DE112011102193T5

DE112011102193T5 - Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur von optischem Glas

Info

Publication number: DE112011102193T5
Application number: DE112011102193T
Authority: DE
Inventors: Junichi Kushibiki; Mototaka Arakawa
Original assignee: CHUO PREC IND CO; CHUO PRECISION INDUSTRIAL Co Ltd; Touhoku Techno Arch Co Ltd
Current assignee: CHUO PREC IND CO; CHUO PRECISION INDUSTRIAL Co Ltd; Touhoku Techno Arch Co Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-04-11
Also published as: US20130103342A1; JP5626927B2; WO2012002493A1; JPWO2012002493A1

Abstract

Eine Wärmebehandlung wird bei unterschiedlichen Temperaturen für eine Vielzahl von eine Kalibrierungslinie bildenden optischen Glasproben durchgeführt, die als dieselbe Zusammensetzung wie das zu messende optische Glas aufweisend betrachtet werden können, eine beliebige der Longitudinalwellengeschwindigkeit, der LSAW-Geschwindigkeit und der Scherwellengeschwindigkeit der Proben wird als eine akustische Eigenschaft AP1 gemessen und eine Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur Tf und der akustischen Eigenschaft AP1 wird in Form einer Formel einer näherungsweise geraden Linie unter der Annahme bestimmt, dass die Wärmebehandlungstemperatur als die fiktive Temperatur Tf in einem Bereich betrachtet wird, in welchem die Wärmebehandlungstemperatur und die akustische Eigenschaft AP1 in einer linearen Beziehung stehen. Die akustische Eigenschaft AP1 des zu messenden optischen Glases wird gemessen und die fiktive Temperatur wird aus der gemessenen akustischen Eigenschaft AP1 gemäß der Formel der näherungsweise geraden Linie bestimmt.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Erfindung betrifft in optischen Anwendungen, wie etwa einer Linse, einem Prisma und einer Fotomaske verwendetes Glas. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur, die eine Auswirkung auf den Brechungsindex, den Transmissionsgrad, die Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung und den Ausdehnungskoeffizienten von optischem Glas hat.
[Stand der Technik]
Quarzglas hat beispielsweise drei Hauptvorteile eines äußerst hohen Transmissionsgrades, einer hohen Wärmebeständigkeit und eines äußerst geringen Gehalts an metallischen Verunreinigungen und ist ein unverzichtbares Material für Halbleitervorrichtungen und optische Kommunikationsleitungen. Darüber hinaus erweckt Siliciumdioxid-Titandioxid-Glas (TiO₂-SiO₂) als Glas mit extrem niedriger Ausdehnung Interesse, das als Substratmaterial für Rohlinge von Fotomasken und für die Reflexionsoptik von Extrem-Ultraviolett-Lithographiesystemen (EUVL) verwendet wird. Quarzglas wird allgemein in zwei Arten eingeteilt: geschmolzenes Quarzglas, das durch Schmelzen eines natürlichen Kristallpulvers hergestellt wird, und synthetisches Glas, das durch chemische Synthese hergestellt wird. Das geschmolzene Quarzglas kann in einem Elektroschmelzverfahren hergestellt werden (Typ I), bei dem das natürliche Kristallpulver elektrisch geschmolzen wird, oder in einem Flammschmelzverfahren (Typ II), bei dem das natürliche Kristallpulver in einer Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme geschmolzen wird. Das synthetische Quarzglas kann durch ein Direktverfahren (Typ III) hergestellt werden, bei dem feine Quarzglaspartikel durch Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid (SiCl₄), Octamethylcyclotetrasiloxan (C₈H₂₄O₄Si₄) oder dergleichen in einer Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme direkt abgeschieden werden, ein Plasmaverfahren (Typ IV), welches ein induziertes Plasma von Ar oder O₂ anstelle der Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme für die Synthese verwendet, ein Rußverfahren, bei dem ein Siliciumdioxid-Rußklumpen durch thermische Zersetzung von Siliciumtetrachlorid (SiCl₄) oder dergleichen hergestellt wird und anschließend der Rußklumpen gebrannt wird, oder ein Sol-Gel-Verfahren, bei dem ein Gel durch Hydrolyse und Kondensationspolymerisation in einer Siliciumalkoxid, wie etwa Si(OC₂H₅)₄, Wasser, einen Alkohol und Salzsäure enthaltenden Lösung hergestellt wird, das Gel getrocknet wird und anschließend das Gel erwärmt wird, um die Verglasung zu verursachen
Das synthetische Quarzglas, das einen niedrigen Gehalt an metallischen Verunreinigungen von 10 ppb oder weniger aufweist, wird in optischen Anwendungen verwendet, beispielsweise als Linse, als Prisma und als Fotomaske. Allgemein erfordern die optischen Anwendungen Glas, das eine hohe Gleichmäßigkeit des Brechungsindex und einen hohen Transmissionsgrad hat und frei von Fehlern ist, die Lichtstreuung verursachen. Für eine Linse eines Verkleinerungsprojektionsbelichtungssystems (eines Steppers) verwendetes Glas muss darüber hinaus eine hohe Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlen haben, d. h. eine geringere Wahrscheinlichkeit aufweisen, dass eine Veränderung des Brechungsindex und eine Verminderung des Transmissionsgrads auftritt, wenn das Glas mit ultravioletter Strahlung bestrahlt wird. Der Brechungsindex, der Transmissionsgrad und die Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung von synthetischem Quarzglas und Siliciumdioxid-Titandioxid-Glas variieren mit den Konzentrationen von Hydroxyl (OH) und anderen Verunreinigungen oder F und Ti als Zusatzstoffen, die im Herstellungsprozess zum Glas hinzugefügt werden. Die Konzentration von im Produktionsprozess eingeschlossenem OH beträgt typischerweise 500 bis 2000 [Gew.-ppm] bei synthetischem Quarzglas, das mit dem Direktverfahren (Typ III) hergestellt wurde, und 50 bis 200 [Gew.-ppm] bei synthetischem Quarzglas, das durch ein Dampfphasen-Axialabscheidungsverfahren (VAD) hergestellt wurde, welches eine Art des Rußverfahrens ist, so dass es wesentlich ist, nicht nur die Konzentration von Zusatzstoffen zu steuern, sondern auch die Konzentration von OH und anderen Verunreinigungen während der Herstellung zu steuern.
Ferner ist bekannt, dass der Brechungsindex, der Transmissionsgrad und die Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlen von synthetischem Quarzglas durch die fiktive Temperatur des Quarzglases wesentlich beeinflusst werden. In ähnlicher Weise wird die Temperatur, bei welcher der Ausdehnungskoeffizient des Siliciumdioxid-Titandioxid-Glases 0 ist, ebenfalls von der fiktiven Temperatur beeinflusst. Daher reicht es nicht aus, lediglich die Konzentrationen der Zusatzstoffe und der Verunreinigungen zu steuern, sondern die fiktive Temperatur muss gesteuert und bewertet werden. Somit besteht Bedarf für ein Verfahren zur präzisen Messung der fiktiven Temperatur, das in eine Herstellungslinie integriert werden kann.
Bekannte Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur schließen ein auf der Raman-Spektroskopieanalyse basierendes Verfahren und ein auf Infrarot-Spektroskopieanalyse basierendes Verfahren ein. Nicht-Patentliteratur 1 offenbart ein bekanntes Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur basierend auf der Infrarot-Spektroskopieanalyse. Nicht-Patentliteratur 2 offenbart ein bekanntes Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur basierend auf der Raman-Spektroskopieanalyse.
Ferner gibt es, wie in Nicht-Patentliteratur 3 und 5 berichtet, bekannte Verfahren zur Bestimmung der fiktiven Temperatur aus Messwerten der Dichte des synthetischen Quarzglases gemäß der Beziehung zwischen der Dichte und der fiktiven Temperatur.
Alle vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur haben jedoch die folgenden Nachteile:

