JPH11512383A - 溶融シリカガラスを製造するためのブール振動パターン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶融シリカブールのオフ軸均質性を改良するための振動／回転パターンが提供される。このパターンは、Δｎ_striaeのΔｚ_striaeに対する比を減少させることによって、周期的オフ軸脈理の光学的効果を低下させる（但し、Δｎ_striaeは脈理の平均ピーク〜谷の大きさであり、そしてΔｚ_striaeはその平均ピーク〜ピーク周期である）。この振動／回転パターンは、長い繰り返し周期を有し、スート生成バーナーがブールの表面上に実質的に螺旋形状のパターンを描くようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 溶融シリカガラスを製造するためのブール振動パターン 発明の分野 本発明は、溶融シリカガラスの製造、特に、このようなガラスの均質性を改良 するための、即ち、ガラスの屈折率に於ける変動を減少させるための方法に関す る。技術の説明 図１は、溶融シリカガラスを製造するための先行技術の炉１０を示す。概説す ると、ケイ素含有ガス分子は火炎中で反応して、ＳｉＯ₂スート粒子を形成する 。これらの粒子は回転する素地の熱い表面上に付着し、そこでこれらは非常に粘 稠な流体に圧密（consolidate）され、これは後でガラス（固体）状態まで冷却 される。当該技術分野に於いて、この形式のガラス製造方法は、蒸気相加水分解 ／酸化方法又は単に火炎加水分解方法として知られている。付着した粒子によっ て形成された素地は、しばしば「ブール(boule)」と呼ばれ、この用語を本明細 書で使用し、この用語には、火炎加水分解方法によって形成された全てのシリカ 含有素地が含まれることが理解される。 炉１０には、多数の付着バーナー１４を有するクラウン１２、このクラウンを 支持するリング壁１６及びｘ−ｙ振動テーブル２０の上に装着された回転可能な ベース１８が含まれている。クラウン、リング壁及びベースはそれぞれ、耐火材 料から製造されている。 耐火ブロック２２がベース１８の上に装着されて、閉じ込め容器(containment vessel)１３を形成している。このブロックはこの容器の閉じ込め壁を形成し、 この壁によって取り囲まれたベース１８の部分（容器の底）は、初期のスート粒 子を集める高純度のベイトサンド(bait sand)２４で覆われている。耐火ブロッ ク２２は、外側のアルミナベースのブロック２２ａ及び例えば、ジルコニア又は ジルコンから製造された内側ライナー２２ｂからなっていてよい。勿論、所望に より、他の耐火材料及び構造物を使用することができる。本発明で使用するため に 適している、閉じ込め容器１３のための好ましい構造物は、同一人に譲渡された 、John E．Maxonの名前で1995年9月12日付けで出願された米国特許出願第60/003 ,608号、発明の名称「溶融シリカガラスを製造するための閉じ込め容器」に記載 されている。 閉じ込め容器１３の頂部とクラウン１２との間の空間２６（本明細書に於いて は、「プレナム」と言う）は、リング壁１６の頂部の、クラウンとのその接合部 に形成された複数個のベント２８によって通気されている。このベントは、プレ ナム中に負圧を作る導管によって適当な排気システムに接続されている。負圧に よって、空気が、リング壁と閉じ込め容器との間の環状の隙間３０を通って上方 に流される。閉じ込め容器の周りの空気流に於ける変動を制御する、本発明の実 施で使用することができる炉システムは、同一人に譲渡された、Paul M．Scherm erhornの名前で1995年9月12日付けで出願された米国特許出願第60/003,595号、 発明の名称「溶融シリカガラスを製造するための炉」に記載されている。 商業的に実施するとき、略５フィート（１．５メートル）の直径及び略５〜８ インチ（１３〜２０ｃｍ）の厚さを有するブールが、図１に示す形式の炉を使用 して製造することができる。多数のブランクがこのようなブールから切断され、 レンズ（マイクロリソグラフィーシステム用のレンズを含む）、プリズム等々の ような光学要素を含む種々の製品を製造するために使用される。このブランクは 一般的に、炉１０内でのブールの回転軸に平行である方向で切断され、このよう なブランクから製造されたレンズ要素の光学軸も一般的に、ブールの回転軸に平 行である。参照を容易にするために、本明細書に於いて、この方法を「ｚ方向」 又は「ｚ軸」と言う。ｚ軸に対して垂直の方向で行った不均質性の測定は、「オ フ軸」測定と言う。 許容できるブランクの屈折率に於ける変動の量は、ブランクから製造されるべ き製品に依存する。ブランク又は光学要素の均質性は、通常、干渉計技術を使用 して測定される。大きい部品を製造しなくてはならないとき、大アパーチャー干 渉計、例えば、１８インチ（４６ｃｍ）のアパーチャーを有する干渉計が使用さ れる。 図２は、本発明により製造した溶融シリカブールについての１７．３インチ （４３．