(57)【要約】【課題】  気化器へ供給される液体原料の供給量を十分に均一に制御することができ、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生を十分に防止して、波長が紫外域にある光の透過率が十分に高く、しかも均質性に優れた石英ガラスを効率よく且つ確実に製造することを可能とする石英ガラスの製造装置、並びに、その製造装置を用いた石英ガラスの製造方法を提供すること。【解決手段】  液体原料ボンベ１と、前記液体原料ボンベ１に一端が接続された液体原料用配管２と、前記液体原料用配管２の他端に接続された気化器３と、前記気化器３に一端が接続された原料ガス用配管４と、前記原料ガス用配管４の他端に接続されたバーナ１０と、内部に前記バーナ１０が配置された合成炉１１とを備える石英ガラスの製造装置であって、  前記液体原料用配管２に流量制御装置２０が設けられており、且つ、前記液体原料ボンベ１と前記流量制御装置２０との間に圧力変動緩衝機構２１が更に設けられていることを特徴とする石英ガラスの製造装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原料ボンベと、前記液体原料ボンベに一端が接続された液体原料用配管と、前記液体原料用配管の他端に接続された気化器と、前記気化器に一端が接続された原料ガス用配管と、前記原料ガス用配管の他端に接続されたバーナと、内部に前記バーナが配置された合成炉とを備える石英ガラスの製造装置であって、
前記液体原料用配管に流量制御装置が設けられており、且つ、前記液体原料ボンベと前記流量制御装置との間に圧力変動緩衝機構が更に設けられていることを特徴とする石英ガラスの製造装置。
【請求項２】
前記圧力変動緩衝機構が、前記液体原料用配管内の液体原料の圧力変動を±０．０５ＭＰａ以内に制御するもの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。
【請求項３】
前記圧力変動緩衝機構が、液体原料の導入口と排出口とが設けられた容器、液体原料が流入する液室と圧力変動緩衝流体が充填される圧力変動緩衝室とに前記容器内を区分する隔膜、及び前記圧力変動緩衝室に充填された圧力変動緩衝流体を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の石英ガラスの製造装置。
【請求項４】
前記圧力変動緩衝機構が、前記液体原料用配管の内径の１／４倍以下の内径を有する１つ以上のピンホールが形成された圧力変動緩衝板であり、前記圧力変動緩衝板が前記液体原料用配管内に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の石英ガラスの製造装置。
【請求項５】
前記圧力変動緩衝機構が、前記圧力変動緩衝板と前記液体原料ボンベとの間に、前記液体原料用配管の内径の５倍以上の内径を有する膨張部位を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の石英ガラスの製造装置。
【請求項６】
ケイ素化合物からなる液体原料を液体原料用配管により気化器に供給する液体原料供給工程と、前記気化器により前記液体原料を気化させて得た原料ガスを原料ガス用配管によりバーナに供給する原料ガス供給工程と、前記バーナにより前記原料ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを合成炉内に設けられたターゲットに向けて噴出せしめ、前記ターゲット上に火炎加水分解反応によって石英ガラスを形成する石英ガラス形成工程とを含む石英ガラスの製造方法であって、
前記液体原料供給工程において、前記液体原料用配管内の液体原料の圧力変動を±０．０５ＭＰａ以内に制御することを特徴とする石英ガラスの製造方法。
【請求項７】
前記液体原料供給工程において、前記液体原料用配管内の液体原料の流量変動を±０．０１ｇ／ｍｉｎ以内に制御することを特徴とする請求項６に記載の石英ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラスの製造装置、並びに、それを用いた石英ガラスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造過程で半導体基板等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、ステッパと呼ばれる露光装置が用いられている。このような露光装置においては、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化にともなってｉ線（３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、更にはＡｒＦ（１９３ｎｍ）エキシマレーザーへと光源の短波長化が進められている。
【０００３】
