JP2002037637A - Manufacturing method of fused silica glass - Google Patents

Manufacturing method of fused silica glass

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JP2002037637A
JP2002037637A JP2000225760A JP2000225760A JP2002037637A JP 2002037637 A JP2002037637 A JP 2002037637A JP 2000225760 A JP2000225760 A JP 2000225760A JP 2000225760 A JP2000225760 A JP 2000225760A JP 2002037637 A JP2002037637 A JP 2002037637A
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furnace
ingot
side wall
outer peripheral
silica glass
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JP2000225760A
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Japanese (ja)
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Yoshihiko Goto
吉彦 後藤
Miyuki Sato
深幸 佐藤
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Tosoh Quartz Corp
Original Assignee
Tosoh Quartz Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1469Means for changing or stabilising the shape or form of the shaped article or deposit
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1484Means for supporting, rotating or translating the article being formed

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient manufacturing method of a large size silica glass ingot which has a good fusion of siliceous powder and homogeneous quality without blister. SOLUTION: Siliceous powder is dropped from a furnace ceiling 2 and accumulated/piled on the bottom of a rotating furnace 1 which has an inclined outer periphery wall 11. Then heated and piled fused silica glass flows toward the outer periphery wall and form a silica glass ingot whose outer diameter has inclination. The outer periphery wall 11 is moved to a horizontal position. The inclined outer diameter of the ingot is heated/melted and the upward lamination of the outer diameter area of the ingot is adjusted approximately horizontally. Thus silica glass ingot of slab shape of high homogeneity is manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリカ質粉末を加
熱溶融して平板型に成形するスラブ状石英ガラスインゴ
ットの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a slab-shaped quartz glass ingot in which a silica powder is melted by heating to form a flat plate.

【0002】[0002]

【従来の技術】水晶や珪石などシリカ質粉末を加熱溶融
する石英ガラスの製造方法には種々あり、熱源には、高
周波、アーク、プラズマ、及び真空、窒素雰囲気等の電
気炉が採用されている。また、火炎を用いるものとして
は特公昭46−42111号公報などにあるように、酸
水素ガス火炎やプロパン−酸素ガス火炎で加熱溶融した
シリカ質粉末を回転するターゲット上に堆積し、堆積部
を定速で降下、冷却して積層し、砲弾型のコラム状石英
ガラスインゴットを製造する方法が一般的である。
2. Description of the Related Art There are various methods for producing quartz glass by heating and melting silica-based powder such as quartz or quartzite. An electric furnace such as a high frequency, arc, plasma, vacuum, or nitrogen atmosphere is used as a heat source. . Further, as a method using a flame, as described in Japanese Patent Publication No. 46-42111, a silica-based powder heated and melted by an oxyhydrogen gas flame or a propane-oxygen gas flame is deposited on a rotating target, and the deposition portion is formed. In general, a method of lowering, cooling and laminating at a constant speed to produce a shell-shaped column-shaped quartz glass ingot is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】シリカ質粉末を加熱溶
融した石英ガラスは、合成石英ガラスに比べて耐熱性に
優れているため半導体の製造装置などに多用されてい
る。近年、半導体ウエーハが5インチ、6インチ径から
8インチ、12インチ径へと大型化され、それに伴い、
半導体ウエーハ製造に使用される石英ガラス部材も、半
導体ウエーハを収容して熱処理するウエーハ保持・収納
治具や炉芯管、さらには各種基板などが必然的に大きな
ものへと移行してきており、石英ガラス部材のもととな
る石英ガラスインゴットもより大型のものが必要となっ
てきている。
SUMMARY OF THE INVENTION Quartz glass obtained by heating and melting siliceous powder is more frequently used in semiconductor manufacturing equipment and the like because of its superior heat resistance than synthetic quartz glass. In recent years, semiconductor wafers have been increased in size from 5 inches and 6 inches to 8 inches and 12 inches in diameter.
Quartz glass members used in the manufacture of semiconductor wafers, wafer holding and storage jigs for holding and heat treating semiconductor wafers, furnace core tubes, and various substrates are inevitably shifting to larger ones. A larger quartz glass ingot, which is the basis of the glass member, is also required.

【0004】しかし、従来の製造方法で製造された石英
ガラスインゴットは、電気溶融品は泡の発生が避け難
く、また、火炎溶融品は、長尺のコラム状であり、断面
が小さく、径の大きな石英ガラス製品に対応できなかっ
た。このため、コラム状インゴットを再溶融して大きな
平板状インゴットに二次成形する方法が採られている
が、コラムを平板に溶融変形する方法は変形の度合いが
大きいため、数段階に分けて成形するなどインゴットが
大型になるほど非効率なものとなり、また、微細な泡や
不純物の混入などの二次成形汚染や、歪みの発生や脈理
の方向性が複雑に分断されて残るなど均質性の低下の問
題があった。
[0004] However, in the quartz glass ingot manufactured by the conventional manufacturing method, the generation of bubbles is difficult to avoid in the electro-melted product, and the flame-melted product has a long column shape, a small cross section, and a small diameter. It could not handle large quartz glass products. For this reason, the method of re-melting the column-shaped ingot and secondary forming it into a large flat ingot has been adopted, but the method of melting and deforming the column into a flat plate has a large degree of deformation, so it is formed in several stages. As the ingot becomes large, it becomes inefficient as the size of the ingot increases. There was a problem of decline.