９ｃｍ）干渉計プロット（相プロット(phase plot)）を示す。このブー ルは、（１）図１に示す形式の炉、（２）その内側壁が垂直に対して１０°の角 度で傾斜している閉じ込め容器及び（３）以下、「プロセス３」として以下に参 照する振動／回転パターンを使用して製造した。 定量的に、ブランクのｚ方向均質性はそのΔｎ値として表わされ、これは、式 ： Δｎ＝（λ・ＰＶ）／ｔ_b （１） （但し、λは干渉計によって使用された光の波長であり、ＰＶは相プロットの最 高ピークと最低谷との間の差であり、そしてｔ_bはブランクの厚さである） を使用して干渉計プロットから計算される。ブランクの均質性はまた、ブランク の異なった点の間のｎに於ける変動の尺度を与える、相プロットの根平均二乗（ ＲＭＳ）偏差の項でのような他の方法で表すこともできる。例えば、1994年11月 4日公開の特開平6-308717号を参照されたい。 非常に低いΔｎの値（例えば、１２５ｍｍ以上の直径を有するブランクについ て１．０×１０^-6以下、好ましくは０．５×１０^-6以下のΔｎ値）を必要とする 溶融シリカブランクの用途は、マイクロリソグラフィーシステムのための光学要 素の製造にある。 マイクロリソグラフィーシステムは、集積回路を製造するために使用され、こ れには一般的に、深(deep)ＵＶレーザー光源、照射レンズシステム及び投映（画 像形成）レンズシステムが含まれる。例えば、Pfau他、「回折制限深紫外画像形 成に於ける石英不均質性効果(Quartz inhomogeneity effects in diffraction-l imited deep ultraviolet imaging)」、Applied Optics、31巻、31号、6658-666 1頁（1992年11月1日）を参照されたい。この照射レンズシステムは、レーザービ ームを拡大し、その強度を均質化する。投映レンズシステムはレジストカバーし たＩＣウエーハの上にマスクの非常に高い解像度の画像を投映する。 回折効果は、ＩＣウエーハで作られる線幅を制限し、そうしてウエーハの上に 書くことができる回路の密度を制限する。特に、ウエーハでの解像度（Ｒ）は、 Ｒ＝Ｋ・λ_L／ＮＡ （２） （但し、Ｋは、その値が、使用される特定のシステム及び方法に依存する定数で あり、λ_Lはレーザー光源の作動波長であり、そしてＮＡは投映レンズシステム の開口数である） によって与えられる。 それで、レーザー光の波長を短くすることによって、解像度が改良され、ウエ ーハの上により細い線を書くことが可能になる。従って、近年に於いては、より 短い波長のレーザー、例えば、４００ｎｍ以下の波長を有するレーザーが、マイ クロリソグラフィーシステムで使用されるようになってきている。このようなレ ーザーの例には、それぞれ２４８ｎｍ及び１９３ｎｍで作動するＫｒＦ及びＡｒ Ｆエキシマーレーザーが含まれる。 これらの短い（ＵＶ）波長で、標準的光学ガラスは、その高い吸収のためにこ のシステムの光学要素用に使用することができない。他方、溶融シリカガラスは ＵＶ範囲で透過性であり、それでこの応用のための選択材料になってきた。 ミクロリソグラフィーシステムの目標は、サブミクロン範囲内の解像度を有す る画像を作ることであるので、このようなシステムで使用されるレンズ要素及び それでこのレンズ要素を製造するために使用されるレンズブランクは、最高品質 のものでなくてはならない。他の性質の中で、このようなレンズブランクは、例 えば、１センチメートル当たり約９９．８％±０．１％を越える高い内部透過値 、介在物の低いレベル、小さい複屈折、小さい蛍光及びＵＶ波長でのレーザー損 傷に対する高い耐性を有していなくてはならない。 ｎに於ける制御されない変動は、ＩＣウエーハで作られる画像に於ける修正不 可能な収差として表れるので、非常に重要なものはブランクのΔｎ値である。更 に、前記の式（２）から、高解像度を得るために、大きいＮＡ値が必要である。 続いて、大きいＮＡは大きいレンズ要素を意味する。従って、Δｎは小さくなく てはならないのみならず、これは大きいブランクサイズについて小さくなくては ならない。 低いΔｎ値と大きいブランクサイズとのこの組合せを達成するためになされて きた努力の例には、Yamagata他の米国特許第5,086,352号、1993年1月7日公開の ＰＣＴ公開第WO 93/00307号、1993年5月14日公開の特開平5-116969号、1994年7 月14日公開の特開平6-166527号、1994年8月23日公開の特開平6-234530号及び199 4年 8月23日公開の特開平6-234531号が含まれる。 大きいブランクサイズのための小さいΔｎ値に加えて、マイクロリソグラフィ ーシステムで使用される光学要素は、再び大きいブランクサイズについて、高い オフ軸均質性を有する必要がある。例えば、三方向での均質性の必要性を述べて いる、1993年4月20日公開の特開平5-97452号を参照されたい。このことは、この ようなシステムで使用されるプリズム要素のために特に重要であり、この場合、 光学平面はブランクのｚ方向に対して角度を付けて形成されている。