JP6312308B2 - 合成石英ガラスの熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、合成石英ガラスの熱処理方法に関する。

半導体集積回路の製造のための露光装置には、光リソグラフィー技術が用いられている。近年、半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、露光用の光源の短波長化が進んでいる。現在、最先端の露光装置にはＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３．４ｎｍ）が光源として用いられ、その光学部材には、高均質性、高透過性、及び高いレーザー耐性等を充たすことが要求されている。

これらの高い要求を充たす光学部材として、高純度の合成石英ガラスが用いられている。この合成石英ガラスの製造方法において、均質性の向上や複屈折の低減のために、熱処理（アニール処理）を施して歪除去を行うことが一般的な製造方法とされている。

しかしながら、一般的な公知の歪除去のための熱処理を行い、個々の石英ガラスの複屈折を小さくしても、露光装置においては光学部材を多数使用するため、個々の石英ガラスの複屈折が積算され、装置全体では大きな複屈折が形成されてしまうという問題があった。

このことに関して、特許文献１、並びに、特許文献２及び特許文献３では、例えば、タイプの異なる２つの合成石英ガラス（Ａ・Ｂとする）を用いて全体で複屈折を小さくすることを説明している。この内容は、Ａ・Ｂ２つの合成石英ガラスの複屈折（複屈折位相差）が同じであって、かつ進相軸の方向が互いに直交するような分布を有する場合、合成石英ガラスＡの進相軸と同Ｂの遅相軸（進相軸と直交する）が同一方向に重なるため、２つの合成石英ガラスの複屈折の効果は相殺され、積算相当の複屈折はゼロになる、というものである。この技術を用いるためには、複屈折の値だけでなく、進相軸の向きが異なる石英ガラスを作り分ける必要がある。

特許文献１には「第１のアニール処理を受けた石英ガラスを比較的低い温度での第２のアニール処理を施す」という方法が提案されている。しかし、この方法では、２種類の進相軸方向の石英ガラスを作製するために、第１のアニール処理に加えて、第２のアニール処理を必要とする。すなわち、一方（進相軸を円筒縦軸に対する接線方向とすること）は第１のアニール処理のみ、他方（円筒縦軸に対する半径方向とすること）は第１のアニール処理に加えて、第２のアニール処理を行う必要があり、生産性が悪いという欠点があった。

特許文献２及び特許文献３には「合成石英ガラスに含まれるＯＨ基の濃度分布を制御することにより所望の進相軸方向の分布を得られる」という方法が提案されている。しかし、この方法では、所望の複屈折分布を得るには、原料合成の段階から作り分けなくてはならない、という欠点があった。

特開２００５−２３９５３７号公報 特開２００７−２２３８８８号公報 特開２００７−２２３８８９号公報

ＪＩＳ Ｒ ３１０３−２

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、１回の熱処理により、且つ、原材料のＯＨ基濃度分布を特別限定せずに、熱処理後の合成石英ガラスにおける複屈折進相軸の方向を制御することができる合成石英ガラスの熱処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、円柱形状の合成石英ガラスを熱処理炉に投入する工程と、前記熱処理炉内の温度を所定の保持温度まで上昇させる昇温工程と、前記熱処理炉内の温度を前記保持温度で保持する保持工程と、前記熱処理炉内を加熱しながら、前記熱処理炉内の温度を徐々に低減する徐冷工程と、前記熱処理炉内の加熱を停止し、前記熱処理炉内の温度を低下させる放冷工程と、前記合成石英ガラスを前記熱処理炉から搬出する工程とを有する合成石英ガラスの熱処理方法において、前記合成石英ガラスを前記熱処理炉に投入する前に、前記合成石英ガラスの歪点を測定する工程を有し、前記徐冷工程から前記放冷工程に切り替える温度であるカットオフ温度を、前記測定した歪点に基づいて制御することにより、前記合成石英ガラスの複屈折進相軸の方向を制御することを特徴とする合成石英ガラスの熱処理方法を提供する。

