JP2008189547A - 合成石英ガラスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(a)ガラス形成原料を火炎加水分解して得られる石英ガラス微粒子を基材に堆積・成長させて多孔質石英ガラスを形成する工程と、(b)該多孔質石英ガラスのOH基含有量の低減を行う工程と、(c)該多孔質石英ガラスを、フッ素化合物含有雰囲気下にて処理し、多孔質石英ガラスにフッ素をドープする工程と、(d)該多孔質石英ガラスを、メタル炉にて、1300℃以上の温度に昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した実質的に酸素欠乏型欠陥を含有しない透明石英ガラス体を得る工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
(a)ガラス形成原料を火炎加水分解して得られる石英ガラス微粒子を基材に堆積・成長させて多孔質石英ガラスを形成する工程と、
(b)該多孔質石英ガラスのOH基含有量の低減を行う工程と、
(c)該多孔質石英ガラスを、フッ素化合物含有雰囲気下にて処理し、多孔質石英ガラスにフッ素をドープする工程と、
(d)該多孔質石英ガラスを、メタル炉にて、1300℃以上の温度に昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した実質的に酸素欠乏型欠陥を含有しない透明石英ガラス体を得る工程と、
を含むことを特徴とする合成石英ガラスの製造方法を提供するものである。
合成石英ガラスの形成原料としては、ガス化可能な原料であれば特に制限されないが、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiCH3Cl3などの塩化物、SiF4、SiHF3、SiH2F2などのフッ化物、SiBr4、SiHBr3などの臭化物、SiI4などの沃化物といったハロゲン化珪素化合物、またはRnSi(OR)4−n(ここにRは炭素数1〜4のアルキル基、nは0〜3の整数)で示されるアルコキシシランや(CH3)3Si−O−Si(CH3)3などのハロゲンを含まない珪素化合物が挙げられる。
多孔質石英ガラスに含まれるOH基の含有量を低減するためには、いくつかの方法が可能である。具体的には、以下の方法が例示できるが、本発明は、これらに限定されるものではない。
(方法1)該多孔質石英ガラスをフッ素化合物含有雰囲気下に保持する。この場合はフッ素ドープが同時に行われる。
(方法2)該多孔質石英ガラスを塩素化合物含有雰囲気下に保持する。
(方法3)該多孔質石英ガラスを一酸化炭素含有雰囲気下に保持する。
(方法4)該多孔質石英ガラスを水素ガス含有雰囲気下に保持する。この場合は、多孔質石英ガラスに水素がドープされる。したがって、必要に応じて、ドープされた水素の含有量低減処理が併用される。
フッ素をドープするためには、多孔質石英ガラスをフッ素化合物含有雰囲気中に保持する。フッ素化合物含有雰囲気としては、含フッ素ガス(例えばSiF4、SF6、CHF3、CF4、F2など)を0.1〜50体積%含有する不活性ガス雰囲気が好ましい。雰囲気温度は室温〜1300℃が好ましい。また、雰囲気圧力100Pa〜101kPa(101kPa=大気圧)が好ましい。さらに、保持時間は、数十分〜数十時間が好ましい。
透明ガラス化は、多孔質石英ガラスを所定の透明ガラス化温度で所定時間保持することにより行われる。透明ガラス化温度は、通常は1300〜1600℃であり、特に1350〜1500℃であることが好ましい。またこの際の雰囲気としては、ヘリウムや窒素などの不活性ガス100体積%の雰囲気、またはヘリウムや窒素などの不活性ガスを主成分とする雰囲気を用いることができる。圧力については、減圧または常圧であればよい。特に常圧の場合にはヘリウムガスを用いることができる。また、減圧の場合には100Torr(13.3kPa)以下とすることが好ましい。
表1に示すガラス形成原料、すなわち四塩化珪素またはヘキサメチルジシラザン(HMDS)を酸水素火炎中で加水分解させ、形成されたSiO2微粒子を基材上に堆積させて直径350mm、長さ600mmの多孔質石英ガラス(平均かさ密度=0.5g/cm3、かさ密度分布=0.3g/cm3)を作製した。この多孔質石英ガラスを雰囲気制御可能な電気炉に設置し、表1に示す条件にて工程(b)および工程(c)を実施し、多孔質石英ガラスのOH基含有量の低減およびフッ素ドープを行った。なお工程(b)および工程(c)の実施に際しては、多孔質石英ガラスを150Pa以下の圧力にて表1に記載の所定の温度にまで昇温した後、所定のガスを導入し、所定の雰囲気とした。
四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解させ、形成されたSiO2微粒子を基材上に堆積させて直径350mm、長さ600mmの多孔質石英ガラス(平均かさ密度=0.5g/cm3、かさ密度分布=0.3g/cm3)を作製した。この多孔質石英ガラスを雰囲気制御可能な電気炉に設置し、表1に示す条件にて工程(b)および工程(c)を実施し、多孔質石英ガラスのOH基含有量の低減およびフッ素ドープを行った。なお工程(b)および工程(c)の実施に際しては、多孔質石英ガラスを150Pa以下の圧力にて表1記載の所定の温度にまで昇温した後、所定のガスを導入し、所定の雰囲気とした。多孔質石英ガラスを、二珪化モリブテンヒーター、アルミナ断熱材から成る電気炉(マルチ炉)に入れて、表1に示す条件にて透明石英ガラス体(直径180mm、長さ400mm)を作製した。