（前記引用 したPfau他の論文で、ミクロリソグラフィーシステム以外の応用で使用されるプ リズム及びその他の光学要素について、オフ軸均質性も重要であることが指摘さ れていることを参照されたい。） オフ軸均質性は、点光源からの発散光をサンプルに通過させ、得られる像を観 察スクリーン上で観察する、シャドーグラムを使用することによるもの及びコリ メートされた光をサンプルに通過させ、遠視野回折像を長焦点レンズのフーリエ 変換平面で観察する回折基準法（「溶融シリカの脈理についてのコーニング試験 (Corning Tests for Striae in Fused Silica)」、Laser Focus World、110頁、 1993年8月を参照されたい）によるものを含む、種々の方法で観察及び／又は測 定することができる。 オフ軸不均質性を測定するための好ましい方法は、対象の不均質性を検出する ために十分に微細な空間解像度、例えば、１８〜２０ピクセル／ガラスのｍｍの 空間解像度を有する干渉計／カメラシステムの手段によるものである。このよう な解像度は、高解像度のカメラを使用することにより又は干渉計とサンプルの間 に配置されたビームレデューサー(beam reducer)を使用することにより得ること ができるが、この後者のアプローチは、一度にブランク又は光学要素の小部分し か試験できないと言う欠点を有している。オフ軸不均質性をノイズから区別する ために、干渉計信号の処理を、同一人に譲渡された、David R．Fladd及びStephe n J．Rieksの名前で1995年9月12日付けで出願された米国特許出願第60/003,607 号、発明の名称「脈理の検出方法」に記載されている方法に従って実施すること ができる。 前記の形式の方法を使用して、周期的（シヌソイド）脈理の形でのオフ軸不均 質性が、図１に示される形式の炉を使用して製造されたブランクについて観察さ れた。図３は、先行技術の振動／回転パターン及び図１に示される形式の炉を使 用して製造されたブランクについてのオフ軸相プロットである。約０．５ミリメ ートルの平均ピーク〜ピーク周期を有する強い周期的オフ軸不均質性を、この図 に於いて明瞭に見ることができる。 定量的に、このような脈理は、１０×１０^-8付近のδｎ値を有することが見出 された。ここで、 δｎ＝（λ・ＰＶ）／ＰＬ （３） （但し、λは干渉計によって使用された光の波長であり、ＰＶは脈理について干 渉計によって作られた、相プロットの最高ピークと最低谷との間の差であり、そ してＰＬはブランクを通過するオフ軸路長である） である。 本発明は、同時にｚ方向での高レベルの均質性を維持しながら、このオフ軸不 均質性を減少させることに関する。特に、本発明は、脈理の平均ピーク〜ピーク 周期（間隔）（Δｚ_striae）を増加させること並びにそれらの平均ピーク〜谷の 大きさ（Δｎ_striae）を少なくともある程度まで減少させることに関する。この 方法で、これらの平均値の比、即ちΔｎ_striae／Δｚ_striae比を減少させること ができ、それは脈理の光学的効果を低下させる。発明の要約 前記のことに鑑みて、本発明の目的は、火炎加水分解方法によってシリカ含有 ブールを製造するための改良された方法を提供することである。特に、本発明の 目的は、このようなブールのオフ軸均質性を改良し、そうしてブランク並びにそ れから製造されたプリズム及びレンズ要素を含む、光学要素のオフ軸均質性を改 良することである。本発明の別の目的は、高いオフ軸均質性、高いｚ軸均質性及 び大きいサイズを有するブランク及び光学要素を提供することである。 本発明により、ブールのオフ軸均質性並びにそれでブランク及びこれから製造 された光学要素のオフ軸均質性が、ブールを製造するために使用される振動パタ ーンの二つの面に依存することが見出された。 第一の面は、振動パターンの繰り返し周期、即ち、ブールについて、実質的に 同じ速度で実質的に同じ方向に進む、炉内の実質的に同じ場所に戻る時間の周期 である。本発明により、干渉計によって測定されたときΔｚ_striaeは、繰り返し 周期に対して実質的に直線的に関係している。即ち、繰り返し周期が増加すると き、Δｚ_striaeが増加する。次いで、Δｚ_striaeに於ける増加は、Δｎ_striae／ Δｚ_striae比に於ける減少を意味し、これは、前記のように、脈理の光学効果が 低下することを意味している。 特に、約８分間、好ましくは約１０分間より長い繰り返し周期を有する振動パ ターンを、ブール製造方法で使用する場合、オフ軸周期的脈理を著しく減少させ ることができることが見出された。 更に、繰り返し周期の間に付着されたガラスの物理的量と、観察されたΔｚ_{st riae} との間の実質的な差異が存在することが見出された。即ち、Δｚ_striaeは、 繰り返し周期の間に付着されたガラスの厚さよりも略１０〜１５倍大きい。本発 明のこの面により、振動パターンの繰り返し周期は、少なくとも約０．