このような工程を有し、測定した歪点に基づいてカットオフ温度を制御する合成石英ガラスの熱処理方法であれば、１回の熱処理により、且つ、原材料のＯＨ基濃度分布を特別限定せずに、熱処理後の合成石英ガラスにおける複屈折進相軸の方向を制御することができる。

本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法では、前記カットオフ温度を、前記測定した歪点より高温とすることにより、前記複屈折進相軸の方向を、前記合成石英ガラスの底面の接線方向とすることができる。

このように、カットオフ温度を測定した歪点より高温に制御することにより、１回の熱処理で複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の接線方向に制御することができる。なお、底面とは円柱形状の上下の円形面である。

この場合、前記カットオフ温度を、前記測定した歪点より１０℃以上１００℃未満の範囲で高く設定することが好ましい。

カットオフ温度をこのような範囲に設定することにより、良好な光学特性を保ちつつ、より確実に複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の接線方向とすることができる。

また、本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法では、前記カットオフ温度を、前記測定した歪点より低温とすることにより、前記複屈折進相軸の方向を、前記合成石英ガラスの底面の放射方向とすることができる。

このように、カットオフ温度を測定した歪点より低温に制御することにより、１回の熱処理で複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の放射方向に制御することができる。

この場合、前記カットオフ温度を、前記測定した歪点より１０℃以上１００℃未満の範囲で低く設定することが好ましい。

カットオフ温度をこのような範囲に設定することにより、良好な光学特性を保ちつつ、より確実に複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の放射方向とすることができる。

このように、本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法では、カットオフ温度を測定した歪点に基づいて制御することにより、処理後の合成石英ガラスの複屈折進相軸の方向を、円柱形状の合成石英ガラスの底面（円柱上下の円形面）の接線方向及び放射方向のいずれかに制御することができる。また、本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法に従えば、１回の熱処理により、且つ、原材料のＯＨ基濃度分布を特別限定せずに、熱処理後の合成石英ガラスにおける複屈折進相軸の方向を制御することができる。これにより、例えば複屈折進相軸の方向が異なる２種類の合成石英ガラスを簡単且つ確実に作り分けることができる。

本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法における熱処理プログラムの一例を示すグラフである。 熱処理プログラムの一例で、徐冷時間の長さを変えずにカットオフ温度を高温としたプログラムを示すグラフである。 熱処理プログラムの一例で、徐冷の勾配を変えずにカットオフ温度を高温としたプログラムを示すグラフである。 熱処理プログラムの一例で、徐冷時間の長さを変えずにカットオフ温度を低温としたプログラムを示すグラフである。 熱処理プログラムの一例で、徐冷の勾配を変えずにカットオフ温度を低温としたプログラムを示すグラフである。 本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法において用いることができる熱処理炉の一例を示す概略断面図である。 円柱形状の上面又は下面における複屈折進相軸の向きが接線方向の分布である合成石英ガラスを示す模式図である。 円柱形状の上面又は下面における複屈折進相軸の向きが放射方向の分布である合成石英ガラスを示す模式図である。 円柱形状の上面又は下面における複屈折進相軸の向きが接線方向の分布でもなく、放射方向の分布でもない合成石英ガラスを示す模式図である。 実施例１で熱処理された合成石英ガラス面内における複屈折進相軸の分布を示した図である。 実施例２で熱処理された合成石英ガラス面内における複屈折進相軸の分布を示した図である。 比較例で熱処理された合成石英ガラス面内における複屈折進相軸の分布を示した図である。 実施例５で熱処理された合成石英ガラス面内における複屈折進相軸の分布を示した図である。 実施例６で熱処理された合成石英ガラス面内における複屈折進相軸の分布を示した図である。

本発明者らは、上記課題を解決するため、実験及び検討を行い、以下の知見を見出した。

本発明者らは、熱処理工程に適用する熱処理プログラムのカットオフ温度（徐冷工程から放冷工程に切り替える温度）が、熱処理後の円柱形状の合成石英ガラスにおける複屈折進相軸の軸向きに大きく影響していることを見出した。

