JPH07187683A - 石英ガラス製バーナー、これを用いて製造される 石英ガラス、石英ガラスバーナーを用いた石英ガラスの製造方法 - Google Patents
石英ガラス製バーナー、これを用いて製造される 石英ガラス、石英ガラスバーナーを用いた石英ガラスの製造方法Info
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- JPH07187683A JPH07187683A JP5330739A JP33073993A JPH07187683A JP H07187683 A JPH07187683 A JP H07187683A JP 5330739 A JP5330739 A JP 5330739A JP 33073993 A JP33073993 A JP 33073993A JP H07187683 A JPH07187683 A JP H07187683A
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- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 理想的な合成面の温度分布により合成された
高均質な屈折率分布を持つ石英ガラス合成用の石英ガラ
ス製バーナーを提供する。 【構成】 原料用円状管と燃焼用リング状管とで六重管
構造とし、燃焼用細管を最外部の燃焼用リング状管の内
部で六重管と同心円の円周上に等間隔に配置した。
高均質な屈折率分布を持つ石英ガラス合成用の石英ガラ
ス製バーナーを提供する。 【構成】 原料用円状管と燃焼用リング状管とで六重管
構造とし、燃焼用細管を最外部の燃焼用リング状管の内
部で六重管と同心円の円周上に等間隔に配置した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多重管構造の石英ガラ
ス製バーナー、石英ガラス製バーナーを用いた石英ガラ
スの製造方法、石英ガラス製バーナーを用いて製造され
た石英ガラスに関するものである。これらのバーナーお
よび製造方法を用いて製造された石英ガラスは、半導体
マスク基板や光学用レンズなどの素材として用いられ
る。
ス製バーナー、石英ガラス製バーナーを用いた石英ガラ
スの製造方法、石英ガラス製バーナーを用いて製造され
た石英ガラスに関するものである。これらのバーナーお
よび製造方法を用いて製造された石英ガラスは、半導体
マスク基板や光学用レンズなどの素材として用いられ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン等のウエハ上に集積回路
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
ている。このステッパーの光源は、近年のＬＳＩの高集
積化にともなってｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５
ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９
３ｎｍ）エキシマレーザーへと短波長化が進められてい
る。
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
ている。このステッパーの光源は、近年のＬＳＩの高集
積化にともなってｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５
ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９
３ｎｍ）エキシマレーザーへと短波長化が進められてい
る。
【０００３】一般に、ステッパーの照明系あるいは投影
レンズとして用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い
波長領域では光透過率が低下するため、従来の光学ガラ
スにかえて合成石英ガラスやＣａＦ2（蛍石）等のフッ
化物単結晶を用いることが提案されている。この紫外線
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、紫外領域の高透過率と屈折率分布の高均質性が
要求されている。
レンズとして用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い
波長領域では光透過率が低下するため、従来の光学ガラ
スにかえて合成石英ガラスやＣａＦ2（蛍石）等のフッ
化物単結晶を用いることが提案されている。この紫外線
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、紫外領域の高透過率と屈折率分布の高均質性が
要求されている。
【０００４】紫外領域の高透過率を確保するための合成
法としては高純度な合成法、すなわち、原料ガス（Ｓｉ
化合物ガス等とＳｉ化合物ガス等を送り出すためにキャ
リアガスが同時に用いられる）と加熱・反応のための可
燃性ガス及び支燃性ガス（Ｈ 2ガス、Ｏ2ガス等）とをバ
ーナーから流出させ、火炎内で石英ガラス粉を堆積させ
る火炎加水分解法が一般的に用いられている。
法としては高純度な合成法、すなわち、原料ガス（Ｓｉ
化合物ガス等とＳｉ化合物ガス等を送り出すためにキャ
リアガスが同時に用いられる）と加熱・反応のための可
燃性ガス及び支燃性ガス（Ｈ 2ガス、Ｏ2ガス等）とをバ
ーナーから流出させ、火炎内で石英ガラス粉を堆積させ
る火炎加水分解法が一般的に用いられている。
【０００５】しかしながら、この合成法を用いて製造さ
れた石英ガラスが屈折率分布を持つことは避けられず、
製造方法及び装置として様々な提案がなされている。石
英ガラス製バーナーとしては、特公平2-5694に合成石英
素塊の製造方法及び装置において、高透過率を意識し、
残留気泡の低減を目的とした石英ガラス製バーナーが開
示されている（図３に示す）。また、特開昭64-28239の
石英ガラス製バーナーには、被処理物への適切な熱処理
や熱加工を行う治具としての石英ガラス製バーナーの設