(1) Die Messgenauigkeit der fiktiven Temperatur ist nicht ausreichend, ±15°C bei der Infrarot-Spektroskopieanalyse und etwa ±60°C bei der Raman-Spektroskopieanalyse;
(2) die Verfahren benötigen eine separat hergestellte Probe, die zur Messung der fiktiven Temperatur verwendet wird, und können somit nur schwer in die Herstellungslinie integriert werden;
(3) die Verfahren können schwerlich die Verteilung der fiktiven Temperatur über die Substratoberfläche messen; und
(4) die Verfahren ergeben nur den Durchschnittswert der Probe im Fall der Bewertung der fiktiven Temperatur auf der Basis der Dichte.

Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bereits die Beziehung zwischen der Dichte des synthetischen Quarzglases und der Geschwindigkeit von Longitudinalwellen untersucht und festgestellt, dass eine lineare Beziehung zwischen diesen vorliegt, und in Nicht-Patentliteratur 4 berichtet, dass eine lineare Beziehung zwischen der Geschwindigkeit von Longitudinalwellen und der aus der Dichte bestimmten fiktiven Temperatur gemäß der Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur und der Dichte, die in Nicht-Patentliteratur 3 berichtet wurde, vorliegt.
In Nicht-Patentliteratur 3 wird berichtet, dass die Steigung der Abhängigkeit der Dichte von der fiktiven Temperatur mit der Chlorkonzentration variiert. Andererseits wird in Nicht-Patentliteratur 5 berichtet, dass die Steigung der Abhängigkeit der Dichte von der fiktiven Temperatur nicht mit der OH-Konzentration variiert. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur und der Dichte im Koeffizienten mit der OH-Konzentration von Quarzglas variiert, und es ist problematisch, die Dichtemessung in die Herstellungslinie zu integrieren. Vor diesem Hintergrund wurde die vorliegende Erfindung vollzogen.
[LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK]
[NICHT PATENTLITERATUR]

Nicht-Patentliteratur 1: A. Agarwal, K. M. Davis und M. Tomozawa, "A simple IR spectroscopic method for determining fictive temperature of silica glasses," J. Non-Cryst. Solids, Bd. 185, Seiten 191–198 (1995).
Nicht-Patentliteratur 2: A. E. Geissberger und F. L. Galeener, "Raman studies of vitreous SiO2 versus fictive temperature," Phys. Rev. B, Bd. 28, Seiten 3266–3271 (1983).
Nicht-Patentliteratur 3: H. Kakiuchida, E. H. Sekiya, N. Shimodaira, K. Saito und A. J. Ikushima, "Refractive index und density changes in silica glass by halogen doping," J. Non-Cryst. Solids, Bd. 353, Seiten 568–572 (2007).
Nicht-Patentliteratur 4: Arakawa, Shimamura und Kushibiki, "Evaluation of synthetic silica glass by the ultrasonic microspectroscopy technology", IEICE Technical Report Bd. US2008-34, Seiten 13–18 (2008.9)
Nicht-Patentliteratur 5: J. E. Shelby, "Density of vitreous silica," J. Non-Cryst. Solids, Bd. 349, Seiten 331–336 (2004).

[KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG]
[DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME]
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile von herkömmlichen Verfahren bei der Messung der fiktiven Temperatur von optischem Glas zu überwinden und ein Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur von optischem Glas mit einer höheren Präzision als bisher üblich bereitzustellen.
[MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME]
Ein Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:

(1-A) einen Schritt der Durchführung einer Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen bei einer Vielzahl von eine Kalibrierungslinie bildenden Glasproben, die dieselbe Zusammensetzung haben;
(1-B) einen Schritt der Messung einer beliebigen aus einer Longitudinalwellengeschwindigkeit, einer Geschwindigkeit einer akustischen Oberflächen-Leckwelle (LSAW) und einer Scherwellengeschwindigkeit der in dem Schritt (1-A) erhaltenen Proben als eine akustische Eigenschaft AP₁;
(1-C) einen Schritt der Bestimmung einer Formel einer näherungsweise geraden Linie: T_f = a × AP₁ + b welche eine Beziehung zwischen einer fiktiven Temperatur und der in dem Schritt (1-B) gemessenen akustischen Eigenschaft AP₁ unter einer Annahme ausdrückt, dass die Wärmebehandlungstemperatur die fiktive Temperatur ist, vorausgesetzt, dass T_f die fiktive Temperatur bezeichnet und a und b Konstanten bezeichnen; und
(1-D) einen Schritt der Messung der akustischen Eigenschaft AP₁ einer zu messenden Probe von optischem Glas, welche die gleiche Zusammensetzung wie die die Kalibrierungslinie bildenden Glasproben hat, und Bestimmen der fiktiven Temperatur T_f durch Berechnung gemäß der Formel der näherungsweise geraden Linie.

Ein Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:

(2-A) einen Schritt der Durchführung einer Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen bei einer Vielzahl von eine Kalibrierungslinie bildenden Glasproben, die dieselbe Zusammensetzung haben;
(2-B) einen Schritt der Messung einer beliebigen aus einer Längswellengeschwindigkeit, einer LSAW-Geschwindigkeit und einer Scherwellengeschwindigkeit der in dem Schritt (2-A) erhaltenen Proben als eine akustische Eigenschaft AP₁ und einer weiteren der Geschwindigkeiten als eine zweite akustische Eigenschaft AP₂;
(2-C) einen Schritt der Bestimmung einer ersten Formel einer näherungsweise geraden Linie: T_f = a × AP₁ + b welche eine Beziehung zwischen einer fiktiven Temperatur und der ersten akustischen Eigenschaft AP₁ unter einer Annahme annähert, dass die Wärmebehandlungstemperatur die fiktive Temperatur ist, vorausgesetzt, dass T_f die fiktive Temperatur bezeichnet und a und b Konstanten bezeichnen;
(2-D) einen Schritt der Bestimmung einer zweiten Formel einer näherungsweise geraden Linie: T_f = c × AP₂ + d welche eine Beziehung zwischen der in dem Schritt (2-C) bestimmten fiktiven Temperatur T_f und der zweiten akustischen Eigenschaft AP₂ ausdrückt, vorausgesetzt, dass c und d Konstanten bezeichnen; und
(2-E) einen Schritt der Messung der akustischen Eigenschaft AP₂ einer zu messenden Probe von optischem Glas, welche die gleiche Zusammensetzung wie die die Kalibrierungslinie bildenden Glasproben hat, und Bestimmen der fiktiven Temperatur T_f anhand der gemessenen zweiten akustischen Eigenschaft AP₂ gemäß der zweiten angenähert geradlinigen Formel.

[AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG]
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur von optischem Glas bereit, welches die fiktive Temperatur mit einer um ein oder mehrere Größenordnungen höheren Präzision als herkömmliche Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur messen kann, die fiktive Temperatur des Materials in der Produktionslinie messen kann und die Verteilung in der Ebene der fiktiven Temperatur der zu messenden Probe messen kann.
Selbstverständlich kann das Grundprinzip des ”Verfahrens zur Messung der fiktiven Temperatur” gemäß vorliegender Erfindung nicht nur für synthetisches Siliciumdioxid, sondern auch für synthetisches Quarzglas angewandt werden, dessen Eigenschaften durch einen geeigneten Zusatzstoff (Fluor, Germanium, Phosphor, Bor oder dergleichen) verbessert wurden, synthetisches Quarzglas, das Restverunreinigungen (OH, Chlor oder dergleichen) enthält, geschmolzenes Quarzglas, TiO₂-SiO₂-Glas, welches ein Glas mit äußerst geringer Ausdehnung ist, sowie andere beliebte Glasmaterialien (wie z. B. Borsilikatglas und Kalk-Natron-Glas).
[KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
1 ist eine Darstellung, die Tabelle 1 zeigt, welche die OH-Konzentration, die untere Kühltemperatur, die obere Kühltemperatur und das Herstellungsverfahren von synthetischen Quarzglasproben zeigt;
2A ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und der Longitudinalwellengeschwindigkeit von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
2B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und der LSAW-Geschwindigkeit von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
2C ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und der Scherwellengeschwindigkeit von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
2D ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und der Dichte von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Longitudinalwellengeschwindigkeit und der Dichte von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
4A ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur und der Longitudinalwellengeschwindigkeit von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
4B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur und der LSAW-Geschwindigkeit von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
4C ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur und der Scherwellengeschwindigkeit von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
4D ist ein Diagramm, das die fiktive Temperatur und die Dichte von synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 zeigt;
5 ist eine Darstellung, die Tabelle 2 zeigt, welche die Empfindlichkeit und die Auflösung der akustischen Eigenschaften der synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 bei der fiktiven Temperatur angibt;
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und der Longitudinalwellengeschwindigkeit von Siliciumdioxid-Titandioxid-Glas zeigt; und
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Vorgehensweise der Bestimmung der fiktiven Temperatur von optischem Glas gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
[DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN]
[BEISPIEL]
[VORBEREITUNG]
Nachfolgend wird die Messung der fiktiven Temperatur von synthetischem Quarzglas als optisches Glas zuerst beschrieben.
Die in 1 dargestellte Tabelle 1 gibt die technischen Daten von Proben an, die bei einem Forschungsversuch zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung verwendet wurden. Die OH-Konzentration wurde gemäß dem in der Referenzliteratur 1 offenbarten Verfahren bestimmt. Die synthetischen Quarzglasproben #1 und #2 werden in verschiedenen Produktionsprozessen hergestellt und haben daher unterschiedliche OH-Konzentrationen und unterschiedliche Glas-Kenntemperaturen (untere Kühltemperatur und obere Kühltemperatur). Die Werte der unteren Kühltemperatur und der oberen Kühltemperatur sind in einer Druckschrift vom Hersteller der Proben dargestellt. Um eine Kalibrierungslinie zu bilden, wurden vier Proben von #1 aus einem Glasblock geschnitten, wurden vier Proben von #2 aus einem weiteren Glasblock geschnitten, und jede Probe hat eine Größe von 60 mm × 60 mm × 15 mm. Die vier Proben, die aus demselben Block geschnitten wurden, haben dieselbe Zusammensetzung.
Die in Tabelle 1 dargestellten Proben wurden einer Wärmebehandlung in der Atmosphäre durch einen elektrischen Hochtemperaturofen unterzogen. Zunächst wurde zur Eliminierung der thermischen Geschichte der Proben jede Probe auf eine Temperatur erwärmt, die etwa 50°C höher als die obere Kühltemperatur war, und dann etwa 5 Stunden lang auf der Temperatur gehalten (nachfolgend wird ”Stunde” durch ”h” bezeichnet). Anschließend wurde die Temperatur mit einer Temperaturreduzierungsrate von 5–10°C/h auf eine gewünschte Wärmebehandlungstemperatur T_A reduziert, die Proben wurden für eine lange Zeit auf der Temperatur gehalten, um eine strukturelle Relaxationszeit der Proben zu gewährleisten, und anschließend wurden die Proben im Ofen gekühlt, indem die Heizung ausgeschaltet wurde. Um die Verteilung der fiktiven Temperatur während der Wärmebehandlung einzuengen, wurde jede Probe im Ofen sandwichartig zwischen zwei Platten aus geschmolzenem Quarzglas mit einer Größe von 70 mm × 70 mm × 10 mm gelegt. Die vier Proben von #1 wurden auf 1050°C, 1100°C, 1150°C bzw. 1200°C gehalten, und die vier Proben von #2 wurden auf 900°C, 1000°C, 1050°C bzw. 1100°C gehalten.
Nach der Wärmebehandlung wurden die Proben auf die Größe 50 mm × 35 mm × 10 mm umgeformt und die beiden Oberflächen mit einer Größe von 50 mm × 35 mm wurden optisch poliert.
Die LSAW-Geschwindigkeit der hergestellten Proben wurde mit einem Strichfokusstrahl-Ultraschall-Materialcharakterisierungssystem (LFB-UMC) bei einer Ultraschallfrequenz von 225 MHz gemessen. Das Prinzip und das Verfahren der Messung der LSAW-Geschwindigkeit sind im Detail in der Referenzliteratur 2 und 3 beschrieben. Des Weiteren wurden mit einem Ultraschall-Materialcharakterisierungssystem mit ebener Welle (PW-UMC) die Longitudinalwellengeschwindigkeit und die Scherwellengeschwindigkeit bei Ultraschallfrequenzen von 50 bis 250 MHz gemessen. Das Prinzip und das Verfahren der Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit und der Scherwellengeschwindigkeit sind im Detail in der Referenzliteratur 4 beschrieben. Ferner wurde die Dichte ρ gemäß dem archimedischen Prinzip gemessen. Die Messung wurde auf der Grundlage von Referenzliteratur 5 durchgeführt. Die mit dem LFB-UMC-System gemessene LSAW-Geschwindigkeit variiert je nach Messsystem (insbesondere der LFB-Ultraschallvorrichtung) und der Messfrequenz und daher wurde das System mit einer Standardprobe kalibriert, deren Longitudinalwellengeschwindigkeit, Scherwellengeschwindigkeit und Dichte bereits gemessen wurden (Referenzliteratur 6).
Die 2A bis 2D zeigen vier Beziehungen zwischen der Wärmebehandlungstemperatur (Haltetemperatur) T_A und akustischen Eigenschaften jeder der synthetischen Quarzglasproben #1 und #2. Bei allen Proben war die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und jeder akustischen Eigenschaft bei Temperaturen, die etwa 50°C niedriger als die obere Kühltemperatur sind (siehe 1) linear, wich jedoch bei Temperaturen, die höher sind als diese Temperatur, von der Linearität ab. Der Grund dafür liegt darin, dass mit höher werdender Wärmebehandlungstemperatur die strukturelle Relaxationszeit kürzer wird und die fiktive Temperatur während der Abkühlung der Proben niedriger als die Wärmebehandlungstemperatur wird. Wenn darüber hinaus die Proben in einer ausreichend kurzen Zeit im Vergleich zu der strukturellen Relaxationszeit abgekühlt wurden, wird die fiktive Temperatur gleich der Wärmebehandlungstemperatur. Die Resultate in den 2A bis 2D zeigen, dass die Longitudinalwellengeschwindigkeit am deutlichsten mit der Wärmebehandlungstemperatur T_A variierte.
