiamme ergibt, die in Längsrichtung weitgehend einheitlich ist, jedoch kann sich aus der Anwesenheit der Kammzähne in den internen Kanälen des Brenners eine geringfügige Uneinheitlichkeit ergeben. Falls dies ein Problem darstellt, kann man den Brenner beim Gebrauch leicht oszillieren lassen, wobei die Amplitude mindestens einem Kammzahn-Abstand entspricht, d.h. bei einem Zahnabstand von 25 mm ist es zweckmäßig, den Brenner mit einer Amplitude von mindestens 25 mm oszillieren zu lassen, wobei zwecks besserer Mittelung 50 mm oder sogar 100 mm bevorzugt sein können. Je größer die Amplitude dieser Oszillation, desto größer ist jedoch selbstverständlich auch die Zone geringerer Dicke an jedem Ende einer ansonsten einheitlich dicken Abscheidung auf dem Substrat.
Für eine optimale Leistung erwies es sich als bevorzugt, größere Unterschiede zwischen den Geschwindigkeiten der aus benachbarten Schlitzen austretenden Gase zu vermeiden&sub1; und unter bestimmten Umständen kann es sich als zweckmäßig erweisen, die Kanten der Trenneinrich tungen 52 abzuschrägen oder anderweitig zu formen, um im Mischbereich spezielle Gasströmungseigenschaften zu erzielen, z.B. zur Minimierung der möglicherweise schädlichen Rezirkulation von Reagensgasen in diesem Bereich.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann es von Vorteil sein, in jeden Plenumblock im Bereich der Oberseite des Brenners einen oder mehrere Wärmetransferkanäle einzubauen. Durch Zirkulation eines geeigneten Wärmetransferfluids in diesen Kanälen läßt sich überschüssige Wärme aus der Sytheseflamme und der Abscheidungseinrichtung kontrolliert abführen cder zusätzliche Wärme (z.B. zur Verhinderung von Abscheidung auf dem Brenner) kontrolliert zuführen.
Zur Verwendung in Verbindung mit verhältnismäßig schwerflüchtigen Vorläufer-Einsatzstoffen erwies es sich als vorteilhaft, den Brenner 60 mit Hilfe von elektrischen Heizeinrichtungen, die z.B. in Kanäle in den Plenumblöcken eingesetzt sind, zu erhitzen und ihre Temperatur über Thermoelemente, die z.B. in die Plenumblöcke eingeführt sind, zu messen und zu regeln. Diese sind der besseren Übersichtlichkeit halber in den Figuren oder 6 nicht gezeigt. Bei der Verwendung eines derartigen beheizten Brenners kann es außerdem von Vorteil sein, einige oder alle dem Brenner zugeführten Gase vorzuerhitzen.
Ein Hauptvorteil eines erfindungsgemäßen Brenners besteht darin, daß sich eine Maßstabsvergrößerung in linearer Art und Weise als verhältnismäßig einfach erwies. Somit kann man nach dem obenerwähnten Verfahren zur Berechnung des Plenumkammerdurchmessers die Querschnittsfläche der Kammer 54 im Plenumblock zusammen mit der Größe und dem Abstand der Öffnungen so wählen, daß sie sich für eine Schlitzlänge von beispielsweise 2000 mm eignet. Die Optimierung der Abmessungen aller Komponenten eines so großen Brenners, d.h. die Wahl der Schlitzanzahl, der Einsatzgase und Einsatzgasströme, ihrer Verteilung auf die Schlitze, der optimalen Kammdicken (und entsprechenden Schlitzbreiten) wäre bei einem so großen Brenner eine langwierige und teure Aufgabe. Es ist jedoch möglich, einen verhältnismäßig kurzen Linearbrenner (z.B. mit einer Schlitzlänge von 200 mm) mit gleichen Abmessungen und Eigenschaften (abgesehen von der Gesamtlänge) zu bauen und einen solchen kurzen Linearbrenner zu optimieren. Danach muß man bei der Konstruktion eines Linearbrenners mit der vollen Länge einfach nur noch die Abmessungen des kurzen Brenners axial verlängern, da alle anderen Abmessungen weitgehend optimiert sind.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

