(57)【要約】  【課題】  石英ガラスを製造する際に、インゴット内部に泡が発生することを抑制し易い合成石英ガラスの製造装置を提供する。    【解決手段】  合成炉１１と、合成炉１１内にケイ素化合物及び燃焼ガスを噴出して火炎を形成するバーナ１２と、バーナ１２の下方に回転及び下降可能に配設されてインゴットが形成されるターゲット１３と、合成炉１１の側壁の堆積中間体１４の堆積面１４ａより下方に開口された排気口１１ｃとを備え、堆積中間体１４の回転軸Ｏ１に対するバーナ１２の中心軸Ｏ２の傾斜角θが２０°以上６０°以下となっている。【選択図】図１
2006240926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成炉と、該合成炉内にケイ素化合物及び燃焼ガスを噴出して火炎を形成するバーナと、該バーナの下方に回転及び下降可能に配設され、前記火炎中で生成されたガラス微粒子が堆積して堆積中間体が形成されると共に該堆積中間体が成長してインゴットが形成されるターゲットと、前記合成炉の側壁の前記堆積中間体の堆積面より下方に開口された排気口とを備えた合成石英ガラスの製造装置において、  
前記バーナの中心軸が、前記堆積中間体の回転軸に対して傾斜して配置され、前記堆積中間体の回転軸に対する該バーナの中心軸の傾斜角が２０°以上６０°以下であることを特徴とする合成石英ガラスの製造装置。
【請求項２】
前記バーナの中心軸及び前記堆積面の交点と、前記堆積中間体の回転軸との離間距離が、前記堆積中間体の直径の１／４以下となるように、前記ターゲットの下降速度を制御可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の合成石英ガラスの製造装置。
【請求項３】
前記合成炉の前記堆積面より上部側は、ドーム形状を呈することを特徴とする請求項１又は２に記載の合成石英ガラスの製造装置。
【請求項４】
前記堆積中間体の前記回転軸を介して前記バーナの反対側となる前記合成炉の位置に、前記排気口が開口されていることを特徴とする請求項１乃至は３の何れか一つに記載の合成石英ガラスの製造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載の製造装置により、前記堆積中間体を成長させて形成されたことを特徴とする合成石英ガラスインゴット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光リソグラフィ技術において使用される４００ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以下の特定波長帯域で、レンズ、ミラー等の光学部材等に好適に使用される合成石英ガラスの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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技術においては、ステッパと呼ばれる露光装置が用いられている。
【０００３】
このステッパの光源は、近年のＬＳＩの高集積化に伴ってｇ線（波長４３６ｎ）からｉ線（波長３６５ｎｍ）、更にはＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦ（波長１９３．４ｎｍ）エキシマレーザへと短波長化が進められている。
【０００４】
一般に、ステッパの照明系或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代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。
【０００５】
石英ガラスの合成は、原料となるケイ素化合物ガス及びケイ素化合物ガスを送り出すためのキャリヤガスからなる原料ガスと、加熱・反応のための可燃性ガス及び支燃性ガスからなる燃焼ガスとを、合成炉の上部に設置されたバーナから噴出し、火炎内で加水分解反応等により合成された石英ガラスをターゲット上に堆積させてインゴットを形成する直接法が一般に用いられている。
【０００６】
このような直接法には、例えば図２に示すような製造装置が用いられている（特許文献１参照）。この製造装置では、合成炉１１と、合成炉１１内に原料ガス及び燃焼ガスを噴出して火炎を形成するバーナ１２と、バーナ１２の下方に回転及び下降可能に配設されたターゲット１３とを備えている。
【０００７】
このような製造装置では、バーナ１２により形成された火炎中でガラス微粒子が生成し、このガラス微粒子がターゲット１３上に堆積しつつ火炎により加熱されることにより堆積中間体１４が形成され、この堆積中間体１４が成長することにより、最終的にインゴットが形成される。 
【特許文献１】特開平６−２３４５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような直接法によりインゴットを形成する場合、火炎中で形成された全てのガラス微粒子をターゲット１３上或いは堆積中間体１４の堆積面１４ａに堆積させることはできない。
【０００９】