【0005】本発明は、シリカ質粉末を溶融して直接大
きなスラブ状のインゴットを製造すること、また、泡が
少なく均質性に優れた石英ガラスインゴットを製造する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to directly produce a large slab-like ingot by fusing a siliceous powder, and to produce a quartz glass ingot having few bubbles and excellent homogeneity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】外周部側壁を傾斜させた
回転する炉の上部からシリカ質粉末を落下させて加熱溶
融して炉底中央部に積層させ、更に加熱溶融して炉の外
周方向に流動・伸展させてインゴットとし、傾斜側壁を
撤去し、生成したインゴットを更に加熱溶融して流動さ
せることで大型でかつ均一性の高い石英ガラスインゴッ
トを得た。また、炉外周部側壁を外周部側壁が垂直の時
の脈理立ち上がり形状と同じ傾斜角度にして石英ガラス
インゴットを製造し、外周部側壁を水平に倒し、インゴ
ット外周部を加熱して流動させ、水平状に流動伸展させ
ることによって脈理の方向が均一な石英ガラスインゴッ
トを得た。炉の回転数に応じて外周部側壁の傾斜角度を
決定すること、炉の回転を高速回転とすることにより、
インゴットの流動化を促進させて積層方向をインゴット
の成長軸に垂直な平面に近づけ、また、炉の底部形状を
インゴットの積層方向と反対の分布形状として積層方向
を水平に近づけた。
Means for Solving the Problems Silica powder is dropped from the upper part of a rotating furnace in which the outer peripheral side wall is inclined, heated and melted, laminated at the center of the furnace bottom, and further heated and melted, and the outer peripheral direction of the furnace is melted. The resulting ingot was heated and melted and allowed to flow to obtain a large and highly uniform quartz glass ingot. In addition, a quartz glass ingot is manufactured with the furnace outer peripheral side wall having the same inclination angle as the striae rising shape when the outer peripheral side wall is vertical, the outer peripheral side wall is tilted horizontally, and the ingot outer peripheral portion is heated and fluidized, A quartz glass ingot having a uniform stria was obtained by flowing and extending horizontally. By determining the inclination angle of the outer peripheral side wall according to the number of rotations of the furnace, by making the rotation of the furnace high-speed rotation,
The stacking direction was made closer to a plane perpendicular to the growth axis of the ingot by promoting fluidization of the ingot, and the stacking direction was made closer to the horizontal by setting the bottom shape of the furnace to a distribution shape opposite to the stacking direction of the ingot.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】シリカ質粉末は、珪石、珪砂、水
晶粉等を用いる。高純度品を製造する場合は、α−クォ
ーツ、または、クリストバライト等の高純度の酸化ケイ
素源の一種またはこれらの混合物を使用する。例えば、
精製した高純度の水晶粉や、シリコンアルコキシドを塩
酸あるいはアンモニア触媒下で加水分解して得たシリカ
を焼成したものや、アルカリ金属ケイ酸水溶液と酸とを
反応させて得たシリカを精製し焼成して製造されたもの
などの合成したシリカ粉等である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Silica powder, silica powder, quartz powder or the like is used. In the case of producing a high-purity product, one kind of a high-purity silicon oxide source such as α-quartz or cristobalite or a mixture thereof is used. For example,
Purified high-purity quartz powder, baked silica obtained by hydrolyzing silicon alkoxide under hydrochloric acid or ammonia catalyst, or purified silica obtained by reacting alkali metal silicic acid aqueous solution with acid and calcination And the like, such as synthesized silica powder and the like.

【0008】ホッパーに充填されたシリカ質粉末は、供
給装置により石英ガラス製チューブを通って一定量が炉
天井2に取り付けられた、加熱源の酸水素バーナーへ導
かれる。シリカ粉の粒度は40〜250メッシュの範囲
のものが好ましく、より好ましくは80〜100メッシ
ュである。供給速度は、製造する石英ガラスが透明材で
あるか不透明材であるかなどの用途や形状等に応じて
1.0〜10Kg/Hrとする。なお、不透明材とする
場合は、シリカ粉に発泡剤として窒化珪素粉を添加した
混合粉としても良い。
[0008] A certain amount of the siliceous powder filled in the hopper is guided to a heating source oxyhydrogen burner mounted on the furnace ceiling 2 through a quartz glass tube by a supply device. The particle size of the silica powder is preferably in the range of 40 to 250 mesh, more preferably 80 to 100 mesh. The supply rate is set to 1.0 to 10 Kg / Hr depending on the use and shape of the quartz glass to be produced, such as whether it is a transparent material or an opaque material. In the case of using an opaque material, a mixed powder obtained by adding silicon nitride powder as a foaming agent to silica powder may be used.