また、ｉ線より短波長の光源を用いた露光装置の照明光学系あるいは投影光学系のレンズ、ミラー、レチクル等の光学部材としては、従来の光学ガラスでは波長がｉ線より短波長の光の透過率が低下するため、蛍石等のフッ化物単結晶や石英ガラスが用いられている。このような石英ガラスとしては、波長が紫外域にある光の透過率が高いことと、屈折率の均質性も高いことが要求されている。このような要求を実現するためには、かかる透過率を高くするために石英ガラス中の不純物濃度を抑える必要があるとともに、石英ガラスの屈折率の均質性を高くするために石英ガラス中の微妙な組成分布（異物や脈理等）を抑える必要がある。そのため、石英ガラスを製造する方法としては、一般的に、石英ガラスの原料となるケイ素化合物（ケイ素化合物を送り出すためのキャリアガスが同時に用いられる）と、支燃焼ガス及び燃焼ガス（例えば酸素含有ガス、水素含有ガス）とをバーナから流出させ、火炎内で石英ガラス微粒子（スート）を形成させた後、ス−トを耐熱性基板からなるターゲット上に堆積させ、熔融、ガラス化して石英ガラスのインゴットを得る火炎加水分解法（「直接法」又は「直接火炎加水分解法」とも称する）が採用されてきた。そして、このような火炎加水分解法による石英ガラスの製造方法や製造装置としては、液体状態のケイ素化合物を原料として用いる技術が開発されてきている。
【０００４】
例えば、特開２００１−４８５５１号公報（特許文献１）においては、溶融炉内に配置されたターゲットに対向して設けられ、ケイ素化合物を酸素水素火炎中で加水分解するバーナと、このバーナにマスフローコントローラを介して連通され、液体状ケイ素化合物（液体原料）を気化するベーキングタンクと、このベーキングタンクに連通され、液体状ケイ素化合物を収納し且つ加圧用ガスが供給されるメインタンクと、前記ベーキングタンクに収容されたケイ素化合物の重量を検出する重量検出装置と、この重量検出装置の出力に基づき制御され前記ベーキングタンクと前記メインタンクの間に設けられた流量制御装置とを有している石英ガラスの製造装置が開示されている。そして、前記製造装置においては、前記重量検出装置の出力に基づき流量制御装置を制御することにより、ケイ素化合物がベーキングタンクからバーナに供給されて減少した減少量だけ、ケイ素化合物がメインタンクからベーキングタンクに供給されるようになっている。また、特開平１１−１１６２４７号公報（特許文献２）においては、ケイ素化合物からなる原料液を気化器に導入し、前記気化器において前記液体原料を気化させた原料ガスを合成炉に導入するにあたり、前記液体原料の前記気化器への導入量を液体マスフローメータで制御する石英ガラスの製造方法が開示されている。しかしながら、特許文献１や２に記載の従来の石英ガラスの製造装置や製造方法においては、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生を十分に防止できず、得られる石英ガラスの紫外線に対する透過率及び均質性が未だ十分なものではなかった。
【特許文献１】特開２００１−４８５５１号公報
【特許文献２】特開平１１−１１６２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、気化器へ供給される液体原料の供給量を十分に均一に制御することができ、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生を十分に防止して、波長が紫外域にある光の透過率が十分に高く、しかも均質性に優れた石英ガラスを効率よく且つ確実に製造することを可能とする石英ガラスの製造装置、並びに、石英ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、紫外線、特に波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーのような真空紫外線を照射した際における石英ガラスの初期透過率と均質性とに影響を及ぼす石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生が、火炎加水分解法によって石英ガラスを製造する際、気化器へ供給される液体原料の供給量にムラが生じていることに起因するということを見出した。そして、従来の火炎加水分解法に用いられる石英ガラスの製造装置においては、マスフローメータ等の流量制御装置を用いて気化器に対する液体原料の供給量の制御を図っていたが、このような流量制御装置のみでは液体原料用配管中の液体原料の圧力がパルス的に変動した場合、例えば、圧送ガスの圧力変動、原料ボンベの切り替え時のエアバルブの開閉、圧送ガスの溶け込みや温度変化による泡の発生等を原因として液体原料の圧力がパルス的に変動した場合に対応できないために、厳密には液体原料の供給量にムラが発生しているということを見出した。また、このような供給量のムラには、液体原料の非圧縮性という特性が大きく影響している。その理由は、ガス原料の場合においては、ガスが圧縮性であるため何がしかの原因で発生した圧力の微妙な変動を吸収することは容易いが、液体原料の場合においては、液体が非圧縮性であるため、圧力の微妙な変動を吸収できないためである。また、気化器への液体原料の供給量にムラが発生すると、気化器からバーナへ供給される原料ガスの供給量にもムラが生じてしまう。そして、このような原料ガスの供給量のムラにより、バーナから噴出された火炎中（反応部）で生成される石英ガラス微粒子の量が変化して石英ガラスの積層速度は不均一なものとなることから、得られる石英ガラス中にミクロ的な組成分布が生じて脈理や泡等の変化が起こってしまう。そこで、本発明者らは、更に鋭意研究を重ねた結果、石英ガラスの製造装置にマスフローメータ等の流量制御装置を設けるとともに、前記流量制御装置と液体ボンベとの間に圧力変動緩衝機構を更に設けることにより、気化器へ供給される液体原料の供給量を十分に均一に制御することができ、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生を十分に防止して、波長が紫外域にある光の透過率が十分に高く、しかも均質性に優れた石英ガラスを効率よく且つ確実に製造できるようになることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の石英ガラスの製造装置は、液体原料ボンベと、前記液体原料ボンベに一端が接続された液体原料用配管と、前記液体原料用配管の他端に接続された気化器と、前記気化器に一端が接続された原料ガス用配管と、前記原料ガス用配管の他端に接続されたバーナと、内部に前記バーナが配置された合成炉とを備える石英ガラスの製造装置であって、
