JP3187663B2 - シリカガラス加工品の製造方法 - Google Patents

シリカガラス加工品の製造方法

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00Re-forming shaped glass
    • C03B23/20Uniting glass pieces by fusing without substantial reshaping
    • C03B23/207Uniting glass rods, glass tubes, or hollow glassware

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、帯域加熱により所定寸
法のシリカガラス加工品を容易かつ安価に製造すること
ができる発明に関するものであり、例えば熱電対用絶縁
管,各種センサー用保護管,ガラスバーナーの火口,バ
ブラー管,理化学機器部材,ガス配管を兼ねた熱処理用
治具材,半導体工業用部材等として利用されるシリカガ
ラス加工品を製造する発明に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりウェハーの熱処理装置内に組込
まれる半導体治具として化学的安定性が高く、耐熱性を
有するシリカガラス製治具を用いており、この種の治具
に用いる材料に対しては高純度で高寸法精度とともに、
ローコストで品質のバラツキのない製造方法が要求され
る。そして、これらの治具を加工するためのバーナ若し
くは酸水素炎加水分解法にて合成石英を製造するための
バーナもシリカガラスで形成されているが、かかるバー
ナーは太径の外管内に各種ガス吹き出し口としての複数
の内管が挿設する構成をなすが、間隔保持部材を介して
前記内管を気密的且つ精度よく外管に溶接するのは中々
困難であった。
【0003】一方近年高温雰囲気下で温度やガス濃度等
を検知するセンサーにおいては、絶縁性と耐熱性の向上
を図るために軸方向に多数の軸穴が設定された多穴シリ
カガラスチューブ内に前記センサーを挿設したセンサー
装置が開発されているが、かかるセンサー用多穴シリカ
ガラスチューブにおいては、センサーよりの検出信号の
ノイズ防止の為に不純物の混入のない高純度で且つ高寸
法精度のよいチューブが必要である。
【0004】従来この様な用途の多穴シリカガラスチュ
ーブを製作するためには、数本のチューブを準備した
後、これを溶接して一体化する方法を採用していた。従
って、製造コストが大となっていた。
【0005】又シリコンウェハーその他の半導体各種材
料を洗浄する際に用いられるバブリング洗浄装置や、す
す状合成シリカガラスを高純度液体原料から製造する際
に、原料液体をバブリングする為に使用されるバブリン
グ気化装置においては、太径の外管内に小口径の多数の
内管を挿設したものや、シリカガラスのむく棒を機械加
工にて多数の小孔を穿孔したバブラ−管が開発されてい
るが、かかるバブラ−管も前記小孔を溶接若しくは機械
加工で形成せねばならず、前記の様な問題が生じるのを
避けられない。
【0006】更に半導体の熱処理装置は、円筒状の炉心
管内にウェハーボートを介してウェハーを挿入して熱処
理をしたり、又搬送治具を介して前記炉心管よりウェハ
ーの送出を繰り返しているが、これらの搬送治具やウェ
ハーボートはいずれも炉心管形状に合せて軸方向に延在
するシリカガラス母材上に種々のシリカガラス部材を溶
着するか若しくは前記母材を切削加工にて構成している
が、前記の様に軸方向に延在する母材上に種々の部材を
溶接若しくは切削加工を行うことは次の様な問題が生じ
る。
【0007】即ち、所定形状のシリカガラス加工品を溶
接にて製造するには、予め個々のガラス部材を用意し、
その組立時に接合箇所を直接接合するか、あるいは溶接
棒を用いて接合箇所を溶接棒を介して溶接しているが、
溶接自体に非常な熟練を要するのみならず、個々の作業
は手作業であるため非常に能率が悪い。又溶接は局部的
な熱加工である為に局部的な熱歪みが残りやすい。
【0008】次に機械加工による方法も問題となる。即
ち機械加工は、塊状シリカガラスから切削、レーザー加
工等によりシリカガラス加工品を製造しているが、かか
る方法ではシリカガラスが脆性材料であるために前記切
削による剪断加工による亀裂、破壊等が生じやすいのみ
ならず、切削治具等からの汚染が起こる。更に切削加工
ではドリル長さに限界を有し、特に長尺の多穴シリカガ
ラスを作ることができない。又多穴シリカガラスの場
合、微細穴寸法の多穴シリカガラスを作ることができな
いのみならず、各種寸法、形状の多穴シリカガラスを連
続的に作ることができない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる技術的
課題に鑑み、例えば熱電対用絶縁管,各種センサー用保
