(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端が開口された炉と、該炉の開口に設けられる炉蓋とを備え、前記炉内において石英ガラスのインゴットを形成する石英ガラスの製造装置において、
前記ターゲット上に形成されるインゴットの合成面から該合成面の法線方向における前記炉蓋の内面までの距離が、前記インゴットの中心線を含む少なくとも１つの断面における前記合成面上の各点において略等しくなるように、前記炉蓋をドーム状に形成したことを特徴とする石英ガラスの製造装置。
【請求項２】
前記炉蓋が、複数の部材を接合することにより構成されることを特徴とする請求項１記載の石英ガラスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラスの製造装置に関し、とくに屈折率の均質性に優れた石英ガラスを製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリコンなどのウエハ上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装置の照明系あるいは投影レンズとして用いられるガラスとして、従来の光学ガラスに代えて合成石英ガラスや蛍石などのフッ化物単結晶を用いることが提案されている。このような、光リソグラフィ装置の光学系などに用いられる石英ガラスには、光の紫外線域の高透過性と屈折率の高均質化が要求されている。紫外線域の高透過性を実現するためには、石英ガラス中の不純物の濃度を抑制する必要がある。このため、石英ガラスの原料となるＳｉ化合物ガスと加熱のための燃焼ガスとをバーナから流出させ、火炎内で石英ガラスを堆積させる火炎加水分解法が一般に行われている。この火炎加水分解法によれば、原料、燃焼ガスの不純物を抑制することが容易であるため、高純度の石英ガラスが得られる。
【０００３】
従来、このような、火炎加水分解法により製造される石英ガラスは、不純物の濃度は抑えられるが、合成面温度分布の不均一性が原因で屈折率の均質性に関しては満足な品質が得られなかった。ここで、屈折率の均質性は、ターゲット上にインゴットが形成されるときのインゴットの径方向の温度分布に依存すると考えられている。このため、屈折率の均質性を最適化するようにインゴットの合成面の温度分布を調節すべく、ターゲットを回転させるとともに、インゴットの合成面の温度分布に応じてバーナとインゴットとを相対的に平面移動させるようにした石英ガラスの製造装置が提案されている（特開平６−２３４５３１号公報）。この装置によれば、屈折率の均質性を最適化するような温度分布を形成し、その結果として均質性が向上した石英ガラスを得ることができる。
【０００４】
このような石英ガラスの製造装置に用いられる炉は耐火レンガからなり、その水平断面形状は築炉のし易さを考慮すると角柱状が有効であるが、バーナからの熱をインゴットに効率よく供給するためには円筒状が好ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すように、炉５１の炉蓋５３の形状は平板状であるため、インゴット５５の合成面５５Ａと炉蓋５３の内面までの距離が、合成面５５Ａ上の各点において異なっている。このため、炉蓋５３の内面からインゴット５５に放射される輻射熱が合成面５５Ａ上の各点において異なって温度ムラが生じ、その結果、インゴット５５の屈折率の均質性が低下していた。
【０００６】
一方、インゴットの径は近年大口径化する傾向があり、これに伴い炉も大型化し、その機械的強度が問題となっている。とくに、炉の水平断面形状がφ３００あるいは□３００ｍｍ以上となると、一枚の耐火レンガにより炉蓋を形成することは炉蓋の強度上困難となる。
【０００７】
本発明の目的は、炉蓋からインゴットの合成面に放射される輻射熱を均一にできるとともに、大口径の炉において炉蓋の強度を向上することができる石英ガラスの製造装置を提供することにある
。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図４および図５を参照して説明すると、請求項１の発明は、上端が開口された炉２１と、炉２１の開口に設けられる炉蓋２３とを備え、炉２１内において石英ガラスのインゴット１５を形成する石英ガラスの製造装置に適用され、ターゲット上に形成されるインゴット１５の合成面１５Ａから合成面１５Ａの法線方向における炉蓋２３の内面までの距離が、インゴット１５の中心線を含む少なくとも１つの断面における合成面１５Ａ上の各点において略等しくなるように、炉蓋２３をドーム状に形成したことにより上記目的を達成する。
【０００９】
請求項２の発明は、炉蓋２３が、複数の部材２６を接合することにより構成される。
【００１１】
