(57)【要約】【課題】  フッ素の添加量が低濃度でかつ均一に添加された石英多孔質体を比較的短時間で製造する方法、及び前記製造方法により製造された石英多孔質体を用いた石英ガラス母材の製造方法、並びにフッ素の添加量が低濃度でかつ均一に添加された石英ガラス母材を提供する。【解決手段】  本発明は、ガラス合成用バーナ２に、酸水素炎をつくるための燃料ガスを供給すると共に、珪素を含有するガスＡとフッ素を含有するガスＢとを供給して石英微粒子を合成し、該石英微粒子を出発部材に堆積させて石英多孔質母材を製造する方法であって、前記出発部材１の外周部１１において前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させながら、前記石英微粒子を前記出発部材１の外周部１１に堆積させる構成とする。【選択図】  図１
2005132680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス合成用バーナに、酸水素炎をつくるための燃料ガスを供給すると共に、珪素を含有するガスＡとフッ素を含有するガスＢとを供給して石英微粒子を合成し、該石英微粒子を出発部材に堆積させて石英多孔質母材を製造する方法であって、
前記出発部材の外周部において前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させながら、前記石英微粒子を前記出発部材の外周部に堆積させることを特徴とする石英多孔質体の製造方法。
【請求項２】
前記石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差が３０℃以下となるように、前記石英微粒子の照射領域の揺動範囲，揺動周期を調整しながら、前記石英微粒子を前記出発部材の外周部に堆積させることを特徴とする請求項１に記載の石英多孔質体の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス合成用バーナと前記出発部材との距離が一定となるように、前記ガラス合成用バーナ又は前記出発部材の位置を調整しながら、前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させることを特徴とする請求項１に記載の石英多孔質体の製造方法。
【請求項４】
石英多孔質体の平均嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上、０．５ｇ／ｃｍ３以下となるように前記ガスＡの流量及び／又は前記燃料ガスの流量を調整しながら、前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させることを特徴とする請求項１に記載の石英多孔質体の製造方法。
【請求項５】
ガラス合成用バーナに、酸水素炎をつくるための燃料ガスを供給すると共に、珪素を含有するガスＡとフッ素を含有するガスＢとを供給して石英微粒子を合成し、該石英微粒子を出発部材に堆積させて石英多孔質母材を形成し、次いで前記石英多孔質体を加熱してガラス化する石英ガラス母材の製造方法であって、
前記出発部材の外周部において前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させながら、前記石英微粒子を前記出発部材の外周部に堆積させることを特徴とする石英ガラス母材の製造方法。
【請求項６】
フッ素を含有した石英ガラスからなる石英ガラス母材において、
フッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下であり、かつフッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内であることを特徴とする石英ガラス母材。
【請求項７】
屈折率変動量が２０×１０−６以下であることを特徴とする請求項６に記載の石英ガラス母材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英多孔質体の製造方法、石英ガラス母材の製造方法、石英ガラス母材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のＬＳＩ（LSI:large-scale integrated circuit）の高集積化に伴い、シリコンウエハ上に集積回路パターンを露光する光リソグラフィ技術には、露光可能な線幅の更なる高微細化が要求されている。このため、露光装置（ステッパ）の光源としては、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）などの短波長の光源が利用されるようになっており、次世代光源としてＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）の使用も検討されている。
