JPH10236828A

JPH10236828A - 合成石英ガラス製造用バーナー、合成石英ガラス製造装置および合成石英ガラス

Info

Publication number: JPH10236828A
Application number: JP9039405A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nakagawa; 和博中川; Shoji Yajima; 昭司矢島; Hiroki Jinbo; 宏樹神保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【目的】品質の良い合成石英ガラスが得られる合成石
英ガラス製造用バーナーの提供。【解決手段】バーナー本体１２の外周に、溶融石英ガ
ラス製の外筒管２０を設けてある。そして、このバーナ
ー本体１２と外筒管２０との間から不活性ガスとしての
アルゴンガスを吹き出す。そして、外筒管の先端２０ａ
の位置を、バーナー本体の先端の位置より５０ｍｍも後
退させてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、合成石英ガラス
製造用バーナー、合成石英ガラス製造装置および合成石
英ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造過程で半導体基
板等に集積回路の微細パターンを露光・転写する光リソ
グラフィー技術において、ステッパーと呼ばれる露光装
置が用いられている。このステッパーの光源には、近
年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化に伴って可視
光よりも波長の短い紫外域の光が用いられるようになっ
た。このため、露光装置の光学系も、従来の光学ガラス
に代えて、紫外域の光を透過する材料で構成することが
必要となった。紫外域の光の透過率の高い光学材料とし
ては、例えば石英ガラスが知られている。

【０００３】また、露光装置の光学系は、収差補正のた
めにレンズ等の多数の光学部材で構成される。このた
め、露光装置の光学系全体の透過率を高くするために
は、個々の光学部材の透過率を高くすることが必要であ
る。石英ガラスの透過率を高くするためには、石英ガラ
スを高純度にすることが必要である。高純度の石英ガラ
スが得られる製造方法としては、火炎加水分解法（直接
法または直接火炎法とも称する）が知られている。

【０００４】火炎加水分解法では、四塩化ケイ素などの
高純度のケイ素化合物を原料に用いる。そして、この原
料と加熱および加水分解反応のための燃焼ガス（酸素お
よび水素）とを、製造装置の合成炉内で回転、引き下げ
を行っているターゲット上に向けて、バーナーから噴射
する。噴射された原料は、酸素水素火炎で加水分解され
て石英ガラス微粒子（スート）を形成する。スートは、
ターゲット上で堆積、溶融、透明化して石英ガラスのイ
ンゴットを形成する。このようにして得られた石英ガラ
スは合成石英ガラスと呼ばれる。

【０００５】ところで、火炎加水分解法により合成石英
ガラスを製造する際に、合成炉内で形成されたスートの
一部分が、石英ガラスのインゴットに捕捉されずに合成
炉内を浮遊する。さらに、合成炉内を浮遊するスートの
一部分は、バーナーから噴射されるガス流に巻き上げら
れて、合成炉内に露出しているバーナーの外周部に付着
する。バーナーに付着したスートは、合成炉内部のバー
ナーが高温となっているため、バーナーに強固に焼き付
く。このため、合成石英ガラスの合成終了後に、バーナ
ーに付着したスートを剥離することは困難であった。

【０００６】また、合成炉内部に露出しているバーナー
の特に先端部分は、合成炉内部の輻射熱を受ける上に、
バーナーから噴射されたガスがインゴットにあたってバ
ーナー側に回り込んでバーナーに吹きつけるため、加熱
されて高温となる。このため、バーナーを耐熱性および
耐腐食性に優れた石英ガラス製としても、バーナーの特
に先端部分が劣化して、部分的に溶けたり気化して、消
失することがある。バーナーの先端部分が消失してバー
ナーの先端部分の形状が変化すると、原料ガス等の噴射
位置が変化する。このため、ガスの混合率が変化して燃
焼効率および反応効率といったバーナーの特性が変化す
る。その結果、合成石英ガラスの製造中のバーナーの特
性の変化に伴って合成石英ガラスの品質が経時変化する
ため、合成石英ガラスの品質が低下してしまうという問
題点があった。

【０００７】また、バーナーの先端部分の劣化して脆く
なった部分が破片となって、合成石英ガラスのインゴッ
トに混入する場合がある。インゴットにこの破片が混入
すると、破片が合成石英ガラス中の不均質の原因となっ
て、合成石英ガラスの品質が低下してしまうという問題
点があった。尚、ここで不均質とは、異物、泡および局
所的な屈折率不均質である脈理を含む。

