JP2005298330A - 合成石英ガラスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均質性および耐紫外線性に優れた合成石英ガラスの提供。
【解決手段】紫外域から真空紫外域の光を照射して使用される光学用合成石英ガラスにおいて、ＯＨ基およびフッ素を含有する合成石英ガラスで形成され、光使用領域においてＯＨ基濃度の変動幅が１５ｐｐｍ以下、フッ素濃度の変動幅が１５ｐｐｍ以下であり、かつ塩素濃度が２５ｐｐｍ以下である合成石英ガラス。
【選択図】なし

Description

本発明は、波長４００ｎｍ以下の紫外線を光源とする装置の光学部材に用いられる合成石英ガラスおよびその製造方法に関する。より詳細にはエキシマレーザ（ＸｅＣｌ：３０８ｎｍ、ＫｒＦ：２４８ｎｍ、ＡｒＦ：１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）、低圧水銀ランプ（１８５ｎｍ）、Ｘｅ₂ ^*エキシマランプ（１７２ｎｍ）、重水素ランプ（１１０〜４００ｎｍ）などの光源から発せられる紫外域から真空紫外域までの光に用いられるレンズ（投影系、照明系）、プリズム、エタロン、フォトマスク、ペリクル（ペリクル材、ペリクルフレームまたはその両者）、窓材などの光学部材（製品化したものと半製品化したものとを含む）として用いられる合成石英ガラスおよびその製造方法に関する。

合成石英ガラスは、近赤外域から真空紫外域までの広範囲の波長域にわたって透明な材料であること、熱膨張係数がきわめて小さく寸法安定性に優れていること、また、金属不純物をほとんど含有しておらず高純度であることなどの特徴がある。そのため、従来のｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）を光源として用いた光学装置の光学部材には合成石英ガラスが主に用いられてきた。

近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、ウエハ上に集積回路パターンを描画する光リソグラフィ技術において、より線幅の細い微細な描画技術が要求されており、これに対応するために露光光源の短波長化が進められている。例えばリソグラフィ用ステッパの光源には、従来のｇ線、ｉ線に代わって、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザが用いられつつあり、さらにはＦ₂レーザが用いられようとしている。

また、低圧水銀ランプ、Ｘｅ₂ ^*エキシマランプや重水素ランプは、１）光ＣＶＤなどの装置、２）シリコンウェハのアッシング装置やエッチング装置、または３）オゾン発生装置などに用いられており、また今後光リソグラフィ技術に適用すべく開発が進められている。低圧水銀ランプ、エキシマランプ、重水素ランプなどに用いられるガス封入管、または前述の短波長光源を用いた光学装置など、これらの短波長光を照射して用いる光学部材にも合成石英ガラスを用いる必要がある。

これらの光学部材に用いられる合成石英ガラスは、紫外域から真空紫外域にわたる波長での光透過性が要求されるとともに、紫外線照射により透過率が低下しないこと（以下、単に「耐紫外線性」という）が要求される。また、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂レーザ、低圧水銀ランプ、Ｘｅ₂ ^*エキシマランプ、重水素ランプ等等の光を照射して用いられる光学部材には、波長２００ｎｍ以下の真空紫外域での光透過性（以下、単に「真空紫外線透過性」という）に優れることが要求される。また、波長２００ｎｍ以下の光に使用する光学部材では、従来よりもさらに屈折率変動幅（Δｎ）が小さいこと（以下、「均質性」という）も要求される。

従来の合成石英ガラスでは、例えばＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザなどの光源から発せられる高エネルギ光を照射すると、紫外域に新たな吸収帯を生じ、紫外線を光源とした光学系を構築する際の光学部材としては問題があった。すなわち、紫外線が長時間照射されると、いわゆるＥ’センタ（≡Ｓｉ・）と呼ばれる略２１５ｎｍの吸収帯とＮＢＯＨＣ（非架橋酸素ラジカル：≡Ｓｉ−Ｏ・）と呼ばれる略２６０ｎｍの吸収帯が生起する。

これらの吸収帯が生起する原因は大きく二つに分類でき、一つは合成石英ガラス中の構造欠陥、すなわち≡Ｓｉ−Ｓｉ≡（酸素欠乏型欠陥）や≡Ｓｉ−Ｈなどの還元型欠陥、あるいは≡Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ≡などの酸化型欠陥によるもの、別の一つは合成石英ガラス中の不安定な構造、すなわち三員環構造や四員環構造によるものである。これらの欠陥が、次式（１）〜（４）に示すように、紫外線照射により切断され、常磁性欠陥（Ｅ’センタおよびＮＢＯＨＣ）が生成し、常磁性欠陥があると透過率の低下、耐紫外線性の低下、絶対屈折率の上昇、屈折率分布の変動や蛍光が生じると考えられている。

≡Ｓｉ−Ｓｉ≡ ＋ ｈν → ２≡Ｓｉ・ （１）
≡Ｓｉ−Ｈ ＋ ｈν → ≡Ｓｉ・ ＋ Ｈ・ （２）
≡Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ≡ ＋ ｈν → ２≡Ｓｉ−Ｏ・ （３）
≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡ ＋ ｈν →≡Ｓｉ・ ＋ ≡Ｓｉ−Ｏ・ （４）

これらの問題を解決するために種々の方法が検討されており、合成石英ガラス中に水素分子を何らかの形で含有させればよいことが知られている。例えば、特許文献１には、合成石英ガラス中に水素分子を５×１０¹⁶分子／ｃｍ³以上含有し、かつＯＨ基を１００ｐｐｍ以上含有させることにより、紫外線照射による透過率低下を抑制する方法が開示されている。

しかし合成石英ガラス中のＯＨ基は、紫外線照射により下記式（５）の反応が進んでＮＢＯＨＣが生じ２６０ｎｍ吸収および６５０ｎｍ蛍光が生成するため問題であった。
≡Ｓｉ−ＯＨ ＋ ｈν → ≡Ｓｉ−Ｏ・（ＮＢＯＨＣ）＋Ｈ・ （５）

たとえ水素分子を含有させても式（５）の反応を完全には防げず、特にＯＨ基濃度が多い場合には６５０ｎｍ蛍光が強くなり、問題であった。またＯＨ基濃度が多いと、１５０〜１８０ｎｍにおける光の透過率が低下するため、特に低圧水銀ランプ、Ｘｅ₂ ^*エキシマランプ、Ｆ₂レーザなどを光源とする装置に使用される場合には問題であった。

こうした問題を解決すべく、特許文献２には、ＯＨ基濃度が１０ｐｐｍ以下かつハロゲン濃度が４００ｐｐｍ以上であり水素分子を含有する合成石英ガラスが提案されている。この合成石英ガラスによれば、ＯＨ基濃度が少ないため耐紫外線性にも優れ、さらに１５０〜１８０ｎｍにおいて高い透過率が得られる。

この特許文献２には、（１）ガラス形成原料を火炎加水分解して多孔質石英ガラス体を形成する工程と、（２）多孔質石英ガラス体をハロゲン含有雰囲気下にて８００〜１２５０℃の温度で加熱し脱水処理する工程と、（３）脱水処理した多孔質石英ガラス体を透明ガラス化温度まで昇温し透明ガラス化する工程と、（４）透明ガラス化した合成石英ガラスを水素を含む雰囲気下で５００〜１１００℃の温度にて加熱処理し水素を含有させる工程とからなることを特徴とする製造方法が提案されている。

さらに、高温で水素を含有した雰囲気下に合成石英ガラスを保持すると≡Ｓｉ−Ｓｉ≡および≡Ｓｉ−Ｈの還元型欠陥が生成しやすくなるため、特許文献３には、特許文献２に開示の方法とほぼ同様に、透明ガラス化したフッ素含有石英ガラスを形成し、さらに５００℃以下の温度で水素を含有した雰囲気下で水素を含有させる製造方法が提案されている。

しかし本発明者らが、特許文献２や特許文献３に記載される方法について検討した結果、必ずしも充分な耐紫外線性が得られない場合があることが判明した。すなわち、多孔質石英ガラス体をフッ素化合物を含んだ雰囲気下で８００〜１２５０℃の高温で処理すると、前記≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥が生成する。この≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥は、前述のように紫外線照射によりＥ’センタを生成するだけでなく、２４５ｎｍおよび１６３ｎｍに吸収を持つため問題であった。

また≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥は、たとえ水素含有処理を行っても下記式（６）により≡Ｓｉ−Ｈが生成し、この≡Ｓｉ−Ｈも紫外線照射によりＥ’センタを生成するため問題であった。
≡Ｓｉ−Ｓｉ≡ ＋ Ｈ₂ → ≡Ｓｉ−Ｈ ＋ ≡Ｓｉ−Ｈ （６）

一方、真空紫外線透過性の向上を図るために、特許文献４には、ＯＨ基濃度が２００ｐｐｍ以下、塩素濃度が２ｐｐｍ以下、かつ≡Ｓｉ−Ｓｉ≡濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以下である合成石英ガラスが提案されている。特許文献５には、ＯＨ基濃度が１０〜４００ｐｐｍかつ還元型欠陥および酸化型欠陥の濃度がそれぞれ５×１０¹⁶個／ｃｍ³以下である合成石英ガラスが提案されている。特許文献６には、ＯＨ基濃度が１００〜２０００ｐｐｍ、かつ遷移金属、アルカリ金属やアルカリ土類金属をそれぞれ所定濃度以下含む合成石英ガラスが提案されている。
これら従来の合成石英ガラスは、いずれもＯＨ基濃度を所定の範囲にすることにより真空紫外線透過性の向上を図るものであるが、必ずしも真空紫外域において高い透過率が得られなかった。

