JPH10167734A

JPH10167734A - 紫外光用石英ガラスおよびその合成方法

Info

Publication number: JPH10167734A
Application number: JP8325653A
Authority: JP
Inventors: Masashi Fujiwara; 誠志藤原; Hiroki Jinbo; 宏樹神保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】紫外光に対する耐久性が高い紫外光用石英ガ
ラスの合成方法を提供すること。【解決手段】ヘリウムガスを第１の配管２４ａを通し
て原料容器１６の内部に約３ｋｇＧ／ｃｍ² の圧力で供
給した。このとき、原料が第２の配管２４ｂ、液体用マ
スフローメーター１８、第３の配管２４ｃ、霧化装置２
０、第４および第６の配管２４ｄおよび２４ｆを通して
火炎２６中に導入された。その際、液体用マスフローメ
ーター１８により原料の流量を５ｇ／ｍｉｎとなるよう
に制御した。また、霧化装置２０により原料を粒径１０
０メッシュの液滴（粒径２５０μｍの液滴）に分散し
た。このような酸水素火炎２６中への原料の導入を４時
間続けることにより、ターゲット１２上に石英ガラスの
インゴット２８を合成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、紫外光用石英ガラス
およびその合成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光リソグラフィ技術において、ステッパ
と呼ばれる露光装置が用いられている。このステッパの
光源として、従来より水銀ランプのｇ線（波長λ＝４３
６ｎｍ）またはｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）が一般に用
いられてきた。近年においては、ＬＳＩの高集積化に伴
って、ステッパの光源として、ＫｒＦエキシマレーザ
（波長λ＝２４８ｎｍ）、さらにはＡｒＦエキシマレー
ザ（波長λ＝１９３ｎｍ）を用いることが研究されてい
る。このような状況下において、従来よりステッパの照
明系（例えば、マスク基板）や投影レンズに用いられて
いる光学ガラスはｉ線より短い波長領域における透過率
が低い。このため、紫外光領域において透過率が高い石
英ガラスを合成し、それをＫｒＦエキシマレーザ（波長
λ＝２４８ｎｍ）、さらにはＡｒＦエキシマレーザ（波
長λ＝１９３ｎｍ）を用いたステッパの照明系（例え
ば、マスク基板）や投影レンズに用いることが提案され
ている（文献：「日経マイクロデバイス，１９８７年２
月号，p.p.103 」参照）。

【０００３】紫外光領域における透過率を高くするため
には、石英ガラス中の不純物濃度を低く抑える必要があ
る。このため、今日、高純度の四塩化ケイ素（沸点５８
〜５９℃）を原料として用い、これを気化させた上でキ
ャリアガスにより酸水素火炎中に導入し、火炎中で加水
分解させることにより生成した二酸化ケイ素をガラス化
させることにより石英ガラスを合成する方法が一般的に
行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、四塩化ケイ素を気化させた上で火炎中に導入
するため、四塩化ケイ素を予め加熱しなければならなか
った。

【０００５】また、石英ガラス中に塩素が残存すると、
紫外光、特にエキシマレーザに対する石英ガラスの耐久
性は低くなる。この原因の一つとして、塩素がケイ素と
結合した状態で石英ガラス中に残存しているために、紫
外光が石英ガラスに照射されると、Ｓｉ−Ｃｌ結合が分
解してしまうことが挙げられる。このため、合成された
石英ガラス中に塩素が残存する可能性がある四塩化ケイ
素を原料として用いる従来の方法は好ましくなかった。

【０００６】また、従来の方法では、排気ガスとして有
害物質である塩化水素が生成するため、通常はこれを除
外する設備を通して無害にした後、排出しなければなら
なかった。さらに、塩化水素は腐食性の物質であるた
め、装置が劣化しないようにするためのコストも膨大で
あった。

【０００７】また、石英ガラス中に塩素が含有しないよ
うにするため、分子中に塩素を含まないケイ素化合物で
ある有機ケイ素化合物を原料として用いて石英ガラスを
合成することが試みられているが、大部分の有機ケイ素
化合物の沸点は１００℃以上であるため、四塩化ケイ素
を原料として用いる場合よりさらに高温に加熱する必要
があった。また、市販のマスフローメーターは耐熱仕様
のものでも耐熱温度が８０℃程度であるため、有機ケイ
素化合物のガス流量を精密に制御することはできなかっ
た。