そのため、堆積されなかったガラス微粒子は、バーナ１２からの火炎により合成炉１１の内壁面付近まで運ばれ、バーナ火炎や合成炉１１の底部からの外気の吸い込みによる上昇気流により合成炉１１の内壁面に沿って上昇し、合成炉１１の上部或いはバーナ１２外周へ付着して成長する。そして、この付着物が落下して堆積中間体１４中に混入すると、泡が発生して成長し、最終的に得られるインゴットに、内部に合成石英ガラスが存在しない泡が残留する。
【００１０】
このような泡を含んだ部分は、光学部材として使用することができないため、泡を避けて光学部材を切り出さなければならない。しかも、泡の位置によっては、切り出せる光学部材の寸法が制限される。その結果、歩溜まりを悪化させて、コストアップの原因となっていた。
【００１１】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、インゴット内部に泡が発生することを抑制し易い合成石英ガラスの製造装置を提供することを課題とし、また、内部に存在する泡を少なくしたインゴットを提供することを他の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する請求項１に記載の製造装置は、合成炉と、該合成炉内にケイ素化合物及び燃焼ガスを噴出して火炎を形成するバーナと、該バーナの下方に回転及び下降可能に配設され、前記火炎中で生成されたガラス微粒子が堆積して堆積中間体が形成されると共に該堆積中間体が成長してインゴットが形成されるターゲットと、前記合成炉の側壁の前記堆積中間体の堆積面より下方に開口された排気口とを備えた合成石英ガラスの製造装置において、前記バーナの中心軸が、前記堆積中間体の回転軸に対して傾斜して配置され、前記堆積中間体の回転軸に対する該バーナの中心軸の傾斜角が２０°以上６０°以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の製造装置は、請求項１に記載の構成に加え、前記バーナの中心軸及び前記堆積面の交点と、前記堆積中間体の回転軸との離間距離が、前記堆積中間体の直径の１／４以下となるように、前記ターゲットの下降速度を制御可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の製造装置は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記合成炉の前記堆積面より上部側は、ドーム形状を呈することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の製造装置は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記堆積中間体の前記回転軸を介して前記バーナの反対側となる前記合成炉の位置に、前記排気口が開口されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の合成石英ガラスインゴットは、請求項１乃至４の何れか一つに記載の製造装置により、前記堆積中間体を成長させて形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、バーナの中心軸が、堆積中間体の回転軸に対して傾斜して配置され、堆積中間体の回転軸に対するバーナの中心軸の傾斜角を２０°以上６０°以下としたので、泡の発生が抑制されたインゴットを成形できる。その傾斜角が２０°より小さい場合には、従来と同様に泡が生じ易く、又、６０°より大きいと、角度が大き過ぎて、合成が不可能となってしまう。２０°以上の角度を付けると、バーナ火炎の流れを所定の方向に設定できるため、この方向に排気することにより、堆積中間体に捕捉されなかったガラス微粒子の殆どを排出できる。そのため、炉の上部に回りこんで炉内及びバーナ周りに付着するガラス微粒子が殆どなく、炉内付着物の落下が無いため、泡のないガラスインゴットの製造が可能となる。ちなみに、真上からバーナ火炎を噴射すると、堆積中間体の全周に火炎の流れができてしまい、この発明のように、バーナ火炎の流れを所定の方向に設定できないため、炉内でガラス微粒子が対流して炉内及びバーナ周りに付着してしまう。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、バーナの中心軸と堆積面との交点と前記堆積中間体の回転軸との離間距離が、前記堆積中間体の直径の１／４以下となるように、前記ターゲットの下降速度を制御可能に構成したので、離間距離が１／４以内であれば、堆積面へのガラス微粒子供給と、バーナ火炎による堆積面加熱とが十分に行われ、堆積面におけるガラス微粒子の補足量を高くすることができる。
【００１９】
請求項３に記載の製造装置によれば、合成炉の堆積面より上部側がドーム形状を呈するので、傾斜して配置されたバーナからの火炎や燃焼後の気体が、堆積中間体と合成炉との間を滑らかに流れやすいと共に、合成炉内に滞留し難い。そのため、堆積面に堆積されなかったガラス微粒子を排出させ易く、合成炉内のガラス微粒子の付着物の生成をより低減させ易い。
【００２０】
