JP2002080239A - 光学部材用合成石英ガラスおよび合成石英ガラスの製造方法 - Google Patents
光学部材用合成石英ガラスおよび合成石英ガラスの製造方法Info
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- C03B19/1423—Reactant deposition burners
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Abstract
(57)【要約】
【課題】所定の大きな屈折率を有する合成石英ガラス及
びその製造方法の提供。 【解決手段】シリカが網目構造を形成した合成石英ガラ
スのケイ素原子の一部を炭素原子に置換し、炭素原子の
濃度を50ppm以上とした光学部材用合成石英ガラス。ケ
イ素化合物ガスに、炭化水素ガス、二酸化炭素ガス及び
一酸化炭素ガスのうちの何れか一種または二種以上から
なる炭素含有ガスと希ガスとを加えた混合ガスを加水分
解させることにより、合成石英ガラスを製造する。図示
のように置換する炭素濃度によって屈折率が調整でき
る。
びその製造方法の提供。 【解決手段】シリカが網目構造を形成した合成石英ガラ
スのケイ素原子の一部を炭素原子に置換し、炭素原子の
濃度を50ppm以上とした光学部材用合成石英ガラス。ケ
イ素化合物ガスに、炭化水素ガス、二酸化炭素ガス及び
一酸化炭素ガスのうちの何れか一種または二種以上から
なる炭素含有ガスと希ガスとを加えた混合ガスを加水分
解させることにより、合成石英ガラスを製造する。図示
のように置換する炭素濃度によって屈折率が調整でき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は紫外線波長を有する
レーザを用いる光学系装置に使用するのに好適な光学部
材用合成石英ガラスおよび合成石英ガラスの製造方法に
係り、特に、光学系装置のレンズ、ミラー、プリズム、
窓部材などの光学部材として使用される合成石英ガラス
およびその製造方法に関する。
レーザを用いる光学系装置に使用するのに好適な光学部
材用合成石英ガラスおよび合成石英ガラスの製造方法に
係り、特に、光学系装置のレンズ、ミラー、プリズム、
窓部材などの光学部材として使用される合成石英ガラス
およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Siウエハ上に集積パターンを描像する光
リソグラフィー技術において、近年、MPU集積回路の微
細加工化、高集積化が要求され、集積パターンの線幅を
描像するために、光源からの光の短波長化が進んでい
る。従来では比較的波長の長い水銀ランプを光源（波長
436nmまたは365nm）として使用していたが、現在では、
KrFレーザ(波長248nm)、ArFレーザ(波長193nm)といった
エキシマレーザが用いられるようになっている。一方
で、これらのエキシマレーザを用いるには、その波長に
対し、透過性に優れた石英ガラスを用いる必要がある。
しかしながら、エキシマレーザはそのエネルギー密度が
大きく長時間のレーザ照射による透過率の低下は避けら
れず、レーザに対する耐久性（レーザ耐性）が求められ
ていた。また、高いレーザ耐性を有していても光学的均
質性が悪ければ、石英ガラスを通して結んだ結像は焦点
が不安定なものになってしまう。
リソグラフィー技術において、近年、MPU集積回路の微
細加工化、高集積化が要求され、集積パターンの線幅を
描像するために、光源からの光の短波長化が進んでい
る。従来では比較的波長の長い水銀ランプを光源（波長
436nmまたは365nm）として使用していたが、現在では、
KrFレーザ(波長248nm)、ArFレーザ(波長193nm)といった
エキシマレーザが用いられるようになっている。一方
で、これらのエキシマレーザを用いるには、その波長に
対し、透過性に優れた石英ガラスを用いる必要がある。
しかしながら、エキシマレーザはそのエネルギー密度が
大きく長時間のレーザ照射による透過率の低下は避けら
れず、レーザに対する耐久性（レーザ耐性）が求められ
ていた。また、高いレーザ耐性を有していても光学的均
質性が悪ければ、石英ガラスを通して結んだ結像は焦点
が不安定なものになってしまう。
【０００３】そこで、このような短波長レーザ照射によ
る石英ガラスのレーザ耐性、光学的均質性の向上を図る
ために、特開平１０−３３８５３１号公報には炭素原子