BEISPIEL 1

Ein kurzer erfindungsgemäßer Linearbrenner wurde folgendermaßen konstruiert und verwendet.
Bei dem Brenner handelte es sich um eine Version mit neun Schlitzen gemäß den Figuren 4 - 6. Die Plenumblöcke waren 240 mm lang und aus rostfreiem Stahl. Die Plenumblöcke waren so bearbeitet, daß sie eine Reihe von Plenumhohlkammern mit einem Innendurchmesser von 15 mm und einer Querschnittsfläche von 177 mm² ergaben. Gas trat in jede Plenumkammer über eine Verbindung an einem Ende ein und über eine Reihe von gebohrten Auslässen (siehe 55, Figur 5) wieder aus. Die tiefstgelegene (Siliciumdioxid-Vorläufer-Einsatzstoff-) Plenumkammer wies sechs derartige Auslässe auf, die übrigen Plenumkammern jeweils acht Auslässe. Jeder Block war so bearbeitet, daß er ein Heizelement und ein Thermoelement aufnehmen konnte. Der Durchmesser jedes gebohrten Auslasses betrug 1 mm, womit das Verhältnis von Plenumkammer-Querschnittsfläche zu Gesamtauslaßfläche für die unterste Plenum kammer 36,5 und für die restlichen Plenumkammern 28,1 betrug.
Die Trennplatten bestanden aus 1,5 mm dickem Titanblech, die Kämme aus rostfreiem Stahl. Der den zentralen Schlitz begrenzende Kamm wies sechs Freiräume auf, der die übrigen Schlitze begrenzende acht Freiräume, wie in Figur 7 gezeigt. Die Kämme schlossen im Brenner ab. Durch die Dicke der jeweiligen Kämme wurden die Schlitzbreiten bestimmt, die in Tabelle 1 wiedergegeben sind, in der die Schlitznummer derjenigen gemäß Figur 4 entspricht.
Der Brenner wurde auf eine Temperatur von 150ºC erhitzt und dann mit Gasen und OMCTS-Dampf in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen gespeist. Die Flamme war in Längsrichtung weitgehend einheitlich. Die Dicke der Primärflamme (Summe der Breiten der zentralen fünf Schlitze plus der Breite der dazwischenliegenden Trennplatten) betrug 13 mm, während die Länge der Syntheseflamme (Länge des Siloxan-Vorläufer-Schlitzes) 154 mm betrug, was ein Aspektverhältnis von 1:12 ergab.
Der Brenner wurde in Richtung auf einen rotierenden Dorn bzw. ein rotierendes Zielstück aus Quarzgut mit einem Durchmesser von 100 mm befestigt und zur Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot auf diesem Dorn verwendet, wobei er entlang einer parallel zur Rotationsachse des Dorns mit einer Amplitude von 1 Meter hin- und herbewegt wurde. Der Brenner wurde mit zunehmender Bildung von Siliciumdioxid-Soot auf dem Dorn so zurückgezogen, daß ein Brenner-Zielstück-Abstand von 85 mm eingehalten wurde. Die Abscheidung erfolgte mit einer Rate von durchschnittlich 10,4 g/Min. bei einer Abscheidungswirksamkeit von 83%, bezogen auf Siliciumdioxid-Äquivalente. TABELLE 1

