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KR19980087016A - 합성석영글래스 광학부재의 제조방법 및 광학부재 - Google Patents

합성석영글래스 광학부재의 제조방법 및 광학부재 Download PDF

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KR19980087016A
KR19980087016A KR1019980017245A KR19980017245A KR19980087016A KR 19980087016 A KR19980087016 A KR 19980087016A KR 1019980017245 A KR1019980017245 A KR 1019980017245A KR 19980017245 A KR19980017245 A KR 19980017245A KR 19980087016 A KR19980087016 A KR 19980087016A
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KR
South Korea
Prior art keywords
quartz glass
optical member
synthetic quartz
tube
hydrogen
Prior art date
Application number
KR1019980017245A
Other languages
English (en)
Inventor
세이시 후지와라
카즈히로 나까가와
히로끼 진보
노리오 코미네
Original Assignee
요시다 쇼이치로
니콘 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP9124529A external-priority patent/JPH10316435A/ja
Application filed by 요시다 쇼이치로, 니콘 코포레이션 filed Critical 요시다 쇼이치로
Publication of KR19980087016A publication Critical patent/KR19980087016A/ko

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Abstract

자외선 조사에 따른 투과율의 저하가 억제된, 광학적으로 균질이고 고투과율·자외선 내구성을 갖는 합성석영글래스의 제조방법 및 합성석영글래스 광학부재제조방법에 관한 것으로,
원료로 유기규소화합물 및 규소의 불소화합물의 혼합물을 이용하고, 그 원료, 산소함유가스 및 수소함유가스를 다중관 버너로부터 분출시켜 연소시킴으로써, 타겟상에 석영글래스를 퇴적하고, 이를 투명화하여 석영글래스 잉고트(ingot)를 형성하여 합성석영글래스를 제조하면, 자외선내성 및 투과율 모두를 만족하는 석영글래스를 얻을 수 있고, 특히 그 혼합비가 95:5∼85:15인 경우에는 염소, 나트륨 및 탄소 모두에 대해서 최대의 효과를 가진다.
또한, 수소분자의 도입을 합성시에 행하면, 수소분자의 도입을 위한 2차처리가 불필요해지는 점에 착안하여, 가장 바깥쪽의 링 형상의 관에서 분출시키는 수소가스의 유속을 규정하므로써, 석영글래스중에 내자외선성을 부여할 수 있는 수소분자농도 및 OH기 농도를 함유시킬 수 있다

Description

합성석영글래스 광학부재의 제조방법 및 광학부재
본 발명은 석영글래스의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 자외선 레이저 전반에 사용되는 합성석영글래스 광학부재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 자외용 합성석영글래스 광학부재에 관한 것이다.
종래, 실리콘 등의 웨이퍼상에 집적회로의 미세패턴을 노광·전사하는 광 리소그래피 기술에 있어서는, 스텝퍼(stepper)라 불리우는 노광장치가 사용되고 있다. 이 스텝퍼의 광원은, 근년의 LSI의 고집적화와 더불어 g선(436nm)에서 i선(365nm), 나아가 KrF(248nm)이나 ArF(193nm) 엑시머레이저에로 단파장화가 진행되고 있다.
일반적으로, 스텝퍼의 조명광학계 혹은 투영광학계를 구성하는 렌즈의 재료로서 이용되는 광학글래스는, i선보다도 짧은 파장영역에서는 광투과율이 저하하기 때문에, 종래의 광학글래스를 대신하여, 합성석영글래스나 CaF2(형석) 등의 불소화합물 단결정을 이용하는 것이 제안되어있다. 스텝퍼에 탑재되는 광학계는 여러 렌즈의 조합에 의해 구성되어 있어서, 만약 렌즈 1개당의 투과율 저하량은 작다하더라도, 그것이 사용렌즈의 개수만큼 누계되면, 조사면에서의 광량저하로 이어진다. 이 때문에, 렌즈 재료에 대해 고투과율이 요구되고 있다. 또, 사용파장이 짧아질수록, 굴절률분포의 아주 작은 불규칙함에 의해서도 결상성능이 극단적으로 나빠진다.