前記液体原料用配管に流量制御装置が設けられており、且つ、前記液体原料ボンベと前記流量制御装置との間に圧力変動緩衝機構が更に設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記本発明の石英ガラスの製造装置としては、前記圧力変動緩衝機構が、前記液体原料用配管内の液体原料の圧力変動を±０．０５ＭＰａ以内に制御するものであることが好ましい。
【０００９】
また、上記本発明の石英ガラスの製造装置としては、前記圧力変動緩衝機構が、液体原料の導入口と排出口とが設けられた容器、液体原料が流入する液室と圧力変動緩衝流体が充填される圧力変動緩衝室とに前記容器内を区分する隔膜、及び前記圧力変動緩衝室に充填された圧力変動緩衝流体を備えることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明の石英ガラスの製造装置としては、前記圧力変動緩衝機構が、前記液体原料用配管の内径の１／４倍以下の内径を有する１つ以上のピンホールが形成された圧力変動緩衝板であり、前記圧力変動緩衝板が前記液体原料用配管内に設けられていることが好ましく、また、前記圧力変動緩衝板と前記液体原料ボンベとの間に、前記液体原料用配管の内径の５倍以上の内径を有する膨張部位を更に備えることがより好ましい。
【００１１】
また、ケイ素化合物からなる液体原料を液体原料用配管により気化器に供給する液体原料供給工程と、前記気化器により前記液体原料を気化させて得た原料ガスを原料ガス用配管によりバーナに供給する原料ガス供給工程と、前記バーナにより前記原料ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを合成炉内に設けられたターゲットに向けて噴出せしめ、前記ターゲット上に火炎加水分解反応によって石英ガラスを形成する石英ガラス形成工程とを含む石英ガラスの製造方法であって、
前記液体原料供給工程において、前記液体原料用配管内の液体原料の圧力変動を±０．０５ＭＰａ以内に制御することを特徴とする方法である。
【００１２】
上記本発明の石英ガラスの製造方法としては、前記液体原料供給工程において、前記液体原料用配管内の液体原料の流量変動を±０．０１ｇ／ｍｉｎ以内に制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、気化器へ供給される液体原料の供給量を十分に均一に制御することができ、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生を十分に防止して、波長が紫外域にある光の透過率が十分に高く、しかも均質性に優れた石英ガラスを効率よく且つ確実に製造することを可能とする石英ガラスの製造装置、並びに、石英ガラスの製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下において、図面を参照しながら本発明の石英ガラスの製造装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の石英ガラスの製造装置の好適な一実施形態の構成を示す模式図である。図１に示す石英ガラスの製造装置は、液体原料ボンベ１と、液体原料ボンベ１に一端が接続された液体原料用配管２と、液体原料用配管２の他端に接続された気化器３と、気化器３に一端が接続された原料ガス用配管４と、原料ガス用配管４の他端に接続されたバーナ１０と、内部にバーナ１０が配置された合成炉１１とを備えている。なお、液体原料用配管２及び原料ガス用配管４は、それぞれ保温配管５で覆われており、液体原料ボンベ１は保温部材６で覆われている。
【００１６】
また、内部にバーナ１０が配置された合成炉１１は、耐火物１２で囲われており、耐火物１２で覆われた領域には、ターゲット１３が配置されている。なお、バーナ１０は、合成炉１１の軸線上にあって、且つ合成炉１１内に配置されたターゲット１３に対向して火炎を放射するように配置されている。また、ターゲット１３は回転機構及び揺動機構を備えたステージ１４に接続されており、ステージ１４は図示を省略した上下機構に接続されている。このような回転機構及び揺動機構、並びに上下機構によってターゲット１３を一定周期で回転、揺動、降下させることが可能となるため、製造過程において石英ガラス１５の上部位置を一定に保つことができる。
【００１７】
また、液体原料用配管２には、流量制御装置２０が設けられており、更に、液体原料ボンベ１と流量制御装置２０との間に圧力変動緩衝機構２１が設けられている。
【００１８】
