JP5305585B2 - 溶融シリカを製造するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドープされたまたは純粋な合成シリカガラス材料を製造するための方法および装置に関する。特に、本発明は、平面堆積を含む、ドープされたまたは純粋なガラス材料を製造するための方法および装置に関する。本発明は、例えば、ＵＶリソグラフィー装置などの様々な用途における光学部材として使用するための高純度およびドープされた溶融シリカガラス材料の製造において有用である。

高純度またはドープされた溶融シリカガラス材料には、多くの現代の光学システムに用途が見出されている。例えば、半導体工業における最新式のリソグラフィーデバイス、特に、深紫外線および真空紫外線波長で動作するものは、一般に、高純度またはドープされた溶融シリカガラス材料から製造されたかまたはそれに基づく屈折または反射光学素子を有する。超大規模集積回路の製造における現代のリソグラフィーデバイスに要求される高精度および高解像度のために、リソグラフィー照射が、より短い波長へと、それゆえ、より高いエネルギーへと移行してきた。これらのシステムに用いられる光学素子は、透過率、透過率低下、複屈折、屈折率均一性、レーザ誘起波面歪み（ＬＩＷＦＤ）、熱膨張係数均一性などの多くの特性において高性能であることが要求される。

ドープされたまたは未ドープの合成シリカガラス材料が光ファイバの製造にも用いられてきた。

合成シリカ材料を製造する２つのタイプのプロセスが開発され、今日まで商業化されてきた。それらプロセスは、ダイレクト・トゥー・ガラス(direct-to-glass)・プロセスとスート・トゥー・ガラス(soot-to-glass)・プロセスである。前者において、ガラススート粒子は、例えば、ケイ素含有前駆体材料と随意的なドーパントの火炎加水分解により提供され、支持表面上に堆積され、その場で透明ガラスに焼結される。スート・トゥー・ガラス・プロセスにおいて、ガラススートプリフォームが、ガラススート粒子から最初に形成され、別の工程において緻密ガラスに焼結される前に、次いで必要に応じて乾燥、浄化および／またはドープされる。外付け法（ＯＶＤ）、内付け法（ＩＶＤ）および気相軸付け法（ＶＡＤ）などの、様々なスート堆積技法が開発されてきた。これらのプロセスの全ては当初、導波プリフォームを製造するために設計された。使用される堆積技法のために、焼結されたガラスにおいて望ましくない性質の不均一性が生じる傾向にあり、最新のＵＶリソグラフィーの要件を満たすガラスを製造するために、ガラスの焼結後の改質が必然的に要求される。

特許文献１には、スート粒子が平面に堆積される、ドープされたまたは未ドープのシリカガラスを製造するスート・トゥー・ガラス・プロセスが開示されている。しかしながら、この文献におけるプロセスと装置の教示は、特にそこで製造されるスートプリフォームのスート密度の変動に関して、限られている。さらに、この特許文献における実施例は、炉の構築において耐火レンガの使用を伴っている。
米国特許第６６０３８８３号明細書

本発明は、特許文献１に記載されたプロセスと装置の改良である。

それゆえ、本発明の第１の態様によれば、ドープされたまたは未ドープのシリカガラス材料を製造する方法であって、
（Ｉ） スート生成装置によりシリカを含むガラススート粒子の少なくとも１つの流れを提供する工程、および
（ＩＩ） 少なくとも１つの層のガラススートが堆積支持表面上に堆積されて、スートプリフォームを形成するように、前記ガラススート粒子の少なくとも１つの流れを、回転軸の周りで回転している堆積基体の実質的に平面の堆積支持表面に向ける工程であって、前記層が面積Ａ₁および厚さＴ₁を有するものである工程、
を有してなり、
工程（ＩＩ）において、スート生成装置は、堆積支持表面に対して移動することができ、堆積支持表面に対するスート生成装置の速度は、堆積されるガラススートの層の面積の少なくとも半分において、少なくとも中心の半分の厚さに亘り、局部のスート密度の変動が低いように調節される方法が提供される。ある好ましい実施の形態において、中心の半分の厚さに亘る平均局部スート密度の変動は、その面積における平均局部スート密度の、１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは３％未満である。ある実施の形態では、工程（ＩＩ）において、堆積支持表面に対するスート生成装置の速度は、堆積されるガラススートの層の面積の少なくとも７５％において、堆積支持表面に近接した底部からの厚さの９０％に亘り、局部のスート密度の変動が低いように調節されることが好ましい。ある実施の形態において、堆積支持表面に近接した底部からの厚さの９０％に亘り、平均局部スート密度の変動が、その面積における平均局部スート密度の１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは３％未満である。ある実施の形態において、堆積基体の堆積支持表面は実質的に水平であり、堆積基体の回転軸は実質的に垂直であることが好ましい。ある実施の形態において、堆積基体の堆積支持表面は上向きである。ある他の実施の形態において、堆積基体の堆積支持表面は下向きである。

本発明の方法のある好ましい実施の形態では、工程（ＩＩ）において、堆積支持表面に対するスート生成装置の速度は、堆積されるガラススートの層の面積の少なくとも半分において、少なくとも中心の半分の厚さに亘り、スートプリフォームが高いＯＨ濃度均一性（以下に定義される）を有するように調節される。

本発明の方法のある実施の形態において、スート生成装置は１つのバーナである。ある実施の形態において、１つのバーナは、堆積支持表面に対して回転軸を横切って往復することができる。ある他の実施の形態において、スート生成装置は、少なくとも２つのバーナを含むバーナアレイである。本発明の方法のある好ましい実施の形態において、少なくとも１つの縁バーナが設けられる。

本発明の方法の工程（ＩＩ）において、堆積支持表面は、好ましくは５００〜１０００℃の間の温度、ある実施の形態においてより好ましくは７００〜１０００℃の間の温度まで自発的に加熱される。堆積支持表面は、スート生成装置からのスート流と直接接触する区域を除いて、実質的に均一な温度、好ましくは、約５０℃以下、ある実施の形態においては約２５℃以下、ある実施の形態において好ましくは約１５℃以下、ある他の実施の形態において好ましくは約１０℃以下の温度変動を有する。

本発明の方法はさらに、
（ＩＩＩ） 工程（ＩＩ）で形成されたスートプリフォームを必要に応じて、乾燥、浄化および／またはドープする工程、および
（ＩＶ） スートプリフォームの少なくとも一部分を１０００℃を超える温度で焼結して、実質的に気泡を含まない焼結ガラスを得る工程、
を含む。

