일 실시예를 도시하는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 구성과 작용에 대해 설명하면, 청구항 1의 발명은, 저부에 개구부(2A)를 갖는 노(2)와, 개구부(2B)로부터 노 내부에 대향하도록 배치되는 잉곳 형성용 타겟(3)과, 첨단부(tip end)가 타겟(3)를 향하도록 배치되어 있는 석영 유리 합성용 버너(1)와, 개구부(2B)로부터 노(2)의 내부로 유입한 공기를 노(2) 외부로 방출시키는 배기계(13)를 구비하고, 노(2) 내부에서 타겟(3) 위에 석영 유리의 잉곳(15)를 형성하는 석영 유리의 제조 장치에 적용되어 개구부(2B)의 개구 면적을 변경시킬 수 있는 변경 기구(16 내지 19, 20)를 구비함으로써 상기 목적을 달성한다.
청구항 2의 발명은, 노(2) 내부의 온도를 측정하는 온도 측정기(8)와, 이 온도 측정기(8)에 의한 측정 결과에 기초하여, 개구부(2B)의 개구 면적을 변경시키도록 변경 기구 (16 내지 19, 20)를 제어하는 제어계(21)을 구비한다.
청구항 3의 발명은, 타겟(3)에 형성된 잉곳(15) 헤드부의 지름 방향의 온도 분포에 따라, 타겟(3)를 이동 평면 상에서 버너(1)에 대해 상대적으로 평면 이동시키는 이동 구조를 구비하고, 개구부(2B)는 타겟(3)의 이동 범위에 적합한 형상을 이룬다.
본 발명의 구성을 설명하는 상기 과제를 해결하기 위한 수단의 항에서는, 본 발명을 알기 쉽게 하기 위하여 발명의 실시예에 대한 도면을 사용하였으나, 이것에 의해 본 발명이 그러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 석영 유리 제조 장치의 구성을 도시하고, 도 2는 하기 설명하는 개폐문의 구성을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 석영 유리 제조 장치에 있어서, 노(2) 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이 타원형 단면의 노 내부 공간이 형성되고, 노(2)의 상부에는 선단부를 타겟(3)에 향하는 버너(1)가 설치되어 있다. 노의 벽면에는 IR 카메라(5)에 대한 관찰창(4)과, 배기구(6, 7)가 각각 설치되어 있다. 또한, 열전대(thermoelectric couple)(8)에 의해 노(2) 내부의 온도가 측정된다. 게다가, 노(2)의 하부에는 잉곳(15)의 형성을 위해 이용되는 타겟(3)이 배치되어 있는바, 이 타겟(3)은 지지축(11)을 통해 노(2)의 외부에 있는 모터(미도시)에 의해 회전가능하고 도 1의 좌우방향(도 2의 화살표 A 방향)으로 요동(swing)할 수 있게 되어 있다. 또한, 타겟(3)은 잉곳의 성장 속도에 따라 낮춰질 수 있게 되어 있다.
노(2)는, 노 프레임(furnace frame)(10)에 의해 둘러싸이고, 관찰창(4)에 대응하는 노 프레임(10)의 위치에는 관찰창(12)이 형성되어 있다. 또한, 노 프레임(10)에는 배기관(13)이 접속되어 있고, 노(2)에 형성된 배기구(6,7)로부터의 배기를 실시한다. 배기관(13)의 첨단에는, 스크러버 등의 오염물 제거 설비나 배기 팬이 설치되어 있다. 또한, 노(2) 저부의 개구부(2A)는 단면 형상 타원형이지만, 본 실시예에서는 노(2)의 개구부(2A)의 내측에는 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들면 내화성을 지닌 판으로 구성되는 개폐가능한 개폐문(16, 17, 18, 19)에 의해 형성되는 가변 개구부(2B)가 설치되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 개폐문(16 내지 19)은 모터 등으로 구성되는 개폐 기구(20)에 의해 개폐된다. 이러한 개폐 기구(20)의 구동은, 열전대(8)에 의해 측정되는 노(2) 내부의 온도 분포에 기초하여 제어 장치(21)에 의해 제어된다. 예를 들면, 개폐문(18, 19)을 구동시킴으로써 가변 개구부(2B)는 도 5에 도시된 바와 같이 열리고, 개폐문(16,17)을 구동시킴으로써 가변 개구부(2B)는 도 6에 도시된 바와 같이 열린다. 그리고, 개폐문(16 내지 19)를 구동시킴으로써, 가변 개구부(2B)는 최종적으로는 도 7에 도시하는 바와 같이 최대한으로 개방된다.
