JP2003327436A - 合成シリカガラスの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成シリ
カガラスの製造装置を提供する。 【解決手段】炉体内部に配設されたインゴット形成用の
ターゲット４と、このターゲット４を昇降させる昇降装
置５と、ターゲット４に対向して炉体３の上方に設けら
れ、珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナ
６と、炉体３の下方より排気を行なうように炉体３に連
通して設けられた排気流路７と、この排気流路７に連通
して設けられた排気装置８と、排気流路７内の排気圧を
調整する排気圧調整手段９とを有する合成シリカガラス
の製造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は合成シリカガラスの
製造装置に係わり、特に炉体内の排気圧を調整するよう
にした合成シリカガラスの製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造で用いられるフォト
マスクや光学用部材に用いられる合成シリカガラスの製
造方法は、酸水素火炎中に四塩化珪素等珪素化合物を導
入し、加水分解によりシリカ微粒子を生成させ、これを
酸水素火炎の熱で溶融堆積させるものである。図４に示
すように、この合成シリカガラスの製造方法に用いられ
る従来の合成シリカガラス製造装置２１は、溶融炉２２
内に形成された炉体２３内部に昇降装置２４により、昇
降可能に配設されたインゴット形成用のターゲット２５
と、このターゲット２５に対向して炉体２２の上方に設
けられ、珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバ
ーナ２６と、炉体２２の上方に連通するように設けられ
た排気ダクト２６を有している。このような従来の合成
シリカガラス製造装置２１を用いた合成シリカガラスの
製造工程において、炉体内の排気は炉体２３の上方から
排気ダクト２７を介しての大気への自然排気か、あるい
は、強制排気の場合でも、その炉体内と炉体外の差圧は
一般的に雰囲気ガスが周辺に拡散しない程度の最低限の
ものであり、炉体２３内のシリカ以外の反応生成ガス
は、バーナ２６から供給されるガスの圧力のみによって
排気される。つまり、炉体内外の差圧はバーナ２６から
の導入ガスの流量によって変化する。従って、炉体内外
の差圧は、生成シリカ微粒子の堆積効率に影響し、また
炉体内外の差圧が低い場合、泡の混入頻度が高くなると
いう問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、堆積効率が向
上し泡の混入が減少する合成シリカガラスの製造装置が
要望されていた。

【０００４】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成シリ
カガラスの製造装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の１つの態様によれば、溶融炉内に形成され
た炉体と、この炉体内部に配設されたインゴット形成用
のターゲットと、このターゲットを昇降させる昇降装置
と、前記ターゲットに対向して炉体の上方に設けられ、
珪素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナと、
前記炉体の下方より排気を行なうように炉体に連通して
設けられた排気流路と、この排気流路に連通して設けら
れた排気装置と、前記排気流路内の排気圧を調整する排
気圧調整手段とを有することを特徴とする合成シリカガ
ラスの製造装置が提供される。これにより、堆積効率が
向上し泡の混入が減少する合成シリカガラスの製造が実
現される。

【０００６】好適な一例では、上記排気流路は、炉体の
底部中央部に設けられた排気開口により炉体に連通して
いる。これにより、偏流なく排気され、石英ガラスの多
孔質母材は変形なく成長する。

【０００７】また、他の好適な一例では、上記排気圧調
整手段は、排気流路内に設けられた回動弁と、この回動
弁を回動させる電動モータで構成される。

【０００８】これにより、排気流路内の排気圧は容易か
つ確実に調整される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる合成シリカ
ガラスの製造装置の実施形態について添付図面を参照し
て説明する。

【００１０】図１は本発明に係わる合成シリカガラスの
製造装置の概念図である。

【００１１】図１に示すように、合成シリカガラスの製
造装置１は、直接法による合成シリカガラスを製造する
ための溶融炉２内に形成された炉体３と、この炉体３内
部に配設されたインゴット形成用のターゲット４と、こ
のターゲット４を昇降させる昇降装置５と、ターゲット
４に対向して炉体３の上方に設けられ、珪素化合物を酸
素水素火炎中で加水分解するバーナ６と、炉体３の下方
より排気を行なうように炉体３に連通して設けられた排
気流路７と、この排気流路７に連通して設けられた排気
装置８と、排気流路７内の排気圧を調整する排気圧調整
手段９とを有している。