また、合成石英ガラスの均質性を確保する方法として、特許文献７には、合成石英ガラス中にＯＨ基および塩素を含有させ、ＯＨ基および塩素濃度の変動幅を調整する方法が提案されている。しかしながら、塩素は≡Ｓｉ−Ｃｌの形で合成石英ガラス中に存在し、この≡Ｓｉ−Ｃｌの結合は結合エネルギーが７〜８ｅＶと弱く、紫外線照射によって下式に示すように容易に開裂し、やはりＥ’センタが生起する。
≡Ｓｉ−Ｃｌ ＋ ｈν → ≡Ｓｉ・（Ｅ’センタ） ＋ Ｃｌ・
したがって、上記特許文献に示される方法では均質性に優れた合成石英ガラスが得られるものの、耐紫外線性に問題があった。

特開平３−８８７４２号公報 特開平６−２２７８２７号公報 特開平８−７５９０１号公報 特開平８−９１８６７号公報 特開平９−２３５１３４号公報 特開平７−２６７６７４号公報 特公平６−２７０１４号公報

本発明は、Ｅ’センタおよび蛍光発光の発生が低減され、耐紫外線性に優れる合成石英ガラスを提供する。
本発明は、また、真空紫外線透過性に優れる合成石英ガラスを提供する。
本発明は、均質性に優れる合成石英ガラスを提供する。
本発明は、これらの合成石英ガラスを製造するために好適な方法を提供する。

本発明者らは、耐紫外線性および紫外線透過性に対して、合成石英ガラス中のハロゲン濃度が及ぼす影響、ならびに合成石英ガラス中の不安定な構造が及ぼす影響について、詳細な検討を行なった。その結果、合成石英ガラス中において、フッ素は≡Ｓｉ−Ｆの形で存在し、この≡Ｓｉ−Ｆ結合は結合エネルギーが２０ｅＶ以上と非常に強く紫外線照射によっても開裂しないため、耐紫外線性については問題ないことを知見した。さらにフッ素は、その機構は定かではないが、石英ガラス中の歪んだ構造を低減し、耐紫外線性を改善することを知見した。

そこで、本発明は、フッ素を含有し、レーザラマンスペクトルにおける８００ｃｍ^-1の散乱ピーク強度Ｉ₈₀₀に対する２２５０ｃｍ^-1の散乱ピーク強度Ｉ₂₂₅₀の値（Ｉ₂₂₅₀／Ｉ₈₀₀）が１×１０^-4以下であり、かつ２４５ｎｍの光の吸収係数（以下、単に２４５ｎｍの吸収係数という）が２×１０^-3ｃｍ^-1以下である合成石英ガラスを提供する。

８００ｃｍ^-1の散乱ピークは≡Ｓｉ−Ｏ−の結合（ケイ素と酸素との間の基本振動）を示すピークであり、２２５０ｃｍ^-1の散乱ピークは還元型欠陥である≡Ｓｉ−Ｈの結合を示すピークであって、Ｉ₂₂₅₀／Ｉ₈₀₀の値は、≡Ｓｉ−Ｈ欠陥の濃度（≡Ｓｉ−Ｈ濃度）の指標となる。本発明においては、Ｉ₂₂₅₀／Ｉ₈₀₀が１×１０^-4以下であることが重要である。１×１０^-4超では、Ｅ’センタを生起しやすい。

２４５ｎｍの吸収係数は、やはり還元型欠陥である≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥の濃度の指標となる。本発明においては、２４５ｎｍの吸収係数が２×１０^-3ｃｍ^-1以下であることが重要である。２×１０^-3ｃｍ^-1超では、やはりＥ’センタを生起しやすい。また、２×１０^-3ｃｍ^-1超では、１５０〜１８０ｎｍにおける高透過性の達成が困難となる。また、１６３ｎｍの光の吸収も低減されていることが好ましい。
本発明における２２５０ｃｍ^-1の散乱ピークの規定、および２４５ｎｍの吸収係数の規定は、還元型欠陥量を規定するものである。

Ｅ’センタの濃度は、ＫｒＦエキシマレーザ光をショット照射した直後の２１４ｎｍの光の透過率を紫外可視分光光度計により測定し、照射前後での吸収係数変化量Δｋ₂₁₄［ｃｍ^-1］を求めることで評価できる。Δｋ₂₁₄は、１×１０^-1以下であることが好ましい。特に、１×１０^-2以下であることが好ましい。

蛍光発光の程度は、ＫｒＦエキシマレーザ光をショット照射した場合の６５０ｎｍ蛍光強度Ｌ₆₅₀およびＫｒＦエキシマレーザ散乱光強度Ｓ₂₄₈をＫｒＦレーザ光の入射軸の直角方向から測定し、ＫｒＦレーザ（２４８ｎｍ）散乱光強度に対する６５０ｎｍ蛍光強度の比Ｌ₆₅₀／Ｓ₂₄₈を求めることにより評価できる。Ｌ₆₅₀／Ｓ₂₄₈は、５×１０^-4以下であることが好ましく、１×１０^-4以下であることが特に好ましい。

また、本発明者らは、耐紫外線性に対する合成石英ガラス中のハロゲン濃度およびＯＨ基濃度の影響についてさらに詳細な検討を行った結果、合成石英ガラス中において、フッ素と塩素はその作用が異なり、塩素は≡Ｓｉ−Ｃｌの形で合成石英ガラス中に存在し、この≡Ｓｉ−Ｃｌ結合は結合エネルギが７〜８ｅＶと弱く、紫外線照射によって次式（７）
≡Ｓｉ−Ｃｌ ＋ ｈν → ≡Ｓｉ・（Ｅ'センター）＋ Ｃｌ・ （７）
に示すように容易に開裂し、前記Ｅ'センターを生じるため、耐紫外線性を低下させることを知見した。

なお塩素を含有しないガラス原料を用いて製造した、塩素を含有しない合成石英ガラスも提案されている（特開平７−２９１６３５号公報）。これは高エネルギ光線の照射による透過率の低下抑止のためにフッ素濃度を１０００ｐｐｍ以上とし、酸素欠乏型欠陥≡Ｓｉ−Ｓｉ≡による２４５ｎｍでの吸収を抑制するためにＯＨ基濃度を５０ｐｐｍ以上としたものであるが、その反面１５０〜１８０ｎｍにおける透過率の低下問題に言及しておらず、低圧水銀ランプ、Ｘｅ₂ ^*エキシマランプおよびＦ₂レーザなどを光源とする装置に使用するに際し支障があった。

そこで常磁性欠陥の生成自体を抑制して、本質的な耐紫外線性の向上を達成するためには、合成石英ガラス中のＯＨ基、塩素、フッ素濃度の最適化を図る必要があると考え、この点に関する検討をさらに行った結果、合成石英ガラス中のフッ素濃度を増やし、塩素濃度を低減すれば、ＯＨ基濃度がやや少なくなっても耐紫外線性に優れた合成石英ガラスが得られることを見い出した。

すなわち、本発明は、フッ素を含有して還元型欠陥を特定量以下とし、塩素濃度が１００ｐｐｍ以下である合成石英ガラスを提供する。特に、合成石英における不安定な構造、Ｅ’センター、蛍光発光の抑制に有効で、優れた耐紫外線性を示す合成石英ガラスとして、合成石英ガラス中のＯＨ基濃度が５０ｐｐｍ未満、フッ素濃度が１００ｐｐｍ以上、塩素濃度が１００ｐｐｍ以下、水素分子濃度が５×１０¹⁶分子／ｃｍ³以上であることを特徴とする合成石英ガラスが好ましい。

また、合成石英ガラス中のハロゲン濃度および水素分子濃度が及ぼす影響、ならびに石英ガラス中の不安定な構造が及ぼす影響の相互の関係について検討した。その結果、フッ素ドープにより不安定な構造の存在量を一定の限度まで低減するとともに、水素分子の含有による常磁性欠陥の修復作用を併用すれば、短波長光源から発せられる光に対する合成石英ガラスの紫外線透過性および耐紫外線性を満足できるレベルまで向上できることを知見した。

そこで、本発明の合成石英ガラスの中でも、石英ガラス中の不安定な構造に帰属されるレーザラマンスペクトルの４９５ｃｍ^-1の散乱ピーク強度（Ｉ₁）および６０６ｃｍ^-1の散乱ピーク強度（Ｉ₂）と、４４０ｃｍ^-1の散乱ピーク強度（Ｉ₀）との強度比Ｉ₁／Ｉ₀およびＩ₂／Ｉ₀が特定の範囲にある合成石英ガラスが、紫外線透過性および耐紫外線性の向上に有効であることを知見した。

そこで、本発明は、前記知見に基づき、フッ素を含有して、還元型欠陥を特定量以下として、かつレーザーラマンスペクトルにおける４９５ｃｍ^-1の散乱ピーク強度（Ｉ₁）および６０６ｃｍ^-1の散乱ピーク強度（Ｉ₂）が、４４０ｃｍ^-1の散乱ピーク強度（Ｉ₀）に対してそれぞれＩ₁／Ｉ₀≦０．５８５、Ｉ₂／Ｉ₀≦０．１３６であることを特徴とする合成石英ガラスをも提供する。特にフッ素を１００ｐｐｍ以上、水素分子を５×１０¹⁶分子／ｃｍ³以上含有することが好ましい。

