JPWO2012105513A1 - チタニアを含有するシリカガラス体の製造方法およびチタニアを含有するシリカガラス体 - Google Patents

Abstract

本発明は、シリカ（ＳｉＯ２）前駆体とチタニア（ＴｉＯ２）前駆体をそれぞれ酸水素火炎に供給し、該火炎中で加水分解反応させてチタニアを含有するシリカガラス微粒子を生成する火炎加水分解工程を有し、前記火炎加水分解工程において、前記シリカ前駆体の加水分解反応の反応率を８０％以上とする、チタニアを含有するシリカガラス体の製造方法に関する。

Description

本発明は、チタニア（ＴｉＯ_２）を含有するシリカガラス（以下、本明細書では、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスとも記す。）体の製造方法と、この方法により製造されるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体に係り、特に、ＥＵＶ光を用いるリソグラフィの露光装置の光学系部材として用いられるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法、およびＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体に関する。なお、本発明でいうＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光とは、軟Ｘ線領域または真空紫外域の波長帯の光を指し、具体的には波長が０．２〜１００ｎｍ程度の光のことである。

従来から、光リソグラフィ技術においては、ウェハ上に微細な回路パターンを転写して集積回路を製造するための露光装置が広く利用されている。集積回路の高集積化および高機能化に伴い、集積回路の微細化が進み、露光装置には深い焦点深度で高解像度の回路パターンをウェハ面上に結像させることが求められ、露光光源の短波長化が進められている。露光光源は、従来のｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からさらに短波長化が進み、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、回路パターンの線幅が６５ｎｍ以下となる次世代の集積回路に対応するため、ＡｒＦエキシマレーザを用いた液浸露光技術や二重露光技術が用いられているが、これも線幅が２２ｎｍ世代までしかカバーできないと見られている。

このような流れにあって、露光光源としてＥＵＶ光のうちで代表的には波長１３ｎｍの光を用いたリソグラフィ技術が、回路パターンの線幅が２２ｎｍ以降の世代にわたって適用可能と見られて注目されている。このようなＥＵＶリソグラフィ（以下、「ＥＵＶＬ」と略する。）の像形成原理は、投影光学系を用いてマスクパターンを転写する点では、従来のフォトリソグラフィーと同じである。しかし、ＥＵＶ光のエネルギー領域では光を透過する材料がないため、屈折光学系は用いることができず、光学系はすべて反射光学系となる。

ＥＵＶＬ用露光装置の光学系部材（以下、ＥＵＶＬ用光学部材というときがある。）はフォトマスクやミラーであるが、これらは（１）基材、（２）基材上に形成された反射多層膜、（３）反射多層膜上に形成された吸収体層、から基本的に構成される。反射多層膜としては、Ｍｏ層とＳｉ層とを交互に積層させたＭｏ／Ｓｉ多層膜が検討され、吸収体層には、成膜材料としてＴａやＣｒが検討されている。基材としては、ＥＵＶ光照射の下においても歪みが生じないように、低熱膨張係数を有する材料が必要とされ、低熱膨張係数を有するガラス等が検討されている。

ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスは、石英ガラスよりも小さい熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）を有する超低熱膨張材料として知られ、またガラス中のＴｉＯ_２含有量によって熱膨張係数（ＣＴＥ）を制御できるため、熱膨張係数が０に近いゼロ膨張ガラスを得ることができる。したがって、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスは、ＥＵＶＬ用露光装置の光学系部材に用いる材料として、大いに使用が期待されている。

従来からのＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスの作製方法としては、以下に示す方法が挙げられる。まず、シリカ前駆体とチタニア前駆体をそれぞれ蒸気形態に転化させ、これらを混合する。この蒸気形態となった混合物を、バーナーに導入し熱分解（火炎加水分解）することでＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス粒子とする。そして、このＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス粒子を、耐火性容器中に堆積させ、堆積と同時に溶融してＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスとする方法（直接法）が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。また、特許文献２には、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２多孔質ガラス体を形成し、ガラス体にした後マスク基板を得る方法が開示されている。

しかし、これらの方法で作製されるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスには、１μｍ〜１ｍｍの微小領域でＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２組成比の軸方向の層状変動が発生しており、これが１〜２００μｍ程度のピッチでの縞状の脈理として現れていた。ここで、軸方向とは、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子の堆積方向とする。以下の記載においても同様である。前記縞状の脈理は、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス中のＴｉＯ_２とＳｉＯ_２との組成比が軸方向に層状に変動し、この変動によりガラスの屈折率（絶対屈折率）が変動するために生じるものと考えられている。
また、前記直接法においても、ガラスの成長方向にＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２組成比の層状変動が発生し、縞状の脈理として現れていた。

ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスをＥＵＶＬ用光学部材として用いる場合、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスは表面が超高平滑性を有するように研磨される必要がある。しかし、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスは、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２組成比によって機械的および化学的物性が異なるため、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２組成比の異なる部位は研磨レートが一定とならず、研磨後のガラス表面が超高平滑性を有するように仕上げることが困難である。すなわち、１０〜２００μｍピッチで縞状の脈理を有するＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスを研磨すると、ガラス表面に、脈理ピッチと同程度のピッチをもつ「うねり」が発生し、超高平滑性を得ることが非常に困難であった。

近年、ＥＵＶＬ用光学部材に対する極めて重要な要求特性として、１μｍ〜１ｍｍのうねりのピッチをもつ中間空間周波数粗さ（Ｍｉｄ−Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；ＭＳＦＲ）の低減があるが、従来の製造方法で得られるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスを研磨した場合には、前記の理由により、研磨面に脈理ピッチと同程度のピッチをもつ「うねり」が生じるため、ＭＳＦＲを低減することが困難であった。

さらに、ＥＵＶＬ用光学部材として使用されるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体においては、該ガラス体の一つの面内（例えば、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子の堆積・成長方向に対して垂直な面内）での熱膨張係数（ＣＴＥ）の変動幅（ばらつき）を小さくすることが重要である。ＣＴＥは、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス中のＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２組成比、すなわちＴｉＯ_２の含有量と相関しているので、前記面内でのＣＴＥのばらつきを抑えるには、ＴｉＯ_２含有量のばらつきを抑える必要がある。