【０００８】また、バーナーの先端部分の劣化した部分
は、劣化していない部分よりもスートが付着し易い。こ
のため、劣化部分に一旦付着したスートが、再び剥離し
て落下して、合成石英ガラスのインゴットに落下して混
入する場合がある。このインゴットに混入したスート
は、バーナーからインゴットへ直接吹きつけられるスー
トに比べて温度が低い上に、合成炉を浮遊していた間に
組成が変化している。このため、落下したスートがイン
ゴットに混入すると、このスートがインゴット中の不均
質の原因となって、合成石英ガラスの品質が低下してし
まうという問題点があった。

【０００９】そこで、バーナーへのスートの付着を抑制
できる合成石英ガラス製造用バーナーの一例が、文献：
「特開昭６０−２１５５１５号公報」に提案されてい
る。この文献に開示の合成石英ガラス製造用バーナーに
よれば、バーナー本体の外周に外筒管を設けて、この外
筒管とバーナー本体との間に不活性ガスを流している。
その結果、この不活性ガスは、シールガス（シーリング
ガス）として、バーナー本体から噴射した原料ガスおよ
び燃焼ガスを周囲から包み込んで、原料ガスおよび燃焼
ガスの自然拡散を抑制する。その結果、バーナー本体へ
のスートの付着を抑制することができる。また、不活性
ガスによってバーナー本体が冷却されるので、バーナー
本体、特にその先端付近の劣化も抑制することができ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】シールガスによって、
バーナー本体の加熱およびバーナー本体へのスートの付
着を抑制するためには、シールガスの流量を多くするこ
とが望ましい。

【００１１】しかしながら、シールガスの流量を多くす
るために、シールガスの流速をバーナーから噴射された
燃焼ガスの流速よりも速くすると、インゴットの合成面
の温度が、シールガスが直接吹きつけられることによっ
て低下する。尚、インゴットの合成面とは、バーナーか
ら噴射された原料から生成したスートが、合成石英ガラ
スのインゴットに堆積する部分を指す。

【００１２】また、シールガスの流速をバーナーから噴
射された燃焼ガスの流速よりも速くすると、シールガス
によって合成炉の内部の気流が乱される。気流が乱れる
と、インゴットに捕捉されなかったスートがより多く巻
き上げられる。その結果、巻き上げられたスートの一部
分は、インゴットに混入して不均質の原因となる。この
ため、シールガスの流速が速くなると、合成石英ガラス
の品質が低下する。

【００１３】また、気流が乱されると、バーナーから噴
射された燃焼ガスの反応が妨げられて、燃焼効率が低下
する。ここで燃焼効率の低下とは、炉内温度の低下のみ
ならず、燃焼ガスの反応による火炎の温度の低下、火炎
温度の低下によるスートの生成率の低下および火炎温度
の低下によってインゴットの合成面の温度が低下するこ
とによるスートの捕捉率の低下を含む。このように、燃
焼効率が低下すると、合成石英ガラスの合成条件が最適
な条件から変化するため、合成石英ガラス品質が低下す
る。

【００１４】このため、品質の良い合成石英ガラスが得
られる合成石英ガラス製造用バーナーおよびそれを具え
た合成石英ガラス製造装置の実現が望まれていた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の合成石英ガラ
ス製造用バーナーによれば、火炎加水分解法によって合
成石英ガラスを製造するための合成炉の内部に原料ガス
および燃焼ガスを先端から噴射する合成石英ガラス製造
用バーナーであって、この合成石英ガラス製造用バーナ
ーを構成するバーナー本体と外筒管との間から不活性ガ
スを吹き出すための当該外筒管を前記バーナー本体の外
周に設けた合成石英ガラス製造用バーナーにおいて、外
筒管の先端の位置を、バーナー本体の先端の位置よりも
後退させてあることを特徴とする。

【００１６】尚、ここで不活性ガスとは、希ガスのみな
らず反応性の低いガス、例えば窒素ガス（Ｎ₂ ）を含
む。

【００１７】このように、この発明の合成石英ガラス製
造用のバーナーによれば、不活性ガスのシールガスを吹
き出す吹出し口である外筒管の先端の位置を、バーナー
本体の燃焼ガス等を噴射する先端である噴射口の位置よ
りも後退させてある。不活性ガスの流速は、バーナー本
体の先端付近では、外筒管の先端で吹き出した直後の流
速よりも遅くなる。このため、シールガスによって合成
炉中の気流が乱されて燃焼効率が低下することを抑制し
つつ、バーナー本体の劣化およびバーナー本体へのスー
トの付着を抑制するのに十分な流量の不活性ガスを流す
ことができる。その結果、合成炉中を浮遊しているスー
トやバーナー本体の劣化部分の破片やバーナー本体の特
に劣化部分に一旦付着して剥離した付着物がインゴット
に混入することによる合成石英ガラスの不均質の発生を
抑制することができる。このため、品質の良い合成石英
ガラスを得ることができる。