ある好ましい実施の形態において、スートプリフォームが、ドーパントを含む雰囲気中でドープされ、約７００℃と約１４００℃の間に維持される工程（ＩＩＩ）が行われる。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＩＩ）中の任意の所定の時間で、スートプリフォームは、平均温度Ｔ_aを有し、スートプリフォーム全体に亘る温度は、Ｔ_a±５０℃以内、ある実施の形態において好ましくはＴ_a±２５℃以内、ある実施の形態において好ましくはＴ_a±１０℃以内、ある他の実施の形態において好ましくはＴ_a±５℃以内に維持される。ある実施の形態において、工程（ＩＩＩ）中に、スートプリフォームは、実質的に均一に自発的に加熱された支持ドープステージの支持表面上に配置される。本発明の方法のある好ましい実施の形態において、実質的に均一に自発的に加熱された支持ドープステージの支持表面の温度変動は、約１００℃以下、ある実施の形態において好ましくは約５０℃以下、ある実施の形態において好ましくは約２０℃以下、ある他の実施の形態において好ましくは約１０℃以下、ある他の実施の形態において好ましくは約５℃以下である。本発明の方法のある好ましい実施の形態では、工程（ＩＶ）において、スートプリフォームは、スートプリフォームがその上に配置される、実質的に均一な温度を持つ支持焼結表面を有する自発的に加熱される焼結基体の上で焼結されることができ、それによって、スートプリフォームの焼結が、支持焼結表面と接触した表面から他端に進行できる。ある好ましい実施の形態では、工程（ＩＶ）において、任意の所定の時間で、焼結最前部の異なる区域は、実質的に均一な速度で進行する。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＶ）中に、焼結最前部は実質的に一定の速度で進行する。ある好ましい実施の形態において、堆積基体と焼結基体は同じ基体である。ある好ましい実施の形態において、堆積基体は高純度溶融シリカガラスから製造されている。ある好ましい実施の形態において、支持焼結表面は１０００〜１５００℃の間の温度まで加熱され、それによって、焼結が生じることができる。ある好ましい実施の形態において、任意の所定の時間で、支持焼結表面の温度変動は、約１００℃以下、ある実施の形態において約５０℃以下、ある実施の形態において約２０℃以下、ある他の実施の形態において約１０℃以下、ある他の実施の形態において約５℃以下である。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＶ）中の任意の所定の時間で、スートプリフォームは平均温度Ｔ_bを有し、スートプリフォーム全体に亘る温度は、Ｔ_b±５０℃以内、ある実施の形態において好ましくはＴ_b±２５℃以内、ある実施の形態において好ましくはＴ_b±１０℃以内、ある他の実施の形態において好ましくはＴ_b±５℃以内に維持される。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＶ）は空気中で行われる。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＶ）は、その内部の水または他のＯＨ付与剤の分圧が調節される雰囲気中で行われ、したがって、焼結ガラス中のＯＨ濃度が調節される。ある他の好ましい実施の形態において、工程（ＩＶ）はドーパントの存在下で行われる。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＩＩ）および（ＩＶ）の両方が行われ、少なくともある程度は同時に行われる。

本発明の方法のある好ましい実施の形態において、工程（Ｉ）および（ＩＩ）は、汚染耐火物を実質的に含まない環境において行われる。工程（ＩＩＩ）および（ＩＶ）は、もし行われる場合には、同様に汚染耐火物を実質的に含まない環境において行われることが好ましい。

本発明の第２の態様は、ドープされたまたは未ドープのシリカガラス材料を製造する方法であって、
（Ｉ） スート生成装置によりシリカを含むガラススート粒子の少なくとも１つの流れを提供する工程、および
（ＩＩ） 少なくとも１つの層のガラススートが堆積支持表面上に堆積されて、スートプリフォームを形成するように、前記ガラススート粒子の少なくとも１つの流れを、回転軸の周りで回転可能な堆積基体の実質的に平面の堆積支持表面に向ける工程であって、前記層が少なくとも５ｃｍの直径および少なくとも５ｍｍの高さを持つ円柱体からなるものである工程、
を有してなり、
工程（ＩＩ）において、スート生成装置は、堆積支持表面に対して移動することができ、堆積支持表面に対するスート生成装置の速度は、特定された円柱体において、円柱体の底面に対して平行な平面において測定された局部的なスート密度の変動が低いように調節される方法が提供される。ある実施の形態において、局部的スート密度の変動が低い特定された円柱体は、少なくとも１０ｃｍの直径を有する。ある実施の形態において、局部的なスート密度の変動が低い特定された円柱体は、少なくとも１０ｃｍの直径および少なくとも５ｃｍの高さを有する。ある実施の形態では、工程（ＩＩ）において、堆積支持表面に対するスート生成装置の速度は、特定された円柱体において、スートプリフォームが高いＯＨ濃度均一性を示すように調節される。

本発明の第３の態様は、スート粒子からシリカガラス材料を製造するための装置であって、
（Ａ） スート粒子をその上に堆積すべき実質的に平面の堆積支持表面を持つ、回転軸の周りに回転できるスート堆積基体、
（Ｂ） 堆積支持表面が実質的に均一な温度を持つように、スート堆積基体を加熱するための、制御可能な加熱パワーを持つ自発的加熱源、
（Ｃ） （ｉ）ガラススート粒子の少なくとも１つの流れを提供でき、かつガラススート粒子の流れを、スート堆積基体の堆積支持表面に向けることができ、（ｉｉ）スート堆積基体の堆積支持表面に対して水平および／または垂直に移動可能なガラススート生成装置、および
（Ｄ） スート堆積基体の堆積支持表面に対するスート生成装置の動作を制御し、駆動するためのシステム、
を備えた装置である。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｂ）の加熱源は実質的に平面である。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ａ）の平面の堆積支持表面は実質的に水平に配置されており、スート堆積基体の回転軸は実質的に垂直である。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、その装置は、スート堆積が行われる雰囲気に曝露される区域に汚染耐火物を実質的に含まない。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｄ）は、ガラススートの少なくとも１つの層を堆積支持表面上に堆積させて、スート粒子の層を含むスートプリフォームを形成できるように、スート堆積基体の堆積支持表面に対してスート生成装置の速度を調節することができ、スート粒子の層が、少なくとも５ｃｍの直径および少なくとも５ｍｍの高さを持つ円柱体から構成されており、特定された円柱体において、円柱体の底面に対して平行な平面において測定された局部的なスート密度の変動が低い。ある好ましい実施の形態において、スート粒子の層は、少なくとも１０ｃｍの直径および少なくとも５ｍｍの高さを有する円柱体から構成され、特定された円柱体において、円柱体の底面に対して平行な平面において測定された局部的なスート密度の変動が低い。ある好ましい実施の形態において、スート粒子の層は、少なくとも１０ｃｍの直径および少なくとも５ｃｍの高さを有する円柱体から構成され、特定された円柱体において、円柱体の底面に対して平行な平面において測定された局部的なスート密度の変動が低い。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｄ）は、ガラススートの少なくとも１つの層を堆積支持表面上に堆積させられるように、スート堆積基体の堆積支持表面に対してスート生成装置の速度を調節することができ、堆積されたガラススートの少なくとも１つの層の面積の少なくとも半分において、少なくとも中心の半分の厚さに亘り局部的なスート密度の変動が低い。ある好ましい実施の形態において、中心の半分の厚さに亘る平均の局部的なスート密度の変動が、その面積における平均の局部的なスート密度の１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは３％未満である。本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｄ）は、ガラススートの少なくとも１つの層を堆積支持表面上に堆積できるようにスート堆積基体の堆積支持表面に対してスート生成装置の速度を調節することができ、堆積されたガラスの少なくとも１つの層の面積の少なくとも７５％において、堆積支持表面に近接した底面からの厚さの９０％に亘る局部的なスート密度の変動が低い。ある好ましい実施の形態において、堆積されたガラスの少なくとも１つの層の面積の少なくとも７５％において、堆積支持表面に近接した底面からの厚さの９０％に亘る局部的なスート密度の変動は、その面積における平均の局部的スート密度の１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは３％未満である。

本発明の装置の好ましい実施の形態において、構成部材（Ｂ）は、誘導加熱装置の平面サセプタである。ある実施の形態において、平面サセプタはグラファイトから製造されている。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ａ）は少なくとも１つのバーナから構成される。ある好ましい実施の形態において、構成部材（Ａ）は多数のバーナから構成される。ある好ましい実施の形態において、多数のバーナの内の少なくとも１つのバーナは、ドーパントスート粒子を提供し、少なくとも１つのバーナは、シリカスート粒子を提供する。ある実施の形態において、少なくとも１つのバーナは、ＴｉＯ₂スート粒子を提供する。本発明の装置のある実施の形態において、構成部材（Ｃ）は、堆積支持表面の回転軸を横切って往復できる１つのバーナである。本発明の装置のある実施の形態において、少なくとも１つの縁バーナが提供される。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｂ）は、堆積支持表面上に配置されたシリカ粒子および／またはドーパント粒子から実質的になるガラススートプリフォームを次第に焼結することのできる温度まで構成部材（Ａ）を加熱することができる。