【０００８】従って、この発明では、第１に、原料を予
め沸点以上の温度に加熱することなしに紫外光用石英ガ
ラスを合成する方法を提供することを目的とする。

【０００９】また、第２に、紫外光に対する耐久性が高
い紫外光用石英ガラスの合成方法を提供することを目的
とする。

【００１０】また、第３に、排気ガスとして有害物質や
腐食性物質を生成することなしに紫外光用石英ガラスを
合成する方法を提供することを目的とする。

【００１１】また、第４に、紫外光領域における透過率
が高い紫外光用石英ガラスの合成方法を提供することを
目的とする。

【００１２】また、第５に、光学的性質が均一な紫外光
用石英ガラスの合成方法を提供することを目的とする。

【００１３】また、第６に、捕捉率や生産性を高くして
紫外光用石英ガラスを合成する方法を提供することを目
的とする。ただし、捕捉率や生産性の定義については後
述する。

【００１４】また、第７に、紫外光に対する耐熱性が高
く、かつ紫外光領域における透過率が高い紫外光用石英
ガラスを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】従って、第１の目的を達
成するため、この発明の紫外光用石英ガラスの合成方法
によれば、液状のケイ素化合物を火炎中に導入して該火
炎中で加水分解させることにより生成した二酸化ケイ素
をガラス化させて紫外光用石英ガラスを合成するに当た
り、前記ケイ素化合物を、液滴に分散させた後、前記火
炎中に導入することを特徴とする。

【００１６】このように、液状のケイ素化合物を原料と
して用い、そしてこの原料を液滴に分散させると、その
表面エネルギーが増大し反応性が高くなる。このため、
液状の原料を液滴に分散させた状態で火炎中に導入する
と、火炎中で容易に加水分解し、生成した二酸化ケイ素
がガラス化する。

【００１７】また、第１の目的に加え、第２および第３
の目的を達成するため、この発明の紫外光用石英ガラス
の合成方法によれば、ケイ素化合物として有機ケイ素化
合物を用いるのが好適である。

【００１８】このように、原料として有機ケイ素化合物
を用いると、原料中に塩素が含まれていないため、石英
ガラス中に塩素が含有する可能性がなく、また排気ガス
として塩化水素が生成することもない。

【００１９】ここで、有機ケイ素化合物として、下記の
（１）式で示す一般式で表されるテトラアルコキシシラ
ンや、下記の（２）式で示す一般式で表されるアルキル
シクロシロキサンや、下記の（３）式で示す一般式で表
されるアルキルシロキサンを挙げることができる。テト
ラアルコキシシラン、アルキルシクロシロキサンおよび
アルキルシロキサンは、容易に入手することができるた
め、原料として用いて好適である。特に、アルキルシク
ロシロキサンおよびアルキルシロキサンは、一分子中に
複数個のケイ素が存在するため、これらを原料として用
いると、紫外光用石英ガラスの合成効率が向上する。な
お、下記の（１）〜（３）式中、Ｒはアルキル基であ
り、個々のアルキル基は同じであっても良いし、異なっ
ていても良い。また、下記の（２）式中、ｎは１以上の
整数である。また、下記の（３）式中、ｍは０以上の整
数である。

【００２０】

【化１】

【００２１】具体的には、アルキルシロキサンとして下
記の（４）式に示すテトラエトキシシラン、アルキルシ
クロシロキサンとして下記の（５）式に示すオクタメチ
ルシクロテトラシロキサン、アルキルシロキサンとして
下記の（６）式に示すヘキサメチルジシロキサンを挙げ
ることができる。

【００２２】

【化２】

【００２３】また、第１〜第３の目的に加え、さらに第
４〜第６の目的を達成するため、この発明の紫外光用石
英ガラスの合成方法によれば、ケイ素化合物として有機
ケイ素化合物を用いた場合、液滴の粒径を２５〜２５０
μｍとするのが良い。

