JP4438948B2 - Synthetic quartz glass manufacturing burner and synthetic quartz glass ingot manufacturing method - Google Patents

Synthetic quartz glass manufacturing burner and synthetic quartz glass ingot manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a burner for manufacturing a synthetic quartz glass ingot which is a raw material for obtaining an optically more homogeneous synthetic quartz glass component or a component for a large scale synthetic quartz glass substrate for a liquid crystal efficiently and easily which are used for optical components such as a lens, a prism and a window used for excimer laser and a quartz glass substrate for a photomask and the like and to provide a method for manufacturing the synthetic quartz glass ingot using the burner. <P>SOLUTION: A main burner comprises a center tube to supply a silica raw material compound, a first surrounding tube to surround the center tube and to supply a combustion supporting gas, a multiple tube having at least a triple tube structure with a second surrounding tube to surround the first surrounding tube and to supply a combustible gas, an outer shell tube to surround the multiple tube and to supply the combustible gas, and to supply the combustible gas and a plurality of nozzles located in the outer shell tube and to supply the combustion supporting gas. The burner for manufacturing synthetic quartz glass is provided with a double tube surrounding at least the head end part side of the main burner. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、エキシマレーザー用、特にArFエキシマレーザー用に使用されるレンズ、プリズム、ミラー、窓材、フォトマスク用石英ガラス基板等の光学用素材として有効で、光学的高均質で光透過率変化の少ない、エキシマレーザー用合成石英ガラス光学部材用原料素材として好適に用いられる合成石英ガラスインゴットや液晶用大型フォトマスク基板等の素材として用いられる大口径合成石英ガラスインゴットを製造するための合成石英ガラス製造用バーナー及びこのバーナーを用いた合成石英ガラスインゴットの製造方法に関する。   The present invention is effective as an optical material such as a lens, a prism, a mirror, a window material, a quartz glass substrate for a photomask used for an excimer laser, particularly for an ArF excimer laser, and has high optical uniformity and light transmittance change. Synthetic quartz glass for producing large-diameter synthetic quartz glass ingots used as raw materials for synthetic quartz glass ingots and large photomask substrates for liquid crystals, etc. The present invention relates to a production burner and a method for producing a synthetic quartz glass ingot using the burner.

近年、超LSIの高集積化に伴い、ウエハー上に集積回路パターンを描画する光リソグラフィー技術において、サブミクロン単位の描画技術が要求されており、より微細な線幅描画を行うために、露光系の光源の短波長化が進められてきている。このため、リソグラフィー用のステッパー装置の光源として、従来のi線(波長365nm)からKrFエキシマレーザー(波長248nm)が主流となり、近年ではArFエキシマレーザー(波長193nm)の実用化が始まっている。このようなステッパー装置に用いられるレンズには、優れた紫外線の透過性及び紫外線照射に対して強い耐性と均質性が要求されている。   In recent years, with the high integration of VLSI, optical lithography technology for drawing an integrated circuit pattern on a wafer demands a drawing technology in submicron units, and in order to perform finer line width drawing, an exposure system The wavelength of light sources has been shortened. For this reason, the KrF excimer laser (wavelength 248 nm) has become the mainstream from the conventional i-line (wavelength 365 nm) as the light source of the lithography stepper apparatus, and in recent years, the ArF excimer laser (wavelength 193 nm) has been put into practical use. A lens used in such a stepper device is required to have excellent ultraviolet transmittance and strong resistance and homogeneity against ultraviolet irradiation.

合成石英ガラスは、通常、紫外線吸収の原因となる金属不純物の混入を避けるために、例えば四塩化ケイ素等高純度の有機ケイ素化合物の蒸気を直接酸水素火炎中に導入し、これを火炎加水分解させてシリカ微粒子を生成させ、直接回転する石英ガラス等の耐熱性基体上に堆積・溶融ガラス化させて、透明な合成石英ガラスとして製造される。   Synthetic quartz glass usually introduces high-purity organosilicon compounds such as silicon tetrachloride directly into an oxyhydrogen flame to avoid contamination with metal impurities that cause ultraviolet absorption, and this is hydrolyzed by flame. Thus, silica fine particles are produced, and deposited on a heat-resistant substrate such as quartz glass that directly rotates and melted into glass to produce transparent synthetic quartz glass.

このようにして製造された透明な合成石英ガラスは、LSI分野の190nm程度の短波長領域まで良好な光透過性を示し、紫外線レーザー光、具体的にはi線の他、KrF(248nm)、XeCl(308nm)、XeBr(282nm)、XeF(351,353nm)、ArF(193nm)等のエキシマレーザー光及びYAGの4倍高調波(250nm)等についての透過材料として用いられてきた。   The transparent synthetic quartz glass produced in this way shows good light transmission up to a short wavelength region of about 190 nm in the LSI field, and in addition to ultraviolet laser light, specifically i-line, KrF (248 nm), It has been used as a transmission material for excimer laser light such as XeCl (308 nm), XeBr (282 nm), XeF (351, 353 nm), ArF (193 nm), and the fourth harmonic (250 nm) of YAG.

この場合、合成石英ガラスにエキシマレーザーのような強烈なエネルギーをもつ紫外線を照射することによって新たに生じる紫外線領域における光の吸収は、合成石英ガラス中の固有欠陥から光反応により生じた常磁性欠陥によるものと考えられている。このような常磁性欠陥による光吸収は、これまでESRスペクトル等で数多く同定されており、例えば、E’センター(Si・)やNBOHC(Si−O・)等がある。   In this case, the absorption of light in the ultraviolet region newly generated by irradiating the synthetic quartz glass with ultraviolet rays having an intense energy like an excimer laser is caused by a paramagnetic defect caused by a photoreaction from an intrinsic defect in the synthetic quartz glass. It is thought to be due to. Many light absorptions due to such paramagnetic defects have been identified in ESR spectra and the like, and examples thereof include an E 'center (Si.) And NBOHC (Si-O.).

このように、常磁性欠陥は、一般的に光学的吸収帯を有しているため、石英ガラスに紫外線を照射した場合、紫外線領域において石英ガラスの常磁性欠陥により問題となる吸収帯は、例えばE’センター(Si・)の215nmと、まだ正確に同定されていないが、260nmである。これらの吸収帯は、比較的ブロードで、しかも強い吸収を生じる場合があり、例えば、ArFエキシマレーザーやKrFエキシマレーザーの透過材料として用いる際には大きな問題となる場合があった。   Thus, since paramagnetic defects generally have an optical absorption band, when quartz glass is irradiated with ultraviolet rays, the absorption band that causes problems due to paramagnetic defects in quartz glass in the ultraviolet region is, for example, The E ′ center (Si ·) is 215 nm, which is not yet accurately identified, but is 260 nm. These absorption bands are relatively broad and may cause strong absorption. For example, when used as a transmission material for an ArF excimer laser or a KrF excimer laser, the absorption band may be a serious problem.

常磁性欠陥の原因となる合成石英ガラス中の固有欠陥は、例えばSi−OH、Si−Cl等のSiO2以外の構造や、Si−Si、Si−O−O−Si等の酸素欠損、酸素過剰の構造に起因している。 Inherent defects in synthetic quartz glass that cause paramagnetic defects include, for example, structures other than SiO 2 such as Si—OH and Si—Cl, oxygen vacancies such as Si—Si and Si—O—O—Si, oxygen This is due to excessive structure.

そこで、常磁性欠陥を抑制する方法として、塩素を含有しないテトラメトキシシランのようなアルコキシシランをシラン化合物として用いることにより、常磁性欠陥の一つであるSi−Clをガラス中に含有させない方法が提案されている(特許文献1:特開平6−199532号公報参照)。   Therefore, as a method for suppressing paramagnetic defects, there is a method in which Si—Cl, which is one of paramagnetic defects, is not contained in glass by using an alkoxysilane such as tetramethoxysilane that does not contain chlorine as a silane compound. It has been proposed (see Patent Document 1: JP-A-6-199532).