さらに、図１に示す石英ガラスの製造装置は、キャリアガス用配管２２と、原料ガス以外の支燃ガス（例えば酸素）を供給するための支燃ガス用配管２３と、可燃ガス（例えば水素）を供給するための可燃ガス用配管２４とを備えている。このようなキャリアガス用配管２２の一端は気化器３に接続されており、支燃ガス用配管２３及び可燃ガス用配管２４の一端はそれぞれバーナ１０に接続されている。また、キャリアガス用配管２２にはガスマスフローメータ２５が設置されている。さらに、図１に示す石英ガラスの製造装置は、圧送ガスを液体原料ボンベ１に供給するための圧送ガス用配管２６を備えており、圧送ガス用配管２６の一端は液体原料ボンベ１に接続されている。また、液体原料ボンベ１には液体原料２７が供給されている。
【００１９】
図２は、本発明にかかる圧力変動緩衝機構２１の好適な一実施形態の構成を示す概略縦断面図である。図２に示す圧力変動緩衝機構２１は、液体原料の導入口３０と排出口３１とが設けられた容器３２、液体原料が流入する液室３３と圧力変動緩衝流体が充填される圧力変動緩衝室３４とに前記容器３２内を区分する隔膜３５、及び圧力変動緩衝室３４に充填された圧力変動緩衝流体とを備えている。
【００２０】
このような圧力変動緩衝流体としては特に制限されず、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等の気体や、グリセリン、水、シリコーンオイル等の液体が挙げられる。本実施形態においては、このような圧力変動緩衝流体として窒素ガスを用いる。このような圧力変動緩衝流体は圧縮性を有するものである。そのため、隔膜３５で覆われた圧力変動緩衝室３４は液室３３に流入した液体原料２７の圧力の変動によって収縮し、液体原料２７の圧力の微妙な変動を吸収することができる。従って、本実施形態においては、図２に示す圧力変動緩衝機構２１を用いることで、液体原料の圧力がパルス的に変動した場合であっても圧力の変動を制御することができる。
【００２１】
また、このような圧力変動緩衝機構２１としては、前記液体原料用配管２内の液体原料２７の圧力変動を±０．０５ＭＰａ以内（より好ましくは±０．０３ＭＰａ以内）に制御することができるものを用いることが好ましい。このような圧力変動の範囲が前記±０．０５ＭＰａ以内という範囲から外れると、得られる石英ガラス中への異物の混入や脈理の発生を十分に防止することができず、石英ガラスの透過率及び均質性が低下する傾向にある。また、このような圧力変動緩衝機構２１は、流量制御装置２０と相まって液体原料２７の流量変動を±０．０１ｇ／ｍｉｎ以内に制御することを可能とする。
【００２２】
また、このような圧力変動緩衝機構２１は、液体原料ボンベ１と流量制御装置２０との間の位置に設けられている。このように、圧力変動緩衝機構２１を液体原料ボンベ１と流量制御装置２０との間の位置に設けているのは、流量制御装置２０の上流側の圧力変動が流量変動の原因となるためである。
【００２３】
なお、本実施形態において、このような圧力変動緩衝機構２１としては、アキュムレータ（日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＮ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」）を用いている。
【００２４】
また、本実施形態において、流量制御装置２０としては、液体マスフローメータ（日本アエラ株式会社製、商品名「ＬＸ−１２００」、仕様：フルスケール（ＦＳ）１０ｇ／ｍｉｎ、最小制御流量３％ＦＳ、精度±１％ＦＳ、使用温度１５〜３５℃）を用いている。
【００２５】
次に、液体原料２７について説明する。液体原料２７としては、沸点が５０℃〜２００℃（より好ましくは７０℃〜１３０℃）のケイ素化合物を好適に用いることができる。このような沸点が５０℃未満では、原料が気化し易く取扱いが困難となるとともに、液体原料用配管２中で液体原料２７中に泡が発生し易くなる傾向にあり、他方、２００℃を超えると、原料ガスを合成炉１１に導入する原料ガス用配管４中で、原料ガスの温度が沸点よりも低下して再液化し易くなる傾向にある。また、このようなケイ素化合物としては、アルコキシシラン、アルキルシクロシロキサン、アルキルシロキサンを用いることがより好ましい。本実施形態において、このような液体原料２７としては、オクタメチルシクロテトラシロキサンを用いる。
【００２６】
以下において、本発明の石英ガラスの成形方法を実施するために好適な図１に示す石英ガラスの製造装置を用いた石英ガラスの製造方法について説明する。
【００２７】
このような石英ガラスの製造方法は、基本的には、液体原料２７を気化器３に供給する液体原料供給工程（Ａ）と、原料ガスをバーナに供給する原料ガス供給工程（Ｂ）と、火炎加水分解反応によって石英ガラスを形成する石英ガラス形成工程（Ｃ）とを含む製造方法である。なお、石英ガラスの製造する際に使用する液体原料２７の温度は特に制限されないが、本実施形態においては室温としている。
【００２８】
先ず、液体原料供給工程（Ａ）を説明する。液体原料供給工程（Ａ）においては、先ず、ケイ素化合物からなる液体原料２７を液体原料ボンベ１に供給する。そして、液体原料２７が貯蔵されている液体原料ボンベ１の内部に圧送ガス用配管２６によって圧送ガスを供給する。このようにして液体原料ボンベ１の内部に前記圧送ガスが供給されると、液体原料ボンベ１から液体原料２７が押し出されて液体原料用配管２内に流入する。このような圧送ガスとしては、液体原料に溶けにくいガスを用いることが好ましく、本実施形態においては、ヘリウムガスを用いている。