このように、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体においては、脈理として現れる微小領域でのＴｉＯ_２含有量のばらつきを小さくすることに加えて、前記面内でのＴｉＯ_２含有量のばらつきを小さくすることが求められているが、従来の製造方法では、ＴｉＯ_２含有量の微小領域における均一性と、部材のガラス堆積方向に垂直な面内の径方向全域におけるマクロ的な均一性とはトレードオフの関係にあり、両方ともを満足させるものを安定的に生産することは難しかった

さらに、特許文献３には、脈理を低くしたものとして、屈折率の変動幅（Δｎ）が光の入射方向に垂直な面において２×１０^−４以下であるか、またはＴｉＯ_２濃度が１質量％以上であり、かつ脈理ピッチが１０μｍ以下であるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体が開示されている。しかし、特許文献３に記載された方法を実際の生産に適用した場合、脈理レベルが十分に低いガラス母材が得られる率は高くなく、歩留まりが低くなるという問題があった。
また、シリカ原料とチタニア原料が供給される転化サイトが排気ベントを有する炉を含み、排気ベントの流量を制御することにより組成上の不均一性を低減する方法も提示されている（例えば、特許文献４参照。）。しかし、この方法では、シリカ原料とチタニア原料の反応が未完結であり、反応率が排気の状態で変化すると考えられることから、ＴｉＯ_２含有量が排気状態の変動等の外乱により変化しやすいという問題があった。

日本国特許第４１０８９２６号公報（ＷＯ１９９９／０１５４６８） 米国特許出願公開第２００２／１５７４２１号 日本国特開２００４−３１５３５１号公報（ＷＯ２００４／０８９８３８） 日本国特表２００５−５１９３４９号公報（ＷＯ２００３／０７７０３８）

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、脈理として現れる微小領域のＴｉＯ_２含有量のばらつきが低減されているうえに、ガラス堆積方向に垂直な面内の径方向の全域におけるＴｉＯ_２含有量のばらつきの低減も達成され、ＥＵＶＬ光学部材として好適な低熱膨張特性と、研磨後の超高平滑性を達成できるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を、高い歩留まりで製造する方法を提供することを目的とする。また、ＴｉＯ_２含有量が排気状態の変動等の外乱により影響を受けにくい、高品質のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得る方法を提供することを目的とする。

本発明は、シリカ前駆体とチタニア前駆体をそれぞれ酸水素火炎に供給し、該火炎中で加水分解反応させてＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子を生成する火炎加水分解工程を有し、前記火炎加水分解工程において、前記シリカ前駆体の加水分解反応の反応率を８０％以上とする、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法を提供する。

本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法は、前記火炎加水分解工程で生成された前記ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子を、基材上に堆積させて多孔質ガラス体を得るガラス微粒子堆積工程と、前記多孔質ガラス体を加熱して透明ガラス化する工程をさらに備えることが好ましい。或いは、前記火炎加水分解工程で生成された前記チタニアを含有するシリカガラス微粒子を耐火性容器中に堆積させ、堆積と同時に溶融してＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体とする工程をさらに備えることも好ましい。

本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法では、前記火炎加水分解工程において、前記シリカ前駆体に供給される酸水素の反応熱量が６０ｋＪ／ｇ以上であることが好ましい。

また、本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法では、前記火炎加水分解工程において、前記シリカ前駆体およびチタニア前駆体を、複数のガス供給ノズルが同心円状に配置された多重管バーナーの中央ノズルから供給し、該多重管バーナーの酸水素火炎中で加水分解することが好ましい。そして、前記多重管バーナーの半径方向の各部位におけるガスの流速をｕ（ｍ／ｓｅｃ）、当該部位の前記バーナーの中心からの半径方向の距離をｒ（ｍｍ）、前記多重管バーナーの半径をＲ（ｍｍ）としたとき、式（１）で表される、前記多重管バーナーから供給される全てのガスの流速重心の規格値ｒ´が、０．５３＜ｒ´＜０．５８を満たす条件で前記火炎加水分解を行うことが好ましい。
ｒ´＝（∫ｕ×ｒｄＳ／∫ｕｄＳ）／Ｒ ………（１）
（式（１）において、∫ｕ×ｒｄＳは、前記多重管バーナーの断面積方向における前記ｕとｒとの積の積分値であり、∫ｕｄＳは、前記多重管バーナーの断面積方向における前記ｕの積分値である。）

さらに、本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法において、前記ガラス微粒子堆積工程で得られる前記多孔質ガラス体は、ＴｉＯ_２結晶の含有量が０．５質量％以下であることが好ましい。

本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、前記本発明の製造方法により製造されるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体であり、前記ＴｉＯ_２含有量が１〜１２質量％であり、かつ前記ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子の堆積方向に対して垂直な面内における前記ＴｉＯ_２含有量の変動幅（ΔＴｉＯ_２）が０．１５質量％以下であり、脈理のＴｉＯ_２含有量レベルでの標準偏差（σＴｉＯ_２）が０．１３質量％以下である。

本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体においては、質量が１０ｋｇ以上であることが好ましい。

本発明によれば、脈理として現れる微小領域のＴｉＯ_２含有量の変動幅（ばらつき）が低減されているうえに、径方向の全域におけるＴｉＯ_２含有量の変動幅（ばらつき）も低減され、ＥＵＶＬ用光学部材として好適な低い熱膨張特性と研磨後の超高平滑性を達成できるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を、安定的に高い歩留まりで得ることができる。また、シリカ前駆体とチタニア前駆体との反応率が高く製造効率が高いうえに、ＴｉＯ_２含有量等が排気状態の変動のような外乱による影響を受けにくいという利点もある。

