JPH0412032A - すす状シリカ体の製造方法、その装置及び該シリカ体を用いた合成石英ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は合成石英ガラスの前駆体となるすす状シリカ体
の製造方法とその装置に係り、特に高度に均質な合成石
英ガラスが製造可能なすす状シリカ体の製造方法とその
装置及び該シリカ体を用いた合成石英ガラスに関する。

「従来の技術」 従来より、四塩化珪素等のシリカ形成気相原料を火炎中
での酸化／加水分解反応により生成したすす状シリカ微
粒子をターゲット軸上に堆積させてすす状シリカ体（以
下スート体という）を生成した後、骸スート体を所定雰
囲気下で焼結する事により透明状の溶融ガラス体を得る
、いわゆる気相による合成石英ガラスの製造法は公知で
あり、かかる合成石英ガラスの前駆体となるスート体の
製造は、同心円状の環状酸水素火炎バーナに四塩化珪素
等の珪素化合物と酸素及び水素を供給し、酸水素火炎中
で珪素化合物を酸化、加水分解させてすす状シリカ微粒
子を住成し、これを石英ガラス、炭素、炭化珪素、アル
ミナ等のような、回転しているターゲット軸上に順次堆
積させつつ、該ターゲット軸を順次軸方向に移動させる
事により、該基体軸方向に沿って順次シリカ微粒子を円
錐状に堆積してスート体を製造する技術（特開昭５６−
１０４７４０号、特開昭５８−９８３５号他、以下第１
従来技術という。）が提案されている。

しかしながらかかる製造技術においては、シリカ微粒子
をターゲット軸上に軸方向に沿って順次堆積する構成を
取る為に、前記スート体を大型化、言い変えればターゲ
ット軸方向に長くすればする程生産性が低下するととも
に、前記バーナにより形成される火炎は中心部が火炎温
度が高く周縁部に進むにつれ低くなる為に、形成される
スート体も半径方向に硬度差や嵩密度差が生じ、透明ガ
ラス化を行う次工程の焼結溶融時において、内外層と中
間層の熱収縮率の差によってひび割れやしわが出来てし
まう場合があった。

かかる欠点を解消する為に、ターゲット軸のシリカ微粒
子堆積部位全長に亙って多数本のバーナを列状に配置し
、該バーナ列により回転しているターゲット軸上に、半
径方向に沿って順次シリカ微粒子を堆積させる技術（特
開昭５３−７０４４９号、以下第２従来技術という。）
が提案されている。

しかしながらこのように複数の管状バーナを一列状に配
列してスート体を製造する場合には、隣接する各バーナ
間におこる火炎の重なりによる干渉や、火炎のあたる所
とあたらない所による堆積むらが発生し、高度に均質化
されたスート体を得る事は非常に困難であった。

かかる欠点を解消する為に、バーナ列を一定の振幅で耐
熱性基体軸線方向に沿って往復運動させて複数のバーナ
から発生する火炎の流れを、擬似的にひとつの大きな帯
状の火炎に形成する事により、前述した隣接する各バー
ナ間における堆積むらその他の弊害を解消する技術（特
開昭５１−５６６４１号、以下第３技術という。）も考
えられている。

「発明が解決しようとする課題」 前記第１従来技術の生産性を改良した第２および第３の
従来技術では確かに大型の石英ガラス体が得られるよう
になったが、ターゲット軸の方向に屈折率の不均一が生
じてしまった。これは第１従来技術には見られないもの
であった。すなわち、大型で均一性の高い石英ガラスを
得ることは従来技術では非常に困難であった。

さて近年ＬＳＩの微細化、高集積化に伴ないウェハ上に
回路パターンを描画する光リングラフィ技術においても
サブミクロン単位の超微細な線幅を描画可能とする為に
、高純度の合成石英ガラス材からなる大口径のレンズや
プリズム等を用いて光の短波長域における光透過性を確
保しつつ、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）　、やＡｒＦ　（１９
３ｎｍ）等の短波長エキシマレーザを光源として用いた
りソグラフィ装置が開発されているが、この用途におけ
る合成石英ガラスは、屈折率の均一性を現わすホモジニ
ティーが５　Ｘ　１．０＝６以下でならなければならな
い。

