JPH06234531A - 石英ガラスの製造方法 - Google Patents

石英ガラスの製造方法

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JPH06234531A JP5022294A JP2229493A JPH06234531A JP H06234531 A JPH06234531 A JP H06234531A JP 5022294 A JP5022294 A JP 5022294A JP 2229493 A JP2229493 A JP 2229493A JP H06234531 A JPH06234531 A JP H06234531A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 不純物濃度が低く、かつ屈折率の均質性の高
い石英ガラスの製造方法を提供することを目的とする。 【構成】Ｓｉ化合物ガスとＯ2ガスとＨ2ガスとをバーナ
ー１から噴出して燃焼させ、ターゲット３上に石英ガラ
スを堆積しインゴット７を形成する石英ガラスの製造方
法において、インゴット７のヘッド部の温度分布を計測
して得られた情報によりバーナー１とインゴット７とを
ＸＹステージを用いて相対的に平面移動させ、インゴッ
トの温度分布を屈折率の均質性に最適なものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石英ガラスの製造方法
に関するものであり、特に高均質性が要求される合成石
英ガラス部材を必要とする分野、例えば光リソグラフィ
ー、高精度分光器、レーザー等の精密光学機器等に有用
とされる高均質な光学用合成石英ガラスに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン等のウエハ上に集積回路
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
ている。このステッパーの光源は、近年のＬＳＩの高集
積化にともなってｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５
ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９
３ｎｍ）エキシマレーザーへと短波長化が進められてい
る。
【０００３】一般に、ステッパーの照明系あるいは投影
レンズとして用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い
波長領域では光透過率が低下するため、従来の光学ガラ
スにかえて合成石英ガラスやＣａＦ2（蛍石）等のフッ
化物単結晶を用いることが提案されている。このよう
に、紫外線リソグラフィー用の光学素子として用いられ
る石英ガラスには、紫外域の高透過性と屈折率の高均質
性が要求されている。紫外域の高透過性を実現するため
には、石英ガラス中の不純物濃度を抑える必要がある。
そこで、石英ガラスの原料となるＳｉ化合物ガス（Ｓｉ
化合物ガスを送り出すために、Ｏ2、Ｈ2等のキャリアガ
スが用いられる）と加熱のための燃焼ガス（Ｏ2ガスと
Ｈ2ガス）とをバーナーから流出し、火炎内で石英ガラ
スを堆積させる火炎加水分解法が一般的に行なわれてい
る。
【０００４】この方法は、原料、燃焼ガスの不純物を抑
えることが容易なため、高純度の石英ガラスが得られる
ことが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、火炎加
水分解法により製造された石英ガラスは、不純物濃度は
抑えられているが、屈折率の均質性に関しては満足のい
くものが得られていなかった。本発明は、このような問
題点を解決し、不純物濃度が低く、かつ屈折率の均質性
の高い石英ガラスの製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】屈折率の均質性は、ター
ゲット上にインゴットが形成されるときの径方向から見
た温度分布に依存すると考えられる。そこで、従来は、
バーナーの先端部の形状や、原料ガス、燃焼ガス（Ｏ2
ガスとＨ2ガス）の量や比をあらかじめ均質化に最適な
温度分布になるように予測して設定していた。
【０００７】しかしながら、温度分布は必ずしも予測ど
おりにはならず、また、どの程度の均質性の石英ガラス
が得られるかは、実際に製造して均質性を測定するまで
わからなかった。本発明者らは、このような状況を踏ま
えた上で、屈折率の均質性を最適化するようにインゴッ
トのヘッド部の温度分布を調整すべく鋭意研究を重ねた
結果、ヘッド部の温度分布を計測し、その情報に応じて
合成中のインゴットのバーナーに対する位置関係を相対
的に平面移動させることにより上記問題を解決できるこ
とを見い出し、本発明を成すに至った。
【０００８】よって、本発明は、Ｓｉ化合物ガスとＯ2
ガスとＨ2ガスとをバーナーから噴出して燃焼させ、タ
ーゲット上に石英ガラスを堆積しインゴットを形成する
石英ガラスの製造方法において、インゴットのヘッド部
の温度分布に応じてバーナーとインゴットとを相対的に
平面移動させ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（請求項１）。
【０００９】また、本発明は、好ましくは、インゴット
をＸＹステージにより平面移動させるものであることを
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
（請求項２）。
【００１０】
【作用】従来の石英ガラスの製造方法においては、原料
の拡散を目的としたインゴットの回転運動及び平面移動
と、堆積速度に見合った上下移動のみを行なっていた。
本発明は、これらの運動に加えて、インゴットのヘッド
部の温度分布を計測して得られた情報に応じてバーナー
とインゴットを平面移動させることを特徴とする。より
端的に言えば、バーナーの形状やガス量等によって決定
される温度分布パターンと、平面移動によって与えられ
る温度分布パターンを組み合わせることにより屈折率の
均質性を最適化するような温度分布を形成し、結果とし
