WO2014045990A1 - ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法および該ガラスからなるフォトマスク基板の製造方法 - Google Patents

ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法および該ガラスからなるフォトマスク基板の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing SiO 2 —TiO 2 -based glass applied to optical members such as mirrors and photomasks in optical utilization technology such as photolithography technology.
  • an exposure process is performed in which a photomask is irradiated with exposure light and the photosensitive substrate is exposed with exposure light from the photomask.
  • a photomask can be obtained by forming a predetermined mask pattern on a photomask substrate.
  • the photosensitive substrate has been increased in size, and accordingly, the size of the photomask has also been increased.
  • one side exceeds 1.2 m.
  • a large photomask is used.
  • the photomask substrate used for such a large (large area) photomask is a cylindrical SiO 2 glass ingot synthesized by a vapor phase method such as the direct method as a raw material, and this is press-molded to form a parallel plate. It can manufacture by setting it as a plate-shaped member (for example, refer patent document 1).
  • the photomask absorbs part of the energy of the exposure light, and the absorbed energy is converted into heat.
  • the photomask is deformed by thermal expansion, but if the thermal expansion coefficient is constant, the absolute value of the deformation is proportional to the size of the photomask. The effect will be noticeable.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a SiO 2 —TiO 2 glass applicable to the production of a large photomask substrate and a method for producing a photomask substrate made of the glass.
  • a method of manufacturing a SiO 2 -TiO 2 type glass is a method for producing a SiO 2 -TiO 2 glass on the target by the direct method, the acid a silicon compound and a titanium compound
  • An ingot growth step for growing a SiO2-TiO2 glass ingot having a predetermined length on a target by supplying the hydrogen flame into a hydrogen flame, and the ingot growth step includes a titanium compound relative to a silicon compound supply amount.
  • the amount of increase in the ratio per time when the ratio is gradually increased in the first step is adjusted to 1% by mass or less.
  • the ratio at the start of supply of the silicon compound and the titanium compound is set to SiO 2 —TiO 2. it is preferred that TiO 2 concentration system glass is adjusted to be 4 wt% or less.
  • the growth surface of the SiO 2 —TiO 2 glass ingot in the first step is preferable to gradually increase the ratio so that the temperature is maintained at a predetermined lower limit temperature or higher.
  • the predetermined lower limit temperature is preferably 1600 ° C.
  • the silicon compound is preferably silicon tetrachloride.
  • the titanium compound is titanium tetrachloride, tetraisopropoxytitanium or tetrakisdimethylaminotitanium. Preferably there is.
  • the method for producing a SiO 2 —TiO 2 glass according to any one of the first to ninth aspects preferably includes a preheating step of preheating the target before the ingot growth step.
  • a method for producing a SiO 2 —TiO 2 glass according to any one of the first to tenth aspects by supplying only a silicon compound into an oxyhydrogen flame in an ingot growth step. 2 It is preferable to form a glass growth surface and then start supplying the titanium compound.
  • a method for producing a photomask substrate is a glass for producing SiO 2 —TiO 2 glass by the method for producing SiO 2 —TiO 2 glass according to any one of the first to eleventh aspects.
  • the glass cutting process for cutting out the glass part grown in the second step from the manufacturing process, the SiO 2 —TiO 2 glass produced in the glass manufacturing process, and the glass part cut out in the glass cutting process And a plate member forming step of forming a plate member by heating and pressing.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a glass manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the glass manufacturing apparatus 100 includes a furnace frame 101, a furnace wall 102 made of a refractory, and a hearth 103 on which the furnace frame 101 and the furnace wall 102 are disposed.
  • the burner 104, the support member 105, and the target member 106 are configured.
  • the furnace wall 102 is disposed inside the furnace frame 101. Insertion openings 101a and 102a for inserting the burner 104 are provided in the upper part of the furnace frame 101 and the furnace wall 102, respectively. Further, observation ports 101b and 102b for observing the growth surface 110a of the glass ingot 110 are provided on the sides of the furnace frame 101 and the furnace wall 102, respectively, and a transparent glass window 108 is provided in the observation port 101b. It has been.
  • a radiation thermometer 109 is arranged outside the furnace frame 101 so that the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110 can be measured through the observation ports 101b and 102b.
  • An exhaust port 102c is provided on the side of the furnace wall 102, and chlorine gas generated as a by-product of the glass generation reaction, glass fine particles not deposited on the growth surface 110a, and the like are exhausted from the exhaust port 102c. . Chlorine gas, glass particulates, and the like discharged from the exhaust port 102c are guided to the exhaust pipe 107 and discharged to the outside through a scrubber (not shown).
  • a target member 106 for growing the glass ingot 110 on the upper surface thereof and a support member 105 for supporting the lower surface of the target member 106 are disposed.
  • the support member 105 includes a disk-shaped portion 105a and a rod-shaped portion 105b, and is configured to be able to arbitrarily rotate, swing, and move up and down by a driving device (not shown) connected to one end of the rod-shaped portion 105b.
  • the target member 106 has a disk shape having substantially the same diameter as the disk-shaped portion 105 a of the support member 105, and is disposed at a position facing the burner 104.
  • the manufacture of the SiO 2 —TiO 2 glass in Embodiment 1 is performed according to the following procedure.
  • the target member 106 is rotated at a predetermined speed via the support member 105 by the driving device.
  • the process proceeds to a preheating step, and after introducing oxygen gas and hydrogen gas at a predetermined flow rate into the burner 104 to form an oxyhydrogen flame, the distance between the burner 104 and the target member 106 is kept constant.
  • the target member 106 is heated by the oxyhydrogen flame.
  • the temperature of the target member 106 is monitored by the radiation thermometer 109. When the temperature reaches a preset temperature, the process proceeds to an ingot growth process.
  • the temperature of the growth surface, the glass generation rate, etc. vary depending on the amount of glass raw material gas and combustion gas supplied to the burner, so that glass with a constant composition is deposited stably at a constant rate. Therefore, it is necessary to finely adjust the balance of these entire manufacturing parameters to find the optimum value. Therefore, when SiO 2 glass is doped with TiO 2 to produce SiO 2 —TiO 2 glass, the SiO 2 precursor (silicon compound) supplied to the burner is based on the conventional SiO 2 glass production conditions. It is easiest for those skilled in the art to manufacture a part of) with a precursor of TiO 2 (titanium compound) and other conditions as before.
  • ingot growth starts only by replacing a part of the SiO 2 precursor with a TiO 2 precursor while maintaining the production conditions of the conventional SiO 2 glass. Soon after, local protrusions were formed on the growth surface, and the phenomenon that the degree of unevenness increased with time by selectively growing the protrusions was observed. If the unevenness of the growth surface becomes severe, the ingot cannot be steadily grown any more, so that it is impossible to manufacture a large ingot under such manufacturing conditions.