다음으로, 본 실시예의 동작에 대해 설명한다. 먼저, 타겟(3)를 충분한 온도(2000℃ 이상)로 가열한 후, 버너(1)로부터 예를 들면 염화규소(SiCl4) 등의 원료 가스를 공급하고, 가수 분해 반응에 의해 잉곳(15)의 합성을 개시한다. 그 후에는 서서히 SiO2 가루를 타겟(3)에 퇴적시킴과 동시에 용해시켜 유리화한다. 이때, 타겟(3)를 지지축(11)의 주위로 회전시킴과 동시에 도 1의 좌우 방향으로 요동시킴으로써, 잉곳(15)이 균일하게 가열되도록 한다. 또한, IR 카메라(5)에 의해 잉곳 합성면과 버너(1)의 거리를 모니터하고, 잉곳의 성장에 관계없이 그 거리가 일정하게 되도록 타겟(3)를 낮춘다. 또한, 배기관(13)은 배기구(6,7)를 통해 노(2) 내의 배기를 실시함으로써, 노(2) 내부의 과열을 방지한다. 즉, 노(2)의 저부에 형성된 가변 개구부(2B)로부터 실온의 대기를 노(2) 내에 유입시킴으로써 노(2) 내부의 열량을 제어한다. 그리고, 이러한 상태를 수주간 계속함으로써 잉곳(15)을 얻는다.
이때, 잉곳(15)은 서서히 성장하여 합성이 개시할 때의 타겟(3)의 지름보다 커지기 때문에, 개구부(2B)의 면적이 실질적으로 감소된다. 이와 같이 개구부(2B)의 면적이 감소하면, 개구부(2B)로부터 들어오는 2차 공기가 적어지게 되어, 배기관(13)으로부터 나오는 배기량이 감소한다. 동시에, 외부로의 복사열의 방출 또한 감소하기 때문에, 노(2) 내의 온도가 상승한다. 또한, 배기관(13)에 퇴적물(30)이 부착되면, 압력 손실이 증가하기 때문에, 배기량이 감소하여 노(2) 내부의 온도가 상승한다. 이와 같이, 노(2) 내부의 온도가 상승하면, 잉곳(15)이 불균일하게 가열된다. 본 실시예에 있어서는, 노(2) 내부의 온도를 열전대(8)에 의해 검출하고, 이 노(2) 내부의 온도가 항상 일정하게 유지되도록, 제어 장치(21)에 의헤 개폐 기구(20)를 구동하여 개폐문(16 내지 19)를 개방함으로써 개폐구(2B)의 면적을 크게 한다. 이에 의해, 노(2) 내부에는 배기를 위한 2차 공기가 효율적으로 들어오게 됨으로써, 배기관(13)에 의한 노(2) 내의 배기를 순조롭게 실시할 수 있다. 따라서, 상승하기 시작한 노(2) 내의 온도는 다시 원래의 온도로 돌아오기 때문에, 노(2) 내의 온도를 항상 거의 일정하게 유지하면서 잉곳(15)의 합성을 실시할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 잉곳(15)의 성장 방향의 온도 분포는, 종래의 개구부(2B)의 면적을 일정하게 하여 버너로부터의 공급 열량을 제어하는 방식의 것과 비교하면, 본 발명은 개구부(2B)를 변경시킴으로써 그 온도 분포를 줄인다. 이에 의해, 잉곳(15)의 성장 과정에 있어서의 온도 변화를 줄일 수 있기 때문에, 최종적으로 합성되는 잉곳(15)이 균일하게 가열됨으로써, 성장 방향에 맥리가 없는 균질의 잉곳(15)을 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 개구부(2B)의 면적은 타원형이지만, 직사각형 또는 원형이 될 수 있다. 또한, 타겟(3)을 도 1의 좌우 방향 또는 전후 방향으로 요동이 가능하게 하였으나, 요동시키지 않아도 된다. 타겟(3)을 요동시키는 경우, 그 요동과 동기하여 개폐문(16,17)을 같은 방향으로 구동하면, 잉곳 주위의 개구 면적의 대칭성이 유지되어, 노 내부의 온도 분포를 더욱 일정하게 할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 열전대(8)에 의해 노(2) 내부의 온도가 검출되고, 이 검출 결과에 기초하여 개폐문(16 내지 19)을 개폐시키지만, 잉곳(15) 합성시의 노(2) 내의 온도 변화를 미리 데이터로서 기억시켜두고, 이 데이터에 기초하여 개폐문(16 내지 19)의 개폐를 제어할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는, 제어 장치(21)에 의해 개폐문(16 내지 19)의 개폐를 제어하고 있지만, 수동으로 개폐문(16 내지 19)을 개폐할 수도 된다.
이하, 상기 설명한 바와 같이 구성되는 석영 유리의 제조 장치에 의해 합성된 잉곳에 대한 굴절률의 균질성에 대한 실험 결과를 비교예와 비교하여 설명한다.
(1)실시예 1
상기 설명한 본 발명의 실시예에 의한 석영 유리 제조 장치에 의해 약 φ350 ×t1000㎜의 잉곳을 합성하였다. 이때, 개구부(2B)의 면적을 360 × 500㎜(개구부(2A)의 67%의 면적) 내지 450 ×630㎜(타원형)의 사이에서 제어하였다. 이와 같이 하여 얻어진 잉곳의 굴절률 균질성을 측정하기 위한 시료(φ250 ×t40)를 만든 후, 1000℃에서 10 시간 이상 유지하고, 10℃/시간의 강온 속도로 점차적으로 냉각시켜 충분히 변형을 제거한 후, 간섭계를 이용한 오일 온 플레이트법(oil on plate method)으로 굴절률 균질성 △n을 측정하고, 핀홀법(pinhole method)에 의해 맥리 측정을 실시했다.