【0009】図1に示すように、炉1は、モータで回転
駆動されるフレームにアルミナレンガが敷き詰めてあ
り、側壁11は、製造するインゴットの外形に合わせて
炭化珪素質レンガを配列してある。側壁11の外側には
断熱保温のためにアルミナ多孔質レンガとアルミナレン
ガを二重に配置してある。炉の上部は開放してあり、炉
天井2が間隙Sをあけて配置され炉1の回転とは独立さ
せてある。炉天井2は、アルミナレンガや多孔質レン
ガ、または、ジルコニア系レンガ等の耐熱性を有するレ
ンガを配列したものであり、バーナー6の取り付け穴の
ほか、炉内を監視する窓を設ける穴が形成してある。
As shown in FIG. 1, in a furnace 1, alumina bricks are spread on a frame which is driven to rotate by a motor, and a side wall 11 has silicon carbide bricks arranged in accordance with the outer shape of an ingot to be manufactured. . Alumina porous bricks and alumina bricks are double-laid on the outside of the side wall 11 for heat insulation. The upper part of the furnace is open, and the furnace ceiling 2 is arranged with a gap S therebetween so as to be independent of the rotation of the furnace 1. The furnace ceiling 2 is an array of heat-resistant bricks such as alumina bricks, porous bricks, or zirconia-based bricks. The furnace ceilings 2 have holes for mounting burners 6 and windows for monitoring the inside of the furnace. I have.

【0010】炉1を構成するレンガの材料としては、M
gOやMgO−Al23などのマグネシア系レンガやC
aOなどの塩基性耐火物は溶融状態の石英ガラスの高温
に耐え切れず、また、溶融石英ガラスと激しく反応する
ので使用することができない。
[0010] The material of the bricks constituting the furnace 1 is M
Magnesia bricks such as gO and MgO-Al 2 O 3 and C
Basic refractories such as aO cannot be used because they cannot withstand the high temperature of fused quartz glass and react violently with fused quartz glass.

【0011】Al23の中性耐火物は、耐熱性は十分で
あるが、溶融石英ガラスと反応するため好ましくなく、
溶融石英ガラスと直接接触する部分には使用することが
できない。炭化珪素質耐火物は耐熱性が高く、石英ガラ
スの剥離性が良好で、強度も十分であるので、溶融石英
ガラスと直接接触する側壁材として適している。なかで
も、酸化珪素(SiO2)、または、窒化珪素(Si3
4)をバインダーとした炭化珪素質レンガが好ましく、
より好ましいのは窒化珪素をバインダーとした窒化珪素
結合炭化珪素質レンガ(SiC80%、Si3420
%)である。
A neutral refractory of Al 2 O 3 has sufficient heat resistance, but is not preferable because it reacts with fused silica glass.
It cannot be used for parts that are in direct contact with fused silica glass. Silicon carbide refractories have high heat resistance, good peelability of quartz glass, and sufficient strength, and thus are suitable as side wall materials that come into direct contact with fused quartz glass. Among them, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N)
4 ) Preferable is silicon carbide brick using binder as a binder.
More preferably, silicon nitride-bonded silicon carbide brick (SiC 80%, Si 3 N 4 20
%).

【0012】炉1に使用するレンガは、使用に先立って
表面を焼成し、溶融石英ガラスとの接触面となるレンガ
表面に付着した金属不純物を除去する。また、レンガの
微細破片は発泡剤としての機能を有し、接触した溶融石
英ガラスに微細な泡を発生させ、失透を起こす原因とな
るので、この表面の微細破片を焼成によって除去する。
Prior to use, the surface of the brick used in the furnace 1 is fired to remove metal impurities adhering to the surface of the brick which is to be in contact with the fused silica glass. Further, the fine fragments of the brick have a function as a foaming agent, and generate fine bubbles in the contacted fused silica glass to cause devitrification. Therefore, the fine fragments on the surface are removed by firing.

【0013】炉底は、バーナーからの熱を直接受けるの
で炉内に面した部分にはアルミナレンガよりも耐熱性に
優れるZrO2−SiO2系のジルコン質レンガを用いる
のが望ましい。しかし、ジルコン質レンガは、アルミナ
レンガ同様、直接石英ガラスに接触すると反応し、製品
が割れたり、炉からの取り出しが困難になる等の問題が
発生するため、剥離性の良いジルコニア粒子を炉底レン
ガの上一面に薄く敷き詰める。
Since the furnace bottom directly receives the heat from the burner, it is desirable to use a ZrO 2 —SiO 2 zircon brick having higher heat resistance than alumina brick for the portion facing the inside of the furnace. However, similar to alumina bricks, zircon bricks react when they come into direct contact with quartz glass, causing problems such as cracking of the product and difficulty in taking it out of the furnace. Spread thinly over the brick.

【0014】粒子状とすることにより、加熱、冷却時の
石英ガラスとの熱膨張差による影響も緩和することがで
きる。ジルコニア粒子は10mm程度敷き均し、炉底の
レンガと溶融石英ガラスが直接接触するのを防止する。
炉底のレンガと石英ガラスが反応するとクラック発生の
原因となるので、炉底の状態に応じて敷き均し厚は調節
する。
By making the particles into particles, the influence of the difference in thermal expansion from the quartz glass during heating and cooling can be reduced. The zirconia particles are spread about 10 mm to prevent direct contact between the brick at the furnace bottom and the fused silica glass.
The reaction between the brick at the hearth and the quartz glass causes cracks. Therefore, the spread thickness is adjusted according to the state of the hearth.