이와 같이, 자외선 리소그래피(lithography)용 광학재료로 이용되는 석영글래스는 자외선의 고투과성과 굴절률의 고균질성이 요구된다. 그러나, 통상 시판되고 있는 합성석영글래스는, 균질성, 내자외선성등의 품질이 불충분하여, 전술한 바와 같은 정밀광학기기에 사용할 수가 없었다. 이 때문에, 이제까지 균질화를 위한 2차처리나, 가압수소가스 중에서의 열처리에 의한 내자외선성의 향상이 시도되고 있다.
이들 방법은, 일단, 석영글래스를 합성한 후, 광학적 성능을 향상시키기 위해서 2차적인 처리를 행하는 방법이다.
석영글래스에 자외영역의 빛이 작용하면, E' 센터라 불리우는 5.8eV의 흡수대가 나타나, 자외영역의 투과율이 현저하게 저하한다는 것이 알려져있다.
그리고, 석영글래스중에 존재하는 염소는, 이 5.8eV 흡수띠의 전구체가 될 수 있다.
그러므로 먼저, 석영글래스의 자외영역 투과율을 저하시키지 않기 위해서는, 석영글래스중에 존재하는 염소를 최대한 감소 시켜야만 한다. 그를 위해, 최근에는 유기규소화합물을 이용한 석영글래스의 합성이 행해지고 있다. 그렇지만 이들 종래의 기술에서는, 유기규소화합물에 함유되는 탄소가 글래스안에 잔류하는 것에 대한 어떠한 고려도 없고, 또한 염소가 부재(部材)내에 혼입해 있지 않다고 하는 근거도 나타나 있지 않다.
종래기술에 의한 석영글래스 합성에 이용되는 사염화규소는, 얻어진 석영글래스부재내에 30∼150ppm 정도의 염소가 함유되어 있기 때문에, 완전히 염소를 배제한 석영글래스에 비하면 내자외선성이라는 면에서 뒤지고 있다. 그렇지만 원료중에 포함되는 염소가 합성분위기내에 존재하는 금속불순물을 염화물로서 계 밖으로 방출하기 때문에, 얻어지는 부재는 아주 고순도이다. 이처럼, 이제까지의 석영글래스는, 내성은 비교적 좋지만 투과율은 약간 낮거나, 혹은 투과율은 비교적 좋으나 내성이 약간 낮은 것인 것이 대부분이었다.
다음으로, 석영글래스내의 수소분자에 대해서 서술한다.
석영글래스에 자외영역의 빛이 작용하면, E' 센터라 불리우는 5.8eV의 흡수띠가 나타나 자외영역의 투과율이 현저히 저하한다. 여기에, 수소분자가 존재하면, 수소분자가 E'센터를 제거하여 자외영역에서의 석영글래스의 투과율 저하량을 격감시킬수 있다.
석영글래스중의 수소분자는, 그 자외선 내구성을 현저하게 향상시키는 효과가 있다. 그렇지만, 종래는, 석영글래스중에 수소분자를 도입하기 위해서, 일단 석영글래스를 합성한 후에 다시 열처리를 가하지 않으면 안되는 문제가 있었다. 즉, 이 방법에 의하면 수소분자의 도입까지 열을 적어도 2번 가하게 된다. 그 때문에, 생산성이 저하하여 최종 생성물의 비용이 상승하는 등의 문제가 있다. 또, 불순물의 혼입이나 고온에서의 가압열처리로 환원분위기에 노출됨에 따라 새로운 흡수대나 발광대가 생성되는 문제가 있었다.