計が開示されている。
れた石英ガラスが屈折率分布を持つことは避けられず、
製造方法及び装置として様々な提案がなされている。石
英ガラス製バーナーとしては、特公平2-5694に合成石英
素塊の製造方法及び装置において、高透過率を意識し、
残留気泡の低減を目的とした石英ガラス製バーナーが開
示されている（図３に示す）。また、特開昭64-28239の
石英ガラス製バーナーには、被処理物への適切な熱処理
や熱加工を行う治具としての石英ガラス製バーナーの設
計が開示されている。
【０００６】一方、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は、近年の投影レンズの形
状に対応し、大口径化している。大口径石英ガラスを合
成するためには多量の可燃性ガス、支燃性ガス、原料ガ
スを供給すると同時に、多量の原料ガスを効率よく反応
させなければならない。この大火力を得る手段として、
バーナーの可燃性ガスの噴き出し口の面積を大きくして
多量の可燃性ガスを供給できる構造とすることが考えら
れる。
として用いられる石英ガラスは、近年の投影レンズの形
状に対応し、大口径化している。大口径石英ガラスを合
成するためには多量の可燃性ガス、支燃性ガス、原料ガ
スを供給すると同時に、多量の原料ガスを効率よく反応
させなければならない。この大火力を得る手段として、
バーナーの可燃性ガスの噴き出し口の面積を大きくして
多量の可燃性ガスを供給できる構造とすることが考えら
れる。
【０００７】しかしながら大火力を目的とした多重管バ
ーナーでは、径方向の温度分布が整った火炎を形成する
のが難しく、また、ガス流速を極端に大きくすると噴き
出し口が抵抗となって供給ガスが流れ難くなったり、ガ
スが偏って流れ、良好な火炎を形成することができな
い。その結果、紫外線リソグラフィー用の光学素子とし
て用いられる大口径石英ガラス及び要求される屈折率分
布の高均質性が得られなかった。
ーナーでは、径方向の温度分布が整った火炎を形成する
のが難しく、また、ガス流速を極端に大きくすると噴き
出し口が抵抗となって供給ガスが流れ難くなったり、ガ
スが偏って流れ、良好な火炎を形成することができな
い。その結果、紫外線リソグラフィー用の光学素子とし
て用いられる大口径石英ガラス及び要求される屈折率分
布の高均質性が得られなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特開昭64-28239の石英
ガラス製バーナーにおいては、バーナー噴き出し口を大
口径化した場合でもガスの偏りをなくすためにガスの噴
き出し用細管の手前に膨張部位を設ける等による工夫が
なされている。これにより、大口径な火炎は確保できる
がバーナーの能力は石英ガラスの合成には不十分であっ
た。
ガラス製バーナーにおいては、バーナー噴き出し口を大
口径化した場合でもガスの偏りをなくすためにガスの噴
き出し用細管の手前に膨張部位を設ける等による工夫が
なされている。これにより、大口径な火炎は確保できる
がバーナーの能力は石英ガラスの合成には不十分であっ
た。
【０００９】一方、図３に示したようなバーナーでは、
大口径石英ガラスが得られなかった。本発明の目的は、
半導体マスク基板や光学用レンズなどの素材として使用
可能な石英ガラス、特に理想的な合成面の温度分布によ
り合成された高均質な屈折率分布を持つ大口径石英ガラ
ス、その製造方法、及び合成に使用する多重管構造の石
英ガラス製のバーナーを提供するものである。
大口径石英ガラスが得られなかった。本発明の目的は、
半導体マスク基板や光学用レンズなどの素材として使用
可能な石英ガラス、特に理想的な合成面の温度分布によ
り合成された高均質な屈折率分布を持つ大口径石英ガラ
ス、その製造方法、及び合成に使用する多重管構造の石
英ガラス製のバーナーを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、大口径化
に対応したバーナーとして、バーナーを反応ガス部分
（Ｓｉ化合物等の原料ガスを噴出する原料用円状管と、
原料ガスと反応させ石英ガラス粉を得るための可燃性ガ
ス及び支燃性ガスを噴出する複数の燃焼用リング状管）
と燃焼ガス部分（石英ガラス粉を得るために充分な炉内
の温度を得るための最外部の燃焼用リング状管と燃焼用
細管）に分け、さらに反応ガス部分でも充分に温度が上
がるように反応ガス部分を五重管構造とすることを見い
出した。
に対応したバーナーとして、バーナーを反応ガス部分
（Ｓｉ化合物等の原料ガスを噴出する原料用円状管と、
原料ガスと反応させ石英ガラス粉を得るための可燃性ガ
ス及び支燃性ガスを噴出する複数の燃焼用リング状管）
と燃焼ガス部分（石英ガラス粉を得るために充分な炉内
の温度を得るための最外部の燃焼用リング状管と燃焼用
細管）に分け、さらに反応ガス部分でも充分に温度が上
がるように反応ガス部分を五重管構造とすることを見い
出した。
【００１１】よって、本発明においては、第一の手段と
して、石英ガラス製バーナーにおいて、原料用円状管と
燃焼用リング状管とで六重管構造とし、燃焼用細管を最
外部の燃焼用リング状管の内部で六重管と同心円の円周
上に等間隔に配置した。これにより、燃焼ガス部分（最
外部の燃焼用リング状管と燃焼用細管）は大火力が得ら
れるので、炉内温度を上げると同時に原料ガスを効率よ
く反応させ、石英ガラス粉の堆積速度を増加させること
ができる。したがって、効率よく石英ガラスが製造で
き、経済的である。また、燃焼用細管を六重管と同心円
の円周上に等間隔に複数本配置しているので、理想的な
温度分布（極値がひとつの中央対称で緩やかな球面状の
温度分布）を持った安定な火炎が得られる。
して、石英ガラス製バーナーにおいて、原料用円状管と
燃焼用リング状管とで六重管構造とし、燃焼用細管を最
外部の燃焼用リング状管の内部で六重管と同心円の円周
上に等間隔に配置した。これにより、燃焼ガス部分（最
外部の燃焼用リング状管と燃焼用細管）は大火力が得ら
れるので、炉内温度を上げると同時に原料ガスを効率よ
く反応させ、石英ガラス粉の堆積速度を増加させること
