KR20190020238A - Qurtz glass vaccum melting apparatus and melting method - Google Patents

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KR20190020238A
KR20190020238A KR1020170104518A KR20170104518A KR20190020238A KR 20190020238 A KR20190020238 A KR 20190020238A KR 1020170104518 A KR1020170104518 A KR 1020170104518A KR 20170104518 A KR20170104518 A KR 20170104518A KR 20190020238 A KR20190020238 A KR 20190020238A
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heat insulating
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KR1020170104518A
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김영주
박영식
송준백
정연웅
손원근
우대현
이주호
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(주) 디에스테크노
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Abstract

An upper heating type quartz glass vacuum melting apparatus of the present invention includes: a cylindrical crucible which is formed in a container shape to receive a quartz glass powder injected thereinto so as to be melted; an insulating material which covers an outer portion of the crucible; a passage for an upper injection port (11), which is formed in the top surface of the insulating material (20); a passage for a lower exhaust port (12), which is formed in the bottom surface of the insulating material; an upper heater (40) which is formed between an upper portion of the crucible (50) and the top surface of the insulating material (20); and a lower heater (30) which is formed between the bottom surface of the crucible (50) and a lower surface of the insulating material (20). Argon and nitrogen gas are injected into the upper injection port, a pump is connected to the lower exhaust port to form a vacuum, the crucible is porous such that the argon and nitrogen gas pass through the crucible, the upper and lower heaters each have a gap formed therein such that the argon and nitrogen gas pass through the upper and lower heaters, and the argon and nitrogen gas injected into the upper injection port sequentially pass through the quartz glass powder or a melt of the quartz glass powder within the crucible, the lower surface of the crucible (50), and the lower exhaust port. The present invention provides manufacturing apparatus and method which minimize cracking of large diameter high purity transparent quartz glass, prevent the large diameter high purity transparent quartz glass from being contaminated with impurities, and can manufacture the large diameter high purity transparent quartz glass with good productivity. Therefore, the present invention can manufacture large diameter quartz glass with high uniformity by suppressing the impurities to 5 ppm or lower and reducing the generation of bubbles in a quartz melt.

Description

상부 가열식 석영유리 진공 용융 장치 및 방법{QURTZ GLASS VACCUM MELTING APPARATUS AND MELTING METHOD} Top heating quartz glass vacuum melting apparatus and method {QURTZ GLASS VACCUM MELTING APPARATUS AND MELTING METHOD}

본 발명은 상부 가열식 석영유리 진공 용융 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 전기 가열 방식을 사용하면서도, 직경 1,000mm , 높이 500mm 이상의 대구경의 석영유리 제조가 가능하고, 대구경의 석영 유리를 제조하면서도 기포를 효율적으로 제거하여 고 순도의 석영 유리의 제조가 가능하도록 하는 석영유리 진공 용융 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a top heating quartz glass vacuum melting apparatus and method, and in particular, it is possible to manufacture a large diameter quartz glass with a diameter of 1,000 mm and a height of 500 mm or more while using an electric heating method, and efficiently produce bubbles while producing a large diameter quartz glass. The present invention relates to a quartz glass vacuum melting apparatus and method which can be removed to enable the production of high purity quartz glass.

기존의 투명 석영 유리의 제조 방법은, 석영 유리 분말을 가열로를 이용하여 진공 용융시켜 제조하는 방법과 산수소 불꽃에 의해 용융시키는 방법이 알려져있다. 그리고, 상기 석영 분말은 천연 제품을 사용하고, 내열성은 우수하지만 반도체 등의 공정에 적용하기 위하여서는 주변 재료의 고순도 화의 엄격한 제조 장치의 필요성에 대한 문제가 발생할 수 밖에 없는 실정이다. 또한 상기 천연 크리스탈 분말의 고순도 화 처리도 행해지고 있지만, 종래 방법 만으로는 용이하게 OH- 를 5ppm 이하로 억제하는 것은 용이한 것 만은 아니다. As a conventional method for producing transparent quartz glass, there are known methods of melting a quartz glass powder by vacuum melting using a heating furnace and melting by an oxyhydrogen flame. In addition, the quartz powder uses a natural product and has excellent heat resistance, but in order to be applied to a process such as a semiconductor, there is a problem in that a necessity of a strict manufacturing apparatus of high purity of the surrounding material may arise. Moreover, although the high purity treatment of the said natural crystal powder is performed, it is not only easy to suppress OH <-> 5 ppm or less easily by the conventional method only.

따라서, 합성 비정질 실리카 분말의 퇴적 체를 소결하는 VAD 법, 또는 규산 알콕사이드의 가수 분해에 의해 얻어지는 비정질 실리카 분말을 소결하는 졸 겔법에 의한 석영 유리 등이 검토되고 있다. 그러나 합성 비정질 실리카 분말을 이용한 경우에는 고순도 화는 가능하지만, 내열성도 떨어지고 천연 크리스탈 원료를 이용한 석영 유리에 비해 특성도 좋지 않게 된다.Therefore, the quartz glass by the VAD method which sinters the deposit of synthetic amorphous silica powder, or the sol-gel method which sinters the amorphous silica powder obtained by the hydrolysis of the alkoxide silicate, etc. is examined. However, when synthetic amorphous silica powder is used, high purity is possible, but heat resistance is also lowered, and properties are poor compared to quartz glass using natural crystal raw materials.

이러한 문제점을 해결하기 위해 제안 된 방법으로 비정질 실리카를 결정화 용융하여 제조하는 방법도 제시되고 있는 실정이지만, 알칼리, 또는 알루미나 등의 결정화 촉진제를 혼합시킴에 따른 불순물의 함유 문제가 발생되게 된다. 그리고, 이러한 불순물은 제품의 투명성을 떨어지게 하는 원인이 되기도 한다. In order to solve this problem, a method of crystallizing and manufacturing amorphous silica as a proposed method is also proposed. However, a problem of containing impurities is caused by mixing a crystallization accelerator such as alkali or alumina. In addition, such impurities may cause a decrease in transparency of the product.

