JP3707104B2 - Raw material supply apparatus and raw material supply method - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ母材あるいは半導体等の製造に用いられるSiCl4 、GeCl4 等の液体原料を精密に流量制御しつつ大量にかつ安定して反応容器に導くことが出来る原料供給装置及び原料供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバ用母材の製造方法としては、いわゆるVAD法、外付け法、内付け法などが知られている。この内、特に長時間連続して原料ガスの供給を必要とするVAD法においては、液体ガラス原料を気化した原料ガスを大気圧以上で反応容器に送り酸水素バ−ナで燃焼させてガラス媒体を生成し、回転する出発母材に基づいて軸方向に堆積させて棒状の多孔質母材を作り、更にこの多硬質母材を光ファイバに紡糸するものである。このために、連続して大量にかつ安定して原料ガスを反応容器へ供給する原料供給装置が用いられている。
【0003】
このような原料供給装置の1例を図3に示す。図3に示す原料供給装置によれば、気密な原料タンク1には大気中の酸素又は水分と反応する原料液2が収容されていて、原料タンク1の外側には原料液2を気化するためのヒ−タ3が取付けられており、このヒ−タ3は温度センサ4と温度調整器5によって制御され原料液2の温度が精密にコントロ−ルされている。原料タンク1の上部空間6には原料液2が気化した原料ガスが原料タンク1の温度における蒸気圧で満たされており、原料タンク1と反応容器7との間には原料ガスを供給する配管8が配置されている。
【0004】
配管8には開閉弁9、自動開閉弁10、流量調整装置11が取付けられている。この自動開閉弁10は、外部からの制御により自動的に流路を開閉する装置である。流量調整装置11は、例えばマスフロ−コントロ−ラ等の質量流量計である。流量調整装置11の一次側には自動開閉弁12を介在した配管13が接続されていて、配管13を通じて窒素ガスが供給されるようになっている。
【0005】
自動開閉弁12は、自動開閉弁10と連動し、原料供給中は自動開閉弁10が開き自動開閉弁12が閉じて原料ガスを反応容器7に流し、原料ガスの供給をしていないときは自動開閉弁10が閉じ自動開閉弁12が開いて配管中に窒素ガスを流して配管保護のパ−ジを行なう。
【0006】
原料タンク1には、図示しない原料液のサ−ビスタンクから常温の原料液が供給され、このための自動開閉弁15と流量調整弁16が取付けられた配管14が配置されている。流量調整弁16は、手動により流路を一定の流量(以下、流量というときはこの意味での流量、つまり原料が供給されている時の単位時間当たりの流量を言う。)になるように設定することが可能な調整弁であって、反応容器7の全てが稼働したときの反応量に基づいて流量を設定している。
【0007】
原料タンク1には重量計23が取付けられており、この重量計23により原料2の重量をモニタ−している。自動開閉弁15は、重量計23の重量に連動して開閉がなされ、これが開くと原料液が原料タンク1に補給され、これが閉じると原料液の原料タンクへの補給が停止する。
【0008】
半導体ウエハ上に複数の半導体層を積層して半導体を製造する場合等においても同様な原料供給装置が用いられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバ用母材の製造方法のVAD法では、原料タンクから反応容器の各ガスバ−ナに原料ガスを正確かつ安定に流量制御して供給することが要求される。特に多重管バ−ナについては、1個のバ−ナ−でも原料ガスを供給する各環状部分につながる異なるポート毎に原料ガスを制御して供給する必要がある。
ところで、前記従来法では、運転中は原料タンク1の原料の重量を常時計量して内部の原料量が一定限度以下となったときは、間欠的に常温の原料液を配管14により、所定の気液平衡温度に温度調整している原料タンク1へ補給し、稼働中の原料需給をバランスさせている。
従って、原料タンク1へ原料液を補給する度に原料タンク1の原料ガスの温度が一時的に変動し、これにともない蒸気圧が変動し、反応容器7への原料ガスの供給が変動することがある。このため光ファイバ母材18の品質が一定せず不良品が生ずることがある。
また半導体を製造する場合においても、同様な原因により不良が生ずる場合がある。
【0010】