【0015】バーナーは、石英ガラス製のバーナーであ
り、水素と酸素の供給管、及びシリカ質粉末の供給管を
有するものである。このバーナーが炉天井2の耐熱レン
ガに設けた穴にバーナー先端が炉天井2より突出するよ
うに取り付けられる。
The burner is a burner made of quartz glass and has a supply pipe for hydrogen and oxygen and a supply pipe for siliceous powder. This burner is attached to a hole provided in the heat-resistant brick of the furnace ceiling 2 so that the tip of the burner protrudes from the furnace ceiling 2.

【0016】図2に示すように、製造するインゴットの
大きさ、すなわち炉の大きさに応じて、シリカ粉供給装
置を有するメインバーナー61に加えて補助バーナー6
2を1個、若しくは複数個炉天井2に設ける。補助バー
ナー62により炉内に熱を供給し、メインバーナー61
で溶融・積層した石英ガラスを更に加熱して温度を上昇
させて流動させ、炉の外周方向に伸展させる。
As shown in FIG. 2, depending on the size of the ingot to be manufactured, that is, the size of the furnace, in addition to the main burner 61 having a silica powder supply device, an auxiliary burner 6 is provided.
One or a plurality of furnaces 2 are provided on the furnace ceiling 2. Heat is supplied into the furnace by the auxiliary burner 62 and the main burner 61
The quartz glass melted and laminated in step is further heated to raise the temperature and flow, and is extended in the outer peripheral direction of the furnace.

【0017】補助バーナー62は、鉛直方向だけでな
く、適宜の方向に傾斜させ、炉全体が均一な温度分布に
なるように配置する。補助バーナー62は炉の回転順方
向へ5〜15ー傾斜させることが燃焼ガスの撹乱・干渉
を防止する上で好ましい。
The auxiliary burner 62 is inclined not only in the vertical direction but also in an appropriate direction so that the entire furnace has a uniform temperature distribution. The auxiliary burner 62 is preferably inclined at an angle of 5 to 15 degrees in the rotation direction of the furnace in order to prevent disturbance and interference of the combustion gas.

【0018】バーナーに水素、酸素供給管をそれぞれ接
続し、また、メインバーナー61のシリカ粉供給部に
は、供給ホッパーからの供給管を接続する。供給系に
は、シリカ質粉末粉が詰まるのを防止するため適宜振動
装置を付加する。
A hydrogen and oxygen supply pipe is connected to the burner, and a supply pipe from a supply hopper is connected to the silica powder supply section of the main burner 61. A vibrating device is appropriately added to the supply system to prevent the siliceous powder from being clogged.

【0019】メインバーナー61及び補助バーナー62
に点火し、炉1を1〜10rpmで回転させる。溶融石
英ガラスは、伸展して炉1の側壁11に達し、側壁11
の炭化珪素質レンガの配列に合致した形状に形成され
る。したがって、側壁を四方に配置し、例えば1000
mm角、厚さ300mmの正四角形状のインゴットとし
たり、側壁11のレンガの配列を変更して多角形や丸形
のスラブ状インゴットを製造することができる。
Main burner 61 and auxiliary burner 62
And the furnace 1 is rotated at 1 to 10 rpm. The fused quartz glass extends and reaches the side wall 11 of the furnace 1,
Of silicon carbide-based bricks. Therefore, the side walls are arranged on all sides, for example, 1000
A square or 300 mm thick square ingot, or a polygonal or round slab-like ingot can be manufactured by changing the arrangement of the bricks on the side wall 11.

【0020】図3に示すように、生成したスラブ状イン
ゴットは、外周部に湾曲した脈理が多々見られる場合が
ある。これは溶融した石英ガラスが伸展し、炉1の側壁
11に達してこれに沿って上昇するので、インゴットの
外周部には曲線状の立ち上がった脈理が形成されるもの
と考えられる。事実、インゴットが成長していく過程で
脈理の分布がどのように変化するかを見るために、シリ
カ質粉末の投入を5段階に分け、各段階で投入を止めて
脈理を観察したところ、溶融石英ガラスが側壁11に接
触するまでは、脈理は比較的真っ直ぐで外周部における
立ち上がりも殆ど認められないが、側壁11に接触する
と共に、押し上げられるように立ち上がることが認めら
れた。
As shown in FIG. 3, in the generated slab-like ingot, curved stria may be often observed on the outer peripheral portion. This is thought to be because the fused quartz glass extends, reaches the side wall 11 of the furnace 1 and rises along the side wall 11, so that a curved striae are formed on the outer periphery of the ingot. In fact, in order to see how the distribution of stria changes during the growth of the ingot, the introduction of the siliceous powder was divided into five stages, and at each stage the injection was stopped and the stria was observed. Until the fused quartz glass comes into contact with the side wall 11, the striae are relatively straight, and almost no rise at the outer periphery is recognized. However, it is recognized that the striae comes into contact with the side wall 11 and rises up.

【0021】このインゴット周辺部における脈理の立ち
上がりは、石英ガラスの均質性の観点から問題であり、
有効均質領域の拡大のために脈理を平坦化することが必
要である。そこで、このインゴット周辺部での脈理を中
心部と同様に水平なものとするため、炉外周部側壁を生
成インゴットの積層方向と同じになるように傾斜させ
た。
The rise of striae around the ingot is a problem from the viewpoint of homogeneity of quartz glass.
It is necessary to flatten the stria to expand the effective homogeneous area. Therefore, in order to make the striae around the ingot as horizontal as the central part, the furnace outer peripheral side wall was inclined so as to be the same as the lamination direction of the produced ingot.

