JPH0524856A - 光学用石英ガラスとその製造方法 - Google Patents
光学用石英ガラスとその製造方法Info
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- JPH0524856A JPH0524856A JP20748691A JP20748691A JPH0524856A JP H0524856 A JPH0524856 A JP H0524856A JP 20748691 A JP20748691 A JP 20748691A JP 20748691 A JP20748691 A JP 20748691A JP H0524856 A JPH0524856 A JP H0524856A
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- Glass Compositions (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】均質性の優れた石英ガラスおよびその製造方
法。 【構成】ガラス形成原料を火炎加水分解させて形成され
る多孔質石英ガラス体を加熱し透明ガラス化して製造さ
れる気相反応法石英ガラスであって、Ｃｌ含有量が１０
ｐｐｍ以下、ＯＨ含有量が１００ｐｐｍ以下であり、か
つ重金属とアルカリの含有量の総計が１ｐｐｍ以下であ
る石英ガラス。
法。 【構成】ガラス形成原料を火炎加水分解させて形成され
る多孔質石英ガラス体を加熱し透明ガラス化して製造さ
れる気相反応法石英ガラスであって、Ｃｌ含有量が１０
ｐｐｍ以下、ＯＨ含有量が１００ｐｐｍ以下であり、か
つ重金属とアルカリの含有量の総計が１ｐｐｍ以下であ
る石英ガラス。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギー密度の光
学系に用いられるミラー、レンズ、エタロン、フィルタ
ー、プリズム等の光学部材に適合する高均質な光学用石
英ガラスに関する。
学系に用いられるミラー、レンズ、エタロン、フィルタ
ー、プリズム等の光学部材に適合する高均質な光学用石
英ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】石英ガラスは、近赤外から真空紫外域ま
での広範囲にわたって透明な材料であることならびに寸
法安定性に優れることのために、高エネルギー密度の光
を用いる光学系のための光学部材としても最適な材料で
ある。しかしながら、石英ガラスは通常用いられる光学
ガラスに比較して溶融温度が高く、通常用いられる光学
ガラスを徐冷して脈理（屈折率の変動）を除去する温度
域では徐冷が困難で、屈折率の変動のない光学用石英ガ
ラスを得ることは困難であった。
での広範囲にわたって透明な材料であることならびに寸
法安定性に優れることのために、高エネルギー密度の光
を用いる光学系のための光学部材としても最適な材料で
ある。しかしながら、石英ガラスは通常用いられる光学
ガラスに比較して溶融温度が高く、通常用いられる光学
ガラスを徐冷して脈理（屈折率の変動）を除去する温度
域では徐冷が困難で、屈折率の変動のない光学用石英ガ
ラスを得ることは困難であった。
【０００３】このような高温度での熱処理により石英ガ
ラス中の脈理を除去する方法としては、例えば特開昭６
２−１５８１２１号には、高純度石英ガラスを１８００
℃以上の高温で溶融させた上に、２気圧以上の静水圧力
下で処理する方法が開示されている。しかしながら、こ
のような高温高圧に耐え得る装置は、必然的に大がかり
となり高価とならざるを得ない。
ラス中の脈理を除去する方法としては、例えば特開昭６
２−１５８１２１号には、高純度石英ガラスを１８００
℃以上の高温で溶融させた上に、２気圧以上の静水圧力
下で処理する方法が開示されている。しかしながら、こ
のような高温高圧に耐え得る装置は、必然的に大がかり
となり高価とならざるを得ない。
【０００４】また、特開昭６４−２８２４０号には、石
英ガラスを軟化点以上の温度に加熱して自重変形を行わ
せる操作を繰り返し行い、しかも操作毎の自重変形方向
を変えて、内部の脈理を除去する方法が開示されてい
る。この方法では、軟化点以上の成形操作を繰り返し行
う必要があり、工程が煩雑になる問題点があった。
英ガラスを軟化点以上の温度に加熱して自重変形を行わ
せる操作を繰り返し行い、しかも操作毎の自重変形方向
を変えて、内部の脈理を除去する方法が開示されてい
る。この方法では、軟化点以上の成形操作を繰り返し行
う必要があり、工程が煩雑になる問題点があった。
【０００５】一方近年、超ＬＳＩの製造においては、サ
ブミクロン以下のパターン解像度が要求され、フォトリ
ソグラフィーの露光光源としてより紫外光のＫｒＦエキ
シマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）あるいはＡｒＦレーザ
ー（λ＝１９３ｎｍ）が検討されている。このように露
光光源が短波長になると、露光装置に使用される光学部
材としては、それらの波長域における透過性の問題から
商業的に応用可能な光学材料としては石英ガラスしかな
い。従って、露光装置の収差補正を不要とするために
は、石英ガラス自体の屈折率の変動を１×１０-6以下に
抑える必要がある。
ブミクロン以下のパターン解像度が要求され、フォトリ
ソグラフィーの露光光源としてより紫外光のＫｒＦエキ
シマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）あるいはＡｒＦレーザ
ー（λ＝１９３ｎｍ）が検討されている。このように露
光光源が短波長になると、露光装置に使用される光学部
