(57)【要約】      （修正有）【課題】高度に均質の光学要素のための半製品の製造方法、この製造方法を実施するに適したブランクそしてそのブランクもしくはその半製品を提供する。【解決手段】高度に均質の合成石英ガラスの製造方法は以下の段階を含む。ａ）石英含有開始材料を堆積バーナーに供給し、そしてこの堆積バーナーにつくられたバーナー炎内で非結晶のＳｉＯ２粒子に形成する段階、ｂ）支持体の長手方向軸に平行でブランクの外表面の方向に大部分が順次重なっている層の形に堆積した実質的に固体のシリンダーのＳｉＯ２ブランクを形成する段階、ｃ）半製品形成中シリンダーの長手方向軸と同軸に、もしくは平行にのびる回転軸に沿ってねじることを含む段階。    本発明の方法を実施するに適しているブランクは、層の大部分はスートボディーの長手方向軸と平行に延びており、そしてスートボディーの外表面の方向に重なっていることを特徴とする。【選択図】図１
2007077009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）酸化もしくは加水分解によりＳｉＯ２に変えられる石英含有出発材料を堆積バーナー（５）に供給し、そしてこの堆積バーナー（５）につくられたバーナー炎（７）内で非結晶のＳｉＯ２粒子に形成する工程、
ｂ）長手方向軸（６）を有する支持体（３，４０）上にＳｉＯ２粒子を堆積させ、支持体の長手方向軸（６）にほぼ平行に重なり合い、ブランクの外面（１３）の方向に延びる一連の層（２２）の形に堆積した実質的にソリッドなシリンダーのＳｉＯ２ブランク（１，２１，３１，４１）を形成する工程、
ｃ）半製品の成形中のシリンダーの長手方向軸と同軸に、もしくは平行にのびる回転軸に沿ってねじることを含む、ＳｉＯ２ブランク（１，２１，３１，４１）を均質化する工程
を備えている高均質の合成石英ガラスの光学要素のための半製品の製造方法。
【請求項２】
一連の層（２２）の大部分はブランク（１，２１，３１，４１）の外表面（１３）で終っているか、もしくは該外表面の近くで終っており、そして一連の層（２２）の端は１０°と１７０°との間の角度で外表面（１３）に面していることを特徴とする製造方法。
【請求項３】
ＳｉＯ２粒子の堆積中、バーナー炎（５）と支持体（３）との間で相対的な運動をつくり、その相対的な運動の第1の成分は支持体の長手方向軸（６）の方向にあり、そして第2の成分はそれと直交する方向にあることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
一連の層（２２）の大部分は実質的に平らで、そして互に平行にのびていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。  
【請求項５】
一連の層（２２）の大部分は湾曲していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
使用する支持体（３）に設けた凹所はそれの長手方向軸（６）に沿って延びていてＳｉＯ２粒子を受けるようになっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
ＳｉＯ２粒子を受ける凹所に、半殻の形にした堆積面を設けたことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
工程（ｂ）で形成したＳｉＯ２ブランク（１，２１，３１，４１）が多孔性ＳｉＯ２スートボディー（１）であり、そして段階（ｃ）での均質化の前にそのスートボディー（１）を焼結して透明ブランク（２１，３１，４１）を得ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
ＳｉＯ２スートボディー（１）は０．２２ｇ／ｃｍ３と０．５５ｇ／ｃｍ３との間の低い平均密度に形成されることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
焼結前に平均密度の低いスートボディー（１）を予焼結して、平均密度を０．５５ｇ／ｃｍ３よりも大きくすることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
燒結前に、スートボディー（１）を乾燥雰囲気内で水平に配置して処理することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
ＳｉＯ２ブランク（１，２１，３１，４１）はブランクの中心軸（１０）の方向に第1の端とこの第1の端と反対側の第2の端とを有し、そしてＳｉＯ２粒子の堆積中ホルダー（９）を第1の端に埋め込み、このホルダーはブランクの中心軸（１０）に沿って外側に延びることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
一連のＳｉＯ２層（２２）から成る実質的に固体シリンダーのＳｉＯ２スートボディー（１）の形の高度に均質な合成石英ガラスの光学要素のブランクにおいて、一連の層（２２）の大部分はスートボディーの長手方向軸（１０）と平行に重なり合い、そしてスートボディー（１）の外表面（１３）に向って延びていることを特徴とするブランク。
【請求項１４】
一連の層（２２）の大部分はスートボディーの外表面（１３）で終っているか、もしくは該外表面の近くで終っており、そして一連の層（２２）の端は１０°と１７０°との間の角度で外表面（１３）に面していることを特徴とする請求項１３に記載のブランク。