Wie in der Nicht-Patentliteratur 3 berichtet, existiert eine lineare Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur und der Dichte des synthetischen Quarzglases. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Dichte und der Longitudinalwellengeschwindigkeit, welche höchst signifikant mit der Wärmebehandlungstemperatur variiert. Für beide synthetischen Quarzgläser von #1 und #2 bestand eine lineare Beziehung zwischen der Longitudinalwellengeschwindigkeit und der Dichte. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Longitudinalwellengeschwindigkeit die fiktive Temperatur reflektierend variiert. In Anbetracht dieser Tatsache wurde für die Daten der Longitudinalwellengeschwindigkeit eine näherungsweise gerade Linie in einem Temperaturbereich, in welchem die fiktive Temperatur als gleich der Wärmebehandlungstemperatur betrachtet werden kann, mittels der Fehlerquadratmethode bestimmt, die Wärmebehandlungstemperatur für jede in 2A gezeigte Probe wurde korrigiert, so dass sie an dem Punkt der entsprechenden Longitudinalwellengeschwindigkeit auf der näherungsweise geraden Linie liegt, und die korrigierte Temperatur wurde als die fiktive Temperatur auf der näherungsweise geraden Linie aufgetragen, wie in 4A gezeigt. D. h., dass die zwei näherungsweise geraden Linien aus den in 2A gezeigten Daten ausschließlich der Daten für die Probe von #1 bei der Wärmebehandlungstemperatur von 1200°C und für die Proben von #2 bei den Wärmebehandlungstemperaturen von 1050°C und 1100°C bestimmt wurden. Und die fiktive Temperatur wurde wie in 4A gezeigt bestimmt, indem die Wärmebehandlungstemperatur der Proben bestimmt wurde, die mit den angenähert geraden Linien korrigiert wurde, indem die Longitudinalwellengeschwindigkeit der vier Proben von #1 und die Longitudinalwellengeschwindigkeit der vier Proben von #2, wie in 2A gezeigt, auf den zwei angenähert geraden Linien aufgetragen wurden. Ferner sind Kurven der LSAW-Geschwindigkeit in 2B gezeigt, der Scherwellengeschwindigkeit in 2C gezeigt und der Dichte in 2D unter der Annahme gezeigt, dass die Wärmebehandlungstemperatur für jede Probe, die mit den näherungsweise geraden Linien korrigiert wurde, die fiktive Temperatur ist, und die näherungsweise geraden Linien der Kurven sind in den 4B, 4C bzw. 4D gezeigt. Diese Zeichnungen zeigen, dass alle Eigenschaften eine hohe Linearität haben.
Tabelle 2 in 5 zeigt die Empfindlichkeit der Auflösung der akustischen Eigenschaften bezogen auf die fiktive Temperatur. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Auflösung der Longitudinalwellengeschwindigkeit in Bezug auf die fiktive Temperatur sehr hoch ist, 0,3 bis 0,4°C. Die fiktive Temperatur wurde herkömmlicherweise mittels Infrarot-Spektroskopie oder Raman-Spektroskopie gemessen, und die Auflösung betrug ±15°C (Nicht-Patentliteratur 1) bzw. ±60°C (Nicht-Patentliteratur 2). Somit hat die Messung der fiktiven Temperatur basierend auf der Longitudinalwellengeschwindigkeit eine 40- bis 150-fach höhere Auflösung als die herkömmlichen Verfahren und ist ein äußerst nützliches Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur.
Die Steigung der Abhängigkeit der akustischen Eigenschaften von der fiktiven Temperatur ist bedingt durch die Differenz in der OH-Konzentration und unterscheidet sich zwischen den synthetischen Quarzgläsern von #1 und #2, wie in 4A gezeigt. Wenn die Longitudinalwellengeschwindigkeit mit V_L bezeichnet ist, kann die fiktive Temperatur T_f gemäß dem in 4A gezeigten Ergebnis durch die folgende Formel ausgedrückt werden: T_f = a × V_L + b (1)
In dieser Formel bezeichnen ”a” und ”b” Konstanten, die durch die OH-Konzentration des synthetischen Quarzglases bestimmt sind, und die Konstanten a und b der näherungsweise geraden Linie nehmen die folgenden Werte für die Daten der Proben von #1 und #2 an, die in 4A gezeigt sind.
Probe #1: a = 7,294, b = –42295
Probe #2: a = 6,549, b = –37871
[ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM]
Wie aus vorstehender Beschreibung ersichtlich ist, kann dann, wenn eine beliebige der Longitudinalwellengeschwindigkeit, der LSAW-Geschwindigkeit und der Scherwellengeschwindigkeit, beispielsweise die Longitudinalwellengeschwindigkeit, als die akustische Eigenschaft angenommen wird und die durch die Formel (1) ausgedrückte, in 4A gezeigte näherungsweise gerade Linie für die akustische Eigenschaft bestimmt wird, die zu messende fiktive Temperatur T_f des synthetischen Quarzglases, das dieselbe Zusammensetzung wie die Proben von #1 oder #2 hat, aus einer Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit V_L derselben gemäß der Formel (1) bestimmt werden. In ähnlicher Weise kann dann, wenn die näherungsweise gerade Linie direkt aus den Daten LSAW-Geschwindigkeit oder der Scherwellengeschwindigkeit, die in 2B oder 2C gezeigt sind, unter der Annahme bestimmt werden können, dass die Wärmebehandlungstemperatur die fiktive Temperatur ist, die fiktive Temperatur aus den näherungsweise geraden Linien aus einer Messung der LSAW-Geschwindigkeit oder der Scherwellengeschwindigkeit von zu messendem synthetischem Quarzglas, das dieselbe Zusammensetzung hat, bestimmt werden.
Obgleich die Longitudinalwellengeschwindigkeit insofern vorteilhaft ist, als sie für die fiktive Temperatur sehr empfindlich ist, umfasst die Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit die Messung der Dicke der Probe und erfordert daher das Polieren beider Probenoberflächen. Ferner ist die Messung der Dickenverteilung in der Ebene zeitaufwändig und mühsam. Im Gegensatz dazu ist LSAW-Geschwindigkeit insofern günstig, als die Messung der LSAW-Geschwindigkeit keine Messung der Dicke der Probe erfordert und daher durch Polieren nur einer Oberfläche der Probe erreicht werden kann, und die Verteilung derselben in der Ebene kann ohne weiteres gemessen werden. Wie jedoch aus 2B ersichtlich ist, ist die LSAW-Geschwindigkeit für die Wärmebehandlungstemperatur weniger empfindlich (die Steigungen der näherungsweise geraden Linien sind klein) und hat daher den Nachteil, dass die Messpräzision der fiktiven Temperatur gering ist. Die Scherwellengeschwindigkeit hat ebenfalls den Nachteil, dass die Empfindlichkeit für die fiktive Temperatur niedrig ist, wie aus 2C ersichtlich ist. Im Folgenden wird als eine zweite Ausführungsform ein Messverfahren beschrieben, das diesen Nachteil überwindet.
[ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM]
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird zunächst für die Longitudinalwellengeschwindigkeit, die für die fiktive Temperatur empfindlich ist, die näherungsweise gerade Linie der Formel (1), welche die Beziehungen zwischen der fiktiven Temperatur und der Longitudinalwellengeschwindigkeit ausdrückt, wie in 4A gezeigt ist, bestimmt. Diese Temperaturen der Proben von #1 und #2, die auf den näherungsweise geraden Linien aufgetragen sind, sind korrigierte Werte der Wärmebehandlungstemperaturen für die Proben von #1 und #2, die in 2A gezeigt sind, und ebenso wie für 4A wird aus 4B die folgende Formel der näherungsweise geraden Linie bestimmt, welche die LSAW-Geschwindigkeit in 2B unter der Annahme aufgetragen zeigt, dass die korrigierte Wärmebehandlungstemperatur wie vorstehend beschrieben die fiktive Temperatur ist. T_f = c × V_LSAW + d (2)
In dieser Formel bezeichnen ”c” und ”d” Konstanten, die durch die OH-Konzentration des synthetischen Quarzglases bestimmt sind, und die Konstanten c und d in der Formel (2) nehmen für die Proben von #1 und #2 die folgenden Werte an.
Probe #1: c = 144, d = –4,922 × 10⁵
Probe #2: c = 187, d = –6,395 × 10⁵
Mit der auf diese Weise bestimmten Formel (2) der näherungsweise geraden Linie kann die fiktive Temperatur T_f der zu messende Probe aus einer Messung der LSAW-Geschwindigkeit V_LSAW der Probe berechnet werden. Im Fall der Messung der Verteilung der fiktiven Temperatur in der Ebene kann die fiktive Temperatur an jedem Punkt in der Ebene aus der Messung der LSAW-Geschwindigkeit V_LSAW an diesem Punkt gemäß der Formel (2) der näherungsweise geraden Linie bestimmt werden, welche die in 4B gezeigten Beziehungen ausdrückt, oder kann wie nachstehend beschrieben aus der Messung der LSAW-Geschwindigkeit an jedem Punkt unter Verwendung der fiktiven Temperatur bestimmt werden, welche aus der Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit an einem Punkt in der Ebene, beispielsweise am Mittelpunkt, gemäß der Formel (1) bestimmt wurde.
