JP3360374B2 - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents
石英ガラスの製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
- C03B19/1446—Means for after-treatment or catching of worked reactant gases
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石英ガラスの製造方
法、製造装置、及びそれにより製造される石英ガラスに
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。
法、製造装置、及びそれにより製造される石英ガラスに
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。
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のキャリアガスが同時に用い
られる）と加熱、反応のための燃焼ガス（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合成法が一般的に用いられている。
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のキャリアガスが同時に用い
られる）と加熱、反応のための燃焼ガス（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合成法が一般的に用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な火炎加水合成法による石英ガラスの製造においては、
ターゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉が、排気
口や排気管に付着して詰まらせ、定常的な排気を妨げる
変動要因となっていた。さらに、これらの付着物が間欠
的に剥がれたときに、排気量も間欠的に大きく変動す
る。
な火炎加水合成法による石英ガラスの製造においては、
ターゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉が、排気
口や排気管に付着して詰まらせ、定常的な排気を妨げる
変動要因となっていた。さらに、これらの付着物が間欠
的に剥がれたときに、排気量も間欠的に大きく変動す
る。
【０００５】これらの排気量の変動は、炉内部の雰囲気
（炉内部の温度、インゴット上部の合成面の温度等）の
揺らぎとなり、石英ガラスの屈折率の不均質を生じさせ
る。また、石英ガラス粉が排気口や排気管に付着するこ
とにより排気量が減少し、炉内壁にも石英ガラス粉が付
着してくる。この付着物とインゴットが接触し、付着物
（石英ガラス粉）を巻き上げた場合、インゴットに混入
し、泡、脈理、屈折率の不均質を生じてしまう。
（炉内部の温度、インゴット上部の合成面の温度等）の
揺らぎとなり、石英ガラスの屈折率の不均質を生じさせ
る。また、石英ガラス粉が排気口や排気管に付着するこ
とにより排気量が減少し、炉内壁にも石英ガラス粉が付
着してくる。この付着物とインゴットが接触し、付着物
（石英ガラス粉）を巻き上げた場合、インゴットに混入
し、泡、脈理、屈折率の不均質を生じてしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明者らは、排気装置の排気ファンの回転数
を制御する制御装置を取り付け、任意の時間間隔で任意
の排気量を選択したところ、ターゲット上に堆積されな
かった石英ガラス粉が定常的な排気を妨げることなく、
排気口、排気管からスムーズに排出された。
ために、本発明者らは、排気装置の排気ファンの回転数
を制御する制御装置を取り付け、任意の時間間隔で任意
の排気量を選択したところ、ターゲット上に堆積されな
かった石英ガラス粉が定常的な排気を妨げることなく、
排気口、排気管からスムーズに排出された。
【０００７】よって、本発明は第１に、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、前記ターゲット
上に堆積されなかった石英ガラス粉を排気する排気手段
の排気量を調整することを特徴とする石英ガラスの製造
方法を提供するものである。
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、前記ターゲット
上に堆積されなかった石英ガラス粉を排気する排気手段
の排気量を調整することを特徴とする石英ガラスの製造
方法を提供するものである。
【０００８】また、本発明は第２に、炉と、該炉内部に
設置されたインゴット形成用のターゲットと、該ターゲ
ットに先端を向けて設置された石英ガラス合成用のバー
ナーと、前記ターゲット上に堆積されなかった石英ガラ
ス粉を排気する排気手段とからなる石英ガラスの製造装
置において、前記排気手段の排気量を調整することを特
徴とする石英ガラスの製造装置を提供するものである。
設置されたインゴット形成用のターゲットと、該ターゲ
ットに先端を向けて設置された石英ガラス合成用のバー
ナーと、前記ターゲット上に堆積されなかった石英ガラ
ス粉を排気する排気手段とからなる石英ガラスの製造装
置において、前記排気手段の排気量を調整することを特
徴とする石英ガラスの製造装置を提供するものである。
【０００９】
【作用】本発明においては、石英ガラスを合成中、ター
ゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉を排気する排
気量を調整することにより排気口や排気管の詰まりがな
くなり炉内部の雰囲気（炉内部の温度及びインゴット上
部の合成面の温度）が一定に保たれる。
ゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉を排気する排
気量を調整することにより排気口や排気管の詰まりがな
くなり炉内部の雰囲気（炉内部の温度及びインゴット上
部の合成面の温度）が一定に保たれる。
【００１０】また、排気量の減少による炉内壁への石英
ガラス粉の付着もなく、付着物がインゴットへ混入する
こともなくなる。排気量の調整は、排気管の詰まり等の
変動要因に起因する排気量の変化を、排気管に設置した
排気量センサーあるいは排気圧力系により測定し、その
測定値を排気量制御装置にフィードバックすることによ
り達成できる。
ガラス粉の付着もなく、付着物がインゴットへ混入する
こともなくなる。排気量の調整は、排気管の詰まり等の
変動要因に起因する排気量の変化を、排気管に設置した
排気量センサーあるいは排気圧力系により測定し、その
測定値を排気量制御装置にフィードバックすることによ
り達成できる。