本発明の装置のある実施の形態において、この装置はさらに、チャンバを形成するようにガラススートプリフォームを覆うために適用される囲いを含み、その囲いには、ガスがそこを通ってチャンバ中に導入できる入口が必要に応じて設けられている。ある実施の形態において、囲いは、溶融シリカガラスから製造されていることが好ましい。

本発明の装置のある実施の形態において、スート堆積基体は高純度溶融シリカガラスから製造されている。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｂ）は、堆積基体の実質的に垂直な回転軸の周りに回転可能である。

本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｂ）は回転可能なステージの表面上に配置されており、この構成部材（Ｂ）および回転可能なステージは、耐火フェルトの層により隔てられている。

本発明の装置のある実施の形態において、この装置はさらに、
（Ｅ） 構成部材（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）と連絡し、構成部材（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）の動作情報を収集し、それにしたがって、所定のスート堆積、ドーピングおよび／または焼結条件を得るために、必要に応じて、そのパラメータを調節するように適用された制御装置、
を備えている。

本発明には、高純度焼結溶融シリカガラスを容易に製造できるという利点がある。本発明の方法および装置によって製造れさたスートプリフォームは、さらに別の熱再流動または均質化を必要とせずに、所望の物理的性質を持つ、本発明の装置における透明ガラスに焼結できる。

本発明の追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明白であり、またはその説明および特許請求の範囲、並びに添付の図面に示された本発明を実施することによって認識されるであろう。

上述した一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の単なる例示であり、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解する上での概要または構成を提供することが意図されている。

添付の図面は、本発明をさらに理解するために含まれており、この明細書に包含され、その一部を構成する。

ここに用いているように、「バーナ」という用語は、そこでスート粒子が前駆体化合物の火炎加水分解プロセスにより生成されるスート生成装置を意味する。例えば、火炎加水分解によるシリカガラスの製造における例示のバーナは、ＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）などのケイ素含有前駆体化合物が、Ｈ₂、ＣＨ₄または他の燃料のバーナ火炎中にそこを通して導入される孔を含む。ＯＭＣＴＳは、火炎中で酸化され、加水分解されて、微細なシリカスート粒子を生成する。バーナは一般に、高温で前駆体化合物の化学反応を伴う。特許文献１には、ドープされたまたは未ドープの溶融シリカガラスの製造に使用するためのバーナが記載されており、その関連部分をここに包含する。ケイン(Cain)等の米国特許第５９２２１００号明細書には、本発明に使用してもよい予混天然ガスバーナの例が開示されており、その関連部分をここに包含する。しかしながら、本発明に使用してもよいバーナは、米国特許第５９２２１００号明細書および特許文献１に記載されたものには限定されない。米国特許第６８３７０７６号、同第６７４３０１１号、および同第６７３６６３３号の各明細書に述べられたバーナを同様に本発明に用いてもよい。

ここに用いているように、「低い局部的なスート密度の変動」という語句は、堆積したスートプリフォーム、または堆積したスート粒子の層が、０．２ｍｍを超える距離に亘り、好ましくは０．２ｃｍを超える距離に亘り、スートプリフォームの平均嵩密度の２０％未満、または０．２ｇ／ｃｍ³未満、いずれか大きい方の焼結ガラスの意図する光軸に対して垂直な平面において測定された初期の局部的なスート密度の変動を有することを意味する。本発明の方法または装置を使用して堆積されたスートプリフォームまたはスート粒子層が、好ましくは０．２ｍｍを超える距離に亘り、より好ましくは０．２ｃｍを超える距離に亘り、スートプリフォームの平均嵩密度の１０％未満、または０．１ｇ／ｃｍ³未満、いずれか大きい方の焼結ガラスの意図する光軸に対して垂直な平面において測定された初期の局部的なスート密度の変動を有する。本発明において、所定の厚さを持つ特定された区域における所定の場所での「局部的なスート密度」は、所定の場所での厚さに亘り測定された局部的なスート密度の平均である。

ここで用いているように、「高いＯＨ濃度の均一性」という語句は、堆積したスートプリフォーム、または堆積したスート粒子の層が、焼結ガラスの意図する光軸に対して垂直な平面で測定して、０．２ｍｍを超える距離に亘り、好ましくは０．２ｃｍを超える距離に亘り、平均ＯＨ濃度Ｃ₁（質量ｐｐｍで表して）、およびＣ₁±５０ｐｐｍの範囲、好ましくはＣ₁±２５ｐｐｍの範囲の測定されたＯＨ濃度を有することを意味する。本発明において、所定の厚さを持つ、特定された区域の所定の場所での「ＯＨ濃度」は、所定の場所でのその厚さに亘り測定された局部的なスート密度の平均である。

「実質的に平面」という語句は、関係する表面が、平らな面または湾曲面の一部であることを意味する。それゆえ、表面は、平らでも起伏があってもよく、以下に限られないが、円形、矩形、凸状ドーム形、または凹状ドーム形などの様々な形状をとってもよい。

ここに用いたように、「汚染耐火物」という用語は、一般に、高温炉を構成するために用いられ、ガラスをその中で製造すべき環境に曝される、製造すべきシリカガラスにとって有害であり、プロセス条件下でシリカガラスに移行し易い元素を含有する耐火材料を意味し、その例としては、ジルコン、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などが挙げられるが、これらに限られない。

ここに用いたように、「自発的に加熱する」という語句は、加熱が、少なくともある程度、スート生成装置以外の加熱装置から提供されるエネルギーによって行われることを意味する。それゆえ、電気抵抗加熱、誘導加熱などの追加の加熱装置を用いて、自発的な加熱を行ってもよい。それゆえ、「自発的に加熱された」とは、自発的加熱を受けることを意味する。

「実質的に均一な温度」という語句は、関係する表面または物体の温度が、平均温度Ｔ_mを持ち、その表面または物体の異なる位置での温度が、Ｔ_m±５０℃の範囲にあることを意味する。平均温度Ｔ_mは、時間の経過で変動してもよい。ある好ましい実施の形態において、その表面または物体の異なる位置での温度が、Ｔ_m±２５℃の範囲にある。ある他の好ましい実施の形態において、その表面または物体の異なる位置での温度が、Ｔ_m±１０℃の範囲にある。

本発明は、シリカスート粒子が実質的に平面の堆積支持表面上に堆積される平面堆積工程を持つスート・トゥー・ガラス・プロセスを使用することによる、溶融シリカガラスの製造に関する。前述したように、本発明は、ここにその関連部分の全てを引用する、特許文献１の改良である。

本発明の方法の最初の工程は、スート生成装置により、シリカを含むスート粒子の少なくとも１つの流れを提供する工程を含む。これらのスート粒子は、異なる組成を持つスート粒子の混合物であっても、または実質的に同じ組成を持つスート粒子であってもよい。それゆえ、スート粒子は、様々なドーパントがドープされたシリカスート粒子であっても、シリカ粒子とＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などのドーパントスート粒子との混合物であってもよい。スート生成装置は、１つのバーナ、多数のバーナ、プラズマガンおよび他のスートガンを含んでもよい。スート粒子は、バーナの場合のように、火炎加水分解により形成されても、予め形成され、スート生成装置に供給されてもよい。そのような予め形成されたスート粒子は、例えば、火炎加水分解、ゾル・ゲル、または他のプロセスによって形成されてもよい。特許文献１には、ケイ素含有前駆体およびＴｉ含有前駆体の火炎加水分解（または熱分解）が記載されている。スート生成装置は、バーナによるものであってもなくても、プラズマ支援されていてもよい。

