JPH0133935Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、主として石英ガラスで形成された半
導体製造用の各種治具及び設備を加工する為の石
英ガラス加工用バーナに係り、特にガス流路中に
内部混合手段を設けた石英ガラス加工用バーナに
関する。

「従来の技術」 従来より半導体ウエハ表面の不純物拡散や薄膜
形成を行う半導体熱処理システムに用いられる、
ウエハ支持ボート、サセプタ、又は炉芯管等の各
種半導体製造用治具及び設備においては、該治具
等より遊離した不純物がウエハ表面に付着するの
を防止する為に、耐熱性と化学的安定性の高い石
英ガラス材を用いるのが一般的である。

そしてこの種の石英ガラス材は、従来より金属
で形成された酸水素バーナを用いて加工を行つて
いたが、金属製のバーナを用いると、該金属より
遊離した金属蒸気又はその酸化物が、ガス流や火
炎とともに前記石英ガラス表面に噴出−付着し、
該金属酸化物等が付着した半導体製造治具をその
まま熱処理工程に使用すると、熱処理中に前記治
具等より遊離した金属酸化物が、ウエハ表面に付
着して製品不良の原因になるという問題を生じ
る。

この為、前記金属バーナの代わりに、石英ガラ
ス製のバーナを用いて加工を行う方法が種々検討
されているが、石英ガラスの場合は金属と異な
り、精密な切削加工等が困難であり又例え可能で
あるにしてもその加工工数が大である故に、石英
ガラス加工用バーナを製作する場合は切削加工を
極力少なくし、バーナ形成用石英ガラス材をあぶ
りながら引き延ばし、曲げ、拡径や縮径、又は溶
着等の熱加工手段を多く採用する方が好ましい事
は言うまでもない。

「考案が解決しようとする問題点」 しかしながら熱加工手段では、外管内に内管を
同心状に貫通させ、該同心状に形成された複数の
流路より夫々酸素と水素を個別に吹き出させ、該
吹出し口より加工位置に達するまでの間に両者を
混合させながら火炎流を発生させる、いわゆる外
部混合方式のガスバーナの製作は容易であるが、
前記内管の流路途中に内部混合手段を設け、内管
内を流れるガス流速から生じるアスピレータ作用
により外管内を流れる異種ガスを吸引しながら先
端ノズル部より前記両ガス流を混合させながら下
流側流路に噴射させる内部混合方式のガスバーナ
の製作は極めて困難であつた。

特に、半導体ウエハ上に形成される薄膜等が高
密度化し、且つ熱処理の高効率化を図るに連れ、
該熱処理工程に使用される各種半導体製造治具も
これに対応させて形状の複雑化と高精度化を図ら
なければならないが、前記のような外部混合式の
バーナでは火力が弱く、又精度よく又は狭幅に所
定部位のみを高温加熱させる事は困難であり、や
はりこのような精密加工を施すには、内部で混合
した混合流を直接被加工物に吹き付ける、前記内
部混合式のバーナの方が有利である事はいうまで
もない。

本出願人は、かかる要請に鑑み、同時出願に係
る特許願において、同心状に配設された内管側の
管路の先端側に、該両管路内を流れる複数の原料
ガスをアスピレータ作用により混合−噴射させる
内部混合手段を設けるともに、該内部混合手段を
同心状に位置決め保持する保持手段を、前記第１
の管路側に形成した技術手段を提案しているが、
かかる技術手段は内部混合手段を有する石英ガラ
ス製バーナについて提示しているのみである。

そこで本考案は、特に内部混合された混合流と
ともに、その周囲より単一の燃焼ガスを噴出させ
る事により、中口径の火炎流を形成し、強い火力
で且つ精度よく、而も狭幅ではなく中幅の所定部
位を高温加熱させる事の出来る石英ガラス製の石
英ガラス加工用バーナを提供する事を目的とす
る。

又本考案の他の目的は、石英ガラス管又は石英
ガラス筒を用い、これらの加工がほとんど、曲
げ、拡径や縮径、又は溶着等の熱加工手段で形成
し得る石英ガラス加工用バーナを提供する事にあ
る。

「問題点を解決しようとする手段」 本考案はかかる技術的課題を達成する為に、 第１の原料ガスが導出する石英ガラス製外筒
１と、第２の原料ガス導出用石英ガラス製管路
２と、管路２途中に複数の原料ガスを混合させ
る内部混合手段３を形成した石英ガラス製混合
流導出用管路４とを有する点、 この場合前記混合流導出用管路４は、前記同
時提出の特許願に開示した技術手段に基づいて
構成されるのが一般的であるが、必ずしもこれ
に限定されない。

又前記石英ガラス製外筒１はガス供給側と吹
出し側を一体的な管路で形成してもよく、供給
側と吹出し側が分割した構造に形成してもよ
い。

前記外筒１内に、前記管路２，４が異心状又
は同心状に挿設されている点、 この場合前記管路２，４は外筒１内のガス供
給側から吹出し側の全てにおいて挿設する必要
はなく、少なくとも吹出し側において挿設され
ていればよい。