本発明者らはさらに、この熱処理プログラムのカットオフ温度を高くすることで、前記合成石英ガラスの複屈折進相軸の方向を、底面（円柱上下の面）上において接線方向にすることができることを見出した。本発明者らはまた、この熱処理プログラムのカットオフ温度を低くすることで、前記合成石英ガラスの複屈折進相軸の方向を、底面（円柱上下の面）上において放射方向にすることができることを見出した。

従来であれば熱処理される合成石英ガラスの徐冷点（粘度が１０^１２Ｐａ・ｓとなる温度）以上に加熱し、ガラス内で温度分布ができないように歪点（粘度が１０^１３．５Ｐａ・ｓとなる温度）以下に冷却するという熱処理方法が均質性の向上や複屈折の低減のために行われる熱処理（アニール処理）として一般的であった。しかしながら、本発明者らは、前述の複屈折進相軸の向きを制御するための基準となるカットオフ温度が、熱処理を受ける合成石英ガラスの歪点（粘度が１０^１３．５Ｐａ・ｓとなる温度）におおよそ一致することを見出した。従来は、歪点に対するカットオフ温度の高低が複屈折進相軸の向きに関係することは知られておらず、熱処理を行うごとに複屈折進相軸の向きがばらつき、制御できなかった。

上述の発見から、本発明に係る熱処理プログラムにおいて、カットオフ温度を熱処理される合成石英ガラスの歪点より高温とすることで複屈折進相軸を接線方向に制御することができることが分かった。同じく本発明に係る熱処理プログラムにおいて、カットオフ温度を熱処理される合成石英ガラスの歪点より低温とすることで複屈折進相軸を放射方向に制御することができることが分かった。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法を具体的に説明する。

図６に、本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法において用いることができる熱処理炉の構成の一例を示した。図６に示した熱処理炉（大気炉）１１を用いて、その内部で合成石英ガラス（合成石英ガラス成形体）１００を熱処理する。熱処理する合成石英ガラス１００は、向かい合った２つの底面と側面とを有する円柱形状である。熱処理炉１１は、内部に合成石英ガラス１００を置く台座となる炉材１２及び合成石英ガラス１００を加熱するヒーター１３を具備している。

この合成石英ガラス１００を熱処理する場合、汚染防止のために合成石英ガラス１００が内包可能な石英ガラスの容器を用いることが好ましい。容器の形状等は特に限定されない。図６には、本発明に用いることができる容器の一例として、下板２１、上板２２、リング状部材２３とからなる容器を示した。

図１を参照して、本発明の合成石英ガラスの熱処理方法を説明する。図１には、本発明に係る合成石英ガラスの熱処理プログラムの一例を示すグラフを示した。本発明の合成石英ガラスの熱処理方法は、合成石英ガラスの歪除去のための通常の熱処理と同様に、投入工程、昇温工程、保持工程、徐冷工程、放冷工程、搬出工程を経る。ただし、本発明においては、投入工程の前に、合成石英ガラスの歪点を測定する工程を有する。歪点の測定に関しては後述する。

合成石英ガラスの歪点を測定した後、円柱形状の合成石英ガラス１００を熱処理炉１１に投入する（投入工程）。投入工程は図１の時刻ｔ_０に相当する。

次に、熱処理炉１１内の温度を所定の保持温度Ｔ_１まで上昇させる（昇温工程）。昇温工程は、図１の時刻ｔ_０からｔ_１までに相当する。このとき、合成石英ガラス１００の温度も追随して上昇する。

次に、熱処理炉１１内の温度を保持温度Ｔ_１で保持する（保持工程）。保持工程は、図１の時刻ｔ_１からｔ_２までに相当する。なお、保持温度Ｔ_１は完全に一定でなくてもよく、合成石英ガラスの歪除去のための熱処理において行われる通常の範囲内で変動させてもよい。このとき、合成石英ガラス１００の温度は、保持温度Ｔ_１まで上昇した後、温度Ｔ_１で保持される。

