JP2001199734A - Method for producing quartz glass - Google Patents

Method for producing quartz glass

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JP2001199734A
JP2001199734A JP2000345535A JP2000345535A JP2001199734A JP 2001199734 A JP2001199734 A JP 2001199734A JP 2000345535 A JP2000345535 A JP 2000345535A JP 2000345535 A JP2000345535 A JP 2000345535A JP 2001199734 A JP2001199734 A JP 2001199734A
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quartz glass
ingot
resistance
ppm
concentration
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Japanese (ja)
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Norio Komine
典男 小峯
Masashi Fujiwara
誠志 藤原
Hiroki Jinbo
宏樹 神保
Hiroyuki Hiraiwa
弘之 平岩
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Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that even if hydrogen molecule is added to quartz glass for ultraviolet resistance, the addition has only a terminating effect on a structural defect but is incapable of suppressing the formation of structural defect. SOLUTION: After a quartz glass piece of fixed size is cut out from a synthesized quartz glass ingot, the quartz glass piece is subjected to a hydrogen gas removal treatment in a heat treatment furnace.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はエキシマレーザーリソグ
ラフィなどの300nm以下の紫外線レーザーの光学系に使
用される石英ガラス光学部材およびその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quartz glass optical member used for an optical system of an ultraviolet laser having a wavelength of 300 nm or less, such as excimer laser lithography, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリコン等のウエハ上に集積回路
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
る。このステッパーの光源は、近年のLSIの高集積化に
伴ってg線(436nm)からi線(365nm)、さらにはKr
F(248nm)やArF(193nm)エキシマレーザーへと短
波長化が進められている。一般に、ステッパーの照明系
あるいは投影レンズとして用いられる光学ガラスは、i
線よりも短い波長領域では光透過率が低いため、従来の
光学ガラスにかえて合成石英ガラスが用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical lithography technique for exposing and transferring a fine pattern of an integrated circuit onto a wafer such as silicon, an exposure apparatus called a stepper is used. The light source of this stepper has been changed from g-line (436 nm) to i-line (365 nm) and Kr
Shorter wavelengths are being promoted to F (248 nm) and ArF (193 nm) excimer lasers. Generally, an optical glass used as an illumination system or a projection lens of a stepper has i
Since the light transmittance is low in the wavelength region shorter than the line, synthetic quartz glass is used instead of conventional optical glass.

【0003】しがしながら、合成石英ガラスであって
も、高出力の紫外光やエキシマレーザー光のもとで長時
間使用すると、光透過率の低下、あるいはその他の光学
的特性の劣化がおこる。これらの劣化は、紫外線レーザ
ーの照射によりE'センターと呼ばれる構造欠陥に起因す
る215nmの吸収帯やNBOHC(Non-Bridging Oxygen Hole C
enter)と呼ばれる構造欠陥に起因する260nm吸収帯が現
れることが原因のひとつであると考えられている。
[0003] However, even when using synthetic quartz glass, if it is used for a long time under high-power ultraviolet light or excimer laser light, the light transmittance is reduced or other optical characteristics are deteriorated. . These degradations are caused by the absorption band of 215 nm and NBOHC (Non-Bridging Oxygen Hole C) caused by structural defect called E 'center by irradiation of ultraviolet laser.
One of the causes is considered to be the appearance of an 260 nm absorption band caused by a structural defect called enter).

【0004】エキシマレーザーリソグラフィーなどの30
0nm以下の紫外線レーザーの光学系に使用される石英ガ
ラス光学部材は高い耐紫外線性が要求されるため、上記
のような構造欠陥を低減するためのさまざまな研究がな
されている。以下にそれらについて簡単に説明する。合
成石英ガラスに含有される溶存塩素は、石英ガラス内部
では、Si-Cl、Cl2、HCl等の状態で存在していることが
知られている。そして、どのような存在形態であっても
塩素は紫外線が照射された場合に容易に有害な構造欠陥
に変換されることが予測される。つまり、合成石英ガラ
ス中の含有塩素濃度が高いと、耐紫外線性が悪くなる。
このことは特開平5-32432に記載されているように、合
成石英ガラス中の塩素濃度を200ppm以下に抑制すること
によって、高い耐紫外線性が得られる。また、欧州特許
EP0525984A1に記載されているように、塩素を含まない
原料を用いて石英ガラスを合成することによって高い耐
紫外線性が得られることが知られている。
[0004] 30 such as excimer laser lithography
Since a silica glass optical member used for an optical system of an ultraviolet laser of 0 nm or less is required to have high ultraviolet resistance, various studies have been made to reduce the above structural defects. These will be briefly described below. It is known that dissolved chlorine contained in synthetic quartz glass exists in a state of Si-Cl, Cl2, HCl or the like inside quartz glass. It is expected that chlorine in any existing form will be easily converted to harmful structural defects when irradiated with ultraviolet rays. In other words, when the chlorine concentration in the synthetic quartz glass is high, the ultraviolet light resistance deteriorates.
As described in JP-A-5-32432, high ultraviolet resistance can be obtained by suppressing the chlorine concentration in the synthetic quartz glass to 200 ppm or less. European patents
As described in EP0525984A1, it is known that high ultraviolet resistance can be obtained by synthesizing quartz glass using a chlorine-free raw material.