本発明の方法の第２の工程において、ガラススート粒子の少なくとも１つの流れは、ガラススートの少なくとも１つの層が堆積支持表面上に堆積されて、スートプリフォームを形成するように、回転軸の周りで回転可能な堆積基体の実質的に平面の堆積支持表面に向けられ、前記層は面積Ａ₁および厚さＴ₁を有し、スート生成装置は、堆積支持表面に対して移動可能であり、堆積支持表面に対するスート生成装置の速度は、堆積されたガラススートの層の面積の少なくとも半分において、中央の半分の厚さに亘り局部的なスート密度の変動が低いように調節される。本発明の方法または装置を使用することによって堆積されたスートプリフォームまたはスート粒子層は、特定された面積において好ましくは０．２ｍｍを超える距離に亘り、より好ましくは０．２ｃｍを超える距離に亘り、スートプリフォームの平均嵩密度の１０％未満、または０．１ｇ／ｃｍ³未満のいずれか大きい方の焼結ガラスの意図する光軸に対して垂直な平面で測定された初期の局部的スート密度の変動を有する。

図１は、本発明の方法および／または装置を使用することによって製造されたスートプリフォーム１０１を示している。スートプリフォーム１０１は、高さＴ₁および直径Ｄ₁を持つ実質的に円柱形状を有する。焼結の際に、円柱の軸は、ガラス片の意図する光軸となる。スートプリフォーム全体は、本発明の議論の都合上、スート粒子の層と考えられる。もちろん、堆積が完了した際に堆積したプリフォーム全体は、スート粒子の多数の層からなっていてよく、各層は、前述した要求される局部的なスート密度の変動を有する。高さＴ₂および直径Ｄ₂を持つ、スートプリフォーム１０１内部の中心部分１０３は、上述した低い局部的スート密度の変動を有し、少なくともここで、Ｄ₂ ²≦０．５０Ｄ₁ ²、Ｔ₂≦０．５０Ｔ₁である。本発明のある好ましい実施の形態において、スートプリフォーム１０１内部の中央部分１０３は、低い局部的スート密度の変動を有し、少なくともここで、Ｄ₂ ²≦０．５０Ｄ₁ ²、Ｔ₂≦０．７５Ｔ₁である。本発明のある好ましい実施の形態において、Ｄ₂≧５ｃｍ、Ｔ₂≧５ｍｍである。本発明のある他の好ましい実施の形態において、Ｄ₂≧１０ｃｍ、Ｔ₂≧５ｃｍである。

図２は、異なる特定のコア部分２０１が記載された図１のスートプリフォームの概略図である。コア部分２０１は、コア部分２０１が、スートプリフォーム１０１全体の底面の一部である底面を有し、高さＴ₃を有するという点で、図１の中央部分１０３とは異なる。本発明のある実施の形態において、コア部分２０１は、低い局部的スート密度の変動を有し、少なくともここで、Ｄ₂ ²≦０．７５Ｄ₁ ²、Ｔ₃≦０．９０Ｔ₁である。本発明のある好ましい実施の形態において、Ｄ₂≧５ｃｍ、Ｔ₃≧５ｍｍである。本発明のある他の好ましい実施の形態において、Ｄ₂≧１０ｃｍ、Ｔ₃≧５ｃｍである。

組成および性質の均一性が高い焼結シリカガラスを得るために、堆積されたスート層またはスートプリフォームの局部的なスート密度の変動が低いことが非常に望ましい。焼結されたガラスの意図する光軸に対して実質的に垂直な堆積されたスートの平面に亘る局部的なスート密度、すなわち、そのような平面における局部的なスート密度の変動が低いことが非常に望ましい。この目的のために、スート生成装置からのスート生成速度が実質的に一定であることが望ましい。バーナに関して、それは、バーナに供給されるガス流量（Ｓｉ含有前駆体化合物、Ｏ₂、燃料など）が、スート堆積工程中に実質的に一定であることが望ましいことを意味する。しかしながら、スートプリフォームの局部的スート密度のプロファイルに影響を与えるために、堆積プロセス中に供給原料（Ｏ₂、燃料および前駆体化合物）の流量を変動させることが除外されるものではない。

本発明の発明者等は、スート堆積支持表面に対するスート生成装置の動作、特に速度を適切に調節することによって、堆積されたスート層またはプリフォームにおける局部的なスート密度の変動を望ましく低くできることを発見した。そのような調節は、移動する支持表面の速度、移動するスート生成装置の速度、もしくはその両方を調節することにより行うことができる。

本発明の方法の工程（ＩＩ）における堆積基体の平面の堆積支持表面は、様々な方向で配置されてもよい。例えば、その表面は、水平（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に垂直）または垂直（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に平行）もしくは傾斜（水平と垂直との間）であって差し支えない。堆積支持表面は、上向きに（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に反対）または下向きに（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に平行）もしくは傾斜して（上向きと下向きの間）配置されても差し支えない。本発明の好ましい実施の形態において、堆積支持表面は、水平であり、上向きに配置される。

スート生成装置の運動の調節は、スート堆積支持表面に対するスート生成装置の往復の形態をとることができる。スート生成装置が１つのバーナである場合、その装置は、スート堆積支持表面の様々な位置に到達するときにバーナの所望の速度パターンとなるように、堆積基体の回転軸の周りで往復してよい。スート生成装置の速度を調節する場合、堆積されたスートプリフォームにおいて所望の局部的なスート密度の変動が達成されるように、以下の要因：（ｉ）堆積基体が回転する場合、堆積支持表面の様々な地点の角速度、（ｉｉ）バーナの往復速度、（ｉｉｉ）スート堆積表面の様々な位置でのそのシステムの熱放散速度、（ｉｖ）スート堆積表面の様々な位置でのガス流動パターン、および（ｖ）バーナの供給原料（Ｏ₂、燃料、前駆体化合物など）の流量；を考慮すべきである。堆積基体の回転軸の周りで線形に往復する１つのバーナからなるシステムにおいて、堆積支持表面に対するバーナの全速度の量は、以下のように計算できる：

ここで、｜ｖ｜は堆積支持表面に対するバーナの速度の量であり、ｒは堆積支持表面上の所定の位置の回転軸からの半径距離であり、ω（ｒ）は、バーナが回転軸から距離ｒの位置に到達したときの共通参照物体（地球などの）に対する回転している堆積基体の角速度であり、ｖ_b（ｒ）は、半径距離ｒでの共通参照物体に対するバーナの速度である。熱放散速度およびガス流動条件がスートプリフォームの関係する位置において同じであると見なされ、バーナの供給原料の流量が実質的に一定に維持される、このシステムの単純化された理想モデルにおいて、堆積支持表面に対するバーナの速度を調節することによって、異なるｒで実質的に一定の｜ｖ｜となるはずである。回転している堆積基体の角速度ω（ｒ）が一定の場合、この目的を達成するために、バーナの往復速度ｖ_b（ｒ）を調節する必要がある。あるいは、実質的に一定の｜ｖ｜を得るために、バーナの往復速度ｖ_b（ｒ）および堆積基体の角速度ω（ｒ）の両方を調節する必要があるかもしれない。

本発明の方法の工程（ＩＩ）において、スート堆積工程中、堆積支持表面は、約５００〜１０００℃の間、ある実施の形態において好ましくは約７００〜１０００℃の間の温度に自発的に加熱されることが非常に望ましい。温度が高すぎると、堆積されたスート粒子は、焼結して焼結ガラスを形成し始める。これにより、局部的なスート密度の変動が高くなることがあり、これは望ましくない。温度が低すぎると、スートを堆積表面に堆積させて、安定な形状のスートプリフォームを形成するのが難しくなる。

本発明の方法の工程（ＩＩ）において、スート堆積プロセス中に、堆積支持表面は、スート生成装置からのスート流と直接接触する区域を除いて、実質的に均一な温度、ある好ましい実施の形態において約５０℃未満、ある実施の形態において約２５℃未満、ある実施の形態において好ましくは約１５℃未満、ある他の実施の形態において好ましくは約１０℃未満の温度変動を有することも非常に望ましい。スート堆積支持表面のそのような高い温度均一性によって、プリフォームの高い局部的なスート密度が助長される。