図１は、本発明において、多孔質ガラス体の製造方法に用いる多重管バーナーの一例を示す斜視図である。 図２は、多重管バーナーと多孔質ガラス体との位置関係を示す模式図である。 図３は、多重管バーナーと多孔質ガラス体との位置関係の別の態様を示す模式図である。 図４は、多孔質ガラス体中のアナターゼ型のＴｉＯ_２結晶の含有量（質量％）を算出するために検量線として使用するグラフを示す。 図５は、σＴｉＯ_２を求めるためのサンプルを取り出す点を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法は、シリカ前駆体とチタニア前駆体を酸水素火炎に供給し、この酸水素火炎中で加水分解反応させてＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子を生成する火炎加水分解工程を有する。本発明の製造方法としては、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、スート法により、前記火炎加水分解工程で得られるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子（スート）を基材上に堆積、成長させて、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た後、得られた多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を減圧下あるいはヘリウム雰囲気で緻密化温度以上に加熱し、さらに透明ガラス化温度以上に加熱して透明ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得る方法である。スート法は、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の作り方により、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法などがある。

また、前記シリカ前駆体とチタニア前駆体を１８００〜２０００℃の酸水素火炎中で加水分解・酸化させることでＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子を生成し、このＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス粒子を耐火性容器中などに堆積させ、堆積と同時に溶融してＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体とする方法（直接法）も、本発明の製造方法に含まれる。

以下、スート法による多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の形成工程を含む本発明の実施形態について説明する。スート法による本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造方法は、以下に示す（ａ）〜（ｅ）の各工程を含むことができる。

（ａ）火炎加水分解およびガラス微粒子（スート）堆積工程
ガラス形成原料であるシリカ前駆体およびチタニア前駆体をいずれも蒸気形態に転化（ガス化）し、これらを混合して酸水素火炎に供給し、この火炎中で加水分解してＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子（スート）を形成する。

ガス化したシリカ前駆体とチタニア前駆体を均一に供給するために、バーナーに供給する前にガスの撹拌機構を設けることが好ましい。撹拌機構としては、スタティックミキサーやフィルター等の部品でガスを細分化して合流させる機構と、大きな空間にガスを導入することで細かい変動をならして供給する機構の２種類が考えられる。本発明では、上記撹拌機構のうちで少なくとも１つを用いてガラス体を製造することが好ましく、両方を用いることがより好ましい。また、撹拌機構のうち、スタティックミキサーとフィルターの両方を用いることが好ましい。

次いで、軸方向の周りに所定の速度で回転する種棒を基材として用い、この基材に、前記火炎加水分解工程で生成するＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子を堆積、成長させて、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を形成する。なお、軸方向は、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子の堆積方向であり、後述する図２および図３において矢印で示す。

ガラス形成原料としては、ガス化が可能な原料であれば特に限定されない。シリカ前駆体としては、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨ_３Ｃｌ等の塩化物、ＳｉＦ_４、ＳｉＨＦ_３、ＳｉＨ_２Ｆ_２等のフッ化物、ＳｉＢｒ_４、ＳｉＨＢｒ_３等の臭化物、ＳｉＩ_４等のヨウ化物といったハロゲン化ケイ素化合物、またはＲ_ｎＳｉ（ＯＲ）_４−ｎ（ここで、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基、ｎは０〜３の整数、複数のＲは同一でも異なっても良い）で示されるアルコキシシランが挙げられる。また、チタニア前駆体としては、ＴｉＣｌ_４、ＴｉＢｒ_４等のハロゲン化チタン化合物、またはＲ_ｎＴｉ（ＯＲ）_４−ｎ（ここで、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基、ｎは０〜３の整数、複数のＲは同一でも異なっても良い）で示されるアルコキシチタンが挙げられる。シリカ前駆体およびチタニア前駆体として、シリコンチタンダブルアルコキシドのような、ＳｉとＴｉを共に含む化合物を使用することもできる。基材としては、石英ガラス製の種棒を使用することができる。また、棒状に限らず板状の基材を使用してもよい。

本発明者らは、（ａ）工程の火炎加水分解工程でのシリカ前駆体（例えばＳｉＣｌ_４）の反応率（％）と、得られるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体において、脈理として現れる微小領域のＴｉＯ_２含有量の変動幅（ばらつき）、およびガラス微粒子（スート）の成長軸に垂直な面内のＴｉＯ_２含有量のばらつき（変動幅）との関係について詳細な検討を行った結果、シリカ前駆体の反応率が高くなるほど、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体における脈理として現れる微小領域のＴｉＯ_２含有量のばらつきが小さくなり、かつ前記面内のＴｉＯ_２含有量のばらつきも小さくなることを見出した。本発明の製造方法においては、火炎加水分解工程でのシリカ前駆体の反応率を８０％以上に高めることが好ましく、９０％以上に高めることが特に好ましい。

＜シリカ前駆体の反応率（％）の算出方法＞
例えばシリカ前駆体としてＳｉＣｌ_４を、チタニア前駆体としてＴｉＣｌ_４をそれぞれ使用した場合のシリカ前駆体の反応率は、ガラス原料の仕込み組成と得られるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体について、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を用いて測定されたＴｉＯ_２含有量の値から下記計算式で算出されるガラス体のＴｉＯ_２含有量（平均ＴｉＯ_２含有量）より、以下の式（２）を用いて算出することができる。なお、ＴｉＣｌ_４はＳｉＣｌ_４に比べて反応速度が速く、反応率が１００％であると仮定している。また、ガラス体のＴｉＯ_２含有量（平均ＴｉＯ_２含有量）は、後述する（ｃ）工程で得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２緻密体、あるいは（ｄ）工程で得られた透明ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体について、軸に垂直な面内で径方向に７つの測定点におけるＴｉＯ_２含有量をＸＲＦにより測定し、それぞれの径に対する体積を重みがけした値をガラス体のＴｉＯ_２含有量（平均ＴｉＯ_２含有量）とした。計算式を以下に示す。
平均ＴｉＯ_２含有量（wt％）＝（∫（ＴｉＯ_２）×ｒ^２ｄｒ）／（∫ｒ^２ｄｒ）
上式において、∫（ＴｉＯ_２）×ｒ^２ｄｒは、前記７つの測定点におけるＴｉＯ_２含有量の測定値とｒ^２との積の積分値である。なお、ｒは、得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の軸に垂直な面内の径方向における中心からの距離である。