【0005】一方、特開平4ー295018号明細書に記載され
ているように、含有OH基濃度が多くなると紫外領域での
光透過率が高くなり耐紫外線性が良くなることから、紫
外線レーザー用石英ガラス光学部材として含有OH基濃度
が800ppm〜1200ppmのように高いものが用いられてい
る。また、合成石英ガラス中の含有金属不純物も、構造
欠陥の原因であり、耐紫外線性を悪化させるため、含有
金属不純物を低減した合成石英ガラスが用いられてい
る。
On the other hand, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-295018, when the content of OH groups is increased, the light transmittance in the ultraviolet region is increased and the ultraviolet resistance is improved. A quartz glass optical member having a high OH group concentration of 800 ppm to 1200 ppm is used. In addition, the synthetic metal glass contained in the synthetic quartz glass is also a cause of the structural defect and deteriorates the UV resistance.

【0006】さらに、合成石英ガラスの耐紫外線性をさ
らに向上させるために、得られた石英ガラスインゴット
を水素雰囲気下での熱処理することにより耐紫外線性を
向上させる技術(特開平1-201664)や、水素分子をドー
プすることにより耐エキシマ性を向上させる技術(特開
平3-109233)が提案されている。このようにして石英ガ
ラスインゴットにドープされた水素分子は、紫外線照射
によって生成した構造欠陥を安定な構造に変化(ターミ
ネート)する効果があると考えられいる。
Further, in order to further improve the UV resistance of the synthetic quartz glass, a technique of improving the UV resistance by subjecting the obtained quartz glass ingot to a heat treatment in a hydrogen atmosphere (Japanese Patent Laid-Open No. 1-201664), A technique for improving excimer resistance by doping with hydrogen molecules (Japanese Patent Laid-Open No. 3-109233) has been proposed. It is considered that the hydrogen molecules doped in the quartz glass ingot in this manner have an effect of changing (terminating) a structural defect generated by irradiation with ultraviolet light into a stable structure.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点につ
いて説明する。まず、含有塩素であるが、特開平5-3243
2では合成石英ガラス中の塩素濃度を200ppm以下に抑制
することが提案されているが、課題を解決するための手
段で説明するように、200ppm以下では不十分である。こ
のような濃度の塩素では紫外線照射による劣化が大き
い。一方で、欧州特許EP0525984A1に記載されているよ
うに、塩素を含まない原料を用いて石英ガラスを合成し
たとしても、逆にその他の構造欠陥を増加させる恐れが
あり、耐紫外線性の劣化を免れない。さらに、含有OH基
濃度を800ppm以上に保ったとしても、塩素濃度が低減さ
れていなければやはり耐紫外線性の劣化の恐れがある。
すなわち、含有塩素濃度、含有OH基濃度、および含有金
属不純物濃度はそれぞれを独立に最適化しても意味がな
い。
The problems of the prior art will be described. First, regarding the contained chlorine, see JP-A-5-3243.
In 2, it is proposed that the chlorine concentration in the synthetic quartz glass be suppressed to 200 ppm or less, but as described in the means for solving the problem, 200 ppm or less is insufficient. At such a concentration of chlorine, deterioration due to ultraviolet irradiation is large. On the other hand, as described in European Patent EP0525984A1, even if quartz glass is synthesized using a raw material that does not contain chlorine, there is a risk of increasing other structural defects, and the deterioration of UV resistance is avoided. Absent. Furthermore, even if the concentration of the OH group contained is kept at 800 ppm or more, there is a possibility that the ultraviolet light resistance may deteriorate unless the chlorine concentration is reduced.
That is, it is meaningless to independently optimize the chlorine concentration, the OH group concentration, and the metal impurity concentration.