スートプリフォームにおける平均の局部的なスート密度は、０．１〜１．６ｇ／ｃｍ³、ある実施の形態において好ましくは０．４〜０．８ｇ／ｃｍ³の間にあることが望ましい。

本発明の方法はさらに、以下の工程：
（ＩＩＩ） 工程（ＩＩ）において形成されたスートプリフォームを必要に応じて、乾燥、浄化および／またはドーピングする工程、および
（ＩＶ） １０００℃を超える温度でスートプリフォームの少なくとも一部分を焼結して、実質的に気泡を含まない焼結ガラスを得る工程、
を含んでもよい。

工程（ＩＩＩ）が行われ、乾燥プロセスが含まれる場合、スートプリフォームは、ハロゲン含有化合物、ＣＯ、ＣＯ₂、およびその相溶性混合物を用いて乾燥させることができる。そのようなハロゲン含有化合物は、Ｆ₂、Ｃｌ₂、Ｂｒ₂またはＣ_aＳ_bＸ_cであってよく、ここで、Ｘはハロゲンまたはハロゲンの組合せであり、ａ，ｂおよびｃは負ではない整数であり、４ａ＋６ｂ＝ｃである。低ＯＨシリカガラスが望ましく、スートプリフォームがＨ₂Ｏの豊富な環境中での火炎加水分解を用いて生成される場合、工程（ＩＶ）におけるその焼結の前に、スートプリフォームを乾燥させることが要求されることが多い。スートプリフォームの好ましい乾燥剤はＣｌ₂である。乾燥後、スートプリフォームは、０．１質量ｐｐｍ未満ほど低いＯＨレベルを有することができる。

工程（ＩＩＩ）が行われ、浄化プロセスが含まれる場合、ハロゲン含有化合物またはその相溶性混合物を含む浄化雰囲気において高温度スートプリフォームを処理することによって、スートプリフォームを浄化することができる。そのようなハロゲン含有化合物は、Ｆ₂、Ｃｌ₂、Ｂｒ₂またはＣ_aＳ_bＸ_cであってよく、ここで、Ｘはハロゲンまたはハロゲンの組合せであり、ａ，ｂおよびｃは負ではない整数であり、４ａ＋６ｂ＝ｃである。好ましい浄化剤はＣｌ₂である。それらの浄化剤の存在下での熱処理で、スートプリフォームから、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などの望ましくない金属を除去できる。それゆえ、乾燥および浄化プロセスは、同時に行ってもよい。

工程（ＩＩＩ）が行われる場合、この工程は、同様に、スートプリフォームのドーピングプロセスを含んでもよい。そのドーピングプロセスにおいて、スートプリフォームには、ＯＨ、Ｆ、および他の所望のドーパントを、そのようなラジカルを含むガスの存在下でスートプリフォームを熱処理することによって、所望のレベルまでドープしてもよい。それゆえ、浄化およびドーピングプロセスを同時に行ってもよい。

工程（ＩＩＩ）は、行われる場合、スートプリフォームの焼結温度より低い温度で行われることが通常望ましい。それゆえ、工程（ＩＩＩ）は、約７００〜１４００℃の間の温度で行うことが望ましい。ある実施の形態において、ドーピング温度は約７００〜１０００℃の間にあることが好ましい。工程（ＩＩＩ）中の任意の所定の時間で、スートプリフォームは平均温度Ｔ_aを有し、スートプリフォーム全体に亘る温度は、実質的に均一であり、好ましくはＴ_a±２５℃以内、ある実施の形態において好ましくはＴ_a±１０℃以内、ある他の実施の形態において好ましくはＴ_a±５℃以内に維持されることが望ましい。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＩＩ）直後にスートプリフォームにおいて均一な組成および特性プロファイルが得られるように、工程（ＩＩＩ）中のスートプリフォームにおける高い温度均一性が要求される。

本発明のある好ましい実施の形態において、工程（ＩＩＩ）中に、スートプリフォームは、実質的に均一に加熱された支持ドーピングステージの支持表面上に配置される。実質的に均一に加熱された支持ドーピングステージの支持表面は、実質的に均一な温度、ある実施の形態において約５０℃以下、ある実施の形態において好ましくは約２０℃以下、ある他の実施の形態において好ましくは約１０℃以下、ある他の実施の形態において好ましくは約５℃以下の温度変動を有することがより好ましい。

本発明のある好ましい実施の形態では、工程（ＩＶ）において、スートプリフォームは、スートプリフォームがその上に配置される、実質的に均一な温度を持つ支持焼結表面を有する加熱された焼結基体の上で焼結することができ、それによって、スートプリフォームの焼結が、支持焼結表面と接触した表面から他端に進行できる。ある好ましい実施の形態では、工程（ＩＶ）において、任意の所定の時間で、焼結最前部の異なる区域は、実質的に均一な速度で進行する。ある好ましい実施の形態において、工程（ＩＶ）中に、焼結最前部は実質的に一定の速度で進行する。本発明のある好ましい実施の形態において、堆積基体および焼結基体は同じ基体である。それらの実施の形態において、堆積基体は高純度溶融シリカガラスから製造されることが好ましい。本発明の方法の工程（ＩＶ）において、通常、支持焼結表面は、１０００〜１５００℃の間の温度に加熱され、それによって、焼結を行うことができる。

本発明によれば、意外なことに、工程（ＩＶ）は空気中で行ってもよいことが分かった。従来技術において、シリカスートプリフォームを空気中で焼結すると、一般に、焼結ガラス中に気泡が捕捉されることが知られてきた。しかしながら、本発明は、底面から頂面まで実質的に同じ速度で焼結を進行させることによって、従来技術の気泡形成問題を解決する。スートプリフォーム中に以前に存在していたガスは、本発明による焼結プロセス中に消散することができる。

ある実施の形態において、特に、焼結されたガラス中のＯＨレベルが所定のレベルに調節すべきことが好ましい実施の形態において、本発明の方法の工程（ＩＶ）を、水および他のＯＨ付与化合物の分圧が調節される雰囲気中で行うことが好ましい。例えば、焼結が行われる雰囲気は、Ｈ₂Ｏの分圧が、焼結されたガラス中で所望のＯＨレベルとなるように所望のレベルで調節される、Ｈｅ／Ｈ₂Ｏ、Ｈｅ／Ｏ₂／Ｈ₂、Ｈｅ／Ｏ₂／Ｈ₂Ｏなどの混合物であってよい。

本発明の方法のある好ましい実施の形態において、工程（ＩＶ）は、以下に限られないが、Ｆ含有化合物などの特定のドーパントの存在下で行ってもよい。それゆえ、工程（ＩＩＩ）および（ＩＶ）は、少なくともある程度同時に行ってもよい。

工程（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）および（ＩＶ）を少なくともある程度一緒に行ってもよい、すなわち、スート堆積、ドーピングおよび焼結は、同時に一緒に同じ設備内で行ってもよいと考えられる。ドーピングは、バーナなどのスート生成装置に供給される、または別の入口を介して、プロセス工程が行われる雰囲気中に導入されるドーパントによって行ってもよい。この場合、スートプリフォームは一般に、特定の期間中に同時に２つの区域を有していても差し支えない。焼結区域は、スート堆積支持表面に近接したスートプリフォームの底面から生じ、スート区域は焼結区域に隣接しており、このスート区域は、追加のスート粒子がその上に堆積されながら、焼結区域の一部へと次第に転化される。