材としては、それらの波長域における透過性の問題から
商業的に応用可能な光学材料としては石英ガラスしかな
い。従って、露光装置の収差補正を不要とするために
は、石英ガラス自体の屈折率の変動を１×１０-6以下に
抑える必要がある。
【０００６】石英ガラスの脈理が徐冷により除去された
としても、石英ガラス中に屈折率の変動を与えるような
元素が分布していれば、その元素がもたらす屈折率の変
動のために超ＬＳＩの露光装置の光学部材として使用可
能な高均質性を達成することは困難である。例えばＧ．
Ｈｅｔｈｅｒｉｎｇｔｏｎ等（１９６２）は、石英ガラ
ス中に含有されるＯＨ量は屈折率に対して、約−１×１
０-6／１０ｐｐｍＯＨの変動をあたえることが報告され
ている。また石英ガラス中のＣｌ元素も、１×１０-6／
１０ｐｐｍＣｌ程度の屈折率変動をもたらすことがいわ
れている（Ｓｕｓａ等( １９８５) ）。
としても、石英ガラス中に屈折率の変動を与えるような
元素が分布していれば、その元素がもたらす屈折率の変
動のために超ＬＳＩの露光装置の光学部材として使用可
能な高均質性を達成することは困難である。例えばＧ．
Ｈｅｔｈｅｒｉｎｇｔｏｎ等（１９６２）は、石英ガラ
ス中に含有されるＯＨ量は屈折率に対して、約−１×１
０-6／１０ｐｐｍＯＨの変動をあたえることが報告され
ている。また石英ガラス中のＣｌ元素も、１×１０-6／
１０ｐｐｍＣｌ程度の屈折率変動をもたらすことがいわ
れている（Ｓｕｓａ等( １９８５) ）。
【０００７】従って、屈折率の変動が１×１０-6以下の
光学用石英ガラス体を製造する際には、該石英ガラス中
に含有されるＯＨ量ならびにＣｌ量の変動幅を無くし、
石英ガラス体中のＯＨ量ならびにＣｌ量をあらゆるとこ
ろで均一にすれば良いことは容易に推察される。ところ
がガラス形成原料を火炎加水分解して多孔質ガラス体を
形成した後透明ガラス化した石英ガラスや、ガラス形成
原料を火炎加水分解して石英ガラスを直接基材に堆積さ
せる方法で製造される石英ガラスにおいても製造時の温
度分布等の影響によりＯＨ量を石英ガラス全域にわたっ
て均一にすることは困難であった。
光学用石英ガラス体を製造する際には、該石英ガラス中
に含有されるＯＨ量ならびにＣｌ量の変動幅を無くし、
石英ガラス体中のＯＨ量ならびにＣｌ量をあらゆるとこ
ろで均一にすれば良いことは容易に推察される。ところ
がガラス形成原料を火炎加水分解して多孔質ガラス体を
形成した後透明ガラス化した石英ガラスや、ガラス形成
原料を火炎加水分解して石英ガラスを直接基材に堆積さ
せる方法で製造される石英ガラスにおいても製造時の温
度分布等の影響によりＯＨ量を石英ガラス全域にわたっ
て均一にすることは困難であった。
【０００８】次に考えられるＯＨ量の変動を抑える方法
としては、石英ガラス中に含有されるＯＨ量の絶対値を
減少させることである。多孔質石英ガラス体を透明ガラ
ス化する方法において、該方法で製造される石英ガラス
中のＯＨ量を、Ｃｌ2 、ＣＣｌ4 等のハロゲン化合物で
多孔質ガラス体を処理することによって低減化する技術
は、低伝送損失な光ファイバーを製造する手段として公
知な技術である。しかしながら、かかる方法で作製され
た石英ガラス中には、Ｃｌ元素が分布し、それが屈折率
の変動をもたらし所望の均質性を達成することが困難で
あった。
としては、石英ガラス中に含有されるＯＨ量の絶対値を
減少させることである。多孔質石英ガラス体を透明ガラ
ス化する方法において、該方法で製造される石英ガラス
中のＯＨ量を、Ｃｌ2 、ＣＣｌ4 等のハロゲン化合物で
多孔質ガラス体を処理することによって低減化する技術
は、低伝送損失な光ファイバーを製造する手段として公
知な技術である。しかしながら、かかる方法で作製され
た石英ガラス中には、Ｃｌ元素が分布し、それが屈折率
の変動をもたらし所望の均質性を達成することが困難で
あった。
【０００９】さらには特開平２−１０２１３９号には、
石英ガラス中のＯＨ基濃度をなめらかな凹型に分布させ
ることによって均質性を向上させる方法が開示されてい
る。この方法では、石英ガラス中に凹型のＯＨ基分布を
形成させる必要があり、熱処理条件を精密に制御する必
要があった。さらに気相反応法により多孔質石英ガラス
体を経て形成された石英ガラスについては、該石英ガラ
ス中には凸型のＯＨ基分布が形成されるため、特開平２
−１０２１３９号に開示された方法を応用することは実
質的に不可能であるという問題があった。
石英ガラス中のＯＨ基濃度をなめらかな凹型に分布させ
ることによって均質性を向上させる方法が開示されてい
る。この方法では、石英ガラス中に凹型のＯＨ基分布を
形成させる必要があり、熱処理条件を精密に制御する必
要があった。さらに気相反応法により多孔質石英ガラス
体を経て形成された石英ガラスについては、該石英ガラ
ス中には凸型のＯＨ基分布が形成されるため、特開平２
−１０２１３９号に開示された方法を応用することは実
質的に不可能であるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
の問題点を解消し、高エネルギー密度の光を利用する光
学系に応用可能な、実質的に脈理のない光学用石英ガラ
ス部材とその製造方法を提供することにある。
の問題点を解消し、高エネルギー密度の光を利用する光
学系に応用可能な、実質的に脈理のない光学用石英ガラ
ス部材とその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、ガラス形成原料を火炎加
水分解させて形成される多孔質石英ガラス体を加熱し透
明ガラス化して製造される気相反応法石英ガラスにおい
て、該石英ガラス中のＣｌ含有量が１０ｐｐｍ以下、Ｏ