なお、上記供給の不安定化は、原料液の自動調整弁16の設定流量を、反応容器7が全て稼働したときに合わせて設定しているので、反応容器7が100%稼動しているときは各瞬時での原料需給バランスがとれているので、上記課題は問題とならない。但し、反応容器7が1つでも稼動を停止するときは、各瞬時での需給バランスにギャップを生じ、上記課題が大きな問題となる場合がある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料タンク1へ補給する原料液を予め加熱して、原料タンク1へ原料を補給する際の原料タンク1の原料の温度の変動を小さくすることによって蒸気圧の変動を出来るだけ少なくして、反応容器7への原料ガスの供給を安定化させることを特徴とする。 更に、補給する原料液の温度と原料タンク内の原料の温度との間になお若干の温度差がある場合であっても、反応容器7への原料ガスの供給量に不足をきたさない範囲で、原料タンク1への原料液の供給を時間的に極力均等化すことによって、原料タンク1へ原料液を補給する際のタンク1の内部の原料温度の変動を小さくし、反応容器7への原料ガスの供給を安定化させることを特徴とする。
【0013】
従来、原料タンク1への補液の流量について、反応容器7が全て稼働したときの流量に合わせて一定値に設定していたのを改め、原料液の自動開閉弁と流量調整弁を各々に備えた複数の原料液調整配管を設置し、各々の自動開閉弁を開閉し、常時、反応容器7での稼働状態に見合った流量で原料液を原料タンク1へ補給出来るように改良したことを特徴とするものである。
即ち、
【0014】
具体的に、請求項1にかかる発明は、原料液を収容する原料タンクと、この原料液を加熱する手段と、前記原料タンク内で気化した原料ガスを複数のバ−ナ−へ導く複数の原料ガス用配管と、この複数の原料ガス用配管それぞれに取付けられた原料ガスの開閉装置及び原料ガスの流量調整装置と、前記原料タンク内の原料の量をモニタ−する重量計と、前記原料タンクへ原料液を補液する原料液用配管とを備えた原料供給装置において、前記原料液用配管の途中に液溜りを設け、この液溜りをヒ−タで加熱し、この液溜りの下流側の原料液用配管の一部区間に複数の原料液調整用配管を設け、前記各原料液調整用配管に設けられた原料液の自動開閉弁と事前に流量を設定された流量調整弁とを介して原料液を前記原料タンクへ補液し、前記原料液調整用配管の数が、前記複数のバ−ナ−の総数と同じか又はそれ以上であり、前記原料ガスの開閉装置は、対応する前記自動開閉弁の開閉と連動して開閉することを特徴とする原料供給装置である。
【0019】
【作用】
本発明では、原料タンク1へ供給する原料液を予め加熱して供給するので、原料タンク1へ原料を補給する際に、原料タンク1の原料の温度に影響を及ぼすことが少なくなり、その結果蒸気圧の変動が減り、安定的に反応容器7に原料ガスを供給できる。
【0020】
また、原料タンク1への原料液の供給を時間的に均等化して供給するので、原料補給の際の原料タンク1の内部の原料の温度への影響が少なくなり、蒸気圧の変動が減り、安定的に反応容器7に原料ガスを供給できる。
即ち、従来は比較的長い期間について原料の需給をバランスさせていたので、各瞬時でみると需給バランスは必ずしもバランスしておらず、1度に多量に常温の原料液が原料タンクに供給され蒸気圧が変動し安定供給を害する場合があるが、本発明により各瞬時でも原料需給をバランスさせるのて、原料タンクの原料温度の変動が減少し、反応容器7への原料ガスの安定供給をはかることができる。
【0021】
これにより、製品である光ファイバ母材の品質を一定とすることが出来る。また、製品である半導体の不良を減らすことが出来る。
【0022】
【実施例】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。なお、図面の説明おいて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0023】
第1の実施例について説明する。図1は、本実施例にかかる原料供給装置である。図1において、原料タンク1へ原料液を補給する配管14の途中に、液溜り22を設け、この部分をヒ−タ19により加熱する。これにより、原料液に十分余熱を与え、原料タンク1へ補給する際の原料タンク1の内部の原料液の温度の変動を小さくする。
【0024】
また、反応容器7への原料ガスの流量に応じて、原料タンク1への原料液の補液の流量を設定することにより、原料タンク1への原料液の供給を時間的に最大限均して、原料タンク1へ原料液を補給する際の原料温度の変動を極力小さくし、反応容器7への原料ガスの供給を安定化させる。
このため、原料タンク1へ原料液を補給する配管14を、各反応容器のバ−ナ−に対応して複数設け、これに自動開閉弁20と流量調整弁16を取付け、各反応容器の各バ−ナ−への原料ガスの流量に応じて、対応する各配管内の流量を設定のうえ相互に独立に原料液を原料タンク1へ補給するものである。
本実施例は、稼働中の各反応容器7の各バ−ナ−への各配管8の原料ガスの流量は一定で殆ど変わらないという事実にもとづくものであり、これにより配管14に取付けた流量調整弁16の流量は一度設定しておけばその後は原則として調整は不要である。
【0025】