ができる。したがって、効率よく石英ガラスが製造で
き、経済的である。また、燃焼用細管を六重管と同心円
の円周上に等間隔に複数本配置しているので、理想的な
温度分布（極値がひとつの中央対称で緩やかな球面状の
温度分布）を持った安定な火炎が得られる。
【００１２】これにより、上記石英ガラス製バーナーを
用いて初めて、脈理が無く入射光軸を含む断面に極値が
ひとつで中央対称な屈折率分布を持つ石英ガラスの合成
が可能となった。石英ガラスを半導体製造装置に使用す
る場合、理想的な屈折率分布は屈折率差が全く無いこと
であるが、現実には屈折率分布を持たない石英ガラスを
製造することは不可能である。つまり、どのような屈折
率分布にしろ、ある程度の屈折率差が生じる。しかし、
屈折率分布の形によっては、レンズ形状や光学系組み立
て時の光軸の補正により屈折率差を小さくすることが可
能である。この補正可能な屈折率分布は、石英ガラスを
光学素子として用いたときの入射光の光軸に対して極値
がひとつで中央対称な屈折率分布のみであるため、重要
な物性であると考えられる。
用いて初めて、脈理が無く入射光軸を含む断面に極値が
ひとつで中央対称な屈折率分布を持つ石英ガラスの合成
が可能となった。石英ガラスを半導体製造装置に使用す
る場合、理想的な屈折率分布は屈折率差が全く無いこと
であるが、現実には屈折率分布を持たない石英ガラスを
製造することは不可能である。つまり、どのような屈折
率分布にしろ、ある程度の屈折率差が生じる。しかし、
屈折率分布の形によっては、レンズ形状や光学系組み立
て時の光軸の補正により屈折率差を小さくすることが可
能である。この補正可能な屈折率分布は、石英ガラスを
光学素子として用いたときの入射光の光軸に対して極値
がひとつで中央対称な屈折率分布のみであるため、重要
な物性であると考えられる。
【００１３】また、上記の本発明にかかる石英ガラス製
バーナーにおいては、ガラス化反応を促進し、合成面の
温度を上げ捕捉を補助し、かつ合成面の温度分布がひと
つの極値を持つと同時に中央対称にするために、燃焼用
リング状管と燃焼用細管とをテーパー構造とし、燃焼用
リング状管の焦点距離を燃焼用細管の焦点距離より短く
することにより、反応ガス部分が合成面もしくは合成面
よりも手前に焦点を結ぶ様にバーナーを設計することが
好ましい。
バーナーにおいては、ガラス化反応を促進し、合成面の
温度を上げ捕捉を補助し、かつ合成面の温度分布がひと
つの極値を持つと同時に中央対称にするために、燃焼用
リング状管と燃焼用細管とをテーパー構造とし、燃焼用
リング状管の焦点距離を燃焼用細管の焦点距離より短く
することにより、反応ガス部分が合成面もしくは合成面
よりも手前に焦点を結ぶ様にバーナーを設計することが
好ましい。
【００１４】また、バーナーを設計するにあたり注意す
るべき点は、合成する石英ガラスの形状に応じてバーナ
ー自体の径が大口径になる点に加え、合成時に使用する
供給ガス量を想定し、供給ガス流速が速すぎずかつ遅す
ぎないように考慮する事である。そこで、本発明におい
ては、第二の手段として、原料用円状管と燃焼用リング
状管とで多重管構造を持つ石英ガラス製バーナーを用い
た石英ガラスの製造方法において、可燃性ガス及び支燃
性ガスの流速を５〜５０ｍ／ｓの範囲に設定し、第三の
手段として、燃焼用リング状管の隣合って噴出するガス
流速の比を１〜０．４の範囲に設定した。
るべき点は、合成する石英ガラスの形状に応じてバーナ
ー自体の径が大口径になる点に加え、合成時に使用する
供給ガス量を想定し、供給ガス流速が速すぎずかつ遅す
ぎないように考慮する事である。そこで、本発明におい
ては、第二の手段として、原料用円状管と燃焼用リング
状管とで多重管構造を持つ石英ガラス製バーナーを用い
た石英ガラスの製造方法において、可燃性ガス及び支燃
性ガスの流速を５〜５０ｍ／ｓの範囲に設定し、第三の
手段として、燃焼用リング状管の隣合って噴出するガス
流速の比を１〜０．４の範囲に設定した。
【００１５】合成石英ガラスをφ２００ｍｍ以上と想定
し、供給ガス量を見積もり、合成石英ガラスの品質も合
わせて検討した結果、供給ガス流速が５０ｍ／ｓを超え
るとガス同士の混合が不完全のままガスが合成面に達し
てしまい合成面の温度を逆に下げてしまう。また、逆に
供給ガス流速が５ｍ／ｓより下がるとバーナー近辺で可
燃性ガス及び支燃性ガスが燃焼してしまいバーナー自体
が劣化してしまう。すると、バーナーを構成している石
英ガラスが合成面に剥がれ落ち泡や斑点状不均質となっ
てしまう。また、バーナーから剥がれ落ちないとしても
揮発して炉内を浮遊しガラスへの不純物混入の原因にな
る上に、バーナーの変形により火炎に乱れを生じる。そ
の結果、安定な合成が不可能になるので供給ガス流速を
十分に考慮する必要がある。
し、供給ガス量を見積もり、合成石英ガラスの品質も合
わせて検討した結果、供給ガス流速が５０ｍ／ｓを超え
るとガス同士の混合が不完全のままガスが合成面に達し
てしまい合成面の温度を逆に下げてしまう。また、逆に
供給ガス流速が５ｍ／ｓより下がるとバーナー近辺で可
燃性ガス及び支燃性ガスが燃焼してしまいバーナー自体
が劣化してしまう。すると、バーナーを構成している石
英ガラスが合成面に剥がれ落ち泡や斑点状不均質となっ
てしまう。また、バーナーから剥がれ落ちないとしても
揮発して炉内を浮遊しガラスへの不純物混入の原因にな
る上に、バーナーの変形により火炎に乱れを生じる。そ
の結果、安定な合成が不可能になるので供給ガス流速を
十分に考慮する必要がある。
【００１６】また、ガス流速を上記した範囲に抑えてい
ても隣接するガス同士の相対差が大きくなると、やはり
ガスの混合が抑制され燃焼反応及びガラス化反応へ影響
を与える。このため、このガス流速の相対差をマトリク
ス状に振っていったところ流速の比（隣り合うガス流速
の速い方を１とした時の比率）が１〜０．４の範囲を超
えると反応率が悪くなることを見い出した。よって、本
発明のように、多重管バーナーを設計するにあたって
は、ガス流速を考慮し、かつ隣接するガス流速差をも考