【0022】すなわち、生成インゴットと接触する炉の
外周部の側壁11を、図3に示す側壁11が垂直の場合
のインゴットの積層方向と同等角度に傾斜させてインゴ
ットを生成し、傾斜させた側壁11を取り去った後、図
5に示すように更にインゴット外周部を加熱溶融させて
流動させて脈理を水平状のものにした。
That is, the side wall 11 at the outer peripheral portion of the furnace which comes into contact with the produced ingot is inclined at an angle equal to the stacking direction of the ingot when the side wall 11 shown in FIG. 3 is vertical, and the ingot is produced. After removing 11, the outer periphery of the ingot was further heated and melted and allowed to flow as shown in FIG. 5 to make the striae horizontal.

【0023】具体的には、図4に示すように、窒化珪素
質レンガを切り出して形成した枠を予め予測した脈理立
ち上がり形状と同じ傾斜角度にし、炉の外側から枠を炭
化珪素の棒13で支持し、側壁11とした。側壁表面に
粗面とした石英ガラス12を貼り付けて予めシール性を
持たせておくと後工程における成形性、剥離性が向上す
ると共に炉壁接触による汚染を防止することができる。
この傾斜側壁11を有する炉1を回転させながら天井に
設置したバーナー6からシリカ質粉末を溶融落下させ、
石英ガラスインゴットを製造する。外周部が傾斜した石
英ガラスをインゴットを生成した後、枠を水平に倒して
傾斜したインゴット外周部を露出させ、インゴット外周
部を更に加熱して流動させ、図5に示すように傾斜した
外周部を水平に流動伸展させ、脈理を水平状に修正した
石英ガラスインゴットを得る。
More specifically, as shown in FIG. 4, the frame formed by cutting out the silicon nitride brick has the same inclination angle as the striae rising shape predicted in advance, and the frame is formed from the outside of the furnace by a silicon carbide rod 13. To support the side wall 11. If the roughened quartz glass 12 is pasted on the side wall surface to have a sealing property in advance, the moldability and peelability in a later process are improved, and contamination due to furnace wall contact can be prevented.
While rotating the furnace 1 having the inclined side walls 11, the siliceous powder is melted and dropped from the burner 6 installed on the ceiling,
Manufacture quartz glass ingots. After producing the ingot of the quartz glass having the inclined outer periphery, the frame is tilted horizontally to expose the inclined outer periphery of the ingot, and the outer periphery of the ingot is further heated and allowed to flow, as shown in FIG. Is horizontally flow-stretched to obtain a quartz glass ingot in which the stria is corrected to a horizontal state.

【0024】また、炉側壁枠を脈理立ち上がり形状と同
じ傾斜角度にしてインゴットを製造し、このインゴット
を炉から取り出して別途電気炉等で加熱して二次的成形
を行って傾斜状外周部を水平にし、インゴット外周部の
脈理を中心部と同様に水平にする方法を採用しても良
い。
Further, an ingot is manufactured by setting the furnace side wall frame to the same inclination angle as the striae rising shape, and the ingot is taken out of the furnace and separately heated by an electric furnace or the like to perform secondary forming to form an inclined outer peripheral portion. May be horizontal, and the stria of the outer periphery of the ingot may be horizontal like the central portion.

【0025】炉の側壁を傾斜させ、インゴット外周部の
傾斜面を加熱溶融することによってインゴット外周部の
脈理の立ち上がりが改善されて水平となり、均質性△n
の値が全体にわたり10-6と向上した。
By inclining the side wall of the furnace and heating and melting the inclined surface at the outer periphery of the ingot, the rise of the striae at the outer periphery of the ingot is improved to be horizontal, and the uniformity Δn
Was improved to 10 -6 throughout.

【0026】また、炉の回転数に応じて脈理の分布状
態、特に脈理の立ち上がり形状が変化することを見出し
た。炉の回転数を、2rpm、10rpm、15rp
m、20rpm、25rpmとして脈理の状態を比較し
た。炉の回転数を上げると、側壁近くまで脈理はより水
平状になり、脈理の影響しない中央部のクリティカルエ
リアにおいてもより直線状になると共に、脈理の強度が
弱くなっていた。しかし、中央部に近い部分での脈理の
立ち上がり角度は回転数が低くなるほど鋭角になる傾向
があるのに対して、外周部での脈理の立ち上がり角度
は、逆に回転数を高くした方が鋭角となる傾向が見られ
た。
Further, it has been found that the distribution state of the stria, particularly the rising shape of the stria, changes according to the rotation speed of the furnace. The number of rotations of the furnace is 2 rpm, 10 rpm, 15 rpm
The striae state was compared at m, 20 rpm, and 25 rpm. When the rotation speed of the furnace was increased, the stria became more horizontal near the side wall, became more linear even in the central critical area where the stria was not affected, and the intensity of the stria became weaker. However, the rising angle of the stria near the center tends to be sharper as the rotation speed decreases, whereas the rising angle of the stria at the outer periphery increases when the rotation speed increases. Tended to be acute.