１５ｍｍ のガラス、好ましくは約０．２０ｍｍのガラスの付着に相当するように選択され る。 オフ軸周期的脈理に影響を与える振動パターンの第二の面は、炉のバーナーに 対するブールの総回転に対するパターンの関係である。本発明により、振動パタ ーン及び総回転速度が、バーナーがブール上で実質的に螺旋形の行路を移動する ように選択される場合、周期的オフ軸脈理を実質的に減少させることができるこ とが見出された。 本発明のこの面により、更に、純粋な螺旋を使用するとオフ軸脈理が減少する が、ｚ軸均質性が犠牲になることが見出された。従って、本発明の或る好ましい 態様によれば、螺旋形行路は、Δｎを許容できる限界内に保持するための少なく とも幾らかのぐらつきが与えられている（このような行路は、本明細書では、「 実質的に螺旋形の行路」又は「螺旋状行路」と言う）。更に、前記参照した特許 出願、発明の名称「溶融シリカガラスを製造するための閉じ込め容器」に記載さ れている処理条件及び閉じ込め容器を、ｚ軸均質性の必要なレベルを与えるため に、螺旋形又は螺旋状パターンと共に使用することができる。一般的な用語で、 この特許出願の方法及び装置は、 （１）ブール形成工程の間に十分に高いブール温度を維持して、ブールがそれ 自身の重量の下で、最小のヘッド高さで、特に、ガラスの、約５．０ｍｍ以下、 好ましくは約０．１２５インチ（３．２ｍｍ）以下のヘッド高さで半径方向に流 れるようにすること、 （２）その内半径ｒ_vが、ブールを形成するために使用される付着バーナーの 最も外側のものの半径ｒ_bよりも実質的に大きい、例えば、ｒ_vのｒ_bに対する比 が少なくとも約１．１である閉じ込め容器内で、ブールを形成すること、及び／ 又は （３）その垂直高さｈが、容器の中心からの距離ｄが増加すると共に、約３以 下である比率Δｈ／Δｄで増加する、内側閉じ込め壁又は壁群を有する閉じ込め 容器内でブールを形成すること を備えている。 本発明の手段により、１２５ｍｍ以上、好ましくは１５０ｍｍ以上、最も好ま しくは２００ｍｍ以上のブランク（要素）サイズ（例えば、円筒形ブランクにつ いて直径）について、約２．０×１０^-8ｍｍ^-1以下、好ましくは約１．５×１０^-8 ｍｍ^-1以下のΔｎ_striae／Δｚ_striae値及び１．０×１０^-6以下、好ましくは ０．５×１０^-6以下のｚ軸均質性値（Δｎ値）を有するブランク及び光学要素を 製造することができる。０．５×１０^-6以下のｚ軸均質性値を達成するために、 前記参照した特許出願、発明の名称「溶融シリカガラスを製造するための閉じ込 め容器」の装置及び方法が、一般的に必要であろう。使用する試験装置の能力に 依存して、Δｎ_striae／Δｚ_striae及びΔｎ規準の満足度は、全体としてブラン ク若しくは要素を試験することにより又はそれらの代表的断面を試験することに よって決定することができる。Δｎ_striae／Δｚ_striae比についての値は、相プ ロット又は好ましくはそれから誘導されるプロフィール線を使用し、手動で又は コンピュータにより自動的に決定することができる。前記参照した特許出願、発 明の名称「脈理の検出方法」、特にこの特許出願の図１１の検討を参照されたい 。図面の簡単な説明 図１は、火炎加水分解方法を使用して溶融シリカブールを製造するために使用 された先行技術の炉の概略線図である。 図２は、本発明によって製造した溶融シリカブールの断面についての、１７． ３インチ（４３．９ｃｍ）干渉計相プロットを示す。この相プロットは、ブール のｚ軸に沿ってとった。図示されるように、ＰＳＴ、ＴＬＴ及びＰＷＲ成分は、 元の生データから除去されている（ＺＹＧＯ用語、Zygo Corporation、コネチカ ット州、Middlefield）。 図３、４及び５は、図１に示される形式の先行技術の炉及びその内側壁が垂直 に対して１０°の角度で傾斜している閉じ込め容器を使用して製造したブランク についてのオフ軸相プロットである。これらのブランクを製造する際に使用した ブール振動及び回転パラメーターは、プロセス１（図３）、プロセス２（図４） 及びプロセス３（図５）として表１に参照したものである。これらの図の相プロ ットは、干渉計とサンプルの間にビームレデューサーを使用して作成し、それで 僅かに約６．５ｍｍのアパーチャーを有する。前記参照した特許出願、発明の名 称「脈理の検出方法」のデータ解析方法は、これらのプロットの作成では使用し なかった。図示されるように、ＰＳＴ及びＴＬＴ成分は、これらの図のそれぞれ について生データから除去されている。 一方で図２並びに他方で図３、４及び５に於ける垂直目盛は、水平目盛と同様 に異なっており、特に図３、４及び５は、図２に比較して垂直方向及び水平方向 の両方で拡大した目盛を有することに注目すべきである。 図６Ａ、７Ａ及び８Ａは、それぞれ、プロセス１、２及び３についてのｘ（ｔ ）対ｔのプロットである。図６Ｂ、７Ｂ及び８Ｂは、それぞれ、再びプロセス１ 、２及び３についてのｙ（ｔ）対ｔのプロットである。 