慮することが必要である。本発明の第二、第三の手段
は、第一の手段に記載された六重管構造のバーナーに限
られず、その他の多重管バーナーにも共通する手段であ
る。
ても隣接するガス同士の相対差が大きくなると、やはり
ガスの混合が抑制され燃焼反応及びガラス化反応へ影響
を与える。このため、このガス流速の相対差をマトリク
ス状に振っていったところ流速の比（隣り合うガス流速
の速い方を１とした時の比率）が１〜０．４の範囲を超
えると反応率が悪くなることを見い出した。よって、本
発明のように、多重管バーナーを設計するにあたって
は、ガス流速を考慮し、かつ隣接するガス流速差をも考
慮することが必要である。本発明の第二、第三の手段
は、第一の手段に記載された六重管構造のバーナーに限
られず、その他の多重管バーナーにも共通する手段であ
る。
【００１７】次に、ガス流速以外の要因、反応ガス部分
の各ガス同士が離れすぎるとガス同士の混合が不十分に
なることが考えられる。すると、合成温度が不均質にな
るばかりでなく、合成温度自体が上がらず反応も不活性
になる。そこで、投入原料に対する反応率を上げるため
に、本発明の第四の手段として、石英ガラス製バーナー
の燃焼用リング状管から隣合って噴出するガスの間隔
（つまり石英ガラス管の肉厚、クリアランス）は２ｍｍ
以下にした。
の各ガス同士が離れすぎるとガス同士の混合が不十分に
なることが考えられる。すると、合成温度が不均質にな
るばかりでなく、合成温度自体が上がらず反応も不活性
になる。そこで、投入原料に対する反応率を上げるため
に、本発明の第四の手段として、石英ガラス製バーナー
の燃焼用リング状管から隣合って噴出するガスの間隔
（つまり石英ガラス管の肉厚、クリアランス）は２ｍｍ
以下にした。
【００１８】また、反応ガス部分での可燃性ガスおよび
支燃性ガスの噴出が、クリアランスのばらつきを生じて
しまうとガスの流れに偏りが起き、合成面の温度分布に
偏心が生じてしまうため、本発明の第五の手段として、
このばらつきを０．２ｍｍ以下に抑えた。本発明の第
四、第五の手段についても、第一の手段に記載された六
重管構造のバーナーに限られず、その他の多重管バーナ
ーにも共通する手段である。
支燃性ガスの噴出が、クリアランスのばらつきを生じて
しまうとガスの流れに偏りが起き、合成面の温度分布に
偏心が生じてしまうため、本発明の第五の手段として、
このばらつきを０．２ｍｍ以下に抑えた。本発明の第
四、第五の手段についても、第一の手段に記載された六
重管構造のバーナーに限られず、その他の多重管バーナ
ーにも共通する手段である。
【００１９】
【作用】上述した、紫外線リソグラフィー用の光学素子
として要求される大口径、及び屈折率分布を持った石英
ガラスを合成する本発明の石英ガラス製バーナーについ
て、以下に詳細に説明する。石英ガラスの屈折率分布を
支配している要因は、大きく分けて不純物とガラスの構
造に分けられる。この内、不純物については原料ガス、
可燃性ガスや支燃性ガス、炉材等の純度、また合成時に
おけるガス量やガス比等に起因するところが大きい。一
方、合成時にガラスの構造を決定しているのは合成面の
温度分布に起因するところが大きい。
として要求される大口径、及び屈折率分布を持った石英
ガラスを合成する本発明の石英ガラス製バーナーについ
て、以下に詳細に説明する。石英ガラスの屈折率分布を
支配している要因は、大きく分けて不純物とガラスの構
造に分けられる。この内、不純物については原料ガス、
可燃性ガスや支燃性ガス、炉材等の純度、また合成時に
おけるガス量やガス比等に起因するところが大きい。一
方、合成時にガラスの構造を決定しているのは合成面の
温度分布に起因するところが大きい。
【００２０】そこで、図３のような四重管構造で原料ガ
スと支燃性ガスの供給（反応ガス部分）が二重管の石英
ガラス製バーナーを用いて石英ガラスを合成し、合成時
の温度分布と合成石英ガラスの屈折率の均質性を測定し
た。結果を図４に示す。図からわかるように合成面の温
度分布と合成石英ガラスの屈折率の均質性は対応してお
り、合成時に温度が低い部分の屈折率は高く、逆に温度
の高い部分は屈折率が低くなった。
スと支燃性ガスの供給（反応ガス部分）が二重管の石英
ガラス製バーナーを用いて石英ガラスを合成し、合成時
の温度分布と合成石英ガラスの屈折率の均質性を測定し
た。結果を図４に示す。図からわかるように合成面の温
度分布と合成石英ガラスの屈折率の均質性は対応してお
り、合成時に温度が低い部分の屈折率は高く、逆に温度
の高い部分は屈折率が低くなった。
【００２１】すなわち、本発明者らは、合成面の温度分
布を測定することによって、これと合成される石英ガラ
スの屈折率分布が対応することを確認した。この事実か
ら、炉内および合成面温度を制御することによって、光
学素子等の素材として有用な石英ガラスを合成すること
を考えた。そして、本発明者らは、このような炉内およ
び合成面温度を制御する手段でもあるバーナーに着目
し、合成された石英ガラスの屈折率分布の制御を行える
画期的な石英ガラス製バーナーを提案するに至った。
布を測定することによって、これと合成される石英ガラ
スの屈折率分布が対応することを確認した。この事実か
ら、炉内および合成面温度を制御することによって、光
学素子等の素材として有用な石英ガラスを合成すること
を考えた。そして、本発明者らは、このような炉内およ
び合成面温度を制御する手段でもあるバーナーに着目
し、合成された石英ガラスの屈折率分布の制御を行える
画期的な石英ガラス製バーナーを提案するに至った。
【００２２】また、バーナー設計は従来、試作段階のバ
ーナーで実際に合成を行い、被合成物の物性その他が所
望の値であればその設計を採用するものである。そのた
め、バーナーの個体差が大きく再現性がないので、被合
成物の安定供給及びコストの面で問題となっていた。本
発明では、この問題点についても、バーナーの構造と合
成される石英ガラスとの対応を見いだしたことにより解
決するに至った。
ーナーで実際に合成を行い、被合成物の物性その他が所
望の値であればその設計を採用するものである。そのた
