(57)【要約】【課題】放射線及び紫外線照射耐性に優れた合成石英ガラス及びその製造方法並びにこれを用いた真空紫外光用光学素材を提供する。【解決手段】スート法で合成して得られる真空紫外光用石英ガラスにおいて、ＯＨ基含有量を２〜５０ｐｐｍ、Ｆ含有量を５００〜２０００ｐｐｍ、Ｓｉ−Ｈ結合の含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下、酸素欠乏型欠陥及び酸素過剰型欠陥濃度を共に１×１０１６個／ｃｍ３以下、波長１６３ｎｍにおける内部透過率が１ｃｍあたり６０％以上かつ、ＡｒＦエキシマレーザーをエネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２で１×１０６ショット照射した時の波長２１５ｎｍの吸収係数変化が０．００１ｃｍ−１以下とすることにより、放射線及び紫外線照射に対して安定な合成石英ガラスとなる。【選択図】選択図なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＨ基含有量が２〜５０ｐｐｍ、Ｆ含有量が５００〜２０００ｐｐｍ、Ｓｉ−Ｈ結合の含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下、酸素欠乏型欠陥及び酸素過剰型欠陥の濃度が共に１×１０１６個／ｃｍ３以下、波長１６３ｎｍにおける内部透過率が１ｃｍあたり６０％以上かつ、ＡｒＦエキシマレーザーをエネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２で１×１０６ショット照射した時の波長２１５ｎｍの吸収係数変化が０．００１ｃｍ−１以下である合成石英ガラス。
【請求項２】
請求項１記載の合成石英ガラスにおいて、Ｘ線を照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈ（Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ）で２時間照射した時の波長２１５ｎｍにおける吸収係数変化が０．１ｃｍ−１以下である事を特徴とする請求項１記載の合成石英ガラス。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の合成石英ガラスにおいて、Ｈ２含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下である事を特徴とする合成石英ガラス。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の合成石英ガラスにおいて、金属不純物含有量の総和が５０ｐｐｂ以下かつＣｌ含有量が１０ｐｐｍ以下である事を特徴とする合成石英ガラス。
【請求項５】
ガラス形成原料を、酸水素火炎中で火炎加水分解し、得られたシリカ微粒子をターゲット上に堆積させ、得られた多孔質シリカ母材（スート体）を加熱して透明ガラス化する、スート法における合成石英ガラスの製造方法において、少なくとも以下の工程を含んでなる請求項１から請求項４のいずれかに記載の合成石英ガラスの製造方法。
（ａ）酸水素火炎におけるＨ２とＯ２とのモル比（Ｈ２／Ｏ２比）を２．０〜３．０としてスート体を合成する工程
（ｂ）得られたスート体を、５００〜１１００℃の温度で、フッ素元素含有ガス雰囲気で処理する工程
（ｃ）処理したスート体を、１３００℃〜１５５０℃の温度で透明ガラス化する工程。
【請求項６】
透明ガラス化をＯ２ガス含有雰囲気下で行う事を特徴とする請求項５記載の合成石英ガラスの製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の合成石英ガラスを加工してなる真空紫外線用光学素材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線等の放射線及びＡｒＦエキシマレーザー等の波長２００ｎｍ以下の真空紫外線照射に対して優れた耐放射線・耐紫外線特性を有する合成石英ガラス及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合成石英ガラスは、赤外から真空紫外（＜２００ｎｍ）までの広い波長範囲において透明である事から、各種光学部材に用いられている。ＫｒＦエキシマレーザー等の紫外線用の光学素材として用いるため、ＯＨ基濃度を高くする事で耐性を高める試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＯＨ基は真空紫外域で吸収を示すため、ＯＨ基濃度を高めると真空紫外領域の透過率が低下する問題がある。また、高エネルギー密度のエキシマレーザーの照射あるいはＸ線等のより短波長光の照射により、ＯＨ基が解裂して新たな欠陥を生成し、透過率が低下する問題もある。