本発明の合成石英ガラスは、フッ素濃度が１００ｐｐｍ（重量ｐｐｍの意であり、以下も同様。ｐｐｂについても同様。）以上であることが好ましい。１００ｐｐｍ未満では、合成石英ガラス中の不安定な構造を低減する作用が充分でない場合がある。フッ素濃度が４００ｐｐｍ以上であることがより好ましく、４００〜３０００ｐｐｍの範囲が特に好ましい。フッ素の濃度が３０００ｐｐｍを超えて含有する場合には、還元型欠陥が生成して耐紫外線性が低下するおそれがある。

本発明の合成石英ガラスは、ＯＨ基濃度が１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。１００ｐｐｍ超では、略１７０ｎｍ以下の波長領域での透過率が低下し、例えば、Ｘｅ₂ ^*エキシマランプ、Ｆ₂レーザ、重水素ランプを光源とする装置の光学部材として適さないおそれがある。ＯＨ基濃度が５０ｐｐｍ以下であれば、良好な耐紫外線性が得られ、真空紫外域において高い透過率が得られる点で、２０ｐｐｍ以下、さらには１０ｐｐｍ未満が好ましい。特に、ＯＨ基濃度は波長２００ｎｍ以下の真空紫外域における光透過性に影響を及ぼし、波長１７５ｎｍ以下の真空紫外域の光に使用される合成石英ガラスでは、ＯＨ基濃度が１０ｐｐｍ未満であることが好ましい。さらに、波長１６０ｎｍ以下の真空紫外域の光に使用される合成石英ガラスでは、ＯＨ基濃度が５ｐｐｍ以下であることが好ましい。

また、合成石英ガラス中の酸素欠乏型欠陥（≡Ｓｉ−Ｓｉ≡）は、真空紫外線透過性に大きな影響を及ぼし、この酸素欠乏型欠陥は、波長１６３ｎｍを中心とする吸収帯を有する。波長１６３ｎｍにおける内部透過率Ｔ₁₆₃（％／ｃｍ）は、合成石英ガラス中のＯＨ基濃度Ｃ_OH（ｐｐｍ）により次式（ｉ）のように推測される。
Ｔ₁₆₃（％／ｃｍ）≧ｅｘｐ（−０．０２Ｃ_OH ^0.85）×１００ （ｉ）

しかし、酸素欠乏型欠陥があると、１６３ｎｍを中心とした吸収帯があるため、実際の波長１６３ｎｍにおける透過率（Ｔ₁₆₃）は、式（ｉ）の右辺の値よりも小さくなり、さらに、その吸収帯の大きさにもよるが、波長２００ｎｍ以下の透過率が低下する。したがって、酸素欠乏型欠陥を実質的に含有しないことが、優れた真空紫外線透過性を得るために重要であり、酸素欠乏型欠陥を実質的に含有しないこと、すなわち、波長１６３ｎｍにおける内部透過率に関する式（ｉ）を満足することが好ましい。

また、本発明による合成石英ガラスは、真空紫外線透過性の観点から、１５７ｎｍにおける内部透過率が７０％／ｃｍであることが好ましく、特に内部透過率が８０％／ｃｍ以上であることが好ましい。

本発明の合成石英ガラスにおいて、塩素濃度は、少なければ少ないほど好ましく、塩素濃度は１００ｐｐｍ以下であれば、良好な耐紫外線性が得られ、均質性の点からは２５ｐｐｍ以下が好ましく、特に良好な真空紫外線透過性が得られる点から１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。さらに、波長１７５ｎｍ以下の真空紫外域における耐紫外線性の点では、塩素は極力少ない方が好ましく、具体的には１００ｐｐｂ以下、特に５０ｐｐｂ以下が好ましい。

本発明の合成石英ガラスにおいて、水素分子濃度が５×１０¹⁶分子／ｃｍ³以上にすると、紫外線照射により生成した常磁性欠陥を修復する作用を生じる。特に、水素分子濃度が１×１０¹⁷分子／ｃｍ³以上、さらには１×１０¹⁷〜５×１０¹⁸分子／ｃｍ³、特に５×１０¹⁷〜５×１０¹⁸分子／ｃｍ³であることが好ましい。

一方、石英ガラスネットワーク中の≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合におけるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合角はある分布を有している。合成石英ガラス中の不安定な構造とは、歪んだ≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合のことをいう。合成石英ガラス中の不安定な構造は、正常な構造に比べて結合エネルギーが弱いため、不安定な構造が多いほど真空紫外線透過性が低下する。この不安定な構造は、合成石英ガラスの仮想温度に依存するとともに、合成石英ガラス中のフッ素濃度に影響を受ける。すなわち、合成石英ガラス中にフッ素をドープすると不安定な構造を低減することができ、また仮想温度が低いほど不安定な構造は低減される。具体的には合成石英ガラスの仮想温度が１１００℃以下であれば、不安定な構造を低減することができ、優れた真空紫外線透過性が得られる。この場合、フッ素濃度は１００ｐｐｍ以上であることが好ましい。本発明において、仮想温度とは、Ａ．Ａｇａｒｗａｌらの方法（Ｊ．Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔ．，１８５，１９１，１９９５）を用いて求めた仮想温度をいう。

本発明の合成石英ガラス中のアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属等の金属不純物は、紫外域から真空紫外域における透過率を低下させるだけでなく、耐紫外線性を低下させる原因ともなるため、その濃度は極力少ない方が好ましい。具体的には金属不純物の合計量が１００ｐｐｂ以下、特に５０ｐｐｂ以下が好ましい。

また、合成石英ガラスにおいて、石英ガラス中のＯＨ基およびフッ素は屈折率に影響を与えるため、ＯＨ基およびフッ素の濃度に分布が存在すると、均質性が悪化する。

そこで常磁性欠陥の生成自体を抑制して耐紫外線性を向上させ、かつ、均質性の向上を達成するためには、ＯＨ基、フッ素濃度の分布を最適化する必要があると考え、この点に関する検討を行った。その結果、光が透過する領域、すなわち光使用領域におけるフッ素濃度およびＯＨ基濃度の分布を制御することにより、フッ素濃度およびＯＨ基濃度の変動幅をともに、１５ｐｐｍ以下の範囲とすると、均質性を向上できるという知見を得た。
また、光が通過する領域において、ＯＨ基とフッ素が互いに濃度分布を打ち消しあうように分布する場合には、フッ素濃度およびＯＨ基濃度の変動幅の上限を２５ｐｐｍ以下としても、均質性を向上できるという知見も得た。

よって、本発明は、紫外域から真空紫外域の光を照射して使用される光学用合成石英ガラスにおいて、ＯＨ基およびフッ素を含有する合成石英ガラスで形成され、光使用領域においてＯＨ基濃度の変動幅が１５ｐｐｍ以下、フッ素濃度の変動幅が１５ｐｐｍ以下であり、かつ塩素濃度が２５ｐｐｍ以下である合成石英ガラスを提供する。
さらに、均質性および耐紫外線性に優れた合成石英ガラスとして、ＯＨ基およびフッ素を含有する合成石英ガラスで形成され、光使用領域において、ＯＨ基とフッ素が互いに濃度分布を打ち消しあうように分布し、かつＯＨ基濃度の変動幅が２５ｐｐｍ以下、フッ素濃度の変動幅が２５ｐｐｍ以下、および塩素濃度が２５ｐｐｍ以下である合成石英ガラスを提供する。

本発明において、光使用領域におけるＯＨ基濃度の変動幅およびフッ素濃度の変動幅が、ともに１５ｐｐｍ以下である合成石英ガラスは、優れた均質性を安定して発現できるため、好ましい。また、光使用領域において、ＯＨ基とフッ素が互いに濃度分布を打ち消しあうように分布する場合には、ＯＨ基濃度の変動幅が２５ｐｐｍ以下、およびフッ素濃度の変動幅が２５ｐｐｍ以下である合成石英ガラスであっても、優れた均質性を安定して発現できる。
このとき、入射光に直交する平面内における屈折率変動幅（Δｎ）が２０×１０^-6以下であることが好ましく、特に１０×１０^-6以下、さらには５×１０^-6以下であることが好ましく、最も好ましくは２×１０^-6以下である。
このΔｎの観点からは、光使用領域におけるフッ素濃度の変動幅とＯＨ基濃度の変動幅との合計が５ｐｐｍ以下であることが、特に好ましい。

本発明によれば、紫外線透過性に優れるとともに、エキシマレーザなどの光源からの高エネルギ光や放射線などの照射によるＥ’センタの発生に基づく透過率の低下や蛍光発光が低減され、耐紫外線性に優れる合成石英ガラスが得られる。
また、本発明によれば、真空紫外線透過性に優れた合成石英ガラスを得ることができる。特に、波長２００ｎｍ以下の真空紫外域でも透過率の高い合成石英ガラスを得ることができる。
さらに、本発明によれば、均質性および耐紫外線性に優れた合成石英ガラスを得ることができる。
したがって、本発明の合成石英ガラスは、紫外域から真空紫外域までの光に使用される光学系を構成する部材としてきわめて好適である。
また、本発明によれば，上記の耐紫外線性、真空紫外線透過性、または均質性に優れる合成石英ガラスを容易に製造することができる。