【0008】さらには、それらを最適化しても石英ガラ
ス基本構造Si-O-Siそのものに不完全構造、たとえばK.A
wazu et.al.:Journal of Applied Physics,73(1993)164
4に記載されているようなストレス構造があってはなら
ない。次に、水素分子導入による耐紫外線性向上におけ
る問題点を説明する。石英ガラスインゴット中に水素分
子を導入するためには、一旦ガラスインゴットを形成し
た後に再び熱処理(水素処理)を加えなければならない
という問題がある。すなわち、この方法であると水素分
子の導入まで熱を少なくとも 2回加えることになり、
コスト的にも時間的にも不利である。また、二次処理で
水素分子を導入するためには水素雰囲気中で処理を行わ
ねばならず、発火・爆発等の危険性も伴う。更に二次処
理をするということは、形成後のインゴットに少なから
ず人手がかかるため、不純物混入の可能性も否定できな
い。加えて、近年、光リソグラフィー技術に用いるレン
ズ径が大きくなるにつれ、二次処理で水素分子を大口径
の石英ガラスインゴット中に均一に導入するには、拡散
係数から考えてもかなりの長時間を有する。
Furthermore, even if they are optimized, the basic structure of quartz glass Si-O-Si itself has an imperfect structure such as KA
wazu et.al .: Journal of Applied Physics, 73 (1993) 164
There must be no stress structure as described in 4. Next, problems in improving ultraviolet light resistance by introducing hydrogen molecules will be described. In order to introduce hydrogen molecules into the quartz glass ingot, there is a problem that heat treatment (hydrogen treatment) must be performed again after the glass ingot is formed. That is, with this method, heat is applied at least twice until the introduction of hydrogen molecules,
It is disadvantageous in terms of cost and time. Further, in order to introduce hydrogen molecules in the secondary treatment, the treatment must be performed in a hydrogen atmosphere, and there is a risk of ignition and explosion. Further, performing the secondary treatment requires a considerable amount of labor on the ingot after formation, so that the possibility of impurity contamination cannot be denied. In addition, in recent years, as the lens diameter used for photolithography technology increases, it takes a considerable amount of time to uniformly introduce hydrogen molecules into a large-diameter quartz glass ingot by secondary processing, even from the viewpoint of the diffusion coefficient. Have.

【0009】さらに、水素処理の最大の問題点は、水素
分子が発生した構造欠陥をターミネートする効果がある
のみで、構造欠陥の生成そのものを抑制することができ
ないことである。したがって、溶存水素分子を含有して
いても、欠陥生成そのものを抑制することができないた
めに、耐紫外線性をさらに向上させるための根本的な解
決手段にはならない。
Further, the biggest problem of the hydrogen treatment is that it has only an effect of terminating a structural defect generated by a hydrogen molecule, but cannot suppress the generation of the structural defect itself. Therefore, even if it contains dissolved hydrogen molecules, it is not a fundamental solution for further improving the ultraviolet light resistance because the generation of defects itself cannot be suppressed.

【0010】そこで、本発明においては、水素処理など
の二次的処理を行わずとも、紫外線レーザー用石英ガラ
ス光学部材として充分な耐紫外線性を得られるように、
構造欠陥の生成そのものを抑制し、さらに含有塩素濃
度、含有OH基濃度、および含有金属不純物濃度を最適化
した石英ガラスを提供することを目的とする。
Therefore, in the present invention, even if a secondary treatment such as a hydrogen treatment is not performed, a sufficient ultraviolet light resistance as a quartz glass optical member for an ultraviolet laser can be obtained.
An object of the present invention is to provide a quartz glass that suppresses the generation of structural defects itself and further optimizes the concentration of contained chlorine, the concentration of contained OH groups, and the concentration of contained metal impurities.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、インゴッ
ト形成時において石英ガラスの構造そのものが安定であ
るような製造条件を得るために、紫外線を照射したとき
に構造欠陥の生じる原因について研究した。その結果、
石英ガラスインゴット形成時の成長速度が耐紫外線性に
非常に影響することを発見した。すなわち、インゴット
の成長速度が速すぎると、石英ガラススートがターゲッ
ト上に堆積、溶融された後、不完全構造が取り除かれな
いままガラス化してしまい、これらの不完全構造が紫外
線を照射したときの欠陥生成の前駆体となり、従って、
成長速度が小さいときに比べて耐エキシマレーザー性が
悪化するとの結論に至ったのである。この結果から石英
ガラスインゴットの形成時の成長速度は、2mm/時以下
に設定することが必要であることが判明した。
The present inventors have studied the causes of structural defects when irradiated with ultraviolet rays in order to obtain manufacturing conditions under which the structure of quartz glass itself is stable during the formation of an ingot. did. as a result,
It has been found that the growth rate during the formation of quartz glass ingots has a significant effect on UV resistance. In other words, if the growth rate of the ingot is too high, the quartz glass soot is deposited and melted on the target, then vitrified without removing the incomplete structure, and when these incomplete structures are irradiated with ultraviolet light. Become a precursor for defect generation, and
They concluded that the excimer laser resistance was worse than when the growth rate was low. From this result, it was found that the growth rate during the formation of the quartz glass ingot had to be set to 2 mm / hour or less.

【0012】また、インゴットの成長速度の最適化と同
時に、従来の含有塩素濃度、含有金属不純物濃度、およ
び含有OH基濃度の最適化を達成することにより、石英ガ
ラスの耐紫外線性をさらに向上させることが可能であ
る。実験を繰り返した結果、含有塩素濃度は50ppm以
下、含有OH基濃度は800ppm以上、含有金属不純物濃度は
各元素とも20ppb以下に設定することが必要であると判
明した。
Further, by simultaneously optimizing the growth rate of the ingot and the conventional optimization of the chlorine concentration, the metal impurity concentration and the OH group concentration, the UV resistance of quartz glass is further improved. It is possible. As a result of repeating the experiment, it was found that it was necessary to set the chlorine concentration to 50 ppm or less, the OH group concentration to 800 ppm or more, and the metal impurity concentration to 20 ppb or less for each element.

