JP3341395B2 - 石英ガラスの製造装置 - Google Patents
石英ガラスの製造装置Info
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- JP3341395B2 JP3341395B2 JP25541893A JP25541893A JP3341395B2 JP 3341395 B2 JP3341395 B2 JP 3341395B2 JP 25541893 A JP25541893 A JP 25541893A JP 25541893 A JP25541893 A JP 25541893A JP 3341395 B2 JP3341395 B2 JP 3341395B2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
- C03B19/1446—Means for after-treatment or catching of worked reactant gases
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は石英ガラスの製造装置、
製造方法、及びこれにより製造された石英ガラスに関す
るものであり、特に高均質性が要求される合成石英ガラ
ス部材を必要とする分野、例えば光リソグラフィー、高
精度分光器、レーザー等の精密光学機器に有用とされる
高均質な光学用合成石英ガラスに関するものである。
製造方法、及びこれにより製造された石英ガラスに関す
るものであり、特に高均質性が要求される合成石英ガラ
ス部材を必要とする分野、例えば光リソグラフィー、高
精度分光器、レーザー等の精密光学機器に有用とされる
高均質な光学用合成石英ガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン等のウエハ上に集積回路
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
ている。 このステッパーの光源は、近年のＬＳＩの高
集積化にともなってｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６
５ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１
９３ｎｍ）エキシマレーザーへと短波長化が進められて
いる。
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
ている。 このステッパーの光源は、近年のＬＳＩの高
集積化にともなってｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６
５ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１
９３ｎｍ）エキシマレーザーへと短波長化が進められて
いる。
【０００３】一般に、ステッパーの照明系あるいは投影
レンズとして用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い
波長領域では光透過率が低下するため、従来の光学ガラ
スにかえて合成石英ガラスやＣａＦ2（蛍石）等のフッ
化物単結晶を用いることが提案されている。このよう
に、紫外線リソグラフィー用の光学素子として用いられ
る石英ガラスには、紫外域の高透過性と屈折率の高均質
性が要求されている。紫外域の高透過性を実現するため
には、石英ガラス中の不純物濃度を抑える必要がある。
そこで、石英ガラスの原料となるＳｉ化合物ガス（Ｓｉ
化合物ガスを送り出すためのキャリアガスが同時に用い
られる）と加熱、反応のための燃焼ガス（Ｏ2ガスとＨ2
ガス）とをバーナーから流出し、火炎内で石英ガラスを
堆積させる火炎加水合成法が一般的に用いられている。
レンズとして用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い
波長領域では光透過率が低下するため、従来の光学ガラ
スにかえて合成石英ガラスやＣａＦ2（蛍石）等のフッ
化物単結晶を用いることが提案されている。このよう
に、紫外線リソグラフィー用の光学素子として用いられ
る石英ガラスには、紫外域の高透過性と屈折率の高均質
性が要求されている。紫外域の高透過性を実現するため
には、石英ガラス中の不純物濃度を抑える必要がある。
そこで、石英ガラスの原料となるＳｉ化合物ガス（Ｓｉ
