JP2814866B2 - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents

石英ガラスの製造方法

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    • C03C2203/40—Gas-phase processes

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は石英ガラスの製造方法に
関するものであり、特に高均質性が要求される合成石英
ガラス部材を必要とする分野、例えば光リソグラフィ
ー、高精度分光器、レーザー等の精密光学機器に有用と
される高均質な光学用合成石英ガラスに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン等のウエハ上に集積回路
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、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は、近年のＬＳＩの高集
積化にともなってｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５
ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９
３ｎｍ）エキシマレーザーへと短波長化が進められてい
る。
【０００３】一般に、ステッパーの照明系あるいは投影
レンズとして用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い
波長領域では光透過率が低下するため、従来の光学ガラ
スにかえて合成石英ガラスやＣａＦ2（蛍石）等のフッ
化物単結晶を用いることが提案されている。このよう
に、紫外線リソグラフィー用の光学素子として用いられ
る石英ガラスには、紫外域の高透過性と屈折率の高均質
性が要求されている。紫外域の高透過性を実現するため
には、石英ガラス中の不純物濃度を抑える必要がある。
そこで、石英ガラスの原料となるＳｉ化合物ガス（Ｓｉ
化合物ガスを送り出すために、Ｏ2、Ｈ2等のキャリアガ
スが用いられる）と加熱のための燃焼ガス（Ｏ2ガスと
Ｈ2ガス）とをバーナーから流出し、火炎内で石英ガラ
スを堆積させる火炎加水分解法が一般的に用いられてい
る。
【０００４】この方法は、原料、燃焼ガスの不純物を抑
えることが容易なため、高純度な石英ガラスを得られる
ことが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
火炎加水分解法により製造された石英ガラスは、不純物
濃度が抑えられてはいるが、屈折率の均質性に関しては
満足のいくものが得られていなかった。本発明の目的
は、このような問題を解決し、光透過性がよく、かつ屈
折率の均質性の高い石英ガラスの製造方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】屈折率の均質性は、ター
ゲット上にインゴットが形成されるときの径方向（横方
向）から見た温度分布に依存すると考えられる。そこ
で、従来は、バーナーの先端部の形状や、原料ガス、燃
焼ガス（Ｏ2ガスとＨ2ガス）の量や比を、あらかじめ均
質化の最適な温度分布となるように予測して設定してい
た。
【０００７】しかしながら、温度分布は必ずしも予測通
りにはならず、また、どの程度の均質性の石英ガラスが
得られるかは、実際に製造して均質性を測定するまでわ
からなかった。本発明者らは、このような状況を踏まえ
た上で、屈折率の均質性を最適化するようにインゴット
のヘッド部の温度分布を調整すべく鋭意研究を重ねた結
果、ヘッド部の温度分布を計測し、その情報に応じてバ
ーナーのガス量を変化させることにより上記問題を解決
できることを見い出し、本発明を成すに至った。
【０００８】よって、本発明は、Ｓｉ化合物ガスとＯ2
ガスとＨ2ガスとをバーナーから噴出して燃焼させ、タ
ーゲット上に石英ガラスを堆積しインゴットを形成する
石英ガラスの製造方法において、前記インゴットのヘッ
ド部の温度分布を計測して得られた情報により前記バー
ナーのガス量を変化させることを特徴とする石英ガラス
の製造方法（請求項１）を提供するものである。
【０００９】また、本発明の石英ガラスの製造方法にお
いて、バーナーのガス量を変化させる手段として、好ま
しくはマスフローコントローラが用いられる（請求項
２）。
【００１０】
【作用】従来の製造方法においては、屈折率の均質化に
最適な条件で石英ガラスのインゴットを一定の速度で安
定して合成させるために、バーナーのガス量はほとんど
一定であった。ところが、本発明者らが研究した結果、
一定のガス量では、ヘッドの温度分布に対する様々な外
乱要因により高均質の屈折率分布を持つ石英ガラスが得
られないことがわかった。さらに研究したところ、バー
ナーの中央部の燃焼ガスのガス量がヘッドの温度分布に
強く作用することと、周辺部の燃焼ガスのガス量はヘッ
ドの温度分布への影響が少ないことがわかった。したが
って、本発明においては、バーナー中央部のガス量をヘ
ッドの温度分布制御に利用し、バーナー周辺部のガス量
はインゴットを一定の速度で安定して合成させる制御に
利用した。これにより、絶えず合成速度の安定化を考慮
しながら屈折率の均質性を保つのに最適なガス量を制御