図９Ａ、１０Ａ及び１１Ａは、それぞれ、３００秒でのプロセス１、２及び３ についての「スピログラム(spirogram)」である。図９Ｂ、１０Ｂ及び１１Ｂは 、７００秒での対応するスピログラムである。 図１２は、図９〜１１を作成する際に使用されたバーナー配置の概略図である 。 明細書に含められ、そして明細書の構成部分である上記の図面は、本発明の好 ましい態様を示し、この説明と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。勿 論、図面及び説明の両方は例示であるのみであり、本発明を制限するものではな いことが理解されるべきである。 図１の図面は、そこに示される要素の目盛又は相対比率を示すことを意図しな い。好ましい態様の説明 前記のように、本発明は、蒸着技術によって製造されたシリカ含有素地の均質 性を改良するための方法に関する。このシリカ含有素地は、実質的に純粋な溶融 シリカであってよく又は所望により１種又は２種以上のドーパントを含有しても よく、例えば、この素地は、ガラスの熱膨張係数を低下させるチタンドーパント を含有することができる。低レベルの汚染物質が、この素地中に存在してもよい 。 本発明により、改良されたオフ軸均質性は、ブールの形成の間に使用される振 動／回転パターンの手段によって達成される。本明細書に報告された実験で使用 した特定のパターンは、下記の式： ｘ（ｔ）＝ｒ₁ｓｉｎ２πω₁ｔ＋ｒ₂ｓｉｎ２πω₂ｔ （４） ｙ（ｔ）＝ｒ₁ｃｏｓ２πω₁ｔ＋ｒ₂ｃｏｓ２πω₂ｔ （５） （但し、ｘ（ｔ）及びｙ（ｔ）は、時間（ｔ）の関数としてのリング壁１６の中 心から測定されたときのブールの中心の座標を表わし、時間は分で測定される） によって定義された。この形状は、図１２に概略で示され、図１２に於いて、１ ００はリング壁の中心を表わし、２００はブールの中心を表わす。ｒ₁及びｒ₂の 合計は、ブールの形成の間のリング壁と閉じ込め容器との間の接触を避けるため に、リング壁の半径と閉じ込め容器の半径との間の差よりも小さくなくてはなら ないことが注目されるべきである。 ４個のパラメーター、ｒ₁、ｒ₂、ω₁及びω₂に加えて、ブールの総運動はまた 第５のパラメーターω₃によって規定される。ω₃は、１分間当たりの回転数（ｒ ｐｍ）でのブールの中心の周りのブールの回転速度を表わす。ブールのこの総回 転は、図１に於いて参照数字３によって示されている。 所望により、式（４）及び（５）によって規定されるものよりも複雑な又は複 雑ではない振動パターンを、本発明の実施で使用できることが注目されるべきで ある。特に、ｘ（ｔ）及び／又はｙ（ｔ）を規定するために、３個以上の振動数 を使用することができる。 表１に、本発明の特徴を示すｒ₁、ｒ₂、ω₁、ω₂及びω₃についての値の３組 を記載する。便宜上、これらの値の組を、「プロセス１」、「プロセス２」及び 「プロセス３」と言う。プロセス１及び２は、先行技術で使用されたパターンで あり、他方、プロセス３は、本発明の教示に従う。表１の値は、約５フィート（ １．５ｍ）の直径を有するブールを製造するために適している。より大きい又は より小さいブールを製造するための適当な値は、本明細書の開示から当業者が容 易に決定することができる。 前記のように、本発明の或る面により、十分に長い繰り返し周期を有する振動 パターンを使用することによって、周期的オフ軸脈理の光学的効果を低下させる ことができることが見出された。この繰り返し周期は、図６〜８に示される形式 のｘ（ｔ）及び／又はｙ（ｔ）対時間プロットから決定することができる。 図６は、ω₁＜ω₂であるとき得られたパターンを示す。図７は、ω₁＝ω₂の場 合を示し、図８は、ω₁＜＜ω₂の場合を示す。 例えば、図６Ａの試験は、ｔ＝０秒でそして再びｔ＝１２０秒で、ｘ（ｔ）が その最大であることを示す。この最大は、共に＋１に等しいか又はほぼ等しいｓ ｉｎ２πω₁ｔ及びｓｉｎ２πω₂ｔに対応し、これは、これらのｓｉｎ関数の独 立変数がそれぞれ実質的に２ｎπ（ｎはω₁及びω₂について異なる）に等しいと き生じる。特に、ω₁／ω₂が実質的にｎ₁／ｎ₂に等しいときは常に、ｘ（ｔ）の 最大が生じる。 １２０秒付近のｔについての最大は、ｎ₁＝３及びｎ₂＝７に対応する。この最 大は、２πω₂ｔ＝１４πで２πω₁ｔ＝６πである、約２．１分（１２６秒）で 生じる。それで、プロセス１についての繰り返し周期は、約２．１分である。 図７のトレーシングは、ω₂とω₁との間の差の大きさに等しいうなり周波数を 有する、古典的うなりパターンを示す。うなり周期は、うなり周波数に亘って単 純に１である。従って、ω₁＝ω₂であるとき、繰り返し周期は単純に１／｜ω₂ −ω₁｜である。表１のプロセス２パラメーターについて、繰り返し周期は約４ ．９分（２９４秒）である。 図８のトレーシングは、ω₁＜＜ω₂である場合を示す。この条件について、繰 り返し周期は、より遅い振動の周期と実質的に同じものである。即ち、繰り返し 周期はほぼ１／ω₁である。表１のプロセス３パラメーターについて、それで繰 り返し周期は約１０分（６００秒）である。 