BEISPIEL 2

Ein langer Linearbrenner mit ähnlichen Querschnittsabmessungen wurde analog Beispiel 1 konstruiert, jedoch betrug die Länge der Plenumblöcke 1985 mm. Der Innendurchmesser jeder Plenumkammer betrug 28 mm, was eine Querschnittsfläche von 616 mm² ergab. Die unterste (Siliciumdioxid-Vorläufer-Einsatzstoff-) Plenumkammer wies dreiundsiebzig Auslässe mit einem Durchmesser von 1 mm auf, die übrigen Plenumkammern jeweils fünfundsiebzig Auslässe mit einem Durchmesser von jeweils 1 mm. Das Verhältnis von Plenumkammer-Querschnittsfläche zu Gesamtauslaßfläche betrug also für die unterste Plenumkammer 15 10,7 und für die restlichen Plenumkammern 10,45.
Die Trennplatten und Kämme waren ähnlich wie in Beispiel 1 ausgeführt, aber wegen der längeren Plenumkammern länger. Der den zentralen Schlitz begrenzende Kamm besaß dreiundsiebzig Freiräume, die die übrigen Schlitze begrenzenden fünfundsiebzig Freiräume Die Kammdicken entsprachen denen des Beispiels 1.
Der Brenner wurde auf eine Temperatur von 150ºC erhitzt und dann mit Gasen und OMCTS-Dampf in den in Tabelle 2 aufgeführten (typischen) Mengen gespeist. Die Flamme war in Längsrichtung wieder weitgehend einheitlich. Die Dicke der wie oben definierten Primärflamme betrug wiederum 13 mm und die Länge der Syntheseflamme etwa 1896 mm, was ein Aspektverhältnis von 1:145 ergab.
Der Brenner wurde in Richtung auf einen rotierenden Dorn bzw. ein rotierendes Zielstück aus Quarzgut mit einem Durchmesser von 100 mm befestigt und zur Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot auf diesem Zielstück verwendet, wobei er mit einer Amplitude von 75 mm oszillieren gelassen wurde, wobei ein Brenner-Zielstück- Abstand von 85 mm eingehalten wurde. Die Abscheidung erfolgte mit einer durchschnittlichen Abscheidungsrate von 123 g/Min. bei einer Abscheidungswirksamkeit von 76%, bezogen auf Siliciumdioxid-Äquivalente. TABELLE 2
Diese Beispiele für Linearbrenner zeigen die Wirksamkeit und Vielseitigkeit erfindungsgemäßer Brenner. Zwar wird oben nur die Verwendung von OMCTS beschrieben, jedoch kann man für die Handhabung von alternativen siliciumhaltigen Vorläufern einschließlich halogen haltigen Siliciumverbindungen selbstverständlich auch Brenner mit vergleichbarem Aufbau bauen. Durch Verwendung der obenbeschriebenen modularen Konstruktion lassen sich die Schlitzbreiten usw. leicht optimieren. Zwar wird oben ein Brenner mit einem Aspektverhältnis von 1:145 beschrieben, jedoch kann man gegebenenfalls auch Brenner mit höherem Aspektverhältnis verwenden und erfindungsgemäße Brenner aneinandergrenzend befestigen, um eine Abscheidung über eine beliebige Substratlänge zu erhalten.
Weitere Variationen der Erfindung sind für den Fachmann leicht ersichtlich. So kann die Anordnung von parallelen linearen Schlitzen an der Ausgangsseite des Brenners beispielsweise durch eine Anordnung weitgehend flächenförmiger oder sich verjüngender Trennplatten begrenzt werden, welche durch Einsätze, von denen jeder die Form einer kammartigen Struktur wie beschrieben einnehmen kann, oder durch andere Mittel, z.B. durch Einfräsen einer derartigen Struktur in die Oberfläche der Trennplatte oder durch Füllen des Raums zwischen den Trennplatten mit Kapillarrohren usw., auseinandergehalten werden.
In einer weiteren modifizierten Anordnung enthält die Anordnung von Trennplatten einen Stapel von Platten ähnlicher Größe und Form (z.B. rechteckig), die jeweils mit senkrecht zur Ausgangsseite verlaufenden und dorthin führenden Gasdurchführungen und quer zu den Gasdurchführungen liegenden Zufuhrlöchern zur Zuführung von Gasströmen aus den Plenumkammern in den Gehäuseteilen zu den die jeweiligen Schlitze bildenden jeweiligen Gasdurchführungen versehen sind. Für die ganz innen liegende Trennplatte ist somit nur eine Reihe von Zufuhrlöchern erforderlich, jedoch braucht man für jede weiter außen liegende Trennplatte mindestens eine zusätzliche Reihe von Zufuhrlchern für jeden weiter innen liegenden Schlitz, der durch die jeweilige Trennplatte mit einem Gasstrom versorgt werden muß. Bei einem Brenner mit fünf Schlitzen werden beispielsweise die Gasdurchführungen der den innersten Schlitz begrenzenden Trennplatte durch eine unterste Lochreihe gespeist. Die nächste Trennplatte besitzt eine unterste Lochreihe zur Speisung des innersten Schlitzes und eine zweite Lochreihe zur Speisung des mittleren Schlitzes, den sie begrenzt. Die äußerste Trennplatte weist drei Lochreihen auf, wobei die unterste Reihe den