Ｈ含有量が１００ｐｐｍ以下であって、かつ重金属およ
びアルカリの含有量の総計が１ｐｐｍ以下であることを
特徴とする光学用石英ガラスを提供するものである。
決すべくなされたものであり、ガラス形成原料を火炎加
水分解させて形成される多孔質石英ガラス体を加熱し透
明ガラス化して製造される気相反応法石英ガラスにおい
て、該石英ガラス中のＣｌ含有量が１０ｐｐｍ以下、Ｏ
Ｈ含有量が１００ｐｐｍ以下であって、かつ重金属およ
びアルカリの含有量の総計が１ｐｐｍ以下であることを
特徴とする光学用石英ガラスを提供するものである。
【００１２】また本発明は、上記光学用石英ガラスにお
いて、少なくとも１方向について直径２２０ｍｍの円形
で囲まれる領域にわたって屈折率の変動幅が１×１０-6
以下であることを特徴とする光学用石英ガラスを提供す
るものである。
いて、少なくとも１方向について直径２２０ｍｍの円形
で囲まれる領域にわたって屈折率の変動幅が１×１０-6
以下であることを特徴とする光学用石英ガラスを提供す
るものである。
【００１３】また本発明は、（１）ガラス形成原料を火
炎加水分解して形成さ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体を形成する工程、
（２）前記多孔質石英ガラス体を透明ガラス化温度以下
の温度域で一定時間保持し加熱処理する工程、（３）前
記加熱処理された多孔質石英ガラス体を、透明ガラス化
温度まで昇温・透明ガラス化して石英ガラス体を得る工
程、（４）前記石英ガラス体を軟化点以上の温度に加熱
して成形石英ガラス体を得る工程、さらに、（５）前記
成形石英ガラス体を徐冷点近傍の温度域を所定の冷却速
度以下の冷却速度で徐冷する工程からなることを特徴と
する、Ｃｌ含有量が１０ｐｐｍ以下、ＯＨ含有量が１０
０ｐｐｍ以下であってかつ重金属およびアルカリの含有
量の総計が１ｐｐｍ以下である光学用石英ガラスの製造
方法を提供するものである。
炎加水分解して形成さ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体を形成する工程、
（２）前記多孔質石英ガラス体を透明ガラス化温度以下
の温度域で一定時間保持し加熱処理する工程、（３）前
記加熱処理された多孔質石英ガラス体を、透明ガラス化
温度まで昇温・透明ガラス化して石英ガラス体を得る工
程、（４）前記石英ガラス体を軟化点以上の温度に加熱
して成形石英ガラス体を得る工程、さらに、（５）前記
成形石英ガラス体を徐冷点近傍の温度域を所定の冷却速
度以下の冷却速度で徐冷する工程からなることを特徴と
する、Ｃｌ含有量が１０ｐｐｍ以下、ＯＨ含有量が１０
０ｐｐｍ以下であってかつ重金属およびアルカリの含有
量の総計が１ｐｐｍ以下である光学用石英ガラスの製造
方法を提供するものである。
【００１４】本発明において、予め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
・成長させた多孔質石英ガラス体を透明ガラス化する温
度以下の温度域で水蒸気分圧の低い雰囲気中に一定時間
加熱保持した後、透明ガラス化温度に昇温加熱して透明
ガラス化して石英ガラス体とする。
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
・成長させた多孔質石英ガラス体を透明ガラス化する温
度以下の温度域で水蒸気分圧の低い雰囲気中に一定時間
加熱保持した後、透明ガラス化温度に昇温加熱して透明
ガラス化して石英ガラス体とする。
【００１５】用いられるガラス形成原料としては、ガス
化可能な原料であれば特に制限されるものではないが、
ＳｉＣｌ4 ，ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、Ｓｉ（Ｃ
Ｈ3）Ｃｌ3 等の塩化物、ＳｉＦ4 、ＳｉＨＦ3 ，Ｓｉ
Ｈ2 Ｆ2 等のフッ化物、ＳｉＢｒ4 ，ＳｉＨＢｒ3 等の
臭化物、ＳｉＩ4 の沃化物などのハロゲン化珪素化合物
が作業性やコストの面から好ましい。多孔質石英ガラス
体は、これらのガラス形成原料を通常の酸水素火炎中で
加水分解し、生じた石英ガラス微粒子を基材上に堆積さ
せて形成される。
化可能な原料であれば特に制限されるものではないが、
ＳｉＣｌ4 ，ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、Ｓｉ（Ｃ
Ｈ3）Ｃｌ3 等の塩化物、ＳｉＦ4 、ＳｉＨＦ3 ，Ｓｉ
Ｈ2 Ｆ2 等のフッ化物、ＳｉＢｒ4 ，ＳｉＨＢｒ3 等の
臭化物、ＳｉＩ4 の沃化物などのハロゲン化珪素化合物
が作業性やコストの面から好ましい。多孔質石英ガラス
体は、これらのガラス形成原料を通常の酸水素火炎中で
加水分解し、生じた石英ガラス微粒子を基材上に堆積さ
せて形成される。
【００１６】このようにして得られた多孔質石英ガラス
体は、ついで低水蒸気分圧雰囲気下で一定時間加熱保持
された後、透明ガラス化温度まで昇温されて透明ガラス
化して石英ガラスとなる。すなわち、例えば、多孔質体
は雰囲気制御可能な電気炉内に予め装着された後、一定
の昇温速度で加熱される。
体は、ついで低水蒸気分圧雰囲気下で一定時間加熱保持
された後、透明ガラス化温度まで昇温されて透明ガラス
化して石英ガラスとなる。すなわち、例えば、多孔質体
は雰囲気制御可能な電気炉内に予め装着された後、一定
の昇温速度で加熱される。
【００１７】ついで所定の温度に到達の後、乾燥ガスを
雰囲気中に導入し、多孔質体が接する雰囲気を置換する
ことにより雰囲気中の水蒸気分圧を所定値以下に低減す
る。その水蒸気分圧としては、０．００２ｍｍＨｇ以下
であることが好ましく、これ以上の場合には最終的に得