前記のように、本発明により、少なくとも約８分の繰り返し周期を使用するこ とによって、周期的脈理の光学効果を低下させることができることが見出された 。このような繰り返し周期は、図８の関係、即ちω₁＜＜ω₂が好ましいけれども 、図６、７及び８に示されるω₁対ω₂関係の何れについても達成できることに注 目すべきである。同様に、所望の繰り返し周期は、その合成が２個のシヌソイド 波以外である振動パターンについて達成される。 振動パターンの繰り返し周期に依存することに加えて、オフ軸周期的脈理は、 振動パターンとその中心の周りのブールの総回転との間の関係にも依存する。特 に、振動パターン及びブールの回転速度を、バーナーがブールの表面を横切って トレースする行路が螺旋であるように選択する場合、オフ軸周期的脈理が著しく 減少することが見出された。 約５フィート（１．５ｍ）の直径を有し、このような螺旋パターンを作る、ブ ールを製造する際に使用するために適しているω群とｒ群との組は、下記の通り である。ｒ₁＝０；ｒ₂＝２．５インチ（６．３５ｃｍ）；ω₁＝０ｒｐｍ；ω₂＝ ０．４５ｒｐｍ；及びω₃＝６．０ｒｐｍ。ブールの上に螺旋行路を作るために 必要であるので、ω₃はω₂よりも大きいことに注目されたい。より大きい又はよ り小さいブールを製造するために適当な値は、本発明の開示から当業者が容易に 決定することができる。 螺旋パターンはオフ軸周期的脈理に関して有効であるけれども、これは、これ が比較的大きいΔｎ値をもたらす傾向があるという欠点を有する。本発明の好ま しい態様により、この問題点は、実質的に螺旋であるが、純粋な螺旋ではないバ ーナー行路を使用することによって処理される。プロセス３のパラメーターは、 このような螺旋状バーナーパターンをもたらす。 図１１は、リング壁１６の中心１００の付近に配置された３個のバーナーにつ いてのプロセス３パラメーターのための計算して作ったパターンを示す。これら のバーナーの相対配置を図１２に示す。これらの中心１００からの半径方向の距 離は、バーナー１について２．７５インチ（７．０ｃｍ）、バーナー２について ５．００インチ（１２．７ｃｍ）及びバーナー３について６．６３インチ（１６ ．８ｃｍ）である。図１１Ａは、３００秒でのパターンを示し、他方、図１１Ｂ は、 ７００秒でのパターンを示す。バーナー行路の螺旋状性質は、これらの図で明ら かである。 比較のために、図９及び１０は、プロセス１及び２を使用したときの同じバー ナー配置についての計算して作ったパターンを示す。これらの図が示すように、 これらのプロセスは、螺旋状ではなく、むしろ非常に凹入している、即ち、バー ナーの行路が、パターンが発達するとき自身を横切り、そして再横切るパターン になる。 表２並びに図３（プロセス１）、図４（プロセス２）及び図５（プロセス３） は、本発明により達成されるオフ軸周期的脈理に於ける顕著な改良を示す。これ らに示されるように、プロセス３は、プロセス１又はプロセス２の何れよりも顕 著に低いΔｎ_striae／Δｚ_striae値になる。この値の低下は、脈理の光学効果が 実質的に低下していることを意味する。 例えば、発散光をサンプルに通過させ、得られる像をスクリーン上で観察する シャドーグラムに於いて、プロセス１を使用して製造したサンプルは、スクリー ン上に高いコントラストの容易に目に見える平行線を作り、プロセス２を使用し て製造したサンプルは、低いコントラストの僅かに目に見える平行線を作った。 他方、プロセス３は、スクリーン上のパターンが殆ど目に見えないサンプルを作 り、これが目標である。 前記のように、観察されたΔｚ_striaeと、繰り返し周期の間に付着したガラス の物理的量との間に実質的な差異が存在することが見出された。図３〜５の相プ ロットでは目に見えないけれども、これらのプロットの周期的脈理を作るガラス の下部構造は、シャドーグラム技術を使用して見ることができる。特に、シャド ーグラムの光源から、シャドーグラムのスクリーンに近い位置まで離れるサンプ ルの運動は、サンプルが光源に近いとき観察されるものよりも遥かに高い空間周 波数を有するパターンをスクリーン上に出現させることが見出された。作用のど のような特別の理論によっても結び付けられることを望むものではないけれども 、この微細なパターンは、相プロットで観察される周期的脈理を起こすガラスの 微細な構造に対応していると信じられる。 本発明の手段によって、均質性及びオフ軸均質性に於ける顕著な改良が達成さ れた。例えば、プロセス３並びに前記参照した特許出願、発明の名称「溶融シリ カガラスを製造するための閉じ込め容器」の装置及び方法を使用して、１．５３ メートル以下の直径を有するブールを製造し、３６０ミリメートル以下の直径、 ０．５×１０^-6未満のΔｎ値及び１．５×１０^-8ｍｍ^-1未満のΔｎ_striae／Δｚ_striae 値を有するブランクを製造するために使用することができる。このような ブランクは、例えば、ＫｒＦレーザーを使用するマイクロリソグラフィーシステ ム用の光学要素を製造するために使用することができる。 