【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機ケイ素化合物を合成火炎中で燃焼させて石英ガラス微粒子を生成し、これを堆積させて加熱することにより合成石英ガラスを製造する方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体の製造過程で半導体基板などに集積回路の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィ技術において、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられている。このステッパーの光源には、近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化に伴って可視光よりも波長の短い紫外域の光が用いられるようになった。このため、露光装置の光学系も、従来の光ガラスに代えて、紫外域の光を透過する材料で構成することが必要となった。紫外域の光の透過率の高い光学材料としては、例えば石英ガラスが知られている。
【０００３】
また、露光装置の光学系は、収差補正のためにレンズ等の多数の光学部材で構成されているため、露光装置の光学系全体の透過率を高くするには、個々の光学部材の透過率を高くすることが必要である。個々の光学部材の透過率を高くするには、石英ガラスを高純度にすることが必要である。
【０００４】
高純度の石英ガラスを得られる方法としては、火炎加水分解法（「直接法」または「直接火炎加水分解法」とも称する。）が知られている。火炎加水分解法では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）等の高純度のケイ素化合物を原料に用い、この原料と、加熱及び加水分解反応のための支燃性ガス及び燃焼ガス（例えば酸素ガス及び水素ガス）とを、製造装置の合成炉内のターゲットに向けて、バーナから噴出する。ターゲットは合成炉内で回転、引き下げを行う。バーナから噴出された原料は、酸水素火炎で加水分解されて石英ガラス微粒子（スート）を形成する。スートはターゲット上に堆積し、さらに火炎により加熱されて溶融、透明化されて石英ガラスのインゴットを形成する。このようにして得られた石英ガラスは合成石英ガラスと呼ばれる。
【０００５】
ところで、原料として塩素化合物である塩化ケイ素化合物を用いると、火炎加水分解により得られる合成石英ガラスには塩素が含有されるが、この塩素は濃度が高くなるほど合成石英ガラスの紫外線に対する耐久性が低下することが知られている。さらに、合成炉において、腐食性ガスである塩化水素が発生する。
【０００６】
合成石英ガラス中の塩素濃度を低くし、さらに、腐食性ガスの発生を防止するため、合成石英ガラスの原料として塩素化合物でないケイ素化合物を用いることが望ましい。塩素化合物でないケイ素化合物として、有機ケイ素化合物を合成石英ガラスの原料として用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
なお、合成石英ガラスの製造装置には、炉内の温度勾配を調整するための補助バーナを設けたもの（例えば、特許文献２参照。）や、炉壁内面の付着物の生成を防止するように火炎流を形成するノズルを設けたもの（例えば、特許文献３参照。）などが提案されているが、これらの製造装置では塩素を含有することによる紫外線に対する耐久性の低下を防止するものは得られなかった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−２７０１３０号公報。
【０００９】
【特許文献２】
特開平８−８１２２４号公報。
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−２６１２６号公報。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
原料として四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を用いた場合、スートを得るための反応が加水分解反応であるのに対し、多くの有機ケイ素化合物を用いた場合、スートを得るための反応は燃焼反応である。そのため、有機ケイ素化合物を用いて原料ガスからスートを形成するには、原料ガスの燃焼の分、余計に支燃性ガス（酸素ガス）が必要である。
【００１２】
すなわち、バーナから噴出される燃焼ガスと支燃性ガスとの比を、原料ガスがない場合の理論混合比よりも、原料燃焼分だけ支燃性ガス過剰にするか、若しくは、十分に燃焼反応させるために原料燃焼分以上の支燃性ガスを供給する。
【００１３】
しかしながら、実際には、支燃性ガスは１００％原料ガスの燃焼反応に使われずに、火炎中の燃焼ガス（水素ガス）と反応してしまう。この結果、原料ガスが噴き付けられるインゴット合成面ではインゴット中に含有される水素濃度が低下してしまう。以上のように、従来の有機ケイ素化合物を原料とした合成においては、支燃性ガス過剰雰囲気とするためにインゴット全体の水素濃度が低くなるという課題があった。
【００１４】
合成石英ガラス中の水素濃度が極端に低くなると、合成石英ガラスの紫外線に対する耐久性が低下する。その結果、原料ガスとして有機ケイ素化合物を使用することにより塩素濃度を低下させても、紫外線に対する耐久性を十分に向上することができなくなる。
【００１５】
そこで、この発明は合成石英ガラスの紫外線に対する耐久性を向上し易い合成石英ガラスの製造方法を提案することを課題とするとともに、この製造方法により合成石英ガラスを製造することができる製造装置を提案することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような課題に対し、まず、原料ガスの有機ケイ素化合部を十分に燃焼させるためには支燃性ガスを過剰にするのが望ましく、一方、合成石英ガラスの紫外線に対する耐久性を向上するために合成石英ガラスの水素濃度を増加するためには水素ガスを過剰にするのが望ましく、このような相反する２つの条件を同じバーナにより作り出そうとすることが上記問題の原因であること見出し、この発明に至った。
【００１７】
即ち、上記課題を解決する請求項１に記載の合成石英ガラスの製造方法は、有機ケイ素化合物を含有する原料ガスと、酸素を含有する支燃性ガスと、酸素により燃焼可能な燃焼ガスとを噴出させて合成火炎を形成することにより合成石英ガラス微粒子を生成し、該合成石英ガラス微粒子をインゴットの合成面に堆積させて前記合成火炎により溶融ガラス化温度に加熱する合成石英ガラスの製造方法であって、前記溶融ガラス化温度に加熱される領域の周囲の未硬化領域に、前記合成火炎とは別に水素含有ガスを吹付けて前記インゴットに水素分子を添加することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の製造方法は、請求項１に記載の構成に加え、前記未硬化領域の温度が、１７００℃以上で前記溶融ガラス化温度未満であることを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項３に記載の製造方法は請求項１又は２に記載の構成に加え、前記未硬化領域に前記水素含有ガスとともに酸素含有ガスを吹付け、該水素含有ガスの水素ガス量と酸素含有ガスの酸素ガス量との流量比を、理論混合比より水素ガスが多くなるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の製造方法は、請求項３に記載の構成に加え、（酸素ガス量）／（水素ガス量）で示される前記流量比が、０．２５以上０．４５以下であることを特徴とする。