本発明において、光使用領域とは、合成石英ガラスの使用時に、紫外域から真空紫外域までの光が透過または反射する領域をいう。さらに、本発明において、ＯＨ基とフッ素が互いに濃度分布を打ち消しあうように分布するとは、合成石英ガラスの光が通過する領域において、入射光に直交する任意の平面におけるフッ素濃度およびＯＨ基濃度が互いに増減を相補する分布状態にあることをいう。すなわち、例えば、フッ素濃度が任意の平面の中心から外側に向けて増加する場合には、ＯＨ基濃度は平面の中心から外側に向けて減少するように分布している状態、またはその逆の分布状態をいう。具体的には、後記の例８２〜９４の合成石英ガラスについて、表１４〜１７に示すフッ素濃度およびＯＨ基濃度の分布状態を表すグラフに図示されるように、入射光に直交する平面において、フッ素濃度が中心で最小値となる下に凸のグラフを示すのに対して、ＯＨ基濃度が中心で最大値となる上に凸のグラフを示し、両者の濃度が相補関係にある分布状態であること、またはその逆の相補関係にある分布状態をいう。

本発明において、合成石英ガラスを製造する方法としては、直接法、スート法（ＶＡＤ法、ＯＶＤ法）、プラズマ法等を挙げることができる。製造時の温度が低く、塩素および金属などの不純物の混入を避けることができる観点で、スート法が特に好ましい。また、スート法によれば、フッ素をドープすることで、ＯＨ基がフッ素により置換される。スート法によれば、フッ素ドープ量と置換されるＯＨ基量とはほぼ等しく、ＯＨ基を効率よく減少させることができるため、ＯＨ基濃度の少ない紫外線透過性に優れた合成石英ガラスを生産性よく得ることができる。

スート法によって、本発明の合成石英ガラスを製造する方法を具体的に説明する。
このスート法による合成石英ガラスの製造は、下記の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の工程を含む方法である。
（ａ）石英ガラス形成原料を火炎加水分解させ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体を形成させる工程と、
（ｂ）多孔質石英ガラス体をフッ素含有雰囲気下にて保持し、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を得る工程と、
（ｃ）フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を透明ガラス化温度まで昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した透明石英ガラス体を得る工程

水素分子が含有される場合には、下記（ａ）、（ｂ’）、（ｃ’）、（ｄ）の各工程をこの順で行うことで製造される。
（ａ）石英ガラス形成原料を火炎加水分解させ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体を形成させる工程。
（ｂ’）多孔質石英ガラス体を６００℃以下の温度にフッ素含有雰囲気下にて保持し、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を得る工程。
（ｃ’）フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を実質的にフッ素を含まない雰囲気下にて透明ガラス化温度まで昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した透明石英ガラス体を得る工程。
（ｄ）フッ素を含有した透明石英ガラス体を６００℃以下の温度に水素ガス含有雰囲気下にて保持し、フッ素を含有した透明石英ガラス体に水素を含有させて合成石英ガラスを得る工程。

多孔質石英ガラス体をフッ素化合物を含んだ雰囲気下で保持する際の温度が高いと、≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥が生成しやすい。すなわち、多孔質石英ガラス体をフッ素化合物を含んだ雰囲気下で高温で処理すると、フッ素化合物の活性が強く下記式（８）、（９）により≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥が生成する傾向にある。

≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡ → ≡Ｓｉ−Ｓｉ≡ （８）
フッ素化合物
≡Ｓｉ−ＯＨ → ≡Ｓｉ−Ｆ （９）
フッ素化合物

したがって６００℃以下の低温にてフッ素化合物を含んだ雰囲気にて多孔質石英ガラス体を処理すれば、フッ素化合物の活性を抑制でき、式（８）の反応が生じることなく上記式（９）の反応のみ起こるため、≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥は生成しない。

以下、各工程について説明する。工程（ａ）においては、石英ガラス形成原料を酸素ガスおよび水素ガスを多重管バーナーに供給し、火炎加水分解させ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体を形成させる。石英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限定されないが、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などのヨウ化物、といったハロゲン化ケイ素化合物、またはＲ_nＳｉ（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が挙げられる。また前記基材としては石英ガラス製の種棒（例えば特公昭６３−２４９７３記載の種棒）を使用できる。また棒状に限らず板状の基材を使用してもよい。また、酸素ガスと水素ガスとの比率は、水素過剰雰囲気であると還元型欠陥が生成するため、酸素過剰雰囲気が好ましく、具体的には酸素ガスに対する水素ガスの比率は１．６〜１．９が好ましい。

次に、工程（ｂ）において、前記多孔質石英ガラス体を６００℃以下の温度にフッ素含有雰囲気下にて保持し、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を得る。このフッ素含有雰囲気としては、含フッ素ガス（例えばＳｉＦ₄、ＳＦ₆、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄、Ｆ₂）を０．１〜１００体積％、特に１〜２０体積％含有する不活性ガス雰囲気が好ましい。これらの雰囲気下、６００℃以下の温度にて圧力０．１〜１０気圧で数十分〜数時間処理することが好ましい。特に、５００〜１００℃の高温下でフッ素ドープを行なう場合は酸素を５〜９０体積％含有する雰囲気とし、還元型欠陥の生成を抑制することが好ましい。なお、本明細書において、「気圧」および後述する「Ｔｏｒｒ」は、ともにゲージ圧ではなく絶対圧の意である。

さらに、工程（ｂ）においては、多孔質石英ガラス体へ均一に短時間でフッ素をドープできることから、１２００℃以下、好ましくは６００℃以下の所定温度に減圧下（好ましくは１００Ｔｏｒｒ以下、特に１０Ｔｏｒｒ以下）で保持した状態とし、次いで、含フッ素ガスを常圧になるまで導入し、フッ素含有雰囲気とすることが好ましい。

次に、工程（ｃ）において、前記フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を実質的にフッ素を含まない雰囲気下にて透明ガラス化温度まで昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した透明石英ガラス体を得る。透明ガラス化温度は、１３００℃以上であり、好ましくは１３００〜１６００℃であり、１３５０〜１５００℃であることが特に好ましい。

実質的にフッ素を含まない雰囲気としては、工程（ｃ）による処理開始時において、含フッ素ガス（例えばＳｉＦ₄、ＳＦ₆、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄、Ｆ₂）が０．１体積％以下であれば特に限定されず、ヘリウムなどの不活性ガス１００％の雰囲気、またはヘリウムなどの不活性ガスを主成分とする雰囲気であることが好ましい。圧力については、減圧または常圧であればよい。特に常圧の場合はヘリウムガスを使用できる。また、減圧の場合は１００Ｔｏｒｒ以下、特に１０Ｔｏｒｒ以下が好ましい。

また、工程（ｂ）と（ｃ）との間に、雰囲気を減圧し、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を減圧下に所定時間放置する工程（ｅ）をさらに有することが好ましい。具体的には、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を、前記工程（ｂ）のフッ素ドープを行う温度において、圧力１００Ｔｏｒｒ以下、より好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気中で数十分〜数時間保持する工程を含むことが好ましい。工程（ｂ）の後には、雰囲気からフッ素を取り除くことが必要である。常圧でもよいが長時間を要するため、工程（ｅ）のように減圧にすれば短時間でフッ素を取り除ける。

次いで、工程（ｄ）においては、工程（ｃ）で得られたフッ素を含有した透明石英ガラス体を水素ガスを含んだ雰囲気中にて、温度６００℃以下で加熱処理して、合成石英ガラスを得る。圧力は、例えば１〜３０気圧である。６００℃以下で水素処理を行うことにより、≡Ｓｉ−Ｈおよび≡Ｓｉ−Ｓｉ≡の還元型欠陥の生成を防止できる。水素ガスを含んだ雰囲気としては、水素ガスを０．１〜１００体積％含有する不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。さらに仮想温度を制御するためには以下の工程（ｆ）を透明石英ガラス体に行なうことが好ましい。

工程（ｆ）：フッ素を含有した透明石英ガラス体を、８００℃〜１１００℃の温度にて５時間以上保持した後、１０℃／ｈｒ以下の降温速度で７５０℃以下まで降温する熱処理を行ない、合成石英ガラスの仮想温度を制御する。７５０℃以下まで降温した後は放冷できる。この場合の雰囲気は、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガス１００％の雰囲気下、これらの不活性ガスを主成分とする雰囲気下、又は空気雰囲気下で、圧力は減圧又は常圧が好ましい。

また、本発明の合成石英ガラスにおいてＯＨ基を極力低減するためには、工程（ａ）の後に、多孔質石英ガラス体を１Ｔｏｒｒ以下の圧力で１０００〜１３００℃の温度にて所定時間保持して脱水を行った後、引き続き１Ｔｏｒｒ以下の圧力で透明ガラス化温度まで昇温して透明ガラス化することによってもよい。

本発明の合成石英ガラスは、ステッパレンズその他の光学部品に用いられる。
この光学部品として必要な光学特性を与えるため、均質化、成形、アニールなどの各熱処理（以下、光学的熱処理という）を適宜行う必要があるが、光学的熱処理は工程（ｄ）の前でもよく後でもよい。