Die LSAW-Geschwindigkeit V_LSAW(x, y) an einem Punkt (x, y) auf der Oberfläche der zu messenden Probe und die LSAW-Geschwindigkeit V_LSAW-Std und die Longitudinalwellengeschwindigkeit V_L-std einer Standardprobe werden gemessen, und ein präziser Wert T_f(V_L-Std) der fiktiven Temperatur der Standardprobe wird aus der Longitudinalwellengeschwindigkeit V_L-Std gemäß der Formel (1) bestimmt. Darüber hinaus werden die fiktive Temperatur T_f(V_LSAW-Std) der Standardprobe und die Verteilung der fiktiven Temperatur T_f{V_LSAW(x, y)} auf der Oberfläche der Probe aus den LSAW-Geschwindigkeiten V_LSAW-Std und V_LSAW(x, y) bestimmt. Unter der Voraussetzung ΔT_f(x, y) = T_f{V_LSAW(x, y)} – T_f(V_LSAW-Std) (3) kann die fiktive Temperatur T_f(x, y) an dem Punkt (x, y) auf der zu messenden Probe gemäß der folgenden Formel bestimmt werden. T_f(x, y) = T_f(V_L-Std) + ΔT_f(x, y) (4)
Ferner ist eine Kalibrierung unter Verwendung der Longitudinalwellengeschwindigkeit der Probe ebenfalls möglich. Die Longitudinalwellengeschwindigkeit V_L-C und die LSAW-Geschwindigkeit V_LSAW-C in der Mitte der Probe und die LSAW-Geschwindigkeit V_LSAW(x, y) an dem Punkt (x, y) auf der Oberfläche der Probe werden gemessen. Ein präziser Wert T_f(V_L-C) der fiktiven Temperatur in der Mitte der Probe wird aus der Longitudinalwellengeschwindigkeit V_L-C gemäß der Formel (1) bestimmt. Ferner werden die fiktive Temperatur T_f(V_LSAW-C) in der Mitte der Probe und die Verteilung der fiktiven Temperatur T_f{V_LSAW(x, y)} in der Ebene der Probe aus den LSAW-Geschwindigkeiten V_LSAW-C und V_LSAW(x, y) gemäß Formel (2) bestimmt. Aus diesen Werten kann unter der Voraussetzung, dass ΔT_f(x, y) = T_f{V_LSAW(x, y)} – T_f(V_LSAW-C) (5) die Verteilung T_f(x, y) der fiktiven Temperatur in der Ebene auf der Oberfläche der Probe gemäß der folgenden Formel (6) bestimmt werden: T_f(x, y) = T_f(V_L-C) + ΔT(x, y) (6)
In ähnlicher Weise kann die fiktive Temperatur auch aus der Scherwellengeschwindigkeit der zu messenden Probe gemäß der Formel der näherungsweise geraden Linie gemessen werden, welche die Beziehungen zwischen der Scherwellengeschwindigkeit und der fiktiven Temperatur, die in 4C gezeigt sind, ausdrückt.
In 4D ist der Unterschied der Steigung der Dichte ρ in Bezug auf die fiktive Temperatur T_f zwischen den Proben von #1 und #2 durch den Unterschied in der OH-Konzentration bedingt. Für synthetisches Quarzglas mit einer OH-Konzentration von 0 Gew.-ppm oder 1000 Gew.-ppm kann die fiktive Temperatur T_f durch Substituieren einer Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit V_L oder LSAW-Geschwindigkeit V_LSAW in die Formel (1) oder (2) jeweils unter Beteiligung von Koeffizienten bestimmt werden.
In der Nicht-Patentliteratur 5 wurden die Abhängigkeiten der Dichte ρ und der fiktiven Temperatur T_f von der OH-Konzentration untersucht. Diese Untersuchung zeigte, dass der absolute Wert der Dichte mit der OH-Konzentration variiert, führte jedoch nicht zu der Erkenntnis, dass die Steigung der Dichte in Bezug auf die fiktive Temperatur variiert. Folglich ist der Messfehler beträchtlich, wenn die fiktive Temperatur aus der Messung der Dichte ρ gemäß der herkömmlichen bekannten Beziehung bestimmt wird.
In den 2A–2D sind die Wärmebehandlungstemperatur und die akustischen Eigenschaften bei Temperaturen unter 1150°C für die Proben von #1 und bei Temperaturen unter 1000°C für die Proben von #2 in linearer Beziehung. Diese Temperaturen für die Proben #1 und #2 sind etwa 50°C niedriger als die jeweiligen oberen Kühltemperaturen und etwa 40°C bzw. 110°C höher als die jeweiligen unteren Kühltemperaturen. Der Grund dafür liegt darin, dass mit höher werdender Wärmebehandlungstemperatur die strukturelle Relaxationszeit kürzer wird und die fiktive Temperatur niedriger wird als die Wärmebehandlungstemperatur während der Abkühlung der Proben. Des Weiteren kann gemäß Referenzliteratur 7 die strukturelle Relaxationszeit auf 11 Minuten bei der Temperatur von 1150°C für die Probe von #1 und 16 Minuten bei der Temperatur von 1000°C für die Probe von #2 geschätzt werden. Ferner kann die Viskosität η auf 10^13,5 Poise bei 1150°C für die Probe von #1 und 10^13,7 Poise bei 1000°C für die Probe von #2 geschätzt werden. Diese Resultate bedeuten, dass Glas mit einer schmalen Verteilung der fiktiven Temperatur hergestellt werden kann, indem die Wärmebehandlungstemperatur während der Wärmebehandlung im Verlauf des Prozesses zur Herstellung eines Glasblocks reduziert wird. Bei der unteren Kühltemperatur ist die Viskosität η 10^14,5 Poise und die strukturelle Relaxationszeit ist 47 Minuten für die Probe von #1 und 14 Stunden für die Probe von #2. Demgemäß ist es möglich, einen großen gleichförmigen Glasblock herzustellen, indem die Wärmebehandlungstemperatur niedriger als die unteren Kühltemperaturen für die jeweiligen Gläser eingestellt wird, wodurch die Verteilung der fiktiven Temperatur in dem Block eingeengt wird, welche durch die Temperaturverteilung während der Abkühlung nach der Wärmebehandlung bedingt ist.
3 zeigt, dass die Longitudinalwellengeschwindigkeit und die Dichte zueinander proportional sind. Die 4B und 4D zeigen, dass die LSAW-Geschwindigkeit und die Dichte ebenfalls proportional zueinander sind. Die Auflösung der Longitudinalwellengeschwindigkeit zu der Dichte ist 0,003 (kg/m³) für die Probe von #1 und 0,002 (kg/m³) für die Probe von #2 und die Auflösung der LSAW-Geschwindigkeit zu der Dichte ist 0,09 (kg/m³) für die Probe von #1 und 0,08 (kg/m³) für die Probe von #2. Somit können die lokale Dichte und die Dichteverteilung durch Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit oder der LSAW-Geschwindigkeit gemessen werden.
Bei dem unter Standard-Herstellungsbedingungen hergestellten synthetischen Quarzglas sind die Konzentrationen von Verunreinigungen, wie etwa OH und Chlor, und die Konzentrationen von Zusatzstoffen, wie etwa F und Ti, bekannt und können als weniger bedeutend schwankend betrachtet werden.
Daher kann im Fall des durch den Standard-Herstellungsprozess wie vorstehend beschrieben hergestellten synthetischen Quarzglases die fiktive Temperatur gemäß der Formel (1) bestimmt werden, indem einfach die Longitudinalwellengeschwindigkeit der zu messenden Probe wie in der ersten Ausführungsform beschrieben gemessen wird. Allgemein kann die Longitudinalwellengeschwindigkeit anhand der Ausbreitungszeit der sich in der zu messenden Probe in Richtung der Dicke ausbreitenden Longitudinalwelle und der Dicke der zu messenden Probe bestimmt werden. Die Auflösung der Longitudinalwellengeschwindigkeit in Bezug auf die fiktive Temperatur ist hoch. Obgleich das parallele Polieren der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der zu messenden Probe erforderlich ist, um die Longitudinalwellengeschwindigkeit zu messen, können die Anforderungen an das Polieren der zu messenden Probe verringert werden, indem die Ultraschall-Messfrequenz (auf etwa 10 MHz oder darunter) reduziert wird, und die Messung kann in einen Massenherstellungsprozess integriert werden.
Obgleich wie vorstehend beschrieben die LSAW-Geschwindigkeit für die fiktive Temperatur weniger empfindlich ist als die Longitudinalwellengeschwindigkeit, kann die LSAW-Geschwindigkeit gemessen werden, indem eine Kalibrierung unter Verwendung der Standardprobe durchgeführt werden, wenn die Oberfläche der zu messenden Probe flach ist. Darüber hinaus kann die für die Messung der LSAW-Geschwindigkeit verwendete LFB-Vorrichtung ohne weiteres entlang der Probenoberfläche bewegt werden und die zweidimensionale Verteilung, d. h. die Verteilung der fiktiven Temperatur über die Probenoberfläche, kann gemessen werden. Insbesondere kann die Messung der LSAW-Geschwindigkeit in einer frühen Stufe in eine stabile Massenherstellungslinie integriert werden.