具体的には、原料タンク1へ原料液を補給する配管14は、反応容器7のバ−ナ−17と同じ数が設置されており、各配管141 、142 、 143 には、それぞれ自動開閉弁201 、202 、203 と流量調整弁161 、162 、163 が取付けられていて、各反応容器71 、72 、73 の各バ−ナ−171 、172 、173 への原料ガスの供給量に応じてそれぞれ独立に調整制御する。これら原料液の各自動開閉弁201 、202 、203 は、これと対応する原料ガスの各自動開閉弁101 、102 、103 が開いたら開き、同じくこれが閉じたら閉じるように制御する。原料液の各流量調整弁161 、162 、163 は、これと対応する 反応容器71 、72 、73 の各バ−ナ−171 、172 、173 へ原料液2を気化させ供給する各蒸気量と原料タンク1への原料液の各補給量とがそれぞれ同じか又は後者が若干大きくなるように調整しておく。
【0026】
これにより、例えば反応容器71 のみが稼働しているときは、このバ−ナ−171 に供給される原料ガスの自動開閉弁101 、原料液を制御する自動開閉弁201 、流量調整弁16等によって反応容器71 での反応量に見合った原料液が原料タンク1へ補給され、原料タンク1での原料の温度変化を減少させることが出来る。
【0027】
これにより、反応容器7の一部の反応容器の運転が停止され稼働状態が変動する場合であっても、原料タンク1には常に原料液2が気化した分だけの原料液を、配管14を介して原料タンク1へ補給すことが出来、反応容器7への原料ガスの供給量が安定する。
また自動開閉弁20の作動回数が従来の作動回数に比較して格段に減少し、その寿命も伸びる効果もある。
【0028】
本実施例では、配管8、14は、反応容器7のバ−ナ−17とそれぞれ同数設けたが、これに限るものでなく、反応容器7に多重管バ−ナがある場合には、この多重管バ−ナ−の異なるポ−ト毎に配管8が設けられ、この複数の配管8のそれぞれに配管14が対応することになる。
【0029】
本実施例は、特に新しい部品を必要とせず、従来設備に用いていた特性のよく分かった部品を用いて実用化できる点に利点がある。
【0030】
次に第2の実施例について説明する。図2に本実施例にかかる原料供給装置を示す。本実施例は、一つの配管14に、例えば液体を対象とするマスフロ−コントロ−ラなどの流量制御装置21を設け、各反応容器7のバ−ナ−17への原料ガスの総流量に応じて、この流量制御装置21により配管14から原料液を原料タンク1へ補給するものである。
【0031】
具体的には、図2に示すように、原料タンク1へ原料液を補給する配管14に自動制御可能な流量制御装置21を取付ける。この流量制御装置21を、配管8に取付けた流量調整装置11で計測した原料ガスの総流量に応じて自動制御することで、常に原料液2が気化した分だけの原料液を、原料タンク1に補給することができ、これにより反応容器7への原料ガスの供給量を安定化することができる。また、自動弁15の作動回数を格段に減少させることが出来る。
【0032】
本実施例では、各反応容器7に1つのバ−ナ−17と1つの配管8を設けたケ−スであるが、これに限るものでなくバ−ナ−17と配管8が複数の場合であってもよい。
【0033】
【効果】
以上説明したように、本発明によれば、反応容器への原料ガスの供給を安定化させることにより、製品である光ファイバ母材の品質を安定化させ、結果としてこれを紡糸して得た光ファイバの品質が向上する。半導体の製造に用いた場合には、半導体の品質が向上する。
また、原料液の原料タンクへの補給を時間的に均すことにより自動開閉弁の開閉の頻度が少なくなり、自動開閉弁の寿命が伸びるという効果もある。
【0034】
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の原料供給装置を示す。
【図2】第2の実施例の原料供給装置を示す。
【図3】従来の原料供給装置を示す。
【符号の説明】
1:原料タンク
2:原料液
3、19:ヒ−タ
4:温度センサ
5:温度調整器
6:上部空間
7:反応容器
8、14:配管
9:開閉弁
10、12、15、20:自動開閉弁
11:流量調整装置
16:流量調整弁
17:バ−ナ
18:光ファイバ母材
21:流量制御装置
22:液溜り
23:重量計[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a raw material supply apparatus and a raw material capable of stably and stably introducing a liquid raw material such as SiCl 4 or GeCl 4 used for manufacturing an optical fiber preform or a semiconductor into a reaction vessel in a large amount while controlling the flow rate precisely. It relates to a supply method.