【請求項１５】
一連の層（２２）の大部分は実質的に互に平行に延びている請求項１３または１４に記載のブランク。
【請求項１６】
層（２２）の大部分は湾曲部を有している請求項１３〜１５のいずれかに記載のブランク。
【請求項１７】
ＳｉＯ２スートボディー（１）は０．２２ｇ／ｃｍ３と０．５５ｇ／ｃｍ３との間の低い平均密度に形成されることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれかに記載のブランク。
【請求項１８】
ＳｉＯ２スートボディー（１）は０．５５ｇ／ｃｍ３以上の密度を有していることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載のブランク。
【請求項１９】
スートボディー（１）はブランクの中心軸（１０）の方向に第1の端とこの第1の端と反対側の第2の端とを有し、そしてホルダー（９）を第1および第２の端の少なくとも第1の端に埋め込み、このホルダーはスートボディーの中心軸（１０）の方向に延びることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれかに記載のブランク。
【請求項２０】
マイクロリソグラフィ・デバイスの投影もしくは露光システムの光学レンズをつくるため請求項１〜１２のいずれかに記載の製造方法により製造したか、もしくは請求項１３〜１９のいずれかに記載のブランクからつくった半製品の使用。
【請求項２１】
オプティカルファイバーのプリフォームをつくるため請求項１３〜１９のいずれかに記載のブランクの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高度に均質な合成石英ガラスの光学要素のための半製品の製造方法に係るものである。
【０００２】
さらに、本発明は一連のＳｉＯ２層から成る実質的にソリッドなシリンダーのＳｉＯ２スートボディーの形の高度に均質な合成石英ガラスの光学要素のためのブランクに係るものである。
【０００３】
さらに、本発明は本発明に従ってつくった半製品の適正使用とブランクの適正使用とにも係るものである。
【背景技術】
【０００４】
合成石英ガラスは、堆積バーナーを使って石英含有出発化合物を火炎加水分解するか、もしくは酸化することによりつくるのが普通である。
【０００５】
合成石英ガラスをつくる適当な出発材料は四塩化けい素（ＳｉＣｌ４）である。加水分解もしくは酸化によりＳｉＯ２を形成できる多数のけい素有機化合物も知られている。ここで例に挙げるのは塩素含有の、もしくは無塩素のシラン、シラザンもしくはポリシロキサンである。
【０００６】
既知の製造方法としてはＶＡＤ法（気相軸付法）、ＯＶＤ法（外付法）もしくはＰＯＤ法（プラズマ外付法）のようなプラズマ支持堆積法がある。他の方法ではモールドを使い、このモールド内に、その中で底部から頂部までＳｉＯ２粒子を垂直に堆積させ、そして直接ガラス化させて、石英ガラスボディーをつくる。これらすべての方法において一つもしくはいくつかの堆積バーナーによりＳｉＯ２粒子をつくり、バーナーの炎に対して相対的に動かされる支持体に粒子を層（複数）として堆積させる。支持体表面領域を十分に高温としてＳｉＯ２粒子を直接ガラス化させる（「直接ガラス化」）。対照的に「スート法」と呼ばれる方法では、ＳｉＯ２粒子の堆積中温度を低くして、多孔性スート層を得て、これを別の段階で焼結して透明な石英ガラスを得るようにしている。直接ガラス化法とスート法との両方とも高純度の、緊密な透明合成石英ガラスをつくる。
【０００７】
ＳｉＯ２粒子の層状堆積のため脈理と呼ばれる層構造の形成がその製造方法に固有なものとなる。脈理は隣接層間の屈折率に差を生じる。概して言えば、同心層状構造を持つシリンダーＳｉＯ２ブランクと軸方向層状構造を持つブランクとして区別できる。ＯＶＤ法において、層状構造は例えばブランクの長手方向軸に対して同心的にのびる螺旋状の層につくられていてＳｉＯ２粒子は長手方向軸の周りの回転体である支持体の円筒外面上に層状に堆積されている。これと対照的に、円板状回転支持体上でシリンダーの長手方向軸方向に堆積させることによりＳｉＯ２ソリッドシリンダーをつくるＶＡＤ法においては、層が軸方向に進んでいく螺旋状の層構造が得られるのが通常であり、層はシリンダー長手方向軸と直交する方向に延びている。
【０００８】
マイクロリソグラフイにおいて使用される合成石英ガラスの場合もしくは通信工業における光学要素において使用される合成石英ガラスの場合、屈折率の均一性に対して高い要請がある。それ故、製造プロセスのために最初に存在する層はできるだけ完全に取除けなければならない。それの粘性は高温度では低いので、通常の精製法により石英ガラスを均質化することは不可能である。それ故、高温石英ガラスを多方向変形により均質化する。最も簡単な場合にはこれは帯状に区切って軟化した棒状石英ガラスボディーをねじることにより行われる。しかしながら、このような方法では、同心円的に螺旋層状の構造（ＯＶＤ法）も軸方向に螺旋状の構造（ＶＡＤ法）も排除することができない。
【０００９】