シリカ前駆体（ＳｉＣｌ_４）の反応率を高める方法としては、
（１）ガスの拡散を促進する
（２）火炎の温度を上げる
（３）供給ガス間の距離を短くする
（４）反応時間を長くする
等の方法が挙げられる。

これらのうちで、
（１）ガスの拡散を促進する具体的な方法としては、後述する規格化した流速重心を外側にする（ｒ´の値を０．５３超、０．５８未満にする）方法等が挙げられる。
（２）火炎の温度を上げる具体的な方法としては、シリカ前駆体に供給される酸水素の反応熱量を６０ｋＪ／ｇ（ガラス原料１ｇ当たり）以上に増大させる方法、等が挙げられる。なお、酸水素の反応熱は、熱化学方程式：Ｈ_２（ｇ）＋１／２Ｏ_２（ｇ）＝Ｈ_２Ｏ（ｇ）＋２４９ｋＪを用いて計算される。
（３）供給ガス間の距離を短くする具体的な方法としては、ガラス原料を供給する管径を小さくする方法、または、複数の細管を円筒管が取り囲む構造を持つバーナーを用い、複数の細管から原料と水素ガスを供給し、それを取り囲む円筒管から酸素を供給する方法、等が挙げられる。
（４）反応時間を長くする具体的な方法としては、バーナーと堆積面との距離を長くする方法、あるいは流速を遅くする方法、等が挙げられる。
これらの方法を単独で、または組み合わせて用いることができる。

特に、（１）の規格化流速重心ｒ´の値を０．５３超、０．５８未満にする方法と、（２）のシリカ前駆体に供給される酸水素の反応熱量を６０ｋＪ／ｇ以上に増大させる方法を、単独でまたは組み合わせて用いることで、シリカ前駆体（ＳｉＣｌ_４）の反応率を、前記した微小領域のＴｉＯ_２含有量のばらつきの低減と、面内のＴｉＯ_２含有量のばらつきの低減をともに達成することができる反応率である８０％以上に高めることができる。

以下、図面を参照して、多重管バーナーを用いて多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を形成する方法について説明する。

図１は、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の形成に用いる多重管バーナーの一例を示す斜視図である。図１に示す多重管バーナー１０は、その中心部に中央ノズル１を有し、その中央ノズル１に対して同心円状に第１の外周ノズル２、および第２の外周ノズル３が配置された三重管構造を有する。

多重管バーナーを用いてスート法により多孔質ガラス体を形成する場合、ガラス形成原料と、酸水素火炎を形成するための燃焼ガスが、それぞれ多重管バーナーから供給される。図１に示す多重管バーナー１０では、シリカ前駆体（例えばＳｉＣｌ_４）およびチタニア前駆体（例えばＴｉＣｌ_４）が、中央ノズル１から供給される。

酸水素火炎を形成するための燃焼ガスである酸素（Ｏ_２）および水素（Ｈ_２）は、両者を同一のノズル（この場合中央ノズル１）から供給すると、中央ノズル１から逆火が発生したり、あるいは中央ノズル１の直近で燃焼反応が起こり、中央ノズル１を損傷させるおそれがあるため、酸素と水素のうちの一方（例えば水素）を中央ノズル１から供給し、他方（例えば酸素）を多重管バーナー１０の第２の外周ノズル３から供給する。

多重管バーナー１０のエッジ（端部）を酸水素火炎から保護する観点から、酸素と水素を流すそれぞれのノズルの間には、シールガスを供給することが好ましい。すなわち、水素を流す中央ノズル１と酸素を流す第２の外周ノズル３との間にある第１の外周ノズル２から、シールガスとして窒素（Ｎ_２）のような不燃性のガスを供給する。

四重管以上の構造の多重管バーナーを使用する場合も、上記と同様の考え方でガスを供給することができる。

多重管バーナー１０の中央ノズル１から供給されたシリカ前駆体（ＳｉＣｌ_４）およびチタニア前駆体（ＴｉＣｌ_４）は、多重管バーナー１０の酸水素火炎中で加水分解してＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子（スート）を生成し、生成したＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子が基材に堆積し成長することによって多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体が形成される。

図２は、この手順を示す模式図であり、多重管バーナー１０と多孔質ガラス体との位置関係を示している。図２において、基材２０上にはＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子が堆積して多孔質ガラス体３０を形成している。多重管バーナー１０の酸水素火炎４０の先端は、ガラス微粒子の堆積面（図面上は多孔質ガラス体３０の表面）に接している。ガラス微粒子を基材２０上に均等に堆積させるため、多孔質ガラス体３０の製造時、基材２０は図２に示すように回転させる。なお、図２では、基材２０の直下に多重管バーナー１０が設置されているが、図３に示すように、基材２０に対して斜め方向から多重管バーナー１０の酸水素火炎４０を当てることもできる。

本発明の製造方法では、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の製造工程において、多重管バーナー１０から供給される全てのガスの流速重心の該バーナーの半径Ｒ（ｍｍ）で規格化された値ｒ´が、以下に述べる特定の条件を満たすように調整することが好ましい。

＜流速重心の算出方法＞
多重管バーナー１０から供給される全てのガスの流速重心ｒ_ｃは、下記式（３）によって求めることができる。
ｒ_ｃ＝∫ｕ×ｒｄＳ／∫ｕｄＳ …………（３）
ここで、ｕは、多重管バーナー１０の半径方向の各部位におけるガスの流速（ｍ／ｓｅｃ）であり、ｒは当該部位の該バーナーの中心からの半径方向の距離（ｍｍ）である。∫ｕ×ｒｄＳは、前記ｕとｒとの積の多重管バーナー１０の断面積方向における積分値である。また、∫ｕｄＳは前記ｕの多重管バーナーの断面積方向における積分値であり、投入したガスの流量に相当する。

ただし、上記式（３）によって得られる流速重心ｒ_ｃによる影響は、多重管バーナー１０の半径Ｒによって変わってくるため、流速重心ｒ_ｃを多重管バーナー１０の半径Ｒで規格化した値（ｒ_ｃをＲで割った値）ｒ´を、本発明の製造方法では流速重心として用いる。