[0002]
[Prior art]
As a method for manufacturing an optical fiber preform, a so-called VAD method, an external method, an internal method, and the like are known. Among these, in the VAD method that requires the supply of the raw material gas continuously for a long time, the raw material gas obtained by vaporizing the liquid glass raw material is sent to the reaction vessel at atmospheric pressure or higher and burned in the oxyhydrogen burner. And is deposited in the axial direction on the basis of the rotating starting base material to form a rod-shaped porous base material, and this multi-hard base material is spun into an optical fiber. For this reason, a raw material supply apparatus that continuously supplies a large amount of raw material gas to the reaction vessel is used.
[0003]
An example of such a raw material supply apparatus is shown in FIG. According to the raw material supply apparatus shown in FIG. 3, the airtight raw material tank 1 contains the
[0004]
On the
[0005]
The automatic open /
[0006]
The raw material tank 1 is provided with a normal temperature raw material liquid from a raw material liquid service tank (not shown), and a
[0007]
A
[0008]
The same raw material supply apparatus is also used when a semiconductor is manufactured by laminating a plurality of semiconductor layers on a semiconductor wafer.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the VAD method of the optical fiber preform manufacturing method, it is required to supply the raw material gas from the raw material tank to each gas burner of the reaction vessel with accurate and stable flow rate control. In particular, for a multi-tube burner, it is necessary to control and supply the source gas for each different port connected to each annular portion for supplying the source gas even with one burner.
By the way, in the conventional method, when the weight of the raw material in the raw material tank 1 is constantly measured during operation and the amount of the internal raw material becomes below a certain limit, the normal temperature raw material liquid is intermittently supplied through the
Therefore, every time the raw material liquid is supplied to the raw material tank 1, the temperature of the raw material gas in the raw material tank 1 is temporarily changed, the vapor pressure is changed accordingly, and the supply of the raw material gas to the
Also, when manufacturing semiconductors, defects may occur due to the same cause.
[0010]
In addition, the destabilization of the supply is set when the flow rate of the
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the raw material liquid to be replenished to the raw material tank 1 is heated in advance, and the fluctuation of the vapor pressure is minimized by reducing the fluctuation of the temperature of the raw material in the raw material tank 1 when the raw material tank 1 is replenished with the raw material. Thus, the supply of the raw material gas to the
[0013]
Previously, the flow rate of the replacement fluid to the raw material tank 1 was set to a constant value in accordance with the flow rate when all the
That is,
[0014]
Specifically, the invention according to claim 1 includes a raw material tank that contains a raw material liquid, a means for heating the raw material liquid, and a plurality of gasses that are vaporized in the raw material tank to a plurality of burners. A raw material gas pipe, a raw material gas switching device and a raw material gas flow rate adjusting device attached to each of the plurality of raw material gas pipes, a weigh scale for monitoring the amount of raw material in the raw material tank, and the raw material In a raw material supply apparatus having a raw material liquid pipe for replenishing the raw material liquid to the tank, a liquid reservoir is provided in the middle of the raw material liquid pipe, and the liquid reservoir is heated by a heater, downstream of the liquid reservoir A plurality of raw material liquid adjusting pipes are provided in a part of the raw material liquid piping, and an automatic opening / closing valve of the raw material liquid provided in each of the raw material liquid adjusting pipes and a flow rate adjusting valve whose flow rate is set in advance are provided. and replacement fluid raw material liquid to the raw material tank through said original The number of liquid adjusting pipe, said plurality of bar - Na - is the total number equal to or greater than the of the opening and closing device of the raw material gas, the opening and closing in conjunction with opening and closing of the corresponding automatic opening and closing valve This is a raw material supply device.