また、石英ガラス中に一定以上の濃度の水素分子が存在すると、酸素欠陥であるE’センター(Si・)の欠陥が生じにくくなり、レーザー耐久性が向上することが知られている。   In addition, it is known that when hydrogen molecules having a certain concentration or more are present in quartz glass, defects at the E 'center (Si.), Which are oxygen defects, are less likely to occur, and laser durability is improved.

KrFエキシマレーザー光に比べてArFエキシマレーザー光は、数倍強烈なダメージを石英ガラスに与えるため、ArF用途の石英ガラスには、KrF用途の石英ガラスに対して数倍の水素分子濃度が必要になる。   Compared with KrF excimer laser light, ArF excimer laser light damages quartz glass several times more intensely. Therefore, quartz glass for ArF use requires a hydrogen molecule concentration several times that for quartz glass for KrF use. Become.

合成石英ガラス中の水素分子濃度の制御方法も提案されており(特許文献2:特開平6−305736号公報参照)、ArFレーザーのエネルギー使用条件によって、ガラス中の水素分子濃度の調整が行われてきた。   A method for controlling the concentration of hydrogen molecules in synthetic quartz glass has also been proposed (see Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 6-305736), and the concentration of hydrogen molecules in the glass is adjusted according to the energy usage conditions of the ArF laser. I came.

このように光源の短波長化に伴い、光のエネルギーが従来のi線光よりもエキシマレーザー光等で強烈になってきた場合におけるガラスのレーザー耐久性は鋭意研究されてきている。   As described above, as the light source becomes shorter in wavelength, the glass laser durability in the case where the energy of light becomes more intense with excimer laser light or the like than the conventional i-line light has been intensively studied.

また、これら短波長化に伴う露光装置に使用されるレンズ、ウインドウ、プリズム、フォトマスク用石英ガラス基板等の光学部品に対しては、最近、特には露光装置で使用される投影レンズ材の高NA化が進み、レンズ材の口径も年々大きくなってきていると同時に、レンズ材の光学的均質性もより高精度なものが求められてきている。特にArFエキシマレーザーに関しては、石英ガラスの初期透過率、波長193.4nmでの光学部材全面の透過率が理論値;多重反射を考慮した時の波長193.4nmでの理論値99.85%に近い値が要求されてきている。これは露光装置内の光学系がレンズを数枚から数十枚で構成されているため、少しでも石英ガラスの初期透過率を高くすることで石英ガラス内部への光エネルギーの吸収を抑制し、光エネルギーを吸収した場合の熱エネルギーへの変換によって密度変化をきたし、場合によっては屈折率変化をも引き起こす可能性を極力抑えることが重要になってきている。また、本来の屈折率の均質性に加え、複屈折の低減も極めて重要な課題になっている。   In addition, for optical components such as lenses, windows, prisms, and quartz glass substrates for photomasks used in exposure apparatuses due to these shorter wavelengths, recently, projection lens materials used in exposure apparatuses are particularly expensive. With the progress of NA, the diameter of the lens material has been increasing year by year, and at the same time, the optical homogeneity of the lens material has been demanded to be highly accurate. In particular, for ArF excimer laser, the initial transmittance of quartz glass and the transmittance of the entire optical member at a wavelength of 193.4 nm are theoretical values; the theoretical value is 99.85% at a wavelength of 193.4 nm when multiple reflection is considered. Close values have been required. This is because the optical system in the exposure apparatus is composed of several to several tens of lenses, so as to suppress the absorption of light energy into the quartz glass by increasing the initial transmittance of the quartz glass as much as possible, It has become important to minimize the possibility of causing a density change by conversion to thermal energy when light energy is absorbed and possibly causing a change in refractive index. In addition to the homogeneity of the original refractive index, reduction of birefringence is also an extremely important issue.

従来から、合成石英ガラスは、通常、紫外線吸収の原因となる金属不純物の混入を避けるために、例えば四塩化ケイ素等の高純度有機ケイ素化合物の蒸気を直接酸水素火炎中に導入し、これを火炎加水分解させてシリカ微粒子を生成させ、直接回転する石英ガラス等の耐熱性基体上に堆積させ、これを溶融ガラス化させて、透明な合成石英ガラスとして製造されている。この時、製造された合成石英ガラスインゴットを成長方向に対して垂直に切断して(輪切り)成長方向面の波長193.4nmでの透過率分布を測ると、面内で分布が生じており、通常は中心部から外周部にかけて透過率は低下傾向にある。ここで、初期透過率として要求される値が、例えば内部透過率で99.7%以上とした場合に、合成石英ガラスインゴットの使用可能な有効部分、所謂歩留まりがここで決まる。   Conventionally, synthetic quartz glass usually introduces a vapor of a high-purity organosilicon compound such as silicon tetrachloride directly into an oxyhydrogen flame in order to avoid contamination with metal impurities that cause ultraviolet absorption. Silica flame is hydrolyzed to produce fine silica particles, which are deposited on a heat-resistant substrate such as quartz glass that rotates directly, and melted into vitrified glass to produce transparent synthetic quartz glass. At this time, when the manufactured synthetic quartz glass ingot is cut perpendicularly to the growth direction (slicing) and the transmittance distribution at the wavelength of 193.4 nm in the growth direction plane is measured, the distribution occurs in the plane. Usually, the transmittance tends to decrease from the center to the outer periphery. Here, when the value required for the initial transmittance is, for example, 99.7% or more in terms of internal transmittance, the usable portion of the synthetic quartz glass ingot, the so-called yield, is determined here.

一方、最近ではLSI用分野とは別にLCD用分野、所謂液晶用分野において、大型のフォトマスク用石英ガラス基板が用いられており、この素材として使用される合成石英ガラスインゴットの大口径化が、大型用ガラス基板を作製する工程の歩留まりを考慮すると必須である。これまでの通常のIC用の合成石英ガラス基板であると6インチ角サイズが主流であるが、大型用ガラス基板サイズは1辺が1m以上の基板が既に要求されている。これを作製するのに、従来のIC用合成石英ガラスインゴットの径としては例えば直径100〜140mm程度が必要であるが、大型用石英ガラス基板では、従来インゴットサイズであると製品重量を確保するにはインゴット長さをより長くする必要が生ずるのと、所望の形状までサイズを整えるのには何回もの成型を繰り返す必要があり、歩留まり、効率の面で不利な状況になっている。   On the other hand, recently, large quartz glass substrates for photomasks have been used in the field of LCDs, in other words the so-called liquid crystal field, apart from the field of LSI, and the increase in diameter of the synthetic quartz glass ingot used as this material This is indispensable in consideration of the yield of the process for manufacturing a large glass substrate. A conventional synthetic quartz glass substrate for an IC is mainly a 6-inch square size, but a large glass substrate size is already required to have a substrate with a side of 1 m or more. To produce this, the diameter of the conventional synthetic quartz glass ingot for IC is required to be, for example, about 100 to 140 mm in diameter. However, in the case of a large quartz glass substrate, the product weight is ensured if the conventional ingot size is used. However, it is necessary to repeat the molding many times in order to adjust the size of the ingot to a desired shape, which is disadvantageous in terms of yield and efficiency.

