JP2000143259A - 合成石英ガラス光学部材とその製造方法 - Google Patents
合成石英ガラス光学部材とその製造方法Info
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Abstract
光吸収が抑えられ、400nm以下の紫外線波長域で高
い透過率を有する合成石英ガラス光学部材とその製造方
法の提供。 【解決手段】Niの含有量が1ppb以下かつFeの含
有量が0.5ppb以下である、400nm以下の紫外
線波長域の光に使用される合成石英ガラス光学部材とそ
の製造方法。
Description
下の紫外線を光源とする装置に用いられる光学部材に関
し、詳しくはエキシマレーザ(Xe−Cl:308n
m、Kr−F:248nm、Ar−F:193nm)、
低圧水銀ランプ(185nm)、エキシマランプ(Xe
−Xe:172nm)などの真空紫外〜紫外光用のレン
ズ、プリズム、窓材などの光学部品として用いられる合
成石英ガラス光学部材に関する。
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、熱膨張係数が極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せず高純度であ
ることなどの特徴がある。そのため、従来のg線、i線
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。
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、より線幅の短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。すなわち、例えばリソグラフィ用ステッパの
光源は、従来のg線(436nm)、i線(365n
m)から進んで、Kr−Fエキシマレーザ(248n
m)またはAr−Fエキシマレーザ(193nm)が用
いられようとしている。
キシマランプ(Xe−Xe:172nm)は、光CVD
などの装置、シリコンウェハのアッシングやエッチング
または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。低圧水銀ランプやエキシマランプに用いられるラン
プのガス封入管、または前述の短波長光源を用いた光学
装置に用いられる光学素子、にも合成石英ガラスを用い
る必要がある。
は、紫外域から真空紫外域までの広い波長域での光透過
性が要求されるとともに、使用波長での耐光性が高いこ
と(光照射後に透過率が低下しないこと)が要求され
る。特にリソグラフィ用ステッパの場合、光路長が1〜
2mに及ぶためきわめて高い光透過性が必要であり、使
用波長での内部透過率は99.5%/cm以上、より好
ましくは99.8%/cm以上が要求される。
としてアルカリ金属やアルカリ土類金属、遷移金属が含
まれると、紫外域から真空紫外域までの波長域における
光透過性が悪化することは公知であり、高い光透過性を
確保するためにはこれらの不純物を微量に抑える必要が
ある。その許容しうる不純物含有量については、アルカ
リ金属Li、Na、Kの含有量をそれぞれ50ppb以
下、アルカリ土類金属Mg、Caの含有量をそれぞれ1
0ppb以下、遷移金属Ti、Cr、Fe、Ni、Cu
の含有量をそれぞれ10ppb以下に抑える方法が開示
されている(例えば特公平6−53593)。
物と光透過特性との関係について検討した結果、不純物
含有量が前記公知例の範囲内に入っている場合でも、十
分な透過特性が得られない場合がある、すなわち、24
0nmおよび270nm付近を中心とする光吸収がある
という知見を得た。240nmおよび270nm付近を
中心とする光吸収帯は、紫外域から真空紫外域までの広
い範囲に及ぶため、前記光学系で使用する場合に光透過
性が低下する問題があった。
近を中心とする光吸収が抑えられ、400nm以下の紫
外線波長域で高い透過率を有する合成石英ガラス光学部
材の提供を目的とする。本発明は、また、不純物(特に
NiおよびFe)の含有量が低減され、400nm以下
の紫外線波長域で高い透過率を有する合成石英ガラス光
学部材の製造方法の提供を目的とする。
下の紫外線波長域の光に使用される合成石英ガラス光学
部材において、Niの含有量が1ppb以下かつFeの
含有量が0.5ppb以下であることを特徴とする合成
石英ガラス光学部材を提供する。
ガラス光学部材中のFeおよびNiの影響についてさら
に詳細な検討を行った。本発明は、400nm以下の紫
外線波長域の光を光源とする装置で使用される合成石英
ガラス光学部材において、使用波長での十分な光透過性