【００２１】
さらに、請求項５に記載の合成石英ガラスの製造装置は、合成炉と、該合成炉内に有機ケイ素化合物を含有する原料ガス並びに酸素を含有する支燃性ガス及び酸素により燃焼可能な燃焼ガスを噴出して合成火炎を形成する合成用バーナと、前記合成火炎により生成した石英ガラス微粒子を堆積させてインゴットを形成するターゲットとを備え、前記合成火炎により前記インゴットの合成面が溶融ガラス化温度に加熱される合成石英ガラスの製造装置であって、前記合成用バーナとは異なる位置にサブバーナを設け、該サブバーナから前記溶融ガラス化温度に加熱される領域の周囲の未硬化領域に水素含有ガスを吹き付けるように構成されたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の製造装置は、請求項５に記載の構成に加え、前記サブバーナが、前記水素含有ガスとともに酸素含有ガスを噴出するものであり、前記水素含有ガスの噴出部の周囲を囲むように前記酸素含有ガスの噴出部を設けたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。図１はこの発明の製造方法により合成石英ガラスを製造するための製造装置を示している。
【００２４】
図において、符号１０は石英ガラスの製造装置である。この石英ガラスの製造装置１０は耐火物からなる合成炉１１を備え、その頂部には石英管からなる合成用バーナ１２が噴出口１２ａを炉内の下方に向けた状態で配設され、この合成用バーナ１２に原料ガス、支燃性ガス及び燃焼ガスを供給する供給配管１３が接続され、噴出口１２ａから各ガスを噴出して合成火炎が形成可能になっている。
【００２５】
合成炉１１の内側空間の下方には、バーナ１２の噴出口１２ａと対向してターゲット１４が配置され、合成用バーナ１２の合成火炎により生成した石英ガラス微粒子からなるスートを頂部の堆積面１４ａに堆積させ、インゴット１５を形成するように構成されている。また、このインゴット１５の頂部の合成面２０が、合成用バーナ１２からの合成火炎により溶融ガラス化温度に加熱されるようになっている。
【００２６】
このターゲット１４は昇降ステージ１４ｂに固定され、この昇降ステージ１４ｂとともに回転可能、かつ、水平方向に揺動可能であり、また、バーナ１２の噴出口１２ａからインゴット１５の合成面２０までの距離を一定に保つように、インゴット１５の成長に応じて下降可能である。
【００２７】
そして、合成炉１１の合成用バーナ１２とは異なる位置には、サブバーナ２２が配設され、水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給するサブ供給配管２３が接続され、噴出口２２ａからこれらのガスを噴出可能となっている。
【００２８】
このサブバーナ２２は、噴出口２２ａ側が同心円状の２重石英管からなり、中心部分が水素含有ガスを噴出する水素噴出部２４ａ、その周囲を囲む外周部分が酸素含有ガスを噴出する酸素噴出部２４ｂとなっている。そのため、サブバーナ２２から水素含有ガスと酸素含有ガスとを噴出させると、周囲に酸素含有ガスが存在し、中心部分に水素含有ガスが存在する状態で各ガスが噴出される。
【００２９】
また、このサブバーナ２２は、インゴット１５の溶融ガラス化温度に加熱される領域Ｒの周囲の位置に各ガスを吹き付けるように、合成用バーナ１２のインゴット１５上の吹きつけ位置とは異なる位置に噴出口２２ａを向けて配設されている。更に、サブバーナ２２は合成用バーナ１２の噴出方向に対して傾斜して、インゴット１５の吹き付け位置に各ガスを直角に吹き付けるようになっている。この実施の形態では、サブバーナ２２は合成用バーナ１２に対して４５°の傾斜角度で固定されている。
【００３０】
なお、この製造装置１０の合成炉１１の炉壁には、インゴット１５の合成面２０を観察するための図示しない合成面観察用窓が設けられ、また、炉底部には開口部１１ａが設けられて開閉機構１７により開口量を調整可能となっている。さらに、合成炉１１は図示しない炉枠に覆われており、合成炉１１の側面の貫通口１９及び炉枠の排気口を通して、インゴット１５の形成中に発生する排ガスやターゲット１４に堆積されなかったスートを開口部１１ａからの二次空気とともに系外へ放出可能になっている。
【００３１】
次に、このような構成の製造装置１０を用いて合成石英ガラスを製造する方法について説明する。
【００３２】
まず、合成用バーナ１２から原料ガスと支燃性ガスと燃焼ガスとを合成炉１１内に噴出させることにより合成火炎を形成する。
【００３３】
この原料ガスは、有機ケイ素化合物を含有するガスであり、その有機ケイ素化合物としては、アルコキシシラン類又はシロキサン類が入手容易なため好適である。アルコキシシラン類としてはメチルトリメトキシシラン、テトラメトキシシランなどが好ましく、シロキサン類としてはヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサンなどが好ましい。
【００３４】
また、この原料ガスには、有機ケイ素化合物をキャリヤガスと混合したものを用いることができる。このキャリヤガスとしては、酸素含有ガスや水素含有ガスを用いてもよいが、合成用バーナ１２内での燃焼を防止するため、窒素ガス等の不活性ガスを使用するのが好ましい。
【００３５】
合成用バーナ１２から噴出させる支燃性ガスは酸素を含有するガスであり、酸素ガス、空気などが挙げられる。
【００３６】
一方、燃焼ガスは支燃性ガスの酸素ガスにより燃焼可能な燃焼成分を含有するガスであり、水素ガス等の水素含有ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス等の炭化水素ガスなどが挙げられる。ここでは、支燃性ガスとして酸素ガス、燃焼ガスとして水素ガスを用い、酸水素火炎を形成するのが、インゴットに不純物が含有されないという点で特に好ましい。
【００３７】
そして、これらのガスを噴出させて合成火炎を形成することにより、原料ガス中の有機ケイ素化合物を支燃性ガス中の酸素と燃焼反応させて合成石英ガラス微粒子からなるスートを形成する。
【００３８】
このときの原料ガス、支燃性ガス及び燃焼ガスのそれぞれの噴出量は、支燃性ガスの酸素ガス量が燃焼ガスの燃焼成分量に対する理論混合比より、少なくとも原料ガスの有機ケイ素化合物量に対応する量過剰にされる。ここでは、支燃性ガスの酸素ガス量が、燃焼ガスの燃焼成分量と原料ガスの有機ケイ素化合物の燃焼成分量との和に対する理論混合比より多くなるように噴出させ、支燃性ガス過剰の配分とするのが好ましく、（燃焼ガスの燃焼成分量と原料ガスの有機ケイ素化合物の燃焼成分量）／（酸素ガス量）の比が０．９〜０．５とするのが特に好適である。十分な酸素ガスを供給することにより、合成火炎において原料ガス中の有機ケイ素化合物がほぼ完全に燃焼反応され、原料ガスの有機ケイ素化合物から効率よくスートが生成される。
【００３９】
次に、このようにして生成したスートをターゲット１４の堆積面１４ａに堆積させることによりインゴット１５を形成するが、その際、スートをインゴット１５の合成面２０に堆積させて合成用バーナ１２からの合成火炎により溶融ガラス化温度に加熱することにより、溶融ガラス化してインゴット１５を成長させる。
【００４０】