【０００４】
ＯＨ基による吸収の問題を解決する方法として、低ＯＨ基濃度の石英ガラスに予め紫外線を照射して積極的に欠陥を生成させ、熱処理により欠陥を取り除く方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。本方法によれば、予め照射した紫外線と同等の紫外線照射に対する耐性の向上は期待できるが、耐性改善のための照射に比べて、より長時間または、より高エネルギー密度での紫外線照射に対して、あるいは、より短波長（高エネルギー）の紫外線照射に対しての耐性は改善されない。また、紫外線照射処理が必要なため、処理が煩雑になると共に、余分なコストが必要となる問題もある。
【０００５】
この他、ＯＨ基濃度を低減させた合成石英ガラスに、フッ素（Ｆ）を含有させると真空紫外域での透過率及び真空紫外線照射耐性が向上するとの報告がなされている（例えば、非特許文献１参照）。Ｆを含有させる事で照射初期の透過率は改善されるが、高エネルギー密度での紫外線照射や、Ｘ線等の放射線照射に対する耐性は十分でない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−７３４９号公報（第３頁）
【特許文献２】
特許第３０５４４１２号公報（第２頁）
【非特許文献１】
梶尾  他、「深紫外−真空紫外域光学材料としてのシリカガラス」、Ｎｅｗ  Ｇｌａｓｓ、社団法人ニューガラスフォーラム、２００２年１２月２日、第１７巻、第４号、ｐ．３１〜３５
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため合成石英ガラスの諸物性と、耐放射線性・耐紫外線性との相関について鋭意検討を行った結果、合成石英ガラスのＯＨ基含有量、Ｆ含有量、Ｓｉ−Ｈ含有量及び酸素欠乏型欠陥及び酸素過剰型欠陥の濃度が、放射線耐性及び真空紫外線照射耐性に対して特に重要であり、それぞれの値を特定の範囲に制限することで、耐放射線・耐紫外線特性に優れた合成石英ガラスを得る事が出来る事を見出した。
【０００８】
すなわち本発明は、ＯＨ基含有量が２〜５０ｐｐｍ、Ｆ含有量が５００〜２０００ｐｐｍ、Ｓｉ−Ｈ結含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下、酸素欠乏型欠陥及び酸素過剰型欠陥の濃度が共に１×１０１６個／ｃｍ３以下、波長１６３ｎｍにおける内部透過率が１ｃｍあたり６０％以上かつ、ＡｒＦエキシマレーザーをエネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２で１×１０６ショット照射した時の波長２１５ｎｍの吸収係数変化が０．００１ｃｍ−１以下である事を特徴とする合成石英ガラスであり、その中でも、Ｘ線を照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈ（Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ）で２時間照射した時の波長２１５ｎｍにおける吸収係数変化が０．１ｃｍ−１以下である事を特徴とする合成石英ガラスであり、さらに、そのＨ２含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下である事を特徴とする合成石英ガラスである。
【０００９】