[0019]
[Action]
In the present invention, since the raw material liquid supplied to the raw material tank 1 is heated and supplied in advance, when the raw material is supplied to the raw material tank 1, the temperature of the raw material in the raw material tank 1 is less affected. The fluctuation of the vapor pressure is reduced, and the raw material gas can be stably supplied to the
[0020]
Moreover, since the supply of the raw material liquid to the raw material tank 1 is equalized in time, the influence on the temperature of the raw material inside the raw material tank 1 during the replenishment of the raw material is reduced, and the fluctuation of the vapor pressure is reduced. The source gas can be stably supplied to the
In other words, since the supply and demand of raw materials has been balanced for a relatively long period of time, the balance of supply and demand is not always balanced when viewed instantaneously, and a large amount of room temperature raw material liquid is supplied to the raw material tank at one time. Although the pressure may fluctuate and the stable supply may be harmed, the present invention balances the supply and demand of the raw material even at each instant, so that the fluctuation of the raw material temperature in the raw material tank is reduced and the stable supply of the raw material gas to the
[0021]
Thereby, the quality of the optical fiber preform which is a product can be made constant. Further, it is possible to reduce defects in the semiconductor that is the product.
[0022]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0023]
A first embodiment will be described. FIG. 1 shows a raw material supply apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, a
[0024]
In addition, by setting the flow rate of the raw material liquid supplement to the raw material tank 1 according to the flow rate of the raw material gas to the
Therefore, a plurality of
The present embodiment is based on the fact that the flow rate of the raw material gas in each
[0025]
Specifically, the same number of
[0026]
Thus, for example, when only the
[0027]
As a result, even when the operation of some reaction vessels of the
In addition, the number of operations of the automatic opening / closing
[0028]
In this embodiment, the same number of
[0029]
This embodiment is advantageous in that it does not require any new parts and can be put into practical use by using parts with well-known characteristics used in conventional equipment.
[0030]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 2 shows a raw material supply apparatus according to this example. In this embodiment, a flow
[0031]
Specifically, as shown in FIG. 2, a flow
[0032]
In this embodiment, each
[0033]
【effect】
As described above, according to the present invention, by stabilizing the supply of the raw material gas to the reaction vessel, the quality of the optical fiber preform that is the product is stabilized, and as a result, this is obtained by spinning. The quality of the optical fiber is improved. When used for semiconductor manufacturing, the quality of the semiconductor is improved.
In addition, by leveling the replenishment of the raw material liquid into the raw material tank over time, the frequency of opening and closing of the automatic open / close valve is reduced, and the life of the automatic open / close valve is extended.
[0034]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a raw material supply apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 shows a raw material supply apparatus according to a second embodiment.
FIG. 3 shows a conventional raw material supply apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Raw material tank 2:
Claims (1)
前記原料液用配管の途中に液溜りを設け、この液溜りをヒ−タで加熱し、この液溜りの下流側の原料液用配管の一部区間に複数の原料液調整用配管を設け、前記各原料液調整用配管に設けられた原料液の自動開閉弁と事前に流量を設定された流量調整弁とを介して原料液を前記原料タンクへ補液し、
前記原料液調整用配管の数が、前記複数のバ−ナ−の総数と同じか又はそれ以上であり、前記原料ガスの開閉装置は、対応する前記自動開閉弁の開閉と連動して開閉することを特徴とする原料供給装置。A raw material tank for containing the raw material liquid, means for heating the raw material liquid, a plurality of raw material gas pipes for guiding the raw material gas vaporized in the raw material tank to a plurality of burners, and a plurality of the raw material gases A source gas switching device and a source gas flow rate adjusting device attached to each of the pipes, a weigh scale for monitoring the amount of the source material in the source tank, and a source liquid pipe for supplementing the source liquid to the source tank In the raw material supply apparatus comprising
A liquid reservoir is provided in the middle of the raw material liquid piping, the liquid reservoir is heated with a heater, and a plurality of raw material liquid adjusting pipes are provided in a partial section of the raw material liquid piping on the downstream side of the liquid reservoir, The raw material liquid is supplemented to the raw material tank through an automatic opening / closing valve of the raw material liquid provided in each raw material liquid adjustment pipe and a flow rate adjusting valve whose flow rate is set in advance ,
The number of the raw material liquid adjusting pipes is equal to or more than the total number of the plurality of burners, and the raw material gas opening / closing device opens and closes in conjunction with opening and closing of the corresponding automatic opening / closing valve. The raw material supply apparatus characterized by the above-mentioned.
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