本発明の製造方法では、このような半径Ｒで規格化した流速重心（以下、規格化流速重心と示す。）ｒ´が、０．５３超かつ０．５８未満（０．５３＜ｒ´＜０．５８）となるガス供給条件で火炎加水分解を行い、多孔質ガラス体を製造することが好ましい。

規格化流速重心ｒ´が０．５８以上である場合には、多重管バーナー１０から供給されるガスの拡散効果が強くなるので、ガスによって運ばれるガラス微粒子もこの影響を受ける。そのため、生成したガラス微粒子のうち、基材２０上に堆積するものの割合が低下するため、多孔質ガラス体３０を成長させるのに長時間を要し、現実的ではない。また、酸水素火炎そのものも拡散して不安定な形状になるので、大型の多孔質ガラス体３０を製造しようとした場合、多孔質ガラス体３０が外周崩壊しやすくなる。ここで、外周崩壊とは、多孔質ガラス体３０の中心部（芯）を残して外周部が剥がれて崩壊することをいう。

一方、規格化流速重心ｒ´が０．５３以下である場合には、多重管バーナー１０から供給されるガスの拡散が不十分となるため、酸素および水素の混合による燃焼が効果的に進まず、ＳｉＣｌ_４の反応率を８０％以上に高めることが困難になる。
また、このとき、シリカ前駆体に供給される酸水素の反応熱量を６０ｋＪ／ｇ（ガラス原料１ｇ当たり）以上に増大させることにより、火炎の温度を上げることができ、これにより、ＳｉＣｌ_４の反応率を８０％以上に高めることができる。ここで、酸水素の反応熱は、熱化学方程式Ｈ_２（ｇ）＋1／２Ｏ_２（ｇ）＝Ｈ_２Ｏ（ｇ）＋２４９ｋＪを用いて計算される。反応熱量の上限は特にないが、設備上の制約からの１００ｋＪ／ｇ以下が好ましい。

また、本発明者らは、（ａ）工程で得られる多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体中には、ＴｉＯ_２が一部結晶として存在することがあり、そのＴｉＯ_２結晶の含有量が、脈理として現れる微小領域のＴｉＯ_２含有量のばらつきの程度と相関関係があることを見出した。ＴｉＯ_２結晶の存在は、脈理として現れる微小領域のＴｉＯ_２含有量のばらつきを増大させるので、ＴｉＯ_２結晶の含有量は０．５質量％以下とすることが好ましい。多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体におけるＴｉＯ_２結晶の含有量（質量％）は、以下の方法で作成した検量線を用いて求めることができる。

＜ＴｉＯ_２結晶の含有量（質量％）の算出方法＞
結晶系がアナターゼ型のＴｉＯ_２結晶の粉末とＳｉＯ_２ガラス粉末とを、質量比で（１：９９）、（３：９７）、（５：９５）となるようにそれぞれ秤量し、メノウ乳鉢でそれぞれ混合した。次いでそれぞれの混合粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）を測定し、２θ＝２５．３°付近に現れるアナターゼのピーク面積をそれぞれ算出した。

こうして測定されたそれぞれのアナターゼのピーク面積を、各混合粉末中のＴｉＯ_２結晶の含有量（質量％）に対してプロットしたところ、図４に示すグラフが得られた。図４に示すように、ＴｉＯ_２結晶の含有量（質量％）とアナターゼのピーク面積とは強い相関を示すので、この検量線を用いて、アナターゼのピーク面積から、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体に含まれるＴｉＯ_２結晶の含有量（質量％）を算出することができる。

（ｂ）緻密化工程
（ａ）工程で得られた多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を、減圧下あるいはヘリウム雰囲気で緻密化温度まで昇温し、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２緻密体を得る。緻密化温度は、通常は１２５０〜１５５０℃であり、特に１３００〜１５００℃であることが好ましい。なお、本明細書において緻密化温度とは、光学顕微鏡で空隙が確認できなくなるまで多孔質ガラス体を緻密化できる温度をいう。

（ｃ）透明ガラス化工程
（ｂ）工程で得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２緻密体を、透明ガラス化温度まで昇温し、透明ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得る。透明ガラス化温度は、通常は１３５０〜１８００℃であり、特に１４００〜１７５０℃であることが好ましい。なお、本明細書において透明ガラス化温度とは、光学顕微鏡で結晶が確認できなくなり、透明なガラスが得られる温度をいう。

透明ガラス化の雰囲気としては、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガス１００％の雰囲気、または前記不活性ガスを主成分とする雰囲気であることが好ましい。圧力については、減圧または常圧であればよい。減圧の場合は１×１０^４Ｐａ以下が好ましい。

（ｄ）成形工程
（ｃ）工程で得られた透明ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を、軟化点以上の温度に加熱して所望の形状に成形し、成形ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得る。成形加工の温度としては、１５００〜１８００℃が好ましい。１５００℃未満では、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスの粘度が高いため、実質的に自重変形が行われず、またＳｉＯ_２の結晶相であるクリストバライトの成長またはＴｉＯ_２の結晶相であるルチルもしくはアナターゼの成長が起こり、いわゆる失透が生じる。１８００℃以上では、ＳｉＯ_２の昇華が無視できなくなる。なお、前記（ｃ）透明ガラス化工程と（ｄ）成形工程を連続的に、あるいは同時に行うこともできる。

（ｅ）アニール工程
（ｄ）工程で得られた成形ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体に対して、公知の方法でアニール工程を行うことができる。例えば、６００〜１２００℃の温度で１時間以上保持した後、１０℃／ｈｒ以下の平均降温速度で９００〜７００℃以下まで降温するアニール処理を行い、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の仮想温度を制御する。あるいは、（ｄ）工程で得られた１２００℃以上の成形ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を、９００〜７００℃以下まで６０℃／ｈｒ以下の平均降温速度で降温するアニール処理を行い、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体の仮想温度を制御する。９００〜７００℃以下まで降温した後は放冷できる。アニール処理の雰囲気は、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガス１００％の雰囲気、これらの不活性ガスを主成分とする雰囲気、または空気雰囲気とし、圧力は減圧または常圧が好ましい。