【００１８】また、この発明の合成石英ガラス製造装置
によれば、火炎加水分解法によって合成石英ガラスを製
造するための合成炉を具え、この発明の合成石英ガラス
製造用バーナーの先端側の部分を前記合成炉の内部に突
き出して設けてなることを特徴とする。

【００１９】このように、この発明の合成石英ガラス製
造装置によれば、シールガスである不活性ガスを吹き出
す吹出し口である外筒管の先端の位置を、バーナー本体
の燃焼ガス等を噴射する先端である噴射口の位置よりも
後退させたバーナーを具えている。このため、合成炉中
の気流が乱れて燃焼効率が低下することを抑制し、か
つ、バーナー本体の劣化およびバーナー本体へのスート
の付着の抑制を図ることができる。その結果、合成炉中
を浮遊しているスートやバーナー本体の劣化部分の破片
やバーナー本体の特に劣化部分に一旦付着して剥離した
付着物がインゴットに混入することによる合成石英ガラ
スの不均質の発生を抑制することができる。このため、
品質の良い合成石英ガラスを得ることができる。

【００２０】また、バーナー本体の劣化を抑制できるの
で、バーナー本体の劣化により原料ガス等の噴射位置が
変化するのを抑制して燃焼効率および反応効率といった
バーナー特性の変化を抑制できる。その結果、安定した
品質の合成石英ガラスを製造することができる。

【００２１】このように、この発明の合成石英ガラス
は、合成炉中の気流が乱れて燃焼効率が低下することを
抑制し、かつ、バーナー本体の劣化およびバーナー本体
へのスートの付着が抑制できる合成石英ガラス製造用バ
ーナーを具えた合成石英ガラス製造装置において製造さ
れたので、合成炉中を浮遊するスート、バーナー本体の
劣化部分の破片やバーナー本体の劣化部分から剥離した
付着物を原因とする不均質が少ない。このため、品質の
良い合成石英ガラスを得ることができる。

【００２２】また、この発明の合成石英ガラスは、バー
ナーの劣化を抑制することによりバーナーの特性の経時
変化が抑制された合成石英ガラス製造装置において製造
されたので、品質の安定化を図ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
合成石英ガラス製造用バーナー、合成石英ガラス製造装
置および合成石英ガラスの一例について併せて説明す
る。尚、参照する図は、これらの発明が理解できる程度
に各構成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に
示してあるに過ぎない。従って、これらの発明は図示例
にのみ限定されるものではない。

【００２４】１．実施の形態１−１．合成石英ガラス製造用バーナー先ず、図１を参照して、実施の形態の合成石英ガラス製
造用バーナーについて説明する。図１は、実施の形態の
合成石英ガラス製造用バーナーの説明に供する要部斜視
図である。

【００２５】この合成石英ガラス製造用バーナー（以
下、単にバーナーとも称する。）１０は、合成石英ガラ
スを製造するために、合成炉の内部に原料ガスおよび燃
焼ガスを噴射する。そして、この合成石英ガラス製造用
バーナー１０を構成するほぼ円筒形状のバーナー本体１
２は、５つの互いに直径が異なる管を同心円状に配置し
た５重管１４と、この５重管１４を囲む外殻管１６とを
具えている。また、このバーナー本体１２は、５重管１
４の５重目の管１４ｅと外殻管１６との間に複数のノズ
ル１８を互いに等間隔で具えている。

【００２６】また、これらの５重管１４、外殻管１６お
よびノズル１８のそれぞれ先端１２ａは、同一平面上に
揃えて設けてある。従って、この平面が、バーナー本体
１２の先端１２ａとなる。また、これらの５重管１４、
外殻管１６およびノズル１８は、いずれも溶融石英ガラ
ス製である。

【００２７】そして、この合成石英ガラス製造用バーナ
ー１０は、バーナー本体１２の外周に外筒管２０を設け
てある。そして、このバーナー本体１２と外筒管２０と
の間から不活性ガスが吹き出す。また、この外筒管２０
も、バーナー本体１２の材質と同じ溶融石英ガラス製で
ある。