請求１の発明によれば、ターゲット上に形成されるインゴット１５の合成面１５Ａからこの合成面１５Ａの法線方向における炉蓋２３の内面までの距離が、合成面上１５Ａの各点において略等しくなるため、炉蓋２３の内面からインゴット１５の合成面１５Ａに供給される輻射熱は合成面１５Ａ上の各点において略等しくなる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、炉蓋２３を複数の部材２６からなるものとしたため、大型の炉蓋を構成する場合でも、その強度を向上することができる。
【００１３】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る石英ガラスの製造装置における炉の構成を示す図であり、（ａ）は炉蓋を炉内から見た断面図、（ｂ）は炉の側面断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る炉１は、側壁２が複数の角柱状の耐火レンガなどの耐火物ブロック５からなるものであり、全体として角筒状の形状をなしている。耐火物ブロック５には、凸部５Ａあるいは凹部５Ｂが形成されており、耐火物ブロックの凸部５Ａと凹部５Ｂとを互いに係合させて組み合わせて側壁２を構成するものである。また、炉壁２には、炉１内を観察するための観察窓１０および排気口１１が形成されている。
【００１５】
炉蓋３は、８つの角柱状の耐火物ブロック６からなり、この耐火物ブロック６が組み合わせられて切妻屋根形状をなしている。炉蓋３の上部にはバーナを挿入するための孔が形成されている。
炉壁２と炉蓋３とが当接する部分には、炉蓋３を炉壁２上に保持するための保持ブロック７が設けられている。また、保持ブロック７に当接するように、炉壁２と同様に構成される外壁４が当接している。これにより、炉蓋３が炉壁２上に保持される。
【００１６】
本実施の形態においては、炉蓋３を切妻屋根形状に構成したため、図２に示すように、炉１内において形成されるインゴット１５の合成面１５Ａにおける各点から炉蓋３の内面までの法線方向における距離を略等しくすることができる。これにより、炉蓋３の内面からインゴット１５に放射される輻射熱を略均一にすることができるため、温度ムラをなくして屈折率の均質性に優れたインゴット１５を形成することができる。
【００１７】
ここで、炉蓋３の強度を図３を参照して説明する。図３は炉蓋の強度を説明するために炉蓋を模式的に示す図である。図３（ａ）に示すように、炉蓋３が５つの耐火物ブロックＡ〜Ｅからなるとともに、傾斜角度が０度である場合において、耐火物ブロックＡおよびＥに対して紙面に水平方向の力Ｆを作用させ、かつ耐火物ブロックＢ，Ｃ，Ｄを１つの剛体と仮定してこれを保持することを考えると、以下の式が成立する。
Ｆ＞３ｍｇ／２μ
但し、ｍ：耐火物ブロックの質量
ｇ：重力
μ：耐火物ブロック間の静摩擦係数
また、耐火物ブロックＣのみを保持する場合は、
Ｆ＞ｍｇ／２μ
となる。このように、保持される耐火物ブロックの個数が増加するにしたがって、炉蓋３の重量は大きくなって大きな保持力が必要となるため、大きな炉を作成することが困難となる。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、炉蓋を角度θ傾斜させることにより、保持力はｃｏｓθ倍となり、さらに重力成分が力Ｆと同方向の成分を有するものとなるため、耐火物ブロックの保持力を小さくすることができる。したがって、本実施の形態のように、炉蓋３を傾斜させて切妻屋根形状とすることにより、炉蓋３の強度上問題なく大型の炉を構成することができる。
【００１８】
−第２の実施の形態−
次いで、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る石英ガラスの製造装置の炉の構成を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は炉の側面断面図である。図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る炉２１は、第１の実施の形態と同様に側壁２２が複数の略角柱状の耐火レンガなどの耐火物ブロック２５からなり、円筒形状をなしているものである。また、炉壁２２には、炉２１内を観察するための観察窓３０および排気口３１が形成されている。
炉蓋２３は、複数の耐火物ブロック２６を組み合わせて略ドーム状をなすように構成されている。炉蓋２３の上部にはバーナを挿入するための孔２６ａを形成する２つのブロック２６Ａが設けられている。ブロック２６Ａの周面は図４（ｂ）から分かるように逆テーパ状をなしている。
炉壁２２の炉蓋２３と接する部分は、ドーム状の炉蓋２３を受容するための傾斜部２２Ａが形成されており、これにより炉蓋２３が炉壁２２上に保持される。
【００１９】