本発明の最大の利点の内の１つは、特に、火炎加水分解または他のプロセスを用いてシリカスートプリフォームを生成し、ジルコンレンガ、Ａｌ₂Ｏ₃レンガ、ＺｒＯ₂レンガなどの汚染耐火材料を実質的に含まない環境において、そのスートプリフォームをドープし、浄化し、焼結する可能性である。合成シリカガラスを製造するための従来の方法および装置、特に、ダイレクト・トゥー・ガラスおよびそのための炉は、炉の構成およびレイダウン・プロセスにおいて耐火レンガおよび耐火ベイトの使用を含む。ＺｒＯ₂、ジルコン、Ａｌ₂Ｏ₃など、これらの耐火物は、一般に、使用前に、Ｃｌ₂などによって注意深くかつ完全に浄化される。それにもかかわらず、浄化された耐火物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などの金属を高レベルで含有する傾向にある。ガラスが形成される高温下では、それらの汚染物がガラス中に導入されてしまう。これら汚染物は、ガラスを、深紫外および真空紫外領域において動作する用途に使用したときに、低下した透過率、減少したレーザ損傷耐性などの、最終的に焼結されたガラスの問題の重大な源である。本発明は、汚染耐火物を実質的に含まない環境においてスートプリフォームおよび焼結ガラスを製造する可能性を提供することによって、この問題を解決し、したがって、ＵＶリソグラフィーデバイスに使用するための高純度溶融シリカガラスを高効率で製造するために使用できる。

本発明の第２の態様は、ガラススート粒子からシリカガラス材料を製造するための装置であって、以下の構成部材、
（Ａ） スート粒子をその上に堆積すべき実質的に平面の堆積支持表面を持つ、回転軸の周りに回転できるスート堆積基体、
（Ｂ） 堆積支持表面が実質的に均一な温度を持つように、スート堆積基体を加熱するための、制御可能な加熱パワーを持つ加熱源、
（Ｃ） （ｉ）シリカを含むガラススート粒子の少なくとも１つの流れを提供でき、かつガラススート粒子の流れを、スート堆積基体の堆積支持表面に向けることができ、（ｉｉ）スート堆積基体の堆積支持表面に対して水平および／または垂直に移動可能なガラススート生成装置、および
（Ｄ） スート堆積基体の堆積支持表面に対するスート生成装置の動作を制御し、駆動するためのシステム、
を備えた装置である。

本発明の方法に関して前述したように、本発明の方法の工程（ＩＩ）および装置の構成部材（Ｂ）の堆積基体の平面の堆積支持表面は、様々な方向に配置してよい。例えば、その表面は、水平（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に垂直）または垂直（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に平行）もしくは傾斜（水平と垂直との間）であって差し支えない。堆積支持表面は、上向きに（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に反対）または下向きに（基体が円柱形状を有し、堆積表面が底面のうちの１つである場合、堆積基体にかかる重力の方向に対して実質的に平行）もしくは傾斜して（上向きと下向きの間）配置されてもよい。本発明の好ましい実施の形態において、堆積支持表面は、水平であり、上向きに配置される。しかしながら、堆積支持表面を下向きに配置することも可能である。この場合、前述したように、堆積支持表面上に形成されるスートプリフォームの重力に対抗するために、通常、真空チャックが必要である。

スート堆積基体は一般に、その上に堆積すべきスートプリフォームを汚染しない高純度の材料から製造される。例えば、高純度の未ドープの溶融シリカが、本発明の装置において製造すべきガラスである場合、スート堆積基体は、特に、不純物のレベルに関して、特に、アルカリ金属のレベルに関して、同じ組成を持つ高純度溶融シリカガラスから製造される。スート堆積基体は、その上に堆積すべきスートプリフォーム中に移行する元素を含まず、製造すべきガラスの性質に悪影響を及ぼさない限り、著しく異なる組成を持つ材料から製造することも可能である。

加熱源は、赤外線ヒータ、抵抗ヒータ、誘導ヒータ、火炎、プラズマトーチなどの放射型ヒータであって差し支えない。熱源の構成は、堆積支持表面の温度を実質的に均一にできるように、堆積基体を均一に加熱することが都合よい。ある好ましい実施の形態において、熱源の加熱パワーは、本発明の方法の堆積、ドーピング、乾燥、浄化および焼結工程の加熱の必要性に適するように容易に調節できる。スート堆積基体と実質的に同じ形状を持つ加熱源が、通常、堆積基体を均一に良好に加熱することができ、それゆえ、堆積支持表面の温度が実質的に均一になる。本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｂ）（加熱源）は実質的に平面である。ある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｂ）は、焼結支持基体を、その焼結支持基体上に配置されたシリカ粒子および／またはドーパント粒子から実質的になるガラススートプリフォームを連続して焼結できるような温度に加熱することもできる。これらの実施の形態において、焼結支持基体が堆積基体であることがさらに好ましい。加熱源は、静止していても、またはスート堆積基体に対して可動であってもよい。特に都合よい実施の形態において、加熱源は、堆積基体に対して、堆積基体の回転軸の周りに回転可能であり、それゆえ、堆積基体をより均一に加熱できる。

特に都合よい加熱源は、誘導ヒータである。誘導ヒータのサセプタは、堆積基体の温度を上昇させる加熱素子である。このサセプタは、実質的に平面の形状を有するように製造することができる。誘導加熱の利点は、サセプタの加熱パワー、それゆえ、本発明の装置などの、温度を瞬時に調節する能力である。中実基体の精密な温度制御が望ましいシステムにおいて、誘導加熱は特に都合よい。サセプタは、誘導加熱におけるサセプタのための任意の一般の誘電材料から製造することができ、誘電材料の例としては、グラファイト、白金、モリブデンなどが挙げられる。サセプタ材料の酸化を避けるために、またはスート堆積環境、浄化、ドーピングまたは焼結環境の汚染を避けるために、サセプタを、高純度溶融シリカガラスのシートなどの清浄な材料などで被覆するかまたは密封してもよい。

上述した本発明の方法に関して述べたように、スート生成装置は、バーナ、プラズマガン、または他のスートガンを含んでよい。スート生成装置は、異なる組成を持つ粒子の混合物、または実質的に同じ組成を持つ粒子であるスートを高温で生成できる。それゆえ、スート粒子は、様々なドーパントがドープされたシリカスート粒子、またはシリカスート粒子とＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などのドーパントスート粒子との混合物であってよい。スート生成装置は、実質的に同じ組成を持つスート粒子を生成できる異なるユニット、または異なる組成を持つスート粒子を生成できる異なるユニットを含んでもよい。例えば、スート生成装置は、同じかまたは異なる組成を持つシリカスート粒子を生成する１つまたは多数のバーナを含んでもよい。別の例として、スート生成装置は、それぞれ、シリカスート粒子およびＴｉＯ₂スート粒子を生成するために専用の別個のバーナを含んでもよい。堆積工程中の異なる時間で、シリカスート粒子およびＴｉＯ₂スート粒子を生成するために、同じバーナを用いることも可能である。

堆積支持表面に対して垂直および／または水平に動くスート生成装置の能力によって、堆積支持表面に対するスート生成装置の速度を調節することができる。先に述べたように、スート堆積表面に対するスート生成装置の速度を調節することによって、堆積支持表面上に堆積したスート層またはスートプリフォームにおける局部的なスート密度の変動を低くすることができる。

本発明の装置の構成部材（Ｄ）により、スート堆積支持表面に対するスート生成装置の速度の調節が容易になる。本発明の装置のある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｄ）は、スート生成装置の動作を制御する装置から情報を受信し、その装置に情報を供給することのできるコンピュータを含む。ある好ましい実施の形態において、構成部材（Ｄ）は、ガラススートの層を堆積支持表面上に堆積させて、スート粒子の層からなるスートプリフォームを形成できるような様式で堆積支持表面に対してスート生成装置の動作を調節できるものであり、ここで、堆積されたガラススートの層の少なくとも半分の面積において、中央の半分の厚さに亘る局部的なスート密度の変動が低くなっている。本発明の方法または装置を使用することによって堆積されたスートプリフォームまたはスート粒子層は、特定された区域において好ましくは０．２ｍｍを超える、より好ましくは０．２ｃｍを超える距離に亘り、スートプリフォームの平均嵩密度の１０％未満の、または０．１ｇ／ｃｍ³未満、いずれか大きいほうの、焼結されたガラスの意図する光軸に対して垂直な平面において測定された最初の局部的なスート密度の変動を有する。ある好ましい実施の形態において、スート層は、少なくとも５ｃｍの直径および少なくとも５ｍｍの高さを持つ円柱体からなる。ある他の実施の形態において、スート層は、少なくとも１０ｃｍの直径および少なくとも５ｃｍの高さを持つ円柱体からなる。