  • the present inventors have made various studies in order to solve the above problem, and have solved the problem by using the following manufacturing conditions in the ingot growth process.
  • the precursor of SiO 2 is supplied into the oxyhydrogen flame for a predetermined time to form the SiO 2 glass growth surface. That is, a precursor of SiO 2 is supplied to the burner 104 at a predetermined flow rate and hydrolyzed in an oxyhydrogen flame to generate glass fine particles. The fine glass particles generated in this manner are deposited on the target member 106, and at the same time, they are melted and vitrified by a flame to form quartz glass.
  • supply of the precursor of TiO 2 is started. That is, a SiO 2 precursor and a TiO 2 precursor are simultaneously supplied to the burner 104 at a predetermined flow rate, and are hydrolyzed in an oxyhydrogen flame to generate glass particles. The glass fine particles generated in this manner are deposited on the target member 106, and at the same time, are melted and vitrified by a flame to form SiO 2 —TiO 2 glass.
  • the distance between the growth surface 110a of the glass ingot 110 and the burner 104 is kept constant by pulling down the target member 106 at a speed equivalent to the deposition speed of the glass fine particles.
  • the glass ingot 110 is grown until the desired length is reached.
  • the ratio of the supply amount of the TiO 2 precursor to the supply amount of the SiO 2 precursor is set so that the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110 is maintained in the range of 1600 ° C. to 1800 ° C.
  • the glass ingot 110 is gradually increased by pulling up in stages (first step). This is because if the temperature of the growth surface 110a is less than 1600 ° C., the viscosity of the growth surface 110a is lowered and the fluidity is lost, and there is a possibility that a local protrusion is formed on the growth surface 110a. This is because if the temperature of the growth surface 110a exceeds 1800 ° C., the volatilization of the glass ingot 110 becomes significant and the deposition efficiency is lowered, so that the glass ingot 110 cannot be efficiently grown.
  • an increase amount per one time is gradually increased stepwise raising the ratio of the supply amount of the TiO 2 precursor to the feed amount of the SiO 2 precursor, increasing the ratio
  • the amount of increase in the TiO 2 concentration of the SiO 2 —TiO 2 glass is adjusted to 1% by mass or less. Also, increasing the amount of TiO 2 concentration per 1cm long glass ingot 110 is adjusted to be below 1 wt%.
  • a gas containing a silicon compound such as silicon tetrachloride (SiCl 4 ), silicon tetrafluoride (SiF 4 ), monosilane (SiH 4 ), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), or the like is used.
  • the precursor of TiO 2 includes titanium compounds such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ), tetraisopropoxy titanium (Ti (Oi—C 3 H 7 ) 4 ), and tetrakisdimethylamino titanium (TDMAT). Gas can be used.
  • the ingot growth step at the start the supply of the SiO 2 precursor and TiO 2 precursor, of TiO 2 to the feed amount of the SiO 2 precursor precursor supply amount of the The ratio is adjusted so that the TiO 2 concentration of the SiO 2 —TiO 2 glass is 4% by mass or less, and thereafter, the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110 is maintained within the range of 1600 ° C. to 1800 ° C. as it will be, and the ratio of the supply amount of the TiO 2 precursor to the feed amount of the SiO 2 precursor to increase gradually with the growth of the glass ingot 110.
  • SiO 2 —TiO 2 glass having a desired length without causing local protrusions on the growth surface 110 a of the glass ingot 110.
  • the reason can be estimated as follows. That is, in the formation reaction of SiO 2 —TiO 2 glass, the hydrolysis reaction of the precursor of SiO 2 and the precursor of TiO 2 is both exothermic reaction. towards the heating value of the second precursor is less than the heating value of the SiO 2 precursor. Therefore, the larger the ratio of the supply amount of the TiO 2 precursor to the heating amount of the SiO 2 precursor, it acts to reduce the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110. On the other hand, as the glass ingot 110 grows, the volume for storing heat increases, so as long as an appropriate amount of heat is supplied, the larger the volume of the glass ingot 110, the higher the ability to suppress the temperature drop of the growth surface 110a. .
  • the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110 rapidly decreases, and the temperature increase of the growth surface 110a is sufficiently reduced by the effect of increasing the volume of the glass ingot 110. It cannot be suppressed. As a result, the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110 falls below a predetermined lower limit temperature (1600 ° C.), so that the viscosity of the glass ingot 110 increases and a local convex portion is generated on the growth surface 110a.
  • the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110 does not rapidly decrease, and the glass ingot 110 The glass ingot 110 can be grown while obtaining the heat storage effect due to the increase in volume.
  • the temperature of the growth surface 110a of the glass ingot 110 can be maintained at a predetermined lower limit temperature (1600 ° C.) or higher, a desired convexity is not generated on the growth surface 110a of the glass ingot 110. It is considered possible to produce a length of SiO 2 —TiO 2 glass.
  • the target member 106 since the target member 106 is heated in the preheating step, a sufficient amount of heat is stored in the target member 106 before the glass ingot 110 is synthesized. Therefore, it is possible to further suppress the temperature drop of the growth surface 110a of the glass ingot 110 in the ingot growth process. Therefore, the shape of the growth surface 110a of the glass ingot 110 can be stably maintained for a long time, and a longer glass ingot 110 can be manufactured. If the diameters are the same, a glass ingot 110 having a larger mass can be manufactured. become.
  • the SiO 2 precursor is supplied into the oxyhydrogen flame to form the SiO 2 glass growth surface.
  • both the target member 106 and the SiO 2 glass layer formed thereon function as a target, the heat capacity of the target is increased compared to the case where only the target member 106 is used, and the glass is used for a longer time. It becomes possible to maintain the temperature of the growth surface 110a of the ingot 110.
  • the difference in thermal expansion coefficient between the SiO 2 glass and the low thermal expansion glass possible internal stress when the synthesized cooling resulting in low thermal expansion glass cracks occurred There is sex.
  • the mixing amount of the dope species titanium compound
  • the thermal expansion coefficient gradually changes accordingly. The possibility that this SiO 2 —TiO 2 glass will break is extremely low.
  • FIG. 2 is a configuration example of a glass forming apparatus used in a method for manufacturing a photomask substrate.
  • a glass forming apparatus 200 shown in FIG. 2 includes a metal vacuum chamber 201, a heat insulating material 202 provided over the entire inner wall, a carbon heater 203 provided on a side wall portion of the heat insulating material 202, and a vacuum.
  • a glass molding die 204 made of carbon disposed in the center of the chamber 201 and a cylinder rod 209 disposed in contact with the upper surface of the glass molding die 204 are configured.
  • the glass mold 204 is composed of a bottom portion 212 including a base plate 205 and a bottom plate 206, a side plate 207, and a top plate 208.
  • the bottom plate 206, the side plate 207, and the top plate 208 are hollow portions having a rectangular cross section. 210 is formed.