本実施の形態においては、炉蓋２３をドーム状に構成したため、図５に示すように、炉２１内において形成されるインゴット１５の合成面１５Ａにおける各点から炉蓋２３の内面までの法線方向における距離を、インゴット１５の中心線を通る全ての断面において略等しくすることができる。これにより、第１の実施の形態と比較しても、炉蓋２３の内面からインゴット１５に放射される輻射熱を一層均一にすることができるため、温度ムラをなくして屈折率の均質性に優れたインゴット１５を形成することができる。
また、炉蓋２３を構成する耐火物ブロック２６をドーム状に組み合わせることによっても、耐火物ブロック２６に作用する重力を分散させることができるため、炉蓋２３の強度上問題なく大型の炉を構成することができる。
【００２０】
−第３の実施の形態−
次いで、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は本発明の第３の実施の形態に係る石英ガラスの製造装置の炉に使用される炉蓋の構成を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は炉蓋の側面断面図である。なお、本実施の形態においては、炉壁の水平断面形状は略長円形状をなすものである。
図６に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る炉蓋４３は、第１および第２の実施の形態と同様に、１２個の耐火物ブロック４６を組み合わせて略長円形ドーム状をなすように構成されている。炉蓋４３の上部にはバーナを挿入するための孔４６ａを形成するブロック４６Ａが設けられている。２つのブロック４６Ａの周面は図６（ｂ）から分かるように逆テーパ状をなしている。
【００２１】
炉蓋４３の炉壁と接する部分は、凸部４３Ａが形成されており、この凸部４３Ａが炉壁に形成された凹部と係合して、炉蓋４３が炉壁上に保持される。
このように、炉蓋４３を長円形状としても、図７に示すように、炉内において形成されるインゴット１５の合成面１５Ａにおける各点から炉蓋４３の内面までの法線方向における距離を、インゴット１５の中心線を通る断面において略等しくすることができる。これにより、炉蓋２３の内面からインゴット１５に放射される輻射熱を略均一にすることができるため、温度ムラをなくして屈折率の均質性に優れたインゴット１５を形成することができる。また、第３の実施の形態においては、炉の形状が長円形状をなしているため、上記特開平６−２３４５３１号公報に記載された装置のように、炉内においてインゴットを移動させつつ形成するものにも対応することができる。
【００２２】
なお、本実施の形態においては、炉蓋の形状を切妻屋根形状、ドーム状あるいは長円径ドーム状としているが、例えば、寄せ棟屋根形状など、インゴットの各点における炉蓋内面までの法線方向の距離が略等しくなる形状であれば、いかなる形状をなしていてもよいものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明によれば、ターゲット上に形成されるインゴットの合成面からこの合成面の法線方向における炉蓋の内面までの距離が、合成面上の各点において略等しくなるため、炉蓋の内面からインゴットの合成面に放射される輻射熱を合成面上の各点において略等しくすることができ、これによりインゴットに供給される熱の温度ムラをなくして、屈折率の均質性が良好な高品質の石英ガラスを形成することができる。
請求項２の発明によれば、炉蓋を複数の部材からなるものとしたため、大型の炉蓋を構成する場合でもその強度を向上することができ、インゴットの大型化に十分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る石英ガラスの製造装置の炉の構成を示す図
【図２】炉蓋内面とインゴットの合成面との距離の関係を示す図
【図３】炉蓋の強度を説明するための図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る石英ガラスの製造装置の炉の構成を示す図
【図５】炉蓋内面とインゴットの合成面との距離の関係を示す図
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る石英ガラスの製造装置の炉の構成を示す図
【図７】炉蓋内面とインゴットの合成面との距離の関係を示す図
【図８】従来の炉蓋内面とインゴットの合成面との距離の関係を示す図
【符号の説明】
１，２１  炉
２，２２  炉壁
３，２３，４３  炉蓋
１５  インゴット
１５Ａ  合成面
【図１】
0003790834.tif 000002
【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】
0003790834.tif 000007
【図７】
0003790834.tif 000008
【図８】
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