図１および２に示された、本発明の装置を用いて調製されたスートプリフォームは、本発明の方法に関しても前出のように記載されている。

本発明の装置のある実施の形態において、この装置は、チャンバを形成するようにガラススートプリフォームを覆うように適用された囲いを含む、この囲いには、必要に応じて、ガスをそこに通してチャンバ中に導入できる入口が設けられている。その囲いが高純度溶融シリカガラスから製造されることが都合よい。

ある実施の形態において、構成部材（Ｂ）が回転可能なステージ上に配置され、この構成部材（Ｂ）および回転可能なステージは、耐火フェルトの層により隔てられている。耐火フェルトの層は、ステージを過熱するのを防ぐように働く。

本発明の装置が、図３および４に詳述されたある実施の形態によりさらに示されている。図３は、１つのバーナ３１５が、堆積基体３０１の上面上にスートプリフォーム３０３を形成するためにスート粒子を堆積させるように動作されている、本発明の装置の主要構成部材を示している。堆積基体３０１は、ステージ３０７の上面に配置された加熱源３０５により加熱される。ステージ３０７と加熱源３０５との間には、耐火フェルトの層３０９が挟まれている。加熱要素３０５は、回転可能なステージ３０７の下に配置されたインダクションコイル３１１により加熱される。ステージ３０７に連結された軸３１３を駆動して、ステージ３０７を時計方向、反時計方向、および上下に動かすことができる。取付具３１７に取り付けられたバーナ３１５は、左と右の間に前後に往復できる。取付具３１７は、バーナとスートプリフォームの上面との間の距離を実質的に一定に維持するために、同様に上下に動くであろう。ガスの入口／出口３２１が設けられた随意的な囲い３１９が、バーナ設備およびスートプリフォームを覆っているのが示されている。加熱源を使用することによって、随意的な囲いは、非常に低い温度に維持してもよく、それによって、潜在的な汚染する耐火物から構成された炉の壁が必要なくなる。インダクションコイル３１１をステージ３０７に対して静止した状態に保持してもよく、それにより加熱源３０５を均一に加熱できる。図３および５に３２３と示されたのは、随意的な縁バーナであり、これは、縁部分の密度を増加させ、それゆえ堆積中とその後の取扱中にスートプリフォームに亀裂が生じるのを防ぐために、スートプリフォームの縁部分の温度を上昇させる。

図４は、浄化、乾燥、ドーピングおよび／または焼結工程において動作している図３の装置を示している。この図において、囲い３１９は、あってもよいが、省略されている。これらの工程において、スートプリフォームは、動作中にスートプリフォーム３０３を実質的に汚染しない高純度材料から構成されたガスの入口／出口４０３を持つ随意的な囲い４０１内に保持されていてよい。ＵＶリソグラフィーのための高純度溶融シリカガラスを製造すべき場合、囲いが高純度溶融シリカガラスから製造できることが都合よい。囲い内部の雰囲気、その組成と温度は、所望の組成および性質を持つ焼結ガラスを得るために、所望のレベルに効果的に制御できる。例えば、浄化／乾燥段階中、入口／出口４０３を通して、囲い４０１にＣｌ₂を供給し、そこから排気できる。ドーピング段階中、Ｈ₂Ｏ、Ｆ含有ガスなどのドーパントを囲い４０１中に導入し、所望のレベルに維持できる。焼結段階中、囲い４０１内の雰囲気も同様に制御できる。インダクションコイルへの電力供給を調節することによって、加熱源３０５の温度および加熱速度、それゆえ、支持基体３０１の温度を精密に制御できる。加熱源３０５に加えて、周囲加熱４０５を同様に用いてもよい。スートプリフォームの焼結は、同様に別の装置内で行っても差し支えない。

時間の経過と共にインダクションコイルの加熱パワーを制御することによって、支持基体３０１の温度および温度上昇速度を精密に制御できる。スートプリフォームを透明なガラスに焼結できる焼結工程において、支持基体の温度プロファイルは、焼結が、支持基体と接触したスートプリフォームの底部から頂部へと連続的に進行するように制御できる。焼結が、スートプリフォームの異なる区域で実質的に同じ速度で進行することが非常に望ましく、それは、システムの加熱パワーを調節することによって達成できる。前述したように、焼結を底部から頂部に連続的に進行できることによって、焼結は、焼結ガラス中に気泡を捕捉せずに、空気中でさえ行うことができる。

図５は、本発明の別の実施の形態の装置の構成を示している。この実施の形態において、スート堆積支持基体３０１は下向きに配置されており、バーナ３１５のバーナ火炎は上方に延在できる。この実施の形態において、スートプリフォームを落下させずに適所に保持するために、真空チャック５０１が用いられる。縁バーナ３２３も示されている。

図６は、直径Ｒを持つ目標のスートプリフォーム６０７（大きな円）の直径ＡＡ’に沿って前後に往復するバーナ６０１の平面図を示している。スートプリフォーム６０７は、中心６０５の周りで回転する。ある実施の形態におけるバーナ６０５の速度プロファイルが図６の下の部分に示されている。

図７は、直径Ｒを持つ目標のスートプリフォーム６０７の直線ＢＢ’に沿って前後に往復するバーナ６０１の平面図を示している。ＢＢ’は、目標のスートプリフォームの直径の内の１つと平行であるが、中心６０５は通らない。このタイプのバーナの往復は、角速度がゼロである中心を通過しないために、局部的なスート密度の変動が低いスートプリフォームを製造できると考えられる。バーナの速度プロファイルがこの図の下の部分に示されている。

本発明の装置は、パーソナルコンピュータなどの中央制御ユニットによって制御されていてもよい。図８のブロック図は、本発明の装置の実施の形態の主要構成部材を示している。この実施の形態において、中央制御ユニットが、一方向または双方向で、バーナ動作制御装置、ステージ動作制御装置、バーナ供給原料流量制御装置、平面ヒータ、チャンバ温度計、周囲ヒータおよび他の制御可能な装置と連絡している。それゆえ、中央制御ユニットは、支持基体に対するバーナの動作、バーナ供給原料の流量、平面ヒータおよび周囲ヒータの加熱速度などを、予め取り込まれたプログラムにしたがって、それらの装置および温度計および他のセンサから収集された信号に応答して、調節することができる。一方で、ステージ動作制御装置およびバーナ動作制御装置などのそれら個々の構成部材は、中央制御ユニットの介在の有無にかかわらずに、互いに連絡してもよい。

この実施例において、シリカスートプリフォームを、図３に示した装置内で堆積させた。誘導加熱された加熱源３０５を、スート堆積を開始する前に、約７００℃に加熱した。加熱源３０５は、グラファイトサセプタであった。スート堆積基体３０１は、厚さ約６ｍｍ（１／４インチ）、直径３００ｍｍの高純度溶融シリカプレートであった。１つのバーナ３１５を、堆積基体３０１の中心を横切って直線的に往復させた。バーナへの供給原料は、ＯＭＣＴＳ、Ｏ₂、および燃料を含んだ。火炎中で生成したシリカスートを、堆積基体３０１の上面に堆積させて、スートプリフォームを形成した。堆積中、ステージ３０７、それゆえ、熱源３０５および堆積基体３０１、並びにスートプリフォーム３０３は、軸３１３の周りに回転した。バーナは、バーナと堆積基体との間の距離を約７インチ（約１８ｃｍ）と実質的に一定に維持するために、上下動できた。堆積された、実質的に円柱状のスートプリフォーム３０３を堆積基体３０１から取り除き、その局部的なスート密度を測定した。半径距離（スートプリフォームの中心からの距離）の関数としての実質的に円柱状のスートプリフォームの高さに亘る平均の局部的なスート密度プロファイルが図９に示されている。