또한, 최근에는 광 리소그래피 기술에 이용되는 렌즈의 직경이 커짐에 따라, 2차 처리로 대구경의 석영글래스 광학부재에 수소분자를 균일하게 도입하기 위해서는, 확산계수를 생각하더라도 상당히 긴 시간을 필요로 한다. 더욱이, 자외선 리소그래피용 렌즈로 이용하는 경우를 생각했을 때, 가장 에너지 밀도가 커지는 중앙부의 수소분자농도가 주변부에 비해 작아지는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하여, 자외선 조사에 따른 투과율의 저하가 억제된, 광학적으로 균질이고 고투과율·자외선 내구성을 갖는 합성석영글래스의 제조방법 및 합성석영글래스 광학부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 이용되는 버너의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 합성석영글래스 제조장치를 도시한다.
도 3은 본 발명에 의해 제 6관의 유속을 변화시켰을 때에 얻어지는, 제 6관의 유속과 OH기 농도의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의하여 얻어진 합성석영글래스의 OH기 농도와 수소분자농도의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제 1관 2 : 제 2관
3 : 제 3관 4 : 제 4관
5 : 제 5관 6 : 제 6관
7 : 제 7관 21 : 버너
22 : 타겟 23 : X축 서보모터
24 : Y축 서보모터 25 : 관찰용 창
26 : 배기계 27 : 석영글래스 잉고트(ingot)
28 : XY 스테이지 29 : IR 카메라
30 : 제어계(컴퓨터)
그러므로 본 발명은 석영글래스중의 염소를 배제하고, 또한 고투과율을 유지하는 석영글래스를 합성하기 위한 방법에 관한 것으로, 원료로 유기규소화합물 및 규소의 할로겐화합물, 바람직하게는 불소화합물과의 혼합물을 이용하면 자외선 내구성 및 투과율의 양쪽을 만족시키는 석영글래스가 얻어지고, 특히 그 혼합비가 95:5 ∼ 85:15이면 염소, Na, 탄소의 모두에 대해서 가장 효과적이라는 점에 착안한 것이다.
따라서, 본 발명은 규소화합물, 산소함유가스 및 수소함유가스를 버너에서 분출해서 연소시켜, 타겟상에 석영글래스를 퇴적하고, 이를 투명화하여 석영글래스 잉고트(ingot)를 형성하는 합성석영글래스의 제조방법에 있어서, 상기 규소화합물로서 유기규소화합물 및 규소 할로겐화합물의 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는, 합성석영글래스의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다음으로, 본 발명에서는, 수소분자의 도입을 합성시에 행하면, 수소분자의 도입을 위한 2차처리가 불필요해지는 점에 착안하여, 가장 바깥쪽의 링 형상의 관에서 분출시키는 수소가스의 유속을 규정하므로써, 석영글래스중에 내자외선성을 부여할 수 있는 수소분자농도 및 OH기 농도를 함유시킬 수 있다는 것을 알아내었다.
본 발명의 제조방법에 이용되는 버너는, 중심부에 배치되어 원료를 분출하는 제 1관과, 그 제 1관의 주위에 동심원상으로 배치되어 산소가스를 분출하는 제 2관과, 그 제 2관의 주위에 동심원상으로 배치되어 또한 수소가스를 분출하는 제 3관과, 그 제 3관의 주위에 동심원상으로 배치되어 또한 수소가스를 분출하는 제 4관과, 상기 제 3관의 외주와 제 4관의 내주와의 사이에 배치되고 또한 산소가스를 분출하기 위한 복수의 제 5관과, 상기 제 4관의 주위에 동심원상으로 배치되고 또한 수소가스를 분출하기 위한 제 6관과, 상기 제 4관의 외주와 제 6관의 내주 사이에 배치되고 또한 산소가스를 분출하기 위한 복수의 제 7관을 구비한 버너인 것을 특징으로 한다.
그리고, 바람직하게는 「제 6관에서 분출시키는 수소가스의 유속이 4∼7m/s」이고, 또한 「제 6관에서 분출시키는 수소가스의 유속에 비해 제 7관에서 분출시키는 산소가스의 유속이 크며」, 또한, 「제 2관에서 분출되는 산소가스와 제 3관에서 분출되는 수소가스와의 비율 및 제 5관에서 분출되는 산소가스와 제 4관에서 분출되는 수소가스의 비율이 이론연소비율보다도 수소가 많은」것으로 한다.