しかしながら前記したように従来技術で製造された合成
石英ガラスではホモジニティー△ｎを５Ｘ１．Ｏ−６以
下に抑えることが不可能であり、リングラフィ装置用光
学部材として好適な合成石英ガラス材を提供し得なかっ
た。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、前記バーナ列を
用いてスート体を製造するも、該バーナ列の前述した欠
点を完全に解消する事の出来るスート体の製造方法を提
供する事を目的とする。

又本発明の他の目的は、ホモジニティー△ｎを５Ｘ１０
−６以下にすることが出来る合成石英ガラス材が製造可
能なスート体の製造方法、その製造装置、及び該合成石
英ガラスを提供する事を目的とする。

「課題を解決する為の技術手段」 本発明は前記従来技術と同様にシリカ微粒子生成用バー
ナ列とターゲット軸とを相対的に移動させるものである
が、前記従来技術の様に短振幅で往復運動を行なう事な
く、前記バーナ列の移動距離を、製造すべきスート体の
軸方向長さとほぼ同等距離若しくはそれ以上の範囲（以
下スート体長さＬという）に設定し、実質的に前記従来
技術における上下死点の消去を図り、そして更に前記相
対移動を等速度で行なう事により、軸方向に高度に均質
化させたスート体を得るものである。

この場合前記の様な長い移動範囲をバーナ列の往復運動
で行なおうとすると、バーナ列の移動ストロークがスー
ト体長さしの３倍以上必要とし、結果として装置の大型
化につながる。

そこで請求項２及び請求項４に記載した発明において、
第２図に示すように、前記バーナ列をスート体長さしに
対応する直線距離を有する長円に沿って無端状に周回運
動を行なうか、バーナ列を構成する各バーナが前記スー
ト体長さＬだけ直線上に移動した後、順次反転して折返
し運動を行なうように構成するのがよい。

この場合前記周回域端側若しくは反転域端側においては
バーナの速度が変更するのみならずターゲット軸と直交
する方向に移動するために当然に製造されたスート体に
堆積むらやかさ密度の変化が生じ、その堆積域において
は高均質のスート体を得る事が出来ないのみならず、ス
ート体端側よりひび割れが生じてしまう恐れもある。

そこで請求項３及び請求項５に記載した発明においては
、前記周回域端側蓋しくは反転域に位置するターゲット
軸を、バーナの火炎がら遮断する遮蔽板を配し、結果的
にスート体長さＬを越える部分の運動域において生成さ
れたシリカ微粒子を、積極的に前記ターゲット軸に付着
させないようにし、これにより軸方向全域に亙って高均
質なスート体を得る事が出来る。

そして請求項７に記載するように、かかるスート体を焼
結ガラス化する事により、屈折率変動幅△ｎを５ＸＩＯ
’以下に抑えることが出来る合成石英ガラス材を得る事
が可能となる。

又前記のように遮蔽板を設けなくても、第３図及び第４
図に示すように前記バーナ群の移動軌跡を、直線距離移
動後ターゲット軸から遠ざかる方向にバーナ群を移動可
能に設定しても前記発明と同様な作用を得る事が出来る
。

「実施例」 以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示的に詳しく
説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の
寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記
載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

第１図は本発明の実施例に用いられるスート体製造装置
を示す概略斜視図、第２図はその正面図と平面図で、バ
ーナ列の移動軌跡を示す。

同図において、１はターゲット軸で、その両端を軸受け
１２を介して回転自在に支持する。

２は、前記ターゲット軸１下方に位置する支持台１０上
に設置されたガイドレールで、製造すべきスート体ＩＡ
の軸方向長さとほぼ同等距離に亙って直線距離を有する
長円状をなし、その長円方向の軸線を前記ターゲット軸
１と平行にして且つ平面投影においてその軸線同士が一
致するように配置されている。