め、バーナーの個体差が大きく再現性がないので、被合
成物の安定供給及びコストの面で問題となっていた。本
発明では、この問題点についても、バーナーの構造と合
成される石英ガラスとの対応を見いだしたことにより解
決するに至った。
【００２３】さて、ガラスの大口径化により炉が大きく
なり、その合成に必要な原料ガスの流量も増加してい
る。その結果、図３の様な従来のバーナーでは炉内の温
度を石英ガラスを合成するのに充分な温度まで昇温する
大火力、能力が得られなくなった。また、上述したよう
に、炉内の温度が低くなりガラスに与える熱量が不十分
になるとガラスの成長方向に垂直な方向から観察すると
脈理と呼ばれる屈折率の不均質が生じてしまう。そこ
で、紫外線リソグラフィー用光学素子等の素材として使
用可能な石英ガラスの均質性を得る合成面の温度を検討
した。可燃性ガス、支燃性ガスおよび原料ガスの温度に
着目すると、合成時における原料ガスは他のガスに比べ
反応熱が小さいので炉内では一番温度が低くなる。この
原料ガスが火炎中で加水分解され合成面に堆積していく
わけだが、原料ガスが噴き付け、微粒子が堆積している
部分の温度は当然一番低くなる。
なり、その合成に必要な原料ガスの流量も増加してい
る。その結果、図３の様な従来のバーナーでは炉内の温
度を石英ガラスを合成するのに充分な温度まで昇温する
大火力、能力が得られなくなった。また、上述したよう
に、炉内の温度が低くなりガラスに与える熱量が不十分
になるとガラスの成長方向に垂直な方向から観察すると
脈理と呼ばれる屈折率の不均質が生じてしまう。そこ
で、紫外線リソグラフィー用光学素子等の素材として使
用可能な石英ガラスの均質性を得る合成面の温度を検討
した。可燃性ガス、支燃性ガスおよび原料ガスの温度に
着目すると、合成時における原料ガスは他のガスに比べ
反応熱が小さいので炉内では一番温度が低くなる。この
原料ガスが火炎中で加水分解され合成面に堆積していく
わけだが、原料ガスが噴き付け、微粒子が堆積している
部分の温度は当然一番低くなる。
【００２４】そこで、ガラスの大口径化に伴う原料ガス
流量の増加により合成面の中央の温度はますます低くな
り、従来のバーナーで合成した場合は、図４（ａ）の様
な極値を３つ以上持つ温度分布となり、これに対応して
図４（ｂ）の様な屈折率分布を持った石英ガラスとなっ
た。この様に、単なる大火力を目的とした多重管バーナ
ーや従来のバーナー設計でガス流量を増やしただけのバ
ーナーでは可燃性ガス、支燃性ガス、原料ガスの混合が
不十分となり、炉内や合成面の温度が充分に上がらず、
結果として投入原料ガスに対するガラス化反応が不十分
になり、捕捉率が悪化する現象が生じた。
流量の増加により合成面の中央の温度はますます低くな
り、従来のバーナーで合成した場合は、図４（ａ）の様
な極値を３つ以上持つ温度分布となり、これに対応して
図４（ｂ）の様な屈折率分布を持った石英ガラスとなっ
た。この様に、単なる大火力を目的とした多重管バーナ
ーや従来のバーナー設計でガス流量を増やしただけのバ
ーナーでは可燃性ガス、支燃性ガス、原料ガスの混合が
不十分となり、炉内や合成面の温度が充分に上がらず、
結果として投入原料ガスに対するガラス化反応が不十分
になり、捕捉率が悪化する現象が生じた。
【００２５】そこで、本発明のバーナーを用いることに
より、理想的な合成面の温度分布（極値がひとつ持ち中
央対称で非常に緩やかな温度分布）をつくることが可能
となり、得られる石英ガラスの屈折率分布の制御と大口
径化とを同時に行えるようになった。本発明の石英ガラ
ス製バーナーの断面を図１及び図２に示す。炉内温度を
上げるためには燃焼ガス部分、すなわち最外部の燃焼用
リング状管と燃焼用細管の可燃性及び支燃性ガスによっ
て行い、原料ガスのガラス化への反応には反応ガス部
分、すなわち五重管部分を使用して行う。
より、理想的な合成面の温度分布（極値がひとつ持ち中
央対称で非常に緩やかな温度分布）をつくることが可能
となり、得られる石英ガラスの屈折率分布の制御と大口
径化とを同時に行えるようになった。本発明の石英ガラ
ス製バーナーの断面を図１及び図２に示す。炉内温度を
上げるためには燃焼ガス部分、すなわち最外部の燃焼用
リング状管と燃焼用細管の可燃性及び支燃性ガスによっ
て行い、原料ガスのガラス化への反応には反応ガス部
分、すなわち五重管部分を使用して行う。
【００２６】大口径の炉において炉内温度を充分に高い
温度まで昇温するのに必要なガス量を供給する事は従来
のバーナーではバーナー内の圧力損失によって不可能で
あった。しかしながら、上記のように燃焼ガス部分を設
けて、図１及び図２の様な構造とすると、可燃性ガス及
び支燃性ガスの混合が促進されて炉内の温度を高温に保
つ事ができる。また、使用する石英ガラス管をガス流量
から計算し、流速にマッチしたものを使用する事によっ
てバーナー内の圧力損失も低減できるため、多量なガス
流量を一時に流せる様になった。
温度まで昇温するのに必要なガス量を供給する事は従来
のバーナーではバーナー内の圧力損失によって不可能で
あった。しかしながら、上記のように燃焼ガス部分を設
けて、図１及び図２の様な構造とすると、可燃性ガス及
び支燃性ガスの混合が促進されて炉内の温度を高温に保
つ事ができる。また、使用する石英ガラス管をガス流量
から計算し、流速にマッチしたものを使用する事によっ
てバーナー内の圧力損失も低減できるため、多量なガス
流量を一時に流せる様になった。
【００２７】石英ガラスの成長方向に垂直な方向に生じ
る脈理を消失させるためには、合成面の温度を充分に高
く保つ事が必要であるが、バーナー構造を上記のように
した事で脈理の生成を抑える事が可能となった。そし
て、屈折率分布を決定する重要なファクターである合成
面の温度分布制御も反応ガス部分を制御する事で可能と
なった。
る脈理を消失させるためには、合成面の温度を充分に高
く保つ事が必要であるが、バーナー構造を上記のように
した事で脈理の生成を抑える事が可能となった。そし
て、屈折率分布を決定する重要なファクターである合成
面の温度分布制御も反応ガス部分を制御する事で可能と