ここでは、インゴット１５の頂部の合成面２０の大部分が合成火炎により覆われ、更に、ターゲット１４が回転及び水平方向に揺動することにより、合成面２０全体が溶融ガラス化温度で略均一に加熱されている。なお、インゴット１５の径が火炎に比べて大きい場合には、一部の領域づつ溶融ガラス化温度に加熱し、この領域を移動させることにより合成面２０全体を溶融ガラス化温度に加熱することも可能である。
【００４１】
ここで溶融ガラス化温度とは、合成面２０に堆積したスートを溶融してガラス化することが可能な温度であり、例えば２０００℃以上の温度である。
【００４２】
そして、この製造方法では合成火炎によりインゴット１５の合成面２０を加熱して溶融ガラス化する際、サブバーナ２２から水素含有ガスを酸素含有ガスとともに噴出させ、合成火炎とは別に、溶融ガラス化温度に加熱された領域Ｒの周囲の未硬化領域に吹き付け、これにより水素分子をインゴット１５に添加している。
【００４３】
この未硬化領域とは、インゴット１５の合成面２０を合成用バーナ１２の合成火炎により溶融ガラス化温度に加熱する際、その温度領域Ｒの周囲に形成される未硬化の状態の領域であり、合成面２０の一部の領域であっても、合成面２０より外周の領域であってもよい。
【００４４】
ここでは、水素分子の合成石英ガラス内での拡散速度が非常に遅いため、水素分子の拡散速度を向上させやすいインゴット１５の未硬化領域に水素含有ガスを吹き付けるのである。
【００４５】
より具体的には、溶融ガラス化温度未満であって、１７００℃以上の温度領域であるのが好ましい。溶融ガラス化温度の領域Ｒに吹き付けると、水素含有ガスが合成火炎の支燃性ガスの酸素ガスにより燃焼し、未硬化領域周辺の雰囲気中の水素濃度を増加しにくく、インゴット１５への水素分子の添加量が少なくなる。一方、１７００℃より低い温度領域に吹き付けると、インゴット１５の石英ガラスの流動性が低すぎ、インゴット１５の周辺部に水素分子を添加できるものの、インゴット１５中心部にまで水素分子を拡散できず、得られる合成石英ガラスの水素濃度が不均一になりやすい。なお、水素含有ガスを未硬化領域に吹付ける際、合成火炎により覆われている場合には、合成火炎の一部に重なるように吹き付けることも可能である。
【００４６】
ところで、未硬化領域に吹き付ける水素含有ガスとは、水素ガス等の水素を含有するガスであり、合成用バーナ１２から噴出させる燃焼ガスと同一のガスでもよい。
【００４７】
また、水素含有ガスとともに噴出させる酸素含有ガスとは、酸素ガス、空気等の酸素を含有するガスであり、合成用バーナ１２から噴出させる支燃性ガスと同一のガスでもよい。
【００４８】
この水素含有ガスと酸素含有ガスとの流量比は、水素含有ガスの水素ガス量と酸素含有ガスの酸素ガス量との流量比を、理論混合比より水素ガス量が多くなる配分とするのが好ましい。
【００４９】
インゴット１５の未硬化領域に吹き付けられるガスは水素ガス濃度が高いほどインゴット１５への水素添加量を増加することができるため好ましく、酸素含有ガスを噴出させることなく、水素含有ガスのみをサブバーナ２２から噴出させてもよい。しかし、水素含有ガスのみを吹き付けると、未硬化領域の温度が低下し易く、また、水素ガスの比重が合成用バーナ１２から噴出される原料ガスや支燃性ガスに比べて軽いため、インゴット１５付近で水素が舞い上がり未硬化領域に水素ガスが到達しにくくなる。そのため、この実施の形態では、水素含有ガスとともに酸素含有ガスを噴出している。
【００５０】
また、水素含有ガスと酸素含有ガスとを噴出させる場合、その流量比において、酸素ガスが過剰となると、水素含有ガスの水素ガスが燃焼により消費されて、未硬化領域の周辺の水素濃度を高くしにくいため、理論混合比より水素ガスを多くしている。ここでは、（酸素ガス量）／（水素ガス量）で示される流量比が、０．２５以上０．４５以下となるようにするのが、特に好適である。
【００５１】
さらに、サブバーナ２２から噴出させる水素含有ガス量は、多いほど水素添加量を増加しやすいが、水素ガスの燃焼量も増加するため、インゴット１５周囲の温度を上昇させて粘度を低下させ易く、インゴット１５の自重による潰れを生じ易い。そのため、サブバーナ２２から噴出させる水素ガスの流量は２０〜１００ｓｌｍとするのが好適である。
【００５２】
なお、インゴット１５への水素分子の衝突速度もインゴット１５内への水素分子の添加効果に影響するため、サブバーナ２２からの噴出時の流速を高くするのが好ましく、サブバーナ２２の噴出口２２ａにおける水素含有ガスの流速を２０ｍ／ｓｅｃ〜５０ｍ／ｓｅｃの範囲とするのが好ましい。この場合、サブバーナ２２とインゴット１５の合成面２０との間の距離は５０ｍｍ〜２００ｍｍとするのが適当である。
【００５３】
以上のようにして合成石英ガラスを製造すれば、インゴット１５の溶融ガラス化温度に加熱される領域Ｒの周囲の未硬化領域に、サブバーナ２２から合成火炎とは別に水素含有ガスを吹付けてインゴット１５に水素分子を添加するようにしたので、合成火炎の酸素濃度を高くして原料ガス及び燃焼ガスの燃焼反応を行うことができ、原料ガス中の有機ケイ素化合物からスートを効率よく生成させることができる。
【００５４】
また、合成火炎とは別に水素含有ガスを噴出させるため、水素含有ガスの水素ガスが合成火炎の酸素ガスにより消費されにくく、未硬化領域周囲の雰囲気の水素濃度を高くすることができ、インゴット１５に水素分子を添加しやすい。
【００５５】
従って、原料ガスとして塩化ケイ素化合物を用いないで有機ケイ素化合物を用いることにより、合成石英ガラスの塩素濃度を低く抑え、同時に水素分子を添加して合成石英ガラスの水素分子濃度を高くすることができるので、合成石英ガラスの紫外線に対する耐久性を向上することが可能である。
【００５６】
また、インゴット１５の未硬化領域に水素含有ガスを吹き付けるため、水素分子を合成石英ガラス中に拡散させやすく、インゴット１５の内部まで水素分子を拡散させることができる。
【００５７】
さらに、サブバーナ２２から水素含有ガスとともに酸素含有ガスを吹付け、しかも水素ガスと酸素ガスとの流量比を理論混合比より水素ガスが多くなるようにしているので、水素含有ガスが酸素含有ガスとともにインゴット１５の未硬化領域に到達し易い。
【００５８】
しかも、サブバーナ２２が、水素含有ガスを噴出する水素噴出部２４ａと、水素噴出部２４ａの周囲を囲んで酸素含有ガスを噴出する酸素噴出部２４ｂとを備えているので、原料ガスや支燃性ガスに比べて比重の軽い水素含有ガスを比重のより重い酸素含有ガスで囲んだ状態で噴出させることができ、そのため、インゴット１５の周辺で水素含有ガスが舞い上るのを防止し易く、未硬化領域に水素含有ガスをより到達し易い。
【００５９】
なお、上記実施の形態では、サブバーナ２２から酸素含有ガスと水素含有ガスとを噴出させる例について説明したが、水素含有ガスが未硬化領域に到達して水素分子をインゴット１５に添加できる限りは、サブバーナ２２から水素含有ガスだけを噴出させるようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態では、噴出口２２ａ側が同心円状の二重管からなる１本のサブバーナ２２について説明したが、サブバーナ２２の形状は適宜変更可能であり、さらに、サブバーナ２２を複数本設けることも可能である。
【００６１】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。
【００６２】
［実施例］