Die Empfindlichkeit der Scherwellengeschwindigkeit für die fiktive Temperatur ist geringer als die der Longitudinalwellengeschwindigkeit und die Ultraschall-Messvorrichtung muss mit der zu messenden Probe verklebt werden, um die Scherwellengeschwindigkeit zu messen. Demgemäß ist die Scherwellengeschwindigkeit für Forschung und Entwicklung nützlich, jedoch schwieriger als die LSAW-Geschwindigkeit in eine Massenherstellungslinie einzuführen.
[SILICIUMDIOXID-TITANDIOXID-GLAS]
Vorstehend wurde ein Verfahren zur Messung der fiktiven Temperatur von synthetischem Quarzglas als ein Beispiel beschrieben. Nachfolgend wird eine Anwendung des vorstehend beschriebenen Messprinzips auf die Messung der fiktiven Temperatur von Siliciumdioxid-Titandioxid-Glas kurz beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wurde auf TiO₂-SiO₂-Glas mit äußerst niedriger Ausdehnung angewandt. Das im Handel erhältliche TiO₂-SiO₂-Glas mit äußerst niedriger Ausdehnung wurde einer Homogenisierungsverarbeitung und anschließend einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von 900°C bis 1100°C wie bei dem SiO₂-Glas unterzogen. Die TiO₂-Konzentration der verwendeten Probe wurde durch Röntgenfluoreszenzanalyse (Referenzliteratur 8) bestimmt und die resultierende Konzentration betrug 7,02 bis 7,14 Gew.-%. Die Longitudinalwellengeschwindigkeit des TiO₂-SiO₂-Glases mit äußerst niedriger Ausdehnung ist von der TiO₂-Konzentration, der fiktiven Temperatur und der OH-Konzentration abhängig und wurde daher auf den Wert bei 7,00 Gew.-% gemäß der Beziehung zwischen der TiO₂-Konzentration und der Longitudinalwellengeschwindigkeit korrigiert (Referenzliteratur 9). 6 zeigt eine Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und der Longitudinalwellengeschwindigkeit bei 7,00 Gew.-%. Im Fall des TiO₂-SiO₂-Glases mit äußerst niedriger Ausdehnung werden die Konstanten a und b in der Formel (1) wie folgt bestimmt:
a = 7,388, b = –41567
[FLUSSDIAGRAMM DER MESSUNG DER FIKTIVEN TEMPERATUR]
Nachfolgend wird basierend auf der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform ein grundsätzlicher Vorgang zur Bewertung der fiktiven Temperatur des synthetischen Quarzglases gemäß vorliegender Erfindung unter Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Flussdiagramm beschrieben.
Fall der ersten Ausführungsform:
Schritt S1: Eine Wärmebehandlung wird bei verschiedenen Temperaturen an einer Vielzahl von synthetischen Quarzglasproben durchgeführt, welche dieselbe Zusammensetzung wie die zu messende Probe haben, um eine Kalibrierungslinie bildende Proben zu erzeugen, die unterschiedliche fiktive Temperaturen haben.
Schritt S2: Als eine akustische Eigenschaft AP₁ wird eine beliebige der Longitudinalwellengeschwindigkeit, der LSAW-Geschwindigkeit und der Scherwellengeschwindigkeit für die Vielzahl der die Kalibrierungslinie bildenden Proben, die in Schritt S1 hergestellt wurden, gemessen.
Schritt S3: Aus dem Resultat der Messung in Schritt S2 wird die Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur und der akustischen Eigenschaft AP₁ in Form einer Formel einer näherungsweise geraden Linie bestimmt, und zwar unter der Voraussetzung, dass die Wärmebehandlungstemperatur T_A die fiktive Temperatur T_f in dem Bereich ist, in welchem eine lineare Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur T_A und der akustischen Eigenschaft AP₁ vorliegt. In dem Fall, in dem die Longitudinalwellengeschwindigkeit V_L als die akustische Eigenschaft AP₁ verwendet wird, resultiert die Formel (1).
Schritt S4: Die akustische Eigenschaft AP₁ der zu messenden Probe wird gemessen.
Schritt S5: Die fiktive Temperatur wird berechnet, indem die gemessene akustische Eigenschaft AP₁ in die Formel der näherungsweise geraden Linie substituiert wird.
Fall der zweiten Ausführungsform:
Die Schritte S1, S2 und S3 sind gleich denjenigen bei der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass in Schritt S2 eine weitere der Longitudinalwellengeschwindigkeit, der LSAW-Geschwindigkeit und der Scherwellengeschwindigkeit als eine akustische Eigenschaft AP₂ zusätzlich zu der akustischen Eigenschaft AP₁ gemessen wird. Der Ablauf von Schritt S3 ist wie folgt.
Schritt S3A: Eine weitere Formel einer näherungsweise geraden Linie, die eine Beziehung zwischen der fiktiven Temperatur T_f, die in Schritt S3 aus der akustischen Eigenschaft AP₁ bestimmt wurde, und der in Schritt S2 gemessenen akustischen Eigenschaft AP₂ ausdrückt, wird bestimmt. In dem Fall, in welchem die LSAW-Geschwindigkeit als die akustische Eigenschaft AP₂ verwendet wird, resultiert die Formel (2).
Schritt S4': Die akustische Eigenschaft AP₂ der zu messenden Probe wird gemessen.
Schritt S5': Die fiktive Temperatur wird aus der gemessenen akustischen Eigenschaft AP₂ gemäß der Formel der näherungsweise geraden Linie bestimmt, die in Schritt S3A bestimmt wurde.
Wenn die Formel (1) oder (2) der näherungsweise geraden Linie für die die Kalibrierungslinie bildenden Proben, die unter denselben Bedingungen wie die zu messende Probe hergestellt wurden, im Voraus bekannt ist, kann die fiktive Temperatur in den Schritten S4 und S5 oder den Schritten S4' und S5' bestimmt werden.
[INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT]
Gemäß vorliegender Erfindung können die fiktive Temperatur und die Verteilung der fiktiven Temperatur von optischem Glas mit einer höheren Präzision als bisher bestimmt werden, und daher können Glashersteller die fiktive Temperatur des hergestellten Glases, die Verteilung der fiktiven Temperatur und den Glasherstellungsprozess bewerten. Das Resultat der Bewertung kann genutzt werden, um die Prozessbedingungen zur Herstellung von Glas mit einer gesteuerten fiktiven Temperatur und Verteilung derselben zu verbessern, um so die gewünschten Eigenschaften (beispielsweise optische Eigenschaften) zu erzielen.
[Referenzliteratur 1] K. M. Davis, A. Agarwal, M. Tomozawa und K. Hirao, "Quantitative infrared spectroscopic measurement of hydroxyl concentrations in silica glass," J. Non-Cryst. Solids, Bd. 203, Seiten 27–36 (1996).
[Referenzliteratur 2] J. Kushibiki und N. Chubachi, "Material characterization by line-focus-beam acoustic microscope," IEEE Trans. Sonics Ultrason., Bd. SU-32, Seiten 189–212 (1985).
[Referenzliteratur 3] J. Kushibiki, Y. Ono, Y. Ohashi und M. Arakawa, "Development of the line-focus-beam ultrasonic material characterization system," IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., Bd. 49, Seiten 99–113 (2002).
[Referenzliteratur 4] J. Kushibiki, und M. Arakawa, "Diffraction effects on bulk-wave ultrasonic velocity und attenuation measurements," J. Acoust. Soc. Am., Bd. 108, Seiten 564–573 (2000).
[Referenzliteratur 5] H. A. Bowman, R. M. Schoonover und M. W. Jones, "Procedure for high precision density determinations by hydrostatic weighing," J. Res. Natl. Bur. Stand., Bd. 71C, Seiten 179–198 (1967).
[Referenzliteratur 6] J. Kushibiki und M. Arakawa, "A method for calibrating the line-focus-beam acoustic microscopy system," IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., Bd. 45, Seiten 421–430 (1998).
[Referenzliteratur 7] K. Saito und A. Ikushima, "Structural relaxation enhanced by impurities in silica glasses," AIP Conf. Proc., Seiten 507-512 (1999).
[Referenzliteratur 8] M. Arakawa, J. Kushibiki, Y. Ohashi, und K. Suzuki, "Accurate calibration line for super-precise coefficient of thermal expansion evaluation technology of TiO2-doped SiO2 ultra-low-expansion glass using the line-focus-beam ultrasonic material characterization system," Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 45, Seiten 4511–4515 (2006).
[Referenzliteratur 9] PCT/JP2011/054192
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011/054192 [0068]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