次に、熱処理炉１１内を加熱しながら、ヒーターパワーを減少するなどして、熱処理炉１１内の温度を徐々に低減する（徐冷工程）。徐冷工程は、図１の時刻ｔ_２からｔ_３までに相当する。徐冷工程における温度の低減は、通常、一定の勾配で行われる。ただし、これに限定されず、徐冷工程では、熱処理炉１１内を加熱する状態、すなわち、熱処理炉１１のヒーター１３から熱エネルギーが与えられている状態で、熱処理炉１１内の温度を徐々に低減すればよい。このとき、熱処理炉１１内の温度とともに合成石英ガラス１００の温度も徐々に低減する。

次に、熱処理炉１１内の加熱を停止し、熱処理炉１１内の温度を低下させる（放冷工程）。放冷工程は、図１の時刻ｔ_３以降に相当する。図６に示した熱処理炉１１の場合、具体的には、ヒーター１３からの熱エネルギーの供給が停止される。徐冷工程から放冷工程に切り替える温度（Ｔ_２）をカットオフ温度と称する。

放冷を行い、搬出可能な温度まで温度が低下した後、合成石英ガラス１００を熱処理炉１１から搬出する（搬出工程）。

本発明では、合成石英ガラス１００を熱処理炉１１に投入する前に、合成石英ガラス１００の歪点を測定し、徐冷工程から放冷工程に切り替える温度であるカットオフ温度Ｔ_２を、測定した歪点に基づいて制御する。これにより、合成石英ガラス１００の複屈折進相軸の方向を制御する。合成石英ガラスの歪点の測定は、非特許文献１に記載された方法により行う。熱処理前の石英ガラス母材から切り出したサンプルの歪点を測定することにより、合成石英ガラスの歪点を測定することができる。

熱処理プログラムのカットオフ温度Ｔ_２を調整する方法について図２から図５を参照して説明する。図２〜図５中の点線は図１の熱処理プログラムを示している。図２〜図５は、図１の熱処理プログラムを基準とした熱処理プログラムの変更方法を説明するものである。カットオフ温度Ｔ_２を調整する場合、熱処理における徐冷過程を変更することになる。例えば、カットオフ温度Ｔ_２を基準となるカットオフ温度Ｔ_２から高い温度に設定を変更する場合、図２のように徐冷過程の時間の長さを変えずに徐冷の勾配を変更して高くする方法と、図３のように徐冷過程の徐冷の勾配を変えずに時間の長さを変更して高くする方法がある。また反対に基準となるカットオフ温度Ｔ_２から低い温度に設定を変更する場合、図４のように徐冷過程の時間の長さを変えずに徐冷の勾配を変更して低くする方法と、図５のように徐冷過程の徐冷の勾配を変えずに時間の長さを変更して低くする方法がある。

合成石英ガラスにおける複屈折進相軸の分布について、図７から図９を参照して説明する。図７〜図９では、合成石英ガラスの底面２００の形状を実線の円で示している。破線の円は、円形の底面２００と同心である同心円２０１であり、各評価点における複屈折進相軸の方向を模式的に示す記号２０２を同心円２０１上に表した。

複屈折進相軸の分布が接線方向（同心円方向）であることを図７の模式図で示している。これは円柱形状の合成石英ガラスの上下の面内の複屈折進相軸を評価するある点（評価点）における複屈折進相軸が、その円形の面の中心と前記評価点を通り外周のある点を結ぶ直線の方向と垂直な方向に向いており、面内で全体的にこの方向に配向している場合を指している。

一方、複屈折進相軸の分布が放射方向（放射方向）であることを図８の模式図で示している。これは円柱形状の合成石英ガラスの上下の面内の複屈折進相軸を評価するある点（評価点）における複屈折進相軸が、その円形の面の中心と前記評価点を通り外周のある点を結ぶ直線の方向と同じ方向に向いており、面内で全体的にこの方向に配向している場合を指している。

さらに、複屈折進相軸の分布が放射方向でもなく、接線方向でもないことを図９の模式図で示している。これは円柱形状の合成石英ガラスの上下の面内の複屈折進相軸を評価するある点（評価点）における複屈折進相軸が、全体として前述２例のどちらの状態の配向にも当てはまらない場合を指している。