본 발명에 있어서, 원료로 이용되는 규소 할로겐화합물로서는,
염소화합물(SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl), 불소화합물(SiF4, Si2F6) 등을 들 수 있다.
염소는 합성분위기중에 존재하는 금속불순물을 할로겐화합물로서 계외로 방출하는 효과가 있으나, 내자외선성을 극단적으로 악화시키기 때문에, 규소의 할로겐화합물로서 염소화합물을 이용하는 경우에는, 석영글래스중의 염소도입량(농도)가 10ppm이하로 되도록 조정한다. 규소의 할로겐화합물로서의 염소화합물은, 액체이면서 취급이 용이한 SiCl4, SiHCl3가 바람직하고, 또, Cl2등의 염소화합물로 하여 버너중에 도입하는 것도 가능하다.
규소의 할로겐 화합물로서는, 불소화합물이 보다 바람직하다. 염소와 동일한 효과를 갖는 불소를 합성분위기중에 개재시키므로써, 염소와 동일한 효과를 기대할 수 있음과 동시에, 규소와의 결합 에너지가 염소보다 큰 불소를 약간량 도입하므로써 내자외선성을 높일 수 있다고 하는 효과도 부여할 수 있다. 더욱이, 유기규소분자중에 존재하는 탄소를 이산화탄소라는 형태가 아닌 플루오르카본이라고하는 형태로 하므로써, 이유는 분명하지 않으나 기포의 발생률을 억제할 수 있게 된다. 불소는 이처럼 잇점이 많으나, 산수소 화염직접법에 따른 석영글래스의 합성에서는 불소농도의 제어가 어렵고, 너무 많이 도입하면 불소의 농도분포가 생겨서 그 결과 굴절률의 커다란 변동을 가져온다. 그 때문에, 도입량은 100ppm정도가 바람직하다.
Na는, 약 10ppb가 용존하면 ArF 엑시머레이저파장(193nm)와 같은 자외역에서는, 투과율이 0. 1% 저하한다. 엑시머레이저 스텝퍼와 같은 고투과율을 요하는 장치에 설치하는 경우, 아주 작은 투과율의 불규칙함으로도 결상성능이 극단적으로 나빠지기 때문에, Na농도의 진폭은 5ppb 이하 정도가 바람직하다.
이처럼, 본 발명의 석영글래스 제조방법에 있어서는, 광학성능에 악영향을 미치는 염소, Na, 탄소가 포함되어있지 않기 때문에, 자외선 리소그래피용 광학소자로서의 사용에 적합하다.
다음으로, 본 발명에 이용되는 버너와, 석영글래스중에 수소분자를 도입하는 방법에 대해 기술한다.
전술한 바와 같이, 수소분자를 도입하는 방법으로서, 일반적으로는 열간 등방압 프레스(HIP) 또는 고온고압분위기의 열처리로(爐) 등에 의한 2차 처리를 행하는 일이 많다. 이러한 2차 처리시에 산소결핍형 결함이 생성되거나, Na 등의 불순물이 혼입됨에 따라 자외광학재료로 사용하는 경우에 문제가 되며, 흡수대의 생성이나 그 처리온도의 범위에 따라서는 투명성 상실등이 일어날 수 있다.
본 발명에 의하여 석영글래스의 합성시에 수소를 도입하면 이와 같은 단점이 발생하지 않는다. 또한, 종래기술에 의한 2차 처리에서는 대구경의 석영글래스 부재에 수소분자를 도입하는 것이 곤란한 데 비하여, 본 발명에 의한 제조방법에서는, 합성도중에 수소분자를 도입하기 때문에, 석영글래스의 직경에 상관없이 고농도의 수소분자농도를 보유할 수 있다.