また、ガラス形成原料を酸水素火炎中で火炎加水分解して得られたシリカ微粒子をターゲット上に堆積させスート体を合成し、その後の熱処理で透明ガラス化するいわゆるスート法において、酸水素火炎におけるＨ２とＯ２とのモル比（Ｈ２／Ｏ２比）を２．０〜３．０としてスート体を合成し、スート体をＦ元素含有ガスで熱処理した後、透明ガラス化を１３００〜１５５０℃で行う工程を含む事を特徴とする、前記物性の合成石英ガラスの製造方法及び前記物性の合成石英ガラスを、真空紫外線用光学部材として使用する用途も本願発明の範囲に含まれる。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
合成石英ガラス中のＯＨ基は真空紫外域で吸収を示すため、ＯＨ基含有量が少ない程真空紫外域での透過率は上昇する。真空紫外域で十分な透過率を得るためには、ＯＨ基濃度は２〜５０ｐｐｍ、好ましくは、５〜３０ｐｐｍとする。
【００１２】
ＯＨ基濃度が２ｐｐｍ未満になると真空紫外域の透過率が低下するだけでなく、放射線・紫外線耐性が低下してしまう。このようなＯＨ基の作用については明らかではないが、ＯＨ基には、不安定な石英ガラスのアモルファス構造を安定化させる効果があるためと考えられる。
【００１３】
Ｆには、真空紫外領域での透過率を向上させる作用があるため、合成石英ガラスにはＦを含有させる事が好ましい。ただし、Ｆ含有量が高くなると、合成石英ガラスをアニール及び成型等で熱処理した際に、Ｆにより石英ガラスが腐食され新たな構造欠陥が生成し、透過率及び耐性に悪影響を及ぼす事があり、また、Ｓｉ−Ｆ結合も増加する。この結合は石英ガラスの構造に歪みを生じさせ石英ガラスの構造が不安定となり、放射線・紫外線耐性を悪化させてしまうため、石英ガラス中に含有するＦ濃度は５００〜２０００ｐｐｍ、好ましくは、７００〜１６００ｐｐｍとする。
【００１４】
通常、合成石英ガラスは酸水素火炎を用いて合成されるが、火炎中のＨ２の一部は石英ガラス中に取り込まれ、Ｓｉ−Ｈ結合を生成する。Ｓｉ−Ｈ結合は石英ガラスの≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合と比べて結合エネルギーが小さく、放射線・紫外線照射により容易に解裂し欠陥の原因となるため、その含有量を一定量以下に制限する必要があり、具体的にはＳｉ−Ｈ結合の含有量として、１×１０１７個／ｃｍ３以下、好ましくは、０．５×１０１７個／ｃｍ３以下とすることで放射線・紫外線耐性の高い合成石英ガラスとなる。
【００１５】
合成石英ガラスは、≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合がランダムにつながった構造であるが、製造条件により、酸素原子（Ｏ）が欠乏した欠陥（酸素欠乏型欠陥、≡Ｓｉ−Ｓｉ≡）や、Ｏが過剰の欠陥（酸素過剰型欠陥、≡Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ≡）が生成する。これらの構造は≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合と比べて結合エネルギーが小さく、放射線・紫外線照射により容易に解裂して放射線・紫外線照射耐性を低下させる。さらに、これらの欠陥は隣接する≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合を歪ませ石英ガラスの構造を不安定にし、放射線・紫外線照射耐性に悪影響を及ぼす。
【００１６】
従って、これら欠陥の含有量を一定量以下に制限する必要があり、酸素欠乏型欠陥及び酸素過剰型欠陥の含有量は、共に１×１０１６個／ｃｍ３以下、好ましくは０．５×１０１６個／ｃｍ３以下にすればよい。
【００１７】
放射線・紫外線照射耐性に悪影響を及ぼす酸素過剰型欠陥は、Ｈ２過剰の条件で合成を行うことで生成が抑制される。この時、Ｈ２が過剰になり過ぎると、酸素欠乏型欠陥を生成し放射線・紫外線耐性が低下するため、合成時のＨ２濃度の制御は重要である。過剰なＨ２の一部は石英ガラス中に取り込まれるが、このＨ２は放射線・紫外線照射により生じた欠陥と反応して、容易にＳｉ−Ｈ結合を生成する。既に述べた様にＳｉ−Ｈ結合は放射線・紫外線耐性に悪影響を及ぼす。また、石英ガラス中に取り込まれたＨ２の還元作用により、新たに酸素欠乏型欠陥が生成し、放射線・紫外線照射耐性が低下する。
【００１８】