４ａ・・・は前記ベルトその他の連結部材１１を介して
無端状に等間隔で連結されたバーナ列で、後記するガイ
ドレール２上に周回自在に載置されている。

バーナ４ａ・・・は、公知の如（、石英ガラス管を同心
状に配設した多重管構造となし、酸素等のキャリアガス
とともに四塩化珪素等のシリカ形成気相ガスを同心状に
噴出しなからシリカ微粒子を生成可能に構成している。

そして、前記周回域端側に位置するターゲット軸１とバ
ーナ４ａ・・・間にはバーナの火炎から遮断する遮蔽板
８を配し、スート体長さしを越える部分の運動域におい
て生成されたシリカ微粒子を前記ターゲット軸１に付着
させないようにしている。

５は、内周に歯面１０を有する前記ベルト１１を介して
バーナ列４ａ・・・に周回力を付与する駆動プーリ若し
くは駆動歯車で、その上端部に円筒ドラム状のガス供給
装置７が回転自在に取り付けられている。

６は酸素管１３、水素管１４、原料管１５が夫々中心垂
直軸に沿って同心状に接続されている回転継手で、その
上端に円筒ドラム状のガス供給装置７が回転自在に支持
されている。

そしてガス供給装置７と各バーナ４ａ・・・間には伸縮
コイル状のチューブ管９が接続されており、前記バーナ
列４ａ・・・とガス供給装置７の回転速度を一致させて
同期回転させる事により、バーナ列４ａ・・・の周回転
に追従してチューブ管９を周回させる事が出来る。

かかる実施例によれば、前記バーナ列４ａ・・・をガイ
ドレールに沿って長円状に等速度で周回させながらシリ
カ微粒子を生成することにより、その直線距離域して常
にターゲット軸にシリカ微粒子を付着させる事が出来る
と共に、スート体長さしを越える部分の運動域において
生成されたシリカ微粒子は、遮蔽板により邪魔されて前
記ターゲット軸への付着を回避させる事が出来、これに
より軸方向全域に亙って高均質なスート体を得る事が出
来る。

そしてかかるスート体を真空雰囲気下で約１００℃前後
で予熱した後、１２００℃の温度で５時間前後加熱する
。そしてその後１４００℃まで加熱し、これにより透明
一体化した緻密なガラス部材を得る事が出来る。そして
該透明ガラス体をφ２８０ｍｍに成型した後熱歪を除去
し、このものの測定領域φ２５０＋１１１１についてホ
モジニティー△ｎを測定したところ、２Ｘ１０”−６で
あって、５Ｘ１０’以下であることが確認され、これに
より本発明の目的を円滑に達成出来た。

第３図は遮蔽板８を設けずに、前記実施例と同一の作用
を営むように構成した他の実施例で、前記バーナ列４ａ
・・・の周回軌跡の片側の直線移動距離線上に沿ってタ
ーゲット軸１を配設している。

かかる実施例によれば、前記バーナ列４ａ・・・をスー
ト体長さＬに対応する直線移動距離Ｌａ線に沿って等速
度で往動させながら対応するターゲット軸１部分にシリ
カ微粒子を生成した後、ターゲット軸１から遠ざかる方
向にバーナ列４ａ・・・が周回するために、スート体長
さしを越える部分の移動域において生成されたシリカ微
粒子のターゲット軸ｌへの付着を回避させる事が出来、
これにより軸方向全域に亙って高均質なスート体ＩＡを
得る事が出来る。

この場合において、前記ターゲット軸１ヘシリ力微粒子
を付着させた後には、スート体長さしを越える部分の移
動域であるバーナ列４ａ・・・回動工程Ｒと復帰工程Ｌ
ｂ時においては、バーナ列４ａ・・・を消火させて移動
させるか、若しくは原料ガスの供給を停止させてもよい
。