を含む化合物であるオルガノジシラザン化合物から製造
した光学用合成石英ガラスについての発明が記載されて
いる。この発明では、通常、合成石英ガラスを製造する
際に出発原料として使用される四塩化ケイ素（SiCl4）
に変え、オルガノジシラザン化合物を使用することで、
高いレーザ耐性、光学的均質性を得ている。
る石英ガラスのレーザ耐性、光学的均質性の向上を図る
ために、特開平１０−３３８５３１号公報には炭素原子
を含む化合物であるオルガノジシラザン化合物から製造
した光学用合成石英ガラスについての発明が記載されて
いる。この発明では、通常、合成石英ガラスを製造する
際に出発原料として使用される四塩化ケイ素（SiCl4）
に変え、オルガノジシラザン化合物を使用することで、
高いレーザ耐性、光学的均質性を得ている。
【０００４】一方、石英ガラスには、光の屈折率に対す
る特性も求められ、屈折率を制御するため、Ge、Cl、T
i、Al、Ｆ、Ｂ等を石英ガラスにドープした合成石英ガ
ラスが開発されている。例えば、露光装置の光学系で
は、屈折率を調整するために、複数の石英ガラスからな
るレンズを用いるが、それぞれのガラスの屈折率を調整
することができれば、光学系全体の設計の自由度が大き
くなる。
る特性も求められ、屈折率を制御するため、Ge、Cl、T
i、Al、Ｆ、Ｂ等を石英ガラスにドープした合成石英ガ
ラスが開発されている。例えば、露光装置の光学系で
は、屈折率を調整するために、複数の石英ガラスからな
るレンズを用いるが、それぞれのガラスの屈折率を調整
することができれば、光学系全体の設計の自由度が大き
くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記公報の発明は、炭
化水素を含む化合物を出発原料としているため、最終製
品である合成石英ガラスには炭素原子が含まれているこ
とが予想される。しかし、炭素原子が合成石英ガラス中
にどれくらい含まれているか、あるいは、その存在状態
については開示されていない。また、ケイ素と炭化水素
基を共に有するオルガノジシラザン化合物を出発原料と
しているため、石英ガラス中の炭素量を制御することは
できない。
化水素を含む化合物を出発原料としているため、最終製
品である合成石英ガラスには炭素原子が含まれているこ
とが予想される。しかし、炭素原子が合成石英ガラス中
にどれくらい含まれているか、あるいは、その存在状態
については開示されていない。また、ケイ素と炭化水素
基を共に有するオルガノジシラザン化合物を出発原料と
しているため、石英ガラス中の炭素量を制御することは
できない。
【０００６】さらに、炭素原子が石英ガラス中に存在し
た場合、炭素原子は石英ガラス中の屈折率を高くする効
果を有するが、石英ガラス中の炭素量を制御することが
できなければ、当然、合成石英ガラスの屈折率制御も不
可能である。
た場合、炭素原子は石英ガラス中の屈折率を高くする効
果を有するが、石英ガラス中の炭素量を制御することが
できなければ、当然、合成石英ガラスの屈折率制御も不
可能である。
【０００７】本願発明の課題は、従来用いられてきたＧ
ｅなどをドープする屈折率の制御方法にかわる、屈折率
の制御が可能な新たな光学部材用合成石英ガラス及び合
成石英ガラスの製造方法を提供することにある。
ｅなどをドープする屈折率の制御方法にかわる、屈折率
の制御が可能な新たな光学部材用合成石英ガラス及び合
成石英ガラスの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、合成石英
ガラスがシリカを網目状に形成して作られた構造である
ことに注目した。ゲルマニウムおよび炭素はケイ素と同
じIV族元素であり、化学結合構造としてsp3構造を好
む。そこで、仮想的な石英ガラス構造（α-quartz結晶
構造）を有するSiO2、GeO2、CO2についてKramers-Kroni
gの関係式より静的屈折率を計算したところ、屈折率の
比はSiO2:GeO2:CO2＝1:1.1:1.2であることが判明した。
このことは、ケイ素を炭素に置換すれば、たとえ少量の
炭素でも、合成石英ガラスの屈折率は大きく高屈折率側
にシフトし、屈折率の制御ができることを意味する。し
かも、炭素原子は、ケイ素原子と置換しているため、光
透過性、均質性等の基本的な特性が劣ることはない。
ガラスがシリカを網目状に形成して作られた構造である
ことに注目した。ゲルマニウムおよび炭素はケイ素と同
じIV族元素であり、化学結合構造としてsp3構造を好