を確保するためには、Niの含有量を1ppb以下かつ
Feの含有量を0.5ppb以下にする必要があるとい
う新規知見に基づく。
を1ppb以下かつFeの含有量を0.5ppb以下と
すれば、NiおよびFeに起因する240nmおよび2
70nmの吸収を実用上問題ない程度に抑制でき、具体
的には270nm内部透過率が99.9%/cm以上で
ある合成石英ガラス光学部材が得られる。特に、Niの
含有量を0.5ppbとすれば、270nm内部透過率
が99.95%/cm以上である合成石英ガラス光学部
材が得られる。
失によるものと散乱損失によるものとの2つに分類でき
る。本発明の合成石英ガラス光学部材の270nmにお
ける散乱損失量は約0.04%/cmである。特にNi
の含有量を0.5ppbとすれば、270nmにおいて
吸収損失がほとんどない合成石英ガラス光学部材が得ら
れる。
およびNi以外の不純物の含有量、すなわち、アルカリ
金属(Na、K)、アルカリ土類金属(Mg、Ca)、
FeおよびNi以外の遷移金属(Ti、Cr、Cu、A
l)の含有量は、それぞれ1ppb以下であることが好
ましい。これらの不純物が合成石英ガラス光学部材中に
含まれると、紫外域〜真空紫外域での光透過性、特に2
50nm以下の光透過性が低下する傾向にある。
火炎加水分解反応により石英ガラス微粒子を堆積、成長
させ、多孔質石英ガラス体を合成した後、ガラス化し
て、合成石英ガラス光学部材を得る合成石英ガラス光学
部材の製造方法において、該火炎加水分解反応を石英ガ
ラス製反応容器および石英ガラス製バーナーを用いて行
う合成石英ガラス光学部材の製造方法を提供する。
バーナーを用いた製造方法は、本発明の合成石英ガラス
光学部材を得るうえできわめて好適である。石英ガラス
製反応容器および石英ガラス製バーナーに用いられる石
英ガラスとしては、天然の石英砂を原料とした溶融石英
ガラス(例えば、シリカを主成分としAlを8ppm、
Feを0.8ppm、Naを1ppm、Kを0.02p
pm、Cuを0.02ppm、Bを0.3ppm、OH
を1ppm含有する石英ガラス)などが好ましく用いら
れる。
SiCl3、(CH3)2SiCl2、CH3Si(OC
H3)3、Si(OCH3)4などのケイ素化合物を原料と
し、酸水素またはプロパンなどの火炎中で加水分解反応
(火炎加水分解反応)させ、石英ガラス微粒子を堆積、
成長させ、多孔質石英ガラス体を製造する。次いでこの
多孔質石英ガラス体を大気中または窒素雰囲気下で、か
つ減圧下(例えば1Torr以下)で焼成し、ガラス化
する。ガラス化するときの焼成温度は1200〜150
0℃が好ましく、焼成時間は10〜100時間が好まし
い。各工程において不純物の混入を制御しながら行うこ
とで本発明の合成石英ガラス光学部材を得ることができ
る。
の光学部材として用いるために、必要に応じて、均質
化、成形、アニールなどの各種熱処理を行うことができ
る。これらの熱処理は、例えば、多孔質石英ガラス体を
ガラス化した後に800〜2000℃の温度に加熱して
行うことができる。
させて直径35cm、長さ100cmの多孔質石英ガラ
ス体を合成した。次いで、雰囲気制御可能な電気炉内で
多孔質石英ガラス体をガラス化した。ガラス化は、ヘリ
ウムガス100%、圧力0.1Torrの雰囲気下で1
450℃まで昇温し、1450℃で10時間保持すると
いう条件で行った。ガラス化した後、カーボン製発熱体
を有する雰囲気炉内で、軟化点以上(1750℃)に加
熱して自重変形させ、250×250×120mmのブ
ロック形状に成形した。引き続いて、温度を1200℃
にまで降温させ、それ以降は30℃/hrの冷却速度で
徐冷し、炉内温度が1000℃になったところで給電を
停止して炉内放冷して合成石英ガラス光学部材を合成し
た。
応容器を用いて酸水素火炎加水分解法を行い、例3〜5
についてはステンレス製反応容器を用いて酸水素火炎加
水分解法を行った。例1〜3においては石英ガラス製バ
ーナーを用いて酸水素火炎加水分解法を行い、例4〜5
においてはステンレス製バーナーを用いて酸水素火炎加
水分解法を行って、表1に示す各種不純物濃度の実施例
(例1〜2)および比較例(例3〜5)の合成石英ガラ
ス光学部材を合成した。得られた合成石英ガラス光学部
材について、下記に示す評価を行った。なお不純物濃度
については、ICP質量分析法(セイコーインスツルメ
ント社製SPQ9000)により分析した。
いて、分光光度計を用いて波長190〜400nmの透
過率を測定した。測定結果を図1に示す。評価2とし
て、厚さが10mmおよび35mmの2種の異なる厚さ
の試料について、波長270nmのそれぞれの透過率
(T10およびT35)を測定し、式(1)に従って波長2