本発明の範囲および精神から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行えることが当業者には明らかである。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で、包含することが意図されている。

本発明の方法および装置を使用することによって製造されたスートプリフォームを示す概略図 本発明の方法および装置を使用することによって製造されたスートプリフォームを示す概略図 スート堆積工程において動作するときの本発明の実施の形態の１つの装置の構成部材を示す概略図 浄化、ドーピング、乾燥および／または焼結工程において動作するときの図３に示した本発明の実施の形態の装置の構成部材を示す概略図 スート堆積工程において動作するときの本発明の別の実施の形態の装置の構成部材を示す概略図 本発明のある実施の形態におけるバーナの運動を示す概略図 本発明の別の実施の形態におけるバーナの運動を示す概略図 本発明の別の実施の形態の装置の構成部材を示すブロック図 プリフォームの中心からの距離の関数としての、本発明の方法および装置を使用して調製されたスートプリフォームの平均局部スート密度を示すグラフ

符号の説明

１０１，３０３ スートプリフォーム
３０１ スート堆積支持基体
３０５ 熱源
３１３ 軸
３１５ バーナ

Claims (15)

1. ドープされたまたは未ドープのシリカガラス材料を製造する方法であって、
   （Ｉ） スート生成装置によりシリカを含むガラススート粒子の少なくとも１つの流れを提供する工程、および
   （ＩＩ） 前記ガラススート粒子の少なくとも１つの流れを、回転軸の周りで回転可能な堆積基体の実質的に平面の堆積支持表面に向け、それにより、少なくとも１つの層のガラススートを前記堆積支持表面上に堆積させて、直径Ｄ ₁ および高さＴ ₁ を有するスートプリフォームを形成する工程、
   を有してなり、
   工程（ＩＩ）において、前記堆積支持表面は、前記基体の、前記堆積支持表面とは反対側の面に接する自発的加熱源により加熱され、前記自発的加熱源は、電磁力を重力の方向とは反対の上向きに受けるように配置された、誘導加熱システムの平面サセプタを有してなり、
   前記スート生成装置は、前記堆積支持表面に対して移動することができ、前記堆積支持表面に対する前記スート生成装置の速度は、前記スートプリフォームの中心部分であって、その厚さＴ_２が、式Ｔ_２≦０．５＊Ｔ_１を満たし、その直径Ｄ_２が、式Ｄ_２ ^２≦０．５＊Ｄ_１ ^２を満たすものにおいて、スート密度の変動が、前記中心部分の平均スート密度の１０％未満になるように調節されることを特徴とする方法。
2. 工程（ＩＩ）において、前記堆積支持表面に対する前記スート生成装置の速度が、前記スートプリフォームが、前記中心部分において、前記中心部分の平均ＯＨ濃度Ｃ_１に対して、Ｃ_１±５０ｐｐｍの範囲に入るようなＯＨ濃度均一性を示すように調節されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 工程（ＩＩ）において、前記堆積支持表面に対する前記スート生成装置の速度が、堆積される前記ガラススートの層の面積の少なくとも７５％において、前記堆積支持表面に近接した底部からの厚さの９０％に亘り、スート密度の変動が、平均スート密度の１０％未満になるように調節されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 工程（ＩＩ）において、前記堆積支持表面を５００〜１０００℃の間の温度に自発的に加熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記堆積支持表面が、前記スート生成装置からの前記スートの流れと直接接触した区域を除いて、実質的に均一な温度を有することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. （ＩＩＩ） 工程（ＩＩ）で形成された前記スートプリフォームを、乾燥、浄化および／またはドープする工程、および
   （ＩＶ） 前記スートプリフォームの少なくとも一部分を１０００℃を超える温度で焼結して、実質的に気泡を含まない焼結ガラスを得る工程、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 工程（ＩＩＩ）において、前記スートプリフォームが、ドーパントを含む雰囲気内でドープされ、前記スートプリフォームが７００℃と１４００℃の間に維持されることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 工程（ＩＶ）において、前記スートプリフォームが、該スートプリフォームがその上に配置される、実質的に均一な温度を持つ支持焼結表面を有する加熱された焼結基体の上で焼結され、それによって、前記スートプリフォームの焼結が、前記支持焼結表面と接触した表面から他端に進行することを特徴とする請求項６記載の方法。
9. 工程（ＩＶ）において、任意の所定の時間で、焼結最前部の異なる区域が実質的に均一な速度で進行することを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記支持焼結表面を１０００〜１５００℃の間の温度まで自発的に加熱し、それによって、焼結を生じさせることが可能であることを特徴とする請求項８記載の方法。
11. 工程（ＩＶ）が、水および／または他のＯＨ付与化合物の分圧が制御される雰囲気中で行われ、それにより、焼結されたガラス中のＯＨ濃度が制御されることを特徴とする請求項６記載の方法。
12. ドープされたまたは未ドープのシリカガラス材料を製造する方法であって、
    （Ｉ） スート生成装置によりシリカを含むガラススート粒子の少なくとも１つの流れを提供する工程、および
    （ＩＩ） 前記ガラススート粒子の少なくとも１つの流れを、回転軸の周りで回転可能な堆積基体の実質的に平面の堆積支持表面に向け、それによって、少なくとも１つの層のガラススートを前記堆積支持表面上に堆積されて、スートプリフォームを形成する工程であって、前記層が少なくとも５ｃｍの直径および少なくとも５ｍｍの高さを持つ円柱体からなるものである工程、
    を有してなり、
    工程（ＩＩ）において、前記堆積支持表面は、前記基体の、前記堆積支持表面とは反対側の面に接する自発的加熱源により加熱され、前記自発的加熱源は、重力の方向とは反対の上向きに電磁力を受けるように配置された、誘導加熱システムの平面サセプタを有してなり、
    前記スート生成装置は、前記堆積支持表面に対して移動することができ、前記堆積支持表面に対する前記スート生成装置の速度は、特定された円柱体において、該円柱体の底面に対して平行な平面において測定されたスート密度の変動が、前記円柱体の平均スート密度の１０％未満になるように調節されることを特徴とする方法。
13. ガラススート粒子からシリカガラス材料を製造するための装置であって、
    （Ａ） スート粒子をその上に堆積すべき実質的に平面の堆積支持表面を持つ、回転軸の周りに回転できるスート堆積基体、
    （Ｂ） 前記堆積支持表面が実質的に均一な温度を持つように、前記スート堆積基体を加熱するための、前記基体の、前記堆積支持表面とは反対側の面に接し、重力の方向とは反対の上向きに電磁力を受けるように配置された、誘導加熱システムの平面サセプタを有してなる、制御可能な加熱パワーを持つ自発的加熱源、
    （Ｃ） （ｉ）ガラススート粒子の少なくとも１つの流れを提供でき、かつ前記ガラススート粒子の流れを、前記スート堆積基体の前記堆積支持表面に向けることができ、（ｉｉ）前記スート堆積基体の前記堆積支持表面に対して水平および／または垂直に移動可能なガラススート生成装置、および
    （Ｄ） 前記スート堆積基体の前記堆積支持表面に対する前記スート生成装置の動作を制御し、駆動するためのシステム、
    を備えたことを特徴とする装置。
14. スート堆積が行われる雰囲気に露出される区域において、汚染耐火物が実質的に含まれないことを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. チャンバを形成するようにガラススートプリフォームを覆うために適用される囲いを含み、該囲いには、ガスがそこを通って前記チャンバ中に導入できる入口が設けられていることを特徴とする請求項１３記載の装置。

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