本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法では、カットオフ温度Ｔ_２を、測定した歪点より高温とすることにより、複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面（上面又は下面）の接線方向とすることができる。これにより、１回の熱処理で複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の接線方向に制御することができる。

この場合、カットオフ温度Ｔ_２を、測定した歪点より１０℃以上１００℃未満の範囲で高く設定することが好ましい。この温度範囲は、例えば、測定した歪点が１０８０℃であれば、１０９０℃以上１１８０℃未満の範囲である。カットオフ温度Ｔ_２を歪点を基準として１０℃以上高い範囲に設定することにより、より確実に複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の接線方向とすることができる。また、カットオフ温度Ｔ_２を歪点を基準として１００℃未満の範囲で高く設定することにより、屈折率均質性を良好に保ちつつ、複屈折進相軸の方向を制御することができる。より好ましくは、カットオフ温度Ｔ_２を、測定した歪点より２０℃以上８０℃未満の範囲で高く設定することで、さらに確実に屈折率均質性が良好に仕上がり、複屈折進相軸の方向制御が可能となる。

また、本発明に係る合成石英ガラスの熱処理方法では、カットオフ温度Ｔ_２を、測定した歪点より低温とすることにより、複屈折進相軸の方向を、合成石英ガラスの底面の放射方向とすることができる。これにより、１回の熱処理で複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の放射方向に制御することができる。

この場合、カットオフ温度Ｔ_２を、測定した歪点より１０℃以上１００℃未満の範囲で低く設定することが好ましい。この温度範囲は、例えば、測定した歪点が１０８０℃であれば、９８０℃を超え、１０７０℃以下の範囲である。カットオフ温度Ｔ_２を歪点を基準として１０℃以上低い範囲に設定することにより、より確実に複屈折進相軸の方向を合成石英ガラスの底面の放射方向とすることができる。また、カットオフ温度Ｔ_２を歪点を基準として１００℃未満の範囲で低く設定することにより、屈折率均質性を良好に保ちつつ、複屈折進相軸の方向を制御することができる。より好ましくは、カットオフ温度Ｔ_２を、測定した歪点より２０℃以上８０℃未満の範囲で低く設定することで、さらに確実に屈折率均質性が良好に仕上がり、複屈折進相軸の方向制御が可能となる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。

（実施例１・実施例２の共通条件）
石英ガラス母材からサンプルを切り出し、非特許文献１に記載の方法で歪点を測定、算出すると１０８０℃であった。

外径１５０ｍｍ以上、歪点１０８０℃の合成石英ガラス母材から、必要重量の塊を切り出し、カーボンを型として溶融・圧縮・成型を行い、外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの寸法を有する平らな円柱形状の合成石英ガラスを得た。これを熱処理する合成石英ガラス１００として、図６に示したようなヒーター１３等を備えた熱処理炉（大気炉）１１を用いて、熱処理（アニール処理）を行った。このとき、実施例１・実施例２として、後述のように条件を変えて熱処理（アニール処理）を行った。

このアニール処理では、平らな円柱形状の合成石英ガラス１００を包含することが可能な石英ガラス製の容器を用いた。これらは円板形状の下板２１、同じく円板形状の上板２２、円筒形状のリング状部材２３からなる。外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラス１００に対して、下板２１及び上板２２ともに外径３５０ｍｍ以上厚み１０ｍｍのものを用い、リング状部材２３は内径３３０ｍｍ肉厚１０ｍｍのものを用いた。

（実施例１）
外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラス１００を、上記の石英ガラス製の容器に内包させ、図６に示した熱処理炉（大気炉）内の炉材１２の上に設置し、室温から１０時間掛けて１２００℃まで昇温し、１２００℃で５０時間維持した後、１１３０℃まで７０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は１１３０℃である。