従って、石英ガラス中のＨ２含有量を一定量以下に制限することが重要である事が分った。本発明の放射線・紫外線照射耐性の高い合成石英ガラスが得るには、Ｈ２の含有量は１×１０１７個／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【００１９】
通常、合成雰囲気中のＨ２濃度が高くなると石英ガラス中のＨ２含有量もそれに伴って増加するため、合成時のＨ２濃度管理は耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスの製造にとって重要である。
【００２０】
上述したような条件を併せ持つことにより、本発明の合成石英ガラスは、波長１６３ｎｍにおける内部透過率が１ｃｍあたり６０％以上かつ、ＡｒＦエキシマレーザーをエネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２で１×１０６ショット照射した時の波長２１５ｎｍの吸収係数変化が０．００１ｃｍ−１以下となり、また、Ｘ線を照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈ（Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ）で２時間照射した時の波長２１５ｎｍにおける吸収係数変化が０．１ｃｍ−１以下となり、耐放射線性・耐紫外線性に優れたものとなる。
【００２１】
金属不純物（アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属）は真空紫外域に吸収を示すためその含有量は出来るだけ少ない方が望ましい。金属不純物含有量が多くなると、真空紫外域の透過率が低下するだけでなく、放射線・紫外線照射により金属不純物に起因する欠陥が生成し、所望の耐性が得られない。耐性に影響する金属不純物とその含有量について検討した結果、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属、Ｍｇ，Ｃａなどのアルカリ土類金属、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｍｏなどの遷移金属、その他Ａｌなどの金属が放射線・紫外線照射耐性を低下させる事が分かり、その含有量と耐性との関係から、本発明の放射線・紫外線照射耐性の高い合成石英ガラスが得るには、金属不純物の総量が５０ｐｐｂ以下が好ましく、さらに２０ｐｐｂ以下、特に１０ｐｐｂ以下が好ましい。
【００２２】
合成石英ガラスでは一般的に、取り扱いやすさ、価格の点などから原料にＳｉＣｌ４が用いられる。このため、合成された石英ガラスには、Ｃｌが残存する可能性があり、このＣｌはガラス内部で直接Ｓｉと結合して≡Ｓｉ−Ｃｌの形態で存在していると考えられる。この≡Ｓｉ−Ｃｌ結合は、放射線・紫外線照射により容易に解裂し欠陥の原因となるため、Ｃｌ含有量は出来るだけ低い方が好ましい。Ｃｌ含有量は１０ｐｐｍ以下であれば耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスとして十分満足出来る性能が得られ、より好ましくは１ｐｐｍ以下で、より高い性能が得られる。
【００２３】
次に本発明の合成石英ガラスの製造方法について説明する。本発明の耐放射線・耐紫外線に優れた合成石英ガラスの製造方法は、運転操作性、生産性、品質安定性、コストなどからスート法が好ましい。以下、スート法について具体的に説明する。
【００２４】
スート法では、例えば、多重管構造の石英ガラス製バーナーの中心からＳｉＣｌ４などの原料を供給し、その外側の管からＨ２およびＯ２を供給して原料を火炎加水分解してシリカ微粒子を合成する。この時のＨ２とＯ２との比を理論量２．０よりＨ２過剰とすることで、酸素過剰型欠陥の生成を抑制できる。ただし、比が３．０を越えると、Ｈ２過剰となり、Ｈ２および酸素欠乏型欠陥の濃度を適切な範囲に保てなくなるので、Ｈ２とＯ２との比は、２．０〜３．０、好ましくは、２．２〜２．６の範囲であることが必要である。
【００２５】