む。そこで、仮想的な石英ガラス構造（α-quartz結晶
構造）を有するSiO2、GeO2、CO2についてKramers-Kroni
gの関係式より静的屈折率を計算したところ、屈折率の
比はSiO2:GeO2:CO2＝1:1.1:1.2であることが判明した。
このことは、ケイ素を炭素に置換すれば、たとえ少量の
炭素でも、合成石英ガラスの屈折率は大きく高屈折率側
にシフトし、屈折率の制御ができることを意味する。し
かも、炭素原子は、ケイ素原子と置換しているため、光
透過性、均質性等の基本的な特性が劣ることはない。
【０００９】また、炭素原子は、上述したようにsp3構
造を取りやすいが、sp2構造もエネルギー的に安定なた
め、炭素原子はsp3構造と同様にsp2構造を取りやすい。
このため、ケイ素原子と炭素原子を置換し、炭素原子の
構造を単にsp3構造にすることは容易ではない。そこ
で、炭素原子がsp3構造を優先的にとり、かつそのsp3構
造の量が調整できて屈折率の制御が可能な製造方法につ
いて検討した。
造を取りやすいが、sp2構造もエネルギー的に安定なた
め、炭素原子はsp3構造と同様にsp2構造を取りやすい。
このため、ケイ素原子と炭素原子を置換し、炭素原子の
構造を単にsp3構造にすることは容易ではない。そこ
で、炭素原子がsp3構造を優先的にとり、かつそのsp3構
造の量が調整できて屈折率の制御が可能な製造方法につ
いて検討した。
【００１０】本発明は、シリカが網目構造を形成した合
成石英ガラスであって、シリカを構成するケイ素原子の
一部が炭素原子に置換され、前記炭素原子の濃度が50pp
m以上であることを特徴とする光学部材用合成石英ガラ
ス、を提供する。
成石英ガラスであって、シリカを構成するケイ素原子の
一部が炭素原子に置換され、前記炭素原子の濃度が50pp
m以上であることを特徴とする光学部材用合成石英ガラ
ス、を提供する。
【００１１】また、本発明は、ケイ素化合物ガスを加水
分解することにより多孔質合成ガラスを形成し、前記多
孔質合成石英ガラスに透明化処理を施す合成石英ガラス
の製造方法において、ケイ素化合物ガスに、炭化水素ガ
ス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガスのうちの何れか
一種または二種以上からなる炭素含有ガスと希ガスとを
加えた混合ガスを加水分解させることにより、多孔質合
成ガラスを得る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。
分解することにより多孔質合成ガラスを形成し、前記多
孔質合成石英ガラスに透明化処理を施す合成石英ガラス
の製造方法において、ケイ素化合物ガスに、炭化水素ガ
ス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガスのうちの何れか
一種または二種以上からなる炭素含有ガスと希ガスとを
加えた混合ガスを加水分解させることにより、多孔質合
成ガラスを得る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。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る合成石英ガラスは、
網目構造を形成するシリカのケイ素原子の一部が炭素原
子に置換されている。置換によりできたC-O結合はSi-O
結合に比べ、その結合長が約15％短い。そのため、シリ
カの網目構造が収縮し、密度が増加し、その結果、屈折
率が大きくなる。しかし、炭素原子が、シリカの網目構
造間に格子間原子として存在したり、化合物を作って不
純物として存在することは好ましくない。これらの場
合、合成石英ガラスにレーザを照射したときに光透過
性、均質性が悪くなり結像特性が悪くなる。ただし、特
性に悪影響がでない程度、存在している場合はこの限り
ではない。
網目構造を形成するシリカのケイ素原子の一部が炭素原
子に置換されている。置換によりできたC-O結合はSi-O
結合に比べ、その結合長が約15％短い。そのため、シリ
カの網目構造が収縮し、密度が増加し、その結果、屈折
率が大きくなる。しかし、炭素原子が、シリカの網目構
造間に格子間原子として存在したり、化合物を作って不
純物として存在することは好ましくない。これらの場
合、合成石英ガラスにレーザを照射したときに光透過
性、均質性が悪くなり結像特性が悪くなる。ただし、特
性に悪影響がでない程度、存在している場合はこの限り