물론, 대한 민국 공개 특허(대한민국 특허 공개번호 : 10-2008-0097260) 에는 "할로겐 사용 가스 Cl2, 가스 농도 200cc/min 이상, 열처리 온도 950℃ 이상, 열처리 시간 10시간 이상으로 석영 유리 내의 OH기를 제거하고; 할로겐 제거 가스로서 H2, 가스 농도 200cc/min 이상, 열처리 온도 950℃ 이상, 열처리 시간 10시간 이상으로 잔류 할로겐을 제거하고; 가상온도 1050℃ 이하가 되도록 서냉 열처리하여; 균일한 OH 및 할로겐 함량을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 석영유리 내의 OH 함량을 제어하는 방법."이 제시되고 있으며, 대한민국 등록 특허(대한민국 등록 번호 : 10-1378748에는 "파장 245㎚의 자외광에 대한 두께 10㎜에서의 내부 투과율이 95% 이상이며, 또한 OH 함유량이 5ppm 이하, Li, Na, K, Mg, Ca, Cu의 함유량이 각각 0.1ppm 미만이고, 1215℃에 있어서의 점성률은 1011.5 ㎩·s 이상인 것을 특징으로 하는 용융 석영 유리."를 제시하고 있다. Of course, the Republic of Korea published patent (Korean Patent Publication No. 10-2008-0097260) has a "halogen use gas Cl2, gas concentration 200cc / min or more, heat treatment temperature 950 ℃ or more, heat treatment time 10 hours or more to remove the OH group in the quartz glass H2 as a halogen removal gas, gas concentration of 200 cc / min or more, heat treatment temperature of 950 ° C. or more, residual halogen removed at a heat treatment time of 10 hours or more; slow cooling to a virtual temperature of 1050 ° C. or less; uniform OH and halogen content The method for controlling the OH content in the quartz glass characterized in that it has a. "And the Republic of Korea Patent (Republic of Korea Registration No .: 10-1378748)" inside at 10mm thickness for ultraviolet light of wavelength 245nm. The transmittance is 95% or more, the OH content is 5 ppm or less, the Li, Na, K, Mg, Ca, and Cu content is less than 0.1 ppm, respectively, and the viscosity at 1215 ° C is 1011.5 Pa.s Molten quartz glass, characterized in that. Is presented. "

하지만, 상기의 특허 기술은 직경 1,000mm , 높이 500mm 이상의 대구경의 석영유리 제조가 가능하면서도 기포를 효율적으로 제거하여 고 순도의 석영 유리의 제조가 가능하도록 하는 기술을 제공하는 것은 아니다. However, the above patented technology does not provide a technology capable of producing a large diameter quartz glass with a diameter of 1,000 mm and a height of 500 mm or more, but efficiently removing bubbles to enable the production of high purity quartz glass.

결과적으로, 대 구경의 고순도 석영 유제 제조를 위하여, 불순물을 최소화하고 기포를 제거하면서도 바람직한 온도 구배를 가지는 고순도 석영 유리 제조 기술의 개발이 절실한 실정이다. As a result, for the production of high-purity quartz emulsions with large diameters, there is an urgent need to develop high-purity quartz glass manufacturing techniques having a desirable temperature gradient while minimizing impurities and removing bubbles.

선행기술 1 : 대한민국 특허 공개번호 :10-2008-0097260(2008년11월05일)Prior Art 1: Republic of Korea Patent Publication Number: 10-2008-0097260 (November 5, 2008) 선행기술 2 : 대한민국 등록 번호 : 10-1378748(2014년03월21일)Prior Art 2: Republic of Korea Registration Number: 10-1378748 (March 21, 2014)

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 직경 1,000mm , 높이 500mm 이상의 대구경의 석영유리 제조가 가능하면서도 기포를 효율적으로 제거하므로서, 크랙(crack) 발생이 최소화 되고 아울러 불순물도 줄이는 효과를 가지는 대 구경의 석영 유리의 제조가 가능하도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, it is possible to manufacture a large diameter quartz glass of 1,000mm in diameter, 500mm or more in height while removing the bubbles efficiently, thereby minimizing the occurrence of cracks and at the same time reduce the impurities It is an object to provide a technique that enables the production of large diameter quartz glass.

상기 목적은, 원통형이면서 용기 형상인 도가니와, 상기 도기니 외부를 깜싸는 단열재가 구비되고, 상기 도가니 내부에는 석영 유리 분말이 용융되기 위하여 투입되어 지고, 상기 단열재(20)의 상부면에는 상부 주입구(11)의 통로가 만들어지고, 상기 단열재의 하부면에는 하부 배기구(12)의 통로가 만들어지게 되고, 상기 도가니(50) 상부와 단열재(20)의 상부면 사이에 상부 히터(40)가 구비되고, 상기 도가니(50)의 아래면과 상기 단열재(20)의 하부면 사이에 하부 히터(30)가 구비되고, 상기 상부 주입구에는 아르곤과 질소 가스가 주입되고, 상기 하부 배기구에는 펌프가 연결되어 진공이 만들어지고, 상기 도가니는 다공성으로 상기 아르곤과 질소 가스가 통과되고, 상기 상부 히터와 하부 히터에는 각각 틈새가 존재하여 상기 아르곤과 질소 가스가 통과되고, 상기 상부 주입구에서 주입되는 아르곤과 질소 가스는 도가니 내부의 석영 유리 분말 혹은 석영 유리 분말의 용융물을 통과하여 도가니(50) 하부면을 통과하고, 하부 배기구를 통과하므로서 달성된다. The object is a crucible having a cylindrical shape and a container, and a heat insulating material surrounding the outside of the crucible is provided, and the inside of the crucible is injected to melt the quartz glass powder, and an upper injection hole is formed on the upper surface of the heat insulating material 20. A passage 11 is made, and a lower exhaust port 12 is formed in a lower surface of the heat insulating material, and an upper heater 40 is provided between the upper portion of the crucible 50 and the upper surface of the heat insulating material 20. The lower heater 30 is provided between the lower surface of the crucible 50 and the lower surface of the heat insulator 20, argon and nitrogen gas are injected into the upper inlet, and a pump is connected to the lower exhaust port. The vacuum is made, the crucible is porous and the argon and nitrogen gas is passed, the gap between the upper heater and the lower heater, respectively, the argon and nitrogen gas is passed, Argon and nitrogen gas injected from the upper injection hole is achieved by passing through a melt of quartz glass powder or quartz glass powder inside the crucible, passing through the lower surface of the crucible 50, and passing through the lower exhaust port.