【0027】これは炉本体を高速で回転させることで、
遠心力による外周部への溶融石英ガラスの流動を促進さ
せると共に、溶融体の流動方向をできるだけインゴット
の成長軸に垂直な平面に近づけることにより、中央部付
近では脈理の平面化が図れるが、外周部では側壁と衝突
するため逆に脈理の立ち上がり角度が急激になったもの
と思われる。
This is achieved by rotating the furnace body at high speed.
While promoting the flow of the fused silica glass to the outer peripheral part due to centrifugal force, and making the flow direction of the melt as close as possible to a plane perpendicular to the growth axis of the ingot, striae can be flattened near the central part, Conversely, it is considered that the rising angle of the stria became sharp because the outer peripheral portion collides with the side wall.

【0028】したがって、炉の回転を10rpm以上の
高速回転とすることにより、溶融石英ガラスの流動化を
促進させて積層方向をインゴットの成長軸に垂直な平面
に近づけることが有効であるが、脈理の立ち上がり角度
が大きくなるため、炉の回転数に応じて炉壁傾斜角度を
決定する必要がある。
Therefore, it is effective to accelerate the fluidization of the fused silica glass by rotating the furnace at a high speed of 10 rpm or more so that the laminating direction approaches a plane perpendicular to the growth axis of the ingot. Since the rise angle of the furnace becomes large, it is necessary to determine the furnace wall inclination angle according to the number of rotations of the furnace.

【0029】なお、炉の回転数は25rpmを超えると
脈理の強度、立ち上がり角度を含めた分布状態も変化は
なく、逆に、回転数を上げることによる異物の混入など
の危険性も生じるため、それ以上の回転数による炉側壁
の傾斜角度の設定は特に必要とされない。
If the rotation speed of the furnace exceeds 25 rpm, the distribution state including the striae intensity and the rising angle does not change, and conversely, there is a danger that foreign matter is mixed in by increasing the rotation speed. It is not particularly necessary to set the inclination angle of the furnace side wall at a higher rotation speed.

【0030】また、脈理が外周部で立ち上がることを最
初から見越して、炉の底部形状をインゴットの積層方向
と反対の分布形状、すなわち炉底を凸状に勾配を設けて
おき、脈理の立ち上がりを防止することも可能である。
ただし、脈理の立ち上がりは炉底部が平面の場合に比較
して角度が従来の半分以下とはなるが、形状的に問題が
残るため、二次成形を必要とする。
In anticipation of the striae rising at the outer periphery from the beginning, the shape of the bottom of the furnace is set to a distribution shape opposite to the stacking direction of the ingot, that is, the bottom of the furnace is provided with a slope so as to have a convex shape. It is also possible to prevent rising.
However, the rise of the striae is less than half the angle of the conventional case where the furnace bottom is flat, but the shape remains problematic, so that secondary forming is required.

【0031】図4の傾斜側壁を使用した石英ガラスイン
ゴットの製造過程を説明する。炉天井2に予め設けてあ
った穴にメインバーナー61、また、必要に応じて補助
バーナー62を取り付け、水素と酸素供給管をそれぞれ
接続し、メインバーナー61のシリカ質粉末供給部に
は、供給ホッパー(図示しない)からの供給管を接続す
る。シリカ粉末の供給系には、シリカ粉末が詰まるのを
防止するため適宜の位置に振動装置を付加する。
A process of manufacturing a quartz glass ingot using the inclined side wall of FIG. 4 will be described. A main burner 61 and, if necessary, an auxiliary burner 62 are attached to a hole provided in the furnace ceiling 2 in advance, and hydrogen and oxygen supply pipes are connected to the main burner 61. A supply pipe from a hopper (not shown) is connected. In the supply system of the silica powder, a vibration device is added at an appropriate position to prevent the silica powder from being clogged.

【0032】炉1の外周部側壁に窒化珪素質レンガを切
り出して形成した耐熱板の枠を設け、これを予め予測し
た脈理の立ち上がり角度に平行に傾斜させる。例えば図
3に示した炉回転数10rpmでの脈理立ち上がり形状
と同じ傾斜角度にした枠構造として設置した。
A frame of a heat-resistant plate formed by cutting silicon nitride bricks is provided on the outer peripheral side wall of the furnace 1, and the frame is inclined in parallel with a predicted striae rising angle. For example, it was installed as a frame structure having the same inclination angle as the striae rising shape at a furnace rotation speed of 10 rpm shown in FIG.

【0033】メインバーナー61及び補助バーナー62
に点火し、炉1を10rpmで回転させる。炉1は必要
に応じて1〜3時間予熱し、前述のようにレンガ表面の
不純物及び微細破片を除去する。
Main burner 61 and auxiliary burner 62
And the furnace 1 is rotated at 10 rpm. The furnace 1 is preheated for 1 to 3 hours as needed to remove impurities and fine debris on the brick surface as described above.