【００２４】通常、火炎中に導入する液滴の粒径が大き
くなるにしたがって、未反応の原料に起因する炭素が石
英ガラス中に取り込まれ易くなる。そして、石英ガラス
中に多くの炭素が取り込まれると、この炭素が不純物と
なり紫外光領域における透過率が低下する恐れがあっ
た。また、石英ガラス中に炭素が多く取り込まれる場
合、合成炉内の雰囲気が強く還元状態に傾いている可能
性が考えられる。このため、合成炉を構成する耐火物中
に通常含まれているＮａ等のアルカリ金属元素が合成炉
の内部に誘発され、このアルカリ金属元素が石英ガラス
中に取り込まれて不純物となり紫外光領域における透過
率が低下する恐れがあった。また、合成炉内の雰囲気が
必要以上に還元状態となっている場合、Ｓｉ−Ｓｉ等の
酸素欠乏型欠陥が生成し、この欠陥により紫外光領域に
おける透過率が低下する恐れがあった。また、火炎中に
導入する液滴の粒径が大きくなるにしたがって、インゴ
ット表面に原料が到達し易くなる。インゴット表面に到
達した原料は、インゴット表面との温度差によって気化
し体積が急激に膨張する。そして、その際、水蒸気や二
酸化炭素などが泡となって石英ガラス中に取り込まれ
る。このため、インゴット表面に多くの原料が到達し、
たくさんの泡が石英中に取り込まれると、この泡により
屈折率などの光学的性質が不均一となる恐れがあった。
また、火炎中に導入する液滴の粒径が必要以上に大きく
なると、反応しにくくなるため、捕捉率および生産性が
低くなる恐れがあった。

【００２５】一方、火炎中に導入する液滴の粒径が小さ
くなるに従って、火炎中に導入された液滴が火炎の外部
に分散し反応に寄与しなくなり、また、加水分解させる
ことにより生成した二酸化ケイ素が微細となるためガラ
ス化せずに合成炉の外部に排出され易くなる。このた
め、捕捉率および生産性が低くなる恐れがあった。

【００２６】液状の原料を粒径２５〜２５０μｍの液滴
として火炎中に導入すると、原料の大部分が火炎中で反
応するため、未反応の原料に起因する炭素が石英ガラス
中に取り込まれることは少なくなる。また、原料の大部
分が火炎中で反応してしまうため、水蒸気や二酸化炭素
などが泡となって石英ガラス中に取り込まれることも少
なくなる。また、火炎中に導入された液滴が火炎の外部
に分散したり、生成した二酸化ケイ素が合成炉の外部に
排出されたりすることも少なくなる。

【００２７】ここで、捕捉率とは、火炎中に導入した原
料のうち、石英ガラスに転化した割合のことであり、捕
捉率（％）＝（合成された石英ガラスの重量）÷（火炎
中に導入した原料のＳｉＯ₂ 換算重量）×１００で求め
られる。また、生産性とは、同一時間に同一量の同一原
料を火炎中に導入したときに得られる石英ガラスの重量
のことである。また、２５μｍは、１０００メッシュの
ふるいが有する孔の一辺の大きさにほぼ等しく、２５０
μｍは、１００メッシュのふるいが有する孔の一辺の大
きさにほぼ等しい。このため、以下、粒径２５μｍの液
滴のことを粒径１０００メッシュの液滴と称し、粒径２
５０μｍの液滴のことを粒径１００メッシュの液滴と称
する場合がある。

【００２８】また、第１の目的に加え、第４の目的を達
成するため、この発明の紫外光用石英ガラスの合成方法
によれば、火炎を、酸素と水素とを燃料ガスとして用い
て形成される火炎、すなわち酸水素火炎とするのが良
い。

【００２９】火炎として、酸水素火炎以外に、メタンと
酸素とを燃料ガスとして用いて形成される火炎、エタン
と酸素とを燃料ガスとして用いて形成される火炎、プロ
パンと酸素とを燃料ガスとして用いて形成される火炎、
一酸化炭素と酸素とを燃料ガスとして用いて形成される
火炎などを用いることができるが、メタン、エタン、プ
ロパン、一酸化炭素を燃料ガスとして用いた場合には、
燃焼ガスに起因する炭素が石英ガラス中に取り込まれ、
この炭素が不純物となり紫外光領域における透過率が低
下する恐れがあった。また、石英ガラス中に炭素が多く
取り込まれる場合、合成炉内の雰囲気が強く還元状態に
傾いている可能性が考えられる。このため、合成炉を構
成する耐火物中に通常含まれているＮａ等のアルカリ金
属元素が合成炉の内部に誘発され、このアルカリ金属元
素が石英ガラス中に取り込まれて不純物となり紫外光領
域における透過率が低下する恐れがあった。また、合成
炉内の雰囲気が必要以上に還元状態となっている場合、
Ｓｉ−Ｓｉ等の酸素欠乏型欠陥が生成し、この欠陥によ
り紫外光領域における透過率が低下する恐れがあった。
しかし、火炎として酸水素火炎を用いた場合、燃焼ガス
に起因する炭素が石英ガラス中に取り込まれることはな
い。