【００２８】さらに、この不活性ガスが吹き出す吹出し
口である、外筒管２０の先端２０ａの位置を、バーナー
本体１２の先端１２ａの位置よりも後退させてある。

【００２９】このように、この実施の形態の合成石英ガ
ラス製造用バーナー１０によれば、シールガスである不
活性ガスを吹き出す吹出し口である外筒管２０の先端２
０ａの位置を、バーナー本体１２の燃焼ガス等を噴射す
る先端１２ａである噴射口の位置よりも後退させてあ
る。このため、不活性ガスの流速は、バーナー本体１２
の先端付近では、外筒管２０の先端２０ａで吹き出した
直後の流速よりも遅くなる。このため、バーナー本体１
２の先端付近における不活性ガスの流速を燃焼ガスの流
速よりも速くすることなく、バーナー本体１２の劣化お
よびバーナー本体１２へのスートの付着を抑制するのに
十分な流量の不活性ガスを流すことができる。また、バ
ーナー本体１２の先端付近における不活性ガスの流速
を、燃焼ガスの流速よりも遅くすることによって、この
バーナー１０を具えた合成炉における燃焼効率の低下を
抑制して、品質の良い合成石英ガラスを製造することが
できる。

【００３０】１−２．合成石英ガラス製造装置次に、図２を参照して、実施の形態の合成石英ガラス製
造装置について説明する。図２は、実施の形態の合成石
英ガラス製造装置の説明に供する断面図である。

【００３１】この合成石英ガラス製造装置は、合成炉３
０を具え、この合成炉３０は、炉床３２上に、耐火物の
炉壁３４およびこの炉壁３４を覆うように設けられた炉
枠３６を具えている。また、炉枠３６は、排気管３８を
介して排気装置（図示せず）につながっている。

【００３２】そして、合成石英ガラス製造用バーナー１
０は、この炉壁３４および炉枠３６を貫通して、合成炉
３０の上部からインゴット４０を形成するための円盤状
のターゲット４２にその先端を向けて設置してある。合
成石英ガラス製造用バーナー１０は、先端付近のみを合
成炉３０の内部に突き出してある。

【００３３】また、合成炉３０の内部のインゴット４０
の合成面の温度分布は、炉壁３４および炉枠３６に設け
た覗窓４４を介して、赤外線カメラ４６でモニターされ
る。また、覗窓４４には、透明ガラス４８が設けてあ
る。

【００３４】

【実施例】実施例１次に、この発明の合成石英ガラス製造用バーナーの実施
例について説明する。実施例１では、上述の実施の形態
で示したバーナー１０として、外筒管２０の直径Ａが互
いに異なる３つのバーナーを用いた。但し、各バーナー
のバーナー本体１２の直径Ｂは、いずれも８０ｍｍとし
た。また、外筒管２０の先端２０ａは、バーナー本体１
２の先端よりも５０ｍｍ後退させてある。

【００３５】そして、その他のバーナー本体１２の構造
も、互いに同一とした。

【００３６】ここでは、バーナーナンバー（Ｎｏ．）１
のバーナーの外筒管２０の直径Ａを８２ｍｍとし、バー
ナーナンバー（Ｎｏ．）２のバーナーの外筒管２０の直
径Ａを８４ｍｍとし、バーナーナンバー（Ｎｏ．）３の
バーナーの外筒管２０の直径Ａを８６ｍｍとした。

【００３７】そして、これらの各バーナーを、上述の実
施の形態で説明した合成石英ガラス製造装置にそれぞれ
組み込んで、それぞれ１０日間かけて合成石英ガラスを
合成した。合成石英ガラスの製造にあたっては、いずれ
のバーナーを設けた場合も、原料として高純度の四塩化
ケイ素（ＳｉＣｌ₄ ）を用いた。そして、この原料をキ
ャリアガスで希釈して、バーナー１０から原料を流量３
０ｇ／分で合成炉３０の内部へ流速１５００ｍｍ／秒程
度で噴射する。バーナー１０から噴射された原料は、ス
ート（石英ガラス微粒子）を形成する。そして、このス
ートを合成炉３０の内部のターゲット４２に堆積させ
る。ターゲット４２に堆積したスートは溶融して透明化
して合成石英ガラスのインゴット４０となる。

【００３８】また、図２に、バーナー１０から噴射され
たガスの主な流れを曲線Ｉで模式的に示す。また、バー
ナー１０から噴射された後、インゴット４０にあたって
バーナー１０側に回り込んだガスの流れを曲線IIで模式
的に示す。

【００３９】また、このターゲット４２は、直径２５０
ｍｍの円盤状の不透明石英ガラス板からなる。そして、
合成石英ガラスの合成にあたって、ターゲット４２を円
盤の中心軸を中心として回転すると共に、この中心軸に
垂直な方向に揺動させた。また、合成にあたって、この
ターゲット４２を、スートの堆積速度に合わせて、１時
間あたり数ミリの速度で引き下げることにより、インゴ
ット４０の合成面の中心位置（頭頂部）をバーナー１０
の先端から常に一定距離に保つようにした。