【0034】粉体供給装置(図示しない)を作動させて
メインバーナー61にシリカ質粉末を供給し、溶融を開
始する。シリカ質粉末は炉天井2から炉底の中央部に落
下し、バーナーからの熱、または、溶融石英ガラスの熱
容量によって溶融し、流動・伸展しながら積層されてい
く。炉内中央は、メインバーナー61と補助バーナー6
2で石英ガラスの溶融温度以上の約2000℃に維持さ
れており、また、炉1が回転しており、溶融石英ガラス
が積層されていくに従い、炉の外周に向かって伸展して
いく。
By operating a powder supply device (not shown), the siliceous powder is supplied to the main burner 61 and melting is started. The siliceous powder falls from the furnace ceiling 2 to the center of the furnace bottom, is melted by the heat from the burner or the heat capacity of the fused quartz glass, and is laminated while flowing and extending. In the center of the furnace, the main burner 61 and the auxiliary burner 6
In Step 2, the temperature is maintained at about 2000 ° C., which is higher than the melting temperature of the quartz glass, and the furnace 1 is rotating and extends toward the outer periphery of the furnace as the fused quartz glass is laminated.

【0035】設定量のシリカ粉が炉1に供給されたら、
粉体供給装置を停止し、なおも加熱を続け、生成された
インゴットの中央部の盛り上がった部分が流動・伸展し
てほぼ平坦となったところで、水素及び酸素の供給を停
止して消火する。傾斜させて設置した枠を倒して水平に
し、酸水素ガスバーナーで傾斜して成形されたインゴッ
ト外周部を更に加熱して流動させ、インゴット外周部を
流動伸展させて水平にし、酸水素ガスバーナーを消火し
加熱を終了する。消火後、炉1の回転を停止し、炉内部
に生成された石英ガラスインゴットを取り出す。
When a set amount of silica powder is supplied to the furnace 1,
The powder supply device is stopped, heating is continued, and when the raised portion at the center of the generated ingot flows and expands and becomes almost flat, the supply of hydrogen and oxygen is stopped to extinguish the fire. Tilt the frame installed incline to make it horizontal, and further heat and flow the outer periphery of the ingot formed by inclining with the oxyhydrogen gas burner, and make the outer periphery of the ingot flow and extend to make the oxyhydrogen gas burner horizontal. Extinguish and end heating. After the fire is extinguished, the rotation of the furnace 1 is stopped, and the quartz glass ingot generated inside the furnace is taken out.

【0036】図5に得られたインゴットの脈理の分布状
況を示す。こうして広範囲にわたって脈理の水平化が図
られ、均質性が改善された大型のスラブ状インゴットが
得られた。また、流動・伸展されるため非常に泡の少な
い石英ガラスインゴットを製造することができる。元来
火炎溶融法は、連続的にシリカ粉を落下させ、落下点の
溶融状態の石英ガラスの熱容量でシリカ粉を溶融させる
ため、電気溶融法に比較して泡の少ない石英ガラスを製
造できるという利点を有しているが、従来のコラム状の
インゴットを得る方法では、熱容量が不足すると個々の
シリカ粉の粒同士が溶融されて合体せず、粒の間の空間
がそのまま残り泡となる確率が高いのであるが、本発明
のように、炉の外周に向かって溶融石英ガラスを伸展さ
せるものでは、伸展中に空間が埋められるため、泡の発
生が極めて少なくなる。
FIG. 5 shows the distribution of striae of the obtained ingot. In this way, the striae was leveled over a wide range, and a large slab-like ingot with improved homogeneity was obtained. Also, a quartz glass ingot with very few bubbles can be manufactured because it is flowed and stretched. Originally, the flame melting method continuously drops silica powder and melts the silica powder with the heat capacity of the fused quartz glass at the drop point, so it can produce quartz glass with less bubbles compared to the electric melting method. Although there is an advantage, in the conventional method of obtaining a column-shaped ingot, when the heat capacity is insufficient, the particles of the individual silica powder are fused and do not unite, and the probability that the space between the particles remains as bubbles as it is However, in the case where the fused silica glass is extended toward the outer periphery of the furnace as in the present invention, the space is filled during the extension, so that the generation of bubbles is extremely reduced.

【0037】なお、溶融終了後、メインバーナー61及
び補助バーナー62の酸水素火炎で数時間程度インゴッ
トをアニールすると、インゴット中央部の脈理が薄くな
り、歪みが全体的に少なくなり、均質性△nの値が更に
改善される。
When the ingot is annealed with the oxyhydrogen flame of the main burner 61 and the auxiliary burner 62 for several hours after the completion of the melting, the stria at the center of the ingot is thinned, the distortion is reduced as a whole, and the homogeneity is reduced. The value of n is further improved.

【発明の効果】溶融石英ガラスを炉内で伸展させてスラ
ブ状とするので、希望する大きさの泡の少ないインゴッ
トが得られる。また、炉の外周部の側壁をインゴットの
積層方向と同等角度に傾斜させ、生成した石英ガラスイ
ンゴット傾斜外周部を加熱溶融したので、インゴットの
脈理を均一な水平状のものとすることができる。
According to the present invention, the fused quartz glass is stretched in a furnace to form a slab, so that an ingot having a desired size and having few bubbles can be obtained. In addition, since the side wall of the outer peripheral portion of the furnace is inclined at the same angle as the ingot laminating direction and the generated quartz glass ingot inclined outer peripheral portion is heated and melted, the striae of the ingot can be made uniform and horizontal. .