K. M. Davis, A. Agarwal, M. Tomozawa und K. Hirao, ”Quantitative infrared spectroscopic measurement of hydroxyl concentrations in silica glass,” J. Non-Cryst. Solids, Bd. 203, Seiten 27–36 (1996) [0068]
J. Kushibiki und N. Chubachi, ”Material characterization by line-focus-beam acoustic microscope,” IEEE Trans. Sonics Ultrason., Bd. SU-32, Seiten 189–212 (1985) [0068]
J. Kushibiki, Y. Ono, Y. Ohashi und M. Arakawa, ”Development of the line-focus-beam ultrasonic material characterization system,” IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., Bd. 49, Seiten 99–113 (2002) [0068]
J. Kushibiki, und M. Arakawa, ”Diffraction effects on bulk-wave ultrasonic velocity und attenuation measurements,” J. Acoust. Soc. Am., Bd. 108, Seiten 564–573 (2000) [0068]
H. A. Bowman, R. M. Schoonover und M. W. Jones, ”Procedure for high precision density determinations by hydrostatic weighing,” J. Res. Natl. Bur. Stand., Bd. 71C, Seiten 179–198 (1967) [0068]
J. Kushibiki und M. Arakawa, ”A method for calibrating the line-focus-beam acoustic microscopy system,” IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., Bd. 45, Seiten 421–430 (1998) [0068]
K. Saito und A. Ikushima, ”Structural relaxation enhanced by impurities in silica glasses,” AIP Conf. Proc., Seiten 507-512 (1999) [0068]
M. Arakawa, J. Kushibiki, Y. Ohashi, und K. Suzuki, ”Accurate calibration line for super-precise coefficient of thermal expansion evaluation technology of TiO2-doped SiO2 ultra-low-expansion glass using the line-focus-beam ultrasonic material characterization system,” Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 45, Seiten 4511–4515 (2006) [0068]