以上のようなことで、石英ガラスシリンダー内の層を排除するため例えばＤＥ４２０４４０６Ａ１において多段変形プロセスが提案されている。そこでは、下端が、２つの側方に、正方形横断面の水平に向いた管状の出口モールドに枝分かれしている垂直供給ノズルを有するグラファイトのモールドにより、軸方向に層状となっている構造のねじり棒を形成する。そのねじり棒を供給ノズルの内側で軟化し、それによりそれ自体の重さで水平方向の出口モールドに沈み込ませて層状構造体の水平方向に配置し、他方でその棒の長手方向軸配向を９０°ずらす。成形によるその結果、正方形断面の棒状石英ガラスシリンダーができ、その場合に残りの層は棒の長手方向軸に平行に延びている。そのような配向を持つ層状構造体は容易にねじりにより除去される。それ故、さらなる均質工程で互に垂直になっている３方向において層が排除されるような仕方で円筒長手方向軸の周りで石英ガラスシリンダーをねじることができる。
【００１０】
軟化石英ガラスの多方向据え込みもしくは圧縮そして伸長により脈理性石英ガラスボディーの均質化を治具なしで実施する方法がＥＰ６７３８８８Ａ１で説明されている。石英ガラスのシリンダー状の出発ボディーを治具を使わないで第1の軸に沿って圧縮してボール状の石英ガラスをつくり、次いで第1の軸に垂直な方向に延びる第2の軸に沿って引っ張ってシリンダーにする。均質化工程のこの仕方を数回繰り返す。この方法において、最終分析で均質化は層の方向を維持しながらシリンダーの長手方向軸の適切な再配向によるものであることが判明している。
【００１１】
既知の均質化法は高温で実施しなければならない幾つかの成形段階、もしくは形成段階を必要とする。それ故、これらの方法は時間とエネルギーを非常に消耗し、鋳造治具によるもしくは包囲雰囲気による不純物挿入の危険がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それ故、本発明の目的は、光学的に均質な石英ガラスのための半製品をつくる廉価な方法を提供することである。本発明の別な目的はその方法を達成するブランクを提供することである。さらに、本発明の方法によりつくった半製品と本発明のブランクの適正使用をも提示する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
方法については、その目的は、
ａ）酸化もしくは加水分解によりＳｉＯ２に変えられる石英含有出発材料を堆積バーナー（５）に供給し、そしてこの堆積バーナー（５）につくられたバーナー炎（７）内で非結晶のＳｉＯ２粒子に形成する工程、
ｂ）長手方向軸（６）を有する支持体（３，４０）上にＳｉＯ２粒子を堆積させ、支持体の長手方向軸（６）にほぼ平行に重なり合い、ブランクの外面（１３）の方向に延びる一連の層（２２）の形に堆積した実質的にソリッドなシリンダーのＳｉＯ２ブランク（１，２１，３１，４１）を形成する工程、
ｃ）半製品の成形中のシリンダーの長手方向軸と同軸に、もしくは平行にのびる回転軸に沿ってねじることを含む、ＳｉＯ２ブランク（１，２１，３１，４１）を均質化する工程
ことを特徴とする高均質の合成石英ガラスの光学要素の半製品の製造方法により達成される。
【００１４】
本発明は石英ガラスの代替的均質化法を狙いとするものではなく、合成石英ガラスの製作における積上げプロセスの最適化に焦点を合わせている、すなわち均質化の努力を最小とするように特に簡単な仕方で均質化できる石英ガラスをつくることを狙いとしている。
【００１５】
シリンダー状の出発体をシリンダーの長手方向軸の周りで（もしくはそれと平行に延びる回転軸の周りで）ねじることが石英ガラスを均質化する比較的簡単な方法である。しかしながら、既に上で述べたように、この簡単な方法はシリンダーの長手方向軸に対して同心的に延びている層の場合（ＯＶＤ法）においても、シリンダーの長手方向軸方向に相互に軸方向に順順となっている場合（ＶＡＤ法）においても層が十分に混ざらないため効果的ではない。
【００１６】
他方、堆積バーナーによるＳｉＯ２粒子の層状堆積の場合には層の形成は基本的には回避できない。そのような層形成を最小とするようにするだけである。
【００１７】
このことに照らして本発明で提案していることでは、実質的なシリンダー状のＳｉＯ２ブランクが形成され、層を含んではいるものの、層の大部分はシリンダーの長手方向軸に同心的ではないし、シリンダーの長手方向軸方向に揃っていることもなくて、同心的延長とは対照的に、本質的にシリンダーの長手方向軸と平行となっていて、ブランクの外表面の方向に走って、直接もしくはそれの延長でゼロとは異なる角度を外表面と成すように、堆積プロセスでＳｉＯ２粒子の層状堆積を生じさせるようにしている。
【００１８】
本発明の方法でつくられるブランクの層状構造は、層の表面の法線がシリンダーの長手方向軸に垂直な方向に延び、そして層はブランクの外表面の方向に延びていると言う点で優れている。このようなブランクはシリンダーの長手方向軸と平行もしくはその長手方向軸に延びる回転軸の周りでねじることにより簡単に均質化できる。大抵の層がシリンダーの長手方向軸と平行になっているからであり、そして外表面とゼロとは異なる角度を成しているからであって、隣接層の混ざりがねじれの間に生じるからである。外表面へ至る層が急であればあるほど、すなわち、外表面と層との間に含まれる角度が９０°に近づけば、近づくほどねじりにより層の混ざり合いがそれだけ一層効果的になり、そして均質化プロセスはそれだけ一層効果的に、そして迅速になる。
【００１９】
光学的に均質な石英ガラスとしての一層の処理をするにはこのようなブランク（すなわち、実質的に同心もしくは軸方向の層のないブランク）を使用するとその均質化力は小さい。理想的にはただ一回の均質化段階で十分である。
【００２０】
従って、本発明の方法では、層の配向は、複雑な最初の均質化方法による既知の方法においてのみ得られる堆積プロセスを基礎にしている。