化合物ガスを送り出すためのキャリアガスが同時に用い
られる）と加熱、反応のための燃焼ガス（Ｏ2ガスとＨ2
ガス）とをバーナーから流出し、火炎内で石英ガラスを
堆積させる火炎加水合成法が一般的に用いられている。
【０００４】図２(a)は、炉１と、炉内部に設置された
インゴット形成用のターゲット４と、ターゲット４に先
端を向けて設置された石英ガラス合成用のバーナー２
と、ターゲット４上に堆積されなかった石英ガラス粉を
排気する排気手段とからなる火炎加水合成法による従来
の石英ガラスの製造装置である。石英ガラスは粘性が高
いため、保持のための容器等は使用せずターゲット上に
堆積した石英ガラスを自己保持させてインゴットを形成
している。
インゴット形成用のターゲット４と、ターゲット４に先
端を向けて設置された石英ガラス合成用のバーナー２
と、ターゲット４上に堆積されなかった石英ガラス粉を
排気する排気手段とからなる火炎加水合成法による従来
の石英ガラスの製造装置である。石英ガラスは粘性が高
いため、保持のための容器等は使用せずターゲット上に
堆積した石英ガラスを自己保持させてインゴットを形成
している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】インゴットに堆積され
なかった石英ガラス粉は、炉内壁に設けた排気口から排
気処理装置（スクラバー等）へと排気されるが、その一
部は炉壁にも付着してくる。石英ガラスの合成中インゴ
ットに堆積されなかった石英ガラス粉は、排気される以
外は炉内の高温部分にガスが吹き付けられる形で付着し
てくる。一度付着するとその部分は出っ張りとなるた
め、更に加熱され石英ガラス粉が付着しやすい状態にな
り、炉内壁の付着物は団子状に成長してくる。図２(b)
に、炉内壁への石英ガラス粉の付着状況を示してある。
この団子状の付着物が大きくなると、最終的にはインゴ
ットと接触してしまい石英ガラス粉を巻上げてしまう。
巻上がった石英ガラス粉がインゴット上部の合成面にふ
り注ぐとその箇所に向かってガスが拡散し、インゴット
に混入して泡となったり屈折率の不均質を生じてしま
う。また、石英ガラス粉の付着により炉内部の温度分布
や排気状態が変化し、炉内部の雰囲気の不安定や均質性
のばらつきを生じてしまう。
なかった石英ガラス粉は、炉内壁に設けた排気口から排
気処理装置（スクラバー等）へと排気されるが、その一
部は炉壁にも付着してくる。石英ガラスの合成中インゴ
ットに堆積されなかった石英ガラス粉は、排気される以
外は炉内の高温部分にガスが吹き付けられる形で付着し
てくる。一度付着するとその部分は出っ張りとなるた
め、更に加熱され石英ガラス粉が付着しやすい状態にな
り、炉内壁の付着物は団子状に成長してくる。図２(b)
に、炉内壁への石英ガラス粉の付着状況を示してある。
この団子状の付着物が大きくなると、最終的にはインゴ
ットと接触してしまい石英ガラス粉を巻上げてしまう。
巻上がった石英ガラス粉がインゴット上部の合成面にふ
り注ぐとその箇所に向かってガスが拡散し、インゴット
に混入して泡となったり屈折率の不均質を生じてしま
う。また、石英ガラス粉の付着により炉内部の温度分布
や排気状態が変化し、炉内部の雰囲気の不安定や均質性
のばらつきを生じてしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明者らは、炉内壁を石英ガラス粉が付着しな
い状態に保つように、炉内部の雰囲気を変化させない程
度のガスを炉内壁に吹きつけることを着想し、図１(a)
のようにガス管を設けるものとした。よって、本発明
は、炉と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のタ
ーゲットと、該ターゲットに先端を向けて設置された石
英ガラス合成用のバーナーと、前記ターゲット上に堆積
されなかった石英ガラス粉を排気する排気手段とからな
る石英ガラスの製造装置において、炉内壁に不活性ガス
を流出するガス流出手段を設けることを特徴とする石英
ガラスの製造装置（請求項１）を提供するものである。
めに、本発明者らは、炉内壁を石英ガラス粉が付着しな
い状態に保つように、炉内部の雰囲気を変化させない程
度のガスを炉内壁に吹きつけることを着想し、図１(a)
のようにガス管を設けるものとした。よって、本発明
は、炉と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のタ
ーゲットと、該ターゲットに先端を向けて設置された石