【００１２】また、合成シリカガラスの製造装置１に
は、図２に示すように、この合成シリカガラスの製造装
置１全体を制御する制御装置１０が設けられている。

【００１３】上記炉体３は、耐火物で形成されその内部
に上記のようにターゲット４が収納される。

【００１４】また、ターゲット４は円板形状をなし、こ
のターゲット４に堆積する合成シリカの堆積量に応じ
て、昇降装置５の働きで降下し、合成シリカ製造工程中
は、常時、堆積した合成シリカの頂上部とバーナ６の距
離がほぼ一定に保たれるようになっている。

【００１５】上記昇降装置５は上記のようにターゲット
４を昇降させるもので、いずれも図２に示すボールネジ
５ａを介して進退移動させる進退駆動用モータ５ｂで構
成されている。

【００１６】図３に示すように、バーナ６は、原料制御
用マスフローコントローラ６ａ、高温に加温された恒温
槽であるベーキング装置６ｂに連通され、また、マスフ
ローコントローラ６ａを介して支燃ガスＯ_２のＯ_２供給
源に、可燃ガスＨ_２のＨ_２供給源に連通されており、メ
インタンク６ｃに溜められ、ベーキング装置６ｂ、マス
フローコントローラ６ａを介して送られてくる珪素化合
物を酸素水素火炎中で加水分解するものである。このマ
スフローコントローラ６ａは、制御装置１０により制御
され、バーナ６のガス供給量を制御できるようになって
いる。

【００１７】また図１に示すように、排気流路７は、炉
体３の下方、例えば、下部中央部に設けられた排気開口
３ａと合成シリカガラスの製造装置１の外部に設けられ
た排気装置８間に形成されており、排気装置８を作動さ
せることにより、炉体３内のガスを炉体３の下部中央部
から偏流なく強制的に排気できるようになっている。こ
れにより、合成シリカガラスの透明母材は変形なく成長
する。なお、炉体の下方に設けられる上記排気開口は、
下部中央部に限らず、炉体の下方周壁に設けてもよい。

【００１８】上記排気装置８は、排気ポンプからなって
おり、制御装置１０により制御される。

【００１９】また、排気圧調整手段９は、上記のように
排気流路７内の圧力を調整するためのもので、図２に示
すステッピングモータ９ａと、このステッピングモータ
９ａにより回動される回動弁９ｂとで構成されている。
ステッピングモータ９ａは、排気流路７内に設けられた
圧力センサー９ｃで検知された圧力情報信号を制御装置
１０に送信し、この制御装置１０により回動制御され、
回動弁９ｂの開度を調整することにより、排気流路７内
の排気圧を容易かつ確実に調整できるようになってい
る。

【００２０】なお、上記排気圧調整手段は、本実施形態
のように、ステッピングモータと回動弁とで構成される
ものに限らず、排気装置としての排気ポンプの回転数を
制御する制御回路によってポンプの回転数を制御して、
その排気量を制御するようにするなど、排気装置により
排気量を調整するものであれば如何なるものであっても
よい。また、回動弁の開度と排気流路内の排気圧の相関
を事前に調べ、この結果を制御装置に記憶させておき、
回動弁の開度を調整するようにすれば、圧力センサーは
必ずしも設ける必要はない。

【００２１】上記合成シリカガラスの製造装置１を用い
た合成シリカガラスの製造工程中、制御装置１０による
駆動用モータ５ｂ、マスフローコントローラ６ａ、ステ
ッピングモータ９ａ、排気装置８、圧力センサー９ｃ等
の制御は、事前に制御装置１０にプログラムされた制御
手順に従って行われ、必要に応じ制御装置１０に設けら
れた入力手段（図示せず）からの入力により行われる。

【００２２】次に本発明に係わる合成シリカガラスの製
造装置を用いた合成シリカガラスの製造方法について説
明する。

【００２３】図１及び図３に示すように、制御装置１０
の制御により、最初に原料供給源から液体状の原料珪素
化合物をメインタンク６ｃに供給する。次に、Ｎ_２供給
源から加圧用Ｎ_２をメインタンク６ｂに送り、このＮ_２
の圧力により、液体状の珪素化合物をベーキング装置６
ｂに所定量供給する。