innersten Schlitz, die nächste Reihe den mittleren Schlitz und die oberste den äußersten Schlitz, den sie begrenzt, speist. Der mittlere und der äußerste Schlitz auf der anderen Seite des innersten Schlitzes können analog durch zwei Reihen von Löchern in der anderen äußersten Trennplatte gespeist werden. Für den Fall, daß für alle Schlitze des fünfschlitzigen Brenners eine rein einseitige Gaszufuhr gefordert ist, sind offensichtlich in der ersten Trennplatte, auf die die Gasströme treffen, fünf Lochreihen erforderlich, in der nächsten vier Reihen und so weiter, bis nur noch die eine Reihe (in der Regel die unterste) übrigbleibt, die die den entfernten äußersten Schlitz bildenden Gasdurchführungen speist.
Durch zerlegbare Ausführungs der Brenneranordnung ist der Austausch von Teilen und gegebenenfalls die Einstellung der kritischen Dimensionen des Brenners leicht möglich. Gegebenenfalls kann der Stapel von Trennplatten/Kammplatten vorher zusammengebaut und sogar zur leichteren Handhabung und zur Minimierung der Gefahr von Gasaustritt mit einem geeigneten inerten Klebstoff, z.B. Siliconharz, zusammengehalten werden.
Erfindungsgemäße Brenner eignen sich für die Synthese und Abscheidung von Siliciumdioxid aus zwei großen Gruppen von siliciumhaltigem Dampf-Einsatzstoff bzw. Siliciumdioxid-Vorläufer. Zu der ersten und gegenwärtigen gängigsten gehört Siliciumtetrachlorid, das bei Raumtemperatur nicht mit Sauerstoff reagiert und allein oder mit Sauerstoff als Trägergas dem Vorläufer-Einsatzstoff-Schlitz des Brenners zugeführt werden kann.
Auf jeder Seite dieses Schlitzes und seines Stroms von Vorläufer-Dampf sind Schutzgasströme vorgesehen, die nicht sofort mit dem Vorläufer zu Siliciumdioxid reagieren, beispielsweise können derartige Schutzgasströme aus Inertgas wie Stickstoff, Argon oder Helium oder einem oxidierend wirkenden Gas wie Sauerstoff bestehen. Alternativ dazu kann man Gemische dieser Gase einsetzen.
Danach sind, von den Schutzgasströmen nach außen weitergehend und auf jeder Seite des Brenners, vorgesehen:
ein Strom brennbaren Gases, üblicherweise Wasserstoff oder Methan
(diese verschiedenen Ströme bilden zusammen die primäre Syntheseflamme dieses Brenners),
und gegebenenfalls
ein weiterer Strom eines oxidierend wirksam Gases, z.B. Sauerstoff,
und wiederum gegebenenfalls
weitere alternierend Ströme brennbarer und oxiderend wirkender Gase,
wobei die obigen Ströme von Reaktandgasen gegebenenfalls durch Inertgasströme (z.B. Stickstoff, Helium Argon) voneinander getrennt oder alternativ dazu mit solchen Gasen verdünnt sind.
Zur zweiten Gruppe von Vorläufern gehören diejenigen siliciumhaltigen Dampf-Einsatzstoffe, die heftig mit Sauerstoff reagieren und somit als brennbar gelten. Dazu zählen die bevorzugten halogenfreien Einsatzstoffe, wie z.B. die obengenannten flüchtigen Siloxane und Alkoxysiloxane, sowie bestimmte halogenhaltige brennbare (z.B. wasserstoffhaltige) Verbindungen, wie beispielsweise Trichlorsilan und Dimethyldichlorsilan. Da diese gegenüber Sauerstoff reaktiv sind, müssen sie dem Einsatzstoff-Schlitz des Brenners entweder ohne Trägergas oder gegebenenfalls in einem nicht oxidierend wirkenden Trägergas, d.h. einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff, Argon oder Rehum, oder einem reduzierend wirkenden (brennbaren) Gas, wie z.B. Wasserstoff oder Methan, verdünnt zugeführt werden. Alternativ dazu kann man Gemische dieser Gase verwenden.
Auf jeder Seite des Einsatzstoff-Schlitzes und seines Stroms von Vorläufer-Dampf ist ein Schutzgasstrom vorgesehen, der nicht sofort mit dem Vorläufer zu Siliciumdioxid reagiert; beispielsweise können derartige Schutzgasströme aus Inertgas wie Stickstoff, Argon oder Helium oder einem reduzierend wirkenden (brennbaren) Gas wie Wasserstoff oder Methan oder einem Gemisch aus inerten und reduzierend wirkenden Gasen bestehen.
Danach sind, von dem Schutzgasstrom nach außen weitergehend und auf jeder Seite der Ströme, vorgesehen:
ein Strom oxidierend wirkenden Gases, üblicherweise Sauerstoff,
(diese verschiedenen Ströme bilden zusammen die primäre Syntheseflamme dieses Brenners),
und gegebenenfalls
ein Strom brennbaren Gases, üblicherweise Wasserstoff oder Methan,
und wiederum gegebenenfalls
weitere alternierende Ströme oxidierend wirkender und brennbarer Gase,
wobei die obigen Ströme von Reaktandgasen gegebenenfalls durch Inertgasströme (z.B. Stickstoff, Helium, Argon) voneinander getrennt oder alternativ dazu mit solchen Gasen verdünnt sind.