特開平6−199532号公報JP-A-6-199532 特開平6−305736号公報JP-A-6-305736

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、エキシマレーザーに使用されるレンズ、プリズム、ウインドウ、フォトマスク用石英ガラス基板等の光学部材に用いられる光学用高均質合成石英ガラス部材や液晶用大型ガラス基板用部材において、光学的により高均質な合成石英ガラス部材を得やすくするため、あるいは大型用合成石英ガラス基板用部材を効率よく得やすくするための原料となる合成石英ガラスインゴットを製造するための合成石英ガラスインゴット製造用バーナー及びこのバーナーを用いた合成石英ガラスインゴットの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an optically high-homogeneous synthetic quartz glass member used for optical members such as lenses, prisms, windows, and photomask quartz glass substrates used for excimer lasers, and large-sized liquid crystal. In order to make it easier to obtain optically more homogeneous synthetic quartz glass members in glass substrate members, or to produce synthetic quartz glass ingots as raw materials for efficiently obtaining large-sized synthetic quartz glass substrate members An object of the present invention is to provide a burner for producing a synthetic quartz glass ingot and a method for producing a synthetic quartz glass ingot using the burner.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、シリカ原料化合物を酸水素火炎によって気相加水分解又は酸化分解して合成石英ガラスインゴットを製造する際に火炎を形成するバーナー構造を、従来は、中心三重管構造、該三重管を囲繞する外殻管、該三重管と外殻管との間に設けた複数個のノズルからなり、更に外殻管を覆って外套管を主バーナー先端に位置するように配設、構成してなる合成石英ガラス製造用バーナーを用いていたが、これを少なくとも中心三重管構造、該三重管を囲繞する外殻管、該三重管と外殻管との間にこの外殻管内に存して設けた複数個のノズルからなる主バーナーとして、該主バーナーの外環に二重管を設けることにより、光学的に高均質な合成石英ガラス及び液晶用大型ガラス基板用部材を得ることができる合成石英ガラスインゴットの製造を可能にすることを知見したものである。
即ち、本発明者らは、上述した合成石英ガラスインゴットの有効部分を合成石英ガラスインゴットの全面領域まで広げることを狙ったものである。この合成石英ガラスインゴットの初期透過率を決定する製法因子は、直接火炎法を構成する重要要素であるバーナー(構造、セット状態)及びそこへ供給する原料シラン化合物、水素等の可燃性ガス、酸素等の支燃性ガス、これらのガスバランスによってほぼ決定される。これらの中でも特にバーナーの構造に依存するところが大変大きいことが判った。
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that a burner structure forms a flame when a synthetic silica glass ingot is produced by gas phase hydrolysis or oxidative decomposition of a silica raw material compound with an oxyhydrogen flame. Conventionally, it is composed of a central triple tube structure, an outer shell tube surrounding the triple tube, and a plurality of nozzles provided between the triple tube and the outer shell tube. A synthetic quartz glass manufacturing burner arranged and configured to be positioned at the tip of the main burner was used, but this was composed of at least a central triple tube structure, an outer shell tube surrounding the triple tube, and the triple tube and the outer tube. As a main burner consisting of a plurality of nozzles existing in the outer shell tube between the outer shell tube and a double tube on the outer ring of the main burner, an optically highly homogeneous synthetic quartz glass is provided. And a large glass substrate member for liquid crystal It is obtained by finding the enabling the production of a synthetic quartz glass ingot can.
That is, the present inventors aim to extend the effective portion of the above-described synthetic quartz glass ingot to the entire area of the synthetic quartz glass ingot. The manufacturing factors that determine the initial transmittance of this synthetic quartz glass ingot are the burner (structure, set state), which is an important component of the direct flame method, and the raw material silane compound, hydrogen and other combustible gases, oxygen It is almost determined by the gas supporting gas such as these and the balance of these gases. Among these, it turned out that the place which depends especially on the structure of a burner is very large.

従って、本発明は、下記の合成石英ガラス製造用バーナー及びこれを用いた合成石英ガラスインゴットの製造方法を提供する。
請求項1:
シリカ原料化合物を供給する中心管、この中心管を囲繞し、支燃性ガスを供給する第1の包囲管、この第1の包囲管を囲繞し、可燃性ガスを供給する第2の包囲管を備えた少なくとも三重管構造を有する多重管と、この多重管を囲繞し、可燃性ガスを供給する外殻管と、この外殻管内に配設され、支燃性ガスを供給する複数のノズルから構成される主バーナーにおいて、該主バーナーの少なくとも先端口部側を包囲して先端部が該先端口部より前方に突出している外側管と、先端部が主バーナーの先端口部と同一位置又はこれより後部位置にある内側管とからなり、上記外側管の前方突出している先端部が一定の内径を有する円筒状であり、外側管と内側管との間が支燃性ガス通路として形成された二重管を設けたことを特徴とする合成石英ガラス製造用バーナー。
請求項
前記外殻管内に配設される複数のノズルのガス噴出し部の総断面積(ノズルの中空部における断面積の総和)が、多重管と外殻管との間のガス噴出し部の断面積(多重管と外殻管との間の中空部における断面積(第1のノズルが配設されていないとした場合の多重管と外殻管との間の中空部総面積))に占める比率として5〜20%である請求項記載の合成石英ガラス製造用バーナー。
請求項
シリカ原料化合物を供給する中心管、この中心管を囲繞し、支燃性ガスを供給する第1の包囲管、この第1の包囲管を囲繞し、可燃性ガスを供給する第2の包囲管を備えた少なくとも三重管構造を有する多重管と、この多重管を囲繞し、可燃性ガスを供給する外殻管と、この外殻管内に配設され、支燃性ガスを供給する複数のノズルから構成される主バーナー、及び該主バーナーの少なくとも先端口部側を包囲して先端部が該先端口部より前方に突出しており、この前方に突出している先端部が一定の内径を有する円筒状の外側管と、先端部が上記主バーナーの先端口部と同一位置又はこれより後部位置にある内側管とからなる二重管を設けてなる合成石英ガラス製造用バーナーを、回転する基体上に取り付けられた石英ガラス製ターゲットに向けて配設し、上記バーナーの中心管よりシリカ原料化合物を供給すると共に、第1の包囲管及びノズルから支燃性ガスを供給し、第2の包囲管及び外殻管から可燃性ガスを供給し、かつ二重管から支燃性ガスを供給し、上記支燃性ガスと可燃性ガスとから形成される酸水素火炎によってシリカ原料化合物を気相加水分解又は酸化分解することで得られるシリカ微粒子を上記ターゲット上に堆積させ、これを溶融ガラス化することを特徴とする合成石英ガラスインゴットの製造方法。
請求項
二重管から流通させる支燃性ガスの流速が0.5〜1.3m/secである請求項記載の製造方法。
請求項
インゴットの直径が150mm以上である請求項3又は4記載の製造方法。
Accordingly, the present invention provides the following burner for producing synthetic quartz glass and a method for producing a synthetic quartz glass ingot using the same.
Claim 1:
A central tube for supplying a silica raw material compound, a first surrounding tube for surrounding the central tube and supplying combustion-supporting gas, and a second surrounding tube for surrounding the first surrounding tube and supplying combustible gas A multiple tube having at least a triple tube structure, an outer shell tube surrounding the multiple tube and supplying a combustible gas, and a plurality of nozzles disposed in the outer tube and supplying a combustion-supporting gas A main burner comprising: an outer tube that surrounds at least the front end portion of the main burner and has a front end projecting forward from the front end portion; and the front end is located at the same position as the front end portion of the main burner Or it consists of an inner tube at a rear position, and the tip of the outer tube protruding forward is a cylindrical shape having a constant inner diameter, and a space between the outer tube and the inner tube is formed as a combustion-supporting gas passage. synthetic silica, characterized in that a double pipe which is Las production for the burner.
Claim 2 :
The total cross-sectional area of the gas ejection portions of the plurality of nozzles arranged in the outer shell tube (the sum of the cross-sectional areas in the hollow portion of the nozzle) is the disconnection of the gas ejection portion between the multiple tube and the outer shell tube. Area (cross-sectional area in the hollow portion between the multiple tube and the outer shell tube (total area of the hollow portion between the multiple tube and the outer shell tube when the first nozzle is not provided)) synthetic quartz glass manufacturing burner according to claim 1, wherein from 5 to 20% by ratio.
Claim 3 :
A central tube for supplying a silica raw material compound, a first surrounding tube for surrounding the central tube and supplying combustion-supporting gas, and a second surrounding tube for surrounding the first surrounding tube and supplying combustible gas A multiple tube having at least a triple tube structure, an outer shell tube surrounding the multiple tube and supplying a combustible gas, and a plurality of nozzles disposed in the outer tube and supplying a combustion-supporting gas A main burner composed of: a cylinder surrounding at least the front end portion of the main burner, the front end projecting forward from the front end, and the front projecting front end having a constant inner diameter A synthetic quartz glass manufacturing burner comprising a double tube consisting of a cylindrical outer tube and an inner tube whose tip is located at the same position as or behind the tip of the main burner, on a rotating substrate Quartz glass target mounted on The silica raw material compound is supplied from the central tube of the burner, the combustion supporting gas is supplied from the first surrounding tube and the nozzle, and the combustible gas is supplied from the second surrounding tube and the outer shell tube. Obtained by gas phase hydrolysis or oxidative decomposition of a silica raw material compound with an oxyhydrogen flame formed from the above-mentioned combustion-supporting gas and combustible gas. A method for producing a synthetic quartz glass ingot, characterized in that silica fine particles to be deposited are deposited on the target and then melted into glass.
Claim 4 :
The production method according to claim 3 , wherein the flow rate of the combustion-supporting gas circulated from the double pipe is 0.5 to 1.3 m / sec.
Claim 5 :
The manufacturing method according to claim 3 or 4 , wherein the diameter of the ingot is 150 mm or more.