ただし光学的熱処理には８００〜１５００℃の高温を要するため、工程（ｄ）で水素を含有させたとしても、その後の光学的熱処理により水素分子濃度が低下する可能性がある。したがって、工程（ｄ）以後に光学的熱処理を行う場合は、水素ガスを０．１〜１００体積％含み、圧力１〜３０気圧の雰囲気下にて行うことが好ましい。
また、工程（ｄ）以降に光学的熱処理を行う場合は、光学的熱処理のための炉を防爆構造とする必要がある。したがって、工程（ｄ）の前に光学的熱処理を行う方が好ましい。

本発明においては、ホウ素をドープすることにより、より多くのフッ素をドープできる。ホウ素をドープする場合のホウ素源としては、ＢＦ₃、ＢＣｌ₃、ホウ素のアルコキシドなどが挙げられる。
また、ホウ素とフッ素とをドープする方法としては、例えば、まず、ホウ素をドープし、次いで、フッ素とをドープする方法が挙げられる。
具体的には、例えば以下の１）または２）のような方法でホウ素とフッ素とをドープする。

１）工程（ａ）で得られた多孔質石英ガラス体を圧力容器内にセットし、圧力容器内の圧力を１Ｔｏｒｒ程度にまで減圧し、次いで、ホウ素源を含有するガス（例えば、Ｈｅ等の不活性ガスで５体積％程度に希釈されたＢＣｌ₃蒸気）を導入する。
常圧付近になったところで、前記のホウ素源を含有するガスの導入を停止し、所定時間放置することで多孔質石英ガラス体にホウ素をドープする。
次いで、工程（ｂ）に従ってフッ素をドープする。

２）工程（ａ）で得られた多孔質石英ガラス体をホウ素のアルコキシドの蒸気で処理し、次いで、加湿雰囲気にして、ホウ素のアルコキシドの加水分解を行わせて多孔質石英ガラス体中にＢ₂Ｏ₃微粒子を析出させる。
次いで、工程（ｂ）に従ってフッ素をドープする。

以上の１）または２）の方法により、ホウ素をドープした多孔質石英ガラス体に、さらにフッ素をもドープでき、しかも、より多くのフッ素をドープできる。フッ素ドープ後は、工程（ｃ）、（ｄ）に従って、光学部材用合成石英ガラスを得ることができる。

なお、この場合のフッ素ドープは、例えば以下のような手順で行う。
前記圧力容器内に不活性ガスを（例えばＨｅやＮ₂等）を導入し圧力を常圧とする。再度、圧力容器内の圧力を１Ｔｏｒｒ程度にまで減圧し、次いで、不活性ガス（例えばＨｅ等）で希釈したＳｉＦ₄ガスを導入する。
常圧付近になったところで、前記の不活性ガスで希釈したＳｉＦ₄ガスの導入を停止し、所定時間放置することでホウ素含有多孔質石英ガラス体にフッ素をドープする。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、以下の例で製造した合成石英ガラスの評価は、下記の方法にしたがって、行った。

（評価）
（評価１）フッ素濃度の測定
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１：１）を加えて試料液を調製した。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Ｎｏ９４５−２２０およびＮｏ９４５−４６８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製した検量線に基づいて、フッ素濃度を求めた（日本化学会誌，１９７２（２），３５０）。

（評価２）水素分子濃度の測定
ラマン分光測定を行い、レーザラマンスペクトルの４１３５ｃｍ^-1の散乱ピークにより検出した強度Ｉ₄₁₃₅と、８００ｃｍ^-1の散乱ピークの強度Ｉ₈₀₀との強度比（＝Ｉ₄₁₃₅／Ｉ₈₀₀）より、水素分子濃度［分子／ｃｍ³］を求めた（Ｖ．Ｓ．Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏ ｅｔ．ａｌ．，Ｚｈｕｒｎａｌ Ｐｒｉｋｌａｄｎｏｉ Ｓｐｅｋｔｒｏｓｋｏｐｉｉ，４６（６），９８７〜９９７（１９８６））。なお本法による検出限界は１×１０¹⁶分子／ｃｍ³である。

（評価３）ＯＨ基濃度の測定
赤外分光光度計による測定を行い、２．７μｍ波長での吸収ピークからＯＨ基濃度を求めた（Ｊ．Ｐ．Ｗｉｉｌｉａｍｓ ｅｔ．ａｌ．，Ｃｅｒａｍ． Ｂｕｌｌ．，５５（５），５２４（１９７６））。

（評価４）
ラマン分光測定を行い、レーザラマンスペクトルの２２５０ｃｍ^-1の散乱ピークにより検出した強度Ｉ₂₂₅₀を、８００ｃｍ^-1の散乱ピークの強度Ｉ₈₀₀で割った値（Ｉ₂₂₅₀／Ｉ₈₀₀）から≡Ｓｉ−Ｈ欠陥の濃度（≡Ｓｉ−Ｈ濃度）を評価した。ここで検出限界はＩ₂₂₅₀／Ｉ₈₀₀＝１×１０^-4である。Ｉ₂₂₅₀／Ｉ₈₀₀の値が小さい方が良好な結果である。

（評価５）
紫外可視分光光度計を用いて、厚み１０ｍｍの試料と厚み３５ｍｍの試料の２４５ｎｍの光の透過率を測定し、これらの透過率から２４５ｎｍの吸収係数を算出し、≡Ｓｉ−Ｓｉ≡欠陥の生成の有無を評価した。２４５ｎｍの吸収係数の値が小さい方が良好な結果である。

（評価６）還元型欠陥
真空紫外分光光度計（アクトンリサーチ社製ＶＴＭＳ−５０２）を用いて、厚さ１０ｍｍと４ｍｍの試料について、波長１６３ｎｍの透過率を測定し、その測定結果から波長１６３ｎｍの吸収係数（ｋ₁₆₃）を求めた。該試料中に含まれるＯＨ基濃度（Ｃ_OH、単位はｐｐｍ）との関係が、ｋ₁₆₃≧０．０２×（Ｃ_OH）^0.85を満たすとき、還元型欠陥「有り」とし、満たさない場合は還元型欠陥「無し」とした。

（評価７）
ＫｒＦエキシマレーザ（ラムダフィジーク社製ＬＰＸ−１２０ｉ）からの光をエネルギ密度１００ｍＪ／ｃｍ²／Ｐｕｌｓｅ、周波数２００Ｈｚの条件にて試料に照射した。ＫｒＦエキシマレーザ光を５×１０⁶ショット照射した直後の２１４ｎｍでの透過率を紫外可視分光光度計により測定し、ＫｒＦエキシマレーザ照射により生じる常磁性欠陥Ｅ’センタによる２１４ｎｍ吸収強度を、照射前後での吸収係数変化量Δｋ₂₁₄［ｃｍ^-1］により、評価した。Δｋ₂₁₄の値が小さい方がＥ'センターが低減されていることを示し、良好な結果である。

（評価８）蛍光発光の評価
ＫｒＦエキシマレーザ（ラムダフィジーク社製ＬＰＸ−１２０ｉ）をエネルギ密度１００ｍＪ／ｃｍ²／Ｐｕｌｓｅ、周波数２００Ｈｚの条件にて試料に照射した。ＫｒＦエキシマレーザを１×１０⁶ショット照射した場合の６５０ｎｍの蛍光強度Ｌ₆₅₀および２４８ｎｍの散乱光強度Ｓ₂₄₈をファイバ導光タイプの分光光度計を用いてそれぞれ測定し、２４８ｎｍの散乱光強度Ｓ₂₄₈に対する６５０ｎｍの蛍光強度Ｌ₆₅₀の比Ｌ₆₅₀／Ｓ₂₄₈を求めることにより、６５０ｎｍの蛍光強度を評価した。Ｌ₆₅₀／Ｓ₂₄₈の値が小さい方が蛍光発光が抑制されていることを示し、良好な結果である。

（評価９）１７２ｎｍの内部透過率
真空紫外分光光度計（アクトンリサーチ社製ＶＴＭＳ−５０２）を用いて、厚さ１０ｍｍと４ｍｍの試料について、波長１７５ｎｍ以下の真空紫外域の透過率の指標として１７２ｎｍの内部透過率を測定した。
（評価１０）１５７ｎｍの内部透過率
真空紫外分光光度計（アクトンリサーチ社製ＶＴＭＳ−５０２）を用いて厚さ１０ｍｍと４ｍｍの試料について、波長１６０ｎｍ以下の真空紫外域の透過率の指標として１５７ｎｍの内部透過率を測定し、次式により同波長における内部透過率を求めた。
内部透過率（％／ｃｍ）＝exp（ln（Ｔ₁／Ｔ₂）／（ｄ₁−ｄ₂））×１００
ここで
Ｔ₁：厚みｄ₁［ｃｍ］の試料の透過率（％）
Ｔ₂：厚みｄ₂［ｃｍ］の試料の透過率（％）
透過率が高い方が良好な結果である。

（評価１１）
Ｘｅ₂ ^*エキシマランプを１０ｍＷ／ｃｍ²の条件で、厚さ１０ｍｍの試料に３時間照射した。照射前後での１６３ｎｍにおける透過率を測定し、照射による１６３ｎｍにおける透過率の変化（ΔＴ₁₆₃）を算出した。ΔＴ₁₆₃が小さいほど耐紫外線性に優れている。

