回路パターンの微細化に不可欠な石英ガラス

• ※KrFエキシマレーザー光（波長248ナノメートル）やArFエキシマレーザー光（波長193ナノメートル）など。ナノメートルは10億分の1m。

気化させた原料を炉内で堆積

ニコンでは、大きく分けて二つの方法で合成石英ガラスを製造しています。

一つは直接法（図1）。気化させた原料（四塩化ケイ素／SiCl₄）を酸素と水素で反応させて石英ガラスの粒にし、上から堆積させていくため、大きな塊がつくれます。反応後に残る水や塩酸などは炉外に排気され、しかも石英ガラスの粒が炉の壁などに触れないため、不純物の混入がほとんどないのです。

もう一つはスート法（図2）。原料は同じですが、合成と焼結の2プロセスでつくります。合成は直接法とほぼ同様のプロセスですが反応の温度が低いため、粒と粒の間に隙間が生じた状態で堆積します。そこで、次の焼結プロセスで、その隙間と隙間中の水を無くします。不純物となる水をさらに少なくできるため、より高純度な石英ガラスをつくることができます。

どちらの製造方法でも、最終的には円柱状のインゴット（合成石英ガラスの塊）ができます。直接法の場合、その重さは数百キログラムにもなります。

貫かれる品質へのこだわり

品質を徹底的に追究するニコンのものづくりの姿勢は、合成石英ガラスづくりにも貫かれています。合成石英ガラスづくりでもっとも重要なのは、合成のプロセスです。炉の性質は一つひとつ異なるため、合成中のガラスを1本ずつ計測し、そのデータをフィードバック。もっとも良い条件で合成できるように努めながら、直接法では約1カ月をかけて、炉の中でインゴットを“育て”ています。さらに技術者と、炉の情報を一番持っている現場の技能者とが緊密に連携。互いの距離の近さが、目的に応じたつくり込みを可能にしています。

また、高精度な評価機やシミュレータを多種多様にそろえ、測定したデータを開発や製造に活かし、光学品質の追究に努めています。

細やかに配慮しながら、大きなインゴットにしていく合成石英ガラス。今後は狙い通りの特性のガラスをつくる技術をさらに高め、半導体露光装置以外の製品にも用途を広げていく予定です。

さらに技術開発を進め、より広範な用途に

製造だけでなく、加工や検査などに関して他の事業部とのやりとりも多く、総合窓口の役割を果たしています。合成石英ガラスに携わった当初は、インゴットを大きくしていくこと自体が楽しみでした。今は、新しい仕様のガラスの生産が軌道に乗ったり、先の工程で生じたトラブルにすぐ対応できたりなどした時に、事業部から「良かった」と言われることにもやりがいを感じています。

普通の光学ガラスではなく石英ガラスを使った方がいい分野は、まだまだたくさんあります。今後は、光学部品や光学モジュールにもどんどん採用されるよう、コストも含めてさらに技術開発を進め、期待に応えていきたいと考えています。

入社以来、合成技術に携わってきましたが、今は製造現場と開発者の橋渡しが自分の仕事だと考えています。現場が感覚的に話すことをできるだけ定量化したり、開発が使う専門用語を平易にしたり、それぞれを“翻訳”して双方に伝えるのが面白くもあり、苦労でもあります。

ものづくりの中には、職人的なチューニングが入らざるを得ないプロセスもあります。そうしたプロセスも理路整然と整理して、共通言語をつくっていきたいと考えています。目標は、技術者が関わらなくてもPDCAが回って生産性向上やコストダウンにつながり、より広範な用途に使っていただけるようになることです。

生産性の向上につながるよう、熱流体のシミュレーションで炉内の様子を解析しています。個人的には、合成炉で石英ガラスの大きな塊をつくること自体が、とても楽しい作業だと感じています。狙い通りのものがつくれれば、歓びもひとしおです。

ただ、ガラスは生き物と同じで、なかなかこちらの思惑通りには育ってくれません。どんな温度環境で育ってきたかによって、品質も異なります。したがって、同じ品質のガラスをつくるためには、温度環境の揺らぎは許されません。そのためにシミュレーション技術を利用していますが、まだまだ発展途上。さらに技術を高め、ものづくりの品質向上にさらに貢献していきたいと考えています。