ではない。
【００１３】C-O結合を構成する炭素濃度は50ppm以上必
要である。炭素濃度が50ppm以上であれば、その濃度を
制御することにより、屈折率を有効に制御できる。原理
的には、50ppm未満でも屈折率の制御をすることは可能
であるが、屈折率増加が極めて小さく、実用的に意味を
なさない。一方、C-O結合を構成する炭素濃度は1000ppm
以下が好ましい。これより高い濃度であるとC-C結合の
増大を促し、ひいては、グラファイト状の析出物を形成
し、光透過性、均質性を劣化させる恐れがあるからであ
る。
要である。炭素濃度が50ppm以上であれば、その濃度を
制御することにより、屈折率を有効に制御できる。原理
的には、50ppm未満でも屈折率の制御をすることは可能
であるが、屈折率増加が極めて小さく、実用的に意味を
なさない。一方、C-O結合を構成する炭素濃度は1000ppm
以下が好ましい。これより高い濃度であるとC-C結合の
増大を促し、ひいては、グラファイト状の析出物を形成
し、光透過性、均質性を劣化させる恐れがあるからであ
る。
【００１４】本発明に係る合成石英ガラスは、特に光学
部材に用いられる合成石英ガラスである。光学部材と
は、光学系装置のレンズ、ミラー、プリズム、窓部材な
どのことであり、合成ガラス中をレーザ光が通過するこ
とを前提に製造されたものである。
部材に用いられる合成石英ガラスである。光学部材と
は、光学系装置のレンズ、ミラー、プリズム、窓部材な
どのことであり、合成ガラス中をレーザ光が通過するこ
とを前提に製造されたものである。
【００１５】本発明に係る合成石英ガラスの製造方法
は、ケイ素化合物ガスを加水分解することにより多孔質
合成ガラスを形成し、前記多孔質合成ガラスに透明化処
理を施すことを前提とする。多孔質合成石英ガラスを得
るには、いわゆるVAD法と呼ばれる方法を用いることが
好ましい。VAD法とは、SiCl4ガスに酸素、水素を混合さ
せ、火炎中で気相化学反応（加水分解反応）を起こさせ
得た合成石英の微粒子を種棒等に堆積させ、多孔質合成
石英ガラス（スート体）を得る方法である。その後、ス
ート体を約1400℃で焼結熱処理し、続いて約1600℃で透
明化熱処理を行うことが好ましい。
は、ケイ素化合物ガスを加水分解することにより多孔質
合成ガラスを形成し、前記多孔質合成ガラスに透明化処
理を施すことを前提とする。多孔質合成石英ガラスを得
るには、いわゆるVAD法と呼ばれる方法を用いることが
好ましい。VAD法とは、SiCl4ガスに酸素、水素を混合さ
せ、火炎中で気相化学反応（加水分解反応）を起こさせ
得た合成石英の微粒子を種棒等に堆積させ、多孔質合成
石英ガラス（スート体）を得る方法である。その後、ス
ート体を約1400℃で焼結熱処理し、続いて約1600℃で透
明化熱処理を行うことが好ましい。
【００１６】本発明の製造方法では、出発原料であるケ
イ素化合物ガスに、炭化水素ガス、二酸化炭素ガス及び
一酸化炭素ガスのうちの何れか一種または二種以上から
なる炭素含有ガスと希ガスとを加え、混合する。ケイ素
化合物ガスはSiCl4を主に用いるが、さらにSiF4を混合
することが好ましい。SiF4を混合する場合、フッ素が合
成石英ガラス中に添加されるので、レーザ耐性がより高
くなるからである。
イ素化合物ガスに、炭化水素ガス、二酸化炭素ガス及び
一酸化炭素ガスのうちの何れか一種または二種以上から
なる炭素含有ガスと希ガスとを加え、混合する。ケイ素
化合物ガスはSiCl4を主に用いるが、さらにSiF4を混合
することが好ましい。SiF4を混合する場合、フッ素が合
成石英ガラス中に添加されるので、レーザ耐性がより高
くなるからである。
【００１７】炭素含有ガスは炭化水素ガス、二酸化炭素
ガス及び一酸化炭素ガスのうちの何れか一種または二種
以上を選択すればよい。炭化水素ガスは特に種類は問わ
ないが、火炎加水分解時に分解しやすい低級の炭化水素
ガスが好ましい。高級の炭化水素ガスを使用した場合に
は、分解しきれず、不純物として合成石英ガラス中に取
りこまれる可能性があるからである。炭化水素ガスとし
ては、例えばメタン、エタン、エチレンが好ましい。
ガス及び一酸化炭素ガスのうちの何れか一種または二種
以上を選択すればよい。炭化水素ガスは特に種類は問わ
ないが、火炎加水分解時に分解しやすい低級の炭化水素
ガスが好ましい。高級の炭化水素ガスを使用した場合に
は、分解しきれず、不純物として合成石英ガラス中に取
