JP2009084088A - 石英ガラス管及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱環境下で長時間の使用が可能で、製造が容易で安価な石英ガラス管を製造することができる石英ガラスの製造方法を提供する。
【解決手段】本石英ガラスの製造方法は、石英ガラス管の本体をなし、閉塞端を備える合成原料石英ガラス管を用意する工程と、両端が開口された外層用天然原料電気溶融ガラス管を用意する工程と、合成原料石英ガラス管の閉塞端側に外層用天然原料電気溶融ガラス管の一端側を外嵌する工程と、外層用天然原料電気溶融ガラス管の先端部を合成原料石英ガラス管に気密的に加熱、溶着し、外層用天然原料電気溶融ガラス管の他端側開口を真空ポンプに連通する閉塞蓋で閉塞して、外層用天然原料電気溶融ガラス管に気密空間を形成する工程と、空間を減圧しながら、外層用天然原料電気溶融ガラス管の外嵌部の一部あるいは全部を全周に渡り加熱して合成原料石英ガラス管に溶着する工程とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】本石英ガラスの製造方法は、石英ガラス管の本体をなし、閉塞端を備える合成原料石英ガラス管を用意する工程と、両端が開口された外層用天然原料電気溶融ガラス管を用意する工程と、合成原料石英ガラス管の閉塞端側に外層用天然原料電気溶融ガラス管の一端側を外嵌する工程と、外層用天然原料電気溶融ガラス管の先端部を合成原料石英ガラス管に気密的に加熱、溶着し、外層用天然原料電気溶融ガラス管の他端側開口を真空ポンプに連通する閉塞蓋で閉塞して、外層用天然原料電気溶融ガラス管に気密空間を形成する工程と、空間を減圧しながら、外層用天然原料電気溶融ガラス管の外嵌部の一部あるいは全部を全周に渡り加熱して合成原料石英ガラス管に溶着する工程とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は石英ガラス管及びその製造方法に係り、特に挫屈により変形する合成原料石英ガラスの下端部近傍に天然石英ガラス管を外嵌させて2重層にする石英ガラス管及びその製造方法に関する。
合成原料石英ガラスは、耐熱性、耐熱衝撃性、耐薬品性に優れ、且つ機械的強度も高いことから、半導体製造工程において多く用いられている。
例えば、合成原料石英ガラス製炉芯管は下記に述べる方法で使用される。
図7に示すように、半導体ウェーハWを多数ウェーハボート22に搭載し、このウェーハボート22を、断熱台23を介して炉支持台24に載置し、さらに、炉支持台24に載置されたウェーハボート22に合成原料石英均熱管25を外挿し、合成原料石英炉芯管21を被せ、ウェーハボート22を合成原料石英炉芯管21に収納する。この状態で炉支持台24を上昇させ、合成原料石英炉芯管21及びウェーハボート22を熱処理炉26に収納する。しかる後、ヒーター27により炉内を加熱し、合成原料石英炉芯管21及び合成原料石英炉芯管21内の半導体ウェーハWを加熱する。この状態で合成原料石英炉芯管21の外部から処理ガスGを供給し、半導体ウェーハWの熱処理を行う。
しかしながら、この半導体ウェーハWの熱処理工程において、合成原料石英炉芯管21はヒーター27からの加熱と合成原料石英炉芯管21の自重のため、長時間の使用により、図8に示すように、中間部と下端部間、例えば高さ1100mmの合成原料石英炉芯管にあっては、下端から250mm〜600mmの間に挫屈による変形が発生する。この挫屈により、炉芯管の全長が短くなるため、ウェーハボート22が合成原料石英炉芯管21の天井部に接触し、発塵するため、合成原料石英炉芯管21の長期使用が困難である。
なお、Alの含有量が増加すると石英ガラスの粘性が増加し、高温強度が向上するため、合成原料石英炉芯管の強度を増すために、内層側のAl含有量を所定量に設定し、外層をAl添加合成原料石英ガラスで形成する2重層の石英ガラス炉芯管が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、特許文献1の石英ガラス炉芯管は内層側のAl含有量の制御、内層と外層の厚みの制御など製造が複雑になり高価である。また、同一肉厚での内層と外層の2重層であるので十分な変形防止が期待できない。
また、OH基の含有量が増加すると石英ガラスの粘性が低下し、高温強度が低下するため、合成原料石英炉芯管の強度を増すために、内層側のOH基含有量を所定量に設定し、外層を天然原料電気溶融石英ガラスで形成する2重層の石英ガラス炉芯管が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかし、特許文献2の石英ガラス炉芯管は内層側のOH基含有量の抑制、内層と外層の厚みの制御など製造が複雑になり高価である。また、同一肉厚での内層と外層の2重層であるので、十分な変形防止が期待できない。