【００２９】
次に、液体原料用配管２内に流入した液体原料２７は、圧力変動緩衝機構２１を通過する。圧力変動緩衝機構２１においては、液体原料２７が前記供給口３０から液室３３に流入し、液室３３に流入してきた液体原料の圧力の変動によって圧力変動緩衝室３４が収縮する。圧力変動緩衝機構２１においては、このような圧力変動緩衝室３４の収縮によって、原料ボンベの切り替え時のエアバルブの開閉、圧送ガスの溶け込みや温度変化による泡の発生等によって液体原料の圧力がパルス的に変動した場合であっても圧力の微妙な変動を吸収することができる。そのため、圧力変動緩衝機構２１を通過することで液体原料２７の圧力変動は小さくなる。そして、圧力変動緩衝機構２１で圧力変動が制御された液体原料は排出口３１を介して再度液体原料用配管２内に流入する。
【００３０】
本実施形態においては、液体原料２７の圧力変動を±０．０５ＭＰａ以内に制御している。このようにして液体原料２７の圧力変動を±０．０５ＭＰａ以内に制御することで、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生を十分に防止することが可能となり、これにより紫外線の透過率が高く、均質性にも優れた石英ガラスを効率よく且つ確実に製造することができる。
【００３１】
また、圧力変動緩衝機構２１を通過し、再度液体原料用配管２内に流入した液体原料２７は、流量制御装置２０を通過して気化器３に供給される。このような流量制御装置２０においては、気化器３への液体原料２７の供給量の制御が行われる。本実施形態においては、流量制御装置２０に流入した液体原料２７は既に圧力変動が十分に制御されている。また、本実施形態においては、用いる液体原料の温度をその沸点よりも低い室温とすることで温度変化による液体原料中への泡の発生を防止している。そのため、液体原料２７の流量変動は、流量制御装置２０によって十分に制御することが可能となる。
【００３２】
このように、本実施形態においては、圧力変動緩衝機構２１と流量制御装置２０とを用いることで、液体原料２７の流量変動を±０．０１ｇ／ｍｉｎ以内に制御している。このような流量変動が±０．０１ｇ／ｍｉｎ以内の範囲を外れると、異物の混入や脈理の発生を十分に防止することができず、得られる石英ガラスの透過率及び均質性が低下する傾向にある。
【００３３】
また、このようにして、圧力変動緩衝機構２１及び流量制御装置２０を用いて気化器３に供給される液体原料２７の供給量を十分に均一に制御することによって、合成炉１１への原料ガスの供給量を間接的に制御することが可能となる。
【００３４】
次に、原料ガス供給工程（Ｂ）を説明する。原料ガス供給工程（Ｂ）においては、気化器３において、気化器３に供給された液体原料２７を霧状に（微粒子化）し、キャリアガスと混合、加熱して原料ガスを生成した後に得られた原料ガスを原料ガス用配管４によりバーナ１０に供給する。
【００３５】
原料ガスを生成する工程においては、前述のようにして液体原料２７を霧状にした後にキャリアガスと混合することで、液体原料２７にキャリアガスの運動エネルギーを効率よく受け取らせることができる。そのため、液体原料２７を霧状することで、気化器３内に液体原料２７を満遍なく拡散させることができ、効率的に気化させることが可能となる。
【００３６】
また、前記キャリアガスとしては、不活性ガス（窒素ガスを含む）を用いることが好ましい。本実施形態においては、キャリアガスとして窒素ガスを用いる。このようなキャリアガスは、ガスマスフローメータ２５を通過して気化器３に供給される。また、気化器３へのキャリアガスの供給量は、例えば１．５〜２．０ｓｌｍ（スタンダード・リットル・パー・ミニッツ）程度であることが好ましい。このようなキャリアガスの供給量は、ガスマスフローメータ２５で制御することができる。なお、圧送ガスの種類とキャリアガスの種類とを一致させる必要はない。
【００３７】
また、気化器３においては、原料ガスを原料のケイ素化合物の沸点よりも１０℃以上高い温度に加熱することが好ましい。このように、原料ガスの温度を、原料のケイ素化合物の沸点よりも１０℃以上高い温度とすれば、原料ガス用配管４内において原料ガスの再液化を十分に防止することができる。また、このような加熱には、例えばラバーヒータや高周波誘導コイルを用いることができる。なお、原料液中に不純物（例えば、炭化水素）が混入している場合であっても、上記加熱温度よりも沸点が高い不純物は気化されずに気化器３中に残留する。そのため、気化器３において不純物の分離を図ることもできる。
【００３８】
なお、前記原料ガスを供給するとともに、支燃ガス用配管２３と、可燃ガス用配管２４とによって火炎を生成するための支燃性ガス及び可燃性ガスがバーナ１０に供給される。
【００３９】
次に、石英ガラス形成工程（Ｃ）を説明する。石英ガラス形成工程（Ｃ）は、バーナ１０により前記原料ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを合成炉１１内に設けられたターゲット１３に向けて噴出せしめ、前記ターゲット１３上に火炎加水分解反応によって石英ガラスを形成する工程である。
【００４０】