られる石英ガラス中のＯＨ量を低減させることが困難な
ため好ましくない。この水蒸気分圧０．００２ｍｍＨｇ
以下は、露点温度が−７０℃以下であることと同等であ
る。
雰囲気中に導入し、多孔質体が接する雰囲気を置換する
ことにより雰囲気中の水蒸気分圧を所定値以下に低減す
る。その水蒸気分圧としては、０．００２ｍｍＨｇ以下
であることが好ましく、これ以上の場合には最終的に得
られる石英ガラス中のＯＨ量を低減させることが困難な
ため好ましくない。この水蒸気分圧０．００２ｍｍＨｇ
以下は、露点温度が−７０℃以下であることと同等であ
る。
【００１８】また加熱保持する温度域としては、８００
〜１２５０℃の範囲内が好ましく、この温度域より低い
温度では実質的な効果が得られず、またこの温度域を超
えた温度では多孔質体の表面のガラス化が進行するた
め、多孔質体内部を所望の低水蒸気分圧雰囲気に置換す
ることができず好ましくない。また、この温度域であれ
ば、加熱処理の方法としては、一定温度に保持しても良
く、またこの温度域内を所定の時間の範囲内で昇温させ
ながら処理しても良い。またこの温度域での保持時間
は、保持温度に依存するため一概に規定することはでき
ないが１〜３０時間程度の範囲から選ぶことが好まし
く、これより短時間の場合には実質的な効果がなく、ま
たこれより長時間かけた場合にもその効果は変わらない
ために生産効率等を考慮に入れると好ましくない。ま
た、乾燥ガスとしては窒素、ヘリウム、アルゴン等を通
常用いることができるが、乾燥ガスとして使用できれば
必ずしもこれらのガスに限定されるものではない。
〜１２５０℃の範囲内が好ましく、この温度域より低い
温度では実質的な効果が得られず、またこの温度域を超
えた温度では多孔質体の表面のガラス化が進行するた
め、多孔質体内部を所望の低水蒸気分圧雰囲気に置換す
ることができず好ましくない。また、この温度域であれ
ば、加熱処理の方法としては、一定温度に保持しても良
く、またこの温度域内を所定の時間の範囲内で昇温させ
ながら処理しても良い。またこの温度域での保持時間
は、保持温度に依存するため一概に規定することはでき
ないが１〜３０時間程度の範囲から選ぶことが好まし
く、これより短時間の場合には実質的な効果がなく、ま
たこれより長時間かけた場合にもその効果は変わらない
ために生産効率等を考慮に入れると好ましくない。ま
た、乾燥ガスとしては窒素、ヘリウム、アルゴン等を通
常用いることができるが、乾燥ガスとして使用できれば
必ずしもこれらのガスに限定されるものではない。
【００１９】次いでこのような加熱処理の後、多孔質ガ
ラス体はガラス化温度まで昇温されてガラス化される。
ガラス化温度としては、１３５０〜１５００℃の範囲か
ら選ぶことが好ましい。更に、加熱処理とガラス化処理
は、それぞれ別の加熱装置で行われてもかまわないが、
その場合には、移送時に水分が吸着したりすることを防
止する等の処置を講じることが好ましい。したがって、
さらに好ましい実施態様としては、加熱処理とガラス化
を同一の設備で行うことが好ましい。
ラス体はガラス化温度まで昇温されてガラス化される。
ガラス化温度としては、１３５０〜１５００℃の範囲か
ら選ぶことが好ましい。更に、加熱処理とガラス化処理
は、それぞれ別の加熱装置で行われてもかまわないが、
その場合には、移送時に水分が吸着したりすることを防
止する等の処置を講じることが好ましい。したがって、
さらに好ましい実施態様としては、加熱処理とガラス化
を同一の設備で行うことが好ましい。
【００２０】こうして得られた石英ガラス体を軟化点以
上の温度に加熱し、所望の形状に成形加工を行い光学用
石英ガラス部材を製造する。成形加工の温度域は、１６
５０〜１８００℃の範囲から選択することが好ましい。
１６５０℃より低い温度では石英ガラスの粘度が高いた
め実質的に自重変形が行われず、またＳｉ０2 の結晶相
であるクリストバライトの成長がおこりいわゆる失透が
生じるため好ましくない。また１８００℃より高い温度
では、ＳｉＯ2 の昇華が無視できなくなり好ましくな
い。また、石英ガラス体の自重変形を行わせる方向は、
特に規定されないが多孔質ガラス体の成長方向と同一で
あることが好ましい。
上の温度に加熱し、所望の形状に成形加工を行い光学用
石英ガラス部材を製造する。成形加工の温度域は、１６
５０〜１８００℃の範囲から選択することが好ましい。
１６５０℃より低い温度では石英ガラスの粘度が高いた
め実質的に自重変形が行われず、またＳｉ０2 の結晶相
であるクリストバライトの成長がおこりいわゆる失透が
生じるため好ましくない。また１８００℃より高い温度
では、ＳｉＯ2 の昇華が無視できなくなり好ましくな
い。また、石英ガラス体の自重変形を行わせる方向は、
特に規定されないが多孔質ガラス体の成長方向と同一で
あることが好ましい。
【００２１】さらにこうして得られた成形石英ガラス体
を石英ガラスの徐冷点近傍の温度域で徐冷して、光学用
石英ガラス部材を製造する。石英ガラスの徐冷時の冷却
速度は大きさにもよるが、４０℃／ｈｒ以下であること
が好ましい。４０℃／ｈｒを超えると、成形ガラス体外
周部における屈折率の変動幅が大きくなり、結果として
本発明の目的とする屈折率の変動幅が１×１０-6以下と
なる領域が成形ガラス体中央部にほぼ限られ、光学用石
英ガラスの製品歩留まりを著しく低下させる。石英ガラ
スの徐冷点はおおむね１１００℃であるので、徐冷速度
を４０℃／ｈｒ以下とする温度域としては、１０００℃
以上１２００℃以下が適切である。
を石英ガラスの徐冷点近傍の温度域で徐冷して、光学用
石英ガラス部材を製造する。石英ガラスの徐冷時の冷却
