JPH0215769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、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
英ガラス製バーナに係り、特にガス流路中に内部
混合手段を設けた石英ガラス製バーナに関する。

「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、
ウエハ支持ポート、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
ガラス製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。

「発明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他の原料ガスを吸引しなが
ら先端ノズル部より前記両原料ガス流を混合させ
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。

即ち内部混合方式のガスバーナにおいては、後
記実施例に示すように内管の流路途中に、該内管
内を流れるガス流の速度を増幅させるノズル部
と、該内管の周囲に外管を流れるガス流を吸引す
る為の混合室とを設ける事が不可欠の条件である
が、前記のような熱加工手段では、このような管
路途中に内部混合手段を設ける事は極めて困難で
ある。

又、前記内部混合手段を外管と同心状に配置す
る事は均一且つ安定した混合流を得る上で、必須
の構成要件であるが、金属による切削加工と異な
り石英ガラス間の熱加工手段では、前記内部混合
手段を外管と同心状に配置する事はやはり極めて
困難である。

さて、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
もなく、この為半導体製造治具等の製作サイドで
は、石英ガラス製の内部混合式のガスバーナの出
現を首を長くして待望んでいた。

本発明はかかる社会的且つ技術的要請に鑑み、
バーナを石英ガラスで製作しつつも強い火力で且
つ精度よく被加工物たる石英ガラスの所定部位を
高温加熱する事の出来る内部混合式の石英ガラス
製バーナを提供する事を目的とする。

「問題点を解決しようとする手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、下
記４つの必須構成要件によつて構成された石英ガ
ラス製バーナを提案する。

一の原料ガス流が導通する第１の石英ガラス
管路と、該第１の管路内の途中位置まで挿設さ
れ、他の原料ガス流が導通する第２の石英ガラ
ス管路とを有する点、 この場合前記第１の管路は外管のみを指すの
ではなく、例えば後記第２実施例に示すよう
に、外管内に一の原料ガス流が導通する隔路管
に適用する場合もある。

前記第２の管路の先端側に後記構成の内部混
合手段を設け、アスピレータ作用により前記両
管路内を流れる原料ガス流を、内部混合手段出
口直後の第１の管路内で混合−噴射させる点、 即ち本第２の特徴とするところは、前記内部
混合手段を管路途中に設けるのではなく、（該
第１の管路内の途中位置まで挿設されている）
第２の管路の先端側に設けた点。

前記内部混合手段を、第２の管路内径より小
径に形成した通路を有しその噴出口を第１の管
路内に位置せしめたノズル部と、該ノズル部外
周囲を同心状に包被し、その周面上に前記第１
の管路を流れるガス流を吸引する導孔を穿孔す
るとともに、その先端側にノズル先端周囲に沿
つて形成されるリング状出口開口を設けた混合
室とにより構成した点、 前記内部混合手段を同心状に位置決め保持す
る保持手段が、前記第１の管路の内周面側に形
成されている点にある。

従つて前記第１の管路は保持手段により仕切
られ、内部混合手段の上流側では単一のガス流
が、又内部混合手段の下流側では混合流が流れ
るよう構成されるのが一般的であるが、これの
みに限定される事なく、混合流を流す別異の導
管を設けてもよい。

又前記保持手段の具体的構成は種々考えら
れ、例えば内部混合手段外径とほぼ同径に形成
された前記第１の管路内周面として形成しても
よく、又内部混合手段の先端側テーパ面と面接
触可能に前記第１の管路内周面側にテーパ部位
を形成してもよい。

更には前記内部混合手段外径が、第１の管路
堵周径より小な場合は、前記第１の管路内周面
にスペーサとして、内部混合手段外径と同一の
内径を有する管状リング体を固設し、該管状リ
ング体の内周面に前記内部混合手段の外周面が
接触するように構成してもよい。

「作用」 本技術手段によれば、前記内部混合手段を第２
の管路途中に設けるのではなく、該管路先端側に
設ける為に、前記両部材を石英ガラス管を用いて
形成しても両部材を溶着その他の熱加工手段によ
り容易に且つ精度よく取り付ける事が可能とな
る。

即ち、前記内部混合手段は、第２の管路内径よ
り小径に形成した通路を有するノズル部と、周面
に導孔を有する筒状混合室とから構成されている
ために石英ガラス管を用いて容易に形成出来る。

そして前記ノズル部と混合室は、前もつて一体
的に構成した後、第２の管路先端に、好ましくは
同心状に溶着してもよく、 又前記ノズル部を第２の管路先端に固設した
後、該ノズル先端周囲に沿つてリング状出口開口
が形成される如く、前記混合室をノズル部外周囲
を同心状に包被固着してもよく、いずれにしても
これらは管路先端側に設ける為に溶着その他の熱
加工手段により容易に且つ精度よく取り付ける事
が可能となる。