前記第２の原料ガス導出用管路４をガス膨張
空間５を介して複数の吹き出し管６に分岐させ
た点、 この場合、前記ガス膨張空間５が第２の原料
ガス導出用管路４を径方向に膨出させて形成す
る事により加工が容易であり、又前記吹き出し
管６は、外筒１内部空間の仮想同心円に沿つて
対称位置に延設させるのがよい。

前記混合流導出用管路４を前記ガス膨張空間
５内に貫通させるとともに、該貫通後の管路４
を、前記複数の吹き出し管６の仮想同心円中心
線、言い換えれば外筒１中心線に沿つて吹出し
開口まで延設させた点。

を必須構成要件とする石英ガラス加工用バーナを
提案する。

「作用」 かかる技術手段によれば、例えば前記第１の原
料ガスを水素ガス、第２の原料ガスを酸素ガスと
した場合において、後記第１Ｆ図に示す如く、外
筒１中心に位置する混合流導出用管路４より酸水
素混合炎が又その周囲の外筒１より水素炎が噴出
する為に中口径の且つ均等に火力を有する火炎が
形成出来、而もこの際外筒１内の仮想同心円上に
吹き出し管６より酸素ガスが噴出される為に、中
口径の火炎流であつても常に十分なる酸素が供給
される事となり強い火力を得る事が出来る。

而もかかる中心部には酸水素混合炎が又その周
囲よりは水素炎が噴出する為に、強い火力で而も
均等化された火炎強さの中口径炎を得る事が出
来、これにより、精度よく且つ狭幅ではなく中幅
の所定部位を均一に高温加熱させる事が出来、石
英ガラス加工用バーナとして極めて好適なものが
提供出来る。

而も前記ガス膨張空間５がバツフアタンクの役
目を果す為に、前記酸素ガスはガス膨張空間５で
一旦脈動等が抑制されて吹き出し管６に分岐さ
れ、且つ前記各吹出し管に均等にガスが均等配分
されて導入される事となり、火力強さの一層の均
一化と安定化を達成し得る。

更に前記混合流導出用管路４はガス膨張空間５
内に貫通させた為に、当然に該膨張空間を形成す
る隔壁により両端支持され、又吹き出し管６も膨
張空間５を形成する隔壁により片持ち支持される
事が出来る為に、これらの管路を支持する為の支
持手段を外筒１内に設ける必要がなく、従つて製
作の容易化が達成されるとともに、該支持手段に
より気流通過面積が減少したり又気流の乱れが生
じる事がなく、これにより均一且つ安定した火炎
流を確保出来る。

「実施例」 以下、図面を参照して本考案の好適な実施例を
例示的に詳しく説明する。ただしこの実施例に記
載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、
この考案の範囲をそれのみに限定する趣旨ではな
く、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本考案の実施例に係る石英ガラス加工
用の酸水素バーナを示す一部切欠き正面図、第２
Ａ〜２Ｆ図は第１図の各部位（Ａ−A′，Ｂ−B′，
Ｃ−C′，Ｄ−D′，Ｅ−E′，Ｆ−F′）の横断面図で
ある。

本実施例に係る酸水素バーナは、水素ガスが導
入される外筒１、該外筒１内に挿設され、酸素ガ
ス導入管８と水素ガス導入管７からなる混合流導
出用管路４、及び該混合流導出用管路４と平行に
前記外筒１内に挿設され、酸素ガスを導入する内
管２とからなり、これらはいずれも石英ガラス筒
又は石英ガラス管を熱加工して形成されている。

外筒１は、水素ガス供給口として機能するガス
供給部位１ａと、該供給部位１ａと連通し直線状
に延設された直線部位１ｂと、所定角度腕曲した
導管９を介して前記直線部位１ｂと連通する吹出
し部位１ｃからなる。

直線部位１ｂは、混合流導出用管路４の管路途
中に形成された内部混合手段３と対応する位置で
テーパ状に縮径させながら直線状に延設され、そ
の両端側の封止部１１とにより前記内管２や混合
流導出用管路４を両端支持させている。

吹出し部位１ｃは先端先細状の略円筒椀型状を
なし、その出口側を開口させて吹出し口１ｄとな
す。

一方、内管２は、ガス供給部２ａより外筒１内
の混合流導出用管路４上側の空間内を該混合流導
出用管路４と平行に挿設され、外筒１の直線部位
１ｂ端側の封止部１１より一旦外部に露出させた
後外筒１の吹出し部位１ｃ内に挿設し、該吹出し
部位１ｃ内で管路を軸径方向に膨出させてガス膨
張空間５を形成し、該ガス膨張空間５の底側より
複数の吹き出し管６に対称に分岐させ、該吹き出
し管６を外筒１内の仮想同心円上に沿つて、外筒
１の中心線上に延設する混合流導出用管路４周囲
より僅かに中心側に向け傾斜させて開口端まで延
設する。