速度は大きさにもよるが、４０℃／ｈｒ以下であること
が好ましい。４０℃／ｈｒを超えると、成形ガラス体外
周部における屈折率の変動幅が大きくなり、結果として
本発明の目的とする屈折率の変動幅が１×１０-6以下と
なる領域が成形ガラス体中央部にほぼ限られ、光学用石
英ガラスの製品歩留まりを著しく低下させる。石英ガラ
スの徐冷点はおおむね１１００℃であるので、徐冷速度
を４０℃／ｈｒ以下とする温度域としては、１０００℃
以上１２００℃以下が適切である。
【００２２】以上のような工程を経て得られる石英ガラ
スは、石英ガラス中に含有されるＯＨ量が１００ｐｐｍ
以下となり、該ガラス中のＯＨ量の変動幅はほとんどの
領域において±５ｐｐｍ以内であり均質性に優れる石英
ガラスである。また、本発明により製造される石英ガラ
スは、ガラス形成原料として高純度な合成原料が使用可
能なこと、溶融工程を経ないためルツボ等からの不純物
の混入がないこと等から、鉄、ニッケル等の重金属元素
やナトリウム、カリウム等のアルカリ金属元素の不純物
総量が１ｐｐｍ以下と極めて高純度であり、ＫｒＦレー
ザーやＡｒＦレーザー等の紫外線に対しても蛍光発光や
ソーラリゼーション等の耐紫外線性にも優れている。
スは、石英ガラス中に含有されるＯＨ量が１００ｐｐｍ
以下となり、該ガラス中のＯＨ量の変動幅はほとんどの
領域において±５ｐｐｍ以内であり均質性に優れる石英
ガラスである。また、本発明により製造される石英ガラ
スは、ガラス形成原料として高純度な合成原料が使用可
能なこと、溶融工程を経ないためルツボ等からの不純物
の混入がないこと等から、鉄、ニッケル等の重金属元素
やナトリウム、カリウム等のアルカリ金属元素の不純物
総量が１ｐｐｍ以下と極めて高純度であり、ＫｒＦレー
ザーやＡｒＦレーザー等の紫外線に対しても蛍光発光や
ソーラリゼーション等の耐紫外線性にも優れている。
【００２３】
【作用】本発明の方法により、ガラス形成原料を火炎加
水分解させて形成される多孔質石英ガラス体を透明ガラ
ス化して得られる合成石英ガラス中のＯＨ量が低減され
る機構は、必ずしも明確ではないが、低露点温度のガス
雰囲気で透明ガラス化以前に熱処理することによって、
多孔質石英ガラス中のシラノール基が遊離してしまうも
のと期待される。
水分解させて形成される多孔質石英ガラス体を透明ガラ
ス化して得られる合成石英ガラス中のＯＨ量が低減され
る機構は、必ずしも明確ではないが、低露点温度のガス
雰囲気で透明ガラス化以前に熱処理することによって、
多孔質石英ガラス中のシラノール基が遊離してしまうも
のと期待される。
【００２４】ガラス形成原料を火炎加水分解させて形成
される多孔質石英ガラス体を透明ガラス化して得られる
合成石英ガラス体を、その軟化点以上の温度において自
重変形させて製造される合成石英ガラスブロックは、多
孔質石英ガラス体の成長面内においてＯＨ量の分布幅が
大きく、該合成石英ガラスブロックの多孔質石英ガラス
体の成長面内において屈折率の変動をもたらし、高均質
な合成石英ガラス体を得ることが困難であった。しかし
ながら、本発明の方法によれば、合成石英ガラス体中の
ＯＨ量の絶対値を低減させることによって、変動幅を押
さえ、ＯＨ基の変動に基づく屈折率の揺らぎを押さえる
ことが可能になったと推察される。しかも本発明の方法
は、ＯＨ量の低減化の方法として従来より公知のハロゲ
ン化物を使用しないため、公知の方法では石英ガラス中
に残留するハロゲンの影響が全く無く、高均質性が達成
されたものと思われる。
される多孔質石英ガラス体を透明ガラス化して得られる
合成石英ガラス体を、その軟化点以上の温度において自
重変形させて製造される合成石英ガラスブロックは、多
孔質石英ガラス体の成長面内においてＯＨ量の分布幅が
大きく、該合成石英ガラスブロックの多孔質石英ガラス
体の成長面内において屈折率の変動をもたらし、高均質
な合成石英ガラス体を得ることが困難であった。しかし
ながら、本発明の方法によれば、合成石英ガラス体中の
ＯＨ量の絶対値を低減させることによって、変動幅を押
さえ、ＯＨ基の変動に基づく屈折率の揺らぎを押さえる
ことが可能になったと推察される。しかも本発明の方法
は、ＯＨ量の低減化の方法として従来より公知のハロゲ
ン化物を使用しないため、公知の方法では石英ガラス中
に残留するハロゲンの影響が全く無く、高均質性が達成
されたものと思われる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の詳細についてさらに実施例に
より説明するが、本発明は当然のことながらこれら実施
例により限定されるものではない。 実施例１ 公知の方法により、ＳｉＣｌ4 を酸水素火炎中で加熱加
水分解させて形成された直径３５ｃｍ，長さ１００ｃｍ
の多孔質石英ガラス体を室温で雰囲気制御可能な電気炉
内に設置した。ついで露点温度−７０℃の窒素ガスで電
気炉内雰囲気を置換した後、露点温度−７０℃の窒素ガ
スを流しながら５００℃／ｈｒの昇温速度で１０００℃
まで昇温した。引き続き昇温速度を５０℃／ｈｒとし、
１２５０℃まで昇温して、その温度で５ｈｒ保持した。
より説明するが、本発明は当然のことながらこれら実施
例により限定されるものではない。 実施例１ 公知の方法により、ＳｉＣｌ4 を酸水素火炎中で加熱加
水分解させて形成された直径３５ｃｍ，長さ１００ｃｍ
の多孔質石英ガラス体を室温で雰囲気制御可能な電気炉
内に設置した。ついで露点温度−７０℃の窒素ガスで電
気炉内雰囲気を置換した後、露点温度−７０℃の窒素ガ
スを流しながら５００℃／ｈｒの昇温速度で１０００℃
まで昇温した。引き続き昇温速度を５０℃／ｈｒとし、
１２５０℃まで昇温して、その温度で５ｈｒ保持した。