このような短波長領域の光源を用いる場合、光学レンズ，プリズム，導光部材などの光学部材には、紫外領域での優れた透過率や耐レーザ特性などが要求される。
従来より、石英ガラスにフッ素を添加することによって、紫外領域での透過率や耐レーザ特性が向上することが知られており、短波長領域用の光学部材の材料として、フッ素が添加された石英ガラスが検討されている。
【０００３】
フッ素が添加された石英ガラスでは、フッ素が石英ガラスの屈折率を大きく低下させる性質を有するため、屈折率を均一とするためには、石英ガラス中のフッ素濃度を均一にする必要があり、以下に示されたように種々の製造方法が提案されている。
一般に光学部材となる石英ガラス母材は、直接法やスート法などによって形成された石英多孔質体を加熱処理することによって製造される。フッ素を添加した石英ガラスを製造する場合、ＶＡＤ法に代表されるスート法が適しており、広く用いられている。
前記スート法によって石英多孔質体を製造するには、ターゲットとなる出発部材をその軸周りに回転させながら、複数の噴出口を有するガラス合成用バーナを１個以上用い、このガラス合成用バーナから四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などのガラス原料ガスを、水素などの可燃性ガス、酸素などの支燃性ガスとともに噴出し、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解反応または酸化反応させて石英微粒子（スート）を合成し、回転する出発部材の外周部の径方向に堆積させて、石英多孔質体を得る。
【０００４】
フッ素濃度が均一な石英ガラス母材を製造する方法として、前記石英多孔質体を形成する際に、ガラス合成用バーナからガラス原料ガスと共にフッ素化合物ガスを噴出し、フッ素を含有したスートを合成して出発部材に堆積させ、中心部でのフッ素濃度が高くなる濃度分布を有する石英多孔質体を形成し（第一工程）、次いでこの石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱処理して（第二工程）、石英ガラス母材を製造する方法が提案されている（特許文献１御参照。）。
また、石英多孔質体を、フッ素含有化合物ガス雰囲気下、２段階の温度パターンで加熱処理して石英ガラス母材を製造する方法が提案されている（特許文献２御参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３１６１２２号公報
【特許文献２】特開２００２−２７４８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
石英ガラス母材を用いて光学部材を製造する際、加熱しながら、所望の形にガラス加工したり歪み取りなどを行う必要があり、石英ガラス母材中のフッ素濃度が高い場合、加熱時にフッ素の脱離が生じてフッ素濃度にむらが生じやすい。
また、添加するフッ素量が多くなるほど、石英多孔質体中のフッ素濃度のばらつきが大きくなる傾向がある。
このため、フッ素濃度にむらがなく屈折率が均一な光学部材が得られる石英ガラス母材とするためには、紫外領域での透過率や耐レーザ特性などの各種特性を損わない程度に、石英ガラス母材中のフッ素濃度を低く抑える（例えば４０００ｐｐｍ以下。）ことが有利であるといわれている。
しかし、前述した方法では、フッ素が高濃度に添加された石英ガラス母材や外径の小さい石英ガラス母材を製造する際、フッ素を均一に添加することができるが、フッ素濃度が４０００ｐｐｍ以下の低濃度の石英ガラス母材を製造する場合、以下に示されたように、フッ素を均一に添加することが難しい。
【０００６】
特許文献１では、第一工程にて石英多孔質体を形成する際、酸水素火炎の乱れや吸排気バランスの変化によって、スート堆積温度分布が変化しやすく、常にスート堆積温度分布を一定とすることが難しい。このスート堆積温度分布によって、フッ素の添加量が左右されるため、形成された石英多孔質体のフッ素の濃度分布は、目標値からずれたものとなってしまう。特に、４０００ｐｐｍ以下の低濃度でフッ素を添加する場合、スート堆積温度分布は大きく変化しやすく、フッ素の濃度分布は目標値から大きくずれることになる。