【００２１】
理想的には、堆積後つくられている層は、ブランクの全横断面にわたって延びていて、それらはブランクの表面で終わっている。長手方向軸に平行に延びてジャケットのようにブランクの芯区域を覆っている縁部の層ができると、そのようになることを妨げる。そのような縁部の層は均質化前に取除くことができるが、それらは約１０ｍｍの厚みを越えなければ多くの場合無害である。バーナー炎の外側でスートが堆積することによりＳｉＯ２の堆積中そのプロセスのため縁層がつくられてしまう。
【００２２】
堆積バーナーはプラズマバーナーもしくは火炎加水分解バーナーである。そのようなバーナーもしくは複数のバーナーを一つに集めて使用することによりＳｉＯ２粒子を堆積する。支持体の長手方向軸に沿っての相対的移動は、堆積バーナーの反復（反転）運動により、もしくはバーナー列の動きを反復（反転）させないで、ＤＥ１０２５１３９０Ａ１に説明されているようにして行う。
【００２３】
堆積プロセス後、ブランクはいわゆる多孔性スートボディーの形となる、もしくはガラス化した透明の石英ガラスボディーとして存在する。均質化前にスートボディーを焼結する。スートボディーの層の配向がガラス化ブランク内でも維持されるように焼結を行う。
【００２４】
均質化も簡単となっていて、通常中空シリンダーにしてしまう標準ＯＶＤ法とは対照的にブランクはソリッドなシリンダーの形になる。
【００２５】
さらに必要とされるならば、ねじりの後で得られた半製品をさらに均質化する。例えばブランクの長手方向軸方向に圧縮することにより直径がつくろうとする光学的要素と同じ半製品の形にするのが通例である。成形と均質化の完了後石英ガラスをアニールして内部応力をなくす。
【００２６】
本発明の方法の好ましい実施例では一連の層の大部分はブランクの外表面で、もしくは該外表面の近くに終っており、そしてそれらの端は外表面に対して１０°と１７０°との間の角度、好ましくは３０°と１５０°との間の角度、特に好ましくは６０°と１２０°との間の角度で外表面に面している。
【００２７】
ブランクの外表面の方向に層もしくは層の大部分が急になればなるほど、すなわち、外表面と層との間の角度が９０°に近づけば近づくほどに、そしてそのような事前条件となっているブランクの半径方向の容積部分が大きくなればなるほどに、回転軸の周りでのねじりが一層効果的となる。回転軸周りのねじりは、もしも層がブランクの外表面で終っていると、もしくは少なくともそれの真近くで終っていると特に有効である。
【００２８】
ブランク内のＳｉＯ２層の配向は、ＳｉＯ２粒子の堆積中に本発明に従って既に決められている。ＳｉＯ２粒子の堆積中バーナー炎と支持体との間で相対移動をさせると有用であることが判っている。その相対移動は支持体の長手方向軸方向の第1の成分とそれと直交する方向の第２の成分とを有している。
【００２９】
バーナー炎と支持体との間の相対運動の２つの運動成分の合成が、ＳｉＯ２粒子による支持体の堆積面上の平坦占有を創りだし、その堆積表面は支持体の長手方向軸と平行にもしくは実質的に平行に延び、そして成長ブランクの外表面で終る。
【００３０】
最もシンプルな場合は、ＳｉＯ２粒子を、一連の層の大部分が互に平行で、そして平らであるように堆積する。
【００３１】
シリンダーの長手方向軸と平行に、そして同時に互に並行に重なる平らな層に大抵の層がなっている層構造体では、相対運動の設定とＳｉＯ２粒子の堆積速度の設定とに特別な調整を必要としないので、比較的簡単な調整で足りる。
【００３２】
しかしながら、この仕方では、縁領域での層のあるものは、断面が円もしくは楕円形であるシリンダー状のブランクの場合その外表面に対して実質的に接線方向に延びている。さらに、その方法の変形で有用であることが判っているものでは、一連の層の大部分のものが湾曲している。
【００３３】
変形領域は均質化について最適化される層構造体に調整できるようにする。例えば、断面が円もしくは楕円であるシリンダー状のブランクの場合の層は、ブランクの外表面に対して理想的には９０°である、上述の好ましい角度範囲の角度を、できるだけ大きい長さ部分にわたって持つようにして、湾曲されている。
【００３４】
長手方向軸に沿って延び、ＳｉＯ２粒子を受ける凹所を持つ支持体を使用すると特に有利である。
支持体の長い凹所は、横側に境界を持つ支持体の長手方向軸に沿って延びる底部を有している。底部と横の境界は例えばＵ字形、Ｖ字形、半円形もしくは半楕円形の横断面をつくる。この凹所は、上に説明したように凹所内にＳｉＯ２粒子が層状に堆積することによりＳｉＯ２粒子を収容する。結果として、その凹所は成長ブランクの境界を形成し、それによりブランクの外表面の形状を限定もしている。層状構造体の最初の層は凹所の底に位置する。
【００３５】
層は垂直方向に側壁で終っているのが好ましい。側壁それ自体が堆積物表面を構成したり、もしくはＳｉＯ２粒子層で既に覆われていると言う状況は望ましくない。相対運動の運動成分（この運動成分は支持体の長手方向軸に直交する）の大きさは、せいぜい大きくても互に対向している凹所の側壁の距離の大きさであり、その距離より短いのが好ましい。支持体の長手方向軸に垂直な方向に可変な距離で、例えば、Ｖ字形、放物線、半楕円もしくは半円形の横断面の凹所内で、それに従って運動成分の両側での反転位置と大きさとは変ってくる。本発明の実施形態の特別な利点は、凹所がＳｉＯ２粒子の時にルーズな層状構造体を収容するようになっていて、それによりある機械的な安定性を与えていることである。この利点を以下に詳述する。