（実施例２）
外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラス１００を、上記の石英ガラス製の容器に内包させ、図６に示した熱処理炉（大気炉）内の炉材１２の上に設置し、室温から１０時間掛けて１２００℃まで昇温し、１２００℃で５０時間維持した後、１０３０℃まで１７０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は１０３０℃である。

実施例１及び実施例２で熱処理を行った後の合成石英ガラスはそれぞれ、熱処理後にユニオプト社製の複屈折測定器で複屈折を測定すると、図１０（実施例１）及び図１１（実施例２）に示した複屈折進相軸の分布を持つことが分かった。各々の図は、円柱状の合成石英ガラスの底面のうち、評価面である直径２５０ｍｍの範囲を示している。図の中心は合成石英ガラスの底面の中心に対応している。各々の図中の各マス内の線は複屈折進相軸の方向を示している。線がないマスは複屈折の測定が出来ていない領域である。評価面内、径２５０ｍｍの範囲内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値は、各々実施例１：０．６ｎｍ／ｃｍ、実施例２：０．５ｎｍ／ｃｍであり、複屈折の大きさ（複屈折位相差）としても光学用途として好ましいものであった。

図１０及び図１１より明らかなように、実施例１では接線方向の複屈折進相軸の分布、実施例２では放射方向の複屈折進相軸の分布を持っている。

実施例１及び実施例２は、合成石英ガラスの歪点に対して熱処理プログラムのカットオフ温度を変更することのみで複屈折進相軸の分布を制御できることを示している。

また、実施例１及び実施例２の熱処理後の屈折率均質性を評価すると（測定波長６３２．８ｎｍ）、評価径２５０ｍｍでΔｎ（Ｐ−Ｖ）はそれぞれ、実施例１：０．３×１０^−６（０．３ｐｐｍと表記することもある。）、実施例２：０．８×１０^−６と双方ともに１×１０^−６以下であり、光学用途に適した屈折率均質性を示した。

（比較例）
実施例１・実施例２と同様に、外径１５０ｍｍ以上の合成石英ガラス母材から、必要重量の塊を切り出し、カーボンを型として溶融・圧縮・成型を行い、外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの寸法を有する平らな円柱形状の合成石英ガラスを得た。これを熱処理する合成石英ガラス１００として、図６に示したようなヒーター１３等を備えた熱処理炉（大気炉）１１の炉材１２の上に設置し、室温から１０時間掛けて１２００℃まで昇温し、１２００℃で５０時間維持した後、１０８０℃まで１２０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、カットオフ温度Ｔ_２は１０８０℃である。この母材の歪点を測定すると、１０８０℃を示し、カットオフ温度Ｔ_２と同等の温度であった。

その後、実施例１及び実施例２と同様にユニオプト社製の複屈折測定器で複屈折を測定すると、図１２（比較例）に示した複屈折進相軸の分布を持つことが分かった。評価面内、径２５０ｍｍの範囲内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値は、０．３ｎｍ／ｃｍであった。また屈折率均質性は、Δｎ（Ｐ−Ｖ）は０．４×１０^−６と光学用途に適した屈折率均質性を示した。

しかしながら、図１２から見られるように、比較例は放射方向の分布でもなく、接線方向の分布でもない複屈折進相軸の分布を持つことが分かる。これは複屈折進相軸の分布を制御したものではない。

（実施例３）
実施例１、２と同様の工程で作製した外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラスを同様の熱処理炉（大気炉）１１内で、カットオフ温度を歪点よりも１００℃以上高く設定した温度で熱処理した。すなわち、室温から１０時間掛けて昇温し、１２００℃で５０時間維持した後１１９０℃まで１０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は１１９０℃である。その結果、複屈折進相軸の方向の分布は図７のような接線方向を示した。ただし、評価面内、径２５０ｍｍ範囲内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値は、２．０ｎｍ／ｃｍであり、光学用途には実施例１の方が好ましい。屈折率均質性、Δｎ（Ｐ−Ｖ）は０．５×１０^−６であった。