第一工程にて、所望のフッ素の濃度分布を有する石英多孔質体が形成されていない場合、第二工程にてフッ素濃度を均一にすることは困難となる。
このように、特許文献１では、フッ素濃度が４０００ｐｐｍ以下の低濃度となると、所望のフッ素の濃度分布を有する石英多孔質体を形成することが難しく、これによりフッ素が均一に添加された石英ガラス母材を製造することが難しい場合がある。
【０００７】
また、特許文献２では、石英多孔質体が大型化した場合、石英多孔質体の中心部までフッ素を均一に拡散させるためには、フッ素含有化合物ガス雰囲気下での石英多孔質体の加熱時間を長くする必要がある。特に、４０００ｐｐｍ以下の低濃度でフッ素を添加する際、石英多孔質体の中心部までフッ素を均一に拡散させることが難しく、加熱時間を長くする必要がある。
このため、製造に係る時間が長くなるばかりでなく、高価なフッ素化合物ガスの消費量が増えることになり、生産性に劣り、また製造コストが高くなってしまう。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、フッ素の添加量が低濃度でかつ均一に添加された石英多孔質体を比較的短時間で製造する方法、及び前記製造方法により製造された石英多孔質体を用いた石英ガラス母材の製造方法、並びにフッ素の添加量が低濃度でかつ均一に添加された石英ガラス母材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】
【０００９】
すなわち、本発明に係る石英多孔質体の製造方法は、ガラス合成用バーナに、酸水素炎をつくるための燃料ガスを供給すると共に、珪素を含有するガスＡとフッ素を含有するガスＢとを供給して石英微粒子を合成し、該石英微粒子を出発部材に堆積させて石英多孔質母材を製造する方法であって、前記出発部材の外周部において前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させながら、前記石英微粒子を前記出発部材の外周部に堆積させることを特徴としている。
これにより、石英微粒子を、出発部材１の広範囲に渡ってむらなく照射することができ、フッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下の石英多孔質体を形成する場合であっても、石英微粒子の堆積温度むらを低く抑えることができる。
【００１０】
かかる石英多孔質体の製造方法の構成において、前記石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差が３０℃以下となるように、前記石英微粒子の照射領域の揺動範囲，揺動周期を調整しながら、前記石英微粒子を前記出発部材の外周部に堆積させることを特徴としている。
これにより、石英多孔質体中のフッ素の濃度の最大値と最小値との差を５０ｐｐｍ以内とすることができる。
【００１１】
かかる石英多孔質体の製造方法の構成において、前記ガラス合成用バーナと前記出発部材との距離が一定となるように、前記ガラス合成用バーナ又は前記出発部材の位置を調整しながら、前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させることを特徴としている。
これにより、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差を更に低く抑えることができる。
【００１２】
かかる石英多孔質体の製造方法の構成において、石英多孔質体の平均嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上、０．５ｇ／ｃｍ３以下となるように前記ガスＡの流量及び／又は前記燃料ガスの流量を調整しながら、前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させることを特徴としている。
これにより十分な強度を有し取り扱い時に破損し難く歩留まりが向上し、またフッ素が拡散しやすく、出発部材の外周部上にてフッ素が拡散し、フッ素濃度が均一な石英多孔質体が得られる。
【００１３】
