(57)【要約】【課題】特に光学特性に関して均質な水平方向の石英ガラスローラの中核領域が広くなり、材料の消費量が少なくなるような、石英ガラスローラを製造する機構を提供する。【解決手段】火口を備えるバーナーと溶融されるべきローラとが互いに相対的に運動し、石英ガラスローラは幾何学軸を中心として回転する。この石英ガラスローラの利用可能な中核領域を広くして、材料の消費量を減らすのが望ましい。石英ガラスローラは球形の球冠を有している。バーナーは２つの転換点の間で所定の経路と時間の規則に従って運動し、この運動中にバーナーの火口は球冠から一定の距離のところにあり、バーナーの軸は常に球形の球冠の湾曲中心点のほうを向くようになっている。【選択図】図1
2004331493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球形の溶融球冠を備える石英ガラスローラを製造する機構であって、バーナーがその火口とともに溶融球冠の縁部にある２つの転換点の間を空間曲線上で往復運動し、石英ガラスローラは幾何学軸を中心として回転する形式の機構において、バーナーが２つの転換点の間で所定の経路と時間の規則に従って、球冠の頂点の周囲でもっとも速く、転換点に向かって低下する速度で運動し、この運動中にバーナーの火口は球冠から常に同じ距離のところにあり、バーナーの軸は常に球形の球冠の中心点のほうを向いていることを特徴とする機構。
【請求項２】
転換点が少なくとも近似的に直径上に位置するように球冠の縁部に配置されている、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
球冠の頂点から転換点に向かっての速度低下が非線形である、請求項１に記載の機構。
【請求項４】
バーナーの旋回運動が、球冠の頂点中心点を通過しない空間曲線に沿って行われる、請求項１に記載の機構。
【請求項５】
頂点からの空間曲線の距離が５から３０ｍｍであり、有利には５から１０ｍｍである、請求項４に記載の機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の分野に属する、石英ガラスローラを溶融するための機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融したローラの横断面にわたって可能な限りの光学的な均質性を得るために基本的に求められることは、ローラに含まれるＳｉ−ＯＨ、物理的に溶解した分子水素Ｈ2、組み込まれたＵＶ関連の構造欠陥、およびガラス構造（密度）などの恒常性である。これらのパラメータを最善に実現するためには、反応面（ローラ球冠）における温度ができるだけ平均化されており、反応面全体にわたって同じ粒子飛散時間が達成されるとともに、よどみ点付近における粒子と気体の流動状況も同じく一定でなくてはならない。ローラ球冠に対する通常の「バーナー揺動」を用いる従来技術で適用されている溶融方法は、考えられる追加の熱源がない場合、ローラ球冠中央からローラ球冠縁部にかけて３００Ｋから４００Ｋの温度勾配を示す。このような温度勾配が生じる原因は、次のような事情に帰せられる。
−バーナーの火炎（平均温度は約２３００℃）そのものがガウス形の温度分布を有しており、バーナーが静止しているときにこの温度分布がガラス表面に伝わる。
−火炎の移動領域は、マッフルの付着物ないしガラス化を防ぐために、球冠縁部の明らかに手前で終わっていなければならない。
−球冠表面は少なくとも縁部のところで次第に大きく湾曲しており、それに従って、火炎も次第にかすめるように球冠表面に当るようになる。
−表面／体積の比率が球冠縁部のところで大きくなる。
−球冠縁部では、明らかに温度の低いマッフル壁部を通じて熱が逃げる。
【０００３】
球冠縁部のところでバーナーの滞留時間を比較的長くすることによる補償にも限度がある。その場合、穴ができたり好ましくない大きな周期的な温度変動が球冠で発生するほど、ローラ中央での粒子被覆が少なくなるからである。
【０００４】
このことは均質性にとっての危険となり、石英ガラスローラにおける周期的な条痕の発生を促進してしまう。
【０００５】
しかも従来技術では、ローラ中央の上方でバーナーの運動を反転させるときに、リソグラフィ対物レンズ用の投影光学系の製作に石英ガラスローラを利用することを難しくする、ないしは妨げる、環状の屈折率不均質が生じる。
【０００６】
従来技術では、バーナーが運動するときに起こるバーナーの火口と球冠の表面との間隔の増大が、粒子飛散時間のばらつきや、流動状態の変化、およびこれに伴う物質特性の変化につながる。バーナーが当たる点の付近で、球冠表面におけるバーナー中心流の衝突角が変化することは、流動状況や物質特性に好ましくない形で影響を及ぼす。従来技術では球冠中央と球冠縁部との間に、場所によって湾曲が変わる球冠形状の回転体ができる。
【０００７】