（評価１２）仮想温度の測定
仮想温度の測定はＡ．Ａｇａｒｗａｌらの方法（Ｊ．Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔ．，１８５，１９１，１９９５）を用いて求めた。鏡面研磨された石英ガラスを１０％ＨＦ−２．５％Ｈ₂ＳＯ₄水溶液に浸漬し、表面に残留した研磨砥粒や傷などを除去する。その表面の反射スペクトルを赤外分光計（Ｎｉｋｏｌｅｔ社製Ｍａｇｎａ７６０）を用いて取得する。この際の赤外光入射角は６．５度に固定し、データ間隔は約０．５ｃｍ^-1とし、６４回スキャンさせた平均値を用いる。このようにして得られた赤外反射スペクトルにおいて、約１１２０ｃｍ^-1に観察される最も大きなピークが石英ガラスのＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による伸縮振動に起因する。このピーク位置をν（ｃｍ^-1）とすると、仮想温度（Ｔ_f、単位：Ｋ）は下記の相関式により求められる。
ν＝１１１４．５１＋（１１６０３．５１／Ｔ_f）。

（評価１３）塩素濃度の測定
Ｃｒのｋα線を用いた蛍光Ｘ線分析を行い、塩素の特性Ｘ線強度を測定することにより、合成石英ガラス中の塩素濃度を求めた。なお本法による検出限界は２ｐｐｍである。

（評価１４）不安定構造の評価
ラマン分光測定（Ｊｏｂｉｎ Ｙｂｏｎ製 Ｒａｍｏｎｏｒ Ｔ６４０００，励起光源：アルゴンイオンレーザ（波長５１４．５ｎｍ））を行い、レーザラマンスペクトルにおける４９５ｃｍ^-1の散乱ピーク強度Ｉ₁および６０５ｃｍ^-1の散乱ピーク強度Ｉ₂と、４４０ｃｍ^-1の散乱ピーク強度Ｉ₀との強度比Ｉ₁／Ｉ₀およびＩ₂／Ｉ₀を求めた。強度比Ｉ₁／Ｉ₀、強度比Ｉ₂／Ｉ₀の値が小さいほど良好である。

なお、各散乱ピーク強度Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₀の求め方は以下の通りである。
４９５ｃｍ^-1の散乱ピークおよび６０５ｃｍ^-1の散乱ピークに対してそれぞれ１本のローレンツ関数によりカーブフィッティングを行い、実スペクトルとの最小二乗誤差が最低となるように近似を行って各関数の係数を決定した。
４４０ｃｍ^-1の散乱ピークに対しては３本のガウス関数の合成により、また４９５ｃｍ^-1の散乱ピークと６０５ｃｍ^-1の散乱ピークと４４０ｃｍ^-1の散乱ピークとを除いた残余（ベースライン）に対しては２次関数により、それぞれカーブフィッティングを行い、実スペクトルとの最小二乗誤差が最低となるように近似を行って各関数の係数を決定した。
以上により求められた関数を用いて各散乱ピークの強度を求めた。

（評価１５）
ＩＣＰ質量分析法（セイコーインスツルメンツ社製ＳＰＱ９０００）により、合成石英ガラス中のＮａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉ濃度を分析した。これら不純物の検出限界は、ＮｉおよびＣｕについては０．１ｐｐｂ、その他は０．３ｐｐｂである。

（評価１６）
フィゾー干渉計にて、オイルオンプレート法で、合成石英ガラス試料の２００ｍｍφの面にヘリウムネオンレーザ光を垂直にあて、２００ｍｍφの面内での屈折率分布を測定した。

（例１）
公知の方法により、石英ガラス形成原料であるＳｉＣｌ₄を酸水素火炎中で加熱加水分解（火炎加水分解）させて得られる石英ガラス微粒子を基材に堆積・成長させて、直径３５ｃｍ、長さ１００ｃｍの多孔質石英ガラス体を形成した（工程（ａ））。得られた多孔質石英ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉に設置し、室温にて１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持した後、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９／１（体積比）の混合ガスを導入しながら、この雰囲気にて室温常圧下５時間保持しフッ素ドープを行った（工程（ｂ））。その後ＳｉＦ₄の供給を遮断しＨｅ１００％雰囲気下で１０時間保持した後、Ｈｅ１００％雰囲気下１４５０℃まで昇温し、この温度で１０時間保持し透明ガラス化し、フッ素を含有した透明石英ガラス体を得た（工程（ｃ））。

得られたフッ素を含有した透明石英ガラス体を、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、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１２０ｍｍのブロック形状に成形した後、厚み３０ｍｍのブロックにスライスした。得られた２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×３０ｍｍのブロックを水素１００％、１０気圧、５００℃の雰囲気下で２５０時間保持し、水素ドープ処理を行い、合成石英ガラスを得た（工程（ｄ））。

（例２）
例１における工程（ｂ）において、多孔質石英ガラス体を電気炉に設置し、まず３００℃に昇温し、１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持した後、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９／１（体積比）の混合ガスを導入し、この雰囲気にて３００℃常圧下５時間保持しフッ素ドープを行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例３）
例１における工程（ｂ）において、多孔質石英ガラス体を電気炉に設置し、まず５００℃に昇温し、１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持し、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９／１（体積比）の混合ガスを導入し、この雰囲気にて５００℃常圧下５時間保持しフッ素ドープを行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例４）
例１における工程（ｂ）において、多孔質石英ガラス体を電気炉に設置し、まず７００℃に昇温し、１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持し、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９／１（体積比）の混合ガスを導入し、この雰囲気にて７００℃常圧下５時間保持しフッ素ドープを行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例５）
例１における工程（ｂ）において、多孔質石英ガラス体を電気炉に設置し、まず１２００℃に昇温し、１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持し、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９／１（体積比）の混合ガスを導入し、この雰囲気にて１２００℃常圧下５時間保持しフッ素ドープを行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例６）
例１における工程（ｂ）において、多孔質石英ガラス体を電気炉に設置し、まず３００℃に昇温し、１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持し、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９．９／０．１（体積比）の混合ガスを導入し、この雰囲気にて３００℃、常圧で１時間保持しフッ素ドープを行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例７）
例１における工程（ｂ）において、多孔質石英ガラス体を電気炉に設置し、まず３００℃に昇温し、１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持し、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９．９／０．１（体積比）の混合ガスを導入し、この雰囲気にて３００℃、３００Ｔｏｒｒで１時間保持しフッ素ドープを行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例８）
例１における工程（ｂ）において、多孔質石英ガラス体を電気炉に設置し、まず３００℃に昇温し、１０Ｔｏｒｒまで減圧して１時間保持し、Ｈｅ／ＳｉＦ₄＝９９．９／０．１（体積比）の混合ガスを導入し、この雰囲気にて３００℃、１００Ｔｏｒｒで１時間保持しフッ素ドープを行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例９）
例１における工程（ｄ）において、水素１００％、１気圧、温度５００℃の雰囲気下で２５０時間保持し、水素ドープ処理を行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例１０）
例１における工程（ｄ）において、水素／ヘリウム＝１０／９０（体積比）の混合ガス１気圧、温度５００℃の雰囲気下で２５０時間保持し、水素ドープ処理を行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例１１）
例１における工程（ｄ）において、水素１００％、１０気圧、温度７００℃の雰囲気下で２５０時間保持し、水素ドープ処理を行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例１２）
例１における工程（ｄ）において、水素１００％、１０気圧、温度９００℃の雰囲気下で２５０時間保持し、水素ドープ処理を行った。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例１３）
例１において工程（ｂ）を実施せず、Ｈｅ１００％雰囲気下で１４５０℃まで昇温し、この温度で１０時間保持し透明ガラス化した。これ以外は例１と全く同様の方法により合成石英ガラスを作製した。

（例１４）
例１における工程（ｂ）の後、ＳｉＦ₄の供給を遮断し、１Ｔｏｒｒまで減圧して、この状態で１時間保持した（工程（ｅ））。次いで、Ｈｅ１００％を導入し常圧まで戻した後、再度１Ｔｏｒｒまで減圧して実質的にフッ素を含まない雰囲気とした。該雰囲気下にて１４５０℃まで昇温し、１４５０℃で１０時間保持し、透明ガラス化し、フッ素を含有した透明石英ガラス体を得た（工程（ｃ））。これ以降は例１と同様に処理し、合成石英ガラスを作製した。

（例１５）
例１における工程（ｂ）の後、ＳｉＦ₄の供給を遮断し、Ｈｅ１００％雰囲気下で１０時間保持し、さらにＨｅ／ＳｉＦ₄＝９９．９５／０．０５（体積比）の混合ガス雰囲気にて１０時間保持し、続いて１４５０℃まで昇温し、１４５０℃で１０時間保持し、透明ガラス化し、フッ素を含有した透明石英ガラス体を得た（工程（ｃ））。これ以降は例１と同様に処理し、合成石英ガラスを作製した。

（例１６）
例１における工程（ｂ）の後、ＳｉＦ₄の供給を遮断し、Ｈｅ１００％雰囲気下で１０時間保持し、さらにＨｅ／ＳｉＦ₄＝９９．８／０．２（体積比）の混合ガス雰囲気にて１０時間保持し、続いて１４５０℃まで昇温し、１４５０℃で１０時間保持し、透明ガラス化し、フッ素を含有した透明石英ガラス体を得た（工程（ｃ））。これ以降は例１と同様に処理し、合成石英ガラスを作製した。