  • SiO 2 —TiO 2 glass is manufactured according to the first embodiment of the present invention.
  • the process proceeds to a glass cutting step, and the glass portion grown in the second step (the portion without the TiO 2 concentration gradation) is cut out from the SiO 2 —TiO 2 glass. That is, the glass portion grown in the first step has a gradation of TiO 2 concentration and is not suitable as a material for the photomask substrate, and therefore is removed from the SiO 2 —TiO 2 glass. Furthermore, if necessary, the upper and lower surfaces and side outer peripheral surfaces of the glass portion grown in the second step are appropriately removed to make the glass portion cylindrical.
  • the process proceeds to the plate-like member forming step, and the glass portion that is grown in the second step and formed into a columnar shape is used as a base material. Form.
  • the glass portion 211 is accommodated in the hollow portion 210 of the molding apparatus 200, and the vacuum chamber 201 is evacuated and then filled with an inert gas.
  • an inert gas nitrogen gas, argon gas, helium gas, or the like can be used.
  • the heating temperature may be a temperature at which the glass portion 211 can be deformed into a desired shape.
  • the heating temperature can be set to a temperature higher than the crystallization temperature of the glass portion 211 and lower than the softening point.
  • the glass portion 211 may be held at a predetermined temperature for a certain period of time in order to make the internal temperature more uniform.
  • the top plate 208 is pressed by the cylinder rod 209 and lowered to the bottom plate 206 side, and pressure-molded until the glass portion 211 has a desired thickness, cooled, and then the plate The glass member molded into a shape is taken out from the mold 204.
  • the member made of SiO 2 —TiO 2 glass thus manufactured is subjected to slicing processing and grinding processing to obtain a predetermined size, chamfering processing to make the end surface into an R shape, and polishing processing to smooth the surface.
  • slicing processing and grinding processing to obtain a predetermined size
  • chamfering processing to make the end surface into an R shape
  • polishing processing to smooth the surface.
  • the manufacturing method of the first embodiment of the present invention since a large SiO 2 —TiO 2 glass is formed into a plate member as a base material, an unprecedented large area plate member can be manufactured.
  • This can be used to manufacture a photomask having a large area and a low coefficient of thermal expansion. More specifically, for example, it is possible to manufacture a photomask for a liquid crystal panel of the eighth generation or later in which one side exceeds 1.2 m and in which thermal expansion due to exposure light irradiation is suppressed. .
  • the ingot growth process gradually by raising the ratio of the supply amount of the TiO 2 precursor to the feed amount of the SiO 2 precursor stepwise with the growing of the glass ingot 110
  • the ratio may be increased in a linear function or a quadratic function with respect to time.
  • SiO 2 —TiO 2 glass was manufactured by the manufacturing method of the first embodiment. Further, the SiCl 4 as a precursor of SiO 2, was used TiCl 4 as a precursor of TiO 2. In addition, this invention is not limited to an Example. ⁇ Example 1> The experiment was performed under the conditions shown in the column “Example 1” in Table 1.
  • a SiO 2 glass having a diameter of 350 mm and a thickness of 120 mm was prepared as a target.
  • Oxygen gas was ejected from the burner at a rate of 315 slm and hydrogen gas at a rate of 775 slm to form an oxyhydrogen flame, and the target was heated with the oxyhydrogen flame for 4 hours.
  • an SiO 2 glass growth surface having a diameter of 300 mm was formed on the target while supplying SiCl 4 at a rate of 30 g / min over 113 hours.
  • the temperature of the growth surface was 1750 ° C.
  • SiCl 4 was changed to 15 g / min, and TiCl 4 was mixed at a rate of 0.1 g / min so that the fluctuation amount of TiCl 4 per cm was 1% by mass or less in terms of TiO 2 doping concentration.
  • SiO 2 —TiO 2 glass could be continuously grown without causing local protrusions on the growth surface, and when an ingot having a diameter of 350 mm and a length of 500 mm could be produced, SiO 2 —TiO 2 was produced. The production of 2 series glass was finished.
  • Example 1 As apparent from Table 1, in Example 1, the TiO 2 concentration was 0.8% by mass (that is, 4% by mass or less) at the start of the supply of TiCl 4 . Further, the amount of change in the TiO 2 concentration between the steps was 0.7 to 0.8% by mass (that is, 1% by mass or less). Further, the amount of increase in the TiO 2 concentration per 1 cm length of the glass ingot was 0.12 to 0.8% by mass (that is, 1% by mass or less). Therefore, a glass ingot could be manufactured while maintaining the growth surface. ⁇ Comparative Example 1> The experiment was performed under the conditions shown in the column “Comparative Example 1” in Table 1.
  • a SiO 2 glass having a diameter of 350 mm and a thickness of 120 mm was prepared as a target.
  • Oxygen gas was ejected from the burner at a rate of 347 slm and hydrogen gas was jetted at a rate of 930 slm to form an oxyhydrogen flame, and the target was heated with the oxyhydrogen flame for 4 hours.
  • an SiO 2 glass growth surface having a diameter of 300 mm was formed on the target over 40 hours while supplying SiCl 4 at a rate of 30 g / min.
  • the temperature of the growth surface was 1745 ° C.
  • TiCl 4 and 30 g / min SiCl 4 were mixed so that the TiO 2 concentration in the glass was 4.6% by mass.
  • TiCl 4 it was considered that local protrusions were formed on the growth surface due to the temperature drop of the growth surface. Therefore, a measure was taken to increase the amount of oxyhydrogen gas during TiCl 4 mixing and to supply heat.
  • local protrusions were formed on the growth surface after 30 hours, and the SiO 2 —TiO 2 glass could not be continuously grown.
  • Comparative Example 1 As is clear from Table 1, the TiO 2 concentration was 4.6% by mass (that is, a value greater than 4% by mass) at the start of the supply of TiCl 4 . Therefore, the growth surface could not be maintained stably.
  • Comparative Example 2 The experiment was performed under the conditions shown in the column “Comparative Example 2” in Table 1.
  • a SiO 2 glass having a diameter of 350 mm and a thickness of 120 mm was prepared as a target.
  • Oxygen gas was ejected from the burner at a rate of 377 slm and hydrogen gas at a rate of 930 slm to form an oxyhydrogen flame, and the target was heated with the oxyhydrogen flame for 4 hours.
  • an SiO 2 glass growth surface having a diameter of 300 mm was formed on the target over 1 hour while supplying SiCl 4 at a rate of 30 g / min. The temperature of the growth surface was 1700 ° C.
  • the amount of SiCl 4 was reduced, and 10 g / min SiCl 4 and 0.4 g / min TiCl 4 were mixed so that the TiO 2 concentration in the glass was 4.6% by mass.