特開平7−267661号公報
特開平6−191873号公報
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、加熱環境下で長時間の使用が可能で、製造が容易で安価な石英ガラス管を提供することを目的とする。
また、加熱環境下で長時間の使用が可能で、製造が容易で安価な石英ガラス管を製造することができる石英ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明に係る石英ガラス管は、立てた状態で加熱して使用され、加熱されると挫屈により変形する合成原料石英ガラス管の中間部から下端部にかけて天然原料電気溶融石英ガラス管が外嵌されていることを特徴とする。
また、本発明に係る石英ガラス管の製造方法は、石英ガラス管の本体をなし、閉塞端を備える合成原料石英ガラス管を用意する工程と、両端が開口された外層用天然原料電気溶融ガラス管を用意する工程と、前記合成原料石英ガラス管の閉塞端側に前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の一端側を外嵌する工程と、前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の先端部を前記合成原料石英ガラス管に気密的に加熱、溶着し、前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の他端側開口を真空ポンプに連通する閉塞蓋で閉塞して、前記外層用天然原料電気溶融ガラス管に気密空間を形成する工程と、前記空間を減圧しながら、前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の外嵌部の一部あるいは全部を全周に渡り加熱して前記合成原料石英ガラス管に溶着する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る石英ガラス管によれば、加熱環境下で長時間の使用が可能で、製造が容易で安価な石英ガラス管を提供することができる。
本発明に係る石英ガラス管の製造方法によれば、加熱環境下で長時間の使用が可能で、製造が容易で安価な石英ガラス管を製造することができる石英ガラス管の製造方法を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る石英ガラス管について図面を参照して説明する。
なお、石英ガラス管として、縦型炉芯管を例に採り説明する。
図1は本発明の第1実施形態に係る石英ガラス管の縦断面図である。
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る石英ガラス管は、立てた状態で使用される縦型炉芯管であり、この縦型炉芯管1は、合成原料石英ガラス管2を備え、上端部に天井部1aが設けられ、下端部に開口部1bが設けられ、さらに、この開口部1bの外周にはフランジ部1cが設けられる。
また、内層をなす合成原料石英ガラス管2の中間部から下端部にかけて、外層としての天然原料電気溶融石英ガラス管3が外嵌されて2重層をなす。この天然原料電気溶融石英ガラス管3が外嵌する外嵌部3aは、合成原料石英ガラス管2に気密的に密接している。天然原料電気溶融石英ガラス管3は断面形状が下方に向かった順次肉厚になる細長い略直角三角形状をなし、リング状をなす。2重層の幅すなわち天然原料電気溶融石英ガラス管3は例えば高さ1100mmの縦型炉芯管にあっては、300mm〜500mm程度が好ましい。
なお、合成原料石英ガラスとは、シリコンアルコキシドの加水分解等により、合成された合成原料を溶融し、製造された石英ガラスである。
天然原料電気溶融石英ガラスは水晶等の天然原料を電気溶融法により溶融し、製造された石英ガラスであり、OH基含有量が10ppm以下であり、OH基を含有する合成原料石英ガラスに比べて高温での寸法安定性に優れ、熱変形が少ない。特に、Al含有量を5〜10ppmとするとより効果的である。
従って、縦型炉芯管は天然原料電気溶融石英ガラス管が外嵌された構造になっているので、半導体ウェーハの熱処理工程において、長時間の加熱と縦型炉芯管の自重により、下端部近傍応力が加わっても、挫屈による変形が発生せず、長時間の使用が可能となる。
次に本発明の第1実施形態に係る石英ガラス管の製造方法を用いた第1実施形態の縦型炉芯管の製造方法について、図2の製造フロー図に沿って説明する。