【００３６】
ＳｉＯ２粒子を受ける凹所に半殻状（semi  shell）とした堆積面を設けるのが好ましい。
【００３７】
凹所のこの形は、横断面が円形のブランクの製作を容易とし、そのようなブランクはシンプルなねじりを達成するのに好ましい。支持体の長手方向軸方向に見た凹所の横断面は放物面、半円、半楕円もしくは比較的丸い形をしており、半殻状の前端は開いていているか、閉じている。半楕円の横断面の場合、楕円の主長軸は半殻状の開口に垂直に延びる。
【００３８】
好ましい仕方においては、製造方法の工程（ｂ）によるＳｉＯ２ブランクは多孔性のＳｉＯ２スートボディーとなっており、このスートボディーを焼結してから、製造方法の工程（ｃ）により均質化して透明なブランクを得る。
【００３９】
この仕方では、既知のやりかたで均質化する前に多孔性スートボディーを処理することができる。更に具体的に言えば、ブランクの石英ガラスのヒドロキシル基の含有量を所定量とし、そしてブランクの石英ガラスにドーピングすることを容易に行うことができる。
【００４０】
本発明の方法により、ＳｉＯ２スートボディーが０．２２ｇ／ｃｍ３と０．５５ｇ／ｃｍ３との間の、好ましくは０．３０ｇ／ｃｍ３と０．５０ｇ／ｃｍ３との間の低い平均密度で形成されるという特に有効な製造方法の変形が達成される。
【００４１】
低い平均密度のスートボディーは長い支持体の上に堆積させられ、この支持体は下からそれの全長にわたって少なくともスートボディーを掴んで、それを支持し、それにより０．２２ｇ／ｃｍ３と０．５５ｇ／ｃｍ３との間の低い平均密度のスートボディーをつくるのである。そのような低密度の大きいスートボディーは従来のやり方では機械的な安定性が低いため製造が困難であった。しかしながら、低密度の利点は浄化、乾燥もしくはドーピングが効率良く迅速にできることである。０．２２ｇ／ｃｍ３以下の低い平均密度では、取扱い上の問題が大きくなりすぎて浄化、乾燥もしくはドーピングが効率良く迅速にできると言う利点を上回ってしまう。ブランクの平均密度はコンピューターテクノロジーにより非破壊で決定でき、それはまた、完全な密度プロフイールをもつくりだせる。
【００４２】
特に最初の平均密度が低いスートボディーの場合、もしそのボディーの機械的安定性が高いと、浄化、乾燥もしくはドーピング後にスートボディーを更に処理できると言う利点が得られる。
【００４３】
いま説明した方法の好ましい変更の好ましい点は、焼結前に平均密度の低いスートボディーを予焼結して、それの平均密度を０．５５ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．７７ｇ／ｃｍ３にすることである。
【００４４】
既に述べたように、極端に密度の低いスートボディーの乾燥と浄化との後で予焼結を行い、そしてそれは焼結プロセス前に行う。スートボディーの予焼結と焼結とは一回で同じ炉でできる。
【００４５】
好ましくは、焼結前にスートボディーは乾燥雰囲気内で水平に支持された状態で処理される。
【００４６】
スートボディーのこの処理とは例えば、乾燥、浄化プロセスもしくは既述の予焼結プロセスである。水平に置く、もしくは支えることによりそのような処理は、スートボディーの密度が低くて、機械的安定性が乏しくても、できるのである。堆積プロセスに使用した支持体もしくは別の支持装置はそのときの支えにも使える。
【００４７】
特に、ブランクをねじりプロセスにかけると言うことについてＳｉＯ２ブランクが第１の端とブランクの中心軸の方向で第１の端と反対側の第２の端とを有するとき、ＳｉＯ２粒子の堆積中ホルダーを第１のブランクの端に埋めこむと都合がよいことが判った。
【００４８】
ブランクの回転軸の周りにねじっている間ブランクをホルダーで保持している。乾燥、浄化、もしくは焼結中ホルダーを使って保持することもできる。ブランクの中心軸に沿って第１と第２のホルダーが向き合うように第１のブランク端に対向して第２のブランク端にもホルダーを埋めこむのが好ましい。
【００４９】
高均質の合成石英ガラスの光学要素のためのブランクについて言えば、上述の一連の層を含んでいる多孔性のＳｉＯ２スートボディーから出発した製品は本発明によりつくられ、一連の層の大部分はスートボディーの長手方向軸と平行に重なり合い、その外表面の方向に向って延びている。
【００５０】
本発明のＳｉＯ２ブランクは上述の方法により得られる。それを際立たせているのは層状構成であって、その構成はガラス化した後のねじりにより容易に混ざり合うことができてシリンダー状の半製品を形成し、そして均質な石英ガラスボディーに均質化していくのである。
【００５１】
こうするために多孔性のＳｉＯ２ブランク内の層の大部分の延び方としては、層の表面に垂直な法線がブランクの長手方向軸に垂直な方向に延びており、そしてスートボディーの外表面に向って層が延びている。ガラス化して石英ガラスシリンダーを形成した後そのようなスートボディーはシリンダーの長手方向軸に平行に、もしくは長手方向軸内に延びる回転軸の周りでねじることにより比較的容易に均質化できるのは、層の大部分がシリンダーの長手方向軸と平行となっており、そして外表面と零と異なる角度を成し、ねじっている間に隣接層を混ぜ合わせることとなると言う事実のためである。外表面に至る層が急勾配になるほどに、すなわち外表面と層との間に含まれる角度が９０°に近づくほどに、ねじり操作による層の混ぜ合わせは一層効率的になって、均質化がそれだけ速くなる。