【００４０】また、実施例１においては、不活性ガス
（以下、シールガスとも称する。）としてアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを流した。そして、合成にあたって、３つの各
バーナーについて、それぞれバーナーから吹き出すシー
ルガスの流量を実験１では５Ｌ／分、実験２では１０Ｌ
／分、実験３では２０Ｌ／分および実験４では５０Ｌ／
分とした４通りの場合について、合計１２回の合成を行
った。ここで、下記の表１に、各バーナーについての実
験１〜４におけるシールガス流速（ｍｍ／秒）を示す。
尚、ここで「Ｌ」はリットルを表す。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１から、シールガス流量が多くなる程、
シールガス流速も速くなり、かつ、同じ流量では、バー
ナーの外筒管２０の直径Ａが小さくなる程（バーナーＮ
ｏ．が小さくなる程）、流速が速くなることが分かる。

【００４３】次に、下記の表２に、各バーナーについて
の実験１〜４における、合成中のインゴットの合成面温
度（℃）、合成終了後のバーナー本体１２の先端部のス
ートの付着量（ｍｍ）、バーナー本体１２の先端部の劣
化量（ｍｍ）および製造したインゴット内の屈折率不均
質量（個）の測定結果をそれぞれ示す。

【００４４】尚、合成面温度は、赤外線カメラ（ＩＲカ
メラ）を用いて測定した。また、付着量は、バーナー本
体１２の先端外周部に付着しているスートを剥離して、
その厚みを測定した。また、劣化量は、バーナー本体１
２の先端部の消失した部分での、消失していない場合の
先端の位置からの先端の後退量を測定した。また、イン
ゴット内の屈折率不均質量の測定にあたっては、先ず、
合成石英ガラスのインゴットを、インゴットの成長方向
に垂直な面で切断して、直径２５０ｍｍ×厚さ５０ｍｍ
の部材を切り出す。次に、各部材の両切断面を研磨し
て、投影法によって、インゴット内の局所的な屈折率不
均質を測定した。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２から、シールガス流量が多くなる程、
あるいは、同じ流量では流速が速くなる程（バーナーＮ
ｏ．が小さくなる程）、バーナー本体１２の先端部の付
着量および劣化量が少なくなる傾向があることが分か
る。

【００４７】ここで、図３に、シールガス流速と、付着
量および劣化量との関係をグラフにして示す。このグラ
フの横軸はシールガス流速（ｍｍ／秒）を表し、左側の
縦軸は付着量（ｍｍ）を表し、右側の縦軸は、劣化量
（ｍｍ）を表す。そして、グラフ中の黒四角印は、付着
量の測定結果をプロットしたものである。また、グラフ
中の黒丸印は、劣化量の測定結果をプロットしたもので
ある。

【００４８】図３のグラフから、シールガス流速が速く
なる程、付着量および劣化量が低減する傾向があること
が分かる。

【００４９】また、表２から、シールガス流量が多くな
る程、あるいは、同じ流量では流速が速くなる程（バー
ナーＮｏ．が小さくなる程）、合成面の温度が低くなる
傾向があることが分かる。

【００５０】また、表２から、実験１〜３においては、
シールガス流量が多くなる程、あるいは、同じ流量では
バーナーの外筒管２０の直径Ａが小さくなる程（バーナ
ーＮｏ．が小さくなる程）、インゴット内の屈折率不均
質量の数が少なくなる傾向があるが、一方、実験４で
は、シールガス流量が多くなる程、あるいは同じ流量で
はバーナーの外筒管２０の直径が小さくなって、流速が
速くなる程、屈折率不均質量の数が多くなる傾向があ
る。

【００５１】ここで、図４に、シールガス流速と、合成
面温度および不均質量との関係をグラフにして示す。こ
のグラフの横軸はシールガス流速（ｍｍ／秒）を表し、
左側の縦軸は合成面温度（℃）を表し、右側の縦軸は不
均質量（個）を表す。そして、グラフ中の黒丸印は、合
成面温度の測定結果をプロットしたものである。また、
グラフ中の黒四角印は、不均質量の測定結果をプロット
したものである。