本発明の特別の態様を説明し、例示したけれども、本発明の精神及び範囲から 逸脱することなく修正を行うことができることが理解されるべきである。例えば 、本発明を、固定バーナー及び移動ブールの項目で説明したけれども、重要なこ とは、スート粒子の供給源とブールとの間の相対運動である。従って、前記のよ うに固定供給源と移動ブールとを使用すること（好ましいアプローチ）に加えて 、ブールを固定して保持し、スート粒子供給源を移動させることによって、又は ブールとスート粒子供給源との両方を移動させることによって、必要な運動を達 成することもできる。 本発明の範囲及び精神から逸脱しない種々の他の修正が、本明細書の開示から 当業者に明らかであろう。下記の請求の範囲は、本明細書に記載した特別の態様 並びにこのような修正、変形及び均等物をカバーすることを意図している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．(a)スート粒子の供給源を与えること、 (b)このスート粒子を捕集して、素地を形成すること、該捕集によって該素 地の厚さを増加させる、及び (c)前記スート粒子が捕集されるとき、前記供給源と前記素地との間の相対 振動運動を与えること、該振動運動は、前記素地の厚さに対して直角であり、繰 り返し周期を有する からなり、該捕集及び振動を、前記素地の厚さが前記繰り返し周期の間に少な くとも約０．１５ｍｍほど増加するように実施することを特徴とするシリカ含有 素地を形成する方法。 ２．前記素地の厚さが、前記繰り返し周期の間に少なくとも約０．２ｍｍほど増 加することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ３．(a)スート粒子の供給源を与えること、 (b)このスート粒子を捕集して、素地を形成すること、該捕集によって該素 地の厚さを増加させる、及び (c)前記スート粒子が捕集されるとき、前記供給源と前記素地との間の相対 振動運動を与えること、該振動運動は、前記素地の厚さに対して直角であり、少 なくとも約８分間の繰り返し周期を有する からなる、シリカ含有素地を形成する方法。 ４．前記繰り返し周期が約１０分間であることを特徴とする請求の範囲第３項記 載の方法。 ５．(a)スート粒子の供給源を与えること、 (b)このスート粒子を捕集して、素地を形成すること、該スート粒子が捕集 されるとき該スート粒子は圧密化されて粘稠な流体を形成し、該捕集によって前 記素地の厚さを増加させる、及び (c)前記素地を回転させ、前記スート粒子が捕集されるとき、前記供給源と 前記素地との間の相対振動運動を与えること、該振動運動は、前記素地の厚さに 対して直角であり、該回転及び振動運動は、前記供給源の前記素地の上への 投影が実質的に螺旋である行路を描くようになされる、 からなることを特徴とするシリカ含有素地を形成する方法。 ６．前記行路が純粋な螺旋であることを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法 。 ７．前記供給源が複数個のスート生成バーナーからなり、各バーナーが実質的に 螺旋である行路を描くことを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法。 ８．前記振動運動が繰り返し周期を有し、捕集及び振動を、前記素地の厚さが前 記繰り返し周期の間に少なくとも約０．１５ｍｍほど増加するように実施するこ とを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法。 ９．前記素地の厚さが前記繰り返し周期の間に少なくとも約０．２ｍｍほど増加 することを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。 10．前記振動運動が、少なくとも約８分間の繰り返し周期を有することを特徴と する請求の範囲第５項記載の方法。 11．前記繰り返し周期が約１０分間であることを特徴とする請求の範囲第１０項 記載の方法。 12．請求の範囲第１項、第３項又は第５項記載の方法によって製造されたシリカ 含有素地から製造されたブランクであって、 該ブランクが、 (a)約２．０×１０^-8ｍｍ^-1以下であるΔｎ_striae／Δｚ_striae値（但し、Δ ｎ_striae及びΔｚ_striaeは、それぞれ、ブランクのオフ軸脈理の、平均ピーク〜 谷の大きさ及び平均ピーク〜ピーク周期である）、及び (b)１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて１．０×１０^-6以下で あるｚ軸均質性Δｎ を有することを特徴とするブランク。 13．前記ブランクにドーパントが含有されていることを特徴とする請求の範囲第 １２項記載のブランク。 14．請求の範囲第１２項記載のブランクから製造された光学要素。 15．