【0013】[0013]

【作用】合成石英ガラスの製造方法においては、原料に
四塩化ケイ素などの塩化ケイ素を用い、原料を酸水素火
炎で分解してシリカスートを形成させ、それを回転、揺
動、引き下げを行っているターゲット上に堆積、溶融す
ることによって石英ガラスインゴットを得るため、製造
条件による石英ガラス構造の多様化が予測される。
In the method of manufacturing synthetic quartz glass, silicon chloride such as silicon tetrachloride is used as a raw material, and the raw material is decomposed by an oxyhydrogen flame to form silica soot, which is rotated, rocked, and lowered. Since a quartz glass ingot is obtained by depositing and melting on a target, diversification of the quartz glass structure due to manufacturing conditions is expected.

【0014】インゴットの成長速度は、主に原料の供給
量とターゲットの降下速度によって決まる。従来、イン
ゴットの成長速度に注目した研究はなされていなかった
が、成長速度が速ければ速いほど生産性が向上し、歩留
まりはよくなるため、従来は例えば2mm/時以上の成長
速度で製造が行われていた。
The growth rate of the ingot is mainly determined by the supply amount of the raw material and the falling speed of the target. Conventionally, no research has focused on the growth rate of ingots.However, the faster the growth rate, the higher the productivity and the better the yield, so conventionally, production was performed at a growth rate of, for example, 2 mm / hour or more. I was

【0015】本発明は、インゴット中の不完全構造を取
り除くために、成長速度を2mm/時以下に設定したこと
を特徴とする。
The present invention is characterized in that the growth rate is set to 2 mm / hour or less in order to remove incomplete structures in the ingot.

【0016】不完全構造の例としては、これまで文献等
でSi-Si結合やSi-O-O-Si結合等が提案されているが、本
発明で得られた石英ガラスにそのような化学量論比から
のずれに起因する不完全構造が存在しないことは、真空
紫外・紫外・可視・赤外分光光度計による吸収測定から
確認済である。すなわち、g線(436nm)からi線(365
nm)、さらにはKrF(248nm)波長では内部透過率99.
9%以上、ArF(193nm)波長では略99.9%以上を達成し
ている。
As examples of imperfect structures, Si-Si bonds and Si-OO-Si bonds have been proposed in literatures and the like, but such stoichiometry is applied to the quartz glass obtained in the present invention. The absence of an incomplete structure due to the deviation from the ratio has been confirmed by absorption measurement using a vacuum ultraviolet / ultraviolet / visible / infrared spectrophotometer. That is, from g-line (436 nm) to i-line (365 nm)
nm), and at the KrF (248 nm) wavelength, the internal transmittance is 99.
9% or more is achieved at the ArF (193 nm) wavelength.

【0017】石英ガラスネットワーク中では、酸素原子
とケイ素原子とで作られる四面体どうしが架橋してお
り、Si-O-Si結合角はガラスであるがゆえにある分布を
持っている。このSi-O-Si結合角分布の中には構造的に
不安定なものが含まれている。この不安定なSi-O-Si結
合角成分が耐紫外線性の悪化を引き起こしていると考え
られる。すなわち、化学量論比からのずれに起因する不
完全構造ではない。このような不安定構造として、たと
えばSi-O結合距離が最安定距離からずれている場合や、
3員環、4員環構造のような不安定な結合角を有する結
合などが考えられる。
In the quartz glass network, tetrahedrons formed by oxygen atoms and silicon atoms are cross-linked, and the Si-O-Si bond angle has a certain distribution due to glass. The Si—O—Si bond angle distribution includes a structurally unstable one. It is considered that this unstable Si-O-Si bond angle component causes deterioration of the UV resistance. That is, it is not an imperfect structure due to a deviation from the stoichiometric ratio. As such an unstable structure, for example, when the Si-O bond distance is deviated from the most stable distance,
A bond having an unstable bond angle such as a three-membered ring or a four-membered ring structure can be considered.

【0018】このとき、OH基が含有すると架橋する必要
が無くなるため、Si-O-H結合角が最安定構造に近づくこ
とができる。したがって、OH基含有量が多いほど耐紫外
線性が向上するものと推定される。本発明においては、
インゴットの成長速度を2mm/時以下に設定し、かつOH
基含有量を800ppm以上にすることにより、従来よりさら
に耐紫外線性に優れ、紫外線用光学部材としての要求を
充分に満たした石英ガラス光学部材を提供することが可
能となる。
At this time, if the OH group is contained, there is no need for crosslinking, so that the Si-OH bond angle can approach the most stable structure. Therefore, it is estimated that the higher the OH group content, the better the ultraviolet resistance. In the present invention,
Set the ingot growth rate to 2mm / hr or less and
By setting the group content to 800 ppm or more, it is possible to provide a quartz glass optical member which is more excellent in ultraviolet resistance than before and sufficiently satisfies the requirements as an optical member for ultraviolet light.