Claims

1. Linearbrenner für die Synthese von Siliciumdioxid durch Gasphasenreaktion eines siliciumhaltigen Einsatzstoffs in einer Flamme, der mindestens fünf Schlitze, die in eine Ausganguseite (52A) des Brenners münden und sich nebeneinander in Längsrichtung des Linearbrenners erstrecken, und Mittel (P1-P10, 50, 51, 52) zur Zufuhr eines separaten Gasstroms zu jedem der Schlitze enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrmittel eine Anordnung von Trennplatten (52), die zwischen gegenüberliegenden Gehäuseteilen (50, 51) angeordnet sind, enthält, wobei die Trennanordnung die Schlitze begrenzt und mindestens einer der Gehäuseteile (50, 51) mindestens einen Teil einer jeweiligen Plenumkammer (54) für jeden Gasstrom begrenzt, wobei jede Plenumkammer mit einem anderen der Schlitze in der Trennanordnung in Verbindung steht.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gehäuseteil (50, 51) Plenumkammerteile vorgesehen sind und diejenige Plenumkammer (66, 66A), die einen ganz außen liegenden Schlitz speist, der Ausgangsseite (52A) des Brenners am nächsten liegt, wohingegen diejenige (62), die den bzw. die ganz innen liegenden Schlitz(e) speist, von der Ausgangsseite am weitesten entfernt liegt, so daß ein Schlitz in einem innen liegenden Brennerbereich, in Richtung des Gasstroms in den Schlitzen gemessen, tiefer ist als ein Schlitz, der sich in einem außen liegenden Brennerbereich befindet.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennanordnung einen im allgemeinen dreieckigen Querschnitt aufweist.

4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennanordnung einen Stapel von Trennplatten (52), die jeweils im wesentlichen über die gesamte Länge des Brenners laufen, wobei mehrere Paare von Trennplatten (52) im Stapel den Umfang der einzelnen Schlitze in ihrer Breite begrenzen, und zwischen mindestens einigen der Trennplattenpaare Kammplatten (53) zur Steuerung des Gasstrons im Schlitz, dessen Umfang durch die Paare von Trennplatten (52) begrenzt wird, und zum Halten der Trennplatten in einem eingestellten Abstand enthält.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennplatte (52) und eine Kammplatte (53) miteinander zu einem Paar kombiniert werden, wobei die Trennanordnung mehrere dieser Trennplatte/Kammplatte- Paare enthält, die zwischen den beiden Gehäuseteilen (50, 51) eingespannt sind.

6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gehäuseteil (50, 51) einen Plenumblock enthält, der einen Satz von Plenumhohlkammern (54) bereitstellt, die jeweils, quer zur Längsrichtung des Linearbrenners gemessen, eine Querschnittsfläche "A" aufweisen, wobei jede Plenumkammer durch einen jeweiligen Teil der Trennanordnung verschlossen wird und das Gas aus jeder Plenumkammer über "n" Öffnungen (55), die jeweils die Querschnittsfläche "a" aufweisen, in den jeweiligen Teil der Trennanordnung eintritt, und daß A > 10n x a ist.

7. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ganz außen liegenden Trennplatten des Stapels in Richtung des Gasstroms durch die Brennerschlitze stromabwärts von mindestens einigen der zwischen den ganz außen liegenden Trennplatten angeordneten Trennplatten abschließen.