こうして得られるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、質量（１回の作業で製造される１ロットの質量）が１０ｋｇ以上と大型のものであってよい。そして、該ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、インクルージョンがないことが好ましい。インクルージョンとは、ガラス中に存在する異物や泡などであり、ガラス作製工程の混入や結晶析出によって生じるおそれがある。異物や泡などのインクルージョンを排除するには、上記製造工程において、特に（ａ）工程で混入を抑制することが必要であり、さらに工程（ｂ）〜（ｄ）の温度条件を正確にコントロールすることが必要である。

また、得られるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体におけるＴｉＯ_２の含有量は１〜１２質量％であることが好ましい。ＴｉＯ_２の含有量が１質量％未満であるとゼロ膨張にならないおそれがあり、１２質量％を超えると熱膨張係数が負となる可能性がある。ＴｉＯ_２含有量は、より好ましくは５〜９質量％である。

さらに、得られるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、脈理として現れる微小領域のＴｉＯ_２含有量のばらつきが小さいうえに、軸方向（ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子の堆積方向）に対して垂直な面内におけるＴｉＯ_２含有量のばらつきが小さくなっている。具体的には、以下の方法で測定される微小領域のＴｉＯ_２含有量の標準偏差（σＴｉＯ_２）が０．１３質量％以下であり、かつ軸方向に対して垂直な面内におけるＴｉＯ_２含有量の最大値と最小値との差（ΔＴｉＯ_２）が０．１５質量％以下である。

＜σＴｉＯ_２（質量％）の測定方法＞
最終的に得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体における微小領域のＴｉＯ_２含有量の標準偏差（σＴｉＯ_２）は、以下の手順で求めることができる。

透明ガラス化工程（（ｃ）工程）後のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体から、１５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍの大きさのサンプルを、１５ｍｍ×１５ｍｍ面が、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２微粒子の堆積方向に平行になるように（断面が脈理を有する面となるように）切り出し、脈理を有する１５ｍｍ×１５ｍｍ面（以下、脈理面と示す。）の厚さが０．１〜３ｍｍになるまで鏡面研磨した後、脈理面にカーボンスパッタコーティングを施す。このサンプルを、加速電子線照射分析装置（ＥＰＭＡ）（ＪＥＯＬ製 ＪＸＡ８９００）にセットし、ＴｉおよびＳｉの特性Ｘ線スペクトルからＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２の含有量（質量％）を測定する。測定範囲は脈理方向に対して垂直に１０００μｍの範囲とし、電子線の照射条件は、加速電圧２５ｋＶ、電流３０ｎＡとし、位置分解能は５μｍとする。こうして得られたＴｉＯ_２含有量の測定値の変動幅（ばらつき）を、該サンプルにおける標準偏差σＴｉＯ_２として求める。図５に示すように、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体Ｇにおいて、径方向の中心（Ｐ１）、中心と端部の中間点（Ｐ２）および端部（Ｐ３）の３点においてサンプルを取り出し、それぞれのサンプルにおける標準偏差σ_１ＴｉＯ_２〜σ_３ＴｉＯ_２の平均値を、σＴｉＯ_２とする。

＜ΔＴｉＯ_２（質量％）の測定方法＞
透明ガラス化工程（（ｃ）工程）後のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を、軸に垂直な面内の中心を通る一つの径方向に９均等に分割し、その最外周の２点を除く７点でＴｉＯ_２含有量をＸＲＦにより測定し、これらの測定値の最大値と最小値との差をΔＴｉＯ_２として求める。

前記透明ガラス化工程（（ｃ）工程）後のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体における脈理の標準偏差（σＴｉＯ_２）と、アニール工程（（ｅ）工程）後鏡面研磨した際のガラス表面のＭＳＦＲには相関関係がある。したがって、（ｃ）工程後の脈理のσＴｉＯ_２を測定することで、鏡面研磨後のガラス表面のＭＳＦＲを予想することができる。

なお、相関を調べる際に使用したＭＳＦＲの値は、鏡面研磨したガラス表面に対し、非接触表面形状測定器（Ｚｙｇｏ社 ＮｅｗＶｉｅｗ５０３２）により、光学部材として使用する領域の表面形状を測定したものである。測定には２．５倍の対物レンズを用いた。測定した表面形状は、２×２ｍｍ正方形領域ごとにそれぞれ分割し、ｒｍｓ値を算出して平滑度とした。また、ｒｍｓ値算出の際には、波長１μｍ〜１ｍｍのバンドパスフィルターを用いてデータ処理し、同波長域以外の波長をもつうねり成分は除去した。

本発明の製造方法により得られた微小領域のＴｉＯ_２含有量の標準偏差（σＴｉＯ_２）が０．１３質量％以下のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を研磨すると、研磨面において平滑性をあらわす指標である１μｍ〜１ｍｍの範囲内にうねりのピッチをもつＭＳＦＲの値は、１０ｎｍ以下となることが予想される。ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を用いたＥＵＶＬ用露光装置の光学系部材の表面平滑度（ｒｍｓ）は１０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは８ｎｍ以下、さらに好ましくは６ｎｍ以下である。したがって、本発明の製造方法により得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を用いることで、ＥＵＶＬ用光学部材として好適する超高平滑な表面を得ることができる。

また、本発明の製造方法により得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、軸に垂直な面内におけるＴｉＯ_２含有量のばらつき（ΔＴｉＯ_２）が０．１５質量％以下であるので、ＣＴＥのばらつきが極めて小さく（±６ｐｐｂ／℃以下）、ＥＵＶＬ用光学部材として好適する。すなわち、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体のＴｉＯ_２含有量とＣＴＥとは相関関係を有するので、ＴｉＯ_２含有量とＣＴＥとの関係を表わす検量線により、本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体におけるＴｉＯ_２含有量のばらつき（ΔＴｉＯ_２）（０．１５質量％以下）からＣＴＥのばらつきを求めると、室温で±６ｐｐｂ／℃以下となる。したがって、本発明のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、ＣＴＥのばらつきを例えば室温で±６ｐｐｂ／℃以下とすることができ、ＥＵＶＬ用光学部材に好適である。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