【0019】同様に、含有Cl濃度(50ppm以下)、含有
金属不純物濃度(20ppb以下)についても、インゴット
の成長速度(2mm/時以下)と組み合わせることにより
耐紫外線性に優れた石英ガラス光学部材を提供すること
が可能となる。
Similarly, a quartz glass optical member having excellent UV resistance can be obtained by combining the Cl content (50 ppm or less) and the metal impurity concentration (20 ppb or less) with the ingot growth rate (2 mm / hour or less). Can be provided.

【0020】[0020]

【実施例1】高純度石英ガラスインゴットは、原料とし
て高純度の四塩化ケイ素を用い、石英ガラス製バーナー
にて酸素ガス及び水素ガスを混合・燃焼させ、中心部か
ら原料ガスをキャリアガス(通常酸素ガス)で希釈して
噴出させ、ターゲット上に堆積、溶融して合成した。合
成の際、原料ガスを周囲の酸素ガス及び水素ガスの燃焼
により生成する水と反応させ、バーナー下方にある不透
明石英ガラス板からなるターゲット上にガラス化して堆
積させるわけであるが、その際ターゲットは一定周期で
回転及び揺動させ、更に降下を同時に行うことによりイ
ンゴット部の位置を常時バーナーから同距離に保った
(特願平5-22293、特願平5-22294参照)。
Embodiment 1 A high-purity quartz glass ingot uses high-purity silicon tetrachloride as a raw material, mixes and burns oxygen gas and hydrogen gas with a burner made of quartz glass, and supplies a raw material gas from a central portion to a carrier gas (usually). It was diluted with oxygen gas) and ejected, deposited on a target, melted and synthesized. In the synthesis, the raw material gas is reacted with water generated by the combustion of the surrounding oxygen gas and hydrogen gas, and is vitrified and deposited on a target formed of an opaque quartz glass plate below the burner. By rotating and oscillating in a fixed cycle, and simultaneously descending, the position of the ingot was always kept at the same distance from the burner (see Japanese Patent Application Nos. 5-22293 and 5-22294).

【0021】このとき、実施例1では、原料供給量を5g
/minに設定し、ターゲットの降下速度を1mm/時として、
合成時のインゴットのヘッドを一定に保つことにより、
成長速度1mm/時で合成した直径180mm、長さ550mmの石英
ガラスインゴットを得た。また、比較例1として、原料
供給量を20g/minとして、成長速度4mm/時で合成した直
径180mm、長さ480mmの石英ガラスインゴットを作成し
た。
At this time, in Example 1, the raw material supply amount was 5 g.
/ min, and set the descent speed of the target to 1 mm / hour,
By keeping the ingot head constant during synthesis,
A quartz glass ingot with a diameter of 180 mm and a length of 550 mm synthesized at a growth rate of 1 mm / hour was obtained. Further, as Comparative Example 1, a quartz glass ingot having a diameter of 180 mm and a length of 480 mm synthesized at a growth rate of 4 mm / hour with a raw material supply amount of 20 g / min was produced.

【0022】これらの石英ガラスインゴットについて、
赤外吸収分光法(1.38μmのOH基による吸収量を測定す
る。)によりOH基含有量を測定したところ、実施例1は
1200ppm、比較例1は1070ppmであった。また、放射化分
析法により塩素含有量を調べたところ、実施例1は15pp
m、比較例1は70ppmであった。
With respect to these quartz glass ingots,
When the OH group content was measured by infrared absorption spectroscopy (the amount of absorption by the 1.38 μm OH group was measured), Example 1 showed that
1200 ppm and Comparative Example 1 were 1070 ppm. When the chlorine content was examined by activation analysis, Example 1 showed 15 pp.
m, Comparative Example 1 was 70 ppm.