本発明に係る石英ガラス母材の製造方法は、ガラス合成用バーナに、酸水素炎をつくるための燃料ガスを供給すると共に、珪素を含有するガスＡとフッ素を含有するガスＢとを供給して石英微粒子を合成し、該石英微粒子を出発部材に堆積させて石英多孔質母材を形成し、次いで前記石英多孔質体を加熱してガラス化する石英ガラス母材の製造方法であって、前記出発部材の外周部において前記石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させながら、前記石英微粒子を前記出発部材の外周部に堆積させることを特徴としている。
これにより、フッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内の石英多孔質体を形成できるため、石英多孔質体を加熱して透明ガラス化する際、短時間の加熱処理で、フッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内の石英ガラス母材を製造できる。
【００１４】
本発明に係る石英ガラス母材は、フッ素を含有した石英ガラスからなる石英ガラス母材において、フッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下であり、かつフッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内であることを特徴としている。
これにより、屈折率変動量、すなわち屈折率の最大値と最小値の差を低く抑えることができる。
【００１５】
かかる石英ガラス母材の構成において、屈折率変動量が２０×１０−６以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の石英多孔質体の製造方法によれば、石英微粒子の堆積温度むらを低く抑えることができ、これによりフッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下の石英多孔質体を形成する場合であっても、石英多孔質体中のフッ素の濃度の最大値と最小値との差を低く抑えることができる。
【００１７】
本発明の石英ガラス母材の製造方法によると、短時間の加熱処理で、フッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内の石英ガラス母材を製造できるため、屈折率変動量が２０×１０−６以下の石英ガラス母材を実現できる。
【００１８】
本発明の石英ガラス母材によると、フッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下であっても、フッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内であるため、屈折率の最大値と最小値の差を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施した石英多孔質体の製造方法、石英ガラス母材の製造方法、石英ガラス母材について、図面を参照して説明する。
図１は、出発部材１に石英微粒子を堆積するためにバーナ２を揺動した状態の一例を示す概略構成図である。符号１は、石英棒などからなる出発部材を示す。この出発部材１は、図示しない駆動装置に回転自在に保持されて、その軸回りに符号αの方向に回転しつつ、徐々に上方に移動するようになっている。
また、符号２はガラス合成用の多重管バーナ（ガラス合成用バーナ、以下単にバーナとも言う。）を示す。この多重管バーナ２は、多重管構造となっており、例えば、その一番中心側の管には、珪素を含有するガラス原料ガス（以下、ガスＡと言う。）とフッ素を含有するガス（以下、ガスＢと言う。）とが供給され、順次外側に向かって燃料ガスの水素ガス，不活性ガスのアルゴンガス，助燃ガスの酸素ガスがそれぞれ別々に流れるようになっている。
前記ガスＡは、ＳｉＣｌ４などの珪素を含有する化合物ガスであれば使用できる。
また、前記ガスＢは、フッ素含有化合物ガスを少なくとも含むフッ素を含有するガスであり、前記フッ素含有化合物ガスとしては、取り扱いや石英ガラスへのフッ素添加の容易さなどの点からＣＦ４，ＳｉＦ４，ＳＦ６などが好ましく使用できる。
【００２０】
前記バーナ２は、図示するように、出発部材１の下方に設置された自動ステージ３に、揺動可能に備えられている。
前記自動ステージ３には、紙面に垂直方向に揺動軸３１が設けられ、この揺動軸３１を介して自動ステージ３とバーナ２とが接続されており、バーナ２のノズル２１は、揺動軸３１を中心として揺動できるようになっている。
【００２１】