旋盤11に設けた石英ガラス管把持用スクロールチャック12により、閉塞端を備える合成原料石英ガラス管2を、閉塞端2aが外層管把持用スクロールチャック13側に向くようにして把持し、一端3bが開口し、外嵌部3aが薄肉に形成された外層用ガラス管3を、外層管把持用スクロールチャック13に貫通し、把持する(図2(a))。
外層用ガラス管3を把持した外層管把持用スクロールチャック13を、石英ガラス管把持用スクロールチャック12側に移動して、外層用ガラス管3の外嵌部3aを、閉塞端2a側から合成原料石英ガラス管2に密接して外嵌する。さらに、外層用ガラス管3の開口する他端3cを真空計14を介して真空ポンプ15に連通する閉塞蓋16で塞ぐ(図2(b))。
しかる後、石英ガラス管把持用スクロールチャック12及び外層管把持用スクロールチャック13を同一方向に回転させて、合成原料石英ガラス管2と外層用天然原料電気溶融石英ガラス管3を一体的に回転させ、酸水素火炎バーナー17により、外嵌部3aの先端部を合成原料石英ガラス管2に加熱、溶着する。
さらに、閉塞端2a及び閉塞蓋16で閉塞されて外層用ガラス管3に形成される空間3dを真空ポンプ15により減圧しながら、一端3bから順次外嵌部3aを加熱し、合成原料石英ガラス管2に溶着する(図2(c))。
このとき、図示しないカーボン筒などを合成原料石英ガラス管2の内部に入れることで、熱及び遠心力に伴う変形なく溶着することができる。
減圧しながら外嵌部3aを合成原料石英ガラス管2に溶着するので、外嵌部3aに残留空気による気泡は発生しない。
閉塞端2a及び外層用天然原料電気溶融ガラス管3を切断し、閉塞端2aを除去した開口端にフランジ部1cを溶着し、さらに、天井部1aを溶着する(図2(d))。
天井部には除去した閉塞端を用いることができる。
本第1実施形態の石英ガラス管の製造方法によれば、第1実施形態の縦型炉芯管を容易かつ安価に製造することができる。
また、本発明の第2実施形態の石英ガラス管について説明する。
本第2実施形態は、第1実施形態の外嵌部が密接状態に形成されるのに対して、外嵌部に真空層が形成される。
例えば、図3に示すように、第2実施形態の縦型炉芯管1Aは、内層をなす合成原料石英ガラス管2に、外層としての天然原料電気溶融石英ガラス管3Aが外嵌され、外嵌部3Aaには真空層4が形成された2重層(厳密には真空層を含めると3重層)をなす。
天然原料電気溶融石英ガラス管3Aは、断面形状が略扁平コ字状をなし、リング状をなす。
これにより、本第2実施形態の縦型炉芯管は、真空層を介在して天然原料電気溶融石英ガラス管を外嵌する2重層であり、熱変形が少なく、さらに、真空層を設けることで、天然原料電気溶融石英ガラスに起因する不純物汚染を防ぐことができる。
従って、半導体ウェーハの熱処理工程において、縦型炉芯管は長時間加熱と縦型芯管の自重により、下端部近傍応力が加わっても、挫屈による変形が発生せず、長時間の使用が可能となる。
なお、他の構成は図1に示す縦型炉芯管と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
また、第2実施形態の縦型炉芯管の製造方法について、図4の製造フロー図に沿って説明する。
本第2実施形態の製造方法は、第1実施形態の製造方法が、外嵌部が薄肉に形成された外層用天然原料電気溶融石英ガラス管を用いるのに対して、外嵌部が断面形状は略扁平コ字状をなす外層用天然原料電気溶融石英ガラス管を用いる。
例えば、旋盤11に設けたガラス管把持用スクロールチャック12により、閉塞端を備える合成原料石英ガラス管2を、閉塞端2aが外層管把持用スクロールチャック13側に向くようにして把持し、一端3Abが開口し、この外嵌部3Aaが断面形状が略扁平コ字状をなす外層用天然原料電気溶融石英ガラス管3Aを、外層管把持用スクロールチャック13に貫通し、把持する(図4(a))。
外層用天然原料電気溶融石英ガラス管3Aを把持した外層管把持用スクロールチャック13を石英ガラス管把持用スクロールチャック12側に移動して、外層用天然原料電気溶融石英ガラス管3Aの外嵌部3Aaを、閉塞端2Aa側から合成原料石英ガラス管2に外嵌する。さらに、外層用天然原料電気溶融石英ガラス管3Aの開口する他端3Acを真空ポンプ15に連通する閉塞蓋16で塞ぐ(図4(b))。
しかる後、ガラス管把持用スクロールチャック12及び外層管把持用スクロールチャック13を同一方向に回転させて、ガラス管2と外層用天然原料電気溶融石英ガラス管3Aを一体的に回転させ、酸水素火炎バーナー17により、外嵌部3Aaの扁平コ字形状の先端部を合成原料石英ガラス管2に加熱、溶着する。さらに、閉塞端2Aaと閉塞蓋16で閉塞されて外層用天然原料電気溶融石英ガラス管3Aに形成される空間3Adを真空ポンプ15により減圧しながら、移動された酸水素火炎バーナー17により、略扁平コ字状の後端部を全周に渡り加熱、溶融して合成原料石英ガラス管2に溶着する(図4(c))。このとき、図示しないカーボンなどを合成原料石英ガラス管2の内部に入れることで、熱及び遠心力に伴う変形なく溶着することができる。