英ガラス合成用のバーナーと、前記ターゲット上に堆積
されなかった石英ガラス粉を排気する排気手段とからな
る石英ガラスの製造装置において、炉内壁に不活性ガス
を流出するガス流出手段を設けることを特徴とする石英
ガラスの製造装置（請求項１）を提供するものである。
【０００７】また、本発明は、好ましくは、炉内の石英
ガラス粉が付着してくる部分を図３のようにあらかじめ
凹ませ、ここにガス管を設ける構造とし（請求項２）、
さらに好ましくは炉内壁の凹部を曲面により構成するこ
とによって（請求項３）、炉内壁に沿って排気口までの
不活性ガスのスムーズな流れをつくった。
ガラス粉が付着してくる部分を図３のようにあらかじめ
凹ませ、ここにガス管を設ける構造とし（請求項２）、
さらに好ましくは炉内壁の凹部を曲面により構成するこ
とによって（請求項３）、炉内壁に沿って排気口までの
不活性ガスのスムーズな流れをつくった。
【０００８】
【作用】本発明の石英ガラスの製造装置によれば、炉内
壁にガス管を設けて不活性ガスを流出することにより、
インゴットに堆積されなかった石英ガラス粉を排気口ま
で送り込み、炉内壁に付着させない。そして、炉内壁の
付着物を生じさせないことによって炉内部の雰囲気を安
定化させ、インゴットへの泡の混入、屈折率の不均質を
生じさせない。
壁にガス管を設けて不活性ガスを流出することにより、
インゴットに堆積されなかった石英ガラス粉を排気口ま
で送り込み、炉内壁に付着させない。そして、炉内壁の
付着物を生じさせないことによって炉内部の雰囲気を安
定化させ、インゴットへの泡の混入、屈折率の不均質を
生じさせない。
【０００９】本発明の石英ガラスの製造装置を用いて、
炉内壁に不活性ガスを流出して石英ガラスを製造する
（請求項４）ことにより、付着物による気流の乱れを防
ぎ炉内温度が安定するため、三方向に脈理がなく（請求
項５）、インゴット側面方向の屈折率の均質性がΔｎ≦
４×１０-6、屈折率分布の勾配が１×１０-6/cm以下で
あり（請求項６）、０．０１ｍｍ以上の泡・異物を含ま
ない（請求項７）石英ガラスが得られる。
炉内壁に不活性ガスを流出して石英ガラスを製造する
（請求項４）ことにより、付着物による気流の乱れを防
ぎ炉内温度が安定するため、三方向に脈理がなく（請求
項５）、インゴット側面方向の屈折率の均質性がΔｎ≦
４×１０-6、屈折率分布の勾配が１×１０-6/cm以下で
あり（請求項６）、０．０１ｍｍ以上の泡・異物を含ま
ない（請求項７）石英ガラスが得られる。
【００１０】ガス管より流出される不活性ガスとして
は、Ｎ2ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が用いら
れる。不活性ガスの流量は、多過ぎると炉内部の雰囲気
（炉内部の温度分布や排気状態等）を不安定にし、少な
過ぎると炉内壁に付着する石英ガラス粉を除去しきれな
いため、５ｌ／ｍｉｎ．〜５０ｌ／ｍｉｎ．程度が好ま
しい。
は、Ｎ2ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が用いら
れる。不活性ガスの流量は、多過ぎると炉内部の雰囲気
（炉内部の温度分布や排気状態等）を不安定にし、少な
過ぎると炉内壁に付着する石英ガラス粉を除去しきれな
いため、５ｌ／ｍｉｎ．〜５０ｌ／ｍｉｎ．程度が好ま
しい。
【００１１】また、炉内の石英ガラス粉の付着し易い部
分を凹ませると、インゴットに堆積されなかった石英ガ
ラス粉の付着が凹ませた部分に集中するが、上部に設置
したガス管から不活性ガスを流出し排気口までのガスの
流れをつくることによって石英ガラス粉が炉内壁に付着
することなく効率よく排気口まで送り込まれる。本発明
の石英ガラスの製造装置により製造された石英ガラス
は、主としてレンズ、プリズム、反射板等の光学素子の
母材として用いられる。この母材の外周部分は削り取ら
れ、必要に応じて切断、再成形されて任意の形状に加工
される。そして、内部歪をなくすためにアニール（熱処
理）した後、研磨、コーティング工程を経て光学素子と
なる。
分を凹ませると、インゴットに堆積されなかった石英ガ
ラス粉の付着が凹ませた部分に集中するが、上部に設置
したガス管から不活性ガスを流出し排気口までのガスの
流れをつくることによって石英ガラス粉が炉内壁に付着
することなく効率よく排気口まで送り込まれる。本発明
の石英ガラスの製造装置により製造された石英ガラス
は、主としてレンズ、プリズム、反射板等の光学素子の