그리고, 본원 발명의 또 다른 실시예로서, 원통형이면서 용기 형상인 도가니와, 상기 도기니 외부를 깜싸는 단열재가 구비되고, 상기 도가니 내부에는 석영 유리 분말이 용융되기 위하여 투입되어 지고, 상기 단열재(20)의 상부면에는 상부 주입구(11)의 통로가 만들어지고, 상기 단열재의 하부면에는 하부 배기구(12)의 통로가 만들어지게 되고, 상기 도가니(50) 상부와 단열재(20)의 상부면 사이에 상부 히터(40)가 구비되고, 상기 도가니(50)의 아래면과 상기 단열재(20)의 하부면 사이에 하부 히터(30)가 구비되는 상부 가열식 석영유리 진공 용융 방법은, 석영 유리 분말을 상기 도가니(50) 내부에 투입하고, 하부 배기구(12)에 연결되어 있는 펌프에 의하여 진공이 만들어지는 배기를 시작하고, 상부 히터와 하부 히터를 가열하여 온도를 높이게 되는 1 단계, 상기 도가니(50) 내부에 존재하는 석영 유리 분말인 원료 상부가 원료 하부 보다 먼저 용융되는 2 단계, 상기 도가니(50) 내부에 존재하는 석영 유리 분말인 원료 전체가 용융되고, 상기 용융 상태를 일정 시간 유지시켜 주는 3 단계, 상기 상부 히터와 상기 하부 히터의 전원을 차단하여 off 한 다음, 질소를 상압까지 주입하는 4 단계를 포함하고, 상기 상부 주입구에서 주입되는 아르곤과 질소 가스는 도가니 내부의 석영 유리 분말 혹은 석영 유리 분말의 용융물을 통과하여 도가니(50) 하부면을 통과하고, 하부 배기구를 통과한다. In addition, as another embodiment of the present invention, a crucible having a cylindrical shape and a container and a heat insulating material surrounding the outside of the crucible are provided, and the inside of the crucible is injected to melt the quartz glass powder, and the heat insulating material 20 A passage of the upper injection hole 11 is made in the upper surface of the), and a passage of the lower exhaust port 12 is made in the lower surface of the heat insulating material, between the upper portion of the crucible 50 and the upper surface of the heat insulating material 20. The top heating quartz glass vacuum melting method in which the upper heater 40 is provided and the lower heater 30 is provided between the lower surface of the crucible 50 and the lower surface of the heat insulator 20 is characterized in that the quartz glass powder The first step is to put the inside of the crucible 50, start exhausting the vacuum is made by the pump connected to the lower exhaust port 12, and to heat up the upper heater and the lower heater to increase the temperature, Step 2 in which the upper part of the raw material, which is the quartz glass powder present in the crucible 50, is melted before the lower part of the raw material, and the whole raw material of the quartz glass powder present in the crucible 50 is melted, and the molten state is maintained for a predetermined time. 3 steps of making, and turning off the power of the upper heater and the lower heater, and then injecting nitrogen to the normal pressure, and the argon and nitrogen gas injected from the upper inlet is quartz glass powder in the crucible Alternatively, the mixture passes through the melt of the quartz glass powder, passes through the lower surface of the crucible 50, and passes through the lower exhaust port.

본 발명은 대 구경의 고순도 투명 석영 유리를 크랙이 최소화되고 불순물에 오염시키지 않고 생산성도 양호하게 제조 가능한 제조 장치 및 방법을 제공하여, 불순물을 각각 5ppm 이하로 억제 할 수 있고, 석영 용융물 내에 기포 발생을 줄일 수 있도록 하므로서 균일성이 높은 대 구경의 석영 유리를 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하게 된다The present invention provides a manufacturing apparatus and method capable of producing a large-caliber high-purity transparent quartz glass with a minimum of cracks and contaminating impurities without satisfactory productivity, so that impurities can be suppressed to 5 ppm or less, and bubbles are generated in the quartz melt. It is possible to provide a device and a method for manufacturing a high uniformity large diameter quartz glass by reducing the

도 1은 종래의 전기 용융법의 석영유리 제조장치를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 2는 본원 발명의 상부 가열식 석영유리 진공용융 장치 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본원 발명의 석영 유리를 제조 장치에서 도가니와 단열재의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원 발명의 석영 유리를 제조하는 제조 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure of the Example which shows the quartz glass manufacturing apparatus of the conventional electric melting method.
2 is a view showing the structure of the top heating quartz glass vacuum melting apparatus of the present invention.
Figure 3 is a view showing the structure of the crucible and the heat insulating material in the quartz glass manufacturing apparatus of the present invention.
4 is a view of an embodiment showing a manufacturing method for producing the quartz glass of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예에 상부 가열식 석영유리 진공 용융 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하기 위해 필요한 통상의 기술에 대해서는 상세 설명을 생략할 수 있다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with respect to the top heating quartz glass vacuum melting apparatus and method. In addition, detailed description can be abbreviate | omitted about the normal technique which is necessary for demonstrating this invention.

본원 발명에서는 천연 석영 분말(powder)를 사용하며, 사용되는 파우더의 입자는 200㎛이하(1㎛이상에서 200㎛이하일 수 있음.)이며, 하지만 이 외에의 입자 크기를 가진 석영 분말 도 사용이 가능하다. In the present invention uses a natural quartz powder (powder), the particles of the powder used is less than 200㎛ (may be less than 200㎛ in 1㎛), but can also be used in addition to the quartz powder having a particle size Do.

본원 발명이 적용되는 진공용융방식은 주로 석영유리 실린더를 제조하거나, 산·수소용융 잉곳을 resizing 하여 직경 늘리는데 적용한다. The vacuum melting method to which the present invention is applied is mainly applied to manufacturing a quartz glass cylinder or increasing the diameter by resizing an acid-hydrogen ingot.

반도체 공정 및 다양한 광학 공정 등에 사용하기 위한 고순도 석영유리를 제작하기 위하여서는 대구경의 크가기 요구되는 실정이며, 또한 기포 발생도 적어야 하고 크랙도 최소환으로 유지되어야 하는 문제가 존재한다. In order to manufacture high-purity quartz glass for use in semiconductor processes and various optical processes, large diameters are required to be large, and there are problems in that fewer bubbles are generated and cracks are kept to a minimum.

아울러 불순물도 최소화되어야 할 필요가 있고, 특히 Li, Na, Mg, Ca, K, Al, Ti, Cr, Ni, Zn, Zr, Mo, Fe 등 금속 불순물은 20 ppm 이하가 좋으며((상기 금속 중에서 가장 농도가 높은 Al의 함유량은 10 ppm 이하이어야 함.)), 또한, Cl2 등을 포함한 기타 불순물의 함유량도 10ppm 이하가 좋고, OH 기의 함유량도 5ppm 이하이어야 한다. 아울러, 1200 ℃에서의 점도 값이 1012.0 정도 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 특정 불순물의 함유량이 높으면 자외선 영역의 광 투과율이 저하하는 경향이 커지므로, 불순물 제어가 반드시 필요한 실정이다. In addition, impurities also need to be minimized. In particular, metallic impurities such as Li, Na, Mg, Ca, K, Al, Ti, Cr, Ni, Zn, Zr, Mo, Fe, and the like are preferably 20 ppm or less ((from the above metals). The content of Al, which has the highest concentration, should be 10 ppm or less.)), And the content of other impurities including Cl 2 and the like should be 10 ppm or less, and the content of OH groups should be 5 ppm or less. In addition, it is preferable to maintain the viscosity value in 1200 degreeC about 1012.0. In other words, when the content of the specific impurity is high, the tendency of the light transmittance in the ultraviolet region is decreased, so that impurity control is necessarily required.

한편, 상기 고순도 투명 석영 유리의 경우 1200 ℃에서의 점도 값이 1012.0 포이즈 미만이면 반도체 공정시에 필요한 1200 ℃의 열처리시에 변형되어 버리기 때문에 불량이 방생될 수 있는 불편을 발생하므로, 1013.0 포이즈 이상으로 하는 것이 좋지만 이러한 구체적인 방법 또한 제시되지 않고 있는 실정이다. 하지만 본 발명에서는 상부와 하부에 히터를 구비하여 바람직한 온두 구배를 유지하도록 하는 방법을 제시하므로서, 이러한 문제점도 해결할 수 있는 제조 장치를 제공하게 된다. On the other hand, in the case of the high-purity transparent quartz glass is less than 1012.0 poise viscosity value at 1200 ℃ is deformed during the heat treatment of 1200 ℃ necessary for the semiconductor process, so the inconvenience that may cause the defect occurs, more than 1013.0 poise It is good to do this, but these specific methods are not suggested. However, the present invention provides a manufacturing apparatus that can solve such a problem by providing a method for maintaining a desirable warm head gradient by providing a heater at the top and the bottom.