図１に示すような製造装置１０を用い、合成用バーナ１２からオクタメチルテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）ガス及び窒素からなる原料ガスを２０ｓｌｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｌｉｔｅｒ Ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）、酸素ガスからなる支燃性ガスを３５０ｓｌｍ、水素ガスからなる燃焼ガスを６００ｓｌｍで噴出させ、サブバーナ２２から酸素ガスを１５ｓｌｍ、水素ガスを４０ｓｌｍで噴出させ、合成石英ガラスのインゴットを製造した。なお、サブバーナ２２の噴出口２２ａにおける水素ガスの流速は３０ｍ／ｓｅｃであった。
【００６３】
このようにして製造された合成石英ガラスからブロックを切り出し、水素分子濃度を測定したところ、周辺部で３．６×１０１７個／ｃｍ３であり、中心部で３．９×１０１７個／ｃｍ３であった。
【００６４】
［比較例］
サブバーナ２２から酸素ガス及び水素ガスの何れも噴出させない他は、全て実施例と同一にして、合成石英ガラスのインゴットを製造した。
【００６５】
このインゴットから切り出したブロックの水素分子濃度を測定したところ、周辺部で２．０×１０１６個／ｃｍ３であり、中心部で２．５×１０１６個／ｃｍ３であり、実施例に比べて水素分子濃度が不足していた。
【００６６】
なお、実施例品及び比較例品の透過率と紫外線に対する耐久性とを同一の条件で測定したところ、比較例品は実施例品に対して何れも劣っていることが確認できた。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述の通り、請求項１に記載の合成石英ガラスの製造方法によれば、インゴットの溶融ガラス化温度に加熱される領域の周囲の未硬化領域に、合成火炎とは別に水素含有ガスを吹付けてインゴットに水素分子を添加するようにしたので、合成火炎の酸素濃度を高くして原料ガス中の有機ケイ素化合物を十分に燃焼反応させることができ、石英ガラス微粒子を効率よく生成しやすく、同時に、合成火炎とは別に水素含有ガスを未硬化領域に噴出させるため、水素含有ガスの水素ガスが合成火炎の酸素ガスにより消費されにくく、インゴットの未硬化領域の周囲の雰囲気の水素分子濃度を高くすることができ、合成石英ガラスに水素分子を添加しやすい。そのため、原料ガスに有機ケイ素化合物を用いることにより塩素濃度を低く抑えて合成石英ガラスの水素分子濃度を高くすることができ、合成石英ガラスの紫外線に対する耐久性を向上することが可能である。
【００６８】
また、請求項２に記載の製造方法によれば、未硬化領域の温度を１７００℃以上で溶融ガラス化温度未満にしたので、合成火炎が直接噴出されていない領域のうち、インゴットの流動性が高い領域に水素含有ガスを吹き付けることができ、合成石英ガラス中の拡散速度が遅い水素分子を内部まで拡散させることができる。
【００６９】
さらに、請求項３または４に記載の製造方法によれば、未硬化領域に水素含有ガスとともに酸素含有ガスを吹付け、水素含有ガスの水素ガス量と酸素含有ガスの酸素ガス量との流量比を、理論混合比より水素ガスが多くなるようにしたので、水素含有ガスが合成火炎の支燃性ガスや原料ガスに比べて軽く、インゴット周辺で舞い上がり易くても、酸素含有ガスとともに流動することにより未硬化領域にまで到達し易くすることができる。
【００７０】
そして、請求項５に記載の合成石英ガラスの製造装置によれば、合成用バーナとは異なる位置にサブバーナを設け、サブバーナから溶融ガラス化温度に加熱される領域の周囲の未硬化領域に水素含有ガスを吹き付けるように構成したので、合成用バーナから原料ガス及び燃焼ガスに対して十分な量の支燃性ガスを噴出させて合成火炎を形成することができ、そのため、原料ガス中の有機ケイ素化合物の燃焼反応を十分に行って石英ガラス微粒子を効率よく生成することができ、また、合成用バーナとは別のサブバーナから水素含有ガスを未硬化領域に噴出させるため、水素含有ガスの水素ガスが合成火炎の酸素ガスにより消費されにくく、インゴットの未硬化領域の周囲の雰囲気の水素濃度を高くしてインゴットに水素分子を添加しやすい。そのため、紫外線に対する耐久性を向上することが可能な合成石英ガラスの製造装置が得られる。
【００７１】
また、請求項６に記載の製造装置によれば、サブバーナが水素含有ガスとともに酸素含有ガスを噴出するものであり、水素含有ガスの噴出部の周囲を囲むように酸素含有ガスの噴出部を設けたので、原料ガスや支燃性ガスに比べて比重の軽い水素含有ガスを比重の重い酸素含有ガスに囲まれた状態で噴出させることができ、水素ガスがインゴット周辺で舞い上るのを防止でき、未硬化領域に到達し易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の製造装置を示す概念図である。
【符号の説明】
１０ 合成石英ガラスの製造装置
１１ 合成炉
１２ 合成用バーナ
１４ ターゲット
１５ インゴット
２０ 合成面
２２ サブバーナ
２４ａ 水素噴出部
２４ｂ 酸素噴出部
Ｒ 溶融ガラス化温度に加熱される領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for producing a synthetic quartz glass by burning an organosilicon compound in a synthetic flame to generate quartz glass fine particles, depositing and heating the quartz glass fine particles.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an exposure apparatus called a stepper is used in an optical lithography technique for exposing and transferring a fine pattern of an integrated circuit onto a semiconductor substrate or the like in a semiconductor manufacturing process. In recent years, ultraviolet light having a shorter wavelength than visible light has come to be used as the light source of the stepper with the high integration of large-scale integrated circuits (LSIs). For this reason, the optical system of the exposure apparatus must be made of a material that transmits ultraviolet light instead of the conventional optical glass. As an optical material having a high transmittance of light in the ultraviolet region, for example, quartz glass is known.
