新規石英ガラス製バーナーの考案とその構造に関する研究

• Project/Area Number: 23915011
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 化学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 齋藤 雄二 東北大学, 多元物質科学研究所, 技術職員
• Project Period (FY): 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: 石英ガラス / バーナー

Research Abstract

【目的】半導体デバイス基板であるシリコンウェハの研究・実験で使用される石英ガラス器具は、不純物の混入を防ぐため金属製バーナーではなく石英ガラス製バーナーで製作する事が必要である。数社から石英ガラス加工用金属製バーナーが市販されているが、石英ガラス製バーナーは少なく、バーナーノズル形状も限られている。本研究では、新規石英ガラス製バーナーを考案し、石英ガラス製の大口径フランジ、大型セルの製作を目的とする。新規石英ガラス製バーナー「ラインバーナー」「リングバーナー」等を製作することで、加工時間の短縮、加工中の破損を防ぐことができる。これにより製作が困難であった大型石英ガラス器具を製作することが可能となる。
【方法】ラインバーナー仕様を決定しバーナーノズルを設計する。バーナーノズル成形には、平成22年度採択課題「任意の断面形状をもつ石英ガラスセル製作法の開発」の石英ガラス管成形法を用いた。ノズル形状の異なるラインバーナーを数種類製作し、石英ガラス板辺の溶融テストを行った。また、炎の温度分布を調べるためサーモグラフィを用いて測定を行った。溶融結果、温度分布を元に火口幅、ノズル形状を改良したバーナーを製作した。酸素ノズル部については、細管ではなく細孔によるバーナーを設計製作し加工炎を比較した。
【成果】板辺の溶融テストでは、製作したラインバーナーを用いることで溶融が容易になり均一な溶着面が得られた。加工時間が短縮出来るため大型の溶融加工が可能である。ただし、炎が大きく板辺から近い面も溶融されてしまう傾向が見られた。火口径10mm程度の小口径バーナーにおいて酸素ノズル数を増やすことはこれまで出来なかったが、細管を用いるのではなく細孔にした結果、ノズル数を自由に構成できるようになった。これにより、小口径バーナーノズル設計の幅が広がったといえる。