【００２６】こうして得られた熱処理済みの多孔質石英
ガラス体を透明ガラス化の為の炉内最高温度が１４５０
℃に制御された電気炉内上部に設置し、炉内を露点温度
が−７０℃のヘリウムガスで置換した後、８０ｃｍ／ｈ
ｒの速度で下降させながら最高温度域を通過させて透明
ガラス化を行った。こうして得られた透明石英ガラス
を、カーボン製発熱体を有する電気炉内で、軟化点以上
の１７５０℃に加熱して自重変形を行わせ、２５０×２
５０×１２０ｍｍのブロック形状に成形した。引き続
き、電気炉内に成形ブロックをセットしたまま電気炉の
温度を１２００℃まで降温させ、以後３０℃／ｈｒの冷
却速度で徐冷を行い、炉内温度が１０００℃になったと
ころで給電を停止し炉内放冷した。
ガラス体を透明ガラス化の為の炉内最高温度が１４５０
℃に制御された電気炉内上部に設置し、炉内を露点温度
が−７０℃のヘリウムガスで置換した後、８０ｃｍ／ｈ
ｒの速度で下降させながら最高温度域を通過させて透明
ガラス化を行った。こうして得られた透明石英ガラス
を、カーボン製発熱体を有する電気炉内で、軟化点以上
の１７５０℃に加熱して自重変形を行わせ、２５０×２
５０×１２０ｍｍのブロック形状に成形した。引き続
き、電気炉内に成形ブロックをセットしたまま電気炉の
温度を１２００℃まで降温させ、以後３０℃／ｈｒの冷
却速度で徐冷を行い、炉内温度が１０００℃になったと
ころで給電を停止し炉内放冷した。
【００２７】こうして得られた石英ガラスブロックの１
２０ｍｍ方向の中心部より、２５０×２５０×５７ｍｍ
の石英ガラスブロックを切り出し、その中心部２２０ｍ
ｍφの内部および外部について精密干渉計（ＺｙｇｏI
V）により屈折率分布を評価した。またＯＨ量分布は、
２５０×２５０×１２０ｍｍ石英ガラスブロックより屈
折率分布を評価した部分のすぐ隣の場所より、２ｍｍ厚
みのガラス板を切り出し日本分光社製簡易ＦＴＩＲ装置
により３７００ｃｍ-1の吸収により定量した。Ｃｌ含有
量は得られた石英ガラスをアルカリ溶融したのち、イオ
ンクロマトグラフィー法により定量した。結果を表１に
示す。
２０ｍｍ方向の中心部より、２５０×２５０×５７ｍｍ
の石英ガラスブロックを切り出し、その中心部２２０ｍ
ｍφの内部および外部について精密干渉計（ＺｙｇｏI
V）により屈折率分布を評価した。またＯＨ量分布は、
２５０×２５０×１２０ｍｍ石英ガラスブロックより屈
折率分布を評価した部分のすぐ隣の場所より、２ｍｍ厚
みのガラス板を切り出し日本分光社製簡易ＦＴＩＲ装置
により３７００ｃｍ-1の吸収により定量した。Ｃｌ含有
量は得られた石英ガラスをアルカリ溶融したのち、イオ
ンクロマトグラフィー法により定量した。結果を表１に
示す。
【００２８】比較例１
１２５０℃での熱処理を行わない他は、実施例と同一の
方法で作製した石英ガラスブロックの中心部２２０ｍｍ
φの屈折率変動幅、ＯＨ量分布幅、Ｃｌ含有量を表１に
示す。
方法で作製した石英ガラスブロックの中心部２２０ｍｍ
φの屈折率変動幅、ＯＨ量分布幅、Ｃｌ含有量を表１に
示す。
【００２９】比較例２
徐冷工程の冷却速度を８０℃／ｈｒとした以外は、実施
例と同一の方法で作製した石英ガラスブロックの外周部
の屈折率変動幅を表１に示す。
例と同一の方法で作製した石英ガラスブロックの外周部
の屈折率変動幅を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【発明の効果】本発明の方法によれば、石英ガラス中に
Ｃｌ元素などの不純物の残存を生じさせることなくＯＨ
量を低減させることが可能であり、それに基づく屈折率
の揺らぎを抑止せしめ、石英ガラスの均質性を１×１０
-6以下にすることが可能である。これにより高エネルギ
ー密度の光を利用する光学系に応用できる、実質的に脈
理のない光学用石英ガラス部材が得られる。
Ｃｌ元素などの不純物の残存を生じさせることなくＯＨ
量を低減させることが可能であり、それに基づく屈折率
の揺らぎを抑止せしめ、石英ガラスの均質性を１×１０
-6以下にすることが可能である。これにより高エネルギ
ー密度の光を利用する光学系に応用できる、実質的に脈
理のない光学用石英ガラス部材が得られる。
Claims (7)
- 【請求項１】ガラス形成原料を火炎加水分解させて形成
される多孔質石英ガラス体を加熱し透明ガラス化して製
造される気相反応法石英ガラスにおいて、該石英ガラス
中のＣｌ含有量が１０ｐｐｍ以下、ＯＨ含有量が１００
ｐｐｍ以下であって、かつ重金属およびアルカリの含有
量の総計が１ｐｐｍ以下であることを特徴とする光学用
石英ガラス。 - 【請求項２】請求項１記載の光学用石英ガラスにおい
て、少なくとも１方向について直径２２０ｍｍの円形で
囲まれる領域にわたって屈折率の変動幅が１×１０-6以
下であることを特徴とする光学用石英ガラス。 - 【請求項３】（１）ガラス形成原料を火炎加水分解して
形成される石英ガラス微粒子を基材に堆積・成長させて
多孔質石英ガラス体を形成する工程、 （２）前記多孔質石英ガラス体を透明ガラス化温度以下
の温度域で一定時間保持し加熱処理する工程、 （３）前記加熱処理された多孔質石英ガラス体を、透明
ガラス化温度まで昇温・透明ガラス化して石英ガラス体
を得る工程、 （４）前記石英ガラス体を軟化点以上の温度に加熱して
成形石英ガラス体を得る工程、 さらに、 （５）前記成形石英ガラス体を徐冷点近傍の温度域を所
定の冷却速度以下の冷却速度で徐冷する工程からなるこ
とを特徴とする、Ｃｌ含有量が１０ｐｐｍ以下、ＯＨ含
有量が１００ｐｐｍ以下であってかつ重金属およびアル
カリの含有量の総計が１ｐｐｍ以下である光学用石英ガ
ラスの製造方法。 - 【請求項４】前記透明ガラス化温度以下の温度域で一定