【0023】さらに、含有金属不純物(Mg,Ca,Ti,Cr,F
e,Ni,Cu,Zn,Co,Mn)の定量分析を誘導結合プラズマ発光
分光法によって行ったところ、濃度がそれぞれ20ppb以
下と高純度であることがわかった。これらの、実施例
1、比較例1の石英ガラスインゴットのそれぞれから直
径60mm、厚さ10mmのArFエキシマレーザー照射用試験片
を切り出し、厚さ方向の向かい合う2面に光学研磨を施
した。次に、これらの2つの試験片を同一の熱処理炉内
において拡散ポンプで10-5Torrに排気しながら 700℃に
60hr保持して(真空アニール)室温まで冷却して脱水素
ガス処理を施し、レーザー耐性に対する溶存水素分子の
影響を排除した。水素分子濃度の測定は、レーザーラマ
ン分光光度計により行った。定量は、サンプルを試料台
にセットした後、Ar+レーザー(出力 800mW)を照射し
た時に発生するサンプルと直角方向のラマン散乱光のう
ち、800cm-1と4135cm-1の強度を測定し、その強度比を
とることにより行った(V. S. Khotimchenko et al., J.
Appl. Spectrosc., 46, 632-635(1987) )。その結果、
溶存水素分子はいずれの試験片も検出限界(1x1016mole
cules/cm3)以下であった。
Further, the contained metal impurities (Mg, Ca, Ti, Cr, F
Quantitative analysis of e, Ni, Cu, Zn, Co, and Mn) was performed by inductively coupled plasma emission spectroscopy. A test piece for irradiating an ArF excimer laser having a diameter of 60 mm and a thickness of 10 mm was cut out from each of the quartz glass ingots of Example 1 and Comparative Example 1, and two surfaces facing each other in the thickness direction were optically polished. Next, these two test pieces were heated to 700 ° C in the same heat treatment furnace while evacuating to 10-5 Torr with a diffusion pump.
After holding for 60 hours (vacuum annealing), the mixture was cooled to room temperature and subjected to a dehydrogenation gas treatment to eliminate the influence of dissolved hydrogen molecules on laser resistance. The measurement of the hydrogen molecule concentration was performed by a laser Raman spectrophotometer. The quantification is performed by setting the sample on the sample table, measuring the intensity of 800cm-1 and 4135cm-1 of the Raman scattered light in the direction perpendicular to the sample generated when irradiating with an Ar + laser (output 800mW), and measuring the intensity. Ratios (VS Khotimchenko et al., J.
Appl. Spectrosc., 46, 632-635 (1987)). as a result,
Dissolved hydrogen molecules have a detection limit (1x10 16 moles)
cules / cm 3 ).

【0024】このようにして作成した実施例1、比較例
1の試験片に、ArFエキシマレーザー光をワンパルスエ
ネルギー密度:100mJ/cm2/pulse、繰り返し:100Hzで照
射試験を行い、193nmの吸収係数、吸収係数=ln(照
射後の透過率/照射前の透過率)/試験片厚さの変化を
調べた。その結果を図1に示した。図1のように、石英
ガラスインゴットを成長速度1mm/時で合成した実施例1
の方が比較例1に比べてエキシマレーザー耐性が著しく
向上していることがわかる。
The test pieces of Example 1 and Comparative Example 1 prepared as described above were subjected to an irradiation test with ArF excimer laser light at a one-pulse energy density of 100 mJ / cm 2 / pulse and a repetition of 100 Hz to absorb 193 nm. Coefficient, absorption coefficient = ln (transmittance after irradiation / transmittance before irradiation) / change in test piece thickness was examined. The result is shown in FIG. Example 1 in which a quartz glass ingot was synthesized at a growth rate of 1 mm / hour as shown in FIG.
It can be seen that excimer laser resistance is remarkably improved as compared with Comparative Example 1.

【0025】[0025]

【実施例2】実施例2では、原料供給量を20g/minに設
定し、ターゲットの降下速度を1.2mm/時として、合成時
のインゴットのヘッドを一定に保つことにより、成長速
度1.2mm/時で合成した直径280mm、長さ600mmの石英ガラ
スインゴットを得た。また、比較例2として、原料供給
量を40g/minとして、成長速度20mm/時で合成した直径12
5mm、長さ500mmの石英ガラスインゴットを作成した。
EXAMPLE 2 In Example 2, the growth rate was set at 1.2 mm / min by setting the raw material supply rate to 20 g / min, setting the target descent rate to 1.2 mm / h, and keeping the ingot head constant during synthesis. A quartz glass ingot with a diameter of 280 mm and a length of 600 mm was obtained. Further, as Comparative Example 2, a raw material supply amount of 40 g / min and a diameter 12
A quartz glass ingot with a length of 5 mm and a length of 500 mm was prepared.

【0026】これらの石英ガラスインゴットについて、
OH基含有量を測定したところ、実施例2は1200ppm、比
較例2は660ppmであった。また、塩素含有量を調べたと
ころ、実施例2は23ppm、比較例2は130ppmであった。
さらに、含有金属不純物(Mg,Ca,Ti,Cr,Fe, Ni,Cu,Zn,C
o,Mn)濃度はそれぞれ20ppb以下と高純度であることが
わかった。
With respect to these quartz glass ingots,
When the OH group content was measured, it was 1200 ppm in Example 2 and 660 ppm in Comparative Example 2. Further, when the chlorine content was examined, it was 23 ppm in Example 2 and 130 ppm in Comparative Example 2.
Furthermore, the contained metal impurities (Mg, Ca, Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, C
The o, Mn) concentrations were found to be 20 ppb or less and high purity.