母材として用いられる。この母材の外周部分は削り取ら
れ、必要に応じて切断、再成形されて任意の形状に加工
される。そして、内部歪をなくすためにアニール（熱処
理）した後、研磨、コーティング工程を経て光学素子と
なる。
【００１２】以下、実施例を用いて本発明の石英ガラス
の製造装置について説明する。
の製造装置について説明する。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の石英ガラスの製造装置の一
実施例を示す概念図であり、図６は排気系の構造を示す
断面図である。バーナー２は、炉１の上部からターゲッ
ト４にその先端部を向けて設置されている。炉壁には、
観察用の窓（図示せず）と排気管がそれぞれ設けられて
いる。
実施例を示す概念図であり、図６は排気系の構造を示す
断面図である。バーナー２は、炉１の上部からターゲッ
ト４にその先端部を向けて設置されている。炉壁には、
観察用の窓（図示せず）と排気管がそれぞれ設けられて
いる。
【００１４】さらに、炉の下部には、インゴット３形成
用のターゲット４が設置されている。 バーナー２の先
端部の石英管からは、原料ガスとしてＳｉＣｌ4 ガスお
よびキャリアガスが、燃焼、反応ガスとしてＯ2 ガスと
Ｈ2 ガスとがそれぞれ流出される。そして、燃焼、反応
ガスによる火炎により、ＳｉＣｌ4 ガスが火炎加水分解
されて合成石英となり、ターゲット上に堆積しインゴッ
トを形成する。インゴット上部の合成面は燃焼ガスによ
る火炎に覆われている。
用のターゲット４が設置されている。 バーナー２の先
端部の石英管からは、原料ガスとしてＳｉＣｌ4 ガスお
よびキャリアガスが、燃焼、反応ガスとしてＯ2 ガスと
Ｈ2 ガスとがそれぞれ流出される。そして、燃焼、反応
ガスによる火炎により、ＳｉＣｌ4 ガスが火炎加水分解
されて合成石英となり、ターゲット上に堆積しインゴッ
トを形成する。インゴット上部の合成面は燃焼ガスによ
る火炎に覆われている。
【００１５】図４のような形状の石英ガラス製ガス管
（以後ＦＢ管５という）を作製し、このＦＢ管に不活性
ガスを流す。ＦＢ管は炉内壁の付着物が付き易い部分に
設置し、ガス量の変動は炉内部の雰囲気の安定性を損な
う外乱要因となるので、流量はマスフローコントローラ
によって制御する。ガス流量と付着物の量との関係を、
図５に示した。
（以後ＦＢ管５という）を作製し、このＦＢ管に不活性
ガスを流す。ＦＢ管は炉内壁の付着物が付き易い部分に
設置し、ガス量の変動は炉内部の雰囲気の安定性を損な
う外乱要因となるので、流量はマスフローコントローラ
によって制御する。ガス流量と付着物の量との関係を、
図５に示した。
【００１６】本実施例においては、炉内壁の付着物が堆
積してくる部分から排気口にかけてを図３の様に凹ませ
た構造としたので、排気効率が上がり、付着物が減少し
た。
積してくる部分から排気口にかけてを図３の様に凹ませ
た構造としたので、排気効率が上がり、付着物が減少し
た。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、炉内壁に不活性ガスを流
出するガス管を設けた本発明の石英ガラスの製造装置を
用いて石英ガラスを製造することによって、炉内壁への
石英ガラス粉の付着を防ぎ、インゴットへの泡の混入、
屈折率の不均質の原因を取り除くことが出来る。ＦＢ管
を炉内壁にセットするときはＦＢ管自体が炉内壁よりも
出っ張らないようにする。
出するガス管を設けた本発明の石英ガラスの製造装置を
用いて石英ガラスを製造することによって、炉内壁への
石英ガラス粉の付着を防ぎ、インゴットへの泡の混入、
屈折率の不均質の原因を取り除くことが出来る。ＦＢ管
を炉内壁にセットするときはＦＢ管自体が炉内壁よりも
出っ張らないようにする。
【００１８】さらに、炉内壁の石英ガラス粉の付着し易
い部分を凹ませ、集中的に付着してくる石英ガラス粉を
ガス管から流出される不活性ガスにより効率よく排気口
に排出させることにより、排気効率が向上し、付着物を
減少させることが出来る。
い部分を凹ませ、集中的に付着してくる石英ガラス粉を
ガス管から流出される不活性ガスにより効率よく排気口
に排出させることにより、排気効率が向上し、付着物を
減少させることが出来る。
【図１】 ＦＢ管を炉内にセットした断面図である。
【図２】 石英ガラスの製造装置の構造と付着物の付着
状況を示した断面図である。
状況を示した断面図である。
【図３】 炉内壁を凹ませた構造の炉材の断面図であ
る。