時間保持し加熱処理する工程において、雰囲気の露点温
度が−７０℃以下であることを特徴とする請求項３記載
の光学用石英ガラスの製造方法。 - 【請求項５】前記透明ガラス化温度以下の温度域が８０
０〜１２５０℃であることを特徴とする請求項３または
４記載の光学用石英ガラスの製造方法。 - 【請求項６】前記透明ガラス化温度以下の温度域で保持
する時間が１〜３０ｈｒであることを特徴とする請求項
３、４および５のうちいずれか１項記載の光学用石英ガ
ラスの製造方法。 - 【請求項７】前記成形石英ガラス体を徐冷点近傍の温度
域を４０℃／ｈｒ以下の冷却速度で徐冷することを特徴
とする請求項３記載の光学用石英ガラスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20748691A JP2861512B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 石英ガラス光学部材の製造方法 |
| US07/912,776 US5330941A (en) | 1991-07-24 | 1992-07-13 | Quartz glass substrate for polysilicon thin film transistor liquid crystal display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20748691A JP2861512B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 石英ガラス光学部材の製造方法 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10091875A Division JP2862001B2 (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 石英ガラス光学部材の製造方法 |
| JP9187698A Division JPH10324528A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 光学用石英ガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0524856A true JPH0524856A (ja) | 1993-02-02 |
| JP2861512B2 JP2861512B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=16540536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20748691A Expired - Lifetime JP2861512B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 石英ガラス光学部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861512B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2004065315A1 (ja) * | 2003-01-21 | 2006-05-18 | 株式会社ニコン | 合成石英ガラス光学部材及びその製造方法 |
| JP2019502644A (ja) * | 2015-12-18 | 2019-01-31 | ヘレウス クワルツグラス ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 溶融炉内での露点監視による石英ガラス体の調製 |
| US11053152B2 (en) | 2015-12-18 | 2021-07-06 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Spray granulation of silicon dioxide in the preparation of quartz glass |
| CN113387550A (zh) * | 2021-07-03 | 2021-09-14 | 四川神光石英科技有限公司 | 一种提高石英玻璃均匀性的方法 |
| US11236002B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-02-01 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of an opaque quartz glass body |
| US11299417B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-04-12 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of a quartz glass body in a melting crucible of refractory metal |
| US11339076B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-05-24 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of carbon-doped silicon dioxide granulate as an intermediate in the preparation of quartz glass |