【００１１】なお、排気量を常に排気管が詰まらない程
度に大きく保つ（たとえば排気装置の最大排気量にす
る）ことも考えられるが、そのような排気量にした場
合、インゴット上部の合成面の温度が下がり過ぎてしま
い、ガラス化できない。さらに、排気量の間欠的な変動
に対しては、上記のように排気量をフィードバックして
調整するだけでは充分でない。そこで、本発明は、好ま
しくは排気量を間欠的にパルス状に変化させることによ
り、合成面の温度を保ったまま詰まりかけた石英ガラス
粉を取り除くことができる。このパルス状の排気の変化
及び間隔をプログラムに従い適切に選択すれば、排気量
の間欠的な変動をなくすことができる。
度に大きく保つ（たとえば排気装置の最大排気量にす
る）ことも考えられるが、そのような排気量にした場
合、インゴット上部の合成面の温度が下がり過ぎてしま
い、ガラス化できない。さらに、排気量の間欠的な変動
に対しては、上記のように排気量をフィードバックして
調整するだけでは充分でない。そこで、本発明は、好ま
しくは排気量を間欠的にパルス状に変化させることによ
り、合成面の温度を保ったまま詰まりかけた石英ガラス
粉を取り除くことができる。このパルス状の排気の変化
及び間隔をプログラムに従い適切に選択すれば、排気量
の間欠的な変動をなくすことができる。
【００１２】本発明によれば、炉内の排気がスムーズに
行われる為、炉内の温度分布や排気流量が変動すること
なく一定に保たれ安定して石英ガラスを製造することが
でき、三方向に脈理がなく（請求項４）、インゴット側
面方向の屈折率の均質性がΔｎ≦４×１０-6であり、屈
折率分布の勾配が１×１０-6以下（請求項５）、０．０
１ｍｍ以上の泡、異物を含まない（請求項６）石英ガラ
スが得られる。
行われる為、炉内の温度分布や排気流量が変動すること
なく一定に保たれ安定して石英ガラスを製造することが
でき、三方向に脈理がなく（請求項４）、インゴット側
面方向の屈折率の均質性がΔｎ≦４×１０-6であり、屈
折率分布の勾配が１×１０-6以下（請求項５）、０．０
１ｍｍ以上の泡、異物を含まない（請求項６）石英ガラ
スが得られる。
【００１３】このようにして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。
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。
【００１４】以下、実施例を用いて本発明の石英ガラス
の製造方法を説明する。
の製造方法を説明する。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明の石英ガラスの製造装置の一
実施例を示す概念図である。バーナー２は、炉１の上部
からターゲット４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（図示せず）と排気管がそれ
ぞれ設けられている。さらに、炉の下部には、インゴッ
ト形成用のターゲット４が設置されている。バーナー２
の先端部の石英管からは、原料ガスとしてＳｉＣｌ4お
よびキャリアガスが、燃焼ガスとしてＯ2ガスとＨ2ガス
とがそれぞれ流出される。
実施例を示す概念図である。バーナー２は、炉１の上部
からターゲット４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（図示せず）と排気管がそれ
ぞれ設けられている。さらに、炉の下部には、インゴッ
ト形成用のターゲット４が設置されている。バーナー２
の先端部の石英管からは、原料ガスとしてＳｉＣｌ4お
よびキャリアガスが、燃焼ガスとしてＯ2ガスとＨ2ガス
とがそれぞれ流出される。
【００１６】そして、燃焼ガスによる火炎により、Ｓｉ
Ｃｌ4が火炎加水分解されて合成石英となり、ターゲッ
ト上に堆積しインゴットを形成する。インゴット上部の
合成面は燃焼ガスによる火炎におおわれている。図２
に、本実施例の排気手段であるスクラバーの概念図を示
す。本実施例においては、熱電対あるいはＩＲカメラ
（図示せず）により炉内部及びインゴット上部（合成
面）の温度を測定し、その測定値を排気ファンの周波数
にフィードバックし、制御している。つまり、合成面や
炉内温度が合成当初と変化してきた場合、排気ファンの
周波数を制御し、温度が一定に保たれるように自動制御
している。
Ｃｌ4が火炎加水分解されて合成石英となり、ターゲッ
ト上に堆積しインゴットを形成する。インゴット上部の
合成面は燃焼ガスによる火炎におおわれている。図２
に、本実施例の排気手段であるスクラバーの概念図を示
す。本実施例においては、熱電対あるいはＩＲカメラ
（図示せず）により炉内部及びインゴット上部（合成
面）の温度を測定し、その測定値を排気ファンの周波数
にフィードバックし、制御している。つまり、合成面や
炉内温度が合成当初と変化してきた場合、排気ファンの
周波数を制御し、温度が一定に保たれるように自動制御
している。
【００１７】周波数の制御にはシーケンサを使用し、プ
ログラムに従い任意の時間間隔で排気ファンを駆動して
いるインダクションモーターに接続したインバーターの
周波数を変化させ、間欠的にパルス状に排気量を増加さ
せた。この周波数変化、排気量、炉内部の温度の関係を
図３に示した。パルス状の排気量の増加は、使用してい
る排気処理装置（スクラバー）の最大能力にするのが最
も効果があり、パルス幅Ｔ1が短いほど詰まり除去の効
果がある。
ログラムに従い任意の時間間隔で排気ファンを駆動して
いるインダクションモーターに接続したインバーターの
周波数を変化させ、間欠的にパルス状に排気量を増加さ
せた。この周波数変化、排気量、炉内部の温度の関係を
図３に示した。パルス状の排気量の増加は、使用してい
る排気処理装置（スクラバー）の最大能力にするのが最
も効果があり、パルス幅Ｔ1が短いほど詰まり除去の効
果がある。
【００１８】プログラム排気のスケジュールは図５のよ
うに数種類行ったが、炉内部の雰囲気の安定性やインゴ
ットへの影響（泡、屈折率の均質性等）を考えると図４
のようなスケジュール（図５のパターン１）がもっとも
有効であった。
うに数種類行ったが、炉内部の雰囲気の安定性やインゴ
ットへの影響（泡、屈折率の均質性等）を考えると図４
のようなスケジュール（図５のパターン１）がもっとも
有効であった。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、長期間
にわたって一定の排気量が保たれるので、炉内部の雰囲
気（炉内部の温度、インゴット上部の合成面の温度等）
の変動がなく、石英ガラスの屈折率の均質性を低下させ
ない。また、炉内壁に石英ガラス粉が付着するのを防ぐ
ことができるので、付着物がインゴットに混入し、泡や
脈理等を生じることがなく、屈折率の均質性を低下させ
ない。
にわたって一定の排気量が保たれるので、炉内部の雰囲
気（炉内部の温度、インゴット上部の合成面の温度等）