これらの例１〜１６で得られた合成石英ガラスを評価した。各評価の結果を表１に示す。ＮＤは検出限界以下であることを示す。なお例１〜３、例６〜７、例９〜１０および例１４〜１５は実施例、例４〜５、例８、例１１〜１３および例１６は比較例に相当する。

例１７〜例３４はＯＨ基濃度、塩素濃度およびフッ素濃度の合成石英ガラスの特性への影響を調べた実験例である。
（例１７〜３１）
公知のスート法により、ＳｉＣｌ₄またはＳｉ（ＣＨ₃Ｏ）₄を１２００〜１５００℃の酸水素火炎中で加水分解させて形成されたＳｉＯ₂微粒子を基材上に堆積させて直径５００ｍｍ、長さ６００ｍｍの多孔質石英ガラス体を製造した。多孔質石英ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉に設置し、圧力１０Ｔｏｒｒ以下の減圧下で、表２に示す割合のＳｉＦ₄を含んだヘリウムガスを導入し、この雰囲気下にて常圧・室温で表２に示す時間保持することにより、多孔質石英ガラス体中の脱水を行うと同時にフッ素をドープした。続いて圧力１０Ｔｏｒｒ以下の減圧に保持した状態で１４５０℃まで昇温し、この温度にて１０時間保持し透明石英ガラス体（直径２００ｍｍ、長さ４５０ｍｍ）を製造した。さらに得られた透明石英ガラス体を直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍに切断し、表２に示す割合の水素含有雰囲気下、表２に示す圧力で５００℃にて３０時間保持した。上記の製法において、石英ガラス中のＯＨ基濃度およびフッ素濃度の制御は、多孔質石英ガラスを製造する際の原料ガスに対する酸素および水素ガスの流量比、またはフッ素化合物を含んだ雰囲気下に多孔質石英ガラス体を保持する際のフッ素化合物の濃度および保持時間を調整することにより実施した。また石英ガラス中の水素分子濃度は、水素雰囲気下に保持する時の雰囲気中の水素濃度および全圧を調整することにより制御した。なお製造条件（ガラス形成原料、酸素および水素ガスの流量比、フッ素化合物濃度と圧力、水素濃度と圧力）の詳細を表２に示した。

（例３２〜３４）
公知の直接法により、ガラス形成原料としてＳｉＣｌ₄を用い、ＳｉＦ₄を表３に示す割合の原料ガスに対する酸素および水素ガスの流量で、１８００〜２０００℃の酸水素火炎中で加水分解・酸化させ、基材上に直接透明石英ガラス体を製造した。この製法において、得られた石英ガラス中のフッ素濃度の制御は、ＳｉＣｌ₄とＳｉＦ₄との混合比を調整することにより行い、またＯＨ基濃度および水素濃度は酸素と水素の流量比を調整することにより行った。なお、製造条件（ＳｉＦ₄、酸素および水素ガスの流量比）の詳細を表３に示した。

例１７〜３４により製造された合成石英ガラス中のＯＨ基濃度、塩素濃度、フッ素濃度、水素分子濃度を表４に示す。なお各濃度は前記の方法により求め、ＮＤは検出限界以下を示す。

次に、例１７〜３４により製造された合成石英ガラスについて、それぞれ散乱ピーク強度比（Ｉ₁／Ｉ₀、Ｉ₂／Ｉ₀）、Δｋ₂₁₄、Ｌ₆₅₀／Ｓ₂₄₈、波長１５７ｎｍにおける内部透過率、合成石英ガラス中の不純物濃度を測定して評価した。
評価結果を表５に示す。例１７〜３４の内、例２０、２１、２２、３２および３４はＯＨ基濃度が高いため、例２９は塩素濃度が高いため、また例２３および３４はフッ素を含有しないため、他のものより特性が劣っている。

例３５〜４７は、Ｉ₁／Ｉ₀、Ｉ₂／Ｉ₀の合成石英ガラスの特性への影響を調べた実験例である。
（例３５〜例４７）
公知のスート法により、ＳｉＣｌ₄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５００ｍｍφ×長さ６００ｍｍの多孔質石英ガラス体を作製した（工程（ａ））。多孔質石英ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉に設置し、１０Ｔｏｒｒ以下の減圧状態から室温下で、フッ素化合物を含んだヘリウムガスを常圧になるまで導入した。この雰囲気下にて常圧・室温で数時間保持することにより、多孔質石英ガラス中の脱水を行うと同時にフッ素をドープした（工程（ｂ））。続いて圧力１０Ｔｏｒｒ以下の減圧に保持した状態で１４５０℃まで昇温し、この温度にて１０時間保持し透明石英ガラス体（２００ｍｍφ×長さ４５０ｍｍ）を作製した。

さらに、得られた透明石英ガラス体を２００ｍｍφ×厚さ１０ｍｍに切断し、水素含有雰囲気下、表６に示す条件で５００℃にて３０時間保持して石英ガラス中に水素ドープを行って、表７に示す例３５〜４７の合成石英ガラスを得た（工程（ｃ））。
上記の製法において、石英ガラス中のＯＨ基濃度およびフッ素濃度の制御は、工程（ａ）における原料ガスに対する酸素および水素ガスの流量比、工程（ｂ）におけるフッ素化合物の濃度および処理時間を調整することにより実施した。また石英ガラス中の水素分子濃度は、工程（ｃ）における水素処理時の雰囲気中の水素濃度および全圧を調整することにより制御した。なお、各例の工程（ａ）、工程（ｂ）および工程（ｃ）における処理条件の詳細を表６に示した。

次に、例３５〜４７の合成石英ガラスから調製された試料について、ＯＨ基濃度、フッ素濃度および水素分子濃度を、下記の方法にしたがって測定した。また、散乱ピーク強度比（Ｉ₁／Ｉ₀、Ｉ₂／Ｉ₀）、Δｋ₂₁₄、Ｌ₆₅₀／Ｓ₂₄₈、波長１５７ｎｍにおける内部透過率を測定して評価した。評価結果を表７に示す。例３５〜４７の内、例４５〜４７はＩ₁／Ｉ₀、Ｉ₂／Ｉ₀が高いため、他のものより特性が劣っている。

例４８〜６５は、ＯＨ基濃度、還元性欠陥の濃度の合成石英ガラスの特性への影響を調べた実験例である。
（例４８〜６０）
スート法により、ＳｉＣｌ₄を酸水素火炎中で加水分解させて、形成されたＳｉＯ₂微粒子を基材上に堆積させて４００ｍｍφ×長さ６００ｍｍの多孔質石英ガラス体を作製した。多孔質石英ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉に設置し、室温で１０Ｔｏｒｒ以下の減圧状態に保持した後、ＳｉＦ₄を含んだヘリウムガスを常圧になるまで導入した。この雰囲気下にて常圧・室温で数時間保持することにより、多孔質石英ガラス体中の脱水を行った。続いて、実質的にフッ素を含まない雰囲気下にて圧力１０Ｔｏｒｒ以下の減圧に保持した状態で１４５０℃まで昇温し、この温度にて１０時間保持し合成石英ガラス（２００ｍｍφ×長さ４５０ｍｍ）を作製した。

さらに、得られた合成石英ガラスを、２００ｍｍφ×厚さ１０ｍｍに切断し、水素含有雰囲気下、表８に示す条件に３０時間保持して合成石英ガラス中に水素ドープを行った。

上記の製造工程において、多孔質石英ガラス体を製造する際の酸水素炎の酸素および水素ガスの体積比、ならびにフッ素化合物を含んだ雰囲気で多孔質ガラス体を保持する際のフッ素化合物の濃度、処理時間、および処理温度を調整することにより、得られる合成石英ガラス中のＯＨ基濃度および還元型欠陥濃度を制御した。また、合成石英ガラス中の水素分子濃度は、水素ドープを行う際の処理温度、雰囲気中の水素濃度および全圧を調整することにより制御した。なお、各例の製造工程における処理条件の詳細を表８に示した。

（例６１〜６５）
スート法により、ＳｉＣｌ₄を酸水素火炎中で加水分解させて、形成されたＳｉＯ₂微粒子を基材上に堆積させて４００ｍｍφ×長さ６００ｍｍの多孔質石英ガラス体を作製した。多孔質石英ガラス体を、雰囲気制御可能な電気炉に設置し、１Ｔｏｒｒ以下の減圧下で昇温し、１２００℃にて所定時間保持し、続いて１４５０℃まで昇温し、この温度にて１０時間保持し合成石英ガラス（２００ｍｍφ×長さ４５０ｍｍ）を作製した。
得られた合成石英ガラスを２００ｍｍφ×厚さ１０ｍｍに切断し、水素含有雰囲気下、表９に示す条件にて３０時間保持して合成石英ガラス中に水素ドープを行った。

上記の製造工程において、１２００℃での保持時間を調整することにより、合成石英ガラス中のＯＨ基濃度および還元型欠陥の濃度を制御した。また、合成石英ガラス中の水素分子濃度は、水素ドープを行う際の処理温度、雰囲気中の水素濃度および全圧を調整することにより制御した。なお各例の製造工程における処理条件の詳細を表９に示した。