することができた。
【００１１】本発明の石英ガラスの製造方法により製造
された石英ガラスは、主としてレンズ、プリズム、反射
板等の光学素子の母材として用いられる。この母材の外
周部分は削り取られ、必要に応じて切断、再成形されて
任意の形状に加工される。そして、内部歪をなくすため
にアニール（熱処理）した後、研磨、コーティング工程
を経て光学素子となる。
【００１２】
【実施例】以下、火炎加水分解法を用いた本発明の石英
ガラスの製造方法の一実施例について説明するが、本発
明はこれに限られるものではない。図１は本発明の一実
施例を示す概念図である。バーナー１は、炉２の上部か
らターゲット３にその先端部を向けて設置されている。
炉壁には観察用の窓４と、ＩＲカメラ観察用の窓５と、
排気孔６とがそれぞれ設けられている。さらに、炉の下
部には、インゴット７形成用のターゲット３が設置され
ている。
【００１３】図２はバーナー先端部の概略図である。石
英管１１からＳｉＣｌ4ガスおよびキャリアガスが、加
熱のための燃焼ガスとして中央部の石英管１２及び周辺
部の石英管１３からＯ2ガスとＨ2ガスとがそれぞれ流出
される。それぞれのガス量は、バーナー先端部の形状等
によっても異なるが、本実施例の場合は、ＳｉＣｌ4ガ
ス５〜５０ｇ／min.、Ｏ2ガス２０〜２５０ｌ／min.、
Ｈ 2ガス４０〜５００ｌ／min.の範囲で変化させた。
【００１４】燃焼ガスによる火炎により、ＳｉＣｌ4ガ
スが酸化されて熔融石英となり、ターゲット上に堆積し
インゴットを形成する。インゴットのヘッド部は燃焼ガ
スによる火炎におおわれている。インゴットのヘッド部
の温度測定にはＩＲカメラ９を使用し、画面をデータ処
理するためのコンピュータ１０、および、ガス量を制御
するマスフローコントローラ８（ＭＦＣと略す）で構成
されている。コンピュータは、処理された画面データか
ら最適なガス量を計算し、ＭＦＣに信号を送ることによ
り、オンラインでの制御が可能になっている。
【００１５】図３は実験的にＭＦＣによりバーナーの燃
焼ガスのガス量を変化させた時のインゴットのヘッド部
の温度分布と屈折率の均質性の結果を示す。本実施例に
おいては、インゴットを形成している際に径方向（横方
向）から見た温度分布を計測し、この情報に応じてバー
ナーのガス量を調整することにより屈折率の均質化に最
適な温度分布を保つことが可能となり、インゴットの径
方向の均質性の向上した石英ガラスを製造することがで
きた。
【００１６】さらに、ヘッド部の温度分布を最適値に保
つために中央部ガス量を制御すると同時に、石英ガラス
のインゴットを一定の速度で合成するために周辺部のガ
ス量を制御することにより、インゴットの径方向（横方
向）から見た均質性の向上した石英ガラスを一定の速度
で安定して製造することができた。
【００１７】
【発明の効果】以上の様に、本発明の石英ガラスの製造
方法によれば、温度分布を計測し、この情報に応じてバ
ーナーのガス量を変化させることにより屈折率の均質性
を最適化するような温度分布とすることができ、結果と
して不純物濃度が低く、かつ均質性の高い石英ガラスが
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１に用いられる石英ガラス製
造装置の概念図である。
【図２】 図１の製造装置のバーナー先端部の形状を示
す概念図である。
【図３】 バーナーのガス量を変化させたときのインゴ
ットのヘッド部の温度分布と屈折率の均質性の結果を示
す説明図である。
【符号の説明】
１ バーナー ２ 炉 ３ ターゲット ４ 観察用窓 ５ ＩＲカメラ観察用窓 ６ 排気孔 ７ インゴット ８ マスフローコントローラ ９ ＩＲカメラ １０ コンピュータ １１ ＳｉＣｌ4ガス用石英管 １２ バーナー中央部のＯ2、Ｈ2ガス用石英管 １３ バーナー周辺部のＯ2、Ｈ2ガス用石英管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岩 弘之 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株式会社ニコン内 審査官 大工原 大二 (56)参考文献 特開 昭55−75934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−64233（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C03B 8/04 C03B 20/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｓｉ化合物ガスとＯ2ガスとＨ2ガスとをバ
    ーナーから噴出して燃焼させ、ターゲット上に石英ガラ
    スを堆積しインゴットを形成する石英ガラスの製造方法
    において、前記インゴットのヘッド部の温度分布を計測
    して、得られた情報により前記バーナーのガス量を変化
    させることを特徴とする石英ガラスの製造方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の製造方法において、前記
    バーナーのガス量を変化させる手段としてマスフローコ
    ントローラを用いることを特徴とする石英ガラスの製造
    方法。
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