なった。
【００２８】
【実施例１】本発明の概念図、図１及び図２に示した反
応ガス部分が５重管構造の石英ガラス製バーナーを、肉
薄の石英ガラス管で構成、作製した。この石英ガラス製
バーナーを内容積１２６ｌの炉に用い、石英ガラスを合
成した。表１に、使用した石英ガラス製バーナの各部分
の寸法、合成時の供給ガス流量及びその時のガス流速を
示す。
応ガス部分が５重管構造の石英ガラス製バーナーを、肉
薄の石英ガラス管で構成、作製した。この石英ガラス製
バーナーを内容積１２６ｌの炉に用い、石英ガラスを合
成した。表１に、使用した石英ガラス製バーナの各部分
の寸法、合成時の供給ガス流量及びその時のガス流速を
示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】上記条件で合成した結果、紫外リソグラフ
ィー用の光学素子として使用可能な高透過率で高均質な
φ２００ｍｍの石英ガラスが得られた。さらに、赤外線
カメラによって計測した合成面の温度分布は極値をひと
つ持ち中央対称で非常に緩やかな球面状になっていた。
そして、このバーナーによって合成した石英ガラスの屈
折率均質性を干渉計によって測定したところ、合成面の
温度分布（極値をひとつ持ち中央対称で非常に緩やかな
球面状の分布）に対応した屈折率分布になっていた（図
５参照）。
ィー用の光学素子として使用可能な高透過率で高均質な
φ２００ｍｍの石英ガラスが得られた。さらに、赤外線
カメラによって計測した合成面の温度分布は極値をひと
つ持ち中央対称で非常に緩やかな球面状になっていた。
そして、このバーナーによって合成した石英ガラスの屈
折率均質性を干渉計によって測定したところ、合成面の
温度分布（極値をひとつ持ち中央対称で非常に緩やかな
球面状の分布）に対応した屈折率分布になっていた（図
５参照）。
【００３１】
【実施例２】実施例１に記載の合成炉を用い、同様の径
の石英ガラスを合成した。表２に示したような諸条件で
作製した石英ガラス製バーナーを用い、合成時の五重管
のガス流速を５ｍ／ｓより小さくして合成を行った。
の石英ガラスを合成した。表２に示したような諸条件で
作製した石英ガラス製バーナーを用い、合成時の五重管
のガス流速を５ｍ／ｓより小さくして合成を行った。
【００３２】
【表２】
【００３３】このバーナーによって合成を行ったとこ
ろ、バーナーの劣化により、無数の泡や斑点（不均質）
ができた。このため、屈折率均質性は測定できなかっ
た。
ろ、バーナーの劣化により、無数の泡や斑点（不均質）
ができた。このため、屈折率均質性は測定できなかっ
た。
【００３４】
【実施例３】実施例１に記載の合成炉を用い、同様の径
の石英ガラスを合成した。表３に、使用したバーナーの
各部分の寸法と合成時に使用したガス量及びその時のガ
ス流速を示す。
の石英ガラスを合成した。表３に、使用したバーナーの
各部分の寸法と合成時に使用したガス量及びその時のガ
ス流速を示す。
【００３５】
【表３】
【００３６】この様に、隣接するガスの流速差が大き
く、流速の比が０．４より小さい状態で合成した石英ガ
ラスの屈折率均質性を干渉計によって測定したところ、
図６に示すように、極値を幾つも持ち補正の効かない分
布となった。
く、流速の比が０．４より小さい状態で合成した石英ガ
ラスの屈折率均質性を干渉計によって測定したところ、
図６に示すように、極値を幾つも持ち補正の効かない分
布となった。
【００３７】
【実施例４】実施例１に記載の合成炉を用い、同様の径
の石英ガラスを合成した。表４に、使用したバーナーの
各部分の寸法と合成時に使用したガス量及びその時のガ
ス流速を示した。
の石英ガラスを合成した。表４に、使用したバーナーの
各部分の寸法と合成時に使用したガス量及びその時のガ
ス流速を示した。
【００３８】
【表４】
【００３９】この様に、隣接するガスのクリアランスが
大きく、流速が小さい状態で合成した石英ガラスの屈折
率均質性を干渉計によって測定したところ、図７に示す
ように、極値は一つながら、均質性のＰＶ値（屈折率の
最大−最小値の差）が５．０×１０-6と大きく、均質性
が悪いものが得られた。
大きく、流速が小さい状態で合成した石英ガラスの屈折
率均質性を干渉計によって測定したところ、図７に示す
ように、極値は一つながら、均質性のＰＶ値（屈折率の
最大−最小値の差）が５．０×１０-6と大きく、均質性
が悪いものが得られた。
【００４０】
【効果】以上のように、本発明によれば、合成面の温度
分布を制御することが可能な石英ガラス製バーナーが得
られる。これにより、得られる石英ガラスの屈折率分布
の制御、大口径化が可能となる。また、本発明の石英ガ
ラス製バーナーを用いれば、脈理が無く入射光軸を含む
断面に極値がひとつで中央対称な屈折率分布を持つ石英
ガラスが得られる。この石英ガラスを紫外線リソグラフ
ィー等の装置に用いれば、光学系の組み立てにより理想
的な屈折率差（一般的には、小さいほど良い）を持つ光
学系が得られる。
分布を制御することが可能な石英ガラス製バーナーが得
られる。これにより、得られる石英ガラスの屈折率分布
の制御、大口径化が可能となる。また、本発明の石英ガ
ラス製バーナーを用いれば、脈理が無く入射光軸を含む
断面に極値がひとつで中央対称な屈折率分布を持つ石英
ガラスが得られる。この石英ガラスを紫外線リソグラフ
ィー等の装置に用いれば、光学系の組み立てにより理想
的な屈折率差（一般的には、小さいほど良い）を持つ光
学系が得られる。
【００４１】そして、脈理のない石英ガラスが得られる
ことから、脈理を消去するための二次処理にかかるコス
トが無く、汚染による紫外線透過率の低下を防ぐ事がで
きる。さらに、単位投入原料当たりのガラス化反応の効
率をよくすることができ、これにより排気変動や泡、斑
点の原因となる炉内の付着物が少なく、安定した合成が
できる。
ことから、脈理を消去するための二次処理にかかるコス
トが無く、汚染による紫外線透過率の低下を防ぐ事がで
きる。さらに、単位投入原料当たりのガラス化反応の効
率をよくすることができ、これにより排気変動や泡、斑