[0003]
Further, since the optical system of the exposure apparatus is composed of a number of optical members such as lenses for correcting aberrations, the transmittance of each optical member must be increased in order to increase the transmittance of the entire optical system of the exposure apparatus. Need to be higher. In order to increase the transmittance of each optical member, it is necessary to make the quartz glass highly pure.
[0004]
As a method for obtaining high-purity quartz glass, a flame hydrolysis method (also referred to as a "direct method" or a "direct flame hydrolysis method") is known. In the flame hydrolysis method, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) Is used as a raw material, and this raw material and a supporting gas and a combustion gas (for example, oxygen gas and hydrogen gas) for heating and hydrolysis reactions are mixed in a synthesis furnace of a manufacturing apparatus. Spouts from the burner towards the target. The target is rotated and lowered in the synthesis furnace. The raw material spouted from the burner is hydrolyzed by an oxyhydrogen flame to form fine silica glass particles (soot). The soot is deposited on the target and further heated by a flame to be melted and made transparent to form a quartz glass ingot. The quartz glass obtained in this way is called synthetic quartz glass.
[0005]
By the way, when a silicon chloride compound, which is a chlorine compound, is used as a raw material, synthetic quartz glass obtained by flame hydrolysis contains chlorine, but the higher the concentration of chlorine, the lower the durability of the synthetic quartz glass to ultraviolet light. It is known to Furthermore, hydrogen chloride which is a corrosive gas is generated in the synthesis furnace.
[0006]
In order to lower the chlorine concentration in the synthetic quartz glass and to prevent the generation of corrosive gas, it is desirable to use a silicon compound that is not a chlorine compound as a raw material of the synthetic quartz glass. It has been proposed to use an organic silicon compound as a raw material for synthetic quartz glass as a silicon compound other than a chlorine compound (for example, see Patent Document 1).
[0007]
The apparatus for manufacturing a synthetic quartz glass is provided with an auxiliary burner for adjusting a temperature gradient in the furnace (for example, see Patent Document 2), or a method for preventing the formation of deposits on the inner surface of the furnace wall. (For example, see Patent Literature 3) has been proposed. However, in these manufacturing apparatuses, those which prevent a decrease in durability against ultraviolet rays due to containing chlorine are disclosed. Could not be obtained.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-4-270130.
[0009]
[Patent Document 2]
JP-A-8-81224.
[0010]
[Patent Document 3]
JP-A-2000-26126.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Silicon tetrachloride (SiCl 4 )), The reaction for obtaining soot is a hydrolysis reaction, whereas when many organosilicon compounds are used, the reaction for obtaining soot is a combustion reaction. Therefore, in order to form soot from a raw material gas using an organosilicon compound, an extra supporting gas (oxygen gas) is required for the combustion of the raw material gas.
[0012]
That is, the ratio between the combustion gas ejected from the burner and the combustion supporting gas is set to be larger than the theoretical mixing ratio when there is no raw material gas by the amount of the raw material combustion, or the combustion reaction is sufficiently performed. In order to achieve this, a supporting gas equal to or more than the amount of the raw material combustion is supplied.
[0013]
However, in practice, the supporting gas reacts with the combustion gas (hydrogen gas) in the flame without being used for the combustion reaction of the 100% raw material gas. As a result, the concentration of hydrogen contained in the ingot decreases on the ingot synthesis surface where the source gas is sprayed. As described above, in the conventional synthesis using an organosilicon compound as a raw material, there has been a problem that the hydrogen concentration in the entire ingot is reduced due to an excessively supporting gas atmosphere.
[0014]
When the hydrogen concentration in the synthetic quartz glass becomes extremely low, the durability of the synthetic quartz glass to ultraviolet rays decreases. As a result, even if the chlorine concentration is reduced by using the organosilicon compound as the source gas, the durability against ultraviolet rays cannot be sufficiently improved.
[0015]
Therefore, an object of the present invention is to propose a method for producing a synthetic quartz glass in which the durability of a synthetic quartz glass to ultraviolet rays is easily improved, and to propose a production apparatus capable of producing a synthetic quartz glass by this production method. The purpose is to do.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to cope with such a problem, first, in order to sufficiently burn the organic silicon compound portion of the raw material gas, it is desirable to use an excessive amount of the supporting gas, while, on the other hand, to improve the durability of the synthetic quartz glass against ultraviolet rays. In order to increase the hydrogen concentration of the synthetic quartz glass, it is desirable to use an excessive amount of hydrogen gas, and it has been found that trying to create such two contradictory conditions with the same burner is the cause of the above problem. Invented the invention.
[0017]
That is, the method for producing a synthetic quartz glass according to claim 1, which solves the above-mentioned problem, comprises: a raw material gas containing an organosilicon compound, a combustion supporting gas containing oxygen, and a combustion gas combustible by oxygen. A synthetic quartz glass fine particle is generated by ejecting to form a synthetic flame, and the synthetic quartz glass fine particle is deposited on a synthetic surface of an ingot and heated to a melting vitrification temperature by the synthetic flame. In addition, hydrogen molecules are added to the ingot by blowing a hydrogen-containing gas separately from the synthetic flame to an uncured region around the region heated to the melt vitrification temperature.
[0018]
Further, a manufacturing method according to a second aspect is characterized in that, in addition to the configuration according to the first aspect, the temperature of the uncured region is 1700 ° C. or higher and lower than the melt vitrification temperature.
[0019]
Further, in the manufacturing method according to claim 3, in addition to the configuration according to claim 1 or 2, an oxygen-containing gas is sprayed on the uncured region together with the hydrogen-containing gas, and a hydrogen gas amount of the hydrogen-containing gas and oxygen It is characterized in that the flow rate ratio of the contained gas to the oxygen gas amount is such that the hydrogen gas is larger than the theoretical mixing ratio.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, the flow rate ratio represented by (oxygen gas amount) / (hydrogen gas amount) is 0.25 or more and 0.45 or less. There is a feature.