결과로서, 본 실시예 1에서, 굴절률 균질성 △n은 1.8 x 10-6이고, 3방향으로 맥리가 없는 석영 유리를 얻을 수 있었다. 이러한 석영 유리로 제작된 렌즈의 광축방향의 굴절률 분포는 중앙 대칭성을 가지며, 비회전 대칭 성분의 RMS 값이 0.0010λ이고, 그 회전 대칭 성분을 2·4차로 커브 피팅한 후의 나머지 차이 성분의 RMS 값은 0.0008λ였다. 이것은 포토리소그래피 투영 렌즈용 석영 유리, 특히 256M 이후의 단파장광을 이용하는 축소 노광 장치에 이용되는 렌즈용 석영 유리의 사양을 충분히 충족시키는 것이었다.
(2) 실시예 2
상기 설명한 본 발명의 실시예에 의한 석영 유리 제조 장치로 약 φ350 × t1000㎜의 잉곳(15)을 합성하였다. 이 때, 개구부(2B)의 면적을 360 ×500㎜ 내지 450 ×630㎜ 사이에서 제어함과 동시에, 잉곳(15)의 성장 방향에 대해 도 4에 도시하는 바와 같은 온도 분포가 되도록 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 잉곳(15)의 굴절률 균질성을 측정하기 위한 시료 (φ250 ×t40)를 제작한 후, 1000℃에서 10시간 이상 유지하고, 10℃/시간의 강온 속도로 점차적으로 냉각시켜 충분히 변형을 제거한 후, 간섭계를 이용한 오일 온 플레이트법으로 굴절률 균질성 △n를 측정하고, 핀홀법에 의해 맥리 측정을 실시하였다.
결과로서, 실시예 2에서는, 굴절률 균질성 △n=1.6 x 10-6이고, 3방향으로 맥리가 없는 석영 유리를 얻을 수 있었다. 이 석영 유리에 의해 제작한 렌즈의 광축 방향의 굴절률 분포는 중앙 대칭성을 갖고, 비회전 대칭 성분의 RMS값이 0.0008λ이고, 그 회전 대칭 성분을 2·4차로 커브 피팅한 후의 나머지 차이 성분의 RMS값이 0.0005λ였다. 이러한 값들은 포토리소그래피 투영 렌즈용 석영 유리의 사양을 충분히 만족시키는 것이다.
(3) 비교예 1
상기 설명한 실시예 1과 동일 조건하에서, φ350 ×t1000㎜의 잉곳(15)을 합성하였다. 이때, 개구부(2B)를 면적 450 × 630㎜(타원형)으로 일정하게 유지하였다. 이와 같이 하여 얻은 잉곳(15)의 굴절률 균질성을 측정하기 위한 시료 (φ250 ×t40)를 제작한 후, 굴절률 균질성 △n 및 맥리 측정을 실시하였다.
결과로서, 비교예 1에서, 굴절률 균질성 △n는 5 x 10-6이며, 광축 방향 측면에서 관찰한 결과, 층상 맥리가 발생하였다. 이 석영 유리에 의해 제작된 렌즈의 광축 방향의 굴절률 분포는 중앙 대칭성이 나쁘고, 비회전 대칭 성분의 RMS값은 0.0071λ이며, 그 회전 대칭 성분을 2 ·4차로 커브 피팅한 후의 나머지 성분의 RMS값은 0.0078λ였다. 이러한 수치는 포토리소그래피 투영 렌즈용 석영 유리의 사양을 충족시키지 못한다.
(4) 비교예 2
상기 설명한 실시예 1과 동일 조건하에서, φ350 ×t1000㎜의 잉곳(15)을 합성하였다. 이때, 개구부(2B)의 면적을 360 ×500㎜(개구부(2A)의 67%)로 일정하게 유지하였다. 이때, 개구부의 면적을 잉곳(15)의 지름 근처까지 감소시켰으나, 합성을 개시할 때의 잉곳의 지름이 상당히 커져, 버너(1)로부터의 가스의 공급량을 감소시켰다. 그러나, 노(2) 내부의 온도 상승을 제어하지 못하고, 버너(1)로부터의 공급 가스량의 하한치에 도달하여, 공급하는 화염이 상승 기류를 타고 버너(1)로 돌아가게 되어, 합성이 불가능하게 되었다.
이상의 실시예와 청구항의 대응 관계에 있어서, 개폐문(16 내지 19) 및 개폐기구(20)가 변경 기구를, 열전대(8)가 온도 측정기를, 제어 장치(21)가 제어계를 각각 구성한다.