石英ガラス形成工程（Ｃ）においては、先ず、バーナ１０に供給された原料ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとをバーナ１０から合成炉１１内部のターゲット１３に向けて噴射させる。この際、前記酸素含有ガスと、前記水素含有ガスとをバーナ１０の先端で燃焼させて、その火炎内で原料ガスの分解、酸化反応を進行させて石英ガラス微粒子（スート）を形成させる。次に、耐火物１２の内部においてバーナ１０と対向する位置に配置されたターゲット１３の上面に前記ス−トを堆積させ、さらに前記火炎により加熱して、堆積させた前記ス−トを熔融、ガラス化して石英ガラス１５を製造することができる。なお、このような石英ガラスの製造の際には、ターゲット１３を回転機構及び揺動機構により一定周期で回転、揺動させるとともに、上下機構により降下させることで製造中の石英ガラスの上部の位置が一定の高さに保たれるようにしている。
【００４１】
以上、本発明の石英ガラスの製造装置の好適な一実施形態、並びにそれを用いた石英ガラスの製造方法について説明したが、本発明の石英ガラスの製造装置は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
例えば、前記実施形態においては、圧力変動緩衝機構２１としては、液体原料の導入口と排出口とが設けられた容器、液体原料が流入する液室と圧力変動緩衝流体が充填される圧力変動緩衝室とに前記容器内を区分する隔膜、圧力変動緩衝室に充填された圧力変動緩衝流体とを備える圧力変動緩衝機構（アキュムレータ〔日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＮ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」〕）が用いられているが、本発明の石英ガラスの製造装置に用いられる圧力変動緩衝機構２１はこれに制限されるものではない。すなわち、液体原料の圧力変動を制御することができるものを適宜用いることができ、以下に示すような他の圧力変動緩衝機構２１を好適に用いることができる。
【００４３】
このような他の圧力変動緩衝機構２１としては、液体原料用配管２の内径の１／４倍以下の内径を有する１つ以上のピンホールが形成された圧力変動緩衝板が挙げられる。このような圧力変動緩衝板は、液体原料用配管２内に設けられるものである。このような圧力変動緩衝機構においては、液体原料用配管２内を流れる液体原料２７が圧力変動緩衝板を通過する際に、圧力を分散させる効果があることから、液体原料２７の圧力変動を制御することが可能となる。また、このような圧力変動緩衝板において、前記ピンホールの内径が液体原料用配管２の内径の１／４倍を超えると、圧力を分散させる効果が低下する傾向にある。また、このような圧力変動緩衝板としては、圧力変動をより効率的に制御するという観点から、ピンホールの内径を液体原料用配管２の内径の１／１０〜１／２０倍とすることがより好ましい。また、前記ピンホールは１〜３個程度設けることがより好ましい。
【００４４】
さらに、他の圧力変動緩衝機構２１としては、前記圧力変動緩衝板を液体原料用配管２内に設けるとともに、前記圧力変動緩衝板と液体原料ボンベ１との間に、液体原料用配管２の内径の５倍以上の内径を有する膨張部位を更に備えた圧力変動緩衝機構が挙げられる。このように、前記圧力変動緩衝板とともに、前記圧力変動緩衝板と液体原料ボンベ１との間に、液体原料用配管２の内径の５倍以上の内径の膨張部位を液体原料用配管２に設けることで、前記膨張部位に液体原料が流入した際に急激に圧力が分散されるため、液体原料用配管２内の液体原料２７の圧力変動をより高い水準で制御することが可能となる。また、このような膨張部位において、前記膨張部位の内径が液体原料用配管２の内径の５倍未満であると十分に圧力変動を制御することが困難となる傾向にある。なお、前記圧力変動緩衝板を液体原料用配管２内に設けることなく、液体原料用配管２の内径の５倍以上の内径の膨張部位のみを設けたものは、液体原料の圧力変動を十分に制御することができないため、圧力変動緩衝機構２１として用いることができない。
【００４５】
また、前記実施形態においては、流量制御装置２０としては、液体マスフローメータ（日本アエラ株式会社製、商品名「ＬＸ−１２００」を用いているが、本発明の石英ガラスの製造装置に用いられる流量制御装置２０はこれに制限されるものではなく、液体原料の流量変動を調整することが可能なものを適宜用いることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
（実施例１）
図１に示す石英ガラスの製造装置を用いて火炎加水分解法により石英ガラスの製造を行った。ここで、図１中の圧力変動緩衝機構２１としては、圧力変導緩衝室に圧力変導緩衝流体として窒素を充填させたアキュムレータ（日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＮ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」）を用い、図１中の流量制御装置２０としては、仕様がフルスケール（ＦＳ）１０ｇ／ｍｉｎ、最小制御流量３％ＦＳ、精度±１％ＦＳの液体マスフローメータ（日本アエラ株式会社製、商品名「ＬＸ−１２００」）を用い、液体原料２７としては、オクタメチルシクロテトラシロキサンを用い、キャリアガスとしては、窒素ガスを用いた。また、バーナ１０から噴出させる酸素含有ガスの流量は２００ｓｌｍとなるように制御し、水素含有ガスの流量は５５０ｓｌｍとなるように制御した。更に、バーナ１０の中心部から噴出させる原料ガス（オクタメチルシクロテトラシロキサン）の流量は２０ｇ／ｍｉｎとなるように制御し、キャリアガス（窒素ガス）の流量は５ｓｌｍとなるように制御した。また、気化器３における原料ガス（オクタメチルシクロテトラシロキサン）の加熱温度は２００℃とした。更に液体原料用配管２としては、内径が４．３５ｍｍのものを用いた。
【００４８】
石英ガラスの製造においては、先ず、ケイ素化合物からなる液体原料２７（オクタメチルシクロテトラシロキサン）を液体原料ボンベ１に供給した後、液体原料ボンベ１の内部に圧送ガス（ヘリウムガス）を供給し、液体原料２７を液体原料用配管２内に流入させた。次に、このような液体原料２７を、圧力変動緩衝機構２１及び流量制御装置２０に通過させた後に気化器３に供給した。更に、気化器３においては、供給された液体原料２７を霧状に（微粒子化）し、キャリアガスと混合、加熱して原料ガスを生成した。このようにして得られた原料ガスをバーナ１０に供給した。また、バーナ１０に供給された原料ガスを、酸素含有ガス及び水素含有ガスとともにバーナ１０からターゲット１３に向けて噴射させた。この際、前記酸素含有ガスと、前記水素含有ガスとをバーナ１０の先端で燃焼させて、その火炎内で原料ガスの分解、酸化反応を進行させて石英ガラス微粒子（スート）を形成させた。このようにして、ターゲット１３の上面にス−トを堆積させ、さらに前記火炎により加熱して、ターゲット１３に堆積させた前記ス−トを熔融させて石英ガラス１５を製造した。なお、このような石英ガラスの製造の際には、ターゲット１３を回転機構及び揺動機構により一定周期で回転、揺動させるとともに上下機構により降下させることで製造中の石英ガラスの上部の位置が一定の高さに保たれるようにした。
【００４９】
このような石英ガラスの製造過程において、液体原料２７の圧力変動及び流量変動を測定した。このような圧力変動は、圧力変動緩衝機構２１と気化器３との間にデジタル式圧力計（長野計器社製、商品名「ＺＴ６０−Ａ３６」を設置し、このデジタル式圧力計にレコーダーを接続して測定した。また、流量変動は、前記液体マスフローメータにレコーダーを接続して測定した。得られた結果を表１及び図３に示す。
【００５０】
（実施例２）
圧力変導緩衝室に圧力変導緩衝流体として窒素を充填させたアキュムレータ（日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＮ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」）を用いる代わりに、圧力変導緩衝室に圧力変導緩衝流体としてグリセリンを供給させたアキュムレータ（日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＢ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」）を用いた以外は実施例１と同様にして石英ガラスを製造した。
【００５１】
このような石英ガラスの製造過程において、実施例１と同様にして液体原料２７の圧力変動及び流量変動を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５２】
（実施例３）
圧力変導緩衝室に圧力変導緩衝流体として窒素を充填させたアキュムレータ（日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＮ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」）を用いず、圧力変動緩衝機構２１として、直径が１ｍｍのピンホールを１個設けた圧力変動緩衝板を用い、前記圧力変動緩衝板を液体原料用配管２の内部に設けた以外は実施例１と同様にして石英ガラスを製造した。
【００５３】
このような石英ガラスの製造過程において、実施例１と同様にして液体原料２７の圧力変動及び流量変動を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５４】
（実施例４）
圧力変導緩衝室に圧力変導緩衝流体として窒素を充填させたアキュムレータ（日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＮ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」）を用いず、圧力変動緩衝機構２１として、直径が０．３ｍｍのピンホールを３個設けた圧力変動緩衝板を液体原料用配管２の内部に設けるとともに、前記圧力変導緩衝板と原料ボンベ１との間に、内径３０ｍｍの膨張部位を更に設けたものを用いた以外は実施例１と同様にして石英ガラスを製造した。
【００５５】
このような石英ガラスの製造過程において、実施例１と同様にして液体原料２７の圧力変動及び流量変動を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例１）
圧力変動緩衝機構を設けなかった以外は実施例１と同様にして石英ガラスを製造した。
【００５７】
このような石英ガラスの製造過程において、実施例１と同様にして液体原料２７の圧力変動及び流量変動を測定した。得られた結果を表１及び図３に示す。
【００５８】
（比較例２）
圧力変導緩衝室に窒素を充填させたアキュムレータ（日本アキュムレータ株式会社製、商品名「ＨＮ−Ｎ２５ＫＧ−ＬＬ１−ＰＶＣ」）を用いず、液体原料用配管２に内径３０ｍｍの膨張部位のみを設けた以外は実施例１と同様にして石英ガラスを製造した。
【００５９】
このような石英ガラスの製造過程において、実施例１と同様にして液体原料２７の圧力変動及び流量変動を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００６０】
（実施例１〜４及び比較例１〜２で得られた石英ガラスの評価）
＜石英ガラス中の泡の測定＞
実施例１〜４及び比較例１〜２で得られた石英ガラス中に発生している泡を測定した。このような泡の測定及び評価は、ＪＯＧＩＳ記載の泡の測定方法（ＪＯＧＩＳ１２）にしたがった。このような泡の測定においては、各石英ガラスから縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ１０ｍｍの大きさのブロックを切り出し、これを試料とした。また、このような泡の測定には、顕微鏡（ニコン社製、商品名「ＭＭ−４０／Ｌ３Ｔ」）を用いた。得られた結果を表１に示す。
【００６１】
＜石英ガラス中の異物の測定＞
実施例１〜４及び比較例１〜２で得られた石英ガラス中の異物を測定した。このような異物の測定及び評価は、ＪＯＧＩＳ記載の異物の測定方法（ＪＯＧＩＳ１３）にしたがった。このような異物の測定においては、各石英ガラスから縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ１０ｍｍの大きさのブロックを切り出し、これを試料とした。また、このような異物の測定には、顕微鏡（ニコン社製、商品名「ＭＭ−４０／Ｌ３Ｔ」）を用い、更に、試料に対して２ｋｌｘの照度の光を照射するために白色光の平行光束を射出可能な装置を用いた。得られた結果を表１に示す。
【００６２】
＜石英ガラス中の脈理の測定＞
実施例１〜４及び比較例１〜２で得られた石英ガラス中の異物を測定した。このような脈理の測定及び評価は、ＪＯＧＩＳ記載の脈理の測定方法（ＪＯＧＩＳ１１）にしたがった。得られた結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2006327916.tif 000003
【００６４】
表１及び図１に示した結果から明らかなように、本発明の石英ガラスの製造装置及び本発明の製造方法を用いた場合（実施例１〜４）においては、圧力変動及び流量変動を十分に均一に制御することが可能なことが確認され、気化器に対する液体原料の供給量が一定に保てることが分かった。そして、このような本発明の石英ガラスの製造装置においては、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生が十分に防止されることが確認された。このように、実施例１〜４で得られた石英ガラスには、紫外線の透過率の低下や均質性の低下の要因となる異物の混入及び泡や脈理の発生がないことから、紫外線の透過率が高く、均質性にも優れることが分かった。
【００６５】
一方、石英ガラスの製造装置に本発明にかかる圧力変動緩衝機構を設けなかった場合（比較例１〜２）においては、液体原料の圧力変動及び流量変動を十分に制御することができず、異物の混入、泡及び脈理の発生を十分に防止できないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明によれば、気化器へ供給される液体原料の供給量を十分に均一に制御することができ、石英ガラス中への異物の混入及び泡や脈理の発生を十分に防止して、波長が紫外域にある光の透過率が十分に高く、しかも均質性に優れた石英ガラスを効率よく且つ確実に製造することを可能とする石英ガラスの製造装置、並びに、その製造装置を用いた石英ガラスの製造方法を提供することが可能となる。
【００６７】
したがって、本発明の石英ガラスの製造装置は、気化器への液体原料の供給量の制御に優れるため、紫外光の透過率が高く、しかも均質性に優れた石英ガラスを製造する製造装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の石英ガラスの製造装置の好適な一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】本発明にかかる圧力変動緩衝機構の好適な一実施形態の構成を示す概略縦断面図である。
【図３】実施例１及び比較例１において、気化器に供給される液体原料の圧力変動及び流量変動の状態を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１…液体原料ボンベ、２…液体原料用配管、３…気化器、４…原料ガス用配管、５…保温配管、６…保温部材、１０…バーナ、１１…合成炉、１２…耐火物、１３…ターゲット、１４…ステージ、１５…石英ガラス、２０…流量制御装置、２１…圧力変動緩衝機構、２２…キャリアガス用配管、２３…支燃ガス用配管、２４…可燃ガス用配管、２５…ガスマスフローメータ、２６…圧送ガス用配管、２７…液体原料、３０…導入口、３１…排出口、３２…容器、３３…液室、３４…圧力変動緩衝室、３５…隔膜。
【図１】
2006327916.tif 000004
【図２】
2006327916.tif 000005
【図３】
2006327916.tif 000006