このシリカ微粒子は多量のＯＨ基を含有するため、第１の熱処理として、還元性ガス含有雰囲気で処理を行い、ＯＨ基濃度を適切な範囲まで低減させる。第１の熱処理の条件は特に限定されるものではなく、所望のＯＨ基濃度が得られる条件であればよい。第１の熱処理において、Ｆを含有させるため５００〜１１００℃、好ましくは６００〜８００℃の温度範囲で、Ｆ含有ガス雰囲気による処理を含む事が好ましい。処理時間としては、１〜１０時間が好ましい。
【００２６】
第１の熱処理は、Ｆを含有しないガスによる処理とＦ含有ガスによる処理を併用してもよいし、Ｆ含有ガス処理を単独で行なってもよい。Ｆ含有ガスによる処理温度が１１００℃より高いと、≡Ｓｉ−Ｆ結合が過剰となり石英ガラスの構造が不安定になるばかりでなく、Ｆ含有ガスと石英ガラスの≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合との反応が促進されて還元型欠陥が生成する。逆に５００℃より低い温度で処理するとＦとＯＨ基との反応が不十分となり、所望の濃度Ｆが含有されない。
【００２７】
Ｆを含有するガスとしては、ＳｉＦ４等を例示することができ、Ｆを含有しないガスとしては、Ｃｌ２、ＣＯ等を例示することができる。
【００２８】
第１の熱処理に続いて、１３００℃〜１５５０℃の温度範囲で第２の熱処理を行い、透明ガラス化する。第２の熱処理が１３００℃より低いと透明な石英ガラスが得られない。逆に１５５０℃より高い温度で処理すると、透明ガラス化が急速に進行して構造が不安定となるため、所望の性能が得られない。好ましい処理条件としては、１３５０〜１４５０℃で、１〜１０時間加熱すればよい。
【００２９】
また、第２の熱処理を行う際の雰囲気としては、Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気や不活性ガスに酸素を含有させた雰囲気等を例示することができ、透明ガラス化の際に酸素欠乏型欠陥の生成を抑制するという点で酸素を含有させたガスが好ましい。
【００３０】
原料は、取り扱いおよび入手が容易で、かつ安価であるなどの点からＳｉＣｌ４が望ましい。しかし、本発明は特にこれに限定されるものではない。原料にＳｉＣｌ４などのＣｌ含有ケイ素化合物を使用した場合、金属不純物は塩化物として系外に除去されるため、特別な処理を行う事なく金属不純物含有量を５０ｐｐｂ以下にする事が出来る。
【００３１】
原料にＳｉＣｌ４の様なＣｌ含有物を用いた場合、スート中にＣｌが残留するが、この残留したＣｌは、第１の熱処理の際、ＯＨ基と共に除去されるため特別な処理を行う事なく、Ｃｌ濃度を１０ｐｐｍ以下にする事ができる。
【００３２】
なお、本発明で規定した以外の製造条件については、従来のスート法の一般的な実施条件を適応することができる。
【００３３】
以上記述した条件で合成石英ガラスを製造すれば、汎用的な製造方法、製造設備により、安価で優れた放射線・紫外線照射耐性を有する、耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスを得る事が可能である。
【００３４】
このようにして合成した石英ガラスを、所定の形状に加工、研磨して真空紫外線用光学素材として使用した場合、優れた真空紫外線照射耐性を示し、真空紫外線用光学素材としての使用に特に適している。
【００３５】
【実施例】
以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何等限定されるものではない。なお、以下の実施例において、希釈ガスとしてはＨｅを用いた。
【００３６】
実施例１
原料にＳｉＣｌ４を使用して、スート法により合成石英ガラスインゴットを製造した。石英ガラス製バーナーの中心管から原料を供給し、バーナーの外管からＨ２およびＯ２をＨ２／Ｏ２比（モル比）が２．３となるように供給してスート体を合成した。このスート体を第１の熱処理として、１０ｖｏｌ％（容積％）Ｃｌ２ガス（残部はＨｅ）雰囲気下、１１００℃で２時間熱処理後、０．１ｖｏｌ％ＳｉＦ４ガス（残部はＨｅ）雰囲気下、６００℃で２時間熱処理を行った。第１の熱処理を行ったスート体を、Ｈｅガス雰囲気で１５００℃、５時間熱処理して合成石英ガラスインゴットを得た。
【００３７】
続いて、１００％Ｈ２雰囲気、５００℃、５時間処理して、Ｈ２を含浸させたインゴットを得た。以下の実施例・比較例において、得られたインゴットから厚さ１０ｍｍのテストピースを切り出し、評価用試料とした。