りこまれる可能性があるからである。炭化水素ガスとし
ては、例えばメタン、エタン、エチレンが好ましい。
【００１８】炭素含有ガスと同時に希ガスも混合する。
希ガスは炭素が不均一に合成石英ガラス中に分散される
のを防止する働きをする。希ガスはHe、Ne、Ar、Kr、X
e、Rnなど特に種類は問わない。もちろん、これらにつ
いても何れか一種または二種以上混合して用いてもかま
わない。入手のし易さ、価格などを考慮に入れると、He
あるいはArを用いることが好ましい。なお、最終的に得
られる合成石英ガラスには微量ながら希ガスが混入する
が、特に問題はない。
希ガスは炭素が不均一に合成石英ガラス中に分散される
のを防止する働きをする。希ガスはHe、Ne、Ar、Kr、X
e、Rnなど特に種類は問わない。もちろん、これらにつ
いても何れか一種または二種以上混合して用いてもかま
わない。入手のし易さ、価格などを考慮に入れると、He
あるいはArを用いることが好ましい。なお、最終的に得
られる合成石英ガラスには微量ながら希ガスが混入する
が、特に問題はない。
【００１９】ケイ素化合物ガス、炭素含有ガス及び希ガ
スからなる混合ガスの組成比と合成石英ガラス中に導入
される炭素量の関係は、用いる設備、製造条件、ガスを
混合する装置、あるいは炭素含有ガスの種類により異な
る。したがって、最終製品に付与すべき目標となる屈折
率に合わせて、混合ガスの組成比を調整すればよい。混
合ガスの組成は限定しないが、ケイ素化合物ガスと希ガ
スの体積比を1:10〜10:1の範囲で選択し、混合して得ら
れた希釈ケイ素化合物ガスと炭素含有ガスを体積比で10
000:1〜1000000:1で混合して用いることが好ましい。
スからなる混合ガスの組成比と合成石英ガラス中に導入
される炭素量の関係は、用いる設備、製造条件、ガスを
混合する装置、あるいは炭素含有ガスの種類により異な
る。したがって、最終製品に付与すべき目標となる屈折
率に合わせて、混合ガスの組成比を調整すればよい。混
合ガスの組成は限定しないが、ケイ素化合物ガスと希ガ
スの体積比を1:10〜10:1の範囲で選択し、混合して得ら
れた希釈ケイ素化合物ガスと炭素含有ガスを体積比で10
000:1〜1000000:1で混合して用いることが好ましい。
【００２０】
【実施例】本発明に係る合成石英ガラスをVAD法に従っ
て以下の手順で作製した。まず、合成石英ガラスのもと
となる混合ガスを調合した。はじめに、高純度ケイ素化
合物である四塩化ケイ素（SiCl4）とアルゴン（Ar）を
体積比で6:4の割合で混合し、得られたガスに対するエ
チレンガス（C2H4）の体積比を種々変えて原料となる混
合ガスを得た。この混合ガスをフローさせながら、酸素
・水素火炎中で気相化学反応（化学分解反応）させるこ
とで微粒子状の合成石英ガラスを合成し、これを種棒の
周囲に付着・堆積させ、多孔質合成石英ガラス（スート
体）を形成した。
て以下の手順で作製した。まず、合成石英ガラスのもと
となる混合ガスを調合した。はじめに、高純度ケイ素化
合物である四塩化ケイ素（SiCl4）とアルゴン（Ar）を
体積比で6:4の割合で混合し、得られたガスに対するエ
チレンガス（C2H4）の体積比を種々変えて原料となる混
合ガスを得た。この混合ガスをフローさせながら、酸素
・水素火炎中で気相化学反応（化学分解反応）させるこ
とで微粒子状の合成石英ガラスを合成し、これを種棒の
周囲に付着・堆積させ、多孔質合成石英ガラス（スート
体）を形成した。
【００２１】続いて、このスート体を酸素雰囲気下100P
aのもと、1400℃で10時間焼結した後、さらに、1550℃
で6時間保持し、透明化処理を行った。透明化処理によ
り孔の除去されたスート体（プリフォーム材）を直径18
0mm、厚さ100mmに切り出した。
aのもと、1400℃で10時間焼結した後、さらに、1550℃
で6時間保持し、透明化処理を行った。透明化処理によ
り孔の除去されたスート体（プリフォーム材）を直径18
0mm、厚さ100mmに切り出した。
【００２２】その後、このプリフォーム材をアルゴンガ
ス大気圧雰囲気で1100℃、15時間保持した後、10℃／時
間以下の冷却速度で徐冷し、400℃になった時点でアニ
ール炉から取り出し室温まで放置した。なお、プリフォ
ーム材は、アニール中雰囲気からの汚染を防止するた
め、同じくプリフォーム材から切り出したダミー材で挟
みこんで行った。
ス大気圧雰囲気で1100℃、15時間保持した後、10℃／時
間以下の冷却速度で徐冷し、400℃になった時点でアニ