【0038】炉の回転数に応じて炉壁傾斜角度を変化さ
せるので、中央部付近の脈理と周辺部付近の脈理の分布
状態を安定化させて、均質性をより向上させることがで
きる。溶融石英ガラスと接触する炉外周部の側壁を、炭
化珪素質レンガとしたので、高温で石英ガラスと反応す
ることがなく、また、剥離性が良いので大型で任意の形
状のスラブ状インゴットが製造できる。
Since the furnace wall inclination angle is changed in accordance with the rotation speed of the furnace, the distribution of the stria near the center and the stria near the periphery can be stabilized, and the homogeneity can be further improved. . Silicon carbide brick is used for the side wall of the furnace outer periphery that comes in contact with the fused quartz glass, so it does not react with quartz glass at high temperatures, and it has good peelability, so a large slab-shaped ingot of any shape can be manufactured. it can.

【0039】本発明によって希望の大きさの石英ガラス
インゴットを製造できるので、大型のウエーハの保持装
置、搬送装置、及び洗浄治具、または、炉芯管などの半
導体製造装置や大型基板などに使用することができる。
また、泡が少なく、均質性にも優れているので各種の大
型光学材としても適している。
According to the present invention, a quartz glass ingot of a desired size can be manufactured, so that it can be used for a large wafer holding device, a transfer device, a cleaning jig, a semiconductor manufacturing device such as a furnace core tube, a large substrate, and the like. can do.
In addition, it is suitable as various large-sized optical materials because it has few bubbles and excellent homogeneity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】回転炉の正面断面図。FIG. 1 is a front sectional view of a rotary furnace.

【図2】補助バーナーを設けた炉の正面断面図。FIG. 2 is a front sectional view of a furnace provided with an auxiliary burner.

【図3】脈理の生成状態を示すインゴット断面図。FIG. 3 is a sectional view of an ingot showing a striae generation state.

【図4】傾斜側壁を有する炉の正面断面図。FIG. 4 is a front sectional view of a furnace having inclined side walls.

【図5】インゴット外周部の脈理の修正作業を示す一部
断面図。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a work for correcting striae on the outer peripheral portion of the ingot.

【図6】修正した脈理の状態を示すインゴット断面図。FIG. 6 is an ingot sectional view showing a corrected striae state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 炉 11 炉外周部側壁 2 炉天井 61 メインバーナー 62 補助バーナー Reference Signs List 1 furnace 11 furnace outer peripheral side wall 2 furnace ceiling 61 main burner 62 auxiliary burner

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】外周部側壁を傾斜させた回転する炉の上部
からシリカ質粉末を落下させて加熱溶融し、炉底中央部
に積層させると共に、更に加熱溶融して炉の外周方向に
流動・伸展させてインゴットとする溶融石英ガラスの製
造方法。
1. A method in which siliceous powder is dropped and melted by heating from the upper part of a rotating furnace having a slanted outer peripheral side wall, and is laminated at the central part of the furnace bottom. A method for producing fused silica glass that is expanded into ingots.
【請求項2】請求項1において、炉の外周部側壁が垂直
の時のインゴットの積層方向と同等角度に外周部側壁を
傾斜させた溶融石英ガラスの製造方法。
2. A method for producing fused silica glass according to claim 1, wherein the outer peripheral side wall is inclined at an angle equal to the stacking direction of the ingot when the outer peripheral side wall of the furnace is vertical.
【請求項3】請求項1または2のいずれかにおいて、生
成したインゴットを更に加熱溶融して流動させる溶融石
英ガラスの製造方法。
3. The method for producing fused quartz glass according to claim 1, wherein the produced ingot is further heated and melted to flow.
【請求項4】請求項1または2のいずれかにおいて、外
周部側壁が傾倒可能であり、インゴットを製造後、外周
部側壁を水平に倒し、インゴット外周部を加熱して水平
状に流動伸展させる溶融石英ガラスの製造方法。
4. The outer peripheral side wall according to claim 1, wherein the outer peripheral side wall can be tilted, and after manufacturing the ingot, the outer peripheral side wall is horizontally inclined, and the ingot outer peripheral part is heated to flow and extend horizontally. A method for producing fused silica glass.
【請求項5】請求項1〜4のいずれかにおいて、炉の回
転数に応じて炉壁傾斜角度を決定する溶融石英ガラスの
製造方法。
5. The method for producing fused silica glass according to claim 1, wherein the inclination of the furnace wall is determined according to the number of revolutions of the furnace.
【請求項6】請求項1〜5のいずれかにおいて、炉の回
転を10rpm以上の高速回転とすることにより、イン
ゴットの流動化を促進させて積層方向をインゴットの成
長軸に垂直な平面に近づけた溶融石英ガラスの製造方
法。
6. The method according to claim 1, wherein the rotation of the furnace is performed at a high speed of 10 rpm or more to promote fluidization of the ingot and bring the laminating direction closer to a plane perpendicular to the growth axis of the ingot. Method for producing fused silica glass.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかにおいて、炉の底
部形状をインゴットの積層方向と反対の凸状にした溶融
石英ガラスの製造方法。
7. The method for producing fused quartz glass according to claim 1, wherein the bottom of the furnace has a convex shape opposite to the direction of lamination of the ingot.
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