る。
【図４】 ＦＢ管の形状を示した図である。
【図５】 ＦＢ管を使用した場合の付着物の除去効率
（ガス流量と付着物の量との関係）をグラフ化したもの
である。
（ガス流量と付着物の量との関係）をグラフ化したもの
である。
【図６】 石英ガラスの製造装置の排気系の構造を示す
断面図である。
断面図である。
１ 炉 ２ バーナー ３ インゴット ４ ターゲット ５ ＦＢ管（ガス管）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岩 弘之 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株式会社ニコン内 (56)参考文献 実開 平１−122044（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−1333（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 8/04 C03B 19/14 C03B 20/00
Claims (2)
- 【請求項１】 炉と、該炉内部に設置されたインゴット
形成用のターゲットと、該ターゲットに先端を向けて設
置された石英ガラス合成用のバーナーと、前記ターゲッ
ト上に堆積されなかった石英ガラス粉を排気する排気手
段とからなる石英ガラスの製造装置において、炉内壁に
凹部を設け、該凹部に向けて不活性ガスを流出するガス
流出手段を設けることを特徴とする石英ガラスの製造装
置。 - 【請求項２】 前記炉内壁の凹部は曲面であることを特
徴とする請求項１に記載の石英ガラスの製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25541893A JP3341395B2 (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 石英ガラスの製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25541893A JP3341395B2 (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 石英ガラスの製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07109134A JPH07109134A (ja) | 1995-04-25 |
| JP3341395B2 true JP3341395B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=17278489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25541893A Expired - Lifetime JP3341395B2 (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 石英ガラスの製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341395B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3796561B2 (ja) * | 1999-04-21 | 2006-07-12 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラスの製造方法 |
| JP4861939B2 (ja) * | 2007-09-18 | 2012-01-25 | コバレントマテリアル徳山株式会社 | 合成シリカガラスの製造装置及びこれを用いた合成シリカガラスの製造方法 |
| JP5248092B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2013-07-31 | コバレントマテリアル株式会社 | 合成シリカガラスの製造装置及び合成シリカガラスの製造方法 |
-
1993
- 1993-10-13 JP JP25541893A patent/JP3341395B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07109134A (ja) | 1995-04-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |