(57)【要約】内部透過率が高い石英ガラス部材を作成する方法及び装置が開示される。この方法及び装置により、１９３ｎｍにおける内部透過率が少なくとも９９.６５％/ｃｍの石英ガラスを作成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスを作成する方法において、
収集面の上方に配された複数のバーナー及び前記収集面の少なくとも一部を囲む耐火物表面を備える炉を提供する工程、
主表面及び側壁を有する、概ね平らな形状の石英ガラスブールを形成するために、前記収集面上にスート粒子を収集する工程、及び
前記ブールの形成中に、前記収集面上のスート粒子と前記バーナーとの間隔を実質的に一定に維持する工程、
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記収集面が概ね平坦であり、横壁を備えておらず、前記炉が前記収集面と同じ水準面に配置されているかまたは前記収集面より下方に配置されている排気ポートをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記耐火物表面の温度を前記収集面の温度より少なくとも３００℃低い温度に維持する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法にしたがって作成された石英ガラス部材において、使用軸に対して実質的に垂直な方向での屈折率勾配が厚さ１００ｍｍに至るまで３ｐｐｍより小さいことを特徴とする石英ガラス部材。
【請求項５】
前記石英ガラス部材の１９３ｎｍにおける内部透過率が少なくとも９９.７５％/ｃｍであることを特徴とする請求項４に記載の石英ガラス部材。
【請求項６】
石英ガラスを作成する方法において、
収集面の上方に配された複数のバーナー及び前記収集面の少なくとも一部を囲む耐火物表面を備える炉を提供する工程、
上主表面及び側壁を有する、概ね平らな形状の石英ガラスブールを形成するために、前記収集面上にスート粒子を収集する工程、及び
前記耐火物表面の温度を、耐火物からの金属の気化を最小限に抑えるように、前記収集面の温度より少なくとも３００℃低い温度に維持する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記ブールの形成中に、前記ブールの前記上主表面と前記バーナーとの間隔を実質的に一定に維持する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記収集面が概ね平坦であり、横壁を備えておらず、前記炉が前記収集面と同じ水準面に配置されているかまたは前記収集面より下方に配置されている排気ポートをさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記石英ガラス内の水素濃度を３×１０１７分子/ｃｍ３より低い濃度に維持する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記収集面上に前記スート粒子を収集する前記工程の間、前記収集面の温度を少なくとも１８００℃に維持さし、前記耐火物表面の温度を少なくとも１３５０℃に維持することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
石英ガラスブールを作製するための炉において、
石英ガラス粒子を堆積させるための複数のバーナー、及び
前記堆積プロセス中に前記石英ガラス粒子を収集するために前記バーナーより下方に配され、上主表面及び側面を有するブールを支持する、概ね平坦な収集面であって、横壁を有していない収集面、
を備えることを特徴とする炉。
【請求項１２】
前記炉が、前記ブールの形成中に前記バーナーと前記ブールの前記上主表面との間隔を一定に維持するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の炉。
【請求項１３】
前記炉が、前記収集面と同じ水準面に配されているかまたは前記収集面より下方に配されているベント、前記石英ガラスブールを囲んでいる耐火物、及び前記耐火物の温度を前記収集面の温度より少なくとも３００℃低い温度に維持するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の炉。
【請求項１４】
請求項１１に記載の炉で作成された石英ガラス部材において、使用軸に対して実質的に垂直な方向での前記石英ガラス部材の屈折率勾配が厚さ１００ｍｍに至るまで３ｐｐｍより小さいことを特徴とする石英ガラス部材。
【請求項１５】
請求項１１に記載の炉で作成された石英ガラス部材において、１９３ｎｍにおける前記石英ガラス部材の内部透過率が少なくとも９９.７５％/ｃｍであることを特徴とする石英ガラス部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石英ガラス光学部材の生産のための方法及び装置に関する。さらに詳しくは、本発明は内部透過率が高い高純度石英ガラスの生産のための方法及び炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業的に実施されているように、レンズ、プリズム、フォトマスク及び窓のような石英ガラス光学部材は一般に、大型生産炉でつくられた石英ガラスのバルク塊から作製される。概説すれば、ケイ素含有ガス分子を火炎内で反応させてシリカスート粒子を形成する。スート粒子は回転体または振動体の高温表面上に堆積し、そこでスート粒子が固結して固体ガラス状態になる。技術上、このタイプのガラス作成手順は気相加水分解／酸化プロセス、または単に火炎直接堆積プロセスとして知られる。石英ガラス粒子の堆積で形成されたバルク石英ガラス塊は“ブール”と称されることが多く、本明細書では、“ブール”が火炎加水分解プロセスで形成されたいかなるシリカ含有バルク塊も含むという了解の下にこの述語が用いられる。
【０００３】
図１は石英ガラスを生産するための従来技術の炉１００を示す。炉１００は、炉冠１２及び炉冠から突き出している複数のバーナー１４を備える。上述したように、ケイ素含有原材料が天然ガスとともに複数のバーナー１４を通して炉室２６に入れられると、シリカ粒子が火炎内で生成される。これらの粒子が回転体の高温収集面上に堆積し、そこで固結して固体のガラス状態になる。回転体は、ブール１９を取り囲み、ガラスの堆積中にガラスを断熱する横壁１７及び収集面２１を有する、耐熱カップすなわち収納容器１５の形態にある。耐火材断熱により、カップ内部及び炉冠が高温に保たれることが保証される。
【０００４】
従来技術の標準的な炉は炉冠１２を支持する環壁５０をさらに備える。炉は、振動台２０に載せられた回転基台１８をさらに備える。基台は軸３の周りを回転することができる。炉冠１２，環壁５０，基台１８及び横壁は全て、適当な耐火材料でつくられる。
【０００５】
カップすなわち収納容器１５は、カップすなわち収納容器１５を形成する基台１８に載せられたカップ横壁すなわち収納壁１７により、基台１８上に形成される。カップ横壁すなわち収納壁１７及び基台１８の壁１７に囲まれた領域は、バーナー１４で初期につくられたシリカ粒子を収集するための収集面２１を提供する高純度ベイトサンド２４で覆われる。シリカ粒子の堆積及び固体ガラスへの固結中に、側壁２３及び上主表面２５を有するブール１９が形成される。堆積プロセス中にブール１９が形成されると、ブール１９の上主表面２５がシリカ粒子に対する収集面２１ａになり、堆積プロセス中にブール１９の厚さが増加するにつれて、バーナー２４と収集面２１ａとの間隔ｚが狭まる。横壁１７は、横壁１７を形成するためのアルミナ基材のレンガのような耐火レンガ及びジルコンまたはジルコニアのような適当な耐火材料でつくられた内張りでつくることができる。
【０００６】
カップすなわち収納容器１５の横壁１７を、シャドーウォールすなわち空気導入壁３０が囲んでいる。シャドーウォール３０は、例えば、シャドーウォールすなわち空気導入壁３０の周縁に等間隔で配された４本の脚である、脚４０によりｘ−ｙ振動台２０上に搭載される。シャドーウォール及びシャドーウォールを用いる炉の構成に関する詳細は特許文献１に見ることができる。特許文献１の全内容は本明細書に参照として含まれる。望ましければ、空気導入壁の振動台への別の搭載方法も用いることができる。固定環壁５０がシャドーウォールを囲み、炉冠１２を支持する。固定環壁５０と空気導入壁すなわちシャドーウォール３０の間にシール５５が設けられる。シール５５は、固定環壁５０内に形成された環溝５８内を騎乗または滑動する、円環板５６を備える。環溝５８は、固定環壁の底部を形成するＣ字形環状金属プレートとするか、または、所望であれば、例えばベローズの形態とすることができる、可撓性金属または耐火布からなる可撓性シールを含む、別の形態の運動受容シールを用いることができる。
【０００７】
標準的な従来技術の炉１００における燃焼生成物は、炉の周縁に間隔をおいて設けられたポート６０を通して排気される。一般的な炉では、６つのポート６０が設けられ、ポート６０は、ポート６０がブール形成中の堆積表面２１及び２１ａより上にあるように、炉冠１２と固定環壁の上端５０ａの間に配される。
【０００８】
一般には直径が５フィート（１.５ｍ）程度で厚さが５〜１０インチ（１３〜２５ｃｍ）程度のブールを、図１に示されるタイプの大型生産炉で日常的に生産することができる。そのようなブールから多数のブランクが切り出され、上に挙げた様々な光学部材の作成に用いられる。ブランクは一般に生産炉内でのブールの回転軸に平行な方位で切り出され、そのようなブランクからつくられたレンズ素子の光軸も一般に炉内でのブールの回転軸に平行であろう。表記を簡単にするため、この方位を“軸１”または“使用軸”と称することとする。
【０００９】
レーザのエネルギー及びパワー出力が高まるにつれて、そのようなレーザとともに用いられる、レンズ、プリズム、フォトマスク及び窓のような光学部材は、高められた照射レベル及びエネルギーにさらされる。石英ガラスの優れた光学特性及び高パワーレベルでの損傷に対する耐性により、石英ガラスはそのような高エネルギーレーザシステムにおける光学系を作製する材料として広く用いられるようになっている。
【特許文献１】
米国特許第５９５１７３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
マイクロリソグラフィ市場で用いられる次世代石英ガラスには、９９.６５％/ｃｍを上回り、好ましくは９９.７５％/ｃｍを上回る、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）光透過率が必要であろう。上述した標準的な作製プロセスでは、内部透過率が９９.５％/ｃｍの石英ガラスレンズブランクを恒常的に作製することができる。ＵＶ光透過率に顕著な影響を有する金属汚染物の低減が、透過率がさらに高い石英ガラスの生産に主要な役割を果たしてきた。ナトリウム、カリウム及び鉄のような金属の影響は数１０ｐｐｂレベルで明らかである。標準的なプロセスは、ガラスの均質性を犠牲にすることなく、透過率が９９.６５％/ｃｍの石英ガラスを生産できる能力を示していたが、レンズブランクの大量生産を行うに必要なだけの量は満たせず、生産プロセスの基盤として役立つための恒常性にも欠けている。したがって、１９３ｎｍにおける内部透過率が９９.６５％/ｃｍ以上であり、好ましくは９９.７５％/ｃｍより高い、石英ガラスを恒常的に大量生産できる方法及び装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は石英ガラスを作成する方法及び装置に関する。本発明の一態様にしたがえば、収集面の上方に配された複数のバーナー及び収集面の少なくとも一部を囲む耐火物表面を備える炉を提供する工程を含む、石英ガラスを作成する方法が提供される。本発明のこの態様にしたがえば、本方法はさらに、収集面上にスート粒子を収集して、上主表面及び側壁を有する概ね平らな石英ガラスを形成する工程を含む。この態様にしたがえば、本方法はさらに、耐火物表面の温度を堆積面の温度より少なくとも３００℃低い温度に維持する工程を含む。
【００１２】
本発明の別の態様にしたがえば、本発明の方法はさらに、ブールの形成中にブールの上主表面とバーナーとの間隔を実質的に一定に維持する工程を含むことができる。本発明の別の態様において、収集面は概ね平坦であり、ブールの側壁に接触する横壁を備えていない。別の態様にしたがえば、炉は、収集面と同じ水準面に配置されているかまたは収集面より下方に配置されている排気ポートをさらに備える。本発明のまた別の態様は、石英ガラス内水素濃度の３×１０１７分子/ｃｍ３より低い濃度への維持に関する。本発明の別の態様において、収集面上にスート粒子を収集する工程の間、堆積面温度は少なくとも１８００℃に維持され、炉冠耐熱物表面温度は少なくとも１３５０℃に維持される。
【００１３】
本発明の別の態様は装置、さらに詳しくは、石英ガラスブールを作製するための炉に関する。この態様にしたがえば、炉は、石英ガラス粒子を堆積するための複数のバーナー及び、堆積プロセス中に、石英ガラス粒子を収集し、上主表面及び側壁を有するブールを支持するための、バーナーの下方に配された概ね平坦な収集面を備える。本態様にしたがえば、収集面はブール側壁に接触する横壁をもたない。
【００１４】
別の態様において、炉は、ブールの形成中にバーナーとブールの上主表面との間隔を一定に維持するための手段を備える。また別の態様において、炉は収集面と同じ水準面に配されているかまたは収集面より下方に配されているベントをさらに備える。本発明の別の態様にしたがえば、炉は石英ガラスブールを囲む耐火物をさらに備え、炉は耐火物の温度を収集面の温度より少なくとも３００℃低い温度に維持するための手段をさらに備える。
【００１５】
本発明は、本発明の方法及び装置にしたがって作成された石英ガラス部材にも関する。本発明の方法及び装置は、１９３ｎｍにおける内部透過率が少なくとも９９.７５％/ｃｍの石英ガラス部材を作成することができる。さらに、使用軸に実質的に垂直な方向での屈折率勾配が１００ｍｍの厚さに至るまで３ｐｐｍより小さい石英ガラス部材を、本発明にしたがって作成することができる。本発明の方法及び装置で作成された石英ガラス部材により、フォトリソグラフィ装置に用いられるレンズ系の内ではさらに低い吸収レベルを示すレンズ系の作成が可能となるであろう。吸収が少なくなることにより、フォトリソグラフィシステムにおいて結像性能及びコントラスト低下に大きく影響する、レンズ加熱効果が軽減されるであろう。
【００１６】
本発明のさらなる利点は以下の詳細な説明に述べられる。上述の一般的説明及び以下の詳細な説明が例示であり、特許請求される本発明のさらなる説明の提供が目的とされていることは当然である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は石英ガラス、さらに詳しくは石英ガラスブールを作成する方法及び装置に関する。石英ガラスは高純度石英ガラスとすることができ、あるいは、望ましければ、１つまたはそれより多くのドーパントを含むことができる。本発明にしたがえば、本明細書に説明される方法及び装置を用いて、１９３ｎｍにおける内部透過率が少なくとも９９.６５％/ｃｍ、好ましくは９９.７５％/ｃｍ以上の高純度石英ガラスを作成することができる。
【００１８】
本発明の一態様にしたがえば、図２に示されるような炉を提供することにより、内部透過率が向上した石英ガラスを作成することができる。図２は本発明にしたがって構成された炉１０１を示す。図１の炉のように、炉１０１は、バーナー１１４によりつくられたスート粒子を収集するための収集面１２１を提供するベイト材１０２をその上に有する基台１１８を備える。収集面は、厚さがほぼ１インチ（２５.４ｍｍ）の石英ガラス板（図示せず）がベイト材１０２を覆って配されているようなベイト材を有することもできる。図１に示される従来技術の炉とは対照的に、本発明の炉は収納容器を提供するための横壁を備えていない。代わりに、基台１１８は、ブール１１９が形成されるとともに、軸３００の周りに回転し、ｘ−ｙ振動台１２０への連結により振動もする。本発明の実施に用いることができるｘ−ｙ振動台１２０の好ましい運動パターンは、本出願と同じ譲受人に譲渡された、名称を「石英ガラス作成のブール振動パターン（Boule Oscillation Patterns of Producing Fused Silica Glass）」とする米国特許第５６９６０３８号の明細書に説明されている。上記明細書の全内容は本明細書に参照として含まれる。スート粒子の堆積及び固結中、ブール１１９は側壁１１９ａ及び、ベイト材がスート粒子で覆われた後の収集面１２１ａを提供する、上主表面を有する。
【００１９】
出願人等は、炉の高温ゾーンから可能な限り多くの耐火物を取り除くことにより重要な利益が得られることを見いだした。詳しくは、耐火カップの横壁の撤去及び横壁のない基台上でのブールの形成により、主要汚染源の高温でのガラスへの直接接触が防止され、炉１０１の残りの耐火物の作業温度が下げられる。
【００２０】
ブール１１９は、シャドーウォールすなわち空気導入壁１３０で囲まれる。空気導入壁３０は、例えば空気導入壁の周辺に等間隔に配された４本の脚である、脚１４０によりｘ−ｙ振動台１２０上に搭載される。望ましければ、振動台への別の空気導入壁搭載手段を用いることができる。一般に、搭載手段は、ブール１１９の側壁１１９ａとの間の空間１７５への空気の進入のための間隙を備えるべきである。
【００２１】
炉冠１１２を支持する固定壁１６０が空気導入壁１３０を囲む。固定壁と空気導入壁の間に運動受容シールが形成される。図２に示されるように、このシールは固定壁１６０内の環溝１７０内を騎乗（滑動）する円環板１５０を備える。環溝１７０は固定壁の底部を形成するＣ字形環状金属プレートとすることができる。望ましければ、例えばベローズの形態とすることができる、可撓性金属または耐火布からなる可撓性シールを含む、別の形態の運動受容シールを用いることができる。
【００２２】
炉１０１の燃焼生成物は、炉の周縁に間隔をおいて設けられたポート１８０を通して排気される。図１に示される従来技術の炉はポート６０がブール形成中の収集面２１及び２１ａより上方に配置されるが、対照的に、図２に示される本発明の炉では、排気ポート１８０が堆積面１２１または１２１ａと同じ水準面に配置されるかまたは堆積面より下方に配置される。出願人等は、ポート１８０を堆積面１２１及び１２１ａと同じ水準面に、または堆積面より下方に配置することにより、一層優れたブール表面内温度一様性及び、層流に近くなり、乱流が少なくなる堆積条件が得られることを見いだした。
【００２３】
使用において、炉１０１は技術上既知の手順を用いて石英ガラス粒子を生成する。バーナー１１４の動作及び構成に関する詳細は、本出願と同じ譲受人に譲渡されたＰＣＴ特許出願の国際公開第００/１７１１５号パンフレットに見ることができ、上記パンフレットの全内容は本明細書に参照として含まれる。好ましいバーナーの構成及び動作に関する詳細は、発明者としてトーマス・エイ・コリンズ（Thomas A. Collins）、チュンホン・シー・ヒー（Chunhong C. He）、クリスティン・ヘッケル（Christine Heckel）、レイモンド・イー・リンドナー（Raymond E. Lindner）及びミヒャエル・エイチ・ワシリーウスキー（Michael H. Wasiliewski）を名義人とする、本発明と同じ譲受人に譲渡された、名称を「石英ガラスブールを生産するための大熱容量バーナー（High Heat Capacity Burners for Producing Fused Silica Boule）」とする、米国特許の同時継続出願明細書に見ることができる。上記明細書の全内容は本明細書に参照として含まれる。
【００２４】
石英ガラス粒子がバーナーにより生成されて、基台１１８上の収集面１２１上に堆積する。石英ガラス粒子の堆積及び固結によりブール１１９が形成されると、ブールの上主表面１２１ａが収集面になる。本発明の一態様にしたがえば、ブール１１９の形成中、バーナーと収集面１２１または１２１ａとの間隔ｚは実質的に一定に保たれる。したがって、作製プロセス中に、ブール１１９の大きさ及び厚さが増加するにつれて、収集面１２１ａとバーナー１１４との間隔を基本的に一定に維持するために、ブールを支持している基台１１８がバーナー１１４から遠ざけられる。
【００２５】
出願人等は、本発明の別の態様にしたがい、シャドーウォール１３０、炉冠１１２及び環壁１６０を構成するために用いられる耐火物の温度を収集面１２１及び１２１ａの温度より低く維持することにより、石英ガラスブールの金属汚染が実質的に低減されることを見いだした。これらの周囲耐火物の温度は収集面１２１及び１２１ａの温度より少なくとも３００℃低く維持されるべきである。周囲耐火物、特に炉冠耐火物の温度を１５５０℃より低く、さらに好ましくは１４５０℃より低く保つことが望ましい。周囲耐火物の温度が低いほど、ガラスの汚染を生じる耐火物内の金属の気化及び拡散プロセスが抑えられると考えられる。耐火物温度が低いほど、通常のガラス堆積温度でおこるジルコンの解離も最小限に抑えることができると考えられる。石英ガラスブールの汚染はさらに、本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６１７４５０９号の明細書に説明されるように、耐火物材料をか焼することにより最小限に抑えることができる。上記明細書の全内容は本明細書に参照として含まれる。
【００２６】
出願人等は、図１に示される従来技術の標準的な炉の耐火カップの横壁を撤去し、本発明にしたがって概ね平坦な収集面を提供することで、収集面１２１及び１２１ａとバーナーとの間隔の制御にさらに高い融通性が得られることも見いだした。この構成によれば真の定ギャッププロセスを実施することが可能である。出願人等は、シリカ粒子の降積過程を通して、バーナーと収集面１２１との間隔ｚを７〜９インチ（約１７.８〜２２.９ｃｍ）に維持することが望ましいことを見いだした。横壁がないことにより生じる熱損失増分を適切に補償するようにバーナー流を調節することにより、石英ガラス粒子の固結を達成するに適当な炉温を維持する位置にガラスの上主表面上の収集面１２１ａを保つことができる。いくつかのガラス特性での軸方向勾配を小さくする能力並びにプロセスの安定性及び頑健性に有利な影響を及ぼす能力を本構成が有することも示された。横壁のない収集面の提供及び定バーナー−収集面間ギャップ構成の提供の別の利点は、より厚いブールを作成できることである。
【００２７】
本発明の別の態様にしたがえば、排気ポート１８０が収集面１２１及び１２１ａと同じ水準面または収集面より下になるように、ポート１８０が配置される。この配置により、標準的な、従来技術の炉構成で見られた渦流の影響が最小限に抑えられると考えられる。ポート１８０を収集面より下に移動させることにより、バーナー流はブール１１９の上表面にかけて引き流されて側面１１９ａを降下することになろう。空気との混合が堆積ゾーンから離れておこり、ブールの側面を冷却して安定化するに役立つであろう。この変更により、ブールにかかる炉雰囲気の一様性も改善されるはずである。これらの効果は、側面排気ポートの数を増やすことにより、さらに強めることができる。
【００２８】
本発明にしたがえば、透過率が向上した、使用軸に沿う絶対最大複屈折率値が小さい石英ガラス光学部材が、本発明の装置及び方法によって提供される。石英ガラス光学部材は石英ガラスブールプロセスによって作成することができる。一般的な石英ガラスブールプロセスでは、窒素のようなプロセスガスがキャリアガスとして用いられ、蒸気流の飽和を防止するために窒素のバイパス流が導入される。蒸気態反応物質は分配機構を通して、多数のバーナーが炉冠の極めて近くに存在する、反応サイトに送られる。反応物質はバーナーで燃料／酸素混合気と合せられ、１７００℃より高温で燃焼して酸化される。高純度金属酸化物スート及び発生した熱が耐火炉冠を通して下方に向けられ、基台上に保持された高温ベイト上に直接に堆積し、固結して、ガラス塊になる。
【００２９】
本発明の特に有用な一実施形態において、光学部材は、
ａ） 酸化をともなう熱分解または火炎加水分解によりシリカに転化させることができる、ケイ素含有化合物を蒸気形態で含むガス流を生成する工程、
ｂ） ガス流を燃焼バーナーの火炎に通して、非晶質石英ガラス粒子を形成する工程、
ｃ） 非晶質粒子を支持体上に堆積させる工程、及び
ｄ） 堆積非晶質粒子を固結して透明ガラス塊にする工程、
により形成される。
【００３０】
好ましい、ガラスブランクの形成に有用なケイ素含有化合物には、いずれかの無ハロゲン化物シクロシロキサン化合物、例えば、ヘキサメチルジシロキサン、ポリメチルシクロシロキサン及びこれらの混合物のような、ポリメチルシロキサンがある。特に有用なポリメチルシクロシロキサンの例には、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、及びこれらの混合物がある。
【００３１】
本発明の特に有用な一方法においては、化学式：
−[ＳｉＯ（ＣＨ３）２]４−
で表される、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）のようなハロゲン化物を含まないシクロシロキサン化合物が、石英ガラスブールプロセスのための供給原料として、あるいは光導波路に適用するための高純度石英ガラスの作成に用いられるような気相堆積プロセスに用いられる。
【００３２】
工業的に実施されているように、直径が５フィート（１.５ｍ）程度で、厚さが５〜１０インチ（１３〜２５ｃｍ）程度のブールを、図１に示されるタイプの炉を用いて生産することができる。しかし、本発明にしたがえば、厚さが２０インチ（約５０ｃｍ）までのブールを生産することができる。簡単に概要を述べれば、炉１００は、収集されてブール１９を形成するシリカスートを作成する複数のバーナー１４を載せた炉冠１２を備え、ブール１９の直径は、上述したように、一般に５フィート（１.５ｍ）程度である。
【００３３】
出願人等は、完成ブールの水素濃度をラマン分光法で測定して３.０×１０１７分子/ｃｍ３未満まで低めるように、ブール生産炉におけるバーナー流を調節することにより、通常のブールより透過率が高く、複屈折が小さいブランクが得られることも見いだした。通常のプロセスによれば、バーナー流は一般にブールの水素濃度が５×１０１７分子/ｃｍ３もの高濃度であるように維持されていた。本発明の別の態様において、出願人等は、標準的なブール生産炉のジルコン耐火物に含まれる金属不純物をさらに少なくすることにより、そのようなブールから作製される石英ガラス部材の内部透過率が向上することを見いだした。本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６１７４５０９号の明細書は、ジルコン耐火レンガから金属を除去して総金属不純物を３００ｐｐｍより低いレベルにするためのプロセスを説明している。上記明細書の全内容は本明細書に参照として含まれる。出願人等は、米国特許第３１７４５０９号明細書に説明されるプロセスを利用して、ブール炉に用いられる耐火物を耐火材料内の不純物を減少させるだけの長い時間をかけてか焼することにより、石英ガラスの内部透過率が向上することを見いだした。耐火物内の不純物は、ナトリウムが２ｐｐｍ未満、カルシウムが２ｐｐｍ未満、鉄が５ｐｐｍ未満であるように低減されることが好ましい。それぞれの処理の時間及び条件は入手時の耐火材料の不純物レベルに依存して変わるであろうが、実験で決定することができる。炉の耐火物表面の温度を堆積面の温度より少なくとも３００℃低めるとともに耐火物の金属不純物を低減することで、耐火物内の金属の気化及びブールの汚染が最小限に抑えられると考えられる。
【００３４】