出発部材１の下端において石英微粒子を堆積させる部分を成長領域Ｓ（図中、出発部材１の外周部１１において点線よりも下部の領域）とすると、バーナ２のノズル２１を成長領域Ｓの中心に向ける。ここで、この状態のバーナ２のノズル２１の傾斜角度（水平線に対する傾斜角）を初期傾斜角度とする。
そして、ノズル２１の傾斜角度が初期傾斜角度から所定の角度範囲内にて揺動するように、揺動軸３１を中心にしてバーナ２を揺動させながら、バーナ２にガスＡ，ガスＢ，水素ガス，アルゴンガス，酸素ガスを供給し、ノズル２１から酸水素炎を噴射させる。
バーナ２のノズル２１から噴射される酸水素炎内において、ガラス原料とフッ素含有化合物の加水分解反応あるいは酸化反応が生じて、フッ素を含有した石英（ＳｉＯ２）などの石英微粒子が生成され、この石英微粒子が火炎に乗って出発部材１の下端に付着、堆積して成長してゆき、石英微粒子間に無数の微細な気泡を有し、多孔質となった円柱状の石英多孔質体が形成される。
【００２２】
このとき、出発部材１の外周部１１では、バーナ２のノズル２１から噴射される酸水素炎からの距離に応じて、石英微粒子の堆積温度に差（温度むら）が生じる。例えば、従来のようにバーナ２のノズル２１を固定した状態で、出発部材１に石英微粒子を堆積させた場合、酸水素炎の中心付近に比べて、酸水素炎から離れた位置に堆積する石英微粒子ほど堆積温度が低くなってしまい、石英微粒子の堆積温度むらが大きくなり、通常、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値の差は５０℃以上、１００℃以下になる。
石英微粒子の堆積温度は、ガラス原料とフッ素含有化合物のそれぞれの加水分解反応あるいは酸化反応の反応速度を左右するため、前記したように石英微粒子の堆積温度むらが大きい場合、石英ガラスとフッ素の堆積比率が変化してしまい、フッ素を均一に添加することが困難となる。
また、石英微粒子の堆積温度は、石英多孔質体の平均嵩密度と相関関係があり、前記したように、石英微粒子の堆積温度むらが大きい場合、形成される石英多孔質体の平均嵩密度は不均一となってしまう。平均嵩密度が不均一な石英多孔質体では、出発部材１の外周部１１にてフッ素の拡散が不均一となり、フッ素濃度が均一な石英多孔質体を製造することができなくなる。
【００２３】
本発明では、バーナ２のノズル２１から酸水素炎を噴射しながら、このノズル２１を周期的に揺動することによって、出発部材１の外周部１１において前記石英微粒子の照射領域４を周期的に揺動させて、前記石英微粒子を前記出発部材１の外周部１１に堆積させる。
これにより、石英微粒子を、出発部材１の広範囲に渡ってむらなく照射することができ、フッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下の石英多孔質体を形成する場合であっても、石英微粒子の堆積温度むらを低く抑えることができる。
【００２４】
特に、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差が３０℃以下となるように、石英微粒子を出発部材１の外周部１１に堆積させることが好ましく、これにより、石英多孔質体中のフッ素の濃度の最大値と最小値との差を５０ｐｐｍ以内とすることができる。
石英多孔質体中のフッ素の濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内であれば、この石英多孔質体を用いて石英ガラス母材を製造すると、屈折率変動が２０×１０−６以下でほぼ均一な屈折率を有する石英ガラス母材を製造できる。
【００２５】
石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差が３０℃以下とするためには、出発部材１の外周部１１の複数箇所にて温度を測定して、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差を検出しながら、この堆積温度の最大値と最小値との温度差が３０℃以下となるように、石英微粒子の照射領域の揺動範囲，揺動周期を調整することで可能になる。
例えば、バーナ２のノズル２１の傾斜角度を揺動させて、出発部材１の外周部１１において石英微粒子の照射領域を、水平線に対するノズル２１の照射角度が０°以上、１８０°以下の範囲で、揺動周期１秒以上、９０秒以下となるように揺動させながら、回転速度１０ｒｐｍ以上、５０ｒｐｍ以下で回転する出発部材１の外周部１１に石英微粒子を堆積させることによって、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差を３０℃以下とすることができる。