【００５２】図４のグラフから、シールガス流速が速く
なる程、合成面温度が低下する傾向があることが分か
る。特に、シールガス流速が５００ｍｍ／秒以下では２
２００℃であり、シールガス流速が１３１１ｍｍ／秒に
なっても２１５０℃であった合成面温度は、シールガス
流速が１６１８ｍｍ／秒になると１９５０℃に急激に低
下している。従って、図４のグラフから、シールガス流
速が１５００ｍｍ／秒未満では、ほとんど一定若しくは
漸減傾向であった合成面温度は、シールガス流速が１５
００ｍｍ／秒付近で、急激に低下していることが分か
る。

【００５３】また、図４のグラフから、シールガス流速
が１０７ｍｍ／秒のときには、不均質量が３５個で最多
であったものが、シールガス流速が１３１１ｍｍ／秒の
ときには、不均質量が２個と最小となっている。しか
し、シールガス流速が１６１８ｍｍ／秒になると、不均
質量が１４個に増加している。従って、図４のグラフか
ら、シールガス流速が１５００ｍｍ／秒未満では、不均
質量は、流速が速くなる程減少する傾向があるが、一
方、シールガス流速が１５００ｍｍ／秒を越えると、不
均質量は、流速が速くなる程増加する傾向があることが
分かる。

【００５４】このように、シールガスの流速が一定の速
さ以上に速くなると、合成石英ガラスの品質が低下する
のは、シールガスの流速が一定以上の早さになると、シ
ールガスによって合成炉の内部の気流が乱されて、燃焼
効率が低下し、かつ、インゴットに捕捉されなかったス
ートがより多く巻き上げられて、インゴットに混入して
不均質の原因となるためと考えられる。

【００５５】また、実施例１においては、不均質量は、
シールガス流速が５００〜１５００ｍｍ／秒の間でその
前後よりも不均質量が少なく、特に、バーナーＮｏ．１
の実験３の条件（流速が１３１１ｍｍ／秒）の場合に、
不均質量が２個と最小となった。流速が５００〜１５０
０ｍｍ／秒となるのは、表１に示すように、流量が１０
Ｌ／分または２０Ｌ／分の場合である。従って、実施例
１の製造条件においては、シールガスの流量が１０Ｌ／
分〜２０Ｌ／分で、かつ、シールガス流速が５００ｍｍ
／秒〜１５００ｍｍ／秒の範囲であることが望ましく、
より好ましくは、シールガス流速が燃料ガスの流速より
も遅いことが望ましい。

【００５６】実施例２次に、実施例２の合成石英ガラス製造用バーナーについ
て説明する。実施例２では、上述の実施の形態で示した
バーナー１０として、外筒管２０の先端２０ａのバーナ
ー本体１２の先端からの後退距離Ｃが互いに異なる３つ
のバーナーを用いた。但し、各バーナーのバーナー本体
１２の直径Ｂは、いずれも８０ｍｍとし、かつ、各バー
ナーの外筒管２０の直径Ａは、実施例１で、不均質量が
最小となったバーナーＮｏ．１と同じ８２ｍｍとした。

【００５７】ここでは、バーナーＮｏ．４のバーナーの
外筒管２０の後退距離Ｃを２０ｍｍとし、バーナーＮ
ｏ．５のバーナーの外筒管２０の後退距離Ｃを５０ｍｍ
とし、バーナーＮｏ．６のバーナーの外筒管２０の後退
距離Ｃを１００ｍｍとした。

【００５８】そして、これらの各バーナーを、上述の実
施の形態で説明した合成石英ガラス製造装置にそれぞれ
組み込んで、バーナーの構造およびシールガスの種類以
外は上述の実施例１と同じ条件にして合成石英ガラスを
合成した。実施例２においては、シールガスとしてヘリ
ウム（Ｈｅ）ガスを２０Ｌ／分の流量で流した。ここ
で、下記の表３に、各バーナーをそれぞれ用いた場合の
インゴットの合成面温度（℃）、バーナー本体１２の先
端部のスートの付着量（ｍｍ）、バーナー先端の劣化量
（ｍｍ）およびインゴット内の屈折率不均質量（個）に
ついての測定結果を示す。

【００５９】

【表３】

【００６０】表３から、外筒管２０の後退距離が短い程
（バーナーＮｏ．が小さい程）、バーナー本体１２の先
端部の付着量および劣化量が少なくなる傾向があること
が分かる。これは、外筒管２０の後退距離が短い程、バ
ーナー本体の先端付近でのシールガスの流速が速く、そ
のため、バーナー本体の加熱およびバーナー本体へのス
ートの付着を抑制できるためと考えられる。