본 발명에 이용하는 버너는, 중심부에 배치되어 원료를 분출하기 위한 제 1관과, 제 1관의 주위에 동심원상으로 배치되어 산소가스를 분출하기 위한 제 2관과, 제 2관의 주위에 동심원상으로 배치되어 수소가스를 분출하기 위한 제 3관과, 제 3관의 주위에 동심원상으로 배치되어 수소가스를 분출하기 위한 제 4관과, 상기 제 3관의 외주와 제 4관의 내주와의 사이에 배치되어 산소가스를 분출하기 위한 복수의 제 5관과, 상기 제 4관의 주위에 동심원상으로 배치되어 수소가스를 분출하기 위한 제 6관과, 상기 4관의 외주와 제 6관의 내주와의 사이에 배치되어 산소가스를 분출하기 위한 복수의 제 7관을 구비하고 있다. 이러한 버너는 석영글래스로 이루어져 있고, 각 관에서 분출되는 가스의 유량, 유속을 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 이러한 제어는, 예를 들어 매스플로 콘트롤러(massflow controller)를 이용하여 수행된다.
제 1관에는, 유기규소화합물 및 할로겐 화합물이 도입된다. 유기규소화합물 자체가 액체인 경우, 기화기(vaporizer)로 원료를 증기화한 후, 캐리어 가스와 함께 매스플로 콘트롤러에 보낸다. 사불화규소 등의 기체 할로겐화합물은, 베이킹(backing)한 후 캐리어가스와 함께 매스플로 콘트롤러로 보내진다. 각각의 화합물은 혼합되어, 버너의 중심부에 배치된 제 1관에 도입된다. 캐리어 가스로서는, 산소, 수소 등의 연소가스나 질소, 헬륨 등의 불활성가스가 이용된다.
제 2관부터 제 7관에는 모두 연소가스가 도입된다. 연소가스는 산소가스 및 수소가스로서, 이는 각각 산소 및 수소를 함유하는 가스를 의미한다.
합성시의 석영글래스로의 수소분자의 용해과정은 분명치는 않으나, 캐리어 가스와 함께 분출된 규소화합물가스가 가수분해되어서 미립자상이 될 때에, 어느 비율의 수소분자를 끌어들이면서 글래스화 되는 것이라 추측된다. 그 때문에, 중심부에 가까운 부분이 수소과잉이면, 석영글래스중에 수소분자가 녹아들 확률이 높아져서 수소분자의 농도는 높아진다. 또, 가장 바깥부분의 링모양의 관에서 분출시키는 산소가스의 유속을 수소가스의 유속보다도 크게하므로써, 양자의 반응을 버너로부터 보다 먼 부분에서 완결시킬수 있기 때문에, 부재중에 녹아드는 OH기의 농도도 내자외선성을 부여할 수 있을 정도까지 상승시킬 수 있게된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 석영글래스 제조방법에 있어서는, 광학성능에 악영향을 미치는 합성후의 2차 처리를 행할 필요가 없다. 이러한 석영 글래스는, 자외선 리소그래피용 광학부재로 사용하는데 적합하다.
그러나 균질성의 조정이나 뒤틀림의 제거를 위하여 열처리를 행할 필요가 있는 때가 있다. 이 때, 열처리시의 확산현상에 의해 석영글래스 부재중에 함유되어있는 수소분자가 방출되어 버려서, 농도가 저하해버리기 때문에, 다소의 내자외선성의 저하가 일어난다. 그렇지만, 본 발명의 제조방법에 의하여 충분한 수소분자를 도입해 합성한 석영글래스라면, 열처리에 의해 수소분자농도가 약간 저하하더라도 충분한 내자외선성을 갖는 광학부재를 얻을 수 있다. 이 때, 열처리후의 수소분자농도는 2×1017∼4×1018개/cm3인 것이 바람직하다.
실시예
본 발명의 실시예를 아래와 같이 나타낸다. 이 중에서, 불소농도 및 탄소농도는 연소법에 의한 이온 크로마토그래피를 이용해서 측정하였으며, Na농도는 방사화학분석으로 측정하였다.