【００５２】
それ故、同心状もしくは軸状の層シーケンスのないそのような石英ガラスの使用において光学的に均質な石英ガラスとしての更なる処理のための均質化努力は小さい。理想的には、一回の均質化段階で足りて、石英ガラスシリンダーの均質化を簡単化し、通常中空シリンダーをつくる標準のＯＶＤ法とは対照的に石英ガラスはソリッドなシリンダーを形成している。
【００５３】
本発明のブランクを有利に発展させたものは従属項に明示している。従属項に示すブランクの発展が本発明の方法についての従属項において述べた方法に似ている限り対応する方法クレームに関する既述の事項を補充説明として参照する。
【００５４】
本発明の方法によりつくられ、そして均質化した半製品と、本発明のブランクとはマイクロリソグラフイ装置の投影系もしくは露光系の光学レンズの製作に特に適している。
【００５５】
さらに、本発明のブランクはオプティカルファイバーのプリフォームの製作に特に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明を以下に添付図を参照し実施例について詳述する。
実施例１
図１は、ねじりによって容易に均質化できるＳｉＯ２ブランクをつくる装置を概略的に示している。粒状層から構成されているスートボディー１は、ＳｉＣｌ４の火炎加水分解によって、支持体上にＳｉＯ２粒子を層状に堆積させることによってつくられる。ＯＶＤ法におけるような回転支持体の外側へ堆積させていく標準的なやり方ではなく、半殻状のアルミナの長い固定支持モールド３内にバーナー列２を使ってスートボディーをつくっていく。支持モールド３は上側で開いており、そして横断面は半円である。支持モールド３の別の材料は例えば、酸化アルミニューム、グラファイト、カーボン繊維補強のグラファイト（ＣＦＣ）もしくは石英ガラスである。
【００５７】
バーナー列２は複数の堆積バーナー５をジョイント・バーナーバンク４に固定して成り、ジョイント・バーナーバンク４は支持モールドの長手方向軸６に平行になっている。ここでは、バーナー列２は支持モールド３の上方で傾けて配置されていて、バーナー列の火炎７の主伝搬方向１１は垂直線１２に対して約３０°の角度αで傾いて支持モールド３の開口に向って下向となっている。このため、支持モールド３も垂直線１２に対して角度αだけ傾けられていて、バーナー炎７の主伝搬方向１１は支持モールド開口に垂直となる。排ガスは垂直上方に放出される。バーナー列２の代りとして、単一の堆積バーナーでも堆積プロセスは行えるが、効率は落ちる。
【００５８】
バーナー列２は支持モールド３に対して支持モールドの長手方向軸６の方向に反復運動を行う。２つ矢印８でアウトラインを示したように、この反復運動はそれに対して直角な方向の横方向運動と組合される。この横方向運動の大きさは、今その時の堆積面の高さでの支持モールド３の対向内壁間の距離に相当する。概して、これはジグザグのような運動シーケンスとなり、そのため支持モールド３は次第に層状にＳｉＯ２スート粒子で満たされていく。スートボディー１の上方部分の堆積中、支持モールド３からその上方部分は突出している。堆積バーナー５の運動シーケンスは概して下方部分の形成のときと鏡像対称となって、その結果、実質的に丸い横断面で、そして鏡像対称の層状構造体となったスートボディー１をつくる。支持モールド３は成長するスートボディー１の下方部分の境界を形成し、他方モールド３から突出しているスートボディー１の上方部分の外形は堆積バーナー５の運動シーケンスにより決められる。
【００５９】
これがつくるＳｉＯ２粒子層は、一つの粒子層の表面に次の粒子層が位置する態様で、支持体３のシリンダー状の外表面の方向に重なっているとともに、支持体の長手方向軸６に沿って延びている。堆積バーナー５はそれらの運動シーケンスにおいて運動サイクルの終りでオフとされないので、堆積バーナー５のそれぞれは厳密に言って、このプロセスで連続層をつくり、この連続層は折重ねた、もしくは曲がりくねって、それ自体重なり合い、そして隣合う層となる。
【００６０】
上述の実施例の代りとして支持モールド３をそれの長手方向軸の周りで揺動させて横方向運動を行わせてもよい。
【００６１】
Ａｌ２Ｏ３の丸棒９（複数）が、堆積プロセス中成長しているスートボディー１の両側に埋め込まれる。それらの棒は、スートボディーの両端からある長さ突出し、そしてスートボディーの中心軸１０に沿って伸びる。丸棒９は、堆積面が支持モールド３の上縁に達するとき堆積表面に配置される。
【００６２】
スートボディー１に火炎がぶつかる区域での堆積バーナー５の温度を高温計（図示せず）で測定する。その測定値を使って燃料ガスの供給を調整する。表面温度は一定値に保ってスートボディー１の壁厚にわたってできるだけ緊密な密度プロフイールを保障する。堆積バーナー５と成長スートボディー１のシリンダー状の外面１３との間の距離は一定に保たれている。
【００６３】
出来たスートボディー１は中実なシリンダーの形状で、横断面は丸であり、重量は約１００ｋｇであって、それの平均密度はコンピューター断層撮影測定により０．６２ｇ／ｃｍ３である。
【００６４】
このスートボディー１をガラス化して透明な石英ガラスブランクとする。このためその埋めた丸棒９を取除き、そしてその丸棒９が残した孔に石英ガラスのネジつき棒を代りにねじ込む。ネジつき棒はガラス化炉内に垂直に取り付けるのに使う。スートボディー１は真空下（１０−２ミリバール）で１６００℃付近の温度でガラス化される。スートボディー１の円形横断面はガラス化した石英ガラスブランクでも保たれている。