の変動がなく、石英ガラスの屈折率の均質性を低下させ
ない。また、炉内壁に石英ガラス粉が付着するのを防ぐ
ことができるので、付着物がインゴットに混入し、泡や
脈理等を生じることがなく、屈折率の均質性を低下させ
ない。
【図１】 本発明の石英ガラスの製造装置の概念図であ
る。
る。
【図２】 本発明の石英ガラスの製造装置の排気手段の
一実施例であるスクラバーの概念図である。
一実施例であるスクラバーの概念図である。
【図３】 合成中のスクラバーファン周波数変化に伴う
排気量と炉内部の温度の変動をプログラム排気の有無に
よってグラフ化したものである。
排気量と炉内部の温度の変動をプログラム排気の有無に
よってグラフ化したものである。
【図４】 プログラム排気の最適スケジュールを示した
ものである。
ものである。
【図５】 プログラム排気のスケジュールを示したもの
である。
である。
１ 炉 ２ バーナー ３ インゴット ４ ターゲット
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 平３−109221（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−128226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−17439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−86437（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−316421（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−235829（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−195550（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 20/00 C03B 19/14 C03B 8/04
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｉ化合物ガスと燃焼ガスとをバーナー
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、前記ターゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉
を排気する排気手段の排気量を間欠的にパルス状に変化
させることを特徴とする石英ガラスの製造方法。 - 【請求項２】 Ｓｉ化合物ガスと燃焼ガスとをバーナー
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、前記ターゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉
を排気する排気手段の排気量を間欠的にパルス状に変化
させ、三方向に脈理の認められない石英ガラスを製造す
ることを特徴とする石英ガラスの製造方法。 - 【請求項３】 Ｓｉ化合物ガスと燃焼ガスとをバーナー
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、前記ターゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉
を排気する排気手段の排気量を間欠的にパルス状に変化
させ、インゴット側面方向の屈折率の均質性がΔｎ≦４
×１０-6であり、屈折率分布の勾配が１×１０-6以下で
ある石英ガラスを製造することを特徴とする石英ガラス
の製造方法。 - 【請求項４】 Ｓｉ化合物ガスと燃焼ガスとをバーナー
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、前記ターゲット上に堆積されなかった石英ガラス粉
を排気する排気手段の排気量を間欠的にパルス状に変化
させ、０．０１ｍｍ以上の泡、異物を含まない石英ガラ
スを製造することを特徴とする石英ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25541793A JP3360374B2 (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 石英ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25541793A JP3360374B2 (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 石英ガラスの製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002168224A Division JP2003057401A (ja) | 2002-06-10 | 2002-06-10 | 光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07109133A JPH07109133A (ja) | 1995-04-25 |
| JP3360374B2 true JP3360374B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=17278475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25541793A Expired - Lifetime JP3360374B2 (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 石英ガラスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3360374B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030052910A (ko) * | 2001-12-21 | 2003-06-27 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 잉곳 분무주조장치 |
| JP3946645B2 (ja) * | 2002-02-20 | 2007-07-18 | 株式会社フジクラ | 光学用ガラスおよびその製造方法 |
-
1993
- 1993-10-13 JP JP25541793A patent/JP3360374B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07109133A (ja) | 1995-04-25 |
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