【0027】これらの、実施例2、比較例2の石英ガラ
スインゴットのそれぞれから直径60mm、厚さ10mmのArF
エキシマレーザー照射用試験片を切り出し、厚さ方向の
向かい合う2面に光学研磨を施した。次に、これらの2つ
の試験片を同一の熱処理炉内において拡散ポンプで10-5
Torrに排気しながら 700℃に60hr保持して(真空アニー
ル)室温まで冷却して脱水素ガス処理を施し、レーザー
耐性に対する溶存水素分子の影響を排除した。その結
果、溶存水素分子はいずれの試験片も検出限界(1x1016
molecules/cm3)以下であった。
Each of the quartz glass ingots of Example 2 and Comparative Example 2 was made of ArF having a diameter of 60 mm and a thickness of 10 mm.
A test piece for excimer laser irradiation was cut out and optically polished on two opposing surfaces in the thickness direction. Next, these two test pieces were subjected to 10 -5 by a diffusion pump in the same heat treatment furnace.
While maintaining the temperature at 700 ° C. for 60 hours while evacuating to Torr (vacuum annealing), the solution was cooled to room temperature and subjected to dehydrogenation gas treatment to eliminate the influence of dissolved hydrogen molecules on laser resistance. As a result, the dissolved hydrogen molecule was detected at the detection limit (1x10 16
molecules / cm 3 ).

【0028】このようにして作成した実施例2、比較例
2の試験片に、ArFエキシマレーザー光をワンパルスエ
ネルギー密度:100mJ/cm2/pulse、繰り返し:100Hzで照
射試験を行い、193nmの吸収係数の変化を調べた。その
結果を図2に示した。図2のように、石英ガラスインゴ
ットを成長速度1.2mm/時で合成した実施例2の方が比較
例2に比べてエキシマレーザー耐性が著しく向上してい
ることがわかる。
The test pieces of Example 2 and Comparative Example 2 thus prepared were subjected to an irradiation test with ArF excimer laser light at a one-pulse energy density of 100 mJ / cm 2 / pulse at a repetition rate of 100 Hz, and an absorption of 193 nm. The change of the coefficient was investigated. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 2, it can be seen that Example 2 in which a quartz glass ingot was synthesized at a growth rate of 1.2 mm / hour has significantly improved excimer laser resistance as compared with Comparative Example 2.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の記載のように、本発明によれば、
高出力なエキシマレーザー光や紫外線の長期にわたる照
射に対して、本質的に透過率低下の少ない耐紫外線性に
優れた合成石英ガラス光学部材を得ることができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to obtain a synthetic quartz glass optical member that is essentially excellent in UV resistance with little decrease in transmittance against long-term irradiation with high-power excimer laser light or UV light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例1、比較例1の試験片にArFエキシマ
レーザー照射したときの193nm吸収係数の変化。
FIG. 1 shows a change in absorption coefficient at 193 nm when ArF excimer laser irradiation is performed on the test pieces of Example 1 and Comparative Example 1.