本発明によれば、エキシマレーザー、特にはArFエキシマレーザー用に使用される光学用高均質合成石英ガラス部材用途、耐レーザー性に強い光学部材用途、あるいはその他エキシマレーザー等の光源が用いられる光学部材用途、紫外線用光ファイバー用途等に用いられる素材となる合成石英ガラスインゴットを製造するための合成石英ガラス製造用バーナーを提供することができる。   According to the present invention, an optical high-homogeneous synthetic quartz glass member used for an excimer laser, particularly an ArF excimer laser, an optical member strong in laser resistance, or other optical member using a light source such as an excimer laser It is possible to provide a burner for producing a synthetic quartz glass for producing a synthetic quartz glass ingot which is a material used for applications, optical fiber applications for ultraviolet rays, and the like.

以下、本発明につき更に詳しく説明すると、本発明の合成石英ガラスインゴット製造用バーナーは、少なくとも三重管構造を有する多重管、該多重管を囲繞する外殻管、この外殻管内に設けた複数個のノズルから構成される主バーナーを具備する。該主バーナーの外環に二重管を設ける。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail. A burner for producing a synthetic quartz glass ingot according to the present invention includes a multiple tube having at least a triple tube structure, an outer shell tube surrounding the multiple tube, and a plurality of tubes provided in the outer tube. A main burner composed of a plurality of nozzles. A double pipe is provided on the outer ring of the main burner.

図1,2は、本発明に係るバーナーの一実施例を示すもので、1は、中心管2と、この中心管2を囲繞する第1の包囲管3と、この第1の包囲管3を囲繞する第2の包囲管4とからなる三重管構造の多重管である。5はこの多重管(三重管)1を囲繞する外殻管であり、この外殻管5と前記三重管1との間には外殻管5内に存して複数個のノズル6が配設されて、主バーナー7が構成されている。更に、8はこの主バーナー7の少なくとも先端口部側を包囲して配設された二重管で、外側管9と、この外側管9の内側に配設された内側管10とからなるものである。このとき、二重管8の外側管9の先端部は、主バーナー7の先端口部を包囲してこれより前方に突出し、主バーナー7からのガス流が外側管9の側方に広がらないように防護していると共に、内側管10の先端部は、主バーナー7の先端口部と同一位置に存している。なお、内側管10の先端部は主バーナー7の先端口部より後部に位置していてもよい。   1 and 2 show an embodiment of a burner according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a central tube 2, a first surrounding tube 3 surrounding the central tube 2, and the first surrounding tube 3. Is a multi-tube having a triple-pipe structure comprising a second envelope tube 4 surrounding the tube. Reference numeral 5 denotes an outer shell that surrounds the multiple tube (triple tube) 1, and a plurality of nozzles 6 are arranged between the outer tube 5 and the triple tube 1 in the outer tube 5. The main burner 7 is configured. Further, 8 is a double pipe disposed so as to surround at least the front end portion of the main burner 7 and comprises an outer tube 9 and an inner tube 10 disposed inside the outer tube 9. It is. At this time, the distal end portion of the outer tube 9 of the double tube 8 surrounds the distal end portion of the main burner 7 and protrudes forward from this, and the gas flow from the main burner 7 does not spread to the side of the outer tube 9. The tip of the inner tube 10 is located at the same position as the tip of the main burner 7. Note that the distal end portion of the inner tube 10 may be located behind the distal end portion of the main burner 7.

この場合、中心管2内には、シリカ原料化合物が供給、流通し、更に酸素ガス又はキャリアーガスが通常供給、流通するものである。また、二重管目(第1の包囲管3内)には酸素等の支燃性ガス、三重管目(第2の包囲管4内)には水素等の可燃性ガスが供給、流通する。更に、前記ノズル6内、及び二重管8内(外側管9と内側管10との間)には、それぞれ酸素ガス等の支燃性ガスが供給、流通し、前記外殻管5内には、水素ガス等の可燃性ガスが前記ノズル6の周りに流通するように供給、流通する。   In this case, the silica raw material compound is supplied and circulated in the center tube 2, and oxygen gas or carrier gas is normally supplied and circulated. In addition, a flammable gas such as oxygen is supplied to the double pipe (inside the first surrounding pipe 3), and a flammable gas such as hydrogen is supplied to and distributed from the triple pipe (in the second surrounding pipe 4). . Further, in the nozzle 6 and the double pipe 8 (between the outer pipe 9 and the inner pipe 10), a combustion-supporting gas such as oxygen gas is supplied and circulated, and the outer shell pipe 5 is supplied. Is supplied and circulated so that a combustible gas such as hydrogen gas circulates around the nozzle 6.

ここで、前記外殻管5内に配設される複数のノズル6のガス噴出し部の総断面積(ノズル6の中空部における断面積の総和)は、多重管1と外殻管5との間のガス噴出し部の断面積(多重管1と外殻管5との間の中空部における断面積(ノズル6が配設されていないとした場合の多重管1と外殻管5との間の中空部総面積))に占める比率として5%以上、より好ましくは5〜20%、更に好ましくは8〜13%であることが好ましい。   Here, the total cross-sectional area of the gas ejection portions of the plurality of nozzles 6 disposed in the outer shell tube 5 (the sum of the cross-sectional areas in the hollow portions of the nozzles 6) is as follows. The cross-sectional area of the gas jetting part between (the cross-sectional area in the hollow part between the multiple pipe 1 and the outer shell pipe 5 (the multiple pipe 1 and the outer shell pipe 5 when the nozzle 6 is not provided) It is preferable that it is 5% or more as a ratio occupied in the hollow part total area between), More preferably, it is 5 to 20%, More preferably, it is 8 to 13%.

また、該主バーナーの外環に設けた二重管は特に石英製が好ましく、またここから流通させる支燃性ガスの流速は0.5〜1.3m/secであることが望ましい。これは、0.5m/secより流速が低いと、火炎が後方へ戻ってしまうという不具合を生じてしまうためである。一方、1.3m/secを超えると、該主バーナーの火炎を乱してしまうおそれがあるためである。   The double pipe provided in the outer ring of the main burner is particularly preferably made of quartz, and the flow rate of the combustion-supporting gas flowing from here is preferably 0.5 to 1.3 m / sec. This is because if the flow velocity is lower than 0.5 m / sec, a problem occurs in which the flame returns backward. On the other hand, if it exceeds 1.3 m / sec, the flame of the main burner may be disturbed.

