JPS6370010A - 石英ガラス製バ−ナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特にガス泣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」 従来より半導体ウェハ表面の不純物拡散やＳ膜形成を行
う半導体熱処理システムに用いられる、ウェハ支持ボー
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ェ
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っていたが、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、ウェハ表面に付
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、石英ガラス製の八
−すを用いて加工を行う方法が種々検討されているが１
石英ガラスの場合は金属と異なり、精密な切削加工等が
困難であり又例え回走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１曲げ、拡径や縮径、又は溶若等の
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、外管内に内管な同心状に
貫通させ、該同心状に形成された複数の波路より夫々酸
素と水素を個別に吹き出させ、該吹出し口より加工位訝
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、内管内を波
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八−すの製作は極めて困難であ
った。

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
記の速度と増幅させるノズル部と、該内管の周′、−１
に外管を渣れるガス流を吸引する為の混合室とを設ける
２Ｎ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
−且つ安定しだな混合流を得る上で、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、半導体ウェ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］ｔ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３つの
必須構成要件によって構成された石英ガラス製バーナを
提案する。

■−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の管路内に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占 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−の原料
ガス流が導通ずる隔路管に適用する場合もある。

■該第２の管路の先端側に、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混合−噴射させる内部
混合手段を設けた点 即ち前記内部混合手段を管路途中に設けるのではなく、
第２の管路の先端側に設けた点を特徴とする。

■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 従って前記第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
部混合子役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
テーパ面と面接触回走に前記第１の管路内周面側にテー
パ部位を形成してもよく、更には前記保持手段を、前記
第１の管路内周面側に固設されたリング体により形成し
てもよい。

「作用」 かかる技術手段によれば、前記内部混合手段を管路途中
に設けるのではなく、管路先端側に設ける為に、前記管
路に石英ガラス管を用いても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市が可能となる。

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−且
つ安定しだ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と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ｆ危とな
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波の流速
の促進とアスピレータ機能を向上させ、より一層均−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２Ａ〜２Ｆ図は第
１図の各部位（Ａ−Ａ’　、Ｂ−８’　、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ｌ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中心線上に沿って水
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、内管
１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周面周囲を包被
する円筒状の混合室３２とを有し、該混合室３２は、そ
の大側に外管２を流れるガス波を吸引する導孔３３を穿
孔するとともに、その先側をノズルテーパ面３４に沿っ
て先細状に形成し、出口開口となすよう構成する。

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出口開口より噴射させる氷により、前記混合室３
？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出ロ開ロ側で
混合されながえら絞り部２１より吹き出し口側に泣出す
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ｌ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ｌ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、大側端口部を、混合室３２先
側のテーパ面３４に面接触可能な摺り林状テーパ面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
径した導出路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ってい
る。

次にかかる外管２内に前記内管ｌ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を中心線上に沿って挿入すると、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ｌ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ｌ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ｌ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ｌ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−８’　、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８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Ｂと水素ガス
導入管７は、前記実施例に係る外管２と内管ｌ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Ｂはガス供給部８ａより、拡径さ
れた水素ガス導入管７内に中心線に沿って挿設され、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３
２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した後、該混合室３２出
ロ側テ一パ面３４に沿ってテーパ７２状に縮径した後、
混合流の導路として機ｔ＠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内の中心線上に沿って
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？ｂ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Ｂ先側に設けた内部混合手段３外周
が該内周面に沿って挿入可能にして且つ同心−ヒに保持
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外周の軸線上に沿って複数のリブｙｔ３５を凹設
し、該リブ構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
の吹き出し部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
僅かに中心側に向は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ａ２ｄとして機能する部位４ｄよりなり、前記分割し
た両部位４ｃｍ４ｄ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８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
の先端側のテーバ面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４
ｆ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本なしに、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
が出来るようになった。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

ｆ５１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２Ａ〜２Ｆ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−８’　、Ｃ−Ｃ”　、Ｄ−０°、Ｅ−Ｅ
’、Ｆ−Ｆ’　）の横断面図である。 第４八図 手糸完ネ１１１正書　　（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６１年特許願第２１２７８７号 ２、発明の名称 石英ガラス製バーナ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称（氏名）　　株式会社　山形信越石英４、代理人　
〒１０４　　廿５５２−２５４４昭和６１年１１月２５
日「発送日」 ６、補正の対象 明細書中「図面の簡単な説明」の欄 ７、補正の内容 明細書中「図面の簡単な説明」の欄、第１１行目より第
２行目に記載のし剃ハニ芦凶−に、［第２Ａ〜２Ｅ図に
１　と補正する。 以」

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の管路内に挿設さ
   れた第２の石英ガラス管路とを有し、該第２の管路の先
   端側に、アスピレータ作用により前記両管路内を流れる
   原料ガスを混合−噴射させる内部混合手段を設けるとと
   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）前記保持手段が、前記第１の管路内周面側に固設さ
   れたリング体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 ５）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４項
   までのいずれか１項記載の石英ガラス製バーナ ６）前記内部混合手段の出口部直後の第１の管路上に絞
   り部位を形成した特許請求の範囲第１項から第５項まで
   のいずれか１項記載の石英ガラス製バーナ