특히 본원 발명에서 균일한 석영 유리 용융 공정을 수행하기 이하여 때로는 석영 유리의 점도를 측정할 필요가 있으며, 석영유리는 일반유리와 달리 융점이 높고 고온 점도가 높기 때문에 고온에서의 점도 측정이 쉽지 않다. 점도 측정방법으로는 Beam bending method, Cantilever beam bending method, Torsion method, Falling ball method 등이 있다. Beam bending method와 Cantilever beam method는 1100∼1500℃에서 109∼1016 Pa·s의 점도 측정이 가능하고, Torsion method는 1500∼2200℃에서 105∼108 Pa·s의 점도 측정이 가능하고, Falling ball method는 2300℃ 이상에서 104 Pa·s 이상의 점도 측정이 가능하다. 고온에서 사용되는 석영유리의 내열성 확인을 위한 점도 측정에는 Beam bending method와 Cantilever beam bending method 만이 가능하다. 이 중에서 본 발명에서 는 간단히 측정할 수 있는 Cantilever beam bending method를 이용하여 석영유리의 점도를 측정하게 된다. In particular, in order to perform a uniform quartz glass melting process in the present invention, it is sometimes necessary to measure the viscosity of quartz glass, and unlike ordinary glass, quartz glass has a high melting point and high temperature viscosity, making it difficult to measure viscosity at high temperatures. . Viscosity measurement methods include beam bending method, cantilever beam bending method, torsion method, and falling ball method. Beam bending method and cantilever beam method can measure the viscosity of 109 ~ 1016 Pa · s at 1100 ~ 1500 ℃, Torsion method can measure the viscosity of 105 ~ 108 Pa · s at 1500 ~ 2200 ℃, and falling ball method The viscosity measurement of 104 Pa.s or more is possible at 2300 degreeC or more. Only the beam bending method and the cantilever beam bending method are available for measuring the viscosity to check the heat resistance of quartz glass used at high temperature. Among them, in the present invention, the viscosity of the quartz glass is measured using a cantilever beam bending method which can be easily measured.

또한, 석영유리의 열팽창계수는 TDA(Thermal Dilatometric Analyzer)를 이용하여 측정하였다. 열팽창계수 측정용 시편은 직경 5mm x 길이 50mm의 막대 형태로 제작하였다. 측정온도는 상온~500℃ 범위로 하였고, 승온 속도는 5℃ /min으로 하였다. 열팽창계수와 OH 함량과의 관계를 규명하기 위해서 샘플들 중 OH 함량을 각각 변화시켜 가며 측정 값을 구할 수도 있다. 일반적으로 석영 유리의 열평창 계수의 값은 0.45x10-6/K, 혹은 0.55x10-6/K이며, OH기의 함량이 증가할수록 열팽창계수가 증가하는 경향을 보여주기 때문에, OH기의 함량을 최소화하여 석영 유리의 열팽창 계수를 최소화 하므로서 품질 좋은 고 순도 석영 유리를 제조할 수 있는 방법이 제시될 수가 있게 된다. In addition, the thermal expansion coefficient of quartz glass was measured using TDA (Thermal Dilatometric Analyzer). The specimen for measuring the coefficient of thermal expansion was produced in the form of a rod 5 mm in diameter x 50 mm in length. The measurement temperature was in the range of room temperature to 500 ° C., and the temperature increase rate was 5 ° C./min. To determine the relationship between the coefficient of thermal expansion and the OH content, the measured value may be obtained by varying the OH content of the samples. Generally, the coefficient of thermal expansion of quartz glass is 0.45x10 -6 / K, or 0.55x10 -6 / K. Since the coefficient of thermal expansion tends to increase as the content of OH groups increases, By minimizing the coefficient of thermal expansion of the quartz glass by minimizing it can be suggested a method for producing a high quality quartz glass of high quality.

도 1은 종래의 전기 용융법의 석영유리 제조장치를 나타낸 실시예의 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure of the Example which shows the quartz glass manufacturing apparatus of the conventional electric melting method.

즉, 도 1은 본 발명이 적용되는 전기용융법의 종래 방법을 나타낸 석영 유리 제조 장치로서 챔버(10) 내에 수정 분말을 전기로 용융하는 방법이며, 전기로 내에서 고온으로 가열하기 때문에 석영유리 중에 수분은 거의 함유되지 않는다. That is, Fig. 1 is a quartz glass manufacturing apparatus showing a conventional method of the electrofusion method to which the present invention is applied, and is a method of melting quartz crystal with electricity in the chamber 10. It contains little moisture.

일반적으로 종래의 전기 용용 법은 상기 챔버(10) 측면 히터(35)를 구비하여 전기 용융 시키는 방법이며, 도가니(Mold)(50) 내에 석영 분말을 투입하고, 도가니 주변의 측면 히터(40)를 통하여 열을 가하므로서 석영 분말을 용융하게 된다. 그리고, 챔버와 히터 사이에 단열벽(20)을 구비하여 열 에너지 효율을 높일 수 있도록 한다. 여기서 단열벽(20)의 재료는 내화 벽돌이나 세라믹 재료가 사용된다. In general, the conventional melting method is a method of electrically melting by providing the side heater 35 of the chamber 10, and injects quartz powder into the crucible 50 and applies the side heater 40 around the crucible. Melting the quartz powder by applying heat through. Then, the insulating wall 20 is provided between the chamber and the heater to increase the thermal energy efficiency. Here, as the material of the heat insulation wall 20, a fire brick or a ceramic material is used.

그리고, 챔버의 배출구를 구비하여 펌프(80)를 사용 진공을 만들 수도 있으며, 또한 챔버의 배출구에 필터(70)를 구비하도록 하게 된다.In addition, the pump 80 may be used to make a vacuum using the discharge port of the chamber, and the filter 70 may be provided at the discharge port of the chamber.

석영 유리 용융 제조 공정의 분위기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 결정화 후 결정체 중에 존재하는 공기를 최소화하기 위하여 진공 분위기에서 공정을 수행하거나 또는 헬륨 가스 분위기 중에서 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 그리고 진공 분위기에서 공정을 수행하기 위해서는 진공도가 10-1torr 이하, 바람직하게는 10-2torr 이하를 유지하는 것이 바람직하다. Although the atmosphere of the quartz glass melting production process is not particularly limited, it is preferable to perform the process in a vacuum atmosphere or in a helium gas atmosphere to minimize the air present in the crystals after crystallization. In order to perform the process in a vacuum atmosphere, it is preferable to maintain a vacuum degree of 10 −1 torr or less, preferably 10 −2 torr or less.