混合流導出用管路４は、水素ガス導入管７と該
導入管６に同心状に内挿された酸素ガス導入管８
とよりなり、酸素ガス導入管８はガス供給部８ａ
より、拡径された水素ガス導入管７内に中心線に
沿つて挿設され、その先端部に内部混合手段３を
設ける。

水素ガス導入管７は、ガス供給部７ａより前記
混合室３２外周と同径の内径を有する如く拡径さ
れて延設され、その拡径部分７ｂを、外筒１内下
側位置よりその中心線と平行に下側に偏心させて
挿設した後、該混合室３２出口側テーパ面３４に
沿つてテーパ状に縮径した後、混合流の導路とし
て機能する縮径路７ｃを更に延設し、一旦外筒１
より外部に露出させた後、更に外筒１の吹出し部
位１ｃの中心線上に沿つて挿設し、ガス膨張空間
５内を貫通させるとともに、該ガス膨張空間５を
形成する隔壁により固着支持させた後吹き出し口
１ｄまで延設する。

この際前記水素ガス導入管７は、拡径部分７ｂ
の内径を混合室３２外径とほぼ同一に設定し、該
拡径部分７ｂ内周面を酸素ガス導入管８先側に設
けた内部混合手段３外周が該内周面に沿つて挿入
可能にして且つ同心上に保持する為のガイドとし
て機能させている。

かかる、内部混合手段３は前記と同様に石英ガ
ラス材で形成され、酸素ガス導入管８内径より縮
径した通路の先端開口外周面をテーパ状に形成し
たノズル３１と、該ノズル部３１周囲を包被する
円筒状の混合室３２とを有し、該混合室３２の基
側の外筒１を流れるガス流を吸引する導孔３３を
穿孔するとともに、その先側をノズル３１テーパ
面に沿つて先細状に形成し、出口開口となす。

尚本実施例においては、混合室３２外周の軸線
上に沿つて複数のリブ溝３５を凹設し、該リブ溝
３５上に水素ガスを吸引する為の導孔３３を穿設
するように構成し、混合室３２外周と水素ガス導
入管７内周面間がりに水素が流れなくなる恐れを
防止している。

この結果、酸素ガス導入管８内を流れる酸素ガ
ス流の速度を前記ノズル３１を通過しながら増幅
させ、該酸素ガスをノズル３１出口開口より噴射
させる事により、前記混合室３２内が負圧下にお
かれ、これにより導入管７を流れる水素ガスが導
孔３３より内部混合手段３内に吸引され、ノズル
３１周囲より噴出しながらノズル３１出口開口側
で混合され、該混合されたガスが外筒１中心線上
に位置する吹き出し口より混合ガス炎として導出
する。

そして前記混合ガス炎の周囲の外筒１よりは水
素炎が、又該水素炎の燃焼を補償する為の酸素ガ
スが外筒１内対称位置に配置した吹き出し管６よ
り夫々噴出される為に、後記前述した作用効果が
円滑に達成し得る。

「考案の効果」 以上記載した如く本考案によれば、内部混合さ
れた混合流とともにその周囲より単一の燃焼ガス
を噴出させる内部混合方式の石英ガラス加工用バ
ーナを提供し得る為に、強い火力で且つ適切な火
炎口径で被加工物たる石英ガラス材を出来軟化又
は溶融させる事が出来る為に、精度よく且つ複雑
な形状の半導体製造治具の加工が可能になつた。

又本考案は石英ガラス管又は石英外筒１を用い
てこれらを熱加工手段で容易に製作する事が出来
る為に実用的であり、而も当然に石英ガラス製で
あるが故に、該バーナにより加工された半導体製
造治具には金属等の不純物が付着する事がなく、
該不純物に起因するウエハの不良原因を完全に防
止出来る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係る石英ガラス加工
用の酸水素バーナを示す一部切欠き正面図、第２
Ａ〜２Ｆ図は第１図の各部位（Ａ−A′，Ｂ−B′，
Ｃ−C′，Ｄ−D′，Ｅ−E′，Ｆ−F′）の横断面図で
ある。 １…外筒、２…石英ガラス製管路、３…内部混
合手段、４…混合流導出用管路、５…ガス膨張空
間。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 第１の原料ガスが導出する石英ガラス製外筒
   の少なくとも吹出し側において、第２の原料ガ
   ス導出用石英ガラス製管路と、管路途中に複数
   の原料ガスを混合させる内部混合手段を形成し
   た石英ガラス製混合流導出用管路とが挿設さ
   れ、前記第２の原料ガス導出用管路をガス膨張
   空間を介して複数の吹き出し管に分岐させると
   ともに、前記混合流導出用管路が前記ガス膨張
   空間を貫通した後、前記複数の吹き出し管の配
   設空間内のほぼ中心線沿つて吹出し開口まで延
   設させた事を特徴とする石英ガラス加工用バー
   ナ。 ２ 前記ガス膨張空間が第２の原料ガス導出用管
   路を径方向に膨出させて形成された空間である
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の石英ガラ
   ス加工用バーナ。