【００３０】また、第７の目的を達成するため、この発
明の紫外光用石英ガラスによれば、液状の有機ケイ素化
合物を酸水素火炎中に導入して該火炎中で加水分解させ
ることにより生成した二酸化ケイ素をガラス化させるこ
とにより合成された、塩素非含有でかつ炭素含有量が１
０ｐｐｍ以下の石英ガラスであることを特徴とする。

【００３１】このように、石英ガラス中には塩素が含有
していない。このため、この石英ガラスの紫外光に対す
る耐久性は高い。また、石英ガラス中の炭素含有量は１
０ｐｐｍ以下と少ない。このため、炭素が不純物となり
紫外光領域における透過率が低下することはない。ま
た、この石英ガラスは、炭素含有量が１０ｐｐｍ以下と
なるように合成されたものであるため、内部に泡が生成
しておらず、光学的に均一である。

【００３２】

【実施例】以下、図を参照して、この出願に係る発明の
実施例について説明する。以下の説明に用いる各図にお
いて、各構成成分は、この発明が理解出来る程度に、そ
の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに
すぎない。なお、以下の説明中で挙げる使用材料及びそ
の量、処理時間、処理温度などの数値的条件は、これら
発明の範囲内の好適例にすぎない。従って、この出願に
係る発明が、これら条件にのみ限定されるものではない
ことは理解されたい。

【００３３】特に、以下の各実施例では、ケイ素化合物
として有機ケイ素化合物を用い、火炎として酸水素火炎
を用いる例について示しているが、この出願に係る発明
が、このような場合にのみ限定されるものではないこと
は理解されたい。

【００３４】１．第１実施例図１は、この実施例で使用した石英ガラス合成装置の構
成を示す概略図である。図１中には、バーナーの火炎噴
出口から火炎が生じており、ターゲット上には石英ガラ
スのインゴットが形成されている場合について示してい
る。

【００３５】図１に示すように、石英ガラス合成装置１
００は、バーナー１０と、ターゲット１２と、反応容器
１４と、原料容器１６と、液体用マスフローメーター１
８と、霧化装置２０と、第１〜第８の配管２４ａ〜２４
ｈとから構成されている。

【００３６】バーナー１０は、火炎噴出口１０ａに燃焼
ガスが供給されるように構成されている。また、火炎噴
出口１０ａに供給された燃焼ガスを燃焼して火炎噴出口
１０ａから反応容器１４の内部に向かって生成した火炎
２６中に、キャリアガスにより搬送された液体原料が導
入されるように構成されている。

【００３７】ターゲット１２は、耐熱性基板から成って
いて、反応容器１４中に、バーナー１０に対向して設け
られている。そして、火炎２６中に原料が導入され、こ
の原料が加水分解して二酸化ケイ素を生成する。生成さ
れた二酸化ケイ素はターゲット１２上に堆積してガラス
化し石英ガラスのインゴット２８となる。図１中、符号
３０はターゲット１２を支える支持柱を示している。

【００３８】反応容器１４は、耐火物から成っている。
そして、この反応容器１４は、ターゲット１２の前後左
右及び上部の５面を囲むように構成されている。ただ
し、ターゲット１２の上部に位置する面はバーナー１０
の火炎噴出口１０ａの周囲を取り囲むように構成されて
いる。また、ターゲット１２の位置よりわずかに下方の
位置には、キャリアガスや未反応の原料などを反応容器
１４の外部に排出するための排気口３２が設けられてい
る。なお、この反応容器１４の周囲は金属製の容器（図
示せず）で取り囲まれており、この反応容器１４と金属
製の容器とで、合成炉が構成されている。