実施例１
ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスの形成原料であるＴｉＣｌ_４とＳｉＣｌ_４を、それぞれガス化させた後に混合し、酸水素火炎中で加水分解（火炎加水分解）させた。そして、得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス微粒子を、２５ｒｐｍの回転速度で回転する石英製の種棒に堆積・成長させて、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を形成した（（ａ）工程）。

ここで、火炎加水分解には、多重管バーナーを使用し、中央ノズルにＴｉＣｌ_４とＳｉＣｌ_４と水素（Ｈ_２）を供給し、複数の外周ノズルには、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）または、窒素（Ｎ_２）をそれぞれ供給した。ＴｉＣｌ_４とＳｉＣｌ_４の１分間当たりの供給量比（ＴｉＣｌ_４の供給量［ｇ／ｍｉｎ］／ＳｉＣｌ_４の供給量［ｇ／ｍｉｎ］）が０．０５０となるように供給した。そして、ＳｉＣｌ_４に対して供給される酸水素（Ｈ_２・Ｏ_２）の反応熱量が６８ｋＪ／ｇ、多重管バーナーの規格化した流速重心ｒ´が０．５５６となるよう調節されたガス条件で火炎加水分解を行った。なお、反応熱量については、投入した水素（Ｈ_２）が全て燃焼反応したと仮定して計算している。

得られた多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、そのままではハンドリングしにくいので、基材に堆積させたままの状態で、大気中１２００℃で６時間保持した後、種棒から外した。得られた多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、直径２５０ｍｍ、質量１７ｋｇであった。

次いで、多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉内に設置し、室温で１０Ｐａ以下まで減圧した後、その減圧を保ったまま１３６０℃まで昇温し、この温度で２時間保持してＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２緻密体を得た（（ｂ）工程）。

こうして得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２緻密体を、カーボン炉を用いてアルゴン雰囲気で１７００℃に加熱し、透明ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た（（ｃ）工程）。

さらに、成形して得られた成形ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体に、１１００℃で１０時間保持するアニール処理を行い、３℃／ｈｒの速度で５００℃まで降温した後大気中で放冷し、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た（（ｅ）工程）。

（ａ）工程におけるシリカ前駆体（ＳｉＣｌ_４）の反応率、ＳｉＣｌ_４に供給される熱量、多重管バーナーの半径で規格化した流速重心、（ａ）工程で得られた多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体中のＴｉＯ_２結晶量、（ｃ）工程で得られた透明ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体における平均ＴｉＯ_２含有量、多孔質体合成の可否を表１に示す。ＴｉＯ_２結晶量、平均ＴｉＯ_２含有量の測定は、それぞれ前述の測定方法に従って行った。

また、同様の方法をさらに９回繰り返し、合計で１０本のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た。得られたガラス体は、直径約２５０ｍｍで、質量は１７〜２０ｋｇであった。これら１０本のガラス体のΔＴｉＯ_２の値を測定した。これらの平均値、ΔＴｉＯ_２の値が０．２（ｗｔ％）以下となった個数とその割合、０．１５（ｗｔ％）以下となった個数とその割合を表２に示す。さらに、σＴｉＯ_２の値を測定し、これらの平均値とσＴｉＯ_２の値が０．１３（ｗｔ％）以下となった個数を表２に示す。ΔＴｉＯ_２およびσＴｉＯ_２の測定は、それぞれ前述の測定方法に従って行った。

実施例２
（ａ）工程において、ＳｉＣｌ_４に供給される熱量が６９ｋＪ／ｇ、規格化した流速重心が０．５６８となるよう調節されたガス条件とする以外は実施例１と同様にして、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た。実施例１と同様に、反応率、熱量、流速重心、ＴｉＯ_２結晶量を測定した結果を表１に示す。次に、同様の方法をさらに９回繰り返し、合計で１０本のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た。得られたガラス体は、直径約２５０ｍｍで、質量は１７〜２０ｋｇであった。実施例１と同様に、ΔＴｉＯ_２およびσＴｉＯ_２の測定を行った結果を、表２に示す。

比較例１
（ａ）工程において、ＴｉＣｌ_４とＳｉＣｌ_４の１分間当たりの供給量比（ＴｉＣｌ_４の供給量［ｇ／ｍｉｎ］／ＳｉＣｌ_４の供給量［ｇ／ｍｉｎ］）が０．０４９となるように供給し、ＳｉＣｌ_４に供給される熱量が３３ｋＪ／ｇ、規格化した流速重心が０．５２６となるよう調節されたガス条件で火炎加水分解を行う以外は、実施例１と同様にして、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た。実施例１と同様に、反応率、熱量、流速重心、ＴｉＯ_２結晶量を測定した結果を、表１に示す。次に、同様の方法をさらに９回繰り返し、合計で１０本のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た。得られたガラス体は、直径約２５０ｍｍで、質量は１７〜２０ｋｇであった。実施例１と同様に、ΔＴｉＯ_２およびσＴｉＯ_２の測定を行った結果を、表２に示す。

比較例２
（ａ）工程において、ＴｉＣｌ_４とＳｉＣｌ_４の１分間当たりの供給量比（ＴｉＣｌ_４の供給量［ｇ／ｍｉｎ］／ＳｉＣｌ_４の供給量［ｇ／ｍｉｎ］）が０．０４２となるようにし、ＳｉＣｌ_４に供給される熱量が３４ｋＪ／ｇ、規格化した流速重心が０．５２６となるよう調節されたガス条件で火炎加水分解を行う以外は、実施例１と同様にして、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た。実施例１と同様に、反応率、熱量、流速重心、ＴｉＯ_２結晶量を測定した結果を、表１に示す。次に、同様の方法をさらに９回繰り返し、合計で１０本のＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得た。得られたガラス体は、直径約２５０ｍｍで、質量は１７〜２０ｋｇであった。実施例１と同様に、ΔＴｉＯ_２およびσＴｉＯ_２の測定を行った結果を、表２に示す。