従って、複数個のノズル6の本数は上記の条件に合わせて決めればよい。また二重管8から流通する支燃性ガスの流速は、外側管9と内側管10との間のクリアランスと支燃性ガス流量によって決めればよい。
即ち、従来のバーナー構造に対し、主バーナーの外殻管の周りに二重管を設けることで、合成石英ガラスインゴットを直接火炎法にて製造する際、インゴット成長面の中心部から外周部にかけての溶融面温度分布を見ると、中心部の高温領域が外周部まで拡がり均一な状態になる。これによりインゴット成長溶融面上のシリカ微粒子の堆積・溶融・ガラス化過程でのシリカ構造が中心部から外周部にかけて同一条件下で形成されることになり、インゴット外周部の初期透過率を中心部より低下させずに外周部の初期透過率と中心部の初期透過率との差を極力抑えることが可能になった。また、同時に溶融面積が広がることにより合成石英ガラスインゴットを大口径化することが可能になったものである。
Therefore, the number of the plurality of nozzles 6 may be determined according to the above conditions. The flow rate of the combustion-supporting gas flowing from the double tube 8 may be determined by the clearance between the outer tube 9 and the inner tube 10 and the flow rate of the combustion-supporting gas.
That is, in contrast to the conventional burner structure, by providing a double tube around the outer shell tube of the main burner, when manufacturing a synthetic quartz glass ingot directly by the flame method, from the center to the outer periphery of the ingot growth surface. When the melt surface temperature distribution is observed, the high temperature region at the center extends to the outer peripheral portion and becomes a uniform state. As a result, the silica structure in the process of deposition, melting, and vitrification of silica fine particles on the ingot growth melt surface is formed under the same conditions from the center to the outer periphery, and the initial transmittance of the ingot outer periphery is the center. The difference between the initial transmittance at the outer peripheral portion and the initial transmittance at the central portion can be suppressed as much as possible without lowering. At the same time, it is possible to increase the diameter of the synthetic quartz glass ingot by increasing the melting area.

これは、バーナー構造を従来構造の主バーナーの外殻管の周りに二重管を新たに設けることで、形成される火炎内の内炎から外炎まで高温領域が拡がり、この外炎部分がインゴット溶融成長面の外周部分に照射されることになる。また、主バーナーの外殻管と二重管との間から支燃性ガスを流通できる構造にすることと、多重管と外殻管との間に設けた複数個のノズル群の断面積の比率を5%以上にすることで、複数個のノズル群の周囲から供給される水素ガス等の可燃性ガスの燃焼効率が増して火炎全体の中で高温領域を広げることが可能になった。更に、主バーナーの先端を二重管の外殻管で包囲することにより、炉内の気流による火炎の乱れを防止して、火力を集中させることができる。   This is because the double-tube is newly provided around the outer shell tube of the main burner of the conventional structure, so that the high temperature region is expanded from the inner flame to the outer flame in the formed flame, and this outer flame portion is The outer peripheral portion of the ingot melt growth surface is irradiated. In addition, the structure is such that the combustion-supporting gas can flow from between the outer shell pipe and the double pipe of the main burner, and the cross-sectional area of a plurality of nozzle groups provided between the multiple pipe and the outer shell pipe. By setting the ratio to 5% or more, the combustion efficiency of the combustible gas such as hydrogen gas supplied from the periphery of the plurality of nozzle groups is increased, and the high temperature region can be expanded in the entire flame. Furthermore, by surrounding the tip of the main burner with the outer shell tube of a double tube, flame disturbance due to the airflow in the furnace can be prevented and the thermal power can be concentrated.

次に、本発明の合成石英ガラス製造用バーナーを用いた時の合成石英ガラスインゴットの製造方法について説明すると、上記バーナーを回転する基体上に取り付けられた石英ガラス製ターゲットに向けて配設し、シリカ原料化合物、水素ガス等の可燃性ガス及び酸素ガス等の支燃性ガスの各々を本発明のバーナーに供給し、酸水素火炎によって気相加水分解又は酸化分解してシリカ微粒子をターゲット上に堆積させると共に、これを溶融ガラス化して合成石英ガラスインゴットを製造する。   Next, a method for producing a synthetic quartz glass ingot when using the synthetic quartz glass production burner of the present invention will be described.The burner is disposed toward a quartz glass target mounted on a rotating substrate, Each of the silica raw material compound, a flammable gas such as hydrogen gas, and a combustion-supporting gas such as oxygen gas is supplied to the burner of the present invention, and gas phase hydrolysis or oxidative decomposition is performed on the target by an oxyhydrogen flame. And a synthetic quartz glass ingot is produced by melting it into a molten glass.

この場合、原料のシリカ原料化合物としては有機ケイ素化合物を用い、下記一般式(1),(2)又は(3)で示されるシラン化合物、シロキサン化合物が好適に用いられる。
(R1nSi(OR24-n (1)
(式中、R1、R2はそれぞれ同一又は異種の脂肪族一価炭化水素基、水素原子又はハロゲン原子を示し、nは0〜4の整数を示す。)
In this case, an organic silicon compound is used as a raw material silica raw material compound, and a silane compound or a siloxane compound represented by the following general formula (1), (2) or (3) is preferably used.
(R 1 ) n Si (OR 2 ) 4-n (1)
(In the formula, R 1 and R 2 each represent the same or different aliphatic monovalent hydrocarbon group, hydrogen atom or halogen atom, and n represents an integer of 0 to 4.)

Figure 0004438948
(式中、R3は水素原子又は脂肪族一価炭化水素基を示し、mは1以上、特に1又は2である。また、pは3〜5の整数である。)
Figure 0004438948
(Wherein R 3 represents a hydrogen atom or an aliphatic monovalent hydrocarbon group, m is 1 or more, particularly 1 or 2, and p is an integer of 3 to 5)

ここで、R1、R2、R3の脂肪族一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基、シクロヘキシル基等の炭素数3〜6のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等の炭素数2〜4のアルケニル基等が挙げられる。 Here, the aliphatic monovalent hydrocarbon group for R 1 , R 2 , and R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, or a tert-butyl group. And a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms such as a cyclohexyl group, an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms such as a vinyl group and an allyl group.

具体的に上記一般式(1)で示されるシラン化合物としては、SiCl4、CH3SiCl3、Si(OCH34、Si(OCH2CH34、CH3Si(OCH33等が挙げられ、上記一般式(2),(3)で示されるシロキサン化合物としては、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等が挙げられる。 Specific examples of the silane compound represented by the general formula (1) include SiCl 4 , CH 3 SiCl 3 , Si (OCH 3 ) 4 , Si (OCH 2 CH 3 ) 4 , and CH 3 Si (OCH 3 ) 3. Examples of the siloxane compound represented by the general formulas (2) and (3) include hexamethyldisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, and the like.

そして、酸水素火炎を形成する本発明の合成石英ガラス製造用バーナーには、原料のシラン又はシロキサン化合物、水素、一酸化炭素、メタン、プロパン等の可燃性ガス、酸素等の支燃性ガスの各々を供給する。   The synthetic quartz glass production burner of the present invention that forms an oxyhydrogen flame includes a silane or siloxane compound as a raw material, a combustible gas such as hydrogen, carbon monoxide, methane, and propane, and a combustion-supporting gas such as oxygen. Supply each one.

ここで、合成石英ガラスインゴットを製造する装置は、竪型又は横型のいずれも使用することができる。   Here, as a device for producing the synthetic quartz glass ingot, either a saddle type or a horizontal type can be used.