【００３９】霧化装置２０は、原料容器１６から圧送さ
れてきた液体原料が先端の絞られている細管に導入さ
れ、そこから押し出されることにより所定の粒径の液滴
に分散するように構成されている。また、細管を交換す
ることにより、液滴の粒径を変更可能となっている。な
お、ここで粒径といっているが、液滴の形状は、球形に
何ら限定されるものではなく、他の形状をなしていても
良い。

【００４０】第１の配管２４ａは、原料を圧送するため
のガス（原料圧送用ガス）を原料容器１６の内部に所定
の圧力で供給するために、その端が原料容器１６の内部
において液体原料３４の上側の空間まで達するように構
成されている。

【００４１】第２の配管２４ｂは、原料を原料容器１６
の外部に圧送するために、その端が原料容器１６の内部
において液体原料３４の内部まで達するように構成され
ている。

【００４２】このような石英ガラス合成装置１００を用
いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料として
石英ガラスを合成する場合、先ず、燃焼ガスとしての酸
素を第７の配管２４ｇを通して２５〜３０ｌ／ｍｉｎ
（リットル／分）の流量でバーナ１０の火炎噴出口１０
ａに供給し、また燃焼ガスとしての水素を第８の配管２
４ｈを通して５０〜６０ｌ／ｍｉｎの流量でバーナ１０
の火炎噴出口１０ａに供給した。そして、燃焼ガスを燃
焼して火炎噴出口１０ａから反応容器１４の内部に向か
って酸水素火炎２６を発生させた。

【００４３】その後、原料圧送用ガスとしてのヘリウム
ガスを第１の配管２４ａを通して原料容器１６の内部に
約３ｋｇＧ／ｃｍ² の圧力で供給した。このとき、原料
容器１６内に蓄えられている液状の原料が第２の配管２
４ｂ、液体用マスフローメーター１８、第３の配管２４
ｃ、霧化装置２０、第４および第６の配管２４ｄおよび
２４ｆを順に通って火炎２６中に導入された。その際、
原料の流量を液体用マスフローメーター１８により５ｇ
／ｍｉｎとなるように制御した。また、原料を、霧化装
置２０により粒径１００メッシュの液滴（粒径２５０μ
ｍの液滴）に分散した。ここで、キャリアガスとしての
ヘリウムガスを第５および第６の配管２４ｅおよび２４
ｆを通して５ｌ／ｍｉｎの流量でバーナ１０の火炎噴出
口１０ａに供給したため、第６の配管２４ｆから火炎２
６中への原料の導入は、キャリアガスで粒径１００メッ
シュの液滴（粒径２５０μｍの液滴）を搬送することに
より行なわれた。

【００４４】このような酸水素火炎２６中への原料の導
入を４時間続けることにより、ターゲット１２上に石英
ガラスのインゴット２８を形成した。

【００４５】以上のようにして石英ガラスを合成したた
め、原料を予め沸点以上の温度に加熱する必要がなかっ
た。また、原料としてテトラエトキシシランを用いたた
め、合成された石英ガラスの紫外光に対する耐久性が高
く、また、排気ガスとして有害物質や腐食性物質が生成
することはなかった。

【００４６】また、形成された石英ガラスのインゴット
からガラス片を切り出し、それを燃焼法により分析した
ところ、炭素含有量は検出限界（すなわち１０ｐｐｍ）
以下であった（以下の実施例および比較例において同様
の方法により炭素含有量を測定した。）。ここで、燃焼
法とは、切り出したガラス片を粉砕して得られるガラス
粉中に助燃剤としてＣｕ粉末を加えた後、酸素気流中で
燃焼させ、発生したガスを吸収剤で補集し、この吸収剤
を試料として用いてＩＲ測定を行って炭素含有量を求め
る方法である。

【００４７】また、形成された石英ガラスのインゴット
の表面を目視したところ、泡の発生が見られなかった。

【００４８】また、形成された石英ガラスのインゴット
の重量は２０７ｇであった。従って、捕捉率は６０％で
ある。

【００４９】２．第２実施例この実施例では、原料としてヘキサメチルジシロキサン
（ＨＭＤＳ）を用いた他は、第１実施例と同様な方法に
より石英ガラスを合成した。

【００５０】以上のようにして石英ガラスを合成したた
め、原料を予め沸点以上の温度に加熱する必要がなかっ
た。また、原料としてヘキサメチルジシロキサンを用い
たため、合成された石英ガラスの紫外光に対する耐久性
が高く、また、排気ガスとして有害物質や腐食性物質が
生成することはなかった。