[0021]
The apparatus for producing synthetic quartz glass according to claim 5, further comprising: a synthesis furnace; a raw material gas containing an organosilicon compound; a combustion supporting gas containing oxygen; and a combustion gas combustible with oxygen. And a target for depositing silica glass fine particles generated by the synthetic flame to form an ingot, wherein the synthetic surface of the ingot is melt vitrified by the synthetic flame. A synthetic quartz glass manufacturing apparatus, wherein a sub-burner is provided at a position different from the synthesis burner, and a hydrogen-containing gas is supplied from an uncured region around the region heated from the sub-burner to the melt vitrification temperature. Is sprayed.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the fifth aspect, the sub-burner ejects an oxygen-containing gas together with the hydrogen-containing gas, and a periphery of the hydrogen-containing gas ejection portion. A discharge section of the oxygen-containing gas is provided so as to surround
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows a manufacturing apparatus for manufacturing synthetic quartz glass by the manufacturing method of the present invention.
[0024]
In the figure, reference numeral 10 denotes a quartz glass manufacturing apparatus. The quartz glass manufacturing apparatus 10 includes a synthesis furnace 11 made of a refractory, and a synthesis burner 12 made of a quartz tube is disposed on the top of the synthesis furnace 11 with an ejection port 12a directed downward in the furnace. A supply pipe 13 for supplying a raw material gas, a combustible gas, and a combustion gas is connected to the burner 12, and each gas is ejected from an ejection port 12a to form a synthetic flame.
[0025]
A target 14 is disposed below the inner space of the synthesis furnace 11 so as to face the ejection port 12 a of the burner 12, and a soot composed of quartz glass fine particles generated by a synthesis flame of the synthesis burner 12 is deposited on a top deposition surface 14 a. It is configured to be deposited to form an ingot 15. Further, the composite surface 20 at the top of the ingot 15 is heated to the molten vitrification temperature by the composite flame from the composite burner 12.
[0026]
The target 14 is fixed to an elevating stage 14b, is rotatable together with the elevating stage 14b, is swingable in the horizontal direction, and has a constant distance from the ejection port 12a of the burner 12 to the composite surface 20 of the ingot 15. Can be lowered in accordance with the growth of the ingot 15.
[0027]
A sub-burner 22 is provided at a position different from the synthesis burner 12 of the synthesis furnace 11, and a sub-supply pipe 23 for supplying a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas is connected. Can be spouted.
[0028]
The sub-burner 22 is composed of a concentric double quartz tube on the ejection port 22a side, a hydrogen ejection portion 24a having a central portion ejecting a hydrogen-containing gas, and an oxygen ejection portion 24b having an outer peripheral portion surrounding the periphery thereof ejecting an oxygen-containing gas. It has become. Therefore, when the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas are ejected from the sub-burner 22, each gas is ejected in a state where the oxygen-containing gas is present around the periphery and the hydrogen-containing gas is present at the central portion.
[0029]
The sub-burner 22 sprays the gas at a position different from the blowing position on the ingot 15 of the synthesis burner 12 so as to blow each gas to a position around the region R heated to the melt vitrification temperature of the ingot 15. It is arranged with the outlet 22a facing. Further, the sub-burner 22 is inclined with respect to the jetting direction of the synthesizing burner 12 so as to blow each gas at a right angle to the blowing position of the ingot 15. In this embodiment, the sub-burner 22 is fixed at an inclination angle of 45 ° with respect to the combining burner 12.
[0030]
In addition, a synthesis surface observation window (not shown) for observing the synthesis surface 20 of the ingot 15 is provided on a furnace wall of the synthesis furnace 11 of the manufacturing apparatus 10, and an opening 11 a is provided at a furnace bottom. The opening amount can be adjusted by the opening / closing mechanism 17. Further, the synthesis furnace 11 was covered with a furnace frame (not shown), and was not deposited on the exhaust gas generated during the formation of the ingot 15 or the target 14 through the through hole 19 on the side surface of the synthesis furnace 11 and the exhaust port of the furnace frame. The soot can be discharged out of the system together with the secondary air from the opening 11a.
[0031]
Next, a method of manufacturing synthetic quartz glass using the manufacturing apparatus 10 having such a configuration will be described.
[0032]
First, a synthetic flame is formed by injecting a source gas, a combustible gas, and a combustion gas from the synthesis burner 12 into the synthesis furnace 11.
[0033]
This raw material gas is a gas containing an organosilicon compound. As the organosilicon compound, alkoxysilanes or siloxanes are easily available, and thus are suitable. As the alkoxysilanes, methyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane and the like are preferable, and as the siloxanes, hexamethyldisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane and the like are preferable.
[0034]
Further, as this source gas, a mixture of an organic silicon compound and a carrier gas can be used. As the carrier gas, an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas may be used, but it is preferable to use an inert gas such as a nitrogen gas in order to prevent combustion in the burner 12 for synthesis.
[0035]
The combustion supporting gas ejected from the synthesis burner 12 is a gas containing oxygen, such as oxygen gas and air.
[0036]
On the other hand, the combustion gas is a gas containing a combustion component that can be burned by the oxygen-supporting gas, such as a hydrogen-containing gas such as hydrogen gas, and a hydrocarbon gas such as methane gas, ethane gas, and propane gas. Here, it is particularly preferable to use an oxygen gas as the combustion supporting gas and a hydrogen gas as the combustion gas to form an oxyhydrogen flame because the ingot does not contain impurities.
[0037]
Then, these gases are ejected to form a synthetic flame, whereby the organosilicon compound in the raw material gas is caused to undergo a combustion reaction with oxygen in the supporting gas to form a soot composed of synthetic quartz glass fine particles.
[0038]
At this time, the amount of each of the raw material gas, the supporting gas, and the combustion gas is at least equal to the amount of the organosilicon compound of the raw material gas, based on the theoretical mixing ratio of the oxygen gas amount of the supporting gas to the combustion component amount of the combustion gas. The corresponding amount is made excessive. Here, the oxygen gas of the combustion supporting gas is ejected so as to be larger than the theoretical mixing ratio with respect to the sum of the combustion component amount of the combustion gas and the combustion component amount of the organosilicon compound of the raw material gas. It is particularly preferable that the ratio of (the amount of the combustion component of the combustion gas to the amount of the combustion component of the organosilicon compound in the raw material gas) / (the amount of the oxygen gas) be 0.9 to 0.5. is there. By supplying sufficient oxygen gas, the organic silicon compound in the raw material gas is almost completely burned and reacted in the synthetic flame, and soot is efficiently produced from the organic silicon compound in the raw material gas.