シリカ含有素地から形成されたブランクの屈折率に於けるオフ軸周期的脈理 を減少させる方法であって、該オフ軸周期的脈理が平均ピーク〜谷の大きさΔｎ_striae 及び平均ピーク〜ピーク周期Δｚ_striaeを有する方法において、 (a)スート粒子の供給源を与えること、 (b)このスート粒子を捕集して、素地を形成すること、該捕集によって前記素 地の厚さを増加させる、及び (c)前記スート粒子が捕集されるとき、前記供給源と前記素地との間の相対振 動運動を与えること、該振動運動は、前記素地の厚さに対して直角であり、前記 ブランクについてのΔｎ_striae／Δｚ_striaeが約２．０×１０^-8ｍｍ^-1以下であ るように十分に長い繰り返し周期を有する、 からなることを特徴とする方法。 16．前記繰り返し周期が、前記ブランクについてのΔｎ_striae／Δｚ_striaeが約 １．５×１０^-8ｍｍ^-1以下であるように十分に長いことを特徴とする請求の範囲 第１５項記載の方法。 17．前記ブランクが１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて１．０× １０^-6以下であるｚ軸均質性Δｎを有することを特徴とする請求の範囲第１５項 記載の方法。 18．前記ブランクが１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて１．０× １０^-6以下であるｚ軸均質性Δｎを有することを特徴とする請求の範囲第１６項 記載の方法。 19．前記ブランクが１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて０．５× １０^-6以下であるｚ軸均質性Δｎを有することを特徴とする請求の範囲第１５項 記載の方法。 20．前記ブランクが１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて０．５× １０^-6以下であるｚ軸均質性Δｎを有することを特徴とする請求の範囲第１６項 記載の方法。 21．前記ブランクサイズが１５０ミリメートル以上であることを特徴とする請求 の範囲第１７項、第１８項、第１９項又は第２０項記載の方法。 22．前記ブランクサイズが２００ミリメートル以上であることを特徴とする請求 の範囲第１７項、第１８項、第１９項又は第２０項記載の方法。 23．前記素地が回転し、該回転及び振動運動によって、前記供給源の前記素地の 上への投影が実質的に螺旋である行路を描くようになることを特徴とする請求 の範囲第１５項記載の方法。 24．前記行路が純粋な螺旋であることを特徴とする請求の範囲第２３項記載の方 法。 25．前記供給源が複数個のスート生成バーナーからなり、各バーナーが実質的に 螺旋である行路を描くことを特徴とする請求の範囲第２３項記載の方法。 26．請求の範囲第１５項記載の方法によって製造されたブランクであって、 前記ブランクが、 (a)約２．０×１０^-8ｍｍ^-1以下であるΔｎ_striae／Δｚ_striae値、及び (b)１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて１．０×１０^-6以下で あるｚ軸均質性Δｎ を有することを特徴とするブランク。 27．前記ブランクにドーパントが含有されていることを特徴とする請求の範囲第 ２６項記載のブランク。 28．請求の範囲第２６項記載のブランクから製造された光学要素。 29．(a)約２．０×１０^-8ｍｍ^-1以下であるΔｎ_striae／Δｚ_striae値（但し、 Δｎ_striae及びΔｚ_striaeは、それぞれ、ブランクのオフ軸脈理の、平均ピーク 〜谷の大きさ及び平均ピーク〜ピーク周期である）、及び (b)１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて１．０×１０^-6以下 であるｚ軸均質性Δｎ を有することを特徴とする溶融シリカブランク。 30．前記ブランクのΔｎ_striae／Δｚ_striaeが約１．５×１０^-8ｍｍ^-1以下であ ることを特徴とする請求の範囲第２９項記載の溶融シリカブランク。 31．前記ブランクが１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて０．５× １０^-6以下であるｚ軸均質性Δｎを有することを特徴とする請求の範囲第２９項 記載の溶融シリカブランク。 32．前記ブランクが１２５ミリメートル以上のブランクサイズについて０．５× １０^-6以下であるｚ軸均質性Δｎを有することを特徴とする請求の範囲第３０項 記載の溶融シリカブランク。 33．ブランクサイズが１５０ミリメートル以上であることを特徴とする請求の範 囲第２９項、第３０項、第３１項又は第３２項記載の溶融シリカブランク。 34．ブランクサイズが２００ミリメートル以上であることを特徴とする請求の範 囲第２９項、第３０項、第３１項又は第３２項記載の溶融シリカブランク。 35．請求の範囲第２９項記載のブランクから製造された光学要素。 36．請求の範囲第２９項記載のブランクから製造されたレンズ要素。 37．請求の範囲第２９項記載のブランクから製造されたプリズム。