실시예 1 : 유기규소 + 할로겐 화합물
실시예 1-1∼1-6, 2-1∼2-4, 3-1∼3-3, 4-1
고순도의 석영글래스 잉고트는, 5중관 구조의 석영글래스제 버너에서 산소가스 및 수소가스를 표 1에 나타낸 유량으로 연소시켜, 중심부로부터 원료를 캐리어 가스로 희석해서 분출시킨다. 소위 산수소 화염가수분해법이라 불리는 방법으로 합성을 행하였다(도 2). 합성시에, 글래스를 퇴적시키는 불투명 석영글래스판으로 이루어진 타겟을, 일정 주기로 회전(R) 및 요동(X, Y)시키고, 나아가 강하(Z)를 동시에 행하므로써 잉고트 상부의 위치를 항상 버너로부터 일정하게 유지하였다.
샘플번호 유기규소의종류유량(g/min) 할로겐화합물의 종류 유량(sccm) 2중관째가스유량(slm) 3중관째가스유량(slm) 4중관째가스유량(slm) 5중관째가스유량 (slm)
1-1 TMOS 10 SiF4155 H220 O210 O216 H240
1-2 TMOS 10 SiF445 H220 O210 O216 H240
1-3 MTMS 10 SiF4175 H220 O210 O216 H240
1-4 MTMS 10 SiF450 H220 O210 O216 H240
1-5 HMDS 10 SiF4155 H220 O210 O216 H240
1-6 HMDS 10 SiF4175 H220 O210 O216 H240
2-1 TMOS 10 SiF4180 H220 O210 O216 H240
2-2 TMOS 10 SiF420 H220 O210 O216 H240
2-3 MTMS 10 SiF4200 H220 O210 O216 H240
2-4 MTMS 10 SiF435 H220 O210 O216 H240
3-1 MTMS 10 SiCl4150 H220 O210 O216 H240
3-2 TMOS 10 SiCl4100 H220 O210 O216 H240
3-3 MTMS 10 SiHCl390 H220 O210 O216 H240
4-1 TMOS 10 Cl2100 H220 O210 O216 H240
TMOS : 테트라 메톡시실란
MTMS : 메틸 트리 메톡시실란
HMDS : 헥사메틸 디 실록산
이와 같은 방법으로 복수개의 잉고트를 합성하였다. 이 잉고트로부터, 시험조각(test piece)을 잘라내고, 연마하여 측정 샘플로 하였다. 표 2에 이 측정결과를 나타낸다.
샘플번호 중심부Na농도(ppb) 외주부Na농도(ppb) C농도(ppm) 할로겐종류농도(ppm)
1-1 1 5 n. d F 95
1-2 3 6 n. d F 55
1-3 1 5 n. d F 75
1-4 2 7 n. d F 40
1-5 1 5 n. d F 95
1-6 1 5 n. d F 75
2-1 1 4 n. d F 150
2-2 10 20 40 F 20
2-3 2 4 n. d F 200
2-4 5 11 30 F 20
3-1 2 6 n. d Cl 10
3-2 3 8 n. d Cl 5
3-3 1 5 n. d Cl 5
4-1 2 5 n. d Cl 5
이와 같이, 실시예 1-1∼1-4, 2-1∼2-4의, 규소의 할로겐 화합물로서 사불화규소를 이용한 예에서는, 석영 글래스중에 불소를 함유하므로써, 자외선 내성이 뛰어난 석영글래스를 얻을 수 있다. 특히, 실시예 1-1∼1-4에서는, 부재중의 Na 농도가 10ppb이하이고, 불소농도도 100ppm 이하로 하므로써, 높은 자외선 투과성 및 자외선내성을 갖는 합성석영글래스를 얻을 수 있다.
또, 실시예 3-1∼3-3, 4-1에서도, 할로겐 화합물로서 SiCl4, Cl2등을 이용하기 때문에, 석영글래스에 염소가 포함되어, 자외선 내성이 뛰어난 석영 글래스를 얻을 수 있다.