以下、図4(d)に示すような工程により、図2(d)の工程と同様にして、第2実施形態の縦型炉芯管1Aを製造する。
本第2実施形態の石英ガラス管の製造方法によれば、第2実施形態の縦型炉芯管を容易かつ安価に製造することができる。
なお、上記第1及び第2実施形態の石英ガラス管では、縦型炉芯管を例にとり説明したが、本発明の石英ガラス管は図5に示すように、天然原料電気溶融石英ガラスの外嵌部1Baを設けた均熱管1B、図6に示すように、天然原料電気溶融石英ガラスの外嵌部1Caを設けたプロセスチューブ1Cなどであってもよい。
1 縦型炉芯管
1a 天井部
1b 開口部
1c フランジ部
2 合成原料石英ガラス管
3 天然原料電気溶融石英ガラス管
3a 外嵌部
1a 天井部
1b 開口部
1c フランジ部
2 合成原料石英ガラス管
3 天然原料電気溶融石英ガラス管
3a 外嵌部
Claims (6)
- 立てた状態で加熱して使用され、加熱されると挫屈により変形する合成原料石英ガラス管の中間部から下端部にかけて天然原料電気溶融石英ガラス管が外嵌されていることを特徴とする石英ガラス管。
- 前記天然原料電気溶融石英ガラス管が前記中間部から下端部にかけて密接して外嵌されていることを特徴とする請求項1に記載の石英ガラス管。
- 前記天然原料電気溶融石英ガラス管が前記中間部から下端部にかけて真空層を設けて外嵌されていることを特徴とする請求項1に記載の石英ガラス管。
- 石英ガラス管の本体をなし、閉塞端を備える合成原料石英ガラス管を用意する工程と、
両端が開口された外層用天然原料電気溶融ガラス管を用意する工程と、
前記合成原料石英ガラス管の閉塞端側に前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の一端側を外嵌する工程と、
前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の先端部を前記合成原料石英ガラス管に気密的に加熱、溶着し、前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の他端側開口を真空ポンプに連通する閉塞蓋で閉塞して、前記外層用天然原料電気溶融ガラス管に気密空間を形成する工程と、
前記空間を減圧しながら、前記外層用天然原料電気溶融ガラス管の外嵌部の一部あるいは全部を全周に渡り加熱して前記合成原料石英ガラス管に溶着する工程と
を備えることを特徴とする石英ガラス管の製造方法。 - 前記外層用天然原料電気溶融ガラス管は外嵌部が薄肉に形成され、前記閉塞端側に密接して外嵌され、前記外嵌部の全体を全周に渡り加熱して溶着することを特徴とする請求項4に記載の石英ガラス管の製造方法。
- 前記外層用天然原料電気溶融ガラス管は外嵌部に拡径部が形成され、前記拡径部の両端部を全周に渡り加熱して溶着することを特徴とする請求項4に記載の石英ガラス管の製造方法。
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JP2007253274A JP2009084088A (ja) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | 石英ガラス管及びその製造方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018138499A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 東ソ−・エスジ−エム株式会社 | 紫外線吸収性を有する石英ガラス物品及びその製造方法 |
CN112374733A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-19 | 桂林电子科技大学 | 一种可视化高温石英热管封装装置和方法 |
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2007
- 2007-09-28 JP JP2007253274A patent/JP2009084088A/ja active Pending
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