  • the supply amount of SiCl 4 by 10 g / min per hour, increasing the supply amount of TiCl 4 by 0.4 g / min, 30 g /
  • the supply amounts of SiCl 4 of min and TiCl 4 of 1.2 g / min are used, local protrusions are formed on the growth surface after 20 hours, and SiO 2 —TiO 2 glass is continuously grown further. I could not.
  • the flow rate of the oxyhydrogen gas was kept constant under the above conditions.
  • a SiO 2 glass having a diameter of 350 mm and a thickness of 120 mm was prepared as a target.
  • Oxygen gas was ejected from the burner at a rate of 335 slm and hydrogen gas at a rate of 830 slm to form an oxyhydrogen flame, and the target was heated with the oxyhydrogen flame for 4 hours.
  • an SiO 2 glass growth surface having a diameter of 300 mm was produced on the target while supplying SiCl 4 at a rate of 40 g / min.
  • the temperature of the growth surface was 1550 ° C.
  • the supply rate of SiCl 4 was set to 20 g / min.
  • the total amount of oxyhydrogen gas was increased by 30 slm, and TiCl 4 was mixed at 0.2 g / min.
  • the amount of oxyhydrogen gas was increased by 105 slm so that the amount of heat was not insufficient.
  • the supply amount of TiCl 4 was set to 0.4 g / min, and at the same time, the oxyhydrogen gas was further increased by 34 slm.
  • local protrusions were formed on the growth surface after 30 hours, and the SiO 2 —TiO 2 glass could not be continuously grown.
  • a SiO 2 glass having a diameter of 350 mm and a thickness of 120 mm was prepared as a target.
  • Oxygen gas was ejected from the burner at a rate of 306 slm and hydrogen gas at a rate of 760 slm to form an oxyhydrogen flame, and the target was heated with the oxyhydrogen flame for 4 hours.
  • an SiO 2 glass growth surface having a diameter of 300 mm was formed on the target over 24 hours while supplying SiCl 4 at a rate of 30 g / min.
  • the temperature of the growth surface was 1750 ° C.
  • the supply amount of SiCl 4 was set to 15 g / min, and 0.25 g / min of TiCl 4 was supplied. Thereafter, while maintaining the supply amount of SiCl 4 at 15 g / min, TiCl 4 was supplied at a rate of 0.4 g / min after 24 hours, and after 73 hours, TiCl 4 was supplied at a rate of 0.5 g / min. . However, after 30 hours, local protrusions were formed on the growth surface, and the SiO 2 —TiO 2 glass could not be continuously grown.

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Abstract

　ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法は、直接法によりターゲット上にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスを製造する方法であって、ケイ素化合物およびチタン化合物を酸水素火炎中に供給して火炎加水分解することにより、ターゲット上に所定の長さのＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスインゴットを成長させるインゴット成長工程を含み、インゴット成長工程は、ケイ素化合物の供給量に対するチタン化合物の供給量の比率を所定の値に達するまでＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスインゴットの成長に伴って徐々に増加させる第１の工程と、第１の工程において比率が所定の値に達した後、比率を一定に保持したままＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスインゴットを成長させる第２の工程と、を有する。

Description

ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法および該ガラスからなるフォトマスク基板の製造方法
　本発明は、光リソグラフィ技術をはじめとする光利用技術において、ミラーやフォトマスクなどの光学部材に適用されるＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法に関するものである。
　フォトリソグラフィ工程においては、フォトマスクを露光光で照射し、該フォトマスクからの露光光で感光基板を露光する露光処理が行われる。このようなフォトマスクはフォトマスク基板上に所定のマスクパターンを形成することで得られる。
　近年では、感光基板の大型化が進んでおり、これに伴ってフォトマスクのサイズも大型化が進み、例えば第８世代以降の液晶パネル用露光装置には、一辺が１．２ｍを超えるような大型のフォトマスクが使用される。このような大型（大面積）のフォトマスクに用いられるフォトマスク基板は、直接法等の気相法で合成された円柱状のＳｉＯ2 ガラスインゴットを原材料とし、これをプレス成形して平行平板状の板状部材とすることにより製造することができる（例えば、特許文献１参照）。
日本国特開２００２－５３３３０号公報
　ところで、フォトマスクは露光光の一部のエネルギーを吸収し、吸収されたエネルギーは熱に変換される。その結果、フォトマスクは熱膨張により変形するが、熱膨張係数が一定であれば変形量の絶対値はフォトマスクの大きさに比例するので、大型のフォトマスクほど露光光の吸収による熱膨張の影響が顕著に現れることになる。
　このようなフォトマスクの熱膨張による変形はパターニング精度に影響を及ぼすため、フォトマスク基板の材料として熱膨張係数の小さいガラスを用いることが検討されており、具体的には低熱膨張ガラスとして知られているＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの適用が検討されている。