| US11492285B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-11-08 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of quartz glass bodies from silicon dioxide granulate |
| US11708290B2 (en) | 2015-12-18 | 2023-07-25 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of a quartz glass body in a multi-chamber oven |
| US11952303B2 (en) | 2015-12-18 | 2024-04-09 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Increase in silicon content in the preparation of quartz glass |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP20748691A patent/JP2861512B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2004065315A1 (ja) * | 2003-01-21 | 2006-05-18 | 株式会社ニコン | 合成石英ガラス光学部材及びその製造方法 |
| JP2019502644A (ja) * | 2015-12-18 | 2019-01-31 | ヘレウス クワルツグラス ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 溶融炉内での露点監視による石英ガラス体の調製 |
| US11053152B2 (en) | 2015-12-18 | 2021-07-06 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Spray granulation of silicon dioxide in the preparation of quartz glass |
| US11236002B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-02-01 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of an opaque quartz glass body |
| US11299417B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-04-12 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of a quartz glass body in a melting crucible of refractory metal |
| US11339076B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-05-24 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of carbon-doped silicon dioxide granulate as an intermediate in the preparation of quartz glass |
| US11492282B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-11-08 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of quartz glass bodies with dew point monitoring in the melting oven |
| US11492285B2 (en) | 2015-12-18 | 2022-11-08 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of quartz glass bodies from silicon dioxide granulate |
| US11708290B2 (en) | 2015-12-18 | 2023-07-25 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of a quartz glass body in a multi-chamber oven |
| US11952303B2 (en) | 2015-12-18 | 2024-04-09 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Increase in silicon content in the preparation of quartz glass |
| CN113387550A (zh) * | 2021-07-03 | 2021-09-14 | 四川神光石英科技有限公司 | 一种提高石英玻璃均匀性的方法 |
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|---|---|
| JP2861512B2 (ja) | 1999-02-24 |
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