70nm内部透過率T270(単位:%/cm)を算出し
た。その結果を表1に示す。なお、式(1)において、
T10は厚さ10mmの試料の波長270nmの透過率
(単位:%)を、T35は厚さ35mmの試料の波長27
0nmの透過率(単位:%)を示し、指数および対数の
底はeである。また、T270の算出方法と同様の算出方
法により波長240nm内部透過率T2 40(単位:%/
cm)も算出した。
0nm付近を中心とする光吸収が抑えられ、400nm
以下の紫外線波長域で高い透過率を有する合成石英ガラ
ス光学部材を得ることができ、400nm以下の紫外線
を光源とする光学装置の光学部材として適用できる。
(特にNiおよびFe)の含有量が低減され、400n
m以下の紫外線波長域で高い透過率を有する合成石英ガ
ラス光学部材を容易に製造できる。したがって、240
nmおよび270nm付近を中心とする光吸収が抑えら
れ、400nm以下の紫外線波長域で高い透過率を有す
る合成石英ガラス光学部材の製造方法として好適であ
る。
波長190〜400mmにおける透過率曲線。
Claims (3)
- 【請求項1】400nm以下の紫外線波長域の光に使用
される合成石英ガラス光学部材において、Niの含有量
が1ppb以下かつFeの含有量が0.5ppb以下で
あることを特徴とする合成石英ガラス光学部材。 - 【請求項2】Niの含有量が0.5ppb以下である請
求項1に記載の合成石英ガラス光学部材。 - 【請求項3】ケイ素化合物を原料とし、火炎加水分解反
応により石英ガラス微粒子を堆積、成長させ、多孔質石
英ガラス体を合成した後、ガラス化して、合成石英ガラ
ス光学部材を得る合成石英ガラス光学部材の製造方法に
おいて、該火炎加水分解反応を石英ガラス製反応容器お
よび石英ガラス製バーナーを用いて行う合成石英ガラス
光学部材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20678899A JP2000143259A (ja) | 1998-08-24 | 1999-07-21 | 合成石英ガラス光学部材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23768198 | 1998-08-24 | ||
JP10-237681 | 1998-08-24 | ||
JP20678899A JP2000143259A (ja) | 1998-08-24 | 1999-07-21 | 合成石英ガラス光学部材とその製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008097281A Division JP5050969B2 (ja) | 1998-08-24 | 2008-04-03 | 合成石英ガラス光学部材とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000143259A true JP2000143259A (ja) | 2000-05-23 |
Family
ID=26515869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP20678899A Pending JP2000143259A (ja) | 1998-08-24 | 1999-07-21 | 合成石英ガラス光学部材とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000143259A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7534733B2 (en) | 2004-02-23 | 2009-05-19 | Corning Incorporated | Synthetic silica glass optical material having high resistance to laser induced damage |
-
1999
- 1999-07-21 JP JP20678899A patent/JP2000143259A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7534733B2 (en) | 2004-02-23 | 2009-05-19 | Corning Incorporated | Synthetic silica glass optical material having high resistance to laser induced damage |
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