護管,ガラスバーナーの火口,バブラー管,理化学機器
部材,ガス配管を兼ねた熱処理用治具材,半導体熱処理
治具用部材等として利用されるシリカガラス加工品を容
易且つ安価に製造することができる製造方法を提供する
事を目的とする。本発明の他の目的は、長尺寸法の多穴
シリカガラス、長さ1mの角状又は丸状ロッド、又数1
0m長のファイバーのように、軸方向に延在する形状で
あれば任意のプロフィル形状を任意に生成し得るシリカ
ガラス加工品の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】本発明の他の目的は、製造したシリカガラ
ス加工品表面、特に多穴シリカガラス加工品の場合穴内
表面に荒れ、傷等がなく、更には連続的に製造可能なシ
リカガラス加工品の製造方法を提供することを目的とす
る。本発明の他の目的は、製造過程において不純物の汚
染が生じる事なく、原料材と同様に高純度の維持を図っ
たシリカガラス加工品の製造方法を提供することを目的
とする。
【0011】本発明の他の目的は、小口径から大口径の
多穴シリカガラス加工品を容易に且つ任意に作成可能と
するシリカガラス加工品の製造方法を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決する為の手段】請求項1及び2記載の発明
はチューブ内に一又は複数の小孔径チューブが設定され
ているもの(以下多穴チューブという)、チューブ内に
一又は複数の小口径ロッドが設定されているもののいず
れにも適用されるもので、特に熱電対用絶縁管,センサ
ー用保護管,ヒータ用保護管,ガラスバーナー火口,バ
ブラー管,理化学機器用部材、若しくは半導体熱処理治
具用部材として適用されるシリカガラス加工品におい
て、任意の断面形状が軸方向に延在する中空シリカガラ
ス外管内に、円または多角形の断面形状が軸方向に延在
する棒状または管状シリカガラス内設体を複数本挿入し
て管状被加熱体を作成した後、該管状被加熱体を先端側
より帯域加熱にて軸方向に沿って加熱溶着させて、請求
項1記載の発明においては、前記複数本の内設体の周囲
に前記シリカガラス外管が被膜として固着されている加
工管を得る事を特徴とし、請求項2記載の発明において
は、前記シリカガラス外管の内周に複数本の内設体が軸
方向に沿って接合されている加工管を得る事を特徴とす
る。この場合前記外管と内設体間を減圧または常圧下
に、一方、内設体内を常圧または加圧下に維持した状態
で、前記鉛直方向に配設した管状被加熱体を下端側より
帯域加熱にて軸方向に沿って加熱溶融させて延伸接合す
るのがよい。
【0014】
【実施例】以下、本発明の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、
材質、形状、分析値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。
【0015】〔実施例1〕 まず、中空管状の熱電対用加工管の製造手順を図1乃至
図2に従って説明する。 (1)シリカガラス製の外管、内挿管等の用意 図1(A)に示すように直径40mm、肉厚3mm、長
さ1.2mのシリカガラス製外管1及び内部に挿入する
為の直径10mm、肉厚3mm、長さ1mのシリカガラ
ス製内挿管2を2本を作成した。
【0016】(2)シリカガラス被加熱体の加工 図1(B)に示すように、内挿管2を外管1内に設置
し、内挿管2と外管1の接触部分の一方端若しくは両方
端を溶着し、シリカガラス被加熱体の加工を行なった。
尚、接触部分の溶着は、好ましくは一方端が好ましい。 (3)シリカガラス被加熱体の洗浄および熱歪除去処理 前記のように形成した被加熱体10をヒータ11にて1
050℃で10hrs加熱処理を行い、熱歪除去処理を
行った後、10wt%フッ化水素水溶液に前記被加熱体
を10min浸し洗浄及びマイクロクラックの除去を行
った後、清浄な雰囲気で乾燥を行った。
【0017】(4)ヒータを使った溶融固形化 次に図2に示すように、前記内挿管2と外管1とからな
る被加熱体10をゆっくりヒータ11の上部より該ヒー
タ11内に挿入しつつそのヒータ11内への送り速度お
よび温度を制御して帯域溶融と線引きを行って、中空管
状の加工管10Aを得る。このとき、図2に示した加工
管の形状はこれに限定されるものではなく、内挿管2と
外管1内の圧力差や肉厚その他の強度条件により楕円形
状等にする事も可能である。
【0018】〔実施例2〕 図3乃至図4に従って説明する。 (1)シリカガラス製の外管、内挿ロッドの用意 図3(A)に示すように直径40mm、肉厚3mm、長
さ1.2mのシリカガラス製外管1及び内部に挿入する
為の直径8mm、長さ1mのシリカガラス製ロッド2’
を4本を作成した。
【0019】(2)シリカガラス被加熱体の加工 図3(B)に示すように、内挿ロッド2を外管1内に設