그리고, 석영 유리 공정의 가열 온도도 과열되지 않은 적당한 수준(유리 전이 온도 이상의 융점이 고려된 온도)의 온도가 유지되는 것이 좋으며, 바람직하기에는 l350 ℃ 이상 1650 ℃ 이하. 또한 더욱 바람직하게는 1450 ℃ 이상 1600 ℃ 이하가 된다. 즉, 상기 공정에서 용융 처리하는 성형체의 결정은 쿠리스토바라이토 구조이기 때문에 가열 온도가 융점 이상인 것이 바람직하다는 것이다.In addition, it is preferable to maintain a temperature at a suitable level (temperature at which melting point above the glass transition temperature is considered) in which the heating temperature of the quartz glass process is not overheated, preferably l350 ° C or more and 1650 ° C or less. More preferably, they are 1450 degreeC or more and 1600 degrees C or less. That is, since the crystal | crystallization of the molded object melt-processed at the said process is a Kurisutobarito structure, it is preferable that heating temperature is more than melting | fusing point.

그러므로 경우에 따라서는 1713 ℃ 이상이 필요할 때도 있고, 완전히 용해시키기 위해 1750 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 1800 ℃ 이상이 필요한 경우도 있게 된다. 죽, 1800 ℃ - 2200 ℃ 공정 온도도 유지될 필요가 있다는 것이다.Therefore, in some cases, 1713 ° C or more may be required, and 1750 ° C or more, more preferably 1800 ° C or more may be required in order to completely dissolve. Porridge, 1800 ℃-2200 ℃ process temperature also needs to be maintained.

아울러, 상기의 공정은 불순물의 오염이 없는 것이 바람직하며, 최적화 공정을 통하면 불순물 제거 작업을 별도로 수행하지 않고도 고순도 석영 유리를 제조할 수가 있게 된다.In addition, the above process is preferably free of contamination of impurities, and through the optimization process, high purity quartz glass can be manufactured without performing impurity removal.

반도체 공정등에 사용하기 위한 고순도 석영유리의 목적을 달성하기 위하여서는 Li, Na, Mg, Ca, K, Al, Ti, Cr, Ni, Zn, Zr, Mo, Fe 등 금속 불순물은 20 ppm 이하가 좋으며,(상기 금속 중에서 가장 농도가 높은 Al의 함유량은 10 ppm 이하이어야 함.)또한, Cl2 등을 포함한 기타 불순물의 함유량도 10ppm 이하가 좋고, OH 기의 함유량도 5ppm 이하이어야 한다. 아울러, 1200 ℃에서의 점도 값이 1012.0 정도 유지하는 것이 바람직하다. In order to achieve the purpose of high-purity quartz glass for use in semiconductor processes, metal impurities such as Li, Na, Mg, Ca, K, Al, Ti, Cr, Ni, Zn, Zr, Mo, Fe, etc. should be 20 ppm or less. (The content of Al, which has the highest concentration among the metals, should be 10 ppm or less.) In addition, the content of other impurities including Cl2 and the like should be 10 ppm or less, and the content of OH groups should be 5 ppm or less. In addition, it is preferable to maintain the viscosity value in 1200 degreeC about 1012.0.

하지만, 종래에는 OH 기 함유량도 20ppm 이하인 경우가 대부분이어서, 현실적으로 5 ppm 이하를 유지하기 위한 방법을 제시하는 것이 매우 어려운 실정이었다. 그리고, 고온 하에서의 석영 유리의 점성 값을 개선하여 12OO ℃에서의 점도 값이 1012.0 포이즈 정도가 좋다. However, in the past, the OH group content is also in most cases of 20 ppm or less, and it is very difficult to present a method for maintaining 5 ppm or less in reality. And the viscosity value of quartz glass under high temperature is improved, and the viscosity value in 12OO degreeC is about 1012.0 poise.

결과적으로 상부에 직접 배기구(60)가 연결되도록 하므로서 오염도를 획기적으로 줄일 수 있도록 하는 것이다. 그리고, 상기 배기구(60)에는 진공 펌프(80)가 연결되고. 배기구 중간에 필터(70)가 더 구비되어 도가니에서 발생되는 증기의 오염물을 걸러 주어 챔버 내의 오염도를 최소화 할 수가 있다. As a result, the exhaust port 60 is directly connected to the upper portion to significantly reduce the pollution degree. In addition, a vacuum pump 80 is connected to the exhaust port 60. The filter 70 is further provided in the middle of the exhaust port to filter the contaminants of the steam generated in the crucible, thereby minimizing the degree of contamination in the chamber.

한편, 불활성 가스인 아르곤(Ar)과 질소(N2)는 도 1에 도시된 바와 같이 장치 측면에서 공급되게 된다, 즉, 불활성 가스 분위기에서 석영 유리는 제조된다. On the other hand, argon (Ar) and nitrogen (N 2 ), which are inert gases, are supplied from the side of the apparatus as shown in FIG. 1, that is, quartz glass is produced in an inert gas atmosphere.

도 2는 본원 발명의 상부 가열식 석영유리 진공용융 장치 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the structure of the top heating quartz glass vacuum melting apparatus of the present invention.

도면에서 보는 바와 같이, 석영 분말을 용융 시키는 도가니(50) 외부에 단멸재(20)가 구비되고, 도가니(50) 상부에 상부 히터(40), 도가니(50) 하부에 하부 히터(30)가 각각 구비된다.As shown in the drawing, the extinguisher 20 is provided outside the crucible 50 for melting the quartz powder, the upper heater 40 on the crucible 50, the lower heater 30 on the bottom of the crucible 50 is Each is provided.

그리고, 종래에는 도 1의 실시예에서처럼 장치 측면에서 불활성 가스인 아르곤(Ar)과 질소(N2)가 주입되지면, 본원 발명에서는 장치 상부에서 불활성 가스인 아르곤(Ar)과 질소(N2)가 주입된다.And, in the prior art, also inert gases such as argon (Ar) and nitrogen in the apparatus side, as in embodiment of the 1 (N 2) The surface is not injected, in the present invention the inert gas is argon (Ar) and nitrogen from the upper apparatus (N 2) Is injected.

즉, 내부에서 석영 유리 분말이 용융되는 도가니(50) 외부에 단열재(20)가 위치하고, 상기 단열재는 챔버(10)가 감싸고 있게 된다. 그리고, 상기 챔버(10) 상부에 주입구(11)가 구비되어. 상기 주입구(11)에서 아르곤(Ar)과 질소(N2)가 주입되고. 상기 챔버 하부에 하부 배기구(12)가 구비되고, 상기 하부 배기구(12)에서 배기가 일어나게 된다. That is, the heat insulating material 20 is located outside the crucible 50 in which the quartz glass powder is melted inside, and the heat insulating material is surrounded by the chamber 10. In addition, an injection hole 11 is provided in the chamber 10. Argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) is injected from the inlet (11). The lower exhaust port 12 is provided at the lower part of the chamber, and exhaust occurs at the lower exhaust port 12.