실시예 2 : 수소분자의 도입
실시예 5-1∼5-4, 6-1∼6-4, 7-1∼7-2
도 1에 도시되어 있는 버너를 이용해서 본 발명의 석영글래스를 합성한 예를 아래에 나타낸다.
OH기의 농도는 2. 7μm에서의 자외흡수에 의하여 측정하였으며, 수소분자의 농도는 코팀켐코(Khotimchemko) 등의 문헌에 따라 라만 분광광도계로 측정하였다.
고순도 석영글래스 잉고트는, 원료로 고순도의 사염화규소(실시예 5-1∼5-4, 6-1∼6-4), 또는 유기규소와 규소의 할로겐화합물의 혼합물(실시예 7-1, 7-2)를 사용하고, 도 1에 나타낸 것과 같은 석영글래스제 다중관 버너에서 산소가스 및 수소가스를 표 1에 나타낸것과 같은 유량으로 연소시키면서, 중심부로부터 원료가스를 캐리어 가스로 희석해서 분출시키는, 흔히 산수소 화염가수분해법이라 불리는 방법으로 합성을 행하였다(도 2). 합성을 수행할 때, 글래스를 적층시키는 불투명 석영글래스판으로 이루어지는 타겟을 일정주기로 회전(R) 및 요동(X, Y)시키고, 나아가 강하(Z)를 동시에 행함으로써 잉고트 상부의 위치를 항상 버너에서 일정하게 유지하였다.
5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 6-1 6-2 6-3 6-4 7-1 7-2
제1관의유량 SiCl430g/min, 산소 캐리어 2slm ※1 ※2
제2관의유량(slm) 30.0 35.0 30.0 35. 0 25.0 30.0 40.0 35.0 30.0 40.0 40.0
제3관의유량(slm) 75.0 75.0 75.0 75. 0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 50.0 50.0
제4관의유량(slm) 60.0 70.0 60.0 70. 0 50.0 60.0 80.0 70.0 60.0 75.0 75.0
제5관의유량(slm) 150.0 150.0 150.0 150.0 150.0 150.0 150.0 150.0 150.0 120.0 120.0
제6관의유량(slm) 330.0 350.0 370.0 395.0 475.0 260.0 305.0 325.0 510.0 300.0 300.0
제7관의유량(slm) 150.0 155.0 160.0 175.0 210.0 115.0 135.0 110.0 225.0 132.0 132.0
제6관의유속(m/s) 4.5 4.7 5.0 5.3 6.4 3.5 4.1 4.4 6.9 4.0 4.0
제7관의유속(m/s) 5.6 5.8 6.0 6.5 7.8 4.3 5.0 3.9 8.4 4.9 4.9
※1 : HMDS 15g/min, SiF4175sccm, N2캐리어 3.5slm
※2 : MTMS 20g/min, SiF4175sccm, N2캐리어 3.5slm
이와 같이 하여 복수의 잉고트를 합성하였다. 이러한 잉고트에서 시험조각(test piece)을 잘라내고, 그를 연마하여 측정샘플을 제작하였다. 표 4에 이 측정결과의 일 예를 나타낸다.
5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 6-1 6-2 6-3 6-4 7-1 7-2
O2기농도(ppm) 900 920 940 975 1090 780 830 880 1150 1050 1000
H2농도(개/cm3) 3.7 3.5 3.3 3.0 1.2 5.7 4.2 4.0 0.5 2.4 3.0
열처리후 H2농도(개/cm3) 1.6 1.2 1.0 0.7 0.5 2.8 2.0 2.0 N.D 1.2 1.6
이와 같이 도 1에 도시된 바와 같은 버너를 이용함으로써, 합성시에 석영글래스내부에 수소분자를 함유시킬수 있게 되므로, 자외선 투과성 및 자외선내성이 우수한 석영글래스를 얻을 수 있다.