（実施例４）
実施例１、２と同様の工程で作製した外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラスを同様の熱処理炉（大気炉）１１内で、カットオフ温度を歪点よりも１００℃以上低く設定した温度で熱処理した。すなわち、室温から１０時間掛けて昇温し、１２００℃で５０時間維持した後９７０℃まで２３０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は９７０℃である。その結果、複屈折進相軸の分布は図８のような放射方向を示した。また評価面内、径２５０ｍｍの範囲内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値は、１．５ｎｍ／ｃｍであった。ただし、屈折率均質性は、Δｎ（Ｐ−Ｖ）は２．０×１０^−６を越えてしまい、光学用途には実施例２の方が好ましい。

（実施例５）
実施例１、２と同様の工程で作製した外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラスを同様の熱処理炉（大気炉）１１内で、カットオフ温度を歪点よりも１０℃高く設定した温度で熱処理した。すなわち、室温から１０時間掛けて昇温し、１２００℃で５０時間維持した後１０９０℃まで１１０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は１０９０℃である。

（実施例６）
実施例１、２と同様の工程で作製した外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラスを同様の熱処理炉（大気炉）１１内で、カットオフ温度を歪点よりも１０℃低く設定した温度で熱処理した。すなわち、室温から１０時間掛けて昇温し、１２００℃で５０時間維持した後１０７０℃まで１３０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は１０７０℃である。

実施例５及び実施例６で熱処理を行った後の合成石英ガラスはそれぞれ、熱処理後にユニオプト社製の複屈折測定器で複屈折を測定すると、図１３（実施例５）及び図１４（実施例６）に示した複屈折進相軸の分布を持つことが分かった。また評価面内、径２５０ｍｍの範囲内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値は、実施例５：０．３ｎｍ／ｃｍ、実施例６：０．２ｎｍ／ｃｍであった。さらに屈折率均質性、Δｎ（Ｐ−Ｖ）は実施例５：０．３×１０^−６、実施例６：０．５×１０^−６であった。

図１３（実施例５）は図１０（実施例１）のような全面的に接線方向の複屈折進相軸の分布をしていないが、外周部近傍付近で接線方向の複屈折進相軸の分布をしており、図１２（比較例）より複屈折進相軸分布が制御されている。また、図１４（実施例６）は図１１（実施例２）のような全面的に放射方向の複屈折進相軸の分布をしていないが、外周部近傍付近で放射方向の複屈折進相軸の分布をしており、図１２（比較例）より複屈折進相軸分布が制御されている。

（実施例７）
実施例１、２と同様の工程で作製した外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラスを同様の熱処理炉（大気炉）１１内で、カットオフ温度を歪点よりも９０℃高く設定した温度で熱処理した。すなわち、室温から１０時間掛けて昇温し、１２００℃で５０時間維持した後１１７０℃まで３０時間掛けて降温し、その後ヒーターによる加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は１１７０℃である。その結果、複屈折進相軸の分布は図７のような接線方向を示した。ただし、複屈折の大きさ（複屈折位相差）が、評価面内、径２５０ｍｍの範囲内において１．５ｎｍ／ｃｍを示す部位ができてしまい、光学用途には実施例１の方が好ましい。この評価面内、径２５０ｍｍの範囲内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値は、１．５ｎｍ／ｃｍであった。屈折率均質性、Δｎ（Ｐ−Ｖ）は０．８×１０^−６であった。

（実施例８）
実施例１、２と同様の工程で作製した外径３１０ｍｍ厚み５０ｍｍの合成石英ガラスを同様の熱処理炉（大気炉）１１内で、カットオフ温度を歪点よりも９０℃低く設定した温度で熱処理した。すなわち、室温から１０時間掛けて昇温し、１２００℃で５０時間維持した後９９０℃まで２１０時間掛けて降温し、その後ヒーター１３による加熱を停止し、放冷した。すなわち、歪点１０８０℃に対し、カットオフ温度Ｔ_２は９９０℃である。その結果、複屈折進相軸の分布は図８のような放射方向を示した。また評価面内、径２５０ｍｍの範囲内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値は、１．０ｎｍ／ｃｍであった。ただし、屈折率均質性は、Δｎ（Ｐ−Ｖ）は１．５×１０^−６を示し、光学用途には実施例２の方が好ましい。