【００３８】
実施例２
Ｈ２／Ｏ２比を２．３とし、Ｈ２含浸処理を行わなかった他は、実施例１と同様に行い、合成石英ガラスインゴットを得た。
【００３９】
実施例３
原料にＳｉＣｌ４を使用して、スート法により合成石英ガラスインゴットを製造した。石英ガラス製バーナーの中心管から原料を供給し、バーナーの外管からＨ２およびＯ２をＨ２／Ｏ２比が２．２となるように供給してスート体を合成した。このスート体を第１の熱処理として、１ｖｏｌ％ＳｉＦ４ガス雰囲気下、６００℃で５時間熱処理を行った。その後、第２の熱処理として、Ｈｅガス雰囲気下で１５００℃、５時間熱処理して合成石英ガラスインゴットを得た。得られたインゴットを１００％Ｈ２雰囲気下、５００℃、５時間処理して、Ｈ２を含浸させて合成石英ガラスインゴットを得た。
【００４０】
実施例４
原料にＳｉＣｌ４を使用して、スート法により合成石英ガラスインゴットを製造した。石英ガラス製バーナーの中心管から原料を供給し、バーナーの外管からＨ２およびＯ２をＨ２／Ｏ２比が２．２となるように供給してスート体を合成した。このスート体を第１の熱処理として、１ｖｏｌ％ＳｉＦ４ガス雰囲気下、６００℃で５時間熱処理を行った。その後、第２の熱処理として、Ｈｅガス雰囲気下で１５００℃、５時間熱処理して合成石英ガラスインゴットを得た。
【００４１】
実施例５
原料にＳｉＣｌ４を使用して、スート法により合成石英ガラスインゴットを製造した。石英ガラス製バーナーの中心管から原料を供給し、バーナーの外管からＨ２およびＯ２をＨ２／Ｏ２比が２．２となるように供給してスート体を合成した。このスート体を第１の熱処理として、０．１ｖｏｌ％ＳｉＦ４ガス雰囲気下、８００℃で５時間熱処理を行った。その後、第２の熱処理として、１０％Ｏ２ガス雰囲気下で１５００℃、５時間熱処理して合成石英ガラスインゴットを得た。
【００４２】
実施例６
Ｈ２／Ｏ２比を２．６とし、第１の熱処理を１０００℃とした他は、実施例５と同様に行い、合成石英ガラスインゴットを得た。
【００４３】
実施例７
原料にＳｉＣｌ４を使用して、スート法により合成石英ガラスインゴットを製造した。石英ガラス製バーナーの中心管から原料を供給し、バーナーの外管からＨ２およびＯ２をＨ２／Ｏ２比が２．２となるように供給してスート体を合成した。このスート体を第１の熱処理として、１０ｖｏｌ％ＣＯガス雰囲気下、１１００℃で５時間熱処理後、０．１ｖｏｌ％ＳｉＦ４ガス雰囲気下、６００℃で２時間熱処理を行った。第１の熱処理を行ったスート体を、Ｈｅガス雰囲気下で１５００℃、５時間熱処理して合成石英ガラスインゴットを得た。
【００４４】
実施例１〜７の試料の製造条件をまとめて表１に示し、各試料の評価結果の一覧を表２に示す。
【００４５】
なお、各試料の含有成分の定量方法は以下の通りである。
【００４６】
ＯＨ基含有量は約２．７μｍの吸収からＩＲ測定法により定量した。
【００４７】
Ｓｉ−Ｈ及びＨ２含有量は、ラマン分光測定法で定量した。Ｓｉ−Ｈ及びＨ２に対応するピークはそれぞれ、約２２５０ｃｍ−１に及び約４１５０ｃｍ−１あらわれる。このピークの面積強度と石英ガラスの基本構造による約８００ｃｍ−１のピークの面積強度との比からＳｉ−Ｈ及びＨ２含有量を算出した。
【００４８】
酸素欠乏型欠陥については、ＶＵＶスペクトルを測定し、１６３ｎｍの吸収係数から、酸素過剰型欠陥は、ＶＵＶ及びＵＶスペクトルを測定し、１８５ｎｍ及び３２６ｎｍの吸収係数から濃度を算出して評価した。
【００４９】
Ｆ含有量は、得られた石英ガラスをアルカリ溶融してイオンクロマト法で求めた。金属不純物含有量はＩＣＰ質量分析法で求めた。Ｃｌ含有量は検量線法により蛍光Ｘ線測定法で定量した。
【００５０】
ＡｒＦエキシマレーザーを１パルス当たりのエネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２で１×１０６パルス照射し、照射前後のＵＶスペクトルから２１５ｎｍの吸収係数を求め、レーザー耐性を評価した。
【００５１】