【００２４】ベーキング装置６ｂに供給された液体状の
珪素化合物は、加熱され、気化して、加圧用Ｎ_２と共
に、マスフローコントローラ６ａに制御され所定流量だ
け、バーナ６に供給される。これと同時に排気装置８を
作動させ、排気流路７を介して炉体３内の強制排気を開
始する。バーナ６に供給された気体珪素化合物は、マス
フローコントローラ６ａを介してＯ_２供給源、Ｈ_２供給
源から供給される支燃ガス用Ｏ_２、可燃ガスのＨ_２と共
にバーナ６に供給され、珪素化合物は酸素水素火炎中で
加水分解される。このバーナ６中で、加水分解された珪
素化合物からＳｉＯ_２からなる合成シリカガラスが合成
され、バーナ６の下方に設けられたターゲット４に堆積
し、合成シリカガラス透明母材が製造される。

【００２５】この合成シリカガラスの製造工程におい
て、炉体３内のＳｉＯ_２以外の反応生成ガスは、炉体下
部中央部より偏流なく強制排気される。従って、炉体３
内に排気ガスが停滞せず、透明母材に変形した成長がな
く、さらに、圧力センサー９ｃにより排気流路７の圧力
を検知し、排気ガス圧を常時最適条件に調整して、最適
差圧に調整することにより、堆積効率を向上させ、透明
母材への泡の混入を防止することができる。

【００２６】なお、炉体内外の差圧（炉体内と排気流路
の圧力差）は、酸水素ガス及び珪素化合物の供給量、炉
体の内容積により変化し、その最適差圧もこれらによっ
て変化する。上記堆積効率は、差圧が高すぎると堆積す
べきシリカ微粒子が堆積する前に排気されてしまい、低
過ぎるとシリカ微粒子の炉体内滞留時間が増加して、炉
体内壁へのシリカ付着が増加し炉体内温度分布が変化し
てしまい、インゴットの形状維持が困難になる。さら
に、差圧が低過ぎると炉体内壁に付着したシリカが剥離
し、ガス対流に乗ってインゴット溶融部に付着し泡の混
入の原因となる。

【００２７】上述のように、本発明に係わる合成シリカ
ガラスの製造装置によれば、排気装置及び排気圧調整手
段により、炉体内外の差圧を最適条件に調整することが
可能となり、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合成
シリカガラスの製造が実現される。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係わる合成シリカガラスの製造
装置によれば、堆積効率が向上し泡の混入が減少する合
成シリカガラスの製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の
概念図。

【図２】本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の
制御回路図。

【図３】本発明に係わる合成シリカガラスの製造装置の
原料供給系統を示す概念図。

【図４】従来の合成シリカガラスの製造装置の概念図。

【符号の説明】 １ 合成シリカガラスの製造装置 ２ 溶融炉 ３ 炉体 ４ ターゲット ５ 昇降装置 ５ａ ボールネジ ５ｂ 進退駆動用モータ ６ バーナ ６ａ マスフローコントローラ ６ｂ ベーキング装置 ６ｃ メインタンク ７ 排気流路 ８ 排気装置 ９ 排気圧調整手段 ９ａ ステッピングモータ ９ｂ 回動弁 ９ｃ 圧力センサー １０ 制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融炉内に形成された炉体と、この炉体
   内部に配設されたインゴット形成用のターゲットと、こ
   のターゲットを昇降させる昇降装置と、前記ターゲット
   に対向して炉体の上方に設けられ、珪素化合物を酸素水
   素火炎中で加水分解するバーナと、前記炉体の下方より
   排気を行なうように炉体に連通して設けられた排気流路
   と、この排気流路に連通して設けられた排気装置と、前
   記排気流路内の排気圧を調整する排気圧調整手段とを有
   することを特徴とする合成シリカガラスの製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の合成シリカガラスの製
   造装置において、上記排気流路は、炉体の底部中央部に
   設けられた排気開口により炉体に連通していることを特
   徴とする合成シリカガラスの製造装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の合成シリカガ
   ラスの製造装置において、上記排気圧調整手段は、排気
   流路内に設けられた回動弁と、この回動弁を回動させる
   電動モータとで構成されることを特徴とする合成シリカ
   ガラスの製造装置。