内部透過率の測定は以下のようにして行った。未露光石英ガラスでは、適当なＵＶ分光光度計（例えば日立Ｕ４００１）を光学研磨した試料に用いて内部透過率を決定する。内部透過率（Ｔｉ）は、試料の透過率測定値を、そのような試料の表面反射で決定される理論透過率で除し、次いで１０ｍｍ路長に規格化することにより決定される。本発明にしたがって作成された石英ガラス部材は、１９３ｎｍにおいて９９.６５％/ｃｍを上回る内部透過率を示した。
【００３５】
本発明を限定することは決して目的とせずに、以下の実施例によって本発明をより十分に説明する。
【実施例】
【００３６】
−高透過率／低複屈折石英ガラスの作成
本発明にしたがって石英ガラスを作成するために、図２に示されるような炉を用いた。表Ｉに、改造炉で作成した試料について測定した透過率特性を挙げてある。透過率をブールの中心から径方向に７，９，１４，２１，２３及び２５インチ（１７.８，２２.９，３５.６，５３.３，５８.４及び６３.５ｃｍ）の位置で測定し、それぞれの場合において、１９３ｎｍにおける内部透過率は９９.７０％/ｃｍを上回っていた。それぞれの測定値は９９.７４％/ｃｍを上回り、このことは、測定における誤差を考慮すれば、内部透過率が９９.７５％/ｃｍを上回る石英ガラスを本発明にしたがって作成できることを示す。それぞれの試料についての最小値を表Ｉに報告する。予備観察は、これらの試料についての使用軸に沿う複屈折値が０.５ｎｍ/ｃｍより小さいと考えられることを示す。
【表１】
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【００３７】
出願人等は、上記の特性を有する石英ガラスを生産規模の量で恒常的に生産できるとの結論に達した。標準的な生産プロセスを用いて作成された石英ガラスは一般に、高くとも９９.６％/ｃｍの透過率を示す。石英ガラスの理論透過率が９９.８５％/ｃｍであることを考えれば、本実施例にしたがう改造炉を用いることで達成された内部透過率値は、標準プロセスに優る顕著な向上を表す。
【００３８】
上記試料については軸方向屈折率勾配（ＡＩＧ）も測定し、その値は０.１０１ｐｐｍ/ｍｍ以下であった。ＡＩＧにより、石英ガラスの使用軸の方向に実質的に垂直な方向での屈折率勾配が評価される。光学部材内の屈折率変動にｐｐｍ/ｍｍを単位としてフィッティングした直線の傾きとして表される軸方向屈折率勾配（ＡＩＧ）は、６３２.８ｎｍで動作するレーザを備える市販の位相測定干渉計を用いて測定する。ブール証明試料は、温度を安定させ、研磨するかまたは屈折率油を利用して透明にする。標準一様性測定値のＴＩＬＴ成分を解析して、屈折率変動の直線フィッティング傾きを決定するために、当業者には既知の手法を用いる。試験の構成／装置により生じるＴＩＬＴ成分を測定値から排除する。図３は、石英ガラス試料の使用軸に実質的に垂直な方向での試料の屈折率一様性のグラフを示す。グラフは、本発明の炉を用いて作成した石英ガラスの屈折率勾配が深さ１００ｍｍに至るまで３ｐｐｍより小さく、よってＡＩＧが０.０３ｐｐｍ/ｍｍより小さくなり得ることを示す。表Ｉ及び図３に示される値は、標準炉で作成される石英ガラスに優る、軸方向屈折率勾配及び屈折率一様性のかなりの向上を表す。
【００３９】
本発明の精神または範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求事項及びそれらの等価物の範囲に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来技術の炉を示す略図である
【図２】本発明の一実施形態にしたがう炉を示す略図である
【図３】本発明にしたがって作成された石英ガラスの、実質的に使用軸に垂直な方向での屈折率一様性を深さの関数として示すグラフである
【符号の説明】
【００４１】
１０１    石英ガラスブール生産炉
１１２    炉冠
１１４    バーナー
１１９    石英ガラスブール
１２４，１２４ａ    収集面
【図１】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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