比較例３
（ａ）工程において、ＳｉＣｌ_４に供給される熱量が６８ｋＪ／ｇ、規格化した流速重心が０．６０２となるよう調節されたガス条件で火炎加水分解を行う以外は、実施例１と同様にして合成を行ったが、途中で崩壊して多孔質ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は得られなかった。これは、流速重心が外側になり拡散が促進された結果、火炎の乱れを生じさせ、外周の比較的弱い部分を破壊したためと考えられる。

表１および表２からわかるように、シリカ前駆体であるＳｉＣｌ_４に供給される熱量が６０ｋＪ／ｇ以上であり、多重管バーナーの半径で規格化した流速重心が０．５３超、０．５８未満となるよう調節されたガス条件で火炎加水分解を行い、ＳｉＣｌ_４の反応率を８０％以上に高めた実施例１および２では、得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体において、微小領域のＴｉＯ_２含有量の標準偏差（σＴｉＯ_２）が０．１３質量％以下であり、軸に垂直な面内径方向のＴｉＯ_２含有量のばらつき（ΔＴｉＯ_２）が０．１５質量％以下であるガラス体を安定的に得ることができる。したがって、実施例１および２で得られたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体は、研磨によりＭＳＦＲが１０ｎｍ以下と超高平滑性を実現することが可能であり、かつＣＴＥのばらつきが極めて小さく（例えば室温で±６ｐｐｂ／℃以下）なるので、ＥＵＶＬ用光学部材として好適に使用することができる。

これに対して、ＳｉＣｌ_４の反応率が８０％より低い比較例１および２では、微小領域でのＴｉＯ_２含有量の均一性と、部材の面内径方向のＴｉＯ_２含有量の均一性の両者が同時に達成されたＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を安定的に得ることができない。すなわち、比較例１では、微小領域でのＴｉＯ_２含有量の均一性は比較的良好であるが、軸に垂直な面内径方向のＴｉＯ_２含有量のばらつきが大きいＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体が得られ、比較例２では、軸に垂直な面内径方向のＴｉＯ_２含有量のばらつきは比較例１に比較すれば良好であるが、微小領域でのＴｉＯ_２含有量のばらつきが大きくなっている。このように、比較例１および２では、いずれもＥＵＶＬ用光学部材として適したＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を安定的に得ることができない。

本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な修正や変更を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年１月３１日出願の日本特許出願２０１１−０１８８０２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明によれば、ＥＵＶＬ用露光装置の光学系部材として好適に使用できるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラス体を得ることができる。

１…中央ノズル、２…第１の外周ノズル、３…第２の外周ノズル、１０…多重管バーナー、２０…基材、３０…多孔質ガラス体、４０…酸水素火炎。

Claims (9)

1. シリカ（ＳｉＯ_２）前駆体とチタニア（ＴｉＯ_２）前駆体を酸水素火炎に供給し、該火炎中で加水分解反応させてチタニアを含有するシリカガラス微粒子を生成する火炎加水分解工程、及び
   前記火炎加水分解工程で生成された前記チタニアを含有するシリカガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積工程を有し、
   前記火炎加水分解工程において、前記シリカ前駆体の加水分解反応の反応率を８０％以上とする、チタニアを含有するシリカガラス体の製造方法。
2. 前記ガラス微粒子堆積工程が、前記火炎加水分解工程で生成された前記チタニアを含有するシリカガラス微粒子を、基材上に堆積させて多孔質ガラス体を得る工程であり、
   前記製造方法が前記多孔質ガラス体を加熱して透明ガラス化する工程をさらに備える、
   請求項１に記載のチタニアを含有するシリカガラス体の製造方法。
3. 前記ガラス微粒子堆積工程が、前記火炎加水分解工程で生成された前記チタニアを含有するシリカガラス微粒子を、耐火性容器中に堆積させ、堆積と同時に溶融してチタニアを含有するシリカガラス体とする工程である、
   請求項１に記載のチタニアを含有するシリカガラス体の製造方法。
4. 前記火炎加水分解工程において、前記シリカ前駆体に供給される酸水素の反応熱量が６０ｋＪ／ｇ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のチタニアを含有するシリカガラス体の製造方法。
5. 前記火炎加水分解工程において、前記シリカ前駆体およびチタニア前駆体を、複数のガス供給ノズルが同心円状に配置された多重管バーナーの中央ノズルから供給し、該多重管バーナーの酸水素火炎中で加水分解する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のチタニアを含有するシリカガラス体の製造方法。
6. 前記多重管バーナーの半径方向の各部位におけるガスの流速をｕ（ｍ／ｓｅｃ）、当該部位の前記バーナーの中心からの半径方向の距離をｒ（ｍｍ）、前記多重管バーナーの半径をＲ（ｍｍ）としたとき、
   式（１）で表される、前記多重管バーナーから供給される全てのガスの流速重心の規格値ｒ´が、０．５３＜ｒ´＜０．５８を満たす条件で前記火炎加水分解を行う、請求項５に記載のチタニアを含有するシリカガラス体の製造方法。
   ｒ´＝（∫ｕ×ｒｄＳ／∫ｕｄＳ）／Ｒ ………（１）
   （式（１）において、∫ｕ×ｒｄＳは、前記多重管バーナーの断面積方向における前記ｕとｒとの積の積分値であり、∫ｕｄＳは、前記多重管バーナーの断面積方向における前記ｕの積分値である。）
7. 前記ガラス微粒子堆積工程で得られる前記多孔質ガラス体は、チタニア結晶の含有量が０．５質量％以下である、請求項２に記載のチタニアを含有するシリカガラス体の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法により製造されるチタニアを含有するシリカガラス体であり、前記チタニア含有量が１〜１２質量％であり、かつ前記チタニアを含有するシリカガラス微粒子の堆積方向に対して垂直な面内における前記チタニア含有量の変動幅（ΔＴｉＯ_２）が０．１５質量％以下であり、微小領域のチタニア含有量の標準偏差（σＴｉＯ_２）が０．１３質量％以下である、チタニアを含有するシリカガラス体。
9. 質量が１０ｋｇ以上である請求項８に記載のチタニアを含有するシリカガラス体。

Images