[0039]
Next, the soot generated in this manner is deposited on the deposition surface 14a of the target 14 to form the ingot 15. At this time, the soot is deposited on the composite surface 20 of the ingot 15, and the soot is deposited from the composite burner 12. By heating to the melt vitrification temperature with a synthetic flame, the ingot 15 grows by vitrification.
[0040]
Here, most of the synthetic surface 20 at the top of the ingot 15 is covered with the synthetic flame, and furthermore, the target 14 rotates and oscillates in the horizontal direction so that the entire synthetic surface 20 becomes substantially uniform at the molten vitrification temperature. Heated. When the diameter of the ingot 15 is larger than that of the flame, the entire composite surface 20 may be heated to the melt vitrification temperature by heating a part of the region to the melt vitrification temperature and moving this region. It is possible.
[0041]
Here, the melt vitrification temperature is a temperature at which soot deposited on the composite surface 20 can be melted and vitrified, and is, for example, a temperature of 2000 ° C. or more.
[0042]
In this production method, when the synthetic surface 20 of the ingot 15 is heated and melted by the synthetic flame, the hydrogen-containing gas is blown out from the sub-burner 22 together with the oxygen-containing gas. The uncured area around the heated area R is sprayed, thereby adding hydrogen molecules to the ingot 15.
[0043]
The uncured region is an uncured region formed around the temperature region R when the composite surface 20 of the ingot 15 is heated to the melting vitrification temperature by the synthetic flame of the synthesis burner 12; It may be a partial region of the composite surface 20 or a region outside the composite surface 20.
[0044]
Here, since the diffusion speed of the hydrogen molecules in the synthetic quartz glass is very low, the hydrogen-containing gas is blown onto the uncured region of the ingot 15 where the diffusion speed of the hydrogen molecules is easily improved.
[0045]
More specifically, the temperature is preferably lower than the melt vitrification temperature and not lower than 1700 ° C. When sprayed to the region R at the melt vitrification temperature, the hydrogen-containing gas is burned by the oxygen gas as the supporting gas of the synthetic flame, and it is difficult to increase the hydrogen concentration in the atmosphere around the uncured region. Is reduced. On the other hand, when sprayed onto a temperature region lower than 1700 ° C., the fluidity of the quartz glass of the ingot 15 is too low, and hydrogen molecules can be added to the periphery of the ingot 15, but the hydrogen molecules cannot diffuse to the center of the ingot 15 The hydrogen concentration of the obtained synthetic quartz glass tends to be non-uniform. When the hydrogen-containing gas is sprayed onto the uncured region, if the hydrogen-containing gas is covered with the synthetic flame, it may be sprayed so as to partially overlap the synthetic flame.
[0046]
By the way, the hydrogen-containing gas blown to the uncured region is a gas containing hydrogen such as hydrogen gas, and may be the same gas as the combustion gas ejected from the burner 12 for synthesis.
[0047]
Further, the oxygen-containing gas ejected together with the hydrogen-containing gas is an oxygen-containing gas such as oxygen gas or air, and may be the same as the combustion-supporting gas ejected from the synthesis burner 12.
[0048]
The flow ratio between the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas is determined by setting the flow ratio between the hydrogen gas amount of the hydrogen-containing gas and the oxygen gas amount of the oxygen-containing gas to be such that the hydrogen gas amount is larger than the theoretical mixing ratio. preferable.
[0049]
The gas blown to the uncured region of the ingot 15 is preferable because the higher the hydrogen gas concentration, the more the amount of hydrogen added to the ingot 15 can be increased. Without blowing out the oxygen-containing gas, only the hydrogen-containing gas is supplied from the sub-burner 22. It may be squirted. However, when only the hydrogen-containing gas is sprayed, the temperature of the uncured region is easily lowered, and the specific gravity of the hydrogen gas is lighter than the raw material gas and the supporting gas ejected from the synthesis burner 12. In the vicinity, hydrogen rises and it becomes difficult for hydrogen gas to reach the uncured region. Therefore, in this embodiment, an oxygen-containing gas is ejected together with the hydrogen-containing gas.
[0050]
In the case where the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas are ejected, when the oxygen gas becomes excessive in the flow ratio, the hydrogen gas of the hydrogen-containing gas is consumed by combustion, and the hydrogen concentration around the uncured region increases. Therefore, the amount of hydrogen gas is larger than the theoretical mixing ratio. Here, it is particularly preferable that the flow rate ratio represented by (oxygen gas amount) / (hydrogen gas amount) be 0.25 or more and 0.45 or less.
[0051]
Further, as the amount of the hydrogen-containing gas ejected from the sub-burner 22 increases, the more the amount of hydrogen addition increases, the more the amount of hydrogen added increases. However, the amount of combustion of the hydrogen gas also increases. 15 is likely to be crushed by its own weight. Therefore, the flow rate of the hydrogen gas ejected from the sub-burner 22 is preferably set to 20 to 100 slm.
[0052]
Since the collision speed of hydrogen molecules on the ingot 15 also affects the effect of adding hydrogen molecules into the ingot 15, it is preferable to increase the flow velocity at the time of jetting from the sub-burner 22. It is preferable that the flow rate of the contained gas is in the range of 20 m / sec to 50 m / sec. In this case, it is appropriate that the distance between the sub-burner 22 and the composite surface 20 of the ingot 15 is 50 mm to 200 mm.
[0053]
When the synthetic quartz glass is manufactured as described above, a hydrogen-containing gas is sprayed from the sub-burner 22 to the uncured region around the region R of the ingot 15 heated to the melt vitrification temperature, separately from the synthetic flame. Since hydrogen molecules are added to No. 15, the combustion reaction of the raw material gas and the combustion gas can be performed by increasing the oxygen concentration of the synthetic flame, and soot can be efficiently produced from the organosilicon compound in the raw material gas. Can be.
[0054]
Further, since the hydrogen-containing gas is ejected separately from the synthetic flame, the hydrogen gas of the hydrogen-containing gas is hardly consumed by the oxygen gas of the synthetic flame, and the hydrogen concentration in the atmosphere around the uncured region can be increased, and the ingot 15 Easy to add hydrogen molecules to
[0055]
Therefore, by using an organosilicon compound without using a silicon chloride compound as a raw material gas, it is possible to suppress the chlorine concentration of the synthetic quartz glass to be low, and simultaneously add hydrogen molecules to increase the hydrogen molecule concentration of the synthetic quartz glass. Therefore, it is possible to improve the durability of the synthetic quartz glass against ultraviolet rays.
[0056]
Further, since the hydrogen-containing gas is blown onto the uncured region of the ingot 15, the hydrogen molecules can be easily diffused into the synthetic quartz glass, and the hydrogen molecules can be diffused into the ingot 15.