置し、接触部分の一方端より僅かに内側によった部分を
溶着1aし、シリカガラス被加熱体10の加工を行っ
た。尚、溶接箇所が内側によった部分にした理由は外管
1と内挿ロッド2との固定維持のしやすさによる。 (3)シリカガラス被加熱体の洗浄および熱歪除去処理 前記のように形成した被加熱体10をヒータ11にて1
050℃で10hrs加熱処理を行い、熱歪除去処理を
行った後、10wt%フッ化水素水溶液に前記被加熱体
を10min浸し洗浄及びマイクロクラックの除去を行
った後、清浄な雰囲気で乾燥を行った。
【0020】(4)ヒータを使った溶融固形化 次に図4に示すように、前記内挿ロッド2と外管1とか
らなる被加熱体10をゆっくりヒータ11の上部より該
ヒータ11内に挿入しつつそのヒータ11内への送り速
度を制御して帯域溶融と線引きを行って、中空接合形状
の加工管10Cを得る。
【0021】〔実施例3〕 図5乃至図6に従って説明する。 (1)シリカガラス製の外管、内挿管等の用意 図5(A)に示すように直径39mm、肉厚1mm、長
さ1.2mのシリカガラス製外管1及び内部に挿入する
為の直径17mm、肉厚1mm、長さ1mのシリカガラ
ス製内挿管2を3本を作成した。
【0022】(2)シリカガラス被加熱体の加工 図5(B)に示すように、3本の内挿管2の一方端をそ
れぞれ密封2aし、図5(C)に示すように外管1内に
挿入した後内挿管2の解放側と外管の一方端をなるべく
隙間が生じないように、言換えれば気密的に溶着2b
し、シリカガラス被加熱体の加工を行なった。 (3)シリカガラス被加熱体の洗浄および熱歪除去処理 前記のように形成した被加熱体10をヒータ11にて1
050℃で10hrs加熱処理を行い、熱歪除去処理を
行った後、10wt%フッ化水素水溶液に前記被加熱体
10を10min浸し洗浄及びマイクロクラックの除去
を行った後、清浄な雰囲気で乾燥を行った。
【0023】(4)ヒータを使った溶融固形化 次に図6に示すように、前記内挿管2と外管1とからな
る被加熱体10を鉛直方向に配設した状態で、ゆっくり
ヒータ11の上部より該ヒータ11内に挿入し、同時に
被加熱体10の前記内挿管2と外管1の間隙を減圧しつ
つ、そのヒータ11への送り速度、温度及び減圧度を制
御して帯域溶融と線引きを行って、接合形状の加工管1
0Bを得る。このとき内挿管2を、自由落下とすること
により外管1との密着性がより良い加工管10B、言換
えれば図7(B)に示すような内挿管2の周囲に外管1
が被膜として固着されている加工管10Bを得ることが
可能となる。
【0024】かかる実施例によれば例えば、図7に示す
ような断面形状をもつ各種加工管の製作も可能である。
例えば(A)及び(B)は実施例3に基づいて、(D)
及び(E)は実施例1に基づいて、(F)及び(G)は
実施例2に基づいて製作した。図中(A)は実施例3に
示すように2つの内挿管の周囲に外管を一体的に包被し
て眼鏡状に製作したもの、(E)は実施例1に示すよう
に、外管の内周に8個の内挿管を溶着して引いたもの、
(F)は実施例2に示すように、外管の内周に2本の小
ロッドを溶着して引いたものを示す。更に前記線引き速
度を変化させながら引張することにより、テーパー状の
加工管の制作も可能である。又内挿管2内を正圧に維持
しながら帯域溶融加工することにより、(C)に示すよ
うな角型の加工管10Dの製作も可能である。
【0026】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、帯域
溶融によりシリカガラス加工品を作成する為に、欠け、
亀裂がなく高寸法精度のシリカガラス加工品、特に多穴
シリカガラス加工品の場合穴内表面に荒れ、傷等がな
く、更には連続的に製造可能なシリカガラス加工品を得
る事が出来る。本発明によれば、製造過程において不純
物の汚染が生じる事なく、原料材と同様に高純度の維持
を図ったシリカガラス加工品を得る事が出来る。本発明
によれば、長尺寸法の多穴シリカガラス、長さ1mのロ
ッド、又数10m長のファイバーのように、軸方向に延
在する形状であれば任意のプロフィル形状を任意に生成
し得る。本発明によれば、小口径から大口径の多穴シリ
カガラス加工品を容易に且つ任意に作成出来る。本発明
によれば、例えば熱電対用絶縁管,各種センサー用保護
管,ガラスバーナーの火口,バブラー管,理化学機器部
材,ガス配管を兼ねた熱処理用治具材,半導体工業用部
材等として利用されるシリカガラス加工品を容易かつ安
価に得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の第1実施例に係る管状被加熱
体に示す材料を、(B)は管状被加熱体の仮固定方法を
示す。
【図2】ヒータを使った図1の実施例に係る被加熱体製
造工程を示す。
【図3】(A)は本発明の第2実施例に係る管状被加熱