尚、本実施例においても前記遮蔽板８を設ける事により
スート体ＩＡ軸端部の一層均質なシリカ微粒子堆積を可
能にする事はいうまでもない。

さて前記実施例のようにバーナ列４ａ・・・の点火と消
火を繰り返す事は、結果として製造条件が煩雑化し且つ
高均質性を図る上で悪影響がでる場合もある。

そこで第４図においては前記バーナ列４ａ・・・の周回
軌跡の両側の直線移動距離Ｌａ、Ｌｂ綿線上沿って夫々
ターゲット軸］を配設し、復帰工程時にもスート体ＩＡ
の製造を可能にする技術を開示する。

この場合においては前記周回Ｒ半径を大にし、バーナ列
４ａ・・・の往動工程時と復動工程時のいずれにも他側
直線移動距離線り、ｂ、Ｌａ上に配列且つ移動している
バーナ列４ａ・・・の干渉を避ける必要がある。

尚、前記第３図及び第４図に示す実施例は、第１実施例
と異なリシリカ微粒子生成工程におけるバーナ列４ａ・
・・の移動が往動若しくは復動の一方向のみであるため
に、−層高品質なスート体の製造が可能となる。

「効果」 以上記載した如く本発明によれば、複数のバーナを用い
てスート体を製造することにより、ホモジニティー△ｎ
を５Ｘ１０−６以下に抑えた合成石英ガラスの提供が可
能となる。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いられるスート体製造装置
を示す概略斜視図、第２図はその正面図と平面図で、バ
ーナ列の移動軌跡を示す。 第３図及び第４図は何れも他の実施例に係るバーナ列の
移動軌跡を示す作用図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シリカ微粒子生成用バーナ群とターゲット軸とを相
   対的に移動させながら、ターゲット軸上に所定長さのす
   す状シリカ体を製造する方法において、前記バーナ群を
   ターゲット軸に対し、製造すべき前記シリカ体の軸方向
   長さとほぼ同等距離若しくはそれ以上の範囲に亙って、
   等速度で相対移動させながらシリカ微粒子をターゲット
   軸上に堆積させる事を特徴とするすす状シリカ体の製造
   方法 ２）前記バーナ群のターゲット軸に対する相対運動軌跡
   が、前記シリカ体の軸方向長さとほぼ同等距離若しくは
   それ以上の範囲に亙って直線状軌跡である、周回軌跡若
   しくは折返し運動軌跡である請求項１記載のすす状シリ
   カ体の製造方法 ３）前記すす状シリカ体の軸方向長さを越える部分の運
   動域において生成されたシリカ微粒子を、前記ターゲッ
   ト軸に付着させることなく付着回避手段に付着させるよ
   うにした請求項２記載のすす状シリカ体の製造方法 ４）シリカ微粒子生成用バーナ群をターゲット軸に対し
   所定方向に移動させる移動手段を有するすす状シリカ体
   の製造装置において、 前記移動手段の移動軌跡を、前記ターゲット軸に堆積す
   べき前記シリカ体の軸方向長さとほぼ同等距離若しくは
   それ以上の範囲に亙つて直線状軌跡である、周回軌跡若
   しくは折返し運動軌跡で形成すると共に、少なくとも前
   記直線軌跡移動中における前記バーナ群の移動速度を等
   速度に設定した事を特徴とするすす状シリカ体製造装置 ５）前記シリカ体の軸方向長さを越える部分のバーナ群
   の移動域に、ターゲット軸を隠蔽させる隠蔽手段を設け
   、該隠蔽手段を利用してターゲット軸へのシリカ微粒子
   付着を阻止するように構成した請求項４記載のすす状シ
   リカ体製造装置 ６）前記直線距離移動後ターゲット軸から遠ざかる方向
   にバーナ群が移動可能に、前記バーナ群の移動軌跡を設
   定した請求項４記載のすす状シリカ体製造装置 ７）シリカ微粒子生成用バーナ群をターゲット軸に対し
   、製造すべき前記シリカ体の軸方向長さとほぼ同等距離
   若しくはそれ以上の範囲に亙つて、等速度で相対移動さ
   せながらシリカ微粒子をターゲット軸上に堆積させて得
   たすす状シリカ体を焼結ガラス化して形成した事を特徴
   とする合成石英ガラス