　本発明は、大型のフォトマスク基板の製造に適用可能なＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法および該ガラスからなるフォトマスク基板の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様によると、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法は、直接法によりターゲット上にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスを製造する方法であって、ケイ素化合物およびチタン化合物を酸水素火炎中に供給して火炎加水分解することにより、ターゲット上に所定の長さのＳｉＯ2－ＴｉＯ2系ガラスインゴットを成長させるインゴット成長工程を含み、インゴット成長工程は、ケイ素化合物の供給量に対するチタン化合物の供給量の比率を所定の値に達するまでＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスインゴットの成長に伴って徐々に増加させる第１の工程と、第１の工程において比率が所定の値に達した後、比率を所定の範囲内に保持しながらＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスインゴットを成長させる第２の工程と、を有する。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、第１の工程における、比率を徐々に増加させる際の１回当たりの比率の増加量を、比率を増加させたときのＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスのＴｉＯ2濃度の増加量が１質量％以下となるように調整することが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第１または2の態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、第１の工程における、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスインゴットの長さ１ｃｍあたりのＴｉＯ2濃度の増加量が１質量％以下になるように比率を徐々に増加させることが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第１乃至３のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、ケイ素化合物およびチタン化合物の供給開始時における比率を、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスのＴｉＯ2濃度が４質量％以下となるように調整することが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第１乃至４のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、第１の工程における、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスインゴットの成長面の温度が所定の下限温度以上に維持されるように、比率を徐々に増加させることが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、第５の態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、所定の下限温度が１６００℃であることが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、第１乃至６のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、第１の工程における比率を段階的に増加させることが好ましい。
　本発明の第８の態様によると、第１乃至７のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、ケイ素化合物は、四塩化ケイ素であることが好ましい。
　本発明の第９の態様によると、第１乃至８のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、チタン化合物は、四塩化チタン、テトライソプロポキシチタンまたはテトラキスジメチルアミノチタンであることが好ましい。
　本発明の第１０の態様によると、第１乃至９のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法において、インゴット成長工程の前にターゲットを予め加熱する予熱工程を含むことが好ましい。
　本発明の第１１の態様によると、第１乃至１０のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法は、インゴット成長工程において、酸水素火炎中にケイ素化合物のみを供給してＳｉＯ2ガラス成長面を形成し、その後、チタン化合物の供給を開始することが好ましい。
　本発明の第１２の態様によると、フォトマスク基板の製造方法は、第１乃至１１のいずれかの態様のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスの製造方法によりＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスを製造するガラス製造工程と、このガラス製造工程で製造したＳｉＯ2 －ＴｉＯ2系ガラスから、第２の工程で成長させたガラス部分を切り出すガラス切出工程と、このガラス切出工程で切り出したガラス部分を母材とし、加熱加圧成形して板状部材を形成する板状部材形成工程と、を有する。
　本発明の態様によれば、大型のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを直接法で製造することが可能となる。
本発明の実施の形態１に係るガラス製造装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係るフォトマスク基板の製造方法に用いられるガラス成形装置の構成例である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
　図１は本発明の実施の形態１に係るガラス製造装置の構成図である。
　この実施の形態１に係るガラス製造装置１００は、図１に示すように、炉枠１０１と、耐火物からなる炉壁１０２と、炉枠１０１および炉壁１０２が配設される炉床１０３と、バーナー１０４と、支持部材１０５と、ターゲット部材１０６とから構成されている。
　炉壁１０２は炉枠１０１の内部に配置されている。炉枠１０１および炉壁１０２の上部には、バーナー１０４を挿通するための挿通口１０１ａおよび１０２ａがそれぞれ設けられている。また、炉枠１０１および炉壁１０２の側部には、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａを観察するための観察口１０１ｂおよび１０２ｂがそれぞれ設けられ、さらに、観察口１０１ｂには透明ガラス窓１０８が備えられている。
　炉枠１０１の外部には、観察口１０１ｂおよび１０２ｂを通してガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度を計測できるように放射温度計１０９が配置されている。　
　炉壁１０２の側部には排気口１０２ｃが設けられており、ガラス生成反応の副生成物として発生する塩素ガスや、成長面１１０ａに堆積しなかったガラス微粒子などが排気口１０２ｃから排出される。排気口１０２ｃから排出された塩素ガスやガラス微粒子などは、排気管１０７に導かれ、スクラバー（図示せず）を通して外部へ放出される。
　炉壁１０２の内部には、その上面にガラスインゴット１１０を成長させるターゲット部材１０６と、ターゲット部材１０６の下面を支持する支持部材１０５とが配置されている。支持部材１０５は円盤状部１０５ａと棒状部１０５ｂとからなり、棒状部１０５ｂの一端に接続された駆動装置（図示せず）により、回転、揺動、上下移動が任意に行えるように構成されている。また、ターゲット部材１０６は支持部材１０５の円盤状部１０５ａと略同一の直径を有する円盤形状をなしており、バーナー１０４と対向する位置に配置されている。
　この実施の形態１におけるＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造は、以下の手順で行われる。
　まず、ターゲット回転工程で、上記駆動装置により、支持部材１０５を介してターゲット部材１０６を所定の速度で回転させる。
　次に、予熱工程に移行し、バーナー１０４に所定流量の酸素ガスおよび水素ガスを導入し、酸水素火炎を形成した後、バーナー１０４とターゲット部材１０６の間の距離を一定に保ったまま、この酸水素火炎によりターゲット部材１０６を加熱する。そして、予熱工程中はターゲット部材１０６の温度を放射温度計１０９により監視し、予め設定された温度に到達したら、インゴット成長工程に移行する。
　通常、インゴット成長工程では、バーナーへのガラス原料ガスや燃焼ガスの供給量等によって成長面の温度やガラスの生成速度等が変化するため、一定組成のガラスを一定速度で安定して堆積させるためには、これらの製造パラメータ全体のバランスを微妙に調整して最適値を見出すことが必要となる。このためＳｉＯ2 ガラスにＴｉＯ2 をドープしてＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを製造しようとする場合、従来のＳｉＯ2 ガラスの製造条件を基本とし、バーナーに供給するＳｉＯ2 の前駆体（ケイ素化合物）の一部をＴｉＯ2 の前駆体（チタン化合物）に置き換え、その他の条件は従前のままで製造することが当業者にとって最も容易である。
　しかしながら、本発明者らが見出したところによれば、従来のＳｉＯ2 ガラスの製造条件を維持したままＳｉＯ2 の前駆体の一部をＴｉＯ2 の前駆体に置き換えただけでは、インゴットの成長開始後間もなく成長面に局所的な凸部を生じ、この凸部が選択的に成長することによって凹凸の程度が経時的に増大するという現象が認められた。成長面の凹凸が激しくなると、それ以上インゴットを定常的に成長させることができなくなるため、このような製造条件で大型のインゴットを製造することは不可能である。
　そこで、本発明者らは上記の問題を解決するため種々の検討を行い、インゴット成長工程において、以下のような製造条件を用いることによって当該問題を解決するに至った。