特許文献１より、火炎加水分解によって均質で条痕のない石英ガラス体を製作する機構が公知であり、この場合、製作の過程でバーナーと石英ガラス体の間で軸方向と半径方向の相対運動が行われて、石英ガラス体の軸からバーナーまでの距離が増すにつれて石英ガラス体からバーナーまでの距離が短くなり、バーナーは、石英ガラス体の反応面の中央とその縁部の間でのみ移動するようになっている。それにより、ミクロ構造の欠陥を低減し、光学特性の均質性を改善することはできるものの、このような低減や改善には、石英ガラス体の中核領域のサイズや材料の歩留りに関してまだ改善の余地がある。
【０００８】
【特許文献１】国際公開第０１／２７０４４Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、特に光学特性に関して均質な水平方向の石英ガラスローラの中核領域が広くなり、材料の消費量が少なくなるような、石英ガラスローラを製造する機構を提供することにある。これは、主として屈折率の均質性、応力複屈折、ＵＶ吸収性などに関わる問題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によればこの課題は、請求項１の特徴部に記載の構成要件によって解決される。従属請求項の構成要件は、本発明のさらに有利に構成するためのものである。
【００１１】
本発明は、球冠の湾曲がどの部位でも等しく、粒子の析出状況がもっとも均等でである、球形の溶融球冠を備える石英ガラス体、特に石英ガラスローラをつくることを前提としている。溶融されるべき球冠に対して、バーナーの火口、すなわちバーナーのガス出口平面を通るバーナー軸の貫通点が、もっとも一般的な場合、３つの空間座標ｘ，ｙ，ｚおよびこれらに対応する３つの空間角α，β，γに依存して空間曲線上を移動する。本発明は、ｚとγがある程度の範囲内で一定に保たれていれば、事実上同じ作用をもたらす。βとγが既知であればαも与えられ、ないしは、三角方程式ｃｏｓα＋ｃｏｓβ＋ｃｏｓγ＝１に従ってαを算定することができる。γないしｚが定数として与えられていれば、このことは、すでにゼロ位置のときにバーナーの軸が石英ガラスローラの幾何学軸に対して傾いており、石英ガラスローラの頂点を通過しないという利点があることを意味している。水平方向の溶融機構ならば、バーナーが所定の距離と時間の規則に従って、球状の球冠の中心部の回りで、バーナー軸を含む水平面の下側の円（小円）の上を動くことになり、この円は頂点から特に５から１０ｍｍの間隔を有するとともに、その転換点はできるだけ球冠縁部の近くにある。垂直方向の溶融機構についても、同様のことが当てはまる。ｚおよび／またはγを一定に保つことは本発明の有利な作用を事実上損なうものではなく、特に運動経過の制御に際して、技術上の大幅な簡素化を可能にする。本発明によれば、石英ガラス体を固定するために必要なプランジャが設けられた領域を度外視すれば、完全な球形をなしている石英ガラス体を製造するこことも原則として可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、模式的な図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【００１３】
図１では、マッフル１０がスリット１１を備えており、このスリットを通してバーナー１２がマッフルの内部空間１３に挿通されており、この内部空間に、半球状の球冠１６を備える溶融されるべき石英ガラスローラ１４があり、この球冠の湾曲中心点には符号１５、頂点には符号１６１、縁部には符号１６２がそれぞれ付されている。スリット１１は、バーナー１２の両側に配置されたブラインドで閉止可能であってよく、円錐曲線状である空間曲線（軌道曲線）に沿ってバーナーが運動するのを可能にする十分な幅を有していてよく、または、それ自体として図１の紙面に対して直角に湾曲しており、図示しない駆動手段によって運動するバーナー１２を相応に案内する。軌道曲線は、球冠１６の頂点１６１を通らずに、これから一般に５から３０ｍｍだけ離れているのが好ましい。機構全体は、軸Ｘ−Ｘに対して実質的に回転対称に構成されており、この軸を中心として、石英ガラスローラ１４も溶融プロセスのあいだ常に回転している。バーナー１２は、中心点１５を中心として、実質的にスリット１１で規定される２つの最終位置（転換点）１２１および１２２の間で旋回可能であり、その際には異なる軌道速度で、前述した空間曲線に従う。バーナーは、最終位置１２１および１２２の間で常に反復されるバーナー１２の振子運動の間ずっと球冠１６の湾曲中心点１５から一定の間隔ａ＋ｒ（曲率半径）をおいている火口１７を有している。バーナー１２の軸は、球形の球冠１６がつくり出されなければならない初期段階を除き、常に球冠１６の表面に対して直角に向いている。溶融プロセスの開始時に球形の初期球冠は必要ない。揺動曲線を求めるために、湾曲中心点を設定する。ほぼ１日間続く初期段階の終了後、球形が完全には保証されていない標準とは異なる縁部領域があるという制約のもとで、このプロセスによって半球状の球冠ができる。