本発明の合成石英ガラス製造用バーナーによって製造された合成石英ガラスインゴットの波長193.4nmでの内部透過率は、99.70%以上であることが好ましい。これはこの合成石英ガラスインゴットが原料として最終的に光学部材として使用される際に、この時の使用波長が、例えばArFエキシマレーザーの場合、波長193.4nmでの透過率が内部透過率で99.70%以上必要とされる場合があるからである。内部透過率が99.70%未満であると、ArFエキシマレーザー光が石英ガラス部材を通過した時に光エネルギーが吸収されて熱エネルギーに変化し、これによりガラスの密度変化をきたし更に屈折率変化をも生じるおそれがある。例えば光源がArFエキシマレーザー光とする露光装置のレンズ材に上記内部透過率が99.70%未満の合成石英ガラスインゴットを使用した場合に、レンズ材の光の屈折率変化で像面がゆがむ等の不具合を引き起こしてしまう場合がある。   The internal transmittance at a wavelength of 193.4 nm of the synthetic quartz glass ingot produced by the synthetic quartz glass production burner of the present invention is preferably 99.70% or more. This is because when this synthetic quartz glass ingot is finally used as a raw material as an optical member, the wavelength used at this time is, for example, ArF excimer laser, and the transmittance at a wavelength of 193.4 nm is 99 as internal transmittance. This is because 70% or more may be required. When the internal transmittance is less than 99.70%, when ArF excimer laser light passes through the quartz glass member, the light energy is absorbed and changed to thermal energy, thereby causing a change in the density of the glass and further changing the refractive index. May also occur. For example, when a synthetic quartz glass ingot having an internal transmittance of less than 99.70% is used as a lens material of an exposure apparatus whose light source is ArF excimer laser light, the image plane is distorted due to a change in the refractive index of light of the lens material. May cause problems.

そのために、上記の如く、本発明のバーナー構造にする必要があるわけで、更に加えてよりこのバーナーを最適に使用するためには、バーナーの中心管に供給するシリカ原料化合物と酸素とを、例えば酸素が該シリカ原料化合物が必要とする酸素量論量の1.15倍モルあるように混合することができる
Therefore, as described above, it is necessary to have the burner structure of the present invention. In addition, in order to use this burner more optimally, the silica raw material compound and oxygen to be supplied to the central tube of the burner , for example, oxygen can be mixed to be a 1.15-fold molar oxygen stoichiometry required by the silica raw material compound.

更に、中心管に供給するシリカ原料化合物のガス流量は、0.3〜0.7Nm3/hr、特に0.4〜0.5Nm3/hrであることが好ましい。この場合、この中心管には、酸素等の支燃性ガスを2.0〜4.0Nm3/hr、特に2.5〜3.5Nm3/hrで流通させることが好ましく、またAr等の不活性ガスを流通させることができる。
上記第1の包囲管を流れる支燃性ガス流量は0.3〜2.5Nm3/hr、第2の包囲管を流れる可燃性ガス流量は12〜15Nm3/hr、外殻管を流れる可燃性ガス流量は20〜25Nm3/hr、ノズルを流れる支燃性ガスの総流量は10〜16Nm3/hr、また、上記二重管には支燃性ガス流量2〜5Nm3/hrにおいて供給することが好ましく、そのガス流速は0.5〜1.3m/secとすることが好ましい。
Furthermore, the gas flow rate of the silica raw material compound supplied to the central tube is preferably 0.3 to 0.7 Nm 3 / hr, particularly 0.4 to 0.5 Nm 3 / hr. In this case, this center tube, 2.0~4.0Nm a combustion-supporting gas such as oxygen 3 / hr, particularly preferably be distributed in 2.5~3.5Nm 3 / hr, also such as Ar An inert gas can be circulated.
It said first combustion assisting gas flow through the surrounding tubes of 0.3~2.5Nm 3 / hr, the combustible gas flow rate through the second surrounding tube combustible flowing 12~15Nm 3 / hr, tubular shell The gas flow rate is 20 to 25 Nm 3 / hr, the total flow rate of the combustion-supporting gas flowing through the nozzle is 10 to 16 Nm 3 / hr, and the double pipe is supplied at a combustion-supporting gas flow rate of 2 to 5 Nm 3 / hr. The gas flow rate is preferably 0.5 to 1.3 m / sec.

上記のようにバーナーに所用のガスを供給することにより、シリカ原料化合物は、酸水素火炎によって気相加水分解又は酸化分解されてシリカ微粒子を生成し、上記ターゲット上に堆積される。そして、これを溶融ガラス化するが、成長面でのガラス化温度は、成長面で温度分布を有しており、この時の最低温度が1,800℃以上、好ましくは2,000℃以上(なお、上限は2,500℃以下、好ましくは2,400℃以下である)にすることによって、合成石英ガラスの波長193.4nmでの内部透過率を99.70%以上に保つ領域を広げることが可能になる。この成長面の溶融ガラス化温度に大きく寄与するのが上記の如く本発明の合成石英ガラス製造用バーナーを使用し、最適な酸水素等のガスバランスにすることである。   By supplying the required gas to the burner as described above, the silica raw material compound is vapor-phase hydrolyzed or oxidatively decomposed by an oxyhydrogen flame to produce silica fine particles, which are deposited on the target. And this is melt vitrified, and the vitrification temperature on the growth surface has a temperature distribution on the growth surface, and the minimum temperature at this time is 1,800 ° C. or higher, preferably 2,000 ° C. or higher ( The upper limit is 2,500 ° C. or lower, preferably 2,400 ° C. or lower) to widen the region where the internal transmittance of synthetic quartz glass at a wavelength of 193.4 nm is maintained at 99.70% or higher. Is possible. As described above, the use of the burner for producing the synthetic quartz glass according to the present invention contributes to the optimum gas balance of oxyhydrogen, etc., which greatly contributes to the melting vitrification temperature of the growth surface.

即ち、本発明者らは、成長面の溶融ガラス化温度と透過率との関係において、溶融面温度が波長200nmより短波長、特にはArF(193.4nm)の波長での透過率に影響を与えることを知見した。つまり、溶融ガラス化温度がより高温であれば、内部透過率も99.70%以上を維持できる。また、同様にこの条件範囲内で合成石英ガラス中に含有される水素分子含有量も3×1018分子数/cm3以上に保つことが可能になり、エキシマレーザー照射時の長期的安定性(透過率劣化抑制)も十分維持できる。また、合成石英ガラスインゴットも直径150mm以上、特に150〜500mm、とりわけ200〜300mmの大口径なインゴットの製造も可能になった。 That is, the present inventors have an influence on the transmittance at the melting surface temperature shorter than the wavelength of 200 nm, particularly at the wavelength of ArF (193.4 nm), in the relationship between the melt vitrification temperature of the growth surface and the transmittance. I found out that That is, if the melting glassification temperature is higher, the internal transmittance can be maintained at 99.70% or more. Similarly, the hydrogen molecule content contained in the synthetic quartz glass within this condition range can be kept at 3 × 10 18 molecules / cm 3 or more, and long-term stability during excimer laser irradiation ( (Transmission deterioration suppression) can be sufficiently maintained. In addition, synthetic quartz glass ingots can also be manufactured with large diameter ingots having a diameter of 150 mm or more, particularly 150 to 500 mm, especially 200 to 300 mm.

ここで、本発明の合成石英ガラス製造用バーナーを用いて製造された合成石英ガラスインゴットは、波長193.4nmにおける内部透過率が、例えば、インゴットを輪切りにした状態でその全面が99.70%以上であることが好ましい。また、ガラス中のOH基量が500〜1,300ppm、特に800〜900ppmであることが好ましい。更に、水素分子濃度が3×1018分子数/cm3以上、特に3×1018〜6×1018分子数/cm3、とりわけ3×1018〜5×1018分子数/cm3であることが耐レーザー性の点より好ましい。また、本発明のバーナーを用いることにより、大口径な合成石英ガラスインゴットを製造することができるため、液晶用大型ガラス基板用部材としても使用可能となり、好ましい。 Here, the synthetic quartz glass ingot produced using the burner for producing the synthetic quartz glass of the present invention has an internal transmittance at a wavelength of 193.4 nm, for example, 99.70% of the entire surface in a state where the ingot is cut. The above is preferable. Further, the amount of OH groups in the glass is preferably 500 to 1,300 ppm, particularly preferably 800 to 900 ppm. Furthermore, the hydrogen molecule concentration is 3 × 10 18 molecules / cm 3 or more, particularly 3 × 10 18 to 6 × 10 18 molecules / cm 3 , especially 3 × 10 18 to 5 × 10 18 molecules / cm 3 . It is more preferable from the viewpoint of laser resistance. Moreover, since a large-diameter synthetic quartz glass ingot can be produced by using the burner of the present invention, it can be used as a member for a large glass substrate for liquid crystal, which is preferable.