四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解させ、形成されたSiO2微粒子を基材上に堆積させて直径350mm、長さ600mmの多孔質石英ガラス(平均かさ密度=0.5g/cm3、かさ密度分布=0.3g/cm3)を作製した。この多孔質石英ガラスを雰囲気制御可能な電気炉に設置し、表1に示す条件にて工程(b)および工程(c)を実施し、多孔質石英ガラスのOH基含有量の低減およびフッ素ドープを行った。なお工程(b)および工程(c)の実施に際しては、多孔質石英ガラスを150Pa以下の圧力にて表1記載の所定の温度にまで昇温した後、所定のガスを導入し、所定の雰囲気とした。多孔質石英ガラスを、カーボンヒーター、カーボン断熱材から成る電気炉(黒鉛炉)に入れて、表1に示す条件にて透明石英ガラス体(直径180mm、長さ400mm)を作製した。
各例で得られた試料について、以下の評価を行った。
評価用試料の中央付近から20mm×20mm×30mm厚の試料を切り出し、20mm角の2面を鏡面研磨した。ついで評価用試料の中央付近について赤外分光光度計による測定を行い、波長2.7μmにおける吸収ピークからOH基含有量を求めた(J.P.Wiliams et.al.,Ceramic Bulletin, 55(5), 524, 1976)。本法による検出限界は0.1ppmである。
評価用試料中央付近から重量約5gの試料を切出し、フッ素含有量をフッ素イオン電極法により分析した。フッ素含有量の分析方法は下記の通りである。日本化学会誌、1972(2), 350に記載された方法に従って、合成石英ガラスを無水炭酸ナトリウムにより加熱融解し、得られた融液に蒸留水および塩酸(体積比で1:1)を加えて試料液を調整した。試料液の起電力をフッ素イオン選択性電極および比較電極としてラジオメータトレーディング社製No.945−220およびNo.945−468をそれぞれ用いてラジオメータにより測定し、フッ素イオン標準溶液を用いてあらかじめ作成した検量線に基づいて、フッ素含有量を求めた。本法による検出限界は10ppmである。
評価用試料の中央付近から20mm×20mm×10mm厚の試料を切出し、20mm角の1面を鏡面研磨した。鏡面研磨した面について蛍光X線分析を行い、合成石英ガラス中の塩素含有量を求めた。本法による検出限界は10ppmである。
評価用試料の中央より20mm×20mm×5mmの試料、および20mm×20mm×30mmの試料を切り出し、それぞれ20mm角の2面を鏡面研磨し、試料の温度を25℃に保持した状態で真空紫外分光光度計(分光計器社製UV201M)により波長157.6nmでの光透過率を窒素雰囲気下にて測定した。厚み5mmおよび厚み30mmの2種類の試料の波長157.6nm光透過率T1、T2より、波長157.6nmにおける内部光透過率T157.6を下記の式(1)に従って求めた。
波長157.6nmでの内部光透過率評価にて作製した試料を用いて、試料の温度を25℃に保持した状態で真空紫外分光光度計(分光計器社製「UV201M」、以下同じ)により波長163nmでの光透過率を窒素雰囲気下にて測定し、式(2)より163nmにおける内部透過率T163を算出し、石英ガラス中のOH基濃度COH(ppm)から式(3)により計算される値Tidと比較することにより酸素欠乏型欠陥の有無を評価した。
評価用試料の中央付近より20mm角×10mm厚の合成石英ガラス試料を準備し試料中のOH基含有量を赤外分光光度計にて測定する。次いで同試料を水素ガス100%、101kPa,1000℃にて30時間保持し、室温まで冷却した後に、再度試料中のOH基含有量を同様の方法で測定する。熱処理前後での試料中のOH基含有量の変化量を算出し、同変化量が1ppm以下であれば、同試料中には酸素過剰型欠陥が含まれていないと判断した。
Claims (3)
- 波長180nm以下の光を光源とする光学装置の光学部材用合成石英ガラスの製造方法において、
(a)ガラス形成原料を火炎加水分解して得られる石英ガラス微粒子を基材に堆積・成長させて多孔質石英ガラスを形成する工程と、
(b)該多孔質石英ガラスのOH基含有量の低減を行う工程と、
(c)該多孔質石英ガラスを、フッ素化合物含有雰囲気下にて処理し、多孔質石英ガラスにフッ素をドープする工程と、
(d)該多孔質石英ガラスを、メタル炉にて、1300℃以上の温度に昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した実質的に酸素欠乏型欠陥を含有しない透明石英ガラス体を得る工程と、
を含むことを特徴とする合成石英ガラスの製造方法。 - 減圧下で透明ガラス化することを特徴とする請求項1に記載の合成石英ガラス光学部材の製造方法。
- 1300℃〜1500℃の温度に昇温して透明ガラス化することを特徴とする請求項1または2記載の合成石英ガラスの製造方法。
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