ール炉から取り出し室温まで放置した。なお、プリフォ
ーム材は、アニール中雰囲気からの汚染を防止するた
め、同じくプリフォーム材から切り出したダミー材で挟
みこんで行った。
【００２３】一方、以上に記した実施例の製造方法の一
部を変え、比較例として、混合ガス調合においてエチレ
ンガス（C2H4）を混合させなかったもの（比較例１）に
ついても同様に最終製品である合成石英ガラスを作製し
た。
部を変え、比較例として、混合ガス調合においてエチレ
ンガス（C2H4）を混合させなかったもの（比較例１）に
ついても同様に最終製品である合成石英ガラスを作製し
た。
【００２４】まず、得られた実施例、比較例１の合成石
英ガラスについて、原子吸光分析法にて、金属元素の不
純物濃度を測定した。不純物金属の存在は、屈折率を大
きく変えるといった合成石英ガラスの特性変化をもたら
す。そのため、実施例および比較例に含まれる不純物金
属の影響を調べる必要がある。測定の結果、実施例、比
較例における不純物（アルカリ金属Li、Na、K、アルカ
リ土類金属Mg、Ca、および遷移金属Ti、V、Cr、Mn、F
e、Co、Ni、Cu）は合計で200ppb以下と低く、得られた
石英ガラスは非常に高純度であることがわかった。よっ
て、不純物金属の実施例、比較例への影響はほとんどな
いことが判明した。
英ガラスについて、原子吸光分析法にて、金属元素の不
純物濃度を測定した。不純物金属の存在は、屈折率を大
きく変えるといった合成石英ガラスの特性変化をもたら
す。そのため、実施例および比較例に含まれる不純物金
属の影響を調べる必要がある。測定の結果、実施例、比
較例における不純物（アルカリ金属Li、Na、K、アルカ
リ土類金属Mg、Ca、および遷移金属Ti、V、Cr、Mn、F
e、Co、Ni、Cu）は合計で200ppb以下と低く、得られた
石英ガラスは非常に高純度であることがわかった。よっ
て、不純物金属の実施例、比較例への影響はほとんどな
いことが判明した。
【００２５】実施例、比較例についてフーリエ変換赤外
線分光法（FT-IR法）を用いて炭素濃度を、フィゾー型
光干渉計を用いて波長589.3nmにおける屈折率を測定し
た。なお、Siの一部を炭素で置換した場合は、Si-O-C結
合の形態を取るが、Si-O-C結合は、非晶質中にある結合
であるため、周囲の結合状態のバラツキが大きく、FT-I
R法によるスペクトル測定ではブロードなピークが発現
する。そこで、予め意図的にイオン注入により炭素の濃
度を変えてドープした濃度が既知の合成石英ガラスを作
製し、この合成石英ガラスのスペクトルと本発明により
作製した合成石英ガラスのスペクトルを比較し、濃度を
求めた。また、測定にあたり、合成石英ガラスを20×20
×10mmに切り出し、3つの試料の平均値を測定値とし
た。結果を表１に示す。表1において屈折率増加量／炭
素濃度は炭素濃度1ppmあたりの屈折率の増加量を示す。
線分光法（FT-IR法）を用いて炭素濃度を、フィゾー型
光干渉計を用いて波長589.3nmにおける屈折率を測定し
た。なお、Siの一部を炭素で置換した場合は、Si-O-C結
合の形態を取るが、Si-O-C結合は、非晶質中にある結合
であるため、周囲の結合状態のバラツキが大きく、FT-I
R法によるスペクトル測定ではブロードなピークが発現
する。そこで、予め意図的にイオン注入により炭素の濃
度を変えてドープした濃度が既知の合成石英ガラスを作
製し、この合成石英ガラスのスペクトルと本発明により
作製した合成石英ガラスのスペクトルを比較し、濃度を
求めた。また、測定にあたり、合成石英ガラスを20×20
×10mmに切り出し、3つの試料の平均値を測定値とし
た。結果を表１に示す。表1において屈折率増加量／炭
素濃度は炭素濃度1ppmあたりの屈折率の増加量を示す。
【００２６】
【表１】 表1の炭素濃度と屈折率の関係を図1に示す。図1より明
らかなように、炭素濃度と屈折率にはほぼ比例の関係が
成り立ち、シリカのケイ素を炭素原子で置換すれば、炭
素濃度を調整することで容易に合成石英ガラスの屈折率
を調整でき、光学部材用の合成石英ガラスとしてその使
用目的に合わせた屈折率を有する合成石英ガラスを容易
に得ることができる。
らかなように、炭素濃度と屈折率にはほぼ比例の関係が
成り立ち、シリカのケイ素を炭素原子で置換すれば、炭
素濃度を調整することで容易に合成石英ガラスの屈折率
を調整でき、光学部材用の合成石英ガラスとしてその使