[0057]
Further, the oxygen-containing gas is sprayed together with the hydrogen-containing gas from the sub-burner 22, and the flow ratio of the hydrogen gas and the oxygen gas is set so that the hydrogen gas is larger than the theoretical mixing ratio. It is easy to reach the uncured region of the ingot 15.
[0058]
In addition, since the sub-burner 22 includes the hydrogen jetting portion 24a for jetting the hydrogen-containing gas and the oxygen jetting portion 24b for jetting the oxygen-containing gas around the hydrogen jetting portion 24a, the raw material gas and the fuel The hydrogen-containing gas having a specific gravity lower than that of the gas can be ejected in a state surrounded by the oxygen-containing gas having a higher specific gravity, and therefore, it is easy to prevent the hydrogen-containing gas from rising around the ingot 15, and the uncured The hydrogen-containing gas can easily reach the region.
[0059]
In the above-described embodiment, an example in which the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas are ejected from the sub-burner 22 has been described. However, as long as the hydrogen-containing gas reaches the uncured region and the hydrogen molecules can be added to the ingot 15, Only the hydrogen-containing gas may be ejected from the sub-burner 22.
[0060]
Further, in the above-described embodiment, one sub-burner 22 in which the ejection port 22a side is formed of a concentric double pipe has been described. However, the shape of the sub-burner 22 can be changed as appropriate. Is also possible.
[0061]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0062]
[Example]
Using a production apparatus 10 as shown in FIG. 1, a raw material gas composed of octamethyltetrasiloxane (OMCTS) gas and nitrogen is supplied from a synthesis burner 12 for 20 slm ( S standard L iter Per M Inute), a combustion supporting gas composed of oxygen gas was emitted at 350 slm, a combustion gas composed of hydrogen gas was jetted at 600 slm, and an oxygen gas was jetted from the sub-burner 22 at 15 slm and hydrogen gas at 40 slm to produce an ingot of synthetic quartz glass. . The flow rate of the hydrogen gas at the injection port 22a of the sub-burner 22 was 30 m / sec.
[0063]
A block was cut out from the synthetic quartz glass thus manufactured, and the hydrogen molecule concentration was measured. 17 Pieces / cm 3 3.9 × 10 at the center 17 Pieces / cm 3 Met.
[0064]
[Comparative example]
An ingot of synthetic quartz glass was manufactured in the same manner as in Example except that neither the oxygen gas nor the hydrogen gas was jetted from the sub-burner 22.
[0065]
When the hydrogen molecule concentration of the block cut out from this ingot was measured, it was 2.0 × 10 16 Pieces / cm 3 2.5 × 10 at the center 16 Pieces / cm 3 And the hydrogen molecule concentration was insufficient compared with the example.
[0066]
In addition, when the transmittance | permeability and the durability with respect to an ultraviolet-ray of an Example product and a comparative example product were measured on the same conditions, it was confirmed that all the comparative example products were inferior to the Example product.
[0067]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the method for producing a synthetic quartz glass according to claim 1, a hydrogen-containing gas is added to an uncured region around a region of the ingot heated to the melt vitrification temperature, separately from the synthetic flame. Since hydrogen molecules are added to the ingot by spraying, the oxygen concentration of the synthetic flame is increased, and the organosilicon compound in the raw material gas can be sufficiently combusted, and quartz glass fine particles can be efficiently generated. At the same time, since the hydrogen-containing gas is jetted into the uncured region separately from the synthetic flame, the hydrogen gas of the hydrogen-containing gas is hardly consumed by the oxygen gas of the synthetic flame, and the hydrogen molecule concentration in the atmosphere around the uncured region of the ingot. And it is easy to add hydrogen molecules to the synthetic quartz glass. Therefore, by using an organosilicon compound as a source gas, the chlorine concentration can be kept low, the hydrogen molecule concentration of the synthetic quartz glass can be increased, and the durability of the synthetic quartz glass to ultraviolet rays can be improved.
[0068]
According to the manufacturing method of the second aspect, since the temperature of the uncured region is set to 1700 ° C. or higher and lower than the melt vitrification temperature, the fluidity of the ingot is reduced in the region where the synthetic flame is not directly ejected. A hydrogen-containing gas can be sprayed on a high region, and hydrogen molecules having a low diffusion rate in synthetic quartz glass can be diffused inside.
[0069]
Furthermore, according to the manufacturing method of claim 3 or 4, an oxygen-containing gas is sprayed on the uncured region together with the hydrogen-containing gas, and a flow ratio of the hydrogen gas amount of the hydrogen-containing gas to the oxygen gas amount of the oxygen-containing gas. The hydrogen-containing gas is made to be larger than the theoretical mixing ratio, so that the hydrogen-containing gas is lighter than the supporting gas and the raw material gas of the synthetic flame, and flows with the oxygen-containing gas even if it is easy to soar around the ingot. Thereby, it is possible to easily reach the uncured region.
[0070]
According to the apparatus for manufacturing a synthetic quartz glass according to the fifth aspect, the sub-burner is provided at a position different from the burner for synthesis, and hydrogen is contained in the uncured region around the region heated from the sub-burner to the melting vitrification temperature. Since the gas is blown, a sufficient amount of the supporting gas can be ejected from the synthesis burner with respect to the raw material gas and the combustion gas to form a synthetic flame. Quartz glass particles can be efficiently generated by sufficiently performing the combustion reaction of the compound, and the hydrogen-containing gas is ejected from the sub-burner separate from the synthesis burner to the uncured region. Is hardly consumed by the oxygen gas of the synthetic flame, and the hydrogen concentration in the atmosphere around the uncured region of the ingot is increased to easily add hydrogen molecules to the ingot. Therefore, a synthetic quartz glass manufacturing apparatus capable of improving the durability against ultraviolet rays can be obtained.
[0071]
Further, according to the manufacturing apparatus of the sixth aspect, the sub-burner ejects the oxygen-containing gas together with the hydrogen-containing gas, and the oxygen-containing gas ejection portion is provided so as to surround the hydrogen-containing gas ejection portion. Therefore, the hydrogen-containing gas, which has a lower specific gravity than the source gas and the supporting gas, can be ejected in a state surrounded by the oxygen-containing gas, which has a higher specific gravity, thereby preventing the hydrogen gas from rising around the ingot. , Can easily reach the uncured region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Synthetic quartz glass manufacturing equipment
11 Synthetic furnace
12 Burner for synthesis
14 Target
15 Ingot
20 Synthetic surface
22 Subburner
24a Hydrogen ejection section
24b oxygen spout
R Area heated to the melt vitrification temperature