請求項４に記載の製造装置によれば、堆積中間体の回転軸を介してバーナの反対側の位置に排気口が開口されているので、バーナからの火炎や燃焼後の気体の排気口へ向かう流れが形成され易い。そのため、堆積面に堆積されないガラス微粒子を排気口から排出させ易く、合成炉内のガラス微粒子の付着物の生成をより低減させ易い。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れか一つに記載の製造装置により、堆積中間体を成長させて形成されているので、内部に存在する泡がない、或いは、少ない合成石英ガラスインゴットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、この実施の形態の合成石英ガラスの製造装置を示す。
【００２４】
この製造装置は、耐火物からなる中空の合成炉１１と、この合成炉１１内の上方に配置されて原料ガス及び燃焼ガスを噴出して火炎を形成するバーナ１２と、合成炉１１の下方に回転及び下降可能に配置されたターゲット１３とを備え、バーナ１２からの火炎中で生成されたガラス微粒子がターゲット１３に堆積しつつ火炎により加熱されることにより、上向き凸面形状の堆積面１４ａを有する堆積中間体１４が形成され、この堆積中間体１４が成長することによりインゴットが形成されるように構成されている。
【００２５】
合成炉１１は、円筒状の胴部１１ａと、胴部１１ａの上部に胴部１１ａから連続してドーム状に形成された上部閉塞部１１ｂと、胴部１１ａの周方向の複数箇所に設けられた複数の排気口１１ｃとを備えている。
【００２６】
上部閉塞部１１ｂは堆積中間体１４の凸面形状の堆積面１４ａの下端より下方側の位置から上部側全体に設けられている。
【００２７】
胴部１１ａの複数の排気口１１ｃは、全て堆積中間体１４の堆積面１４ａの下端より下方側の位置に設けられていて、その内の一つの排気口１１ｃがバーナ１２の下方位置に開口され、又、他の一つが堆積中間体１４の回転軸Ｏ１を介してバーナ１２とは反対側の位置に開口している。
【００２８】
ターゲット１３は、円盤状に形成されて合成炉１１の下方に配置され、図示しない駆動装置により、略鉛直方向に沿う回転軸Ｏ１を中心に回転可能に、且つ、回転軸Ｏ１に沿って下降可能に構成されている。
【００２９】
ターゲット１３の回転速度及び下降速度は、形成される堆積中間体１４に応じて適宜選択されるが、堆積中間体１４の成長期間中に堆積面１４ａが略一定形状で、且つ、同じ高さに形成されるように、成長速度に対応して設定されるのが好ましく、特に、堆積中間体１４の成長速度と釣り合う速度で引き下げることにより、堆積面１４ａが特定位置に一定に維持されるように設定されるのが好適である。
【００３０】
バーナ１２は、多数の管体を例えば同心円状に組合わせて一体化したもので、図示しない供給手段から供給される原料ガス及び燃焼ガスを、各管の端部の噴出口から中心軸Ａ２に沿って噴出可能に構成されている。
【００３１】
噴出される原料ガスは、例えば、原料となる四塩化ケイ素等のケイ素化合物及びケイ素化合物を送り出すためのキャリヤガスが混合されたガスなどである。燃焼ガスは、例えば、酸素等の支燃性ガス及び水素等の可燃性ガスなどである。多数の管体を同心円状に組合わせたバーナ１２では中心部分から原料ガスを噴出させるとともに、その周囲から支燃性ガスと可燃性ガスとを交互に配置するように噴出させてもよい。
【００３２】
このバーナ１２は、合成炉１１の上部閉塞部１１ｂのターゲット１３の回転軸Ｏ１から一方側にずれた位置に、堆積中間体１４のバーナ１２側の堆積面１４ａに向けて傾斜して固定されている。
【００３３】
ここでは、バーナ１２の各ガスの噴出方向の中心となる中心軸Ｏ２が、ターゲット１３の回転軸Ｏ１に対して傾斜角度θで傾斜している。傾斜角度θは２０°以上６０°以下とする必要がある。２０°未満では泡が発生し易く、６０°を超えるとターゲット１３上で合成が不可能になるからである。
【００３４】
同時に、所定位置に維持されている堆積中間体１４の堆積面１４ａ及びバーナ１２の中心軸Ｏ２の交点Ｐと、堆積中間体１４の回転軸Ｏ１との間の水平方向の離間距離Ｌが、堆積中間体１４の直径の１／４以下となるようにターゲット１３の下降速度が制御される。
【００３５】
なお、この製造装置では、合成炉１１の上部閉塞部１１ｂ及び排気口１１ｃの位置、バーナ１２の位置及び角度、ターゲット１３の下降速度などは、何れも、製造開始後に形成される堆積中間体１４の堆積面１４ａに基づいて設定されているため、インゴットの製造を繰り返す等によりこれらを最適な値に設定するのが好ましい。
【００３６】
このような製造装置を用いて合成石英ガラスを製造するには、予め、合成炉１１内の上方にバーナ１２を配置すると共に、下方にターゲット１３を設置しておく。このときターゲット１３の平坦な上面は排気口１１ｃより上方に配置される。
【００３７】
そして、バーナ１２から原料ガス及び燃焼ガスを噴出させて火炎を形成し、火炎中でガラス微粒子を生成する。このガラス微粒子は一定速度で回転するターゲット１３に堆積し、火炎により加熱されて一体化する。これにより、ターゲット１３上に除々に堆積中間体１４が形成されて順次成長して行く。
【００３８】
十分な大きさの堆積中間体１４が形成されると、その上部に、上方に向けて突出した凸面形状を呈する堆積面１４ａが形成される。この堆積面１４ａはターゲット１３が回転軸Ｏ１を中心に回転されているため、回転軸Ｏ１を中心にした略回転体形状を呈し、ターゲット１３の回転軸Ｏ１が堆積中間体１４の回転軸となる。