更に、得られた合成石英ガラスインゴットは、円筒研削等を施した後、マスク基板用として1,700〜1,800℃の範囲で加熱溶融して四角いブロック状に熱間成型し、1,000〜1,300℃の範囲内で歪除去のためのアニール処理後、スライス、研磨によって合成石英ガラス基板とすることができる。また、光学用レンズ材用とする場合には、合成石英ガラスインゴットに均質化処理を実施することにより、三方向において脈理がない合成石英ガラスが得られる。即ち、得られた合成石英ガラスインゴットの両端を旋盤に把持した合成石英ガラス棒(足場管)に溶接し、直径80mmに延伸してから、一方の端部を酸水素バーナーで1,700℃以上、好ましくは1,800℃以上で強熱し、溶融帯域を形成した後、左右のチャックの回転数を変えて、溶融帯域に剪断応力を与えることで石英ガラスインゴットを均質化しつつ、バーナーを一方の端部から他方の端部まで移動させることによりインゴット成長面内のOH基濃度及び水素濃度を均質化する(帯域溶融法による均質化)。得られた合成石英ガラスを所望のサイズに成型した後、均一な仮想温度(FT)にするためのアニール処理を加えることが好ましい。なお、アニール処理は常法によって行うことができる。   Further, the obtained synthetic quartz glass ingot was subjected to cylindrical grinding or the like, and then hot-melted in a range of 1,700 to 1,800 ° C. for a mask substrate and hot-molded into a square block shape. A synthetic quartz glass substrate can be formed by slicing and polishing after annealing for removing strain within a range of ˜1,300 ° C. In addition, when the optical lens material is used, a synthetic quartz glass free from striae in three directions can be obtained by homogenizing the synthetic quartz glass ingot. That is, after welding both ends of the obtained synthetic quartz glass ingot to a synthetic quartz glass rod (scaffolding tube) held by a lathe and extending to a diameter of 80 mm, one end of the synthetic quartz glass ingot is 1,700 ° C. or higher with an oxyhydrogen burner. Preferably, after igniting at 1,800 ° C. or higher to form a melting zone, the rotation speed of the left and right chucks is changed and shear stress is applied to the melting zone to homogenize the quartz glass ingot, By moving from one end to the other end, the OH group concentration and hydrogen concentration in the ingot growth surface are homogenized (homogenization by zone melting method). After the obtained synthetic quartz glass is molded into a desired size, it is preferable to add an annealing treatment to obtain a uniform fictive temperature (FT). The annealing process can be performed by a conventional method.

このようにして得られた合成石英ガラス部材は、LSI分野のエキシマレーザー用レンズ等、フォトマスク用合成石英ガラス基板や、ステッパーの照明系レンズ、投影光学用レンズ、窓材、ミラー、ビームスプリッター、プリズム等の光学用石英ガラス部材や更にはLCD用の液晶用分野の大型石英ガラス基板用部材、例えばカラーフィルター用基板、防塵ガラス用基板、対向用ガラス基板等としても使用される。   Synthetic quartz glass members obtained in this way include excimer laser lenses in the LSI field, synthetic quartz glass substrates for photomasks, stepper illumination lenses, projection optics lenses, window materials, mirrors, beam splitters, It is also used as an optical quartz glass member such as a prism, and a large quartz glass substrate member in the field of liquid crystal for LCD, for example, a color filter substrate, a dustproof glass substrate, a counter glass substrate, and the like.

以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例で、内部透過率の測定方法は以下の通りである。
内部透過率:紫外分光光度法により測定した(バリアン社製、Cary400)。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example. In the following example, the internal transmittance is measured as follows.
Internal transmittance: measured by ultraviolet spectrophotometry (Varian, Cary 400).

[実施例、比較例]
原料としてメチルトリメトキシシランを本発明の合成石英ガラス製造用バーナー(図1)と従来型の合成石英ガラス製造用バーナー(図3)に供給し、酸水素火炎にて酸化又は燃焼分解させてシリカ微粒子を生成させ、これを回転している石英製ターゲット上に堆積すると同時に溶融ガラス化して合成石英ガラス部材を得た。
[Examples and Comparative Examples]
Methyltrimethoxysilane is supplied as a raw material to the burner for producing synthetic quartz glass of the present invention (FIG. 1) and the conventional burner for producing synthetic quartz glass (FIG. 3), and is oxidized or combusted in an oxyhydrogen flame to produce silica. Fine particles were generated and deposited on a rotating quartz target, and at the same time melted into glass to obtain a synthetic quartz glass member.

この場合、図4に示したように、回転する耐熱性基体11上に石英ガラス製ターゲット12を取り付ける一方、原料蒸発器13内に入れたメチルトリメトキシシラン14にアルゴンガス15を導入し、このアルゴンガス15にメチルトリメトキシシラン14の蒸気を随伴させ、かつこれに酸素ガス16を混合した混合ガスを主バーナー17の中心ノズルに供給すると共に、この主バーナー17には、更に上記混合ガスを中心にして順次内側から外側に酸素ガス18、水素ガス19、水素ガス20、酸素ガス21、酸素ガス22を供給し、主バーナー17から上記原料メチルトリメトキシシラン14、酸水素火炎23をターゲット12に向けて噴出して、シリカ微粒子24をターゲット12に堆積させ、同時に溶融透明ガラス化させて合成石英ガラスインゴット25を得た。得られた合成石英ガラスインゴットのサイズは、直径150mm×500mmであった。なお、二重管から流通させる支燃性ガスの流速は0.6m/secであり、実施例及び比較例のバーナーのノズル断面積、断面積比、ガス供給条件を表1に示す。   In this case, as shown in FIG. 4, the quartz glass target 12 is mounted on the rotating heat-resistant substrate 11, while the argon gas 15 is introduced into the methyltrimethoxysilane 14 placed in the raw material evaporator 13. A mixed gas obtained by allowing the vapor of methyltrimethoxysilane 14 to accompany the argon gas 15 and mixing the oxygen gas 16 to the argon gas 15 is supplied to the central nozzle of the main burner 17, and the main burner 17 is further supplied with the mixed gas. Oxygen gas 18, hydrogen gas 19, hydrogen gas 20, oxygen gas 21, and oxygen gas 22 are supplied sequentially from the inside to the outside center, and the raw material methyltrimethoxysilane 14 and oxyhydrogen flame 23 are supplied from the main burner 17 to the target 12 The silica fine particles 24 are deposited on the target 12 and simultaneously melted into a transparent glass to produce synthetic quartz. To obtain a Las ingot 25. The size of the resultant synthetic quartz glass ingot was 150 mm × 500 mm in diameter. In addition, the flow velocity of the combustion-supporting gas circulated from the double pipe is 0.6 m / sec. Table 1 shows the nozzle cross-sectional area, the cross-sectional area ratio, and the gas supply conditions of the burners of Examples and Comparative Examples.

Figure 0004438948
注:断面積比は、第2の包囲管と外殻管との間の中空部面積に対するノズル群の中空部総
面積の割合を示す。
Figure 0004438948
Note: The cross-sectional area ratio indicates the ratio of the total area of the hollow part of the nozzle group to the area of the hollow part between the second envelope tube and the outer shell tube.

次に、この実施例及び比較例から作製した合成石英ガラスインゴットから輪切りに切断し、鏡面加工後、このガラス体の中心部から外周部にかけての193.4nmにおける初期透過率分布を紫外分光光度法により測定した(バリアン社製、Cary400)。これを図5に示した。   Next, the synthetic quartz glass ingot produced from this example and the comparative example was cut into round slices, and after mirror finishing, the initial transmittance distribution at 193.4 nm from the central part to the outer peripheral part of this glass body was measured by ultraviolet spectrophotometry. (Cary 400, manufactured by Varian). This is shown in FIG.

本発明による実施例に係る合成石英ガラス製造用バーナーのガス噴出し口の横断面図を示す。The cross-sectional view of the gas injection opening of the burner for synthetic quartz glass manufacture which concerns on the Example by this invention is shown. 本発明による実施例に係る合成石英ガラス製造用バーナーの縦断面図を示す。The longitudinal cross-sectional view of the burner for synthetic quartz glass manufacture which concerns on the Example by this invention is shown. 比較例に係る従来型の合成石英ガラス製造用バーナーのガス噴出し口の横断面図を示す。The cross-sectional view of the gas ejection port of the conventional synthetic quartz glass manufacturing burner according to the comparative example is shown. 本発明の合成石英ガラスの製造装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing apparatus of the synthetic quartz glass of this invention. 実施例及び比較例で得られた合成石英ガラスインゴットの径方向面での初期透過率分布を示す。The initial transmittance distribution in the radial direction surface of the synthetic quartz glass ingot obtained in the examples and comparative examples is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 多重管
2 中心管
3 第1の包囲管
4 第2の包囲管
5 外殻管
6 ノズル
7 主バーナー
8 石英製二重管
9 石英製二重管外側管
10 石英製二重管の内側管
11 耐熱性基材
12 合成石英ガラス製ターゲット
13 原料蒸発器
14 メチルトリメトキシシラン
15 アルゴンガス
16 酸素ガス
17 主バーナー
18 酸素ガス
19 水素ガス
20 水素ガス
21 酸素ガス
22 酸素ガス
23 酸水素火炎
24 シリカ微粒子
25 合成石英ガラスインゴット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multiple tube 2 Center tube 3 1st surrounding tube 4 2nd surrounding tube 5 Outer shell tube 6 Nozzle 7 Main burner 8 Quartz double tube 9 Quartz double tube outer tube 10 Quartz double tube inner tube DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Heat resistant base material 12 Synthetic quartz glass target 13 Raw material evaporator 14 Methyltrimethoxysilane 15 Argon gas 16 Oxygen gas 17 Main burner 18 Oxygen gas 19 Hydrogen gas 20 Hydrogen gas 21 Oxygen gas 22 Oxygen gas 23 Oxyhydrogen flame 24 Silica Fine particle 25 synthetic quartz glass ingot

Claims (5)

シリカ原料化合物を供給する中心管、この中心管を囲繞し、支燃性ガスを供給する第1の包囲管、この第1の包囲管を囲繞し、可燃性ガスを供給する第2の包囲管を備えた少なくとも三重管構造を有する多重管と、この多重管を囲繞し、可燃性ガスを供給する外殻管と、この外殻管内に配設され、支燃性ガスを供給する複数のノズルから構成される主バーナーにおいて、該主バーナーの少なくとも先端口部側を包囲して先端部が該先端口部より前方に突出している外側管と、先端部が主バーナーの先端口部と同一位置又はこれより後部位置にある内側管とからなり、上記外側管の前方突出している先端部が一定の内径を有する円筒状であり、外側管と内側管との間が支燃性ガス通路として形成された二重管を設けたことを特徴とする合成石英ガラス製造用バーナー。 A central tube for supplying a silica raw material compound, a first surrounding tube for surrounding the central tube and supplying combustion-supporting gas, and a second surrounding tube for surrounding the first surrounding tube and supplying combustible gas A multiple tube having at least a triple tube structure, an outer shell tube surrounding the multiple tube and supplying a combustible gas, and a plurality of nozzles disposed in the outer tube and supplying a combustion-supporting gas A main burner comprising: an outer tube that surrounds at least the front end portion of the main burner and has a front end projecting forward from the front end portion; and the front end is located at the same position as the front end portion of the main burner Or it consists of an inner tube at a rear position, and the tip of the outer tube protruding forward is a cylindrical shape having a constant inner diameter, and a space between the outer tube and the inner tube is formed as a combustion-supporting gas passage. synthetic silica, characterized in that a double pipe which is Las manufacturing burner. 前記外殻管内に配設される複数のノズルのガス噴出し部の総断面積(ノズルの中空部における断面積の総和)が、多重管と外殻管との間のガス噴出し部の断面積(多重管と外殻管との間の中空部における断面積(第1のノズルが配設されていないとした場合の多重管と外殻管との間の中空部総面積))に占める比率として5〜20%である請求項記載の合成石英ガラス製造用バーナー。 The total cross-sectional area of the gas ejection portions of the plurality of nozzles arranged in the outer shell tube (the sum of the cross-sectional areas in the hollow portion of the nozzle) is the disconnection of the gas ejection portion between the multiple tube and the outer shell tube. Area (cross-sectional area in the hollow portion between the multiple tube and the outer shell tube (total area of the hollow portion between the multiple tube and the outer shell tube when the first nozzle is not provided)) synthetic quartz glass manufacturing burner according to claim 1, wherein from 5 to 20% by ratio. シリカ原料化合物を供給する中心管、この中心管を囲繞し、支燃性ガスを供給する第1の包囲管、この第1の包囲管を囲繞し、可燃性ガスを供給する第2の包囲管を備えた少なくとも三重管構造を有する多重管と、この多重管を囲繞し、可燃性ガスを供給する外殻管と、この外殻管内に配設され、支燃性ガスを供給する複数のノズルから構成される主バーナー、及び該主バーナーの少なくとも先端口部側を包囲して先端部が該先端口部より前方に突出しており、この前方に突出している先端部が一定の内径を有する円筒状の外側管と、先端部が上記主バーナーの先端口部と同一位置又はこれより後部位置にある内側管とからなる二重管を設けてなる合成石英ガラス製造用バーナーを、回転する基体上に取り付けられた石英ガラス製ターゲットに向けて配設し、上記バーナーの中心管よりシリカ原料化合物を供給すると共に、第1の包囲管及びノズルから支燃性ガスを供給し、第2の包囲管及び外殻管から可燃性ガスを供給し、かつ二重管から支燃性ガスを供給し、上記支燃性ガスと可燃性ガスとから形成される酸水素火炎によってシリカ原料化合物を気相加水分解又は酸化分解することで得られるシリカ微粒子を上記ターゲット上に堆積させ、これを溶融ガラス化することを特徴とする合成石英ガラスインゴットの製造方法。 A central tube for supplying a silica raw material compound, a first surrounding tube for surrounding the central tube and supplying combustion-supporting gas, and a second surrounding tube for surrounding the first surrounding tube and supplying combustible gas A multiple tube having at least a triple tube structure, an outer shell tube surrounding the multiple tube and supplying a combustible gas, and a plurality of nozzles disposed in the outer tube and supplying a combustion-supporting gas A main burner composed of: a cylinder surrounding at least the front end portion of the main burner, the front end projecting forward from the front end, and the front projecting front end having a constant inner diameter A synthetic quartz glass manufacturing burner comprising a double tube consisting of a cylindrical outer tube and an inner tube whose tip is located at the same position as or behind the tip of the main burner, on a rotating substrate Quartz glass target mounted on The silica raw material compound is supplied from the central tube of the burner, the combustion supporting gas is supplied from the first surrounding tube and the nozzle, and the combustible gas is supplied from the second surrounding tube and the outer shell tube. Obtained by gas phase hydrolysis or oxidative decomposition of a silica raw material compound with an oxyhydrogen flame formed from the above-mentioned combustion-supporting gas and combustible gas. A method for producing a synthetic quartz glass ingot, characterized in that silica fine particles to be deposited are deposited on the target and then melted into glass. 二重管から流通させる支燃性ガスの流速が0.5〜1.3m/secである請求項記載の製造方法。 The production method according to claim 3 , wherein the flow rate of the combustion-supporting gas circulated from the double pipe is 0.5 to 1.3 m / sec. インゴットの直径が150mm以上である請求項3又は4記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 3 or 4 , wherein the diameter of the ingot is 150 mm or more.
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