点の原因となる炉内の付着物が少なく、安定した合成が
できる。
【００４２】また、本発明の第一の手段〜第五の手段を
組み合わせ、バーナーの構成やこれを用いたときのガス
流速等の関係をより正確に規定することによって、バー
ナー製作の負担が軽減でき、得られる石英ガラスの性能
もある程度予測可能となる。
組み合わせ、バーナーの構成やこれを用いたときのガス
流速等の関係をより正確に規定することによって、バー
ナー製作の負担が軽減でき、得られる石英ガラスの性能
もある程度予測可能となる。
【図１】 本発明を代表するバーナーの断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面におけるテーパー構造の図
である。
である。
【図３】 従来の多重管バーナーの断面図である。
【図４】 石英ガラスの合成時における、（ａ）合成面
の温度分布と、（ｂ）それに対応した屈折率均質性の対
応図である。
の温度分布と、（ｂ）それに対応した屈折率均質性の対
応図である。
【図５】 実施例１で得られた石英ガラスの屈折率分布
の図である。
の図である。
【図６】 実施例３で得られた石英ガラスの屈折率分布
の図である。
の図である。
【図７】 実施例４で得られた石英ガラスの屈折率分布
の図である。
の図である。
１ 原料用円状管 ２ 燃焼用リング状管 ３ 燃焼用細管
───────────────────────────────────────────────────── 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 (7)
- 【請求項１】中心部に配置され原料ガスを噴出する原料
用円状管と、これの周囲に同心円状に配置され可燃性ガ
ス及び支燃性ガスを噴出する複数の燃焼用リング状管
と、最外部の燃焼用リング状管の内部に配置され支燃性
ガスを噴出する複数の燃焼用細管とを有する石英ガラス
製バーナーにおいて、原料用円状管と燃焼用リング状管
とで六重管構造とし、燃焼用細管を最外部の燃焼用リン
グ状管の内部で六重管と同心円の円周上に等間隔に配置
した事を特徴とする石英ガラス製バーナー。 - 【請求項２】請求項１に記載した石英ガラス製バーナー
を用い、可燃性ガスと支燃性ガスとを燃焼して得られる
火炎中に原料ガスを吹き込み、火炎加水分解または熱分
解によって石英ガラス粉を堆積して得られる、脈理が無
く入射光軸を含む断面に極値がひとつで中央対称な屈折
率分布を持つ事を特徴とする石英ガラス。 - 【請求項３】請求項１に記載した石英ガラス製バーナー
であって、燃焼用リング状管と燃焼用細管とをテーパー
構造とし、燃焼用リング状管の焦点距離を燃焼用細管の
焦点距離より短くする事を特徴とする石英ガラス製バー
ナー。 - 【請求項４】中心部に配置され原料ガスを噴出する原料
用円状管と、これの周囲に同心円状に配置され可燃性ガ
ス及び支燃性ガスを噴出する複数の燃焼用リング状管
と、最外部の燃焼用リング状管の内部に配置され支燃性
ガスを噴出する複数の燃焼用細管とを有する石英ガラス
製バーナーを用い、可燃性ガスと支燃性ガスとを燃焼し
て得られる火炎中に原料ガスを吹き込み、火炎加水分解
または熱分解によって石英ガラス粉を堆積する石英ガラ
スの製造方法において、可燃性ガス及び支燃性ガスの流
速が５〜５０ｍ／ｓの範囲にある事を特徴とする石英ガ
ラスの製造方法。 - 【請求項５】中心部に配置され原料ガスを噴出する原料
用円状管と、これの周囲に同心円状に配置され可燃性ガ
ス及び支燃性ガスを噴出する複数の燃焼用リング状管
と、最外部の燃焼用リング状管の内部に配置され支燃性
ガスを噴出する複数の燃焼用細管とを有する石英ガラス
製バーナーを用い、可燃性ガスと支燃性ガスとを燃焼し
て得られる火炎中に原料ガスを吹き込み、火炎加水分解
または熱分解によって石英ガラス粉を堆積する石英ガラ
スの製造方法において、燃焼用リング状管の隣合って噴
出するガス流速の比が１〜０．４である事を特徴とする
石英ガラスの製造方法。 - 【請求項６】中心部に配置され原料ガスを噴出する原料
用円状管と、これの周囲に同心円状に配置され可燃性ガ
ス及び支燃性ガスを噴出する複数の燃焼用リング状管
と、最外部の燃焼用リング状管の内部に配置され支燃性
ガスを噴出する複数の燃焼用細管とを有する石英ガラス
製バーナーにおいて、燃焼用リング状管から隣合って噴
出するガスの間隔が２ｍｍ以下である事を特徴とする石
英ガラス製バーナー。 - 【請求項７】中心部に配置され原料ガスを噴出する原料
用円状管と、これの周囲に同心円状に配置され可燃性ガ
ス及び支燃性ガスを噴出する複数の燃焼用リング状管
と、最外部の燃焼用リング状管の内部に配置され支燃性
ガスを噴出する複数の燃焼用細管とを有する石英ガラス
製バーナーにおいて、燃焼用リング状管から隣合って噴
出するガスの間隔のばらつきが０．２ｍｍ以下である事
を特徴とする石英ガラス製バーナー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33073993A JP3520541B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 石英ガラス製バーナー、これを用いて製造される石英ガラス、石英ガラスバーナーを用いた石英ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33073993A JP3520541B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 石英ガラス製バーナー、これを用いて製造される石英ガラス、石英ガラスバーナーを用いた石英ガラスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07187683A true JPH07187683A (ja) | 1995-07-25 |