【００５１】合成された石英ガラスの炭素含有量は検出
限界（すなわち１０ｐｐｍ）以下であった。

【００５２】また、形成された石英ガラスのインゴット
の表面を目視したところ、泡の発生が見られなかった。

【００５３】また、形成された石英ガラスのインゴット
の重量は６２２ｇであった。従って、捕捉率は７０％で
ある。

【００５４】３．第３実施例この実施例では、原料を粒径１０００メッシュの液滴
（粒径２５μｍの液滴）に分散した他は、第１実施例と
同様な方法により石英ガラスを合成した。

【００５５】以上のようにして石英ガラスを合成したた
め、原料を予め沸点以上の温度に加熱する必要がなかっ
た。また、原料としてテトラエトキシシランを用いたた
め、合成された石英ガラスの紫外光に対する耐久性が高
く、また、排気ガスとして有害物質や腐食性物質が生成
することはなかった。

【００５６】合成された石英ガラスの炭素含有量は検出
限界（すなわち１０ｐｐｍ）以下であった。

【００５７】また、形成された石英ガラスのインゴット
の表面を目視したところ、泡の発生が見られなかった。

【００５８】また、形成された石英ガラスのインゴット
の重量は１７３ｇであった。従って、捕捉率は５０％で
ある。

【００５９】４．第１比較例この比較例では、原料を粒径１０メッシュの液滴（粒径
２５４０μｍの液滴）に分散した他は、第１実施例と同
様な方法により石英ガラスを合成した。

【００６０】合成された石英ガラスの炭素含有量は１０
００ｐｐｍであった。

【００６１】また、形成された石英ガラスのインゴット
の表面を目視したところ、泡の発生が多数確認された。
また、合成された石英ガラスのインゴットの表面にすす
が発生していることも確認された。

【００６２】また、形成された石英ガラスのインゴット
の重量は１２１ｇであった。従って、捕捉率は３５％で
ある。

【００６３】５．第２比較例この比較例では、原料を粒径１５００メッシュの液滴
（粒径１７μｍの液滴）に分散した他は、第１実施例と
同様な方法により石英ガラスを合成した。

【００６４】しかし、ターゲット１２上には石英ガラス
がほとんど積層しておらず、石英ガラスのインゴットは
形成されなかった。このため、石英ガラスのインゴット
の表面に泡が発生しているかどうかを確認することがで
きず、また、炭素含有量の測定も行わなかった。

【００６５】ただし、わずかであるがターゲット１２上
に合成されている石英ガラスの重量を測定したところ、
１７ｇの石英ガラスが合成されていた。従って、捕捉率
は５％である。

【００６６】６．実施例と比較例との比較上述した各実施例および各比較例における原料の種類、
液滴の粒径、合成された石英ガラスの炭素含有量、形成
された石英ガラスのインゴット表面での泡の発生の有無
および捕捉率について、以下に掲げる表１にまとめて示
した。

【００６７】

【表１】

【００６８】第１〜第３実施例と第１比較例とを比較し
た場合、炭素含有量については、第１〜第３実施例のい
ずれの場合も１０ｐｐｍ以下であったのに対し、第１比
較例の場合は１０００ｐｐｍであった。また、インゴッ
ト表面での泡の発生の有無につては、第１〜第３実施例
のいずれの場合も泡の発生が見られなかったのに対し、
第１比較例の場合は泡の発生が多数確認された。また、
捕捉率については、第１〜第３実施例の場合も５０〜７
０％であったのに対し、第１比較例の場合は３５％であ
った。

【００６９】以上の相違は、第１〜第３実施例の場合に
は、火炎中に導入された液滴の大部分が火炎中で反応す
るのに対し、第１比較例の場合には、液滴の粒径が大き
いため火炎中に導入された液滴が火炎中で反応しにくく
なり、液滴がインゴット表面に到達することに起因す
る。このことは、第１比較例で合成された石英ガラスの
インゴットの表面にすすが発生していることからも理解
できる。