【００２６】
また、石英微粒子は、酸水素炎にて生成された後、出発部材１に到達するまでに、ある程度大気によって冷却されるため、石英微粒子の堆積温度は、バーナ２と出発部材１との距離によって左右されることになる。
このため、バーナ２と出発部材１との距離が一定となるように、バーナ２又は出発部材１の位置を調整しながら、石英微粒子の照射領域を周期的に揺動させることが好ましく、これにより、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との温度差を更に低く抑えることができる。
【００２７】
バーナ２と出発部材１との距離が一定となるように、バーナ２の位置を調整するためには、バーナ２の移動軸を２軸以上設けてバーナ２を揺動させることで可能になる。
図２は、出発部材１に石英微粒子を堆積するためにバーナ２を揺動した状態の他の一例を示す概略構成図である。ここで、図２中、紙面の上下方向、すなわち垂線方向をｚ軸とし、紙面の左右方向、すなわちｘ軸とｚ軸とに垂直に交わる軸をｙ軸とする。また、図１と共通するものには、同一の符号を付して説明する。
自動ステージ１０３は、ｚ軸方向に延在配置されたガイドバー１３２と、ｙ軸方向に延在配置されたスライドアーム１３３とを備えてなり、このスライドアーム１３３の先端部にバーナ２が設けられている。
【００２８】
スライドアーム１３３は、ガイドバー１３２に沿ったスライド運動によって、ｚ軸方向の位置調整を行えるアームホルダ１３４に支持されている。
また、アームホルダ１３４は、スライドアーム１３３をｙ軸方向に送り出すことができるようになっており、このスライドアーム１３３の送り出し長さを調整することによって、バーナ２のｙ軸方向の位置調整を行えるようになっている。
このため、バーナ２には、ｙ軸方向とｚ軸方向の２つの移動軸が設けられていることになる。
また、アームホルダ１３４の先端部とバーナ２とは、ｘ軸方向に設けられた揺動軸３１を介して接続されている。
【００２９】
アームホルダ１３４をガイドバー１３２に沿ってスライド運動させ、更に、アームホルダ１３４の送り出し長さを調整することによって、アームホルダ１３４の先端部に設けられたバーナ２を、出発部材１の外周部１１に沿って、バーナ２のノズル２１と外周部１１との距離が一定となるように揺動させる。
このバーナ２の揺動運動と同時に、ｘ軸方向の揺動軸を中心としてバーナ２のノズル２１の向きを調整し、石英微粒子の照射方向が、常に出発部材１の外周部１１と略垂直となるようにする。
以上により、図２中、バーナ２の揺動範囲の下限位置と上限位置をそれぞれ想像線（２点鎖線）の符号２ａ，２ｂで示すと、バーナ２と出発部材１との距離が一定となるようにバーナ２を符号２ａの位置から符号２ｂの位置に渡って揺動できる。この揺動運動を行いながらノズル２より酸水素炎を噴射することによって、バーナ２と出発部材１との距離を一定とした状態で、符号βの方向に回転する出発部材１の外周面において石英微粒子の照射領域４を符号４ｃから符号４ｄに渡って周期的に揺動できる。
【００３０】
なお、本実施形態では、バーナ２を出発部材１の長手方向に沿って揺動させる場合を例示したが、ｙ軸方向やｚ軸方向に揺動軸を設けて、２以上の揺動軸によってバーナ２を揺動させても構わない。これにより、石英微粒子を、出発部材１の外周部１１の全周に渡ってむらなく照射することができ、石英微粒子の堆積温度むらを更に低く抑えることができる。
また、出発部材１を揺動させたり、長手方向に往復動させても構わない。
【００３１】
このようにして製造される石英多孔質体の平均嵩密度は、０．１ｇ／ｃｍ３以上、０．５ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、更に好ましくは０．２ｇ／ｃｍ３以上、０．３ｇ／ｃｍ３以下の範囲とされる。これにより、十分な強度を有し取り扱い時に破損し難く歩留まりを向上でき、フッ素が拡散しやすく、出発部材１の外周部１１上にてフッ素が拡散し、フッ素濃度が均一な石英多孔質体が得られる。
平均嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３未満では強度が不十分で取扱時に落下や割れなどにより破損する恐れがあり、０．５ｇ／ｃｍ３を超えるとフッ素が拡散し難くなり、出発部材１の外周部１１上にてフッ素が拡散し難く、フッ素濃度にむらが生じ易くなるため、好ましくない。