Ｘ線を照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈ（蛍光Ｘ線装置に試料をセットしてＸ線照射試験を行った。照射条件は、Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ）で２時間照射し、照射前後の２１５ｎｍの吸収係数を求め、放射線耐性を評価した。
【００５２】
比較例１
Ｈ２／Ｏ２比を１．８とした以外は実施例５と同等な条件で合成石英ガラスインゴットを得た。この試料は、酸素過剰型欠陥濃度が２×１０１６個／ｃｍ３であった。この試料における初期透過率は６０％であったが、放射線及び紫外線耐性が劣っていた。
【００５３】
比較例２
Ｈ２／Ｏ２比を３．２とした以外は実施例５と同等な条件で合成石英ガラスインゴットを得た。この試料は、酸素欠乏型欠陥濃度が５×１０１６個／ｃｍ３であった。この試料における初期透過率は８５％であったが、放射線及び紫外線耐性が劣っていた。
【００５４】
比較例３
第１の熱処理を４００℃で行う以外は、実施例５と同等な条件で合成石英ガラスインゴットを得た。この試料のＯＨ基及びＦ含有量は、それぞれ、８０ｐｐｍ及び５５０ｐｐｍであった。この試料の透過率は４５％と低かった。また、Ｘ線及びエキシマレーザーを照射すると２１５ｎｍに吸収が生じ、耐性も劣っていた。
【００５５】
比較例４
第１の熱処理を１００％Ｎ２雰囲気下で、１３００℃で５時間行った後、０．１ｖｏｌ％ＳｉＦ４雰囲気下、１１００℃で５時間行った事以外は、実施例５と同等な条件で合成石英ガラスインゴットを得た。この試料のＯＨ基及びＦ含有量は、それぞれ、１ｐｐｍ及び１８５０ｐｐｍであり、初期透過率は９５％と高いが、放射線照射耐性に劣っていた。
【００５６】
比較例５
第１の熱処理を１２００℃で行った以外は、実施例５と同等な条件で合成石英ガラスインゴットを得た。この試料のＯＨ基及びＦ含有量は、それぞれ、５ｐｐｍ及び２２５０ｐｐｍ、酸素欠乏型欠陥濃度が７×１０１６個／ｃｍ３であった。初期透過率が８０％と高かったが、放射線及び紫外線照射耐性が劣っていた。
【００５７】
比較例６
第２の熱処理を１２５０℃で行った以外は、実施例５と同等な条件で石英ガラスを合成した。この条件では、透明な石英ガラスが得られなかった。
【００５８】
比較例７
第２の熱処理を１６５０℃で行った以外は、実施例５と同等な条件で石英ガラスを合成した。この条件で合成した石英ガラスは、Ｘ線及びＡｒＦエキシマレーザー照射により、２１５ｎｍに吸収が生じ、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。
【００５９】
比較例８
第１の熱処理でＳｉＦ４処理後Ｈ２処理を行った以外は、実施例５と同等な条件で石英ガラスを合成した。この条件で合成した石英ガラスには、Ｓｉ−Ｈ結合が生成し、Ｘ線及びＡｒＦエキシマレーザー照射により、２１５ｎｍに吸収が生じ、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。
【００６０】
比較例９
第１の熱処理でＳｉＦ４処理後Ｃｌ２処理を行った以外は、実施例５と同等な条件で石英ガラスを合成した。この条件で合成した石英ガラスは、Ｃｌを３０ｐｐｍ含有しており、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。
【００６１】
比較例１〜９の試料の製造条件をまとめて表１に示し、各試料の評価結果の一覧を表２に示す。表２に示すように、本発明の範囲の合成石英ガラスである実施例の試料は、耐放射線・耐紫外線用光学材料として優れた性能を持つ合成石英ガラスである。
【００６２】
【表１】
2005067913.tif 000002
【表２】
2005067913.tif 000003
【発明の効果】
本発明の方法により、放射線及び紫外線照射耐性に優れた合成石英ガラスの提供が可能となった。本発明の方法では、石英ガラス中のＯＨ基、Ｆ、Ｓｉ−Ｈ結合、酸素欠乏型欠陥及び酸素過剰型欠陥の各濃度を制御することで構造を安定化して、紫外線領域の透過率を向上させると共に、放射線及び紫外線照射耐性を高めているので、特殊な製造方法による事なく、安価で、優れた耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスの提供が可能である。