【００７０】また、第１〜第３実施例と第２比較例とを
比較した場合、捕捉率については、第１〜第３実施例の
場合は５０〜７０％であったのに対し、第２比較例の場
合は５％であった。

【００７１】以上の相違は、第１〜第３実施例の場合に
は、火炎中に導入された液滴の大部分が火炎中で反応す
るのに対し、第２比較例の場合には、液滴の粒径が小さ
いため火炎中に導入された液滴が火炎の外部に分散し反
応に寄与しなくなり、また、加水分解させることにより
生成した二酸化ケイ素が微細となるためガラス化せずに
合成炉の外部に排出されたりすることに起因する。

【００７２】従って、炭素含有量が１０ｐｐｍ以下の場
合には合成された石英ガラスの紫外光領域における透過
率は高く、泡の発生が少ない場合には合成された石英ガ
ラスの光学的性質は均一であることから、第１〜第３実
施例に示す合成方法により石英ガラスを合成する場合に
は、紫外光領域における透過率が高く、光学的性質が均
一な石英ガラスを合成することができることが理解でき
る。また、第１〜第３実施例に示す合成方法により石英
ガラスを合成する場合には、捕捉率を高くして石英ガラ
スを製造することができることが理解できる。

【００７３】なお、炭素含有量が１０ｐｐｍ以下の場
合、合成された石英ガラスの紫外光領域における透過率
が高いという点については、以下に示す透過率の測定結
果から明らかである。図２は石英ガラスの透過率の波長
依存性の測定結果であり、縦軸に透過率（％）を取り、
横軸に波長を取って示している。透過率の波長依存性の
測定は炭素含有量が１０ｐｐｍ以下、７５ｐｐｍおよび
２２０ｐｐｍである３種類の試料に対して行った。図
中、曲線ａが炭素含有量が１０ｐｐｍ以下の試料に対す
る測定結果であり、曲線ｂが炭素含有量が７５ｐｐｍの
試料に対する測定結果であり、曲線ｃが炭素含有量が２
２０ｐｐｍの試料に対する測定結果である。それぞれの
試料は原料としてテトラエトキシシランを用い、上述し
た石英ガラス合成装置により炭素含有量が所定の値とな
るように形成したインゴットから直径３０ｍｍ、厚さ１
０ｍｍのペレットを切り出し、その両面を光学研磨した
ものである。透過率の測定には、分光光度計（Ａａｒｉ
ａｎ社製、Ｃａｒｙ（型番））を使用した。

【００７４】図２に示す透過率の波長依存性の測定結果
から理解できるように、波長が２５０ｎｍより大きい領
域では炭素含有量により透過率の差は見られなかった
が、２５０ｎｍより小さくなると炭素含有量が１０ｐｐ
ｍ以下の場合とその他の場合とで透過率の差が生じ、２
００ｎｍ付近で透過率の差が急激に広がる。

【００７５】また、炭素含有量が１０ｐｐｍ以下の場合
の透過率の波長依存性は、四塩化ケイ素を原料として用
いて合成した従来の石英ガラスの透過率の波長依存性と
同じである。

【００７６】従って、炭素含有量が１０ｐｐｍ以下の場
合、合成された石英ガラスの紫外光領域、特に波長が２
００ｎｍより小さい領域における透過率が高いことが理
解できる。

【００７７】この発明は上述した各実施例に限定される
ものではないことは明らかである。例えば、上述した各
実施例では、原料の流量が５ｇ／ｍｉｎとなるように制
御したが、原料の流量が１０ｇ／ｍｉｎ以下であれば流
量の大きさに関係なく上述した各実施例と同様な効果を
得ることができる。

【００７８】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の紫外光用石英ガラスによれば、塩素を含有して
いないため、紫外光に対する耐久性が高い。また、炭素
含有量が１０ｐｐｍ以下と少ないため、紫外光領域にお
ける透過率が高い。また、この石英ガラスは、炭素含有
量が１０ｐｐｍ以下となるように合成されたものである
ため、内部に泡が生成しておらず、光学的に均一であ
る。

【００７９】また、上述した説明からも明らかなよう
に、この発明の紫外光用石英ガラスの合成方法によれ
ば、液状のケイ素化合物を液滴に分散させた後、火炎中
に導入するため、原料を予め沸点以上の温度に加熱する
ことなく紫外光用石英ガラスを合成することができる。