て均質性の向上した石英ガラスを得るものである。
【００１１】本発明によれば、インゴットとバーナーと
の相対的な位置関係を、ＸＹステージ等により微細に制
御できる。そして、インゴットのヘッド部の温度分布を
計測し、オンラインで位置関係にフィードバックするこ
とにより、絶えず屈折率の均質化に最適な温度分布を形
成することが可能である。また、火炎加水分解法の場
合、バーナーの火炎内にてインゴットが形成されるた
め、ヘッド部の温度分布は火炎のゆらぎ等の影響を受け
やすく、火炎そのものにより温度分布を細かく制御する
ことは非常に困難であったが、この点についても解決す
ることができる。
【００１２】本発明の石英ガラスの製造方法により製造
された石英ガラスは、主としてレンズ、プリズム、反射
板等の光学部材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
を経て光学部材となる。
【００１３】
【実施例】以下、火炎加水分解法を用いた本発明の石英
ガラスの製造方法の一実施例について説明するが、本発
明はこれに限られるものではない。図１は本実施例の製
造装置の概念図である。バーナー１は、炉２の上部から
ターゲット３にその先端部を向けて設置されている。炉
壁には観察用の窓４と、ＩＲカメラ観察用の窓５と、排
気孔６とがそれぞれ設けられている。さらに、炉の下部
には、インゴット７形成用のターゲット３が設置されて
おり、支軸を介して炉外部のＸＹステージ８に接続され
ている。
【００１４】図２は、バーナー先端部の概略図である。
石英管１１からＳｉＣｌ4ガスおよびキャリアガスであ
るＯ2ガスが、加熱のための燃焼ガスとして石英管１２
及び１３からそれぞれＯ2ガスとＨ2ガスとが流出され
る。それぞれのガスの流量は、バーナー先端部の形状等
によっても異なるが、本実施例の場合はＳｉＣｌ4ガス
５〜５０ｇ／min.、Ｏ2ガス２０〜２５０ｌ／min.、Ｈ2
ガス４０〜５００ｌ／min.程度である。
【００１５】燃焼ガスによる火炎によりＳｉＣｌ4ガス
が酸化されて熔融石英となり、ターゲット上に堆積しイ
ンゴットを形成する。インゴットのヘッド部は燃焼ガス
による火炎に覆われている。インゴットのヘッド部の温
度計測にはＩＲカメラ９を使用し、画面をデータ処理す
るためのコンピュータ１０、及びリニアガイドで保持さ
れたサーボモータ駆動のＸＹステージ８で構成されてい
る。コンピュータは、処理された画面データから最適な
位置関係を計算し、サーボアンプに信号を送ることによ
り、オンラインでのＸＹステージの制御が可能になって
いる。
【００１６】図３、図４には、実験的にＸＹステージに
よりバーナーとインゴットとを相対的に平面移動させた
際に得られるインゴットのヘッド部の温度分布と屈折率
の均質性の結果を示す。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸はバーナー
の中心と原点が一致するＸＹステージの位置を基準とす
る。このように、ＸＹステージによる平面移動により得
られる温度分布は変化し、これに依存して均質性も変化
する。
【００１７】本実施例においては、バーナーの形状やガ
ス量等によって決定される温度分布パターンと平面移動
によって得られる温度分布パターンとを組み合わせるこ
とにより、均質性の向上した石英ガラスが得られた。ま
た、温度分布を一定にするように平面移動を高精度に制
御することにより、長時間にわたって同じ均質性の石英
ガラスを得ることができた。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明の石英ガラスの製
造方法によれば、インゴットの径方向から見た温度分布
を計測し、バーナーとインゴットとを平面移動すること
により屈折率の均質性を最適化するような温度分布とす
ることができ、結果として不純物濃度が低く、かつ均質
性の高い石英ガラスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の石英ガラスの製造方法に用いられる
製造装置の一例を示す図である。
【図２】 図１の製造装置のバーナー先端部の概略図で
ある。
【図３】 バーナーとインゴットとを平面移動させて得
られるインゴットのヘッド部の温度分布と屈折率の均質
性の結果を示す説明図である。
【図４】 バーナーとインゴットとを平面移動させて得
られるインゴットのヘッド部の温度分布と屈折率の均質
性の結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１ バーナー ２ 炉 ３ ターゲット ４ 観察用窓 ５ ＩＲカメラ観察用窓 ６ 排気孔 ７ インゴット ８ ＸＹステージ ９ ＩＲカメラ １０ コンピュータ １１ ＳｉＣｌ4＋キャリアガス（Ｏ2もしくはＨ2）用
石英管 １２ Ｏ2（もしくはＨ2）ガス用石英管 １３ Ｈ2（もしくはＯ2）ガス用石英管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神保 宏樹 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 (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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｓｉ化合物ガスとＯ2ガスとＨ2ガスとをバ
    ーナーから噴出して燃焼させ、ターゲット上に石英ガラ
    スを堆積しインゴットを形成する石英ガラスの製造方法
    において、前記インゴットのヘッド部の温度分布に応じ
    て前記バーナーと前記インゴットとを相対的に平面移動
    させることを特徴とする石英ガラスの製造方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の石英ガラスの製造方法に
    おいて、前記平面移動は、ＸＹステージによるものであ
    ることを特徴とする石英ガラスの製造方法。
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