【００６５】
堆積プロセスで製作されたＳｉＯ２粒子層は最もシンプルな場合には、スートボディーの長手方向軸１０とそして支持モールドの長手方向軸６とも平行であり、そして曲がっておらず、その様子は本発明の方法によってつくったスートボディー１をガラス化することにより得られたブランク２１の場合で図２に示した層状構造体２０で略図的に示された通りである。
【００６６】
個々の層の間の境界面は線２２としてプロットされている。参照数字２３はブランク２１の底側に付けられ、それの外形は支持モールド３に接触して予め決められる。参照数字２４は上側に付けられ、それの外形はＳｉＯ２粒子の堆積中の運動シーケンスの調整によるだけで治具を使わないで決められる。ブランク２１は全体的に丸い横断面である。図２の横断面図から判るように、すべての層２２はブランク２１のシリンダー外表面１３で終っていて、そして層２２はブランクの中心軸２５付近では約９０°の角度でシリンダー外表面１３と交わっており、その交差角は層２２が上側２４と底側２３の方向に層２２が移っていくにつれて次第に平らに（もしくは次第に鋭角に）なっていく。
【００６７】
層状構造体２０はブランクの中心軸２５を通る鏡面と鏡像対称となっている。
【００６８】
層状構造体２０を構成しているブランク２１は次いで、石英ガラスシリンダーの熱的機械的均質化（ねじり）成形により均質化される。ねじり中ブランク２１は段段に区域を限って加熱し、軟化した区域をそれの長手方向軸の周りでねじる。最適化された層状構造体２０であるのでねじりプロセスだけで光学的に均質な石英ガラスを得ることができる。
【００６９】
均質化された石英ガラスブランク２１は最終段階で圧縮されて横断面が広くなったシリンダーとなり、これが光学的石英ガラスレンズをつくるための半製品として使える。
【００７０】
実施例２
スートボディー１は、実施例１を参照して説明したようにしてＳｉＣｌ４の火炎加水分解によりつくられる。実施例１と対照的に、石英ガラスから成る支持モールド３を使って上に開いた半殻の中にスートボディーを形成し、収容する。石英ガラスの支持モールド３の表面とその中に堆積したスートボディー１との間の接続を回避するため、特に低密度のＳｉＯ２粒子層を先ず形成する。この特に低密度のＳｉＯ２粒子層は、厚みが１ｍｍ弱のスート層の形で支持モールド３の全内壁を覆って、堆積プロセス完了後スートボディー１を容易に取除けるようにする。前記のスート層をつくるため表面温度は堆積プロセス中低くしている。
【００７１】
実施例１を参照して説明したように、バーナー列２を使ってスートボディーをつくるためにＳｉＯ２粒子を堆積させる。バーナー列２の運動シーケンスにおいて、支持モールドの長手方向軸６に沿う反復運動の反転位置をプログラム制御により動かす。更に、図３を参照して以下に詳述する最適層状構造体をつくる。このため、ＳｉＯ２粒子堆積を先ず支持モールド３の底の小さい堆積域に生じさせ、そしてその堆積域をＳｉＯ２粒子層の厚みの増加につれて比較的ゆっくりしたペースで広げていく。全体の粒子層が、つくろうとしているスートボディー１の直径の約４分の１に相当する厚みとなってからは、ＳｉＯ２粒子層を中心よりも縁部分により強くつくりあげ、その結果として堆積プロセスの前半を通過した後は可能な限り真直ぐな層となる。ＳｉＯ２粒子層の厚みは、バーナーの運動速度により調整される。堆積プロセスの後半での積上げは前半での積上げに対する鏡像としてつくられる。
【００７２】
つくられるスートボディー１は０．４５ｇ／ｃｍ３の範囲の特に低い密度であると言うことによって際立っている。この低密度は石英ガラスモールド３の支持の仕方と、スートボディーの長手方向軸６を水平に配向して横にしたことにより可能とされる。
【００７３】
スートボディー１を際立たせている特に低い密度はスートボディー１の浄化と乾燥とを特に効率良く行わせる。しかし他方では、それの機械的安定性は低い。それ故、スートボディー１をそれのモールド３内で横たえて乾燥させる。乾燥は真空（１０−２ミリバール）で１０００℃で行われる。
【００７４】
次に、密度を高めるためその乾燥したスートボディー１を石英ガラスモールド内に水平に配向して１３００℃の温度で予焼結する。これで約０．８g／ｃｍ３の密度をつくりだし、スートボディー１の丸い形状は実質的に保たれ、そして（実施例１を参照して説明したように）先に挿入されたネジつき棒で固定点がつくられる。
【００７５】
乾燥プロセスの強度により異なるが、その出来たスートボディーはヒドロキシル基の含有が少ないことで際立っており、そしてそれは均質化処理なしでも、オプティカルファイバーのプリフォームもしくはそのようなプリフォームの部品の製作に特に適している。  
【００７６】
これと対照的に、均質化処理は以下に詳述するマイクロリソグラフイ・システム用光学レンズをつくるためのスートボディー１には必要とされる。
【００７７】
モールド３から取除いてから予焼結スートボディー１の最終帯域ガラス化を真空で１６００℃の温度で垂直配向状態で実施する。これで図３に示すような層状構造を持つ透明な石英ガラスブランク３１ができる。
【００７８】
前記のブランクは次いでねじられて、実施例１で説明したように光学レンズ用の半製品になる。最適層状構造体３０（図３）の結果、簡単なねじりプロセスで光学的に均質な石英ガラスを得ることができる。
【００７９】