【００１４】
バーナー１２は、駆動手段によって、たとえば図示しないロボットによって案内され、ないしは運動するのが好ましい。このときスリット１１は、バーナーの火炎が妨げられることなく球冠１６に当ることを保証する。
【００１５】
図２と図３では、溶融炉１０の内部空間１３に、球形の球冠１６を備えるガラスローラ１４があり、その中心点１５は同時に座標ｘ，ｙ，ｚを備える座標系の原点でもあり、ここに角度α，β，γの頂点がある。角度βはｘｙ平面、角度γはｙｚ平面、角度αはｘｚ平面でそれぞれ測定される。以後の考察にとって角度γおよび座標ｚには副次的な意義しかない。火口１７とロボット制御の作用点１８とを備えるバーナー１２は、２つの転換点１２１および１２２の間、すなわちｘ軸上の２つの座標点ｘ0および−ｘ0の間を、個別に可変な速度で往復運動し、この速度は頂点１６１の付近で最大であり、転換点１２１，１２２の付近で最小である。反転するときには速度がゼロになり、方向を変える。ｘ0から−ｘ0へ移動するために、バーナー１２は３０から１２０秒を要する。中心点１５から球冠１６の頂点１６１までの距離は、１００から５００ｍｍである。球冠の頂点１６１からバーナーの火口１７までの距離は１８０から２５０ｍｍである。座標点ｘ0および−ｘ0の間には、８０から１４０ｍｍの距離がある。ローラ軸Ｘ1−Ｘ1とバーナー軸Ｘ2−Ｘ2の間の一定の角度γは、２０から３０度であるのが望ましい。上に挙げた数値はすべて互いに調節された一例の値であり、変えることが十分に可能である。
【００１６】
図４には一例として、ｘ0から−ｘ0への、すなわち最終位置１２２から１２１へのバーナーの移動について、経路と時間の規則が図示されている。この図から明らかなように、バーナーの移動は軸に近い球冠１６の中央部でもっとも高速である。１０ｓ以内のうちに、ｘ0と−ｘ0の間の経路の１／３を進んでいる。このようにして半球状の球冠１６が形成され、その屈折率の均質性、応力複屈折、ＯＨ含有量、および内部透過率が、従来技術に比べて部分的に著しく改善される。一般にｘ（ｔ）は、他のすべての量ｙ（ｔ），β（ｔ），γ（ｔ）が導き出され、ないしは算出される基礎となる案内量であると言える。
【００１７】
図５と図６には、本発明によって実現される改善を明らかに認めることができる。図５ａ）から図５ｄ）には公知の方法によって達成可能な値、図６ａ）から図６ｄ）には本発明によって実現される値が、それぞれ示されている。
【００１８】
図５ａ）と図６ａ）は、屈折率の均質性が同じである石英ガラスローラの中核領域の半径方向をほぼ２倍にしたものを示している。従来技術ではｒ＝−３０から＋３０ｍｍの領域しか近似的に等しい屈折率均質性Δｎを有していないのに対して、本発明で製作された石英ガラスローラでは、この領域がｒ＝−５５から＋５５ｍｍまで達している。応力複屈折ＳＤＢの場合でも、図５ｂ）と図６ｂ）からわかるように、本発明に基づいて製作された石英ガラスローラは、特に、従来技術（２）に比べて半分の値（１）まで低減された変動を示している。ＯＨ含有量は、図５ｃ）と図６ｃ）によれば、本発明では半径全体にわたって少ない変動しか生じておらず、いずれにせよクリティカルな値ｒ＝５５ｍｍで初めて急速に上昇している。最後に、波長１９３ｎｍの光に対する内部透過率も、本発明により製作された石英ガラスローラでは、従来技術に比べて若干低い半径方向の低下を示している。図５ｄ）と図６ｄ）を参照のこと。
【００１９】
発明の詳細な説明、以下の特許請求の範囲、および図面に示されているすべての構成要件は、単独でも、互いに任意に組み合わされた形でも、発明の要部となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の基本的構造を示す軸方向断面図である。
【図２】運動経過を説明するための第２実施形態を示す平面図である。
【図３】図２の立面図である。
【図４】バーナーの時間依存的なｘ運動とその意義を説明するためのグラフである。
【図５】（ａ）−（ｄ）は公知の方法によって得られる光学パラメータである。
【図６】（ａ）−（ｄ）は本発明によって得られる光学パラメータである。
【符号の説明】
【００２１】
１０  マッフル
１１  スリット
１２  バーナー
１３  内部空間
１４  石英ガラスローラ
１５  湾曲中心点
１６  球冠
１７  バーナーの火口
１８  ロボット制御の作用点
１２１，１２２  転換点（最終位置）
１９  頂点
２０  球冠の縁部
ａ  間隔
ｒ  半径
α，β，γ  角度
Ｘ−Ｘ，Ｘ1−Ｘ1，Ｘ2−Ｘ2  軸
ｘ0，ｚ0，ｚD  座標
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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