そして前記内部混合手段を構成するノズル通路
先端の噴出口は、第１の管路内に位置せしめてい
るために、第１の管路内を流れる第１のガス流の
速度を前記ノズル通路を通過しながら増幅させ、
該増幅流をノズル噴出口より噴射させる事によ
り、前記混合室内が負圧下におかれ、これにより
第１の管路を流れる第２のガス流が導孔より混合
室内に吸引され、ノズル周囲のリング状出口開口
より噴出しながら、ノズル噴出口出口側の第１の
管路内で混合されながら該管路の吹き出し口側に
流出する事となり、結果としてアスピレータ作用
による内部混合が有効に行われる事となる。

又前記内部混合手段はフリーの状態で第１の管
路中に中空保持されるのではなく、前記第１の管
路の内周面側に形成されている保持手段により、
同心状に位置決め保持されている為に、芯ずれ等
が生じる余地がなく、均一且つ安定したな混合流
を得る事が出来る。尚、前記保持後、内部混合手
段と保持手段間を固着させる事は自由である。

尚、本発明の好ましい実施例においては、前記
第２の管路を第１の管路の基端側で所定位置に固
持する事により両端支持となり、精度よく且つ強
固な支持が可能となる。

更に、本発明の好ましい実施例において、前記
内部混合手段の出口部直後の第１の管路上に絞り
部位を形成する事により、前記内部混合手段より
噴出した混合流の流速の促進とアスピレータ機能
を向上させ、より一層均一で且つ安定した混合流
を得る事が出来る。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を
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、
この発明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図は本発明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〜２Ｅ図は第１図の各部位Ａ−A′，Ｂ−B′，
Ｃ−C′，Ｄ−D′，Ｅ−E′の横断面図である。

本実施例に係る酸水素バーナは、石英ガラス管
で形成された内管１と外管２とを有し、該内管１
は基端側に形成した酸素ガス供給口１１より外管
２中心線上に沿つて水平に延伸し、その先端部に
内部混合手段３を溶着している。

内部混合手段３も同様に石英ガラス材で形成さ
れ、下記構成のノズル部３１と混合室３２からな
る。

そしてノズル部３１は第２の管路内径より小径
に形成した通路３１ａを有しその噴出口３１ｂを
第１の管路２内の絞り部２１入口側に位置せしめ
るように、内管１先端側に同心状に溶着させてい
る。

混合室３２は、ノズル部３１外周囲を同心状に
包被可能な円筒状をなし、その周面基側に外管２
を流れるガス流を吸引する導孔３３を穿孔すると
ともに、その先側をノズルテーパ面３４に沿つて
先細状に形成し、ノズル先端周囲に沿つて形成さ
れるリング状出口開口３２ａを設ける。

これにより、内管１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噴出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
により外管２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噴出口出口側で混合さ
れながら絞り部２１より吹き出し口側に流出す
る。

一方外管２は、水素ガス供給口として機能する
ガス供給部位２ａと、該供給部位２ａと連通し前
記内管１を同心状に包被する本体部位２ｂと、前
記内部混合手段３の出口側に延設され、該内部混
合手段３出口開口より噴出した混合ガスを吹き出
し口まで導く導出路部位２ｃからなり、これらの
各部位はいずれも石英ガラス管で所定形状に成形
したものを一体的に溶着し、後記形状の外管２を
形成する。

即ち供給部位２ａは、前記内管１と同径の石英
ガラス管を用い、先端側を内側に曲げ、該先端部
を本体部位２ｂの基端側縁部に溶着している。

本体部位２ｂは、前記混合室３２外径より大な
る石英ガラス管を用いるとともに、基端側を端板
２ｄにて封止している。尚該端板２ｄは後記する
ように内管１を中心線上に固着して支持する機能
も有す。

導出路部位２ｃは、前述した各石英ガラス管に
比して厚肉の石英ガラス管を用い、基側端口部
を、混合室３２先側のテーパ面３４に面接触可能
な摺り鉢状テーパ面２２となすとともに、該テー
パ面２２の先側を所定区間縮径して絞り部２１を
形成し、更に該絞り部２１の先側に拡径した出路
２３を形成した後、その先側を徐々に先細状に吹
き出し口まで穿孔させる。尚、前記導出路部位２
ｃ先側は所定角度折曲し、加工作業の容易化を図
つている。

次にかかる外管２内に前記内管１を組付ける方
法を説明すると、先ず外管２の本体部位２ｂの基
端側を開口させた状態で、内管１を中心線上に沿
つて挿入すると、その先端側の内部混合手段３の
テーパ面３４が、外管２の導出路部位２ｃ側のテ
ーパ面２２をガイドとして嵌合し、この結果、該
内管１が外管２中心線上に保持される事となる。

この状態で外管２本体部位２ｂ基端側を、端板
２ｄを介して内管１を中心線上に固持するととも
に、該端板２ｄにて密封封止する。

この結果、前記内管１先端側に設けた内部混合
手段３がテーパ面３４−２２同士の嵌合により、
外管２と同心上に位置決め保持して配設されると
ともに、前記内管１が前記テーパ面３４−２２と
端板２ｄとにより両端支持となる為に、重力によ
る撓みその他から起因する偏心や偏荷重も生じな
い等、前記本発明の作用効果を円滑に達成し得
る。