Claims

Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas, enthaltend: (1-A) einen Schritt der Durchführung einer Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen bei einer Vielzahl von eine Kalibrierungslinie bildenden Glasproben, die dieselbe Zusammensetzung haben; (1-B) einen Schritt der Messung einer beliebigen aus einer Längswellengeschwindigkeit, einer LSAW-Geschwindigkeit und einer Scherwellengeschwindigkeit der in dem Schritt (1-A) erhaltenen Proben als eine akustische Eigenschaft AP₁; (1-C) einen Schritt der Bestimmung einer Formel einer näherungsweise geraden Linie: T_f = a × AP₁ + b welche eine Beziehung zwischen einer fiktiven Temperatur und der in dem Schritt (1-B) gemessenen akustischen Eigenschaft AP₁ unter einer Annahme ausdrückt, dass eine Wärmebehandlungstemperatur eine fiktive Temperatur ist, vorausgesetzt, dass T_f die fiktive Temperatur bezeichnet und a und b Konstanten bezeichnen; und (1-D) einen Schritt der Messung der akustischen Eigenschaft AP₁ einer zu messenden Probe von optischem Glas, welche die gleiche Zusammensetzung wie die die Kalibrierungslinie bildenden Glasproben hat, und Bestimmen der fiktiven Temperatur T_f durch Berechnung gemäß der Formel der näherungsweise geraden Linie.
Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas, enthaltend: (2-A) einen Schritt der Durchführung einer Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen bei einer Vielzahl von eine Kalibrierungslinie bildenden Glasproben, die dieselbe Zusammensetzung haben; (2-B) einen Schritt der Messung einer beliebigen aus einer Längswellengeschwindigkeit, einer LSAW-Geschwindigkeit und einer Scherwellengeschwindigkeit der in dem Schritt (2-A) erhaltenen Proben als eine akustische Eigenschaft AP₁ und einer weiteren der Geschwindigkeiten als eine zweite akustische Eigenschaft AP₂; (2-C) einen Schritt der Bestimmung einer ersten Formel einer näherungsweise geraden Linie: T_f = a × AP₁ + b welche eine Beziehung zwischen einer fiktiven Temperatur und der ersten akustischen Eigenschaft AP₁ unter einer Annahme annähert, dass eine Wärmebehandlungstemperatur eine fiktive Temperatur ist, vorausgesetzt, dass T_f die fiktive Temperatur bezeichnet und a und b Konstanten bezeichnen; (2-D) einen Schritt der Bestimmung einer zweiten Formel einer näherungsweise geraden Linie: T_f = c × AP₂ + d welche eine Beziehung zwischen der in dem Schritt (2-C) bestimmten fiktiven Temperatur T_f und der zweiten akustischen Eigenschaft AP₂ ausdrückt, vorausgesetzt, dass c und d Konstanten bezeichnen; und (2-E) einen Schritt der Messung der akustischen Eigenschaft AP₂ einer zu messenden Probe von optischem Glas, welche die gleiche Zusammensetzung wie die die Kalibrierungslinie bildenden Glasproben hat, und Bestimmen der fiktiven Temperatur T_f anhand der gemessenen zweiten akustischen Eigenschaft AP₂ gemäß der zweiten Formel einer näherungsweise geraden Linie.
Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas nach Anspruch 1, bei welchem die akustische Eigenschaft AP₁ die Longitudinalwellengeschwindigkeit ist und der Schritt (1-D) einen Unterschritt der Bestimmung einer Verteilung der fiktiven Temperatur in der Ebene durch Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit an zwei oder mehr Punkten auf einer Oberfläche der zu messenden Probe einschließt.
Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas nach Anspruch 2, bei welchem in dem Schritt (2-B) die Longitudinalwellengeschwindigkeit als die erste akustische Eigenschaft AP₁ gemessen wird, die LSAW-Geschwindigkeit als die zweite akustische Eigenschaft AP₂ gemessen wird und der Schritt (2-E) einen Unterschritt der Bestimmung eines präzisen Wertes der fiktiven Temperatur durch Messung der Longitudinalwellengeschwindigkeit der zu messenden Glasprobe und der Bestimmung einer Verteilung der fiktiven Temperatur in der Ebene durch Messung der LSAW-Geschwindigkeit an einer Vielzahl von Punkten auf einer Oberfläche der Probe enthält.
Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das optische Glas ein synthetisches Quarzglas mit einer OH-Konzentration von 0 bis 2000 [Gew.-ppm] und einer Konzentration von metallischen Verunreinigungen von 10 [Gew.-ppm] oder weniger ist.
Verfahren zur Messung einer fiktiven Temperatur von optischem Glas, enthaltend: (3-A) einen Schritt der Messung einer beliebigen aus einer Longitudinalwellengeschwindigkeit, einer LSAW-Geschwindigkeit und einer Scherwellengeschwindigkeit einer aus dem optischem Glas hergestellten zu messenden Probe als eine akustische Eigenschaft AP; und (3-B) einen Schritt der Bestimmung einer fiktiven Temperatur T_f aus der gemessenen akustischen Eigenschaft AP gemäß einer Formel einer näherungsweise geraden Linie der fiktiven Temperatur in Bezug auf die akustische Eigenschaft AP, die vorab für eine Kalibrierungslinie bildende Glasproben bestimmt wurde, welche dieselbe Zusammensetzung wie die zu messende Probe haben.