【００６１】また、表３から、外筒管２０の後退距離が
短い程（バーナーＮｏ．が小さい程）、合成面温度が低
くなることが分かる。これは、外筒管２０の後退距離が
短い程、バーナー本体の先端付近でのシールガスの流速
が速く、そのため、インゴットの合成面が冷却される上
に、合成炉内部の気流が乱されて、燃焼効率が低下する
ためと考えられる。

【００６２】また、表３から、インゴット内の屈折率不
均質量は、外筒管２０の後退距離Ｃが５０ｍｍの場合が
最小で２個であるが、後退距離Ｃがこれよりも長い１０
０ｍｍの場合は、不均質量は、９個と増加している。こ
れは、後退距離Ｃが長過ぎると、バーナー本体の先端付
近でのシールガスの流速が遅くなり、そのため、バーナ
ー本体の加熱およびバーナー本体へのスートの付着を抑
制する効果が低下するためと考えられる。

【００６３】一方、後退距離Ｃが５０ｍｍよりも短い２
０ｍｍの場合も、不均質量は、５個と増加している。こ
れは、後退距離Ｃが短過ぎると、バーナー本体１２の先
端付近でのシールガスの流速が速くなりすぎて、炉内の
気流が乱れるためと考えられる。気流が乱れると、炉内
を浮遊しているスートが巻き上げられてインゴットに混
入する上、燃焼効率も低下する。

【００６４】このように、実施例２においては、外筒管
２０の先端の後退距離は、５０ｍｍ程度が望ましいこと
が分かる。

【００６５】実施例３実施例３では、原料として四フッ化ケイ素（ＳｉＦ₄ ）
を用い、シールガスとして窒素ガス（Ｎ₂ ）を流す点以
外は、上述の実施例２におけるバーナーＮｏ．５のバー
ナーを用いた場合と同一の条件で合成石英ガラスを製造
した。

【００６６】合成終了後、バーナー本体１２の劣化量を
目視で調べたところ、劣化による破損は確認できなかっ
た。これは、シールガスによりバーナー本体１２が保護
されているため、原料のＳｉＦ₄ が反応して発生したフ
ッ化水素（ＨＦ）ガスがバーナー本体１２に直接吹きつ
けられることが抑制されるためと考えられる。

【００６７】比較例次に、比較例について説明する。比較例における合成石
英ガラス製造用バーナーの構造は、上述の各実施例にお
けるバーナー本体１２の構造と同一である。

【００６８】そして、上述の各実施の形態と同一の条件
で、１０日間かけて合成石英ガラスを合成した後、バー
ナーの劣化の程度およびバーナーへのシリカの付着量
を、上述の実施例の場合と同様にして測定した。

【００６９】その結果、バーナーの先端付近は、劣化に
より消失して、消失していない場合の先端の位置から５
ｍｍ〜１５ｍｍ先端が後退していた。このように、バー
ナーの先端部分が消失してバーナーの先端部分の形状が
変化すると、原料ガス等の噴射位置が変化する。このた
め、ガスの混合率が変化して燃焼効率および反応効率と
いったバーナーの特性が変化する。その結果、合成石英
ガラスの製造中のバーナーの特性の変化に伴って合成石
英ガラスの品質が経時変化してしまう。

【００７０】また、バーナーの先端付近には、多量のス
ートが付着していたが、スートはバーナーに焼きついて
いるため、バーナーから剥離することができなかった。
このため、付着したスートの厚さを測定することはでき
なかった。

【００７１】次に、合成されたインゴットの不均質を検
査したところ、インゴット中には、バーナーの先端部分
が劣化して落下した破片やバーナーの劣化部分から剥離
した付着物が原因と考えられる不均質が５０〜６０個検
出された。このため、比較例において合成した合成石英
ガラスは、例えば光リソグラフィー用の光学レンズの素
材としては不適切な品質の低いものであることが分かっ
た。

【００７２】上述した各実施の形態では、これらの発明
を特定の材料を用い、特定の条件で構成した例について
のみ説明したが、これらの発明は多くの変更および変形
を行うことができる。例えば、上述した実施例では、外
筒管の後退距離は、上述の各実施の形態における値に限
定する必要はなく、バーナーから噴射するガスの流速や
ガスの混合比といった合成条件に合わせて好適な長さと
すると良い。