　この実施の形態１のインゴット成長工程では、まず、所定の時間だけ、酸水素火炎中にＳｉＯ2 の前駆体のみを供給してＳｉＯ2 ガラス成長面を形成する。すなわち、バーナー１０４にＳｉＯ2 の前駆体を所定の流量で供給し、酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成させる。こうして生成したガラス微粒子は、ターゲット部材１０６上に堆積すると同時に、火炎により溶融してガラス化し、石英ガラスが形成される。次いで、ＴｉＯ2 の前駆体の供給を開始する。すなわち、バーナー１０４にＳｉＯ2 の前駆体およびＴｉＯ2 の前駆体をそれぞれ所定の流量で同時に供給し、酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成させる。こうして生成したガラス微粒子は、ターゲット部材１０６上に堆積すると同時に、火炎により溶融してガラス化し、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスが形成される。
　なお、石英ガラスおよびＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの形成に際しては、ガラス微粒子の堆積速度と同等の速度でターゲット部材１０６を引き下げることにより、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａとバーナー１０４との距離を一定に保ちながら、所望の長さに達するまでガラスインゴット１１０を成長させる。
　このとき、ＳｉＯ2 の前駆体およびＴｉＯ2 の前駆体の供給開始時においては、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率を目的とする値よりも小さく調整する。例えば、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスのＴｉＯ2 濃度が４質量％（４ｗｔ％）以下となるように、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率を調整する。
　また、その後は、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度が１６００℃～１８００℃の範囲内に維持されるように、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率をガラスインゴット１１０の成長に伴って段階的に引き上げることによって徐々に増加させる（第１の工程）。これは、この成長面１１０ａの温度が１６００℃未満であると、成長面１１０ａの粘性が低下して流動性が失われ、成長面１１０ａに局所的な凸部を生じる恐れがあり、逆に、この成長面１１０ａの温度が１８００℃を超えると、ガラスインゴット１１０の揮発が顕著になり、その堆積効率が低下するため、効率よくガラスインゴット１１０を成長させることができないからである。
　具体的には、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率を段階的に引き上げて徐々に増加させる際の１回当たりの増加量を、この比率を増加させたときのＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスのＴｉＯ2 濃度の増加量が１質量％以下となるように調整する。また、ガラスインゴット１１０の長さ１ｃｍあたりのＴｉＯ2 濃度の増加量が１質量％以下になるように調整する。
　そして、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率が目的とする値に達したら、それ以降は、この比率を一定に保持したままガラスインゴット１１０を定常的に成長させる（第２の工程）。
　なお、ＳｉＯ2 の前駆体としては、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4 ）、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）などのケイ素化合物を含むガスを用いることができる。また、ＴｉＯ2 の前駆体としては、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）、テトライソプロポキシチタン（Ｔｉ（Ｏ－ｉ－Ｃ3 Ｈ7 ）4 ）、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）などのチタン化合物を含むガスを用いることができる。
　このようにして、ターゲット部材１０６にガラスインゴット１１０が成長し、所定の長さに達したところで、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造が終了し、円柱状のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスが得られる。
　このように、この実施の形態１では、インゴット成長工程において、ＳｉＯ2 の前駆体およびＴｉＯ2 の前駆体の供給開始時に、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率を、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスのＴｉＯ2 濃度が４質量％以下となるように調整するとともに、その後は、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度が１６００℃～１８００℃の範囲内に維持されるように、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率をガラスインゴット１１０の成長に伴って徐々に増加させるようにした。その結果、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａに局所的な凸部を生じることなく、所望の長さのＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを製造することが可能となる。
　この理由としては、次のように推測することができる。すなわち、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの生成反応において、ＳｉＯ2 の前駆体およびＴｉＯ2 の前駆体の加水分解反応はいずれも発熱反応であるが、モルあたりの両者の発熱量を比較すると、ＴｉＯ2 の前駆体の発熱量の方がＳｉＯ2 の前駆体の発熱量よりも小さい。そのため、ＳｉＯ2 の前駆体の発熱量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率が大きくなるほど、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度を低下させるように働く。一方、ガラスインゴット１１０が成長するほど、熱を蓄える体積が増えるので、適切な熱量が供給されている限り、ガラスインゴット１１０の体積が大きいほど成長面１１０ａの温度の低下を抑制する能力が高くなる。しかしながら、ＴｉＯ2 の前駆体が大量に供給された場合、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度が急激に低下し、ガラスインゴット１１０の体積増大の効果によっても成長面１１０ａの温度の低下を十分に抑制できない。その結果、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度が所定の下限温度（１６００℃）を下回るため、ガラスインゴット１１０の粘性が増大し、成長面１１０ａに局所的な凸部を生じる。これに対して、この実施の形態１のように、ＴｉＯ2 の前駆体の供給量を徐々に増加させると、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度が急激に低下せず、かつ、ガラスインゴット１１０の体積増大による蓄熱効果を得つつガラスインゴット１１０を成長させることができる。その結果、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度を所定の下限温度（１６００℃）以上に維持することができるので、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａに局所的な凸部を生じることなく、所望の長さのＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを製造することが可能となると考えられる。
　また、この実施の形態１では、上述したとおり、予熱工程でターゲット部材１０６を加熱するため、ガラスインゴット１１０の合成前にターゲット部材１０６に十分な熱量が蓄えられる。そのため、インゴット成長工程においてガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度低下をさらに抑制することが可能となる。したがって、ガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの形状が長時間安定して維持され、より長いガラスインゴット１１０の製造が可能になり、直径が同一であれば、より大質量のガラスインゴット１１０の製造が可能になる。
　また、この実施の形態１では、上述したとおり、インゴット成長工程の最初の段階で、酸水素火炎中にＳｉＯ2 の前駆体のみを供給してＳｉＯ2 ガラス成長面を形成する。その結果、ターゲット部材１０６とその上に形成されたＳｉＯ2 ガラス層の双方がターゲットとして機能するので、ターゲット部材１０６のみを用いる場合と比較して、ターゲットの熱容量が大きくなり、より長時間にわたってガラスインゴット１１０の成長面１１０ａの温度を維持することが可能になる。