体に示す材料を、(B)は管状被加熱体の仮固定方法を
示す。
【図4】ヒータを使った図3の実施例に係る被加熱体製
造工程を示す。
【図5】(A)は本発明の第3実施例に係る管状被加熱
体に示す材料を、(B)は内挿管の片封工程を、(C)
は管状被加熱体の仮固定方法を示す。
【図6】ヒータを使った図3の実施例に係る被加熱体製
造工程を示す。
【図7】本発明により製造される加工管の断面形状の各
種例を示す。
【符号の説明】
1 外管 2 内挿管 10 被加熱体 10A、10B、10C 加工管 11 ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // H01L 21/22 501 H01L 21/22 501M (72)発明者 鈴木 昇 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信 越石英株式会社郡山工場内 (72)発明者 佐藤 忠好 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信 越石英株式会社郡山工場内 (56)参考文献 特開 平3−170340(JP,A) 特開 平3−252324(JP,A) 特開 平3−3323(JP,A) 特開 平3−84922(JP,A) 特開 平3−87020(JP,A) 特開 昭59−17242(JP,A) 特開 昭63−43328(JP,A) 実開 昭62−14722(JP,U) 実開 平6−7238(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 20/00 B01L 3/00 C03B 23/207 G01K 1/08 H01L 21/22 501

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱電対用絶縁管、センサー用保護管、ガ
    ス配管を兼ねた熱処理用治具材、ランプ管、ヒータ用保
    護管,ガラスバーナー火口,バブラー管,理化学機器用
    部材、若しくは半導体熱処理治具用部材として適用され
    るシリカガラス加工品において、 任意の断面形状が軸方向に延在する中空シリカガラス外
    管内に、円または多角形の断面形状が軸方向に延在する
    棒状または管状シリカガラス内設体を複数本挿入して管
    状被加熱体を作成した後、該管状被加熱体を先端側より
    帯域加熱にて軸方向に沿って加熱溶着させて、 前記複数本の内設体の周囲に前記シリカガラス外管が被
    膜として固着されている加工管を得る事を特徴とするシ
    リカガラス加工品の製造方法。
  2. 【請求項2】 熱電対用絶縁管、センサー用保護管、ガ
    ス配管を兼ねた熱処理用治具材、ランプ管、ヒータ用保
    護管,ガラスバーナー火口,バブラー管,理化学機器用
    部材、若しくは半導体熱処理治具用部材として適用され
    るシリカガラス加工品において、 任意の断面形状が軸方向に延在する中空シリカガラス外
    管内に、円または多角形の断面形状が軸方向に延在する
    棒状または管状シリカガラス内設体を複数本挿入して管
    状被加熱体を作成した後、該管状被加熱体を先端側より
    帯域加熱にて軸方向に沿って加熱溶着させて、 前記シリカガラス外管の内周に複数本の内設体が軸方向
    に沿って接合されている加工管を得る事を特徴とするシ
    リカガラス加工品の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記外管と内設体間を減圧または常圧下
    に、一方、内設体内を常圧または加圧下に維持した状態
    で、前記鉛直方向に配設した管状被加熱体を下端側より
    帯域加熱にて軸方向に沿って加熱溶融させて延伸接合し
    てなる事を特徴とする請求項1若しくは2記載のシリカ
    ガラス加工品の製造方法。
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DE102007024725B4 (de) * 2007-05-25 2011-09-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Abscheidebrenner und Verfahren für dessen Herstellung, dessen Verwendung in einer Brenneranordnung sowie Verfahren zur Herstellung eines Rohlings aus synthetischem Quarzglas unter Einsatz der Brenneranordnung
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