実施例１〜８及び比較例で得られた結果を表１に示した。表１中、「位相差」は評価面内における複屈折の大きさ（複屈折位相差）の最大値を示す。

実施例１及び実施例３の結果から、カットオフ温度を歪点より高く設定する場合は、歪点から１００℃未満の範囲で高い温度に設定することが好ましいことが分かる。さらに実施例５及び実施例７の結果から、カットオフ温度を歪点より高く設定する場合は、歪点から２０℃以上８０度未満の範囲で高い温度に設定することがより好ましいことが分かる。実施例２及び実施例４の結果から、カットオフ温度を歪点より低く設定する場合は、歪点から１００℃未満の範囲で低い温度に設定することが好ましいことが分かる。さらに実施例６及び実施例８の結果から、カットオフ温度を歪点より低く設定する場合は、歪点から２０℃以上８０度未満の範囲で低い温度に設定することがより好ましいことが分かる。このような範囲でカットオフ温度を設定することにより、光学用途の合成石英ガラスとして好ましいものとすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１１…熱処理炉、 １２…炉材、 １３…ヒーター、
２１…下板、 ２２…上板、 ２３…リング状部材、
１００…合成石英ガラス、
２００…合成石英ガラスの底面、 ２０１…同心円、
２０２…評価点における複屈折進相軸の方向を示す記号。

Claims (4)

1. 円柱形状の合成石英ガラスを熱処理炉に投入する工程と、
   前記熱処理炉内の温度を所定の保持温度まで上昇させる昇温工程と、
   前記熱処理炉内の温度を前記保持温度で保持する保持工程と、
   前記熱処理炉内を加熱しながら、前記熱処理炉内の温度を徐々に低減する徐冷工程と、
   前記熱処理炉内の加熱を停止し、前記熱処理炉内の温度を低下させる放冷工程と、
   前記合成石英ガラスを前記熱処理炉から搬出する工程と
   を有する合成石英ガラスの熱処理方法において、
   前記合成石英ガラスを前記熱処理炉に投入する前に、前記合成石英ガラスの歪点を測定する工程を有し、
   前記徐冷工程から前記放冷工程に切り替える温度であるカットオフ温度を、前記測定した歪点より１０℃以上１１０℃以下の範囲で高く設定することにより、前記合成石英ガラスの複屈折進相軸の方向を、前記合成石英ガラスの底面の接線方向に制御することを特徴とする合成石英ガラスの熱処理方法。
2. 前記カットオフ温度を、前記測定した歪点より１０℃以上１００℃未満の範囲で高く設定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の熱処理方法。
3. 円柱形状の合成石英ガラスを熱処理炉に投入する工程と、
   前記熱処理炉内の温度を所定の保持温度まで上昇させる昇温工程と、
   前記熱処理炉内の温度を前記保持温度で保持する保持工程と、
   前記熱処理炉内を加熱しながら、前記熱処理炉内の温度を徐々に低減する徐冷工程と、
   前記熱処理炉内の加熱を停止し、前記熱処理炉内の温度を低下させる放冷工程と、
   前記合成石英ガラスを前記熱処理炉から搬出する工程と
   を有する合成石英ガラスの熱処理方法において、
   前記合成石英ガラスを前記熱処理炉に投入する前に、前記合成石英ガラスの歪点を測定する工程を有し、
   前記徐冷工程から前記放冷工程に切り替える温度であるカットオフ温度を、前記測定した歪点より１０℃以上１１０℃以下の範囲で低く設定することにより、前記合成石英ガラスの複屈折進相軸の方向を、前記合成石英ガラスの底面の放射方向に制御することを特徴とする合成石英ガラスの熱処理方法。
4. 前記カットオフ温度を、前記測定した歪点より１０℃以上１００℃未満の範囲で低く設定することを特徴とする請求項３に記載の合成石英ガラスの熱処理方法。