　さらに、一般に、ＳｉＯ2 ガラス上に低熱膨張ガラスを合成すると、ＳｉＯ2 ガラスと低熱膨張ガラスとの熱膨張係数の違いにより、合成後の冷却時に内部応力が生じて低熱膨張ガラスが割れてしまう可能性がある。しかし、この実施の形態１に係るＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスでは、上述したとおり、ドープ種（チタン化合物）の混合量が徐々に増加し、それに対応して熱膨張係数も徐々に変化するため、このＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスが割れてしまう可能性は極めて低くなる。
　次に、本発明の実施の形態１により製造されるＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを母材（原材料）とし、フォトマスク基板を製造する方法について説明する。
　図２は、フォトマスク基板の製造方法に用いられるガラス成形装置の構成例である。図２に示すガラス成形装置２００は、金属製の真空チャンバ２０１と、その内壁に全面に渡って設けられた断熱材２０２と、断熱材２０２の側壁部に配設されたカーボンヒーター２０３と、真空チャンバ２０１の中央部に配置されたカーボンからなるガラス成形型２０４と、ガラス成形型２０４の上面に当接して配置されたシリンダロッド２０９とを含んで構成される。
　ガラス成形型２０４は、台板２０５と底板２０６とからなる底部２１２と、側板２０７と、天板２０８とで構成されており、底板２０６、側板２０７、天板２０８で横断面が矩形の中空部２１０を形成している。天板２０８はシリンダロッド２０９で押圧することにより、天板２０８を下方、つまり底板２０６側へ移動させることができる。
　図２の成形装置２００を用いてフォトマスク基板を製造する際には、次の手順に従う。
　まず、ガラス製造工程で、本発明の実施の形態１により、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを製造する。
　その後、ガラス切出工程に移行し、このＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスから、第２の工程で成長させたガラス部分（ＴｉＯ2 濃度のグラデーションが付いていない部分）を切り出す。すなわち、第１の工程で成長させたガラス部分は、ＴｉＯ2 濃度のグラデーションが付いており、フォトマスク基板の材料として適さないため、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスから取り除く。さらに、必要に応じて、第２の工程で成長させたガラス部分の上下面および側外周面を適宜除去加工することにより、このガラス部分を円柱形状とする。
　最後に、板状部材形成工程に移行し、第２の工程で成長させて円柱形状としたガラス部分を母材とし、以下に述べる手順により、このガラス部分を加熱加圧成形して板状部材を形成する。
　すなわち、まず、このガラス部分２１１を成形装置２００の中空部２１０に収容し、真空チャンバ２０１内を真空排気した後、不活性ガスを充填する。充填する不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガス等を用いることができる。
　続いて、カーボンヒーター２０３により、ガラス成形型２０４およびガラス部分２１１を所定温度まで加熱する。ここで、加熱温度はガラス部分２１１を所望形状に変形させられる温度とすればよく、具体的には、ガラス部分２１１の結晶化温度以上、軟化点以下の温度とすることができる。また、ガラス部分２１１の温度が所定温度に達した後、内部の温度をより均一にするために所定温度のまま一定時間保持してもよい。
　ガラス部分２１１が所定温度に加熱されたら、シリンダロッド２０９で天板２０８を押圧して底板２０６側に下降させ、ガラス部分２１１が所望の厚さになるまで加圧成形し、冷却した後、板状に成形されたガラス部材を成形型２０４から取り出す。
　このようにして製造されたＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスからなる部材は、所定のサイズにするためのスライス加工や研削加工、端面をＲ形状にするための面取り加工、表面を平滑にする研磨加工等を適宜施すことにより、フォトマスク基板として使用可能な板状部材となる。
　本発明の実施の形態１の製造方法によれば、大型のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを母材として板状部材に成形するので、従来にない大面積の板状部材を製造することができ、これを用いて大面積かつ低熱膨張率のフォトマスクを製造することができる。より具体的には、例えば一辺が１．２ｍを超えるような第８世代以降の液晶パネル用フォトマスクであって、露光光照射による熱膨張が抑制されたフォトマスクを製造することが可能になる。
［発明のその他の実施の形態］
　なお、上述した実施の形態１では、インゴット成長工程において、ＳｉＯ2 の前駆体の供給量に対するＴｉＯ2 の前駆体の供給量の比率をガラスインゴット１１０の成長に伴って段階的に引き上げることによって徐々に増加させる場合について説明した。しかし、この比率を徐々に増加させる際には、この比率を必ずしも段階的に引き上げる必要はない。例えば、この比率を時間に対して１次関数的または２次関数的に増加させるようにしても構わない。
　以下、本発明の実施例について説明する。実施例では、実施の形態１の製造方法によりＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを製造した。また、ＳｉＯ2 の前駆体としてＳｉＣｌ4 を、ＴｉＯ2 の前駆体としてＴｉＣｌ4 を用いた。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
　表１の「実施例１」の欄に示す条件で実験を行った。
　ターゲットとして直径３５０ｍｍ、厚さ１２０ｍｍのＳｉＯ2 ガラスを用意した。バーナーから酸素ガスを３１５ｓｌｍ、水素ガスを７７５ｓｌｍの割合で噴出させて酸水素火炎を形成し、該酸水素火炎でターゲットを４時間加熱した。４時間後、ＳｉＣｌ4 を３０ｇ／ｍｉｎの割合で供給しながらターゲット上に直径３００ｍｍのＳｉＯ2 ガラス成長面を１１３時間かけて作製したところ、成長面の温度は１７５０℃であった。
　その後、ＳｉＣｌ4 の供給量を１５ｇ／ｍｉｎに変更し、ＴｉＣｌ4 を０．１ｇ／ｍｉｎの割合で、１ｃｍあたりのＴｉＣｌ4 変動量がＴｉＯ2 ドープ濃度で１質量％以下になるように混合させたところ、成長面に局所的な凸部を生じることなく継続的にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを成長させることができ、直径３５０ｍｍ、長さ５００ｍｍのインゴットを作製できたところで、ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造を終了した。
　この実施例１では、表１から明らかなように、ＴｉＣｌ4 の供給開始時において、ＴｉＯ2 濃度は０．８質量％（つまり、４質量％以下）となった。また、各工程間のＴｉＯ2 濃度の変化量は０．７～０．８質量％（つまり、１質量％以下）となった。さらに、ガラスインゴットの長さ１ｃｍあたりのＴｉＯ2 濃度の増加量は０．１２～０．８質量％（つまり、１質量％以下）となった。そのため、成長面を維持したままガラスインゴットを製造できた。
＜比較例１＞
　表１の「比較例１」の欄に示す条件で実験を行った。
　ターゲットとして直径３５０ｍｍ、厚さ１２０ｍｍのＳｉＯ2 ガラスを用意した。バーナーから酸素ガスを３４７ｓｌｍ、水素ガスを９３０ｓｌｍの割合で噴出させて酸水素火炎を形成し、該酸水素火炎でターゲットを４時間加熱した。４時間後、ＳｉＣｌ4 を３０ｇ／ｍｉｎの割合で供給しながらターゲット上に直径３００ｍｍのＳｉＯ2 ガラス成長面を４０時間かけて作製したところ、成長面の温度は１７４５℃であった。
　その後、ガラス中のＴｉＯ2 濃度が４．６質量％になるように１．２ｇ／ｍｉｎのＴｉＣｌ4 と３０ｇ／ｍｉｎのＳｉＣｌ4 を混合させた。ＴｉＣｌ4 混合時には成長面の温度低下により成長面に局所的な凸部を生じることが考えられたため、酸水素ガスをＴｉＣｌ4 混合時に増量させて熱供給をする施策を実施した。しかし、３０時間後に成長面に局所的な凸部を生じ、それ以上継続的にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを成長させることができなかった。
　この比較例１では、表１から明らかなように、ＴｉＣｌ4 の供給開始時において、ＴｉＯ2 濃度が４．６質量％（つまり、４質量％より大きい値）となった。そのため、成長面を安定して維持することができなかった。
＜比較例２＞
　表１の「比較例２」の欄に示す条件で実験を行った。
　ターゲットとして直径３５０ｍｍ、厚さ１２０ｍｍのＳｉＯ2 ガラスを用意した。バーナーから酸素ガスを３７７ｓｌｍ、水素ガスを９３０ｓｌｍの割合で噴出させて酸水素火炎を形成し、該酸水素火炎でターゲットを４時間加熱した。４時間後、ＳｉＣｌ4 を３０ｇ／ｍｉｎの割合で供給しながらターゲット上に直径３００ｍｍのＳｉＯ2 ガラス成長面を１時間かけて作製したところ、成長面の温度は１７００℃であった。