| JP3520541B2 JP3520541B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=18236023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33073993A Expired - Lifetime JP3520541B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 石英ガラス製バーナー、これを用いて製造される石英ガラス、石英ガラスバーナーを用いた石英ガラスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3520541B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09175826A (ja) * | 1995-12-26 | 1997-07-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔質ガラス母材合成用バーナ |
| JPH10101343A (ja) * | 1996-05-09 | 1998-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガラス微粒子合成方法及びそのための焦点型バーナ |
| EP0901989A1 (en) * | 1997-09-11 | 1999-03-17 | Nikon Corporation | Silica glass and its manufacturing method |
| EP0978487A2 (en) * | 1998-08-07 | 2000-02-09 | Corning Incorporated | Sealed, nozzle-mix burners for silica deposition |
| JP2000327341A (ja) * | 1999-05-11 | 2000-11-28 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 多孔質ガラス母材製造用多重管バーナおよびこれを用いた多孔質ガラス母材の製造方法並びに製造装置 |
| US6189339B1 (en) | 1995-03-28 | 2001-02-20 | Nikon Corporation | Method for producing silica glass used for photolithography |
| US6291377B1 (en) | 1997-08-21 | 2001-09-18 | Nikon Corporation | Silica glass and its manufacturing method |
| EP1140715A4 (en) * | 1998-09-22 | 2005-10-05 | Corning Inc | BURNER FOR THE PRODUCTION OF BALLS OF MELTED SILICATED GLASS |
| JP2010013335A (ja) * | 2008-07-07 | 2010-01-21 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | チタニアドープ石英ガラス部材及びその製造方法 |
| EP2380856A3 (en) * | 2010-04-23 | 2012-05-02 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Burner for producing porous glass preform |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33073993A patent/JP3520541B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2000327341A (ja) * | 1999-05-11 | 2000-11-28 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 多孔質ガラス母材製造用多重管バーナおよびこれを用いた多孔質ガラス母材の製造方法並びに製造装置 |
| JP2010013335A (ja) * | 2008-07-07 | 2010-01-21 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | チタニアドープ石英ガラス部材及びその製造方法 |
| US8377612B2 (en) | 2008-07-07 | 2013-02-19 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Titania-doped quartz glass member and making method |
| KR101513310B1 (ko) * | 2008-07-07 | 2015-04-17 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 티타니아 도핑 석영 유리 부재 및 그의 제조 방법 |
| EP2380856A3 (en) * | 2010-04-23 | 2012-05-02 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Burner for producing porous glass preform |
| US8459063B2 (en) | 2010-04-23 | 2013-06-11 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Burner for producing porous glass preform |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3520541B2 (ja) | 2004-04-19 |
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