用目的に合わせた屈折率を有する合成石英ガラスを容易
に得ることができる。
【００２７】また、製造方法としての希ガスの効果、炭
素含有ガスの効果を調べるために、上記実施例と同様な
製造方法で混合ガスに希ガスを含有させなかったもの
（比較例2）あるいはエチレン以外の炭素含有ガスを用
いたもの（実施例６〜８）についてそれぞれ試料を３つ
づつ用意し、FT-IR法でC-O結合している炭素含有量を調
べた。その結果を表2に示す。
素含有ガスの効果を調べるために、上記実施例と同様な
製造方法で混合ガスに希ガスを含有させなかったもの
（比較例2）あるいはエチレン以外の炭素含有ガスを用
いたもの（実施例６〜８）についてそれぞれ試料を３つ
づつ用意し、FT-IR法でC-O結合している炭素含有量を調
べた。その結果を表2に示す。
【００２８】
【表２】 表２よりAr（希ガス）を用いない場合、試料に含有する
炭素濃度にむらができ、そのむらは500ppmにも達するこ
とがわかる。また、炭素含有ガスはエチレンに限らず、
種々な気体を用いることができることも明らかである。
炭素濃度にむらができ、そのむらは500ppmにも達するこ
とがわかる。また、炭素含有ガスはエチレンに限らず、
種々な気体を用いることができることも明らかである。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る合成石英ガラスは、その成
分である網目状のシリカのケイ素の一部が炭素に置換し
ているため、光透過性、均質性等の特性の劣化を伴うこ
となく、所望の高い屈折率をもつことができ、光学部材
用として使用するのにより好ましい特性を有する。
分である網目状のシリカのケイ素の一部が炭素に置換し
ているため、光透過性、均質性等の特性の劣化を伴うこ
となく、所望の高い屈折率をもつことができ、光学部材
用として使用するのにより好ましい特性を有する。
【００３０】また、本発明に係る合成石英ガラスの製造
方法では、ケイ素化合物ガスに炭素含有ガスと希ガスと
を加えるため、シリカのケイ素と炭素の置換が容易に行
われ、しかも炭素が均一に分散するので、合成石英ガラ
スの高屈折率化を容易に達成できるだけでなく、品質の
よい合成石英ガラスが得られる。
方法では、ケイ素化合物ガスに炭素含有ガスと希ガスと
を加えるため、シリカのケイ素と炭素の置換が容易に行
われ、しかも炭素が均一に分散するので、合成石英ガラ
スの高屈折率化を容易に達成できるだけでなく、品質の
よい合成石英ガラスが得られる。
【図１】本発明の合成石英ガラスの炭素含有量と屈折率
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西原 克浩 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 エレクトロ ニクス技術研究所内 Ｆターム(参考） 4G014 AH12 AH23 4G062 AA04 BB02 CC07 MM02 NN16
Claims (3)
- 【請求項１】シリカが網目構造を形成した合成石英ガラ
スであって、シリカを構成するケイ素原子の一部が炭素
原子に置換され、前記炭素原子の濃度が50ppm以上であ
ることを特徴とする光学部材用合成石英ガラス。 - 【請求項２】ケイ素化合物ガスを加水分解することによ
り多孔質合成ガラスを形成し、前記多孔質合成石英ガラ
スに透明化処理を施す合成石英ガラスの製造方法におい
て、ケイ素化合物ガスに、炭化水素ガス、二酸化炭素ガ
ス及び一酸化炭素ガスのうちの何れか一種または二種以
上からなる炭素含有ガスと希ガスとを加えた混合ガスを
加水分解させることにより、多孔質合成ガラスを得るこ
とを特徴とする合成石英ガラスの製造方法。 - 【請求項３】製品合成石英ガラスに付与すべき目標屈折
率に応じて、上記炭素含有ガスと希ガスの量を調整し、
ケイ素原子の炭素原子による置換を制御することを特徴
とする請求項２記載の合成石英ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000270546A JP4663860B2 (ja) | 2000-09-06 | 2000-09-06 | 光学部材用合成石英ガラスおよび合成石英ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000270546A JP4663860B2 (ja) | 2000-09-06 | 2000-09-06 | 光学部材用合成石英ガラスおよび合成石英ガラスの製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002080239A true JP2002080239A (ja) | 2002-03-19 |