【００３２】
石英多孔質体の平均嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上、０．５ｇ／ｃｍ３以下となるようにするためには、予め、予備実験として、バーナ２に供給するガラス原料ガス等の各種ガスの流量や、バーナ２の位置、すなわちバーナ２のノズル２１と出発部材１までの距離、出発部材１の外周部１１において前記石英微粒子の照射領域４の揺動範囲，揺動周期などの製造条件と、形成される石英多孔質体の平均嵩密度との関係を調べ、この製造条件と石英多孔質体の平均嵩密度との関係をもとにして、製造条件を調整して石英多孔質体を製造することで可能になる。
特に、ガスＡの流量及び／又は前記燃料ガスの流量を調整することが好ましく、これにより、簡便な操作で嵩密度の調整を行うことができる。例えば、ガスＡの流量に対する燃料ガスの流量の比を大きくし、酸水素炎の温度を高くすることによって、酸水素炎の熱によって石英微粒子を焼結させ、嵩密度を高くすることができる。
【００３３】
次に、本発明の石英ガラス母材の製造方法について説明する。前述した本発明の方法と同様にして石英多孔質体を形成し、次いで石英多孔質体を加熱して透明ガラス化することによって、石英ガラス母材を製造する。
石英多孔質体を加熱温度が１３５０℃以上、１５５０℃以下にて加熱することによって、均一にフッ素が添加され、歪みのほとんどない石英ガラス母材を製造できる。
加熱雰囲気は、特に限定されないが、Ｈｅガス，Ａｒガスなどの不活性ガス雰囲気が好ましく、更に好ましくはフッ素含有化合物ガス雰囲気である。フッ素含有化合物ガス雰囲気で加熱することによって、石英多孔質体の外周部からのフッ素の脱離を抑制することができる。フッ素含有化合物ガスの濃度は、製造する石英ガラス母材のフッ素含有量に応じて適宜決定される。
【００３４】
本発明によると、前述した本発明の方法と同様にして石英多孔質体を形成したことによって、フッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下とフッ素の添加量が少なくても、フッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内の石英多孔質体を形成できる。このため、石英多孔質体を加熱して透明ガラス化する際、石英多孔質体を長時間加熱し、石英多孔質体中のフッ素を十分に拡散させ、フッ素の濃度むらを低減する必要が無く、短時間の加熱処理で、フッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内の石英ガラス母材を製造できる。
【００３５】
本発明の石英ガラス母材は、前記製造方法によって製造されたものであり、石英ガラス母材中のフッ素濃度にむらがほとんどないものである。フッ素濃度の最大値が４０００ｐｐｍ以下とフッ素の添加量が少なく、かつフッ素濃度の最大値と最小値との差が５０ｐｐｍ以内である。
これにより、屈折率変動量、すなわち屈折率の最大値と最小値の差を低く抑えることができる。特に屈折率変動量は２０×１０−６以下が好ましく、これにより短波長領域用の光学部材の材料として利用できる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明を更に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。
［実施例］
図１に示したようなバーナ２を備えた光ファイバ用多孔質母材の製造装置を用いて、以下に示されたようにして、石英ガラス母材を製造した。
まず、石英ガラスからなる円柱形の出発部材１を用意した。この出発部材１の上端部を駆動装置で把持し、出発部材１を、その長手方向が垂直方向と平行になるように配置して、中心軸の軸回りに３０ｒｐｍで回転させた。
次に、ノズル２の初期傾斜角度が６０°となるように、出発部材１の下方に設置された自動ステージ３にバーナ２を揺動可能に備えた。
【００３７】
バーナ２の揺動範囲をノズル２１の傾斜角度で４０°以上、８０°以下の範囲とし、バーナ２の揺動周期を６０秒として、バーナ２をｘ軸方向の揺動軸３１を中心として揺動させた。
そして、バーナ２を揺動運動させながら、Ｈ２ガス１７３Ｌ／ｍｉｎ．，Ｏ２ガス１０２Ｌ／ｍｉｎ．，ＳｉＣｌ４ガス８Ｌ／ｍｉｎ．，ＣＦ４ガス０．４Ｌ／ｍｉｎ．をバーナ２に供給して、ノズル２１より酸水素炎を噴射させて石英微粒子を生成し、この石英微粒子を出発部材１の外周部１１に堆積させた。