例４８〜６５で得られた合成石英ガラスのＯＨ基濃度、水素分子濃度、１６３ｎｍ内部透過率および還元型欠陥の有無を、前記の方法にしたがって求めた。また、１７２ｎｍの内部透過率、１５７ｎｍの内部透過率、および耐紫外線性の指標としてΔＴ₁₆₃を測定し、それぞれ波長１７５ｎｍ以下の真空紫外透過性、波長１６０ｎｍ以下の真空紫外線透過性、および耐紫外線性を評価した。各評価結果を表１０および表１１に示す。例４８〜６５の内、例５２〜５４は還元性欠陥があるため、例５５〜５８および例６４はＯＨ基濃度が比較的高いため、他のものより内部透過率が低い。

例６６〜８１は、フッ素濃度、ＯＨ基濃度、仮想温度および還元性欠陥の有無の合成石英ガラスの特性への影響を調べた実験例である。

（例６６〜８１）
ガラス形成材料としてＳｉＣｌ₄を用い、公知のスート法によりＳｉＣｌ₄を１２００〜１５００℃の酸水素火炎中で加水分解させて形成されたＳｉＯ₂微粒子を基材上に堆積させて３００ｍｍφ×長さ８００ｍｍの多孔質石英ガラス体を作製した。酸水素火炎の条件は表１２の工程（ａ）に示した。表１２の工程（ａ）は、ガラス形成原料であるＳｉＣｌ₄に対する酸素と水素の体積比率を示している。
多孔質石英ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉に設置し、表１２の工程（ｂ）に示した雰囲気、処理温度、処理時間にて多孔質石英ガラス体中の脱水（ＯＨ基低減）を行なうと同時にフッ素をドープした。なお、表１２の工程（ｂ）において、雰囲気は体積％で示している。続いて１０Ｔｏｒｒ以下の減圧に保持した状態で１４５０℃まで昇温し、この温度にて１０時間保持し透明石英ガラス体（１０５ｍｍφ×長さ６５０ｍｍ）を作製した。
さらに得られた透明石英ガラス体をカーボン製発熱体を有する電気炉内で、窒素ガス１００％、常圧下で、軟化点以上の１７５０℃に加熱して成長軸方向に自重変形を行なわせ円柱状のブロックに成形した。引き続き電気炉内に成形ブロックを設置したまま電気炉の温度を表１２の工程（ｄ）に記載した処理温度、処理時間で処理した後、表１２の工程（ｄ）に記載した降温プロファイルで室温まで降温させ仮想温度を制御した。

上記製造工程において、多孔質石英ガラス体を製造する際の原料ガスに対する酸素および水素のガスの流量比、またはフッ素化合物を含んだ雰囲気下で多孔質体石英ガラス体を保持する際の雰囲気ガス組成、温度を調整することにより、得られる合成石英ガラス中のＯＨ基濃度およびフッ素濃度を制御した。また仮想温度は、成形した円柱状ブロックを高温保持する際の温度および降温プロファイルを調整することにより、制御した。
各例で得られた合成石英ガラスのフッ素濃度、ＯＨ基濃度、仮想温度、還元型欠陥の有無を測定して表１３に示した。
また、波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の透過率の指標として波長１５７ｎｍの内部透過率を測定した。評価結果を表１４に示す。
なお表１２から１４を通じて、例６７〜例８１の内、例６６および例７３はＯＨ基濃度が高いため、例７３はフッ素濃度が低いため、例７４は仮想温度が高いため、また、例８１は還元性欠陥があるため、他のものより特性が劣っている。

（例８２〜例８６）
公知の直接法により、ＳｉＣｌ₄およびＳｉＦ₄を１８００〜２０００℃の酸水素火炎中で加水分解および酸化させ、基材上に２５０ｍｍφの透明石英ガラスを直接合成した。透明石英ガラスを２００ｍｍφの棒状体に延伸した後、横型帯域融解法（ＦＺ法）により混練し均質化させた。次に、電気炉内にセットして１２５０℃にて一定時間保持し、８００℃まで１℃／ｈｒの冷却速度で徐冷を行い、その後放冷して合成石英ガラスを得た。
上記の製造工程において、ＳｉＣｌ₄とＳｉＦ₄との混合比を調整することによりフッ素濃度およびその分布を制御し、また、酸素と水素との流量比を調整することによりＯＨ基濃度およびその分布と、水素分子濃度とを制御し、表１５および１６の例８２〜８６に示す合成石英ガラスを得た。

（例８７〜例９４）
公知のスート法により、ＳｉＣｌ₄を１２００〜１５００℃の酸水素火炎中で加水分解させて形成されたＳｉＯ₂微粒子を基材上に堆積させて３００ｍｍφ×長さ８００ｍｍの多孔質石英ガラス体を作製した。多孔質石英ガラス体を雰囲気制御可能な電気炉に設置し、圧力１０Ｔｏｒｒ以下の減圧下で、フッ素化合物を１体積％含んだヘリウムガスを導入した。この雰囲気下にて常圧・室温で数時間保持することにより、多孔質石英ガラス中の脱水を行うと同時にフッ素をドープした。続いて圧力１０Ｔｏｒｒ以下の減圧に保持した状態で１４５０℃まで昇温し、この温度にて１０時間保持し透明石英ガラス体（１０５ｍｍφ×長さ６５０ｍｍ）を作製した。

さらに、得られた透明石英ガラス体を、カーボン製発熱体を有する電気炉内で、軟化点以上の１７５０℃に加熱して成長軸方向に自重変形を行わせ円柱状のブロックに成形した。引き続き、電気炉内に成形ブロックを設置したまま電気炉の温度を１２５０℃まで降温させ、以後１℃／ｈｒの冷却速度で徐冷を行い、炉内温度が８００℃になったところで給電を停止した。得られた石英ブロックを厚さ３０ｍｍに切断し、水素含有雰囲気下、５００℃にて２４０時間保持して石英ガラス中に水素ドープを行って、表１６〜１９の例８７〜９４の合成石英ガラスを得た。

上記の製造工程において、多孔質石英ガラス体を製造する際の原料ガスに対する酸素および水素ガスの流量比、またはフッ素化合物を含んだ雰囲気下で多孔質石英ガラス体を保持する際のフッ素化合物の濃度および保持時間を調整することにより、得られる合成石英ガラス中のＯＨ基濃度およびフッ素濃度を制御した。また、合成石英ガラス中のＯＨ基濃度およびフッ素濃度の変動幅の制御は、成形時のサイズを調整することにより実施した。さらに合成石英ガラス中の水素分子濃度は、水素含有雰囲気において熱処理する際の条件を調整することにより制御した。

例８２〜９４で得られた合成石英ガラスのフッ素濃度およびその変動幅、ＯＨ基濃度およびその変動幅、塩素濃度ならびに水素分子濃度を測定した。

次に、例８２〜９４の合成石英ガラスから調製された試料について、屈折率分布、Ｌ₆₅₀／Ｓ₂₄₈、１５７ｎｍにおける内部透過率を測定し、評価した。
各評価の結果を表１５〜表２１に示す。なお例８２〜８４および例８７〜９１および例９４は、本発明の実施例に相当し、その他は比較例に相当する。

Claims (8)

1. 紫外域から真空紫外域の光を照射して使用される光学用合成石英ガラスにおいて、ＯＨ基およびフッ素を含有する合成石英ガラスで形成され、光使用領域においてＯＨ基濃度の変動幅が１５ｐｐｍ以下、フッ素濃度の変動幅が１５ｐｐｍ以下であり、かつ塩素濃度が２５ｐｐｍ以下である合成石英ガラス。
2. 紫外域から真空紫外域の光を照射して使用される光学用合成石英ガラスにおいて、ＯＨ基およびフッ素を含有する合成石英ガラスで形成され、光使用領域において、ＯＨ基とフッ素が互いに濃度分布を打ち消しあうように分布し、かつＯＨ基濃度の変動幅が２５ｐｐｍ以下、フッ素濃度の変動幅が２５ｐｐｍ以下、および塩素濃度が２５ｐｐｍ以下である合成石英ガラス。
3. 光使用領域におけるフッ素濃度の変動幅とＯＨ基濃度の変動幅の合計が５ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の合成石英ガラス。
4. 入射光に直交する平面内における屈折率変動幅（Δｎ）が２０×１０^-6以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の合成石英ガラス。
5. 入射光に直交する平面内における屈折率変動幅（Δｎ）が５×１０^-6以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の合成石英ガラス。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の合成石英ガラスを製造する方法であって、
   （ａ）石英ガラス形成原料を火炎加水分解させ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体を形成する工程と、
   （ｂ）多孔質石英ガラス体を６００℃以下のフッ素含有雰囲気下にて保持し、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を得る工程と、
   （ｃ）フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を透明ガラス化温度まで昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した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。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の合成石英ガラスを製造する方法であって、
   （ａ）石英ガラス形成原料を火炎加水分解させ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体を形成する工程と、
   （ｂ）多孔質石英ガラス体を酸素を５〜９０体積％含有するフッ素含有雰囲気下にて保持し、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を得る工程と、
   （ｃ）フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を透明ガラス化温度まで昇温して透明ガラス化し、フッ素を含有した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。
8. 工程（ｂ）と工程（ｃ）の間に、さらに下記（ｅ）の工程を行なう請求項６または７に記載の合成石英ガラスの製造方法。
   （ｅ）雰囲気を減圧し、フッ素を含有した多孔質石英ガラス体を減圧下に所定時間放置する工程