第３図は、前記混合流の周囲に水素流を噴出さ
せ、前記実施例より大なる中口径の火炎を形成す
る本発明の他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４Ａ〜
４Ｆ図は第３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。

本実施例は、水素ガスが導入される外管４、該
外管４内に挿設され、酸素ガス導入管６と水素ガ
ス導入管７からなる混合流形成管８、及び該混合
流形成管８と平行に前記外管４内に挿設され、酸
素ガスを導入する内管５とからなる。

混合流形成管８を構成する酸素ガス導入管６と
水素ガス導入管７は、前記実施例に係る外管２と
内管１に対応するもので、その構成を前記実施例
との差異を中心に説明する。

先ず、酸素ガス導入管６はガス供給部６ａ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、外管４内下
側位置よりその中心線と平行に下側に偏心させて
挿設させた後、該混合室３２出口側テーパ面３４
に沿つてテーパ７２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
外管４より外部に露出させた後、更に吹き出し部
として機能する部位４ｄの外管４内の中心線上に
沿つて挿設し、その吹き出し口開口端４ｅまで延
設する。

この際前記水素ガス導入管７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６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
機能させているが、かかる構成では混合室３２外
周と水素ガス導入管７内周面間に水素が流れなく
なる恐れがある為、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を穿設している。

一方、酸素ガスが導入される内管５は、ガス供
給部より外管４内の混合流形成管８上側の空間内
を該混合流形成管８と平行に延設し、一旦外部に
露出させた後、外管４のき出し部２ｄ位内に挿設
し、該吹き出し部２ｄ内で膨出させ、該膨出空間
５１より混合流形成管８周囲より僅かに中心側に
向け傾斜させた複数の分岐管５２を開口端まで延
設する。

又外管４は、供給部位４ａよりその途中位置で
縮径させながら直線状に延設され、その両端側の
端板４ｆと封止部４ｇとにより前記内管５や混合
流形成管８を両端支持する部位４ｂ，４ｃと、前
述した略円筒椀型状の吹き出し部２ｄとして機能
する部位４ｄよりなり、前記分割した両部位４ｃ
−４ｄ間を導管４１で連通させている。

かかる実施例においても、前記酸素ガス導入管
６先端側に設けた内部混合手段３が水素ガス導入
管７内周面とその先端側のテーパ面７３により、
同心上に位置決め保持され、又前記酸素ガス導入
管６は外管４基端側の端板４ｆとにより支持固着
されている為に両端支持となり、而もその外側に
位置する水素ガス導入管７も前記外管４の両端側
端板２ｄにより両端支持されている為に、重力に
よる撓みその他から起因する偏心や偏荷重も生じ
る事なく、本発明の作用効果を円滑に達成し得
る。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、石英ガラス
管を用いて容易に且つ精度よく、内部混合方式の
石英ガラス製バーナが形成される為に、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
材を加工する事が出来、これにより金属等の不純
物が付着させる事なしに、精度よく且つ複雑な形
状の半導体製造治具の加工を容易に行う事が出来
るようになつた。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明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〜２Ｅ図は第１図の各部位Ａ−A′，Ｂ−B′，
Ｃ−C′，Ｄ−D′，Ｅ−E′の横断面図である。第３
図は、前記混合流の周囲に水素流を噴出させ、前
記実施例より大なる中口径の火炎を形成する本発
明の他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４Ａ〜４Ｆ図
は第３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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の石英ガラス管路と、 該第１の管路内の途中位置まで挿設されている
   第２の石英ガラス管路と、 該両管路内を流れる原料ガスを、その出口側に
   位置する第１の管路内で混合噴射させる為に、第
   ２の管路の先端側に取り付けた内部混合手段とを
   有し、 前記内部混合手段を、第２の管路内径より小径
   に形成した通路を有しその噴出口を第１の管路内
   に位置せしめたノズル部と、該ノズル部外周囲を
   同心状に包被し、その周面上に前記第１の管路を
   流れるガス流を吸引する導孔を穿孔するととも
   に、その先端側にノズル先端周囲に沿つて形成さ
   れるリング状出口開口を設けた混合室とにより構
   成するとともに、 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事を特徴
   とする石英ガラス製バーナ。 ２ 前記保持手段が、内部混合手段外径とほぼ同
   径に形成された前記第１の管路内周面である特許
   請求の範囲第１項記載の石英ガラス製バーナ。 ３ 前記保持手段が、内部混合手段の先端側テー
   パ面と面接触可能に前記第１の管路内周面側に形
   成したテーパ部位である特許請求の範囲第１項記
   載の石英ガラス製バーナ。 ４ 前記第２の管路が、その基端側で第１の管路
   と所定位置に固持されている特許請求の範囲第１
   項から第３項までのいずれか１項記載の石英ガラ
   ス製バーナ。 ５ 前記内部混合手段の出口部直後の第１の管路
   の通路上に絞り部位を形成した特許請求の範囲第
   １項から第４項までのいずれか１項記載の石英ガ
   ラス製バーナ。