8. Brenner nach Anspruch 4, Anspruch 5 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammplatte (53) mehrere Kammzähne definiert, die sich in Richtung des Gasstroms durch den jeweiligen Brennerschlitz verengen.

9. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gehäuseteil (61, 61A) in einzelne Plenumblöcke aufgeteilt ist, die separat um die Trennanordnung herum gasdicht zusammen gedrückt sind.

10. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennanordnung aus einer Vielzahl von im wesentlichen gleichartigen Unteranordnungen, die aneinandergrenzend linear aneinandergereiht sind, aufgebaut ist.

11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Trennplatten (52) in Richtung der Gasstrome in den Schlitzen spitz zulaufen, so daß die aus den ganz außen liegenden Schlitzen des Brenners austretenden Gasströme in Richtung des bzw. der aus dem bzw. jedem ganz innen liegenden Schlitz des Brenners austretenden Gasstroms bzw. Gasströme zusammenlaufen.

12. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die ganz innen liegenden Schlitz(e) (71) Endbereiche aufweisen, denen ein von dem dem verbleibenden Mittelbereich des bzw. der ganz innen liegenden Schlitzes bzw. Schlitze zugeführten Gasstrom verschiedener Gasstrom zugeführt wird.

13. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines jeden Schlitzes mehr als das Sofache der Gesamtbreite der mindestens fünf separaten Schlitze beträgt.

14. Verfahren zum Betrieb eines Linearbrenners gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man einen brennbaren oder hydrolysierbaren siliciumhaltigen Einsatzstoff in gasförmiger Form in einer Flamme in der Nähe eines Zielstücks zur Reaktion bringt, wobei das bei der Reaktion gebildete Siliciumdioxid auf dem Zielstück abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß man dem oder einem der ganz innen liegenden Schlitz(e) (41, 71, 81) des Brenners einen siliciumhaltigen Einsatzstoff als zentralen Strom zuführt, der an beiden Seiten von Strömen umgeben ist, die nicht direkt mit dem zentralen Strom reagieren, wobei die letzteren beiden Ströme nach außen hin von zwei weiteren Strömen eines anderen Gases so flankiert werden, daß die kombinierten Ströme über die Erzeugung einer primären Syntheseflamme und die Bildung einer flächigen Wolke aus Siliciumdioxiddampf, die zur Abscheidung von Siliciumdioxid-Soot auf dem Zielstück geeignet ist, zur Verbrennung führen, wobei die Gesamtabmessung der primären Syntheseflamme in Längsrichtung der Schlitze mindestens das Sfache, vorteilhaft das 10fache und bevorzugt mehr als das 50fache, der Gesamtdicke der primären Syntheseflamme an der Ausgangsseite (52A) des Brenners beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man als siliciumhaltigen Einsatzstoff einen halogenfreien Einsatzstoff einsetzt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man als siliciumhaltigen Einsatzstoff ein Siloxan einsetzt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Einsatzstoff einsetzt, der Dampf eines linearen oder cyclischen Polysiloxans enthält, der dem bzw. jedem ganz innen liegenden Schlitz (41) zugeführt wird, welcher bzw. welche nach außen hin von Schlitzen (42; 42A), die ein inertes oder brennbares Mantelgas liefern, flankiert ist bzw. sind, die wiederum nach außen hin von Schlitzen (43; 43A), die ein oxidierendes Gas liefern, flankiert sind, welche gegebenenfalls nach außen hin von abwechselnden Schlitzen (44, 45; 44A, 45A), die weitere Ströme brennbarer und oxidierender Gase führen, wobei die Ströme brennbarer und oxidierender Gase gegebenenfalls mit einem Inertgas verdünnt sein können und zwischen den Schlitzen gegebenenfalls Inertgas liefernde Schlitze liegen können, flankiert sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (43; 43A), die oxidierendes Gas liefern, nach außen hin von abwechselnden Schlitzen (44, 45; 44A, 45A), die weitere Str:me brennbarer und oxidierender Gase führen, wobei die Ströme brennbarer und oxidierender Gase gegebenenfalls mit einem Inertgas verdünnt sein können und zwischen den Schlitzen gegebenenfalls Inertgas liefernde Schlitze liegen können, flankiert sind.

19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man als siliciumhaltigen Einsatzstoff ein Chlorsilan einsetzt.