【００８０】ここで、有機ケイ素化合物を原料とする場
合には、原料中に塩素が含まれていないため、紫外光に
対する耐久性が高い紫外光用石英ガラスを合成すること
ができる。さらに、排気ガスとして有害物質や腐食性物
質を生成することなしに紫外光用石英ガラスを合成する
ことができる。

【００８１】有機ケイ素化合物の中でも、テトラアルコ
キシシラン、アルキルシクロシロキサンおよびアルキル
シロキサンは容易に入手することができるという利点が
あり、特に、アルキルシクロシロキサンおよびアルキル
シロキサンは一分子中に複数個のケイ素が存在するた
め、紫外光用石英ガラスの合成効率が向上するという利
点がある。

【００８２】また、ここで、原料として有機ケイ素化合
物を用い、液滴の粒径を２５〜２５０μｍとすると、未
反応の原料に起因する炭素が石英ガラス中に取り込まれ
ることは少なくなるため、紫外光領域における透過率が
高い紫外光用石英ガラスを合成することができる。さら
に、水蒸気や二酸化炭素などが泡となって石英ガラス中
に取り込まれることも少なくなるため、光学的性質が均
一である紫外光用石英ガラスを合成することができる。
また、さらに火炎中に導入された液滴の大部分が火炎中
で反応してしまうし、かつ火炎中に導入された液滴が火
炎の外部に分散したり、生成した二酸化ケイ素が合成炉
の外部に排出されたりすることも少なくなるため、捕捉
率や生産性を高くして紫外光用石英ガラスを合成するこ
とができる。

【００８３】また、ここで、火炎として酸水素火炎を用
いた場合、燃焼ガスに起因する炭素が石英ガラス中に取
り込まれることはないため、紫外光領域における透過率
が高い紫外光用石英ガラスを合成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】石英ガラス合成装置の構成を示す概略図であ
る。

【図２】透過率の波長依存性の測定結果である。

【符号の説明】

１０：バーナ１０ａ：火炎噴出口１２：ターゲット１４：反応容器１６：原料容器１８：液体用マスフローメーター２０：霧化装置２４ａ〜２４ｈ：第１〜第８の配管２６：火炎２８：インゴット３０：支持柱３２：排気口３４：液体原料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液状の有機ケイ素化合物を酸水素火炎中
に導入して該酸水素火炎中で加水分解させることにより
生成した二酸化ケイ素をガラス化させることにより合成
された、塩素非含有でかつ炭素含有量が１０ｐｐｍ以下
の石英ガラスであることを特徴とする紫外光用石英ガラ
ス。
【請求項２】液状のケイ素化合物を火炎中に導入して
該火炎中で加水分解させることにより生成した二酸化ケ
イ素をガラス化させて紫外光用石英ガラスを合成するに
当たり、前記ケイ素化合物を、液滴に分散させた後、前記火炎中
に導入することを特徴とする紫外光用石英ガラスの合成
方法。
【請求項３】請求項２に記載の紫外光用石英ガラスの
合成方法において、前記ケイ素化合物を、有機ケイ素化
合物としたことを特徴とする紫外光用石英ガラスの合成
方法。
【請求項４】請求項２に記載の紫外光用石英ガラスの
合成方法において、前記ケイ素化合物を、テトラアルコ
キシシランとしたことを特徴とする紫外光用石英ガラス
の合成方法。
【請求項５】請求項２に記載の紫外光用石英ガラスの
合成方法において、前記ケイ素化合物を、アルキルシク
ロシロキサンとしたことを特徴とする紫外光用石英ガラ
スの合成方法。
【請求項６】請求項２に記載の紫外光用石英ガラスの
合成方法において、前記ケイ素化合物を、アルキルシロ
キサンとしたことを特徴とする紫外光用石英ガラスの合
成方法。
【請求項７】請求項２に記載の紫外光用石英ガラスの
合成方法において、前記液滴の粒径を、２５〜２５０μ
ｍとしたことを特徴とする紫外光用石英ガラスの合成方
法。
【請求項８】請求項２に記載の紫外光用石英ガラスの
合成方法において、前記火炎を、酸水素火炎としたこと
を特徴とする紫外光用石英ガラスの合成方法。