【００３９】
かかる合成時に、堆積面１４ａに堆積されなかったガラス微粒子は、火炎の燃焼後の気体と共に、排気口１１ｃから排出される。
【００４０】
この成長過程には、堆積中間体１４の成長に伴い、ターゲット１３の下降速度が制御されることにより、バーナ１２の中心軸Ｏ２及び堆積面１４ａの交点Ｐと、ターゲット１３の回転軸Ｏ１との離間距離Ｌが、堆積中間体１４の直径の１／４以下となる。これにより、離間距離が１／４以内であれば、堆積面１４ａへのガラス微粒子供給と、バーナ火炎による堆積面１４ａの加熱とが十分に行われ、堆積面１４ａにおけるガラス微粒子の補足量を高くすることができる。
【００４１】
そして、この成長を長時間継続させることにより、所定長さを有するインゴットがターゲット１３上に製造される。
【００４２】
さらに、このような製造後、インゴットに必要になり適宜各種の熱処理を施した後に、切り出して所望の形状に加工することにより、各種の光学部材を得ることができる。
【００４３】
以上のような合成石英ガラスの製造装置によれば、バーナ１２が堆積中間体１４のバーナ１２側の堆積面１４ａに向けて所定角度で傾斜して配置されているので、バーナ１２からの火炎の流れを所定の方向に設定できるため、この方向に排気することにより、堆積中間体１４に捕捉されなかったガラス微粒子の殆どを排出できる。そのため、合成炉１１の上部に回り込んで合成炉１１内及びバーナ１２周りに付着するガラス微粒子が殆どなく、合成炉１１内付着物の落下が無いため、泡のないガラスインゴットの製造が可能となる。
【００４４】
また、合成炉１１の堆積面１４ａより上部側の上部閉塞部１１ｂがドーム形状を呈するので、傾斜して配置されたバーナ１２からの火炎や燃焼後の気体が、堆積中間体１４と合成炉１１との間を滑らかに流れ易いと共に、合成炉１１内に滞留し難い。そのため、堆積中間体１４の堆積面１４ａに堆積されなかったガラス微粒子を排気口１１ｃから排出させ易く、合成炉１１内のガラス微粒子の付着物の生成をより低減させ易い。
【００４５】
さらに、堆積中間体１４の回転軸となるターゲット１３の回転軸Ｏ１を介してバーナ１２の反対側であって堆積面１４ａより下部側の位置に、排気口１１ｃが開口しているので、バーナ１２から噴出される火炎や燃焼後の気体の排気口１１ｃへ向かう流れが形成され易い。そのため、堆積中間体１４の堆積面１４ａに堆積されなかったガラス微粒子を排気口１１ｃから排出させ易く、合成炉１１内のガラス微粒子の付着物の生成をより低減させ易い。
【実施例】
【００４６】
次に、実施例及び比較例について説明する。
［実施例１〜９及び比較例１〜６］
【００４７】
図１に示す製造装置を用いて、バーナ１２の傾斜角θ、並びにバーナ１２の中心軸Ｏ２と堆積面１４ａとの交点Ｐとターゲット１３の回転軸Ｏ１との離間距離Ｌを異ならせる他は、全く同一の合成条件で直径３００ｍｍの実施例及び比較例のインゴットを製造した。
【００４８】
合成条件は、多重管構造を有するバーナ１２の中央部から四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を流速３０ｇ／分で噴出させ、同時にバーナ１２の周辺部から酸素ガスと水素ガスを噴出して酸水素火炎（酸素／水素比：０．５）を発生させ、四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて石英ガラス微粒子を得、これをターゲット１３（回転速度：５ｒｐｍ、揺動速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ）上に堆積させると同時に透明化して石英ガラスインゴットを得た。
【００４９】
上記インゴット中の泡の個数を、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）１２−１９９４に準じた方法で計数し、直径３０μｍ以上の泡の数をインゴットの単位長あたりに換算した。
【００５０】
得られたインゴット中の単位長さあたりの泡の個数を測定した結果を表１に示す。表１中、離間距離Ｌは堆積中間体１４の直径に対する割合で示した。
【００５１】
【表１】
2006240926.tif 000003
【００５２】
この表より、実施例１乃至９では、泡が発生していないのに対し、傾斜角度が０°の比較例１乃至３では、複数個の泡が発生したことが分かる。また、比較例４乃至６では、傾斜角度が８０°であり、大きいことから、合成が不可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の実施の形態の合成石英ガラスの製造装置を示す概略断面図である。
【図２】従来の合成石英ガラスの製造装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１   合成炉
１１a  胴部
１１b  上部閉塞部
１１c  排気口
１２   バーナ
１３   ターゲット
１４   堆積中間体  
１４a  堆積面
Ｌ     離間距離
Ｏ１   回転軸
Ｏ２   中心軸
【図１】
2006240926.tif 000004
【図２】
2006240926.tif 000005