또한, 도 2에서는 도시 생략되었지만, 상기 배기구(12)에는 도 1의 실시예의 도면에서처럼 펌프(80) 연결하여 진공을 만들고, 펌프와 배기구 사이에 필터(70)를 구비하여 오염을 줄이도록 한다.In addition, although not shown in FIG. 2, the exhaust port 12 is connected to the pump 80 to make a vacuum as shown in the embodiment of FIG. 1, and a filter 70 is provided between the pump and the exhaust port to reduce contamination.

아울러, 본원 발명에서의 도가니는 다공성 그라파이트를 사용하여 제조한다. 또한 본원 발명에서는 도가니의 직경이 도가니의 높이보다는 커야 하는 특징을 가지게 된다. 즉, 직경이 큰 직경 1,000mm , 높이 500mm 이상의 대구경의 석영 유리를 제조하는 것을 목적으로 한다. In addition, the crucible in the present invention is prepared using porous graphite. In addition, the present invention has a feature that the diameter of the crucible should be larger than the height of the crucible. That is, it aims at manufacturing large diameter quartz glass with a diameter of 1,000 mm and a height of 500 mm or more.

결과적으로, 종래기술은 측면히터를 이용하여 용융하기 때문에 대구경의 석영유리 잉곳 제조에 어려움이 따르게 되며, 석영유리 잉곳의 중앙 부분의 원료분말이 미 용융되어 다량의 기포가 발생되게 된다. As a result, the prior art is difficult to manufacture a large diameter quartz glass ingot because the melting using a side heater, the raw material powder of the central portion of the quartz glass ingot is unmelted, a large amount of bubbles are generated.

한편, 진공용융방식은 주로 석영유리 실린더를 제조하거나, 산·수소용융 잉곳을 resizing 하여 직경 늘리는데 적용하게 되는데, 본원 발명의 개선된 진공용융방식은 상부에서 용융되어 용융물이 밀도차에 의해 내려가면서 전체가 용융하는 방법을 제시하므로서, 대구경의 석영 유리를 제조하면서도 획기적으로 기포가 줄어드는 효과를 가지게 된다. On the other hand, the vacuum melting method is mainly used to manufacture a quartz glass cylinder, or to increase the diameter by resizing the acid-hydrogen ingot, the improved vacuum melting method of the present invention is melted in the upper portion as the melt is lowered by the difference in density By suggesting a method of melting, while producing a large-diameter quartz glass has the effect of significantly reducing the bubble.

도 3은 본원 발명의 석영 유리를 제조 장치에서 도가니와 단열재의 구조를 나타낸 도면이다. Figure 3 is a view showing the structure of the crucible and the heat insulating material in the quartz glass manufacturing apparatus of the present invention.

도 3에서처럼, 도가니(50)는 원통형의 형상을 가지며 도가니(50) 내부에는 석영 유리 분말이 투입되게 되고, 상기 도가니(50)는 하부면은 형성되고, 상부 면은 개방되는 원통형의 용기 형상이다. 그리고, 단열재(20)는 상기 도가니를 감싸는 구조이고 측면과 상부면 및 하부면이 모두 형성된다, 이때 상기 단열재(20)의 상부면에는 상부 주입구(11)의 통로가 만들어지고, 상기 단열재의 하부면에는 하부 배기구(12)의 통로가 만들어지게 된다. As shown in FIG. 3, the crucible 50 has a cylindrical shape and quartz glass powder is introduced into the crucible 50, and the crucible 50 has a cylindrical container shape in which a lower surface is formed and an upper surface is opened. . In addition, the heat insulating material 20 has a structure surrounding the crucible and both sides, an upper surface, and a lower surface are formed. In this case, a passage of the upper injection hole 11 is made in the upper surface of the heat insulating material 20, and the lower part of the heat insulating material is provided. On the surface, a passage of the lower exhaust port 12 is made.

또한, 상기 도가니(50) 상부와 단열재(20)의 상부면 사이에 상부 히터(40)가 구비되고, 상기 도가니(50)의 아래면과 상기 단열재(20)의 하부면 사이에 하부 히터(30)가 구비된다.In addition, an upper heater 40 is provided between the upper portion of the crucible 50 and the upper surface of the heat insulating material 20, and the lower heater 30 is disposed between the lower surface of the crucible 50 and the lower surface of the heat insulating material 20. ) Is provided.

그리고 상기 도가니(50)는 다공성 그라파이트로 만들어져서 불활성 기체가 통과되게 되고, 상기 상부 히터(40)에는 불활성 기체가 이동할 수 있는 틈새가 존재하고, 상기 하부 히터(30)에도 각각 불활성 기체가 이동할 수 있는 틈새가 존재하게 된다. In addition, the crucible 50 is made of porous graphite so that the inert gas is passed through, and the upper heater 40 has a gap in which the inert gas can move, and the inert gas can also move in the lower heater 30, respectively. There is a gap.

도 4는 본원 발명의 석영 유리를 제조하는 제조 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.4 is a view of an embodiment showing a manufacturing method for producing the quartz glass of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 (A)에서 (D)까지 4 단계의 공정에 의하여 석영 유리를 제조하게 된다. As shown in FIG. 4, quartz glass is manufactured by a four step process from (A) to (D).

도 4의 (A)에서처럼 석영 유리 분말을 도가니(50) 내부에 투입하고, 하부 배기구(12)에 연결되어 있는 펌프에 의하여 진공이 만들어지는 배기를 시작하고, 상부 히터와 하부 히터를 가열하여 온도를 높이게 된다.As shown in (A) of FIG. 4, quartz glass powder is introduced into the crucible 50, and the exhaust gas is started by a pump connected to the lower exhaust port 12, and the upper and lower heaters are heated to heat the temperature. Will increase.

이때, 진공도는 10torr정도이고, 온도는 상·하 온도가 1600가 되도록 가열하게 된다. At this time, the degree of vacuum is about 10 torr, and the temperature is heated so that the upper and lower temperatures are 1600.

도 4의 (B)에서는 도가니 내부에 존재하는 석영 유리 분말인 원료 상부가 원료 하부 보다 먼저 용융됨을 보이고 있다. 원료 상부의 온도는 1800℃ 이고, 원료 하부의 온도는 1600℃이다, 4B shows that the upper part of the raw material, which is the quartz glass powder present in the crucible, is melted before the lower part of the raw material. The temperature of the top of the raw material is 1800 ℃, the temperature of the bottom of the raw material is 1600 ℃,

도 4의(C)는 도가니 내부에 존재하는 석영 유리 분말인 원료 전체가 용융됨을 보이는 도면이다. 이때 원료 상부의 온도는 1850℃ 이고, 원료 하부의 온도는 1650℃ 가되고, 이러한 상태에서 7hr(시간)을 유지하여 준다. FIG. 4C is a view showing that the entire raw material of quartz glass powder present in the crucible is melted. At this time, the temperature of the upper portion of the raw material is 1850 ℃, the temperature of the lower portion of the raw material is 1650 ℃, and keeps 7hr (hour) in this state.

도 4의 (D)는 상부 히터와 하부 히터의 전원을 차단하여 off 한 다음, 질소를 상압까지 질소를 주입하게 된다. 4 (D) is turned off by cutting off the power of the upper heater and the lower heater, and then nitrogen is injected to the atmospheric pressure.

상기 (B)에서 원료 상부 부터 석영 유리 분말이 녹기 시작하여 용융물이 되면 분말 보다 무게가 더 무거워져서, 상기 용율물은 도가니 아래로 가라 앉게된다. 그리고 도가니 상부에 있는 주입구(11)에서 주입되는 불활성 가스의 압력은 상기 용융물이 더 잘 가라 앉게 하는 효과가 존재하게 된다. In (B), when the quartz glass powder starts to melt from the top of the raw material and becomes a melt, the weight becomes heavier than that of the powder, so that the soluate sinks under the crucible. In addition, the pressure of the inert gas injected from the inlet 11 above the crucible has an effect of allowing the melt to sink better.

한편 이러한 석영 유리 분말의 용융 과정에서 기포층은 상승되어 전체적으로는 기포가 획기적으로 줄어든 석영 유리가 만들어 지게 된다. 특히 상기(C) 과정에서 7 시간 유지시켜 주는 단계에서 기포층은 더 상승하게 된다. On the other hand, during the melting of the quartz glass powder, the bubble layer is raised to form a quartz glass that is significantly reduced in the overall bubble. In particular, the bubble layer is further raised in the step (C) maintained for 7 hours.

그리고, 상부에 존재하는 주입구(11)에서 불활성 가스가 주입되면, 도가니 내부에 존재하는 석영 유리 분말 혹은 석영 유리 분말의 용융물을 통과하여 도가니 아래면을 지나고, 하부의 배기구(12)를 통과하게 된다.Then, when an inert gas is injected from the injection port 11 existing in the upper portion, the inert gas is passed through the melt of the quartz glass powder or the quartz glass powder present in the crucible, passes through the lower surface of the crucible, and passes through the lower exhaust port 12. .

표 1내지 표 4는 각각의 제조 공정에 따른 기포 발생의 변화를 나타낸 실험 실시예 값이다.Tables 1 to 4 are experimental example values showing changes in bubble generation according to each manufacturing process.

그리고 표 1은 공정온도에 따른 기포수의 변화를 나타낸 실험 값이다.And Table 1 is an experimental value showing the change in the number of bubbles according to the process temperature.

표 1.Table 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

공정온도 1800℃ 에서는 원료분말의 상부만 소량 용융되고, 공정온도 1950℃이상에서는 전체 용융되었으나 석영유리 잉곳과 Mo 도가니가 반응하여 군열(crack)이 발생되었다. 그리고, 공정온도 1850℃와 1900℃에서는 전체 용융이 확인되었고 기포층 발생되었다.At the process temperature of 1800 ° C, only a small portion of the upper part of the raw material powder was melted, and at the process temperature of 1950 ° C or more, the whole melted, but a crack was generated by the reaction of the quartz glass ingot and the Mo crucible. At the process temperatures of 1850 ° C and 1900 ° C, total melting was confirmed and bubble layers were generated.

따라서, 공정 온도는 1850℃와 1900℃가 가장 이상적이며, 특히 1900℃ 에서는 기포수 도 6.1(ea/50mm2 )로 양호하였다. Therefore, 1850 degreeC and 1900 degreeC were the most ideal process temperature, and especially 1900 degreeC was the bubble number 6.1 (ea / 50mm <2> ).

표 2는 용융온도 유지시간에 따른 기포수의 변화를 나타낸 실험값이다. Table 2 is an experimental value showing the change in the number of bubbles with the melting temperature holding time.

표 2. Table 2.

Figure pat00002
Figure pat00002

표 2를 보면 유지시간이 증가할수록 기포수 감소하는 경향을 확인할 수 있고, 공정온도 1900℃에서 7hr 유지조건에서는 Mo 도가니와 접합되어 crack 발생됨을 알 수 있다. 또한, 공정온도 1850℃, 7hr의 유지 조건에서 기포수 3.2ea/50mm2으로 최적 조건으로 판단되어 진다.As shown in Table 2, it can be seen that the number of bubbles decreases as the holding time increases, and cracks are formed by bonding to Mo crucibles under 7hr holding conditions at a process temperature of 1900 ° C. In addition, it is judged that the optimum condition with the bubble number of 3.2ea / 50mm 2 at the holding temperature of the process temperature of 1850 ° C and 7hr.

따라서, 공정 온도를 1850℃로 하고 7hr의 유지시키게 되면, 기포수가 적은 석영 유리를 제조하게 된다.Therefore, when the process temperature is maintained at 1850 ° C. and maintained at 7 hr, quartz glass having a small number of bubbles is produced.

표 3은 하부온도에 따른 기포수 변화를 나타낸 실험 값이다. Table 3 is an experimental value showing the change in the number of bubbles depending on the lower temperature.

표 3. Table 3.

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Figure pat00003

표 3을 보면 하부온도가 증가됨에 따라 기포수가 감소하는 경향을 확인할 수 있고, 하부온도 1650℃이상에서는 기포수의 변화가 크게 나타내지 않음을 알 수가 있다. As shown in Table 3, it can be seen that the number of bubbles decreases as the lower temperature is increased, and the change in the number of bubbles is not large at the lower temperature of 1650 ° C. or higher.

표 4는 공정 진공도에 따른 기포수의 변화를 나타낸 실험값이다. Table 4 is an experimental value showing the change in the number of bubbles according to the process vacuum.

표 4.Table 4.

Figure pat00004
Figure pat00004

표 4를 보면 진공도가 감소에 따라 기포수 감소하는 경향을 확인할 수 있으며, 진공도 10torr에서 기포수 0.5ea/50mm2으로 최적 조건으로 판단되어 진다. In Table 4, it can be seen that the number of bubbles decreases as the degree of vacuum decreases, and the optimum number of bubbles is 0.5ea / 50mm 2 at a vacuum degree of 10torr.

이상에서와 같은 공정을 통해서 얻어지는 실린더형 혹은 잉곳 형 석영 유리는 투명도가 매우 높기 때문에, 245 nm 빛의 파장에서 2×10-3 cm-1 값의 흡수 계수를 가지며, 라만 레이저(laser Raman) 스펙트럼에서 스캐터링 피크 인센터티(scattering peak intensity)의 비는 I2250/I800(2,250 cm-1 (I2250) to the scattering peak intensity 800 cm-1 (I800))를 갖는 투명도를 가지게 된다.Cylindrical or ingot-type quartz glass obtained through the above process has very high transparency, and thus has an absorption coefficient of 2 × 10 −3 cm −1 at a wavelength of 245 nm light and a Raman Raman spectrum. The ratio of scattering peak intensities at is at I2250 / I800 (2250 cm −1 (I2250) to the scattering peak intensity 800 cm −1 (I800)).

본원 발명에서 10torr 수준의 고진공을 만들기 위하여 진공 펌프(80)를 작동시켜 진공 분위기에서 공정이 이루어지게 되며, 그러한, 고 진공 분위기에서 공정을 진행하므로 석영 유리 내의 기포의 크기가 100~150㎛ 정도로 유지될 수가 있다. In the present invention, the process is performed in a vacuum atmosphere by operating the vacuum pump 80 to make a high vacuum of 10torr level, and the size of the bubbles in the quartz glass is maintained at about 100 to 150 μm because the process is performed in a high vacuum atmosphere. Can be.