実施例２でつくられたスートボディー１の層状構造体はねじりによる均質化プロセスに関して特に最適である。図３はスートボディー１のガラス化後得られたブランク３１における層状構造体３０を略図的に示している。この構造体は層２２がブランク３１のシリンダー外表面１３で終っていて、そして９０°からできるだけ少ししか異なっていない角度を前記の表面でつくっている。ブランク３０の底側３３の層状構造３０（底側は石英ガラスモールド３によりそれの寸法形状を決められる）と、治具なしでつくられたブランク３１の上側３４とは中心軸３５に沿って伸びる水平面に対して鏡像対称にある。ブランク３１の横断面は全体的に丸い。この層状構造体３０はブランクの中心軸の周りでブランク２１をねじるとき隣接層２２を効率良く混ぜ合わせるようにする。
【００８０】
実施例３
スートボディー１は、実施例１を参照して説明したようにしてＳｉＣｌ４の火炎加水分解によりつくられる。隣り合わせに複数のバーナーを配置して成るバーナー列によりモールド４０（図４参照）内にＳｉＯ２粒子を層状に堆積させる。バーナー列は、運動方向を反転させないで、２つの交わっているループセクションを有するループ状運動路に沿って案内される。その第１のループセクションにおいてはメディア供給ラインの左の方へのねじりが生じメディアを堆積バーナーへ供給し、そして第２のループセクションにおいてはメディア供給ラインの右の方へのねじりが生じ、このようにしてメディア供給ラインのねじりプロセスが運動路を走る毎に相互に補償し合っている。ＤＥ１０２５１３９０Ａ１に説明されているこの仕方はバーナー運動の反転位置の領域で均質性が変るのを回避することができる。
【００８１】
半殻状の高純度のグラファイトのモールド４０を２つのループセクションのそれぞれに沿って配置し、実施例２で説明したようにＳｉＯ２粒子をモールドに堆積させ、積上げて２つのスートボディーを同時に形成する。長手方向軸に垂直な横断面で見て、グラファイトモールド４０は半楕円形であって、それの主長軸はバーナー炎の主伝搬方向に伸び、主長軸は主短軸の２倍である（図４）。
【００８２】
モールドの長手方向軸６の方向における堆積バーナー５の運動に対して直交する方向に横方向運動をさせるのであるが、この横方向運動は、長手方向軸６に直交する方向におけるモールド４０の対応する連続移動により実施される。丸棒を前側に取り付けることはこの実施例では省略される。出来たスートボディーは実質的に楕円状の横断面を有し、約０．３５ｇ／ｃｍ３の低い平均密度を持ち、そして図２に示すのと同じ層状構造を有する。
【００８３】
堆積プロセスの完了後、実施例２で説明したようにスートボディー１を水平に配置して１２００℃の温度で真空中でアニールと乾燥とを実施する。スートボディー１はグラファイトモールド４０内にある。
【００８４】
乾燥後スートボディー１は水平に置いた状態で約１６００℃の温度まで等温に加熱し、そしてこのプロセスで完全にガラス化する。スートボディー１の体積はそれの元の体積の約１／５まで縮んでガラス化する。水平にして置いたのでガラス状の流状体はそれ自体の重さで流れ、それにより図４に示すようにグラファイトモールドの下方部分に集まる。出来た石英ガラスブランク４１の横断面はほぼ多角形（三角形）で、部分的に丸みが付いた縁部を有しており、上記横断面はガラス化中グラファイトモールド４０の楕円に倣い、そして自由な溶融面の形成により決められる。スートボディー１に含まれる層状構造４２はガラス化ブランク４１内に保持されている。ブランクの長手方向軸４３は紙面に垂直に伸びている。層２２はシリンダーの外表面１３で終っており、そしてシリンダーの外表面１３に面しているそれの端はその外表面に垂直に近い角度（できれば約９０°）を成している。
【００８５】
ガラス化したブランク４１は熱的、機械的な均質化（ブランクの長手方向軸４３の周りでのねじり）により実質的に均質化し、そして実施例２で説明したように、シリンダー状の半製品に成形される。
【００８６】
ガラス化プロセスの完了後僅かな機械的処理をする、例えば堆積プロセス中スートボディーを置いて出来た傷のついた表面域を除去したり、縁を丸めたりする。ねじり操作後出来た石英ガラスシリンダーをアニール処理して機械的ストレスを除去したり、複屈折がないようにする。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の方法を実施するための装置を部分的に断面で示す。
【図２】本発明の方法でつくったブランクの層状構造体であって、ブランクの長手方向軸の方向で見た図である。
【図３】本発明の方法でつくったブランクの別の層状構造体であって、ブランクの長手方向軸の方向で見た図である。
【図４】支持モールド内に収容された本発明のブランクの実施例であって、ブランクの長手方向軸の方向で見た図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  ＳｉＯ２ブランク
２  バーナー列
３  支持体
４  バーナーのジョイント
５  堆積バーナー
６  支持体の長手方向軸
７  バーナー炎
８  運動方向
９  ホルダー、丸棒
１０  ブランクの中心軸
１３  ブランクの外面
２１  ＳｉＯ２ブランク
２２  層
３１  ＳｉＯ２ブランク
４０  支持体
４１  ＳｉＯ２ブランク
【図１】
2007077009.tif 000003
【図２】
2007077009.tif 000004
【図３】
2007077009.tif 000005
【図４】
2007077009.tif 000006