石英微粒子を堆積させながら、出発部材１の外周部１１の温度を測定した結果、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との差は、３０℃であった。
【００３８】
石英微粒子を堆積させながら、駆動装置によって出発部材１を徐々に上方に移動させて、外径が２００ｍｍ，長さが１０００ｍｍの石英多孔質体を形成した。
得られた石英多孔質体の平均嵩密度を測定した結果、０．２５ｇ／ｃｍ３であった。
【００３９】
次いで、形成された石英多孔質体を均熱炉内に搬送し、Ｈｅガス雰囲気中、１４４０℃で加熱し、焼結ガラス化し、石英ガラス母材とした。石英多孔質体を加熱後、冷却して石英ガラス母材が得られるまでに要した時間は、２５時間であった。
得られた石英ガラス母材は、無気泡で完全に透明化していた。また、石英ガラス母材中のフッ素濃度分布を測定した結果、フッ素濃度の最大値は２５００ｐｐｍであり、このフッ素濃度の最大値と最小値の差は、１０ｐｐｍであった。
また、干渉計を用いてオイルオンプレート法によって、石英ガラス母材の屈折率分布を測定した結果、直径方向に対して屈折率変動が２×１０−６であり、ほぼ均一な屈折率分布を有することがわかった。
【００４０】
［比較例１］
石英多孔質体を形成する際、バーナを揺動せずに石英微粒子を出発部材１に堆積させる以外は、実施例と同様にして石英多孔質体を形成した。
石英微粒子を堆積させながら、出発部材１の外周部１１の温度を測定した結果、石英微粒子の堆積温度の最大値と最小値との差は、５０℃であった。
【００４１】
実施例と同様にして、石英多孔質体を加熱して焼結ガラス化して、石英ガラス母材とした。石英多孔質体から石英ガラス母材が得られるまでに要した時間は、実施例とほぼ同じであった。
得られた石英ガラス母材は、無気泡で完全に透明化していた。
石英ガラス母材中のフッ素濃度の最大値は２７００ｐｐｍであり、このフッ素濃度の最大値と最小値の差は、７０ｐｐｍであった。
石英ガラス母材の屈折率分布を測定した結果、屈折率分布に局所的な凹凸が存在しており、屈折率変動が２５×１０−６と大きく、不均一な屈折率分布を有することがわかった。
【００４２】
［比較例２］
バーナにＣＦ４ガスを供給しない以外は、比較例１と同様にして石英多孔質体を形成した。
次いで、形成された石英多孔質体を均熱炉内に搬送し、８００℃まで昇温後、炉内を０．０１％ＳｉＦ４ガス雰囲気として８００℃で加熱し、石英多孔質体にフッ素を導入した。
その後、ＣＦ４ガス雰囲気を維持したまま、昇温して１４４０℃で加熱して焼結ガラス化して、石英ガラス母材とした。
得られた石英ガラス母材は、無気泡で完全に透明化していた。
石英ガラス母材中のフッ素濃度の最大値は２３００ｐｐｍであり、このフッ素濃度の最大値と最小値の差は、３０ｐｐｍであった。
石英ガラス母材の屈折率分布を測定した結果、直径方向に対して屈折率変動が１０×１０−６であり、ほぼ均一な屈折率分布を有することがわかった。
しかし、石英多孔質体を加熱後、冷却して石英ガラス母材が得られるまでに要した時間は、１２０時間であり、生産性が非常に悪い。また、石英多孔質体を加熱中、炉内にＣＦ４ガスを供給しなければならず、多量のＣＦ４ガスを消費し、製造コストが高くなった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明では、フッ素を低濃度でかつ均一に石英ガラスに添加することができ、屈折率変動が２０×１０−６以下の石英ガラス母材を製造できる。このような石英ガラス母材は、フッ素が添加されたことによって紫外領域にて優れた透過率や耐レーザ特性を有しており、短波長領域用の光学レンズ，プリズム，導光部材などの光学部材を製造するための材料として利用できる。
このため、例えば光源として短波長レーザを用いた露光装置用の光学部材用の材料として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】出発部材に石英微粒子を堆積するためにバーナを揺動した状態の一例を示す概略構成図である。
【図２】出発部材に石英微粒子を堆積するためにバーナを揺動した状態の他の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１‥‥出発部材、２‥‥ガラス合成用バーナ（バーナ）、４‥‥石英微粒子の照射領域、１１‥‥出発部材の外周部
【図１】
2005132680.tif 000003
【図２】
2005132680.tif 000004