또한, OH 기의 함유량을 5ppm 이하로 하므로서 열팽창 계수의 값을 0.15x10-6/K 로 하여 고 품질의 석영 유리 제조도 가능하게 된다. In addition, the content of the OH group is 5 ppm or less, and the value of the thermal expansion coefficient is set to 0.15x10 -6 / K, thereby enabling the production of high quality quartz glass.

즉, 본월 발명을 통하여 고품질의 균일한 석영 유리의 제조가 가능할 뿐 아니라, 히터와 단열제의 수명도 연장하는 효과를 가지게 된다. That is, through the present invention, not only the production of high-quality uniform quartz glass is possible, but also the effect of extending the life of the heater and the heat insulating agent.

10: 챔버 20: 단열재
11: 상부 주입구 12: 하부 배기구
30: 하부 히터 40: 상부 히터
50: 도가니 35: 측면 히터
60: 배기구 70: 필터
80: 진공 펌프
10: chamber 20: insulation
11: upper inlet 12: lower exhaust port
30: lower heater 40: upper heater
50: crucible 35: side heater
60: exhaust port 70: filter
80: vacuum pump

Claims (2)

원통형이면서 용기 형상인 도가니와, 상기 도기니 외부를 감싸는 단열재가 구비되고, 상기 도가니 내부에는 석영 유리 분말이 용융되기 위하여 투입되어 지고,
상기 단열재(20)의 상부면에는 상부 주입구(11)의 통로가 만들어지고, 상기 단열재의 하부면에는 하부 배기구(12)의 통로가 만들어지게 되고,
상기 도가니(50) 상부와 단열재(20)의 상부면 사이에 상부 히터(40)가 구비되고, 상기 도가니(50)의 아래면과 상기 단열재(20)의 하부면 사이에 하부 히터(30)가 구비되고,
상기 상부 주입구에는 아르곤과 질소 가스가 주입되고, 상기 하부 배기구에는 펌프가 연결되어 진공이 만들어지고,
상기 도가니는 다공성으로 상기 아르곤과 질소 가스가 통과되고,
상기 상부 히터와 하부 히터에는 각각 틈새가 존재하여 상기 아르곤과 질소 가스가 통과되고,
상기 상부 주입구에서 주입되는 아르곤과 질소 가스는 도가니 내부의 석영 유리 분말 혹은 석영 유리 분말의 용융물을 통과하여 도가니(50) 하부면을 통과하고, 하부 배기구를 통과하는 것을 특징으로 하는 상부 가열식 석영유리 진공 용융 장치.
A cylindrical and container-shaped crucible and a heat insulating material surrounding the outside of the crucible are provided, and the inside of the crucible is injected to melt the quartz glass powder,
The upper surface of the heat insulating material 20 is made of a passage of the upper injection hole 11, the lower surface of the heat insulating material is made of a passage of the lower exhaust port 12,
An upper heater 40 is provided between the upper portion of the crucible 50 and the upper surface of the heat insulating material 20, and a lower heater 30 is disposed between the lower surface of the crucible 50 and the lower surface of the heat insulating material 20. Equipped,
Argon and nitrogen gas is injected into the upper inlet, a pump is connected to the lower exhaust port to create a vacuum,
The crucible is porous through the argon and nitrogen gas,
A gap exists in each of the upper heater and the lower heater to allow the argon and nitrogen gas to pass through,
Argon and nitrogen gas injected from the upper injection port passes through the melt of the quartz glass powder or quartz glass powder in the crucible, passes through the lower surface of the crucible 50, and passes through the lower exhaust port, characterized in that the upper heated quartz glass vacuum Melting device.
원통형이면서 용기 형상인 도가니와, 상기 도기니 외부를 깜싸는 단열재가 구비되고, 상기 도가니 내부에는 석영 유리 분말이 용융되기 위하여 투입되어 지고,
상기 단열재(20)의 상부면에는 상부 주입구(11)의 통로가 만들어지고, 상기 단열재의 하부면에는 하부 배기구(12)의 통로가 만들어지게 되고,
상기 도가니(50) 상부와 단열재(20)의 상부면 사이에 상부 히터(40)가 구비되고, 상기 도가니(50)의 아래면과 상기 단열재(20)의 하부면 사이에 하부 히터(30)가 구비되는 상부 가열식 석영유리 진공 용융 방법은,
석영 유리 분말을 상기 도가니(50) 내부에 투입하고, 하부 배기구(12)에 연결되어 있는 펌프에 의하여 진공이 만들어지는 배기를 시작하고, 상부 히터와 하부 히터를 가열하여 온도를 높이게 되는 1 단계,
상기 도가니(50) 내부에 존재하는 석영 유리 분말인 원료 상부가 원료 하부 보다 먼저 용융되는 2 단계,
상기 도가니(50) 내부에 존재하는 석영 유리 분말인 원료 전체가 용융되고, 상기 용융 상태를 일정 시간 유지시켜 주는 3 단계,
상기 상부 히터와 상기 하부 히터의 전원을 차단하여 off 한 다음, 질소를 상압까지 주입하는 4 단계를 포함하고,
상기 상부 주입구에서 주입되는 아르곤과 질소 가스는 도가니 내부의 석영 유리 분말 혹은 석영 유리 분말의 용융물을 통과하여 도가니(50) 하부면을 통과하고, 하부 배기구를 통과하는 것을 특징으로 하는 상부 가열식 석영유리 진공 용융 방법.
A cylindrical and container-shaped crucible and a heat insulating material surrounding the outside of the crucible are provided, and the inside of the crucible is injected to melt the quartz glass powder,
The upper surface of the heat insulating material 20 is made of a passage of the upper injection hole 11, the lower surface of the heat insulating material is made of a passage of the lower exhaust port 12,
An upper heater 40 is provided between the upper portion of the crucible 50 and the upper surface of the heat insulating material 20, and a lower heater 30 is disposed between the lower surface of the crucible 50 and the lower surface of the heat insulating material 20. The top heating quartz glass vacuum melting method provided is,
A step of injecting quartz glass powder into the crucible 50, starting exhausting vacuum by a pump connected to the lower exhaust port 12, and heating the upper heater and the lower heater to increase the temperature;
Step 2 in which the raw material upper portion of the quartz glass powder present in the crucible 50 is melted before the lower portion of the raw material,
A third step of melting the entire raw material of quartz glass powder present in the crucible 50 and maintaining the molten state for a predetermined time;
And shutting off the power of the upper heater and the lower heater to turn off, and then injecting nitrogen to atmospheric pressure.
Argon and nitrogen gas injected from the upper injection port passes through the melt of the quartz glass powder or quartz glass powder inside the crucible, passes through the lower surface of the crucible 50, and passes through the lower exhaust port vacuum vacuum Melting method.
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