　その後、ＳｉＣｌ4 の量を減らし、ガラス中のＴｉＯ2 濃度が４．６質量％になるように１０ｇ／ｍｉｎのＳｉＣｌ4 と０．４ｇ／ｍｉｎのＴｉＣｌ4 を混合させた。ＳｉＣｌ4 の供給量に対するＴｉＣｌ4 の供給量の割合を維持しながら、１時間毎にＳｉＣｌ4 の供給量を１０ｇ／ｍｉｎずつ、ＴｉＣｌ4 の供給量を０．４ｇ／ｍｉｎずつ増加させ、３０ｇ／ｍｉｎのＳｉＣｌ4 と１．２ｇ／ｍｉｎのＴｉＣｌ4 の供給量としたところ、２０時間後に成長面に局所的な凸部を生じ、それ以上継続的にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを成長させることができなかった。このとき、酸水素ガスの流量は、上記条件で一定に保っていた。
　この比較例２では、表１から明らかなように、ＴｉＣｌ4 の供給開始時において、ＴｉＯ2 濃度が４．６質量％（つまり、４質量％より大きい値）となった。そのため、成長面を安定して維持することができなかった。
＜比較例３＞
　表１の「比較例３」の欄に示す条件で実験を行った。
　ターゲットとして直径３５０ｍｍ、厚さ１２０ｍｍのＳｉＯ2 ガラスを用意した。バーナーから酸素ガスを３３５ｓｌｍ、水素ガスを８３０ｓｌｍの割合で噴出させて酸水素火炎を形成し、該酸水素火炎でターゲットを４時間加熱した。４時間後、ＳｉＣｌ4 を４０ｇ／ｍｉｎの割合で供給しながらターゲット上に直径３００ｍｍのＳｉＯ2 ガラス成長面を１９１時間かけて作製したところ、成長面の温度は１５５０℃であった。
　その後、ＳｉＣｌ4 の供給量を２０ｇ／ｍｉｎにした。酸水素ガスを合計で３０ｓｌｍほど増量し、ＴｉＣｌ4 を０．２ｇ／ｍｉｎで混合させた。７１時間後、熱量不足とならないように酸水素ガスを１０５ｓｌｍ増量した。４２時間後、ＴｉＣｌ4 の供給量を０．４ｇ／ｍｉｎにすると同時に、酸水素ガスをさらに３４ｓｌｍ増量した。しかし、３０時間後に成長面に局所的な凸部を生じ、それ以上継続的にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを成長させることができなかった。
　この比較例３では、表１から明らかなように、各工程間におけるガラス中のＴｉＯ2 濃度の変化量が、最後の工程で、１．１質量％（つまり、１質量％より大きい値）となった。そのため、成長面を安定して維持することができなかった。
＜比較例４＞
　表１の「比較例４」の欄に示す条件で実験を行った。
　ターゲットとして直径３５０ｍｍ、厚さ１２０ｍｍのＳｉＯ2 ガラスを用意した。バーナーから酸素ガスを３０６ｓｌｍ、水素ガスを７６０ｓｌｍの割合で噴出させて酸水素火炎を形成し、該酸水素火炎でターゲットを４時間加熱した。４時間後、ＳｉＣｌ4 を３０ｇ／ｍｉｎの割合で供給しながらターゲット上に直径３００ｍｍのＳｉＯ2 ガラス成長面を２４時間かけて作製したところ、成長面の温度は１７５０℃であった。
　その後、ＳｉＣｌ4 の供給量を１５ｇ／ｍｉｎにして、０．２５ｇ／ｍｉｎのＴｉＣｌ4 を供給した。その後、ＳｉＣｌ4 の供給量は１５ｇ／ｍｉｎに保ったまま、２４時間後にＴｉＣｌ4 を０．４ｇ／ｍｉｎの割合で供給し、さらに７３時間後にＴｉＣｌ4 を０．５ｇ／ｍｉｎの割合で供給した。しかし、それから３０時間後に成長面に局所的な凸部を生じ、それ以上継続的にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを成長させることができなかった。
　この比較例４では、表１から明らかなように、各工程間のＴｉＯ2 濃度の変化量が、３番目の工程で（ＴｉＣｌ4 の流量を０．４ｇ／ｍｉｎとしたときに）、１．２質量％（つまり、１質量％より大きい値）となった。そのため、成長面を安定して維持することができなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１２年第２０４３７７号（２０１２年９月１８日出願）
　１００……ガラス製造装置
　１０１……炉枠
　１０２……炉壁
　１０３……炉床
　１０４……バーナー
　１０５……支持部材
　１０６……ターゲット部材
　１０７……排気管
　１０８……透明ガラス窓
　１０９……放射温度計
　１１０……ガラスインゴット
　１１０ａ……成長面
　２００……ガラス成形装置
　２０１……真空チャンバ
　２０２……断熱材
　２０３……カーボンヒーター
　２０４……ガラス成形型
　２０５……台板
　２０６……底板
　２０７……側板
　２０８……天板
　２０９……シリンダロッド
　２１０……中空部
　２１１……ガラス部分
　２１２……底部

Claims (12)

  1. 　直接法によりターゲット上にＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを製造する方法であって、
    　ケイ素化合物およびチタン化合物を酸水素火炎中に供給して火炎加水分解することにより、前記ターゲット上に所定の長さのＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスインゴットを成長させるインゴット成長工程を含み、
    　前記インゴット成長工程は、前記ケイ素化合物の供給量に対する前記チタン化合物の供給量の比率を所定の値に達するまで前記ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスインゴットの成長に伴って徐々に増加させる第１の工程と、前記第１の工程において前記比率が前記所定の値に達した後、前記比率を所定の範囲内に保持しながら前記ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスインゴットを成長させる第２の工程と、を有するＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  2. 　前記第１の工程において、前記比率を徐々に増加させる際の１回当たりの前記比率の増加量を、前記比率を増加させたときの前記ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスのＴｉＯ2 濃度の増加量が１質量％以下となるように調整する請求項１に記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  3. 　前記第１の工程において、前記ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスインゴットの長さ１ｃｍあたりのＴｉＯ2 濃度の増加量が１質量％以下になるように前記比率を徐々に増加させる請求項１または２に記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  4. 　前記ケイ素化合物および前記チタン化合物の供給開始時における前記比率を、前記ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスのＴｉＯ2 濃度が４質量％以下となるように調整する請求項１乃至３のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  5. 　前記第１の工程において、前記ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスインゴットの成長面の温度が所定の下限温度以上に維持されるように、前記比率を徐々に増加させる請求項１乃至４のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  6. 　前記所定の下限温度が１６００℃である請求項５に記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  7. 　前記第１の工程において、前記比率を段階的に増加させる請求項１乃至６のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  8. 　前記ケイ素化合物は、四塩化ケイ素である請求項１乃至７のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  9. 　前記チタン化合物は、四塩化チタン、テトライソプロポキシチタンまたはテトラキスジメチルアミノチタンである請求項１乃至８のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  10. 　前記インゴット成長工程の前に前記ターゲットを予め加熱する予熱工程を含む請求項１乃至９のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  11. 　前記インゴット成長工程において、前記酸水素火炎中にケイ素化合物のみを供給してＳｉＯ2 ガラス成長面を形成し、その後、前記チタン化合物の供給を開始する請求項１乃至１０のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれかに記載のＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスの製造方法によりＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスを製造するガラス製造工程と、
    　このガラス製造工程で製造した前記ＳｉＯ2 －ＴｉＯ2 系ガラスから、前記第２の工程で成長させたガラス部分を切り出すガラス切出工程と、
    　このガラス切出工程で切り出した前記ガラス部分を母材とし、加熱加圧成形して板状部材を形成する板状部材形成工程と、
    　を有するフォトマスク基板の製造方法。
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