| JP4663860B2 JP4663860B2 (ja) | 2011-04-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000270546A Expired - Fee Related JP4663860B2 (ja) | 2000-09-06 | 2000-09-06 | 光学部材用合成石英ガラスおよび合成石英ガラスの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4663860B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2835360A1 (de) * | 2013-08-06 | 2015-02-11 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Verfahren zur Herstellung eines SiO2-Sootkörpers in Gegenwart von Kohlenstoffmonoxid |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59162143A (ja) * | 1983-03-03 | 1984-09-13 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 合成石英の製造方法 |
| JPH01167255A (ja) * | 1987-12-24 | 1989-06-30 | Fujikura Ltd | オキシナイトガラスの製造方法 |
| JPH03126638A (ja) * | 1989-10-09 | 1991-05-29 | Asahi Glass Co Ltd | 炭素含有ガラスの製造方法 |
| JPH0986937A (ja) * | 1995-09-25 | 1997-03-31 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 合成石英ガラス部材の製造方法 |
| JPH09221326A (ja) * | 1996-02-09 | 1997-08-26 | Olympus Optical Co Ltd | 多孔体またはガラス体の製造方法および製造装置 |
| JPH09281534A (ja) * | 1996-04-12 | 1997-10-31 | Nippon Steel Chem Co Ltd | Ｓｈｇ素子用シリカガラスおよびその製造方法 |
| JPH11349340A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-21 | Mitsubishi Chemical Corp | 合成石英ガラス粉末の製造方法及び石英ガラス成形体の製造方法 |
| JP2000016820A (ja) * | 1998-07-03 | 2000-01-18 | Fuso Shirutekku:Kk | シリカガラス粉粒体及びその製造法 |
-
2000
- 2000-09-06 JP JP2000270546A patent/JP4663860B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2000016820A (ja) * | 1998-07-03 | 2000-01-18 | Fuso Shirutekku:Kk | シリカガラス粉粒体及びその製造法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2835360A1 (de) * | 2013-08-06 | 2015-02-11 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Verfahren zur Herstellung eines SiO2-Sootkörpers in Gegenwart von Kohlenstoffmonoxid |
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