특히, 실시예 5-1∼5-4, 7-1과 같이, 제 6관에서 분출시키는 수소가스의 유속을 4m/s이상 7m/s이하로 하고, 제 7관에서 분출시키는 산소가스의 유속을 제 6관에서 분출시키는 수소가스의 유속보다도 크게함으로써, 특히 뛰어난 자외선 투과성 및 자외선 내성을 갖는 석영글래스를 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 규소화합물, 산소함유가스 및 수소함유가스를 버너로부터 분출시켜 연소시킴으로써, 타겟상에 석영글래스를 퇴적하고, 이를 투명화하여 석영글래스 잉고트(ingot)를 형성하는 합성석영글래스 제조방법에 있어서, 상기 규소화합물은 유기규소화합물 및 규소의 할로겐화합물과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 규소화합물은 유기규소화합물 및 규소의 불소화합물과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 규소화합물은 유기규소화합물 및 할로겐화합물과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유기규소화합물은 알콕시실란(alkoxysisilan) 인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유기규소화합물은 실록산인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 규소의 불소화합물은 사불화규소(SiF4)인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 유기규소화합물 및 규소의 불소화합물과의 혼합물중에 포함되는 규소의 불소화합물의 몰 분율이 5∼15%인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 버너는, 중심부에 배치되어 원료를 분출하기 위한 제 1관과, 상기 제 1관의 주위에 동심원상으로 배치되어 산소가스를 분출하기 위한 제 2관과, 상기 제 2관의 주위에 동심원상으로 배치되어 수소가스를 분출하기 위한 제 3관과, 상기 제 3관의 주위에 동심원상으로 배치되어 수소가스를 분출하기 위한 제 4관과, 상기 제 3관의 외주와 제 4관의 내주 사이에 배치되어 산소가스를 분출하기 위한 복수의 제 5관과, 상기 제 4관의 주위에 동심원상으로 배치되어 수소가스를 분출하기 위한 제 6관과, 상기 제 4관의 외주와 제 6관의 내주 사이에 배치되어 산소가스를 분출하기 위한 복수의 제 7관을 구비하는 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 6관에서 분출시키는 수소가스의 유속을 4m/s 이상, 7m/s 이하로 하고, 제 6관에서 분출시키는 수소가스의 유속에 비해 제 7관에서 분출시키는 산소가스의 유속을 크게 하여 제조하는 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 제 2관에서 분출되는 산소가스와 제 3관에서 분출되는 수소가스의 비율 및 제 5관에서 분출되는 산소가스와 제 4관에서 분출되는 수소가스의 비율이 이론연소비율보다도 수소가 많은 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 제조방법.
  11. 상기 제 1 항의 제조방법에 의해 제조된 합성석영글래스로 이루어진 광학부재에 있어서, 상기 광학부재중의 Na 농도가 10ppb 이하이고, 직경방향에 대한 농도의 진폭이 5ppb 이하인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 광학부재.
  12. 상기 제 1 항의 제조방법에 의해 제조된 합성석영글래스로 이루어진 광학부재에 있어서, 상기 광학부재에 함유되는 탄소농도가 10ppm이하인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 광학부재.
  13. 상기 제 2 항의 제조방법에 의해 제조된 합성석영글래스로 이루어진 광학부재에 있어서, 상기 광학부재에 함유되는 불소농도가 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 합성석영글래스 광학부재.
  14. 상기 제 8 항의 제조방법에 의해 얻어진 합성석영글래스로 이루어진 광학부재에 있어서, 상기 광학부재 내부의 수소분자농도가 1×1018∼5×1018개/cm3이고, OH기의 농도가 900∼1100ppm인 것을 특징으로 하는 자외광용 합성석영글래스 광학부재.
  15. 상기 제 8 항의 제조방법에 의해 제조된 합성석영글래스로 이루어진 광학부재에 있어서,
    대기중에서 10시간 열처리를 행한 후의 상기 광학부재 내부의 수소분자농도가 2×1017∼4×1018개/cm3인 것을 특징으로 하는 자외광용 합성석영글래스 광학부재.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 대기중에서의 열처리온도가 800∼1100℃인 것을 특징으로 하는 자외광용 합성석영글래스 광학부재.
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