【００７３】また、例えば、バーナー本体の構造は、上
述の実施の形態における構造に限定する必要はなく、任
意好適な構造とすると良い。

【００７４】

【発明の効果】この発明の合成石英ガラス製造用のバー
ナーによれば、不活性ガスのシールガスを吹き出す吹出
し口である外筒管の先端の位置を、バーナー本体の燃焼
ガス等を噴射する先端である噴射口の位置よりも後退さ
せてある。不活性ガスの流速は、バーナー本体の先端付
近では、外筒管の先端で吹き出した直後の流速よりも遅
くなる。このため、シールガスによって合成炉中の気流
が乱されて燃焼効率が低下することを抑制しつつ、バー
ナー本体の劣化およびバーナー本体へのスートの付着を
抑制するのに十分な流量の不活性ガスを流すことができ
る。その結果、合成炉中を浮遊しているスートやバーナ
ー本体の劣化部分の破片やバーナー本体の特に劣化部分
に一旦付着して剥離した付着物がインゴットに混入する
ことによる合成石英ガラスの不均質の発生を抑制するこ
とができる。このため、品質の良い合成石英ガラスを得
ることができる。

【００７５】また、この発明の合成石英ガラス製造装置
によれば、シールガスである不活性ガスを吹き出す吹出
し口である外筒管の先端の位置を、バーナー本体の燃焼
ガス等を噴射する先端である噴射口の位置よりも後退さ
せたバーナーを具えている。このため、合成炉中の気流
が乱れて燃焼効率が低下することを抑制し、かつ、バー
ナー本体の劣化およびバーナー本体へのスートの付着の
抑制を図ることができる。その結果、合成炉中を浮遊し
ているスートやバーナー本体の劣化部分の破片やバーナ
ー本体の特に劣化部分に一旦付着して剥離した付着物が
インゴットに混入することによる合成石英ガラスの不均
質の発生を抑制することができる。このため、品質の良
い合成石英ガラスを得ることができる。

【００７６】また、バーナー本体の劣化を抑制できるの
で、バーナー本体の劣化により原料ガス等の噴射位置が
変化するのを抑制して燃焼効率および反応効率といった
バーナー特性の変化を抑制できる。その結果、安定した
品質の合成石英ガラスを製造することができる。

【００７７】また、この発明の合成石英ガラスは、合成
炉中の気流が乱れて燃焼効率が低下することを抑制し、
かつ、バーナー本体の劣化およびバーナー本体へのスー
トの付着が抑制できる合成石英ガラス製造用バーナーを
具えた合成石英ガラス製造装置において製造されたの
で、合成炉中を浮遊するスート、バーナー本体の劣化部
分の破片やバーナー本体の劣化部分から剥離した付着物
を原因とする不均質が少ない。このため、品質の良い合
成石英ガラスを得ることができる。

【００７８】また、この発明の合成石英ガラスは、バー
ナーの劣化を抑制することによりバーナーの特性の経時
変化が抑制された合成石英ガラス製造装置において製造
されたので、品質の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の合成石英ガラス製造用バーナーの
説明に供する要部斜視図である。

【図２】実施の形態の合成石英ガラス製造装置の説明に
供する断面図である。

【図３】シールガス特性（１）として、実施例１におけ
るシールガス流速と付着量および劣化量との関係を示す
グラフである。

【図４】シールガス特性（２）として、実施例１におけ
るシールガス流速と、合成面温度および不均質量との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：合成石英ガラス製造用バーナー（バーナー）１２：バーナー本体１２ａ：先端１４：５重管１４ａ：１重目の管１４ｂ：２重目の管１４ｃ：３重目の管１４ｄ：４重目の管１４ｅ：５重目の管１６：外殻管１８：ノズル２０：外筒管２０ａ：外筒管の先端３０：合成炉３２：炉床３４：炉壁３６：炉枠３８：排気管４０：インゴット４２：ターゲット４４：覗窓４６：赤外線カメラ４８：透明ガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炎加水分解法によって合成石英ガラス
を製造するための合成炉の内部に原料ガスおよび燃焼ガ
スを先端から噴射する合成石英ガラス製造用バーナーで
あって、前記合成石英ガラス製造用バーナーを構成する
バーナー本体と外筒管との間から不活性ガスを吹き出す
ための当該外筒管を前記バーナー本体の外周に設けた合
成石英ガラス製造用バーナーにおいて、前記外筒管の先端の位置を、前記バーナー本体の先端の
位置よりも後退させてあることを特徴とする合成石英ガ
ラス製造用バーナー。
【請求項２】火炎加水分解法によって合成石英ガラス
を製造するための合成炉を具え、請求項１に記載の合成石英ガラス製造用バーナーの先端
側の部分を前記合成炉の内部に突き出して設けてなるこ
とを特徴とする合成石英ガラス製造装置。
【請求項３】請求項２に記載の合成石英ガラス製造装
置において製造されたことを特徴とする合成石英ガラ
ス。