【図2】 実施例2、比較例2の試験片にArFエキシマ
レーザー照射したときの193nm吸収係数の変化。
FIG. 2 shows the change in the absorption coefficient at 193 nm when the test pieces of Example 2 and Comparative Example 2 were irradiated with an ArF excimer laser.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年12月12日(2000.12.
12)
[Submission date] December 12, 2000 (200.12.
12)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0009】さらに、水素処理の最大の問題点は、水素
分子が発生した構造欠陥をターミネートする効果がある
のみで、構造欠陥の生成そのものを抑制することができ
ないことである。したがって、溶存水素分子を含有して
いても、欠陥生成そのものを抑制することができないた
めに、耐紫外線性をさらに向上させるための根本的な解
決手段にはならない。むしろ、水素分子を含有させるこ
とにより、水素分子と同時に構造的に不安定なSi-Hもが
石英ガラス中に多く存在することとなり、問題である。
Further, the biggest problem of the hydrogen treatment is that it has only an effect of terminating a structural defect generated by a hydrogen molecule, but cannot suppress the generation of the structural defect itself. Therefore, even if it contains dissolved hydrogen molecules, it is not a fundamental solution for further improving the ultraviolet light resistance because the generation of defects itself cannot be suppressed. Rather, it contains hydrogen molecules.
As a result, structurally unstable Si-H is formed simultaneously with hydrogen molecules.
This is a problem because it is often present in quartz glass.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0010】そこで、本発明においては、水素を含有さ
せなくても、紫外線レーザー用石英ガラス光学部材とし
て充分な耐紫外線性を得られるように、構造欠陥の生成
そのものを抑制し、さらに含有塩素濃度、含有OH基濃
度、および含有金属不純物濃度を最適化した石英ガラス
を提供することを目的とする。
Therefore, in the present invention, hydrogen is not contained.
Even without this, the generation of structural defects is suppressed and the chlorine concentration, OH group concentration and metal impurity concentration are optimized so that sufficient UV resistance can be obtained as a quartz glass optical member for UV lasers. It is an object of the present invention to provide a modified quartz glass.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、合成した
石英ガラスにおいて、溶存する水素のレーザー耐性に対
する影響を排除するには、脱ガス処理を行えば良いこと
を見いだした。また、本発明者らは、インゴット形成時
において石英ガラスの構造そのものが安定であるような
製造条件を得るために、紫外線を照射したときに構造欠
陥の生じる原因について研究した。その結果、石英ガラ
スインゴット形成時の成長速度が耐紫外線性に非常に影
響することを発見した。すなわち、インゴットの成長速
度が速すぎると、石英ガラススートがターゲット上に堆
積、溶融された後、不完全構造が取り除かれないままガ
ラス化してしまい、これらの不完全構造が紫外線を照射
したときの欠陥生成の前駆体となり、従って、成長速度
が小さいときに比べて耐エキシマレーザー性が悪化する
との結論に至ったのである。この結果から石英ガラスイ
ンゴットの形成時の成長速度は、2mm/時以下に設定す
ることが必要であることが判明した。
Means for Solving the Problems The present inventors have synthesized
In quartz glass, laser resistance of dissolved hydrogen
What should be done by degassing to eliminate the influence of
Was found. In addition, the present inventors have studied the causes of structural defects when irradiated with ultraviolet rays in order to obtain manufacturing conditions under which the structure of quartz glass itself is stable during ingot formation. As a result, it was found that the growth rate at the time of forming the quartz glass ingot had a great influence on the UV resistance. In other words, if the growth rate of the ingot is too high, the quartz glass soot is deposited and melted on the target, then vitrified without removing the incomplete structure, and when these incomplete structures are irradiated with ultraviolet light. It became a precursor of defect generation, and consequently concluded that the excimer laser resistance was worse than when the growth rate was low. From this result, it was found that the growth rate during the formation of the quartz glass ingot had to be set to 2 mm / hour or less.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0015】本発明は、石英ガラス中に溶存する水素が
レーザー耐性に対して及ぼす影響を排除するために脱ガ
ス処理することを特徴とする。また、本発明は、インゴ
ット中の不完全構造を取り除くために、成長速度を2mm
/時以下に設定したことを特徴とする。
According to the present invention, hydrogen dissolved in quartz glass
Degas to eliminate effects on laser resistance
The processing is performed. In addition, the present invention provides a growth rate of 2 mm to remove imperfect structures in the ingot.
/ Hour or less.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岩 弘之 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hiroyuki Hiraiwa 3-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ケイ素化合物を酸水素火炎で加水分解し、
生じた石英ガラススートをターゲット上に堆積、溶融し
て石英ガラスインゴットを形成する石英ガラスの製造方
法において、前記石英ガラスインゴットから所望の大き
さの石英ガラス片を切り出した後、熱処理炉内において
脱水素ガス処理することを特徴とする石英ガラスの製造
方法。
(1) hydrolyzing a silicon compound with an oxyhydrogen flame;
In the method for manufacturing quartz glass in which the resulting quartz glass soot is deposited and melted on a target to form a quartz glass ingot, a quartz glass piece having a desired size is cut out from the quartz glass ingot and then dehydrated in a heat treatment furnace. A method for producing quartz glass, comprising subjecting to a raw gas treatment.
【請求項2】請求項1に記載の石英ガラスの製造方法に
おいて、前記石英ガラスインゴットから所望の大きさの
石英ガラス片を切り出した後、脱水素ガス処理する前
に、前記石英ガラス片の厚さ方向の向かい合う2面に光
学研磨を施すことを特徴とする石英ガラスの製造方法。
2. A method for producing quartz glass according to claim 1, wherein a quartz glass piece having a desired size is cut out from said quartz glass ingot, and before the quartz glass piece is subjected to a dehydrogenation gas treatment, the thickness of said quartz glass piece is reduced. A method for producing quartz glass, comprising optically polishing two surfaces facing in opposite directions.
【請求項3】請求項1または請求項2に記載の石英ガラ
スの製造方法において、前記石英ガラスインゴットの成
長速度を2mm/時以下とすることを特徴とする石英ガ
ラスの製造方法。
3. The method for producing quartz glass according to claim 1, wherein the growth rate of the quartz glass ingot is 2 mm / hour or less.
【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
方法により得られる石英ガラス光学部材において、石英
ガラス中の含有OH基濃度が800ppm以上であることを特徴
とする石英ガラス光学部材。
4. A quartz glass optical member obtained by the method according to claim 1, wherein an OH group concentration in the quartz glass is 800 ppm or more. .
【請求項5】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
方法により得られる石英ガラス光学部材において、石英
ガラス中の含有塩素濃度が50ppm以下であることを特徴
とする石英ガラス光学部材。
5. A quartz glass optical member obtained by the method according to claim 1, wherein the chlorine concentration in the quartz glass is 50 ppm or less.
【請求項6】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
方法により得られる石英ガラス光学部材において、石英
ガラス中の含有金属不純物濃度がそれぞれ20ppb以下で
あることを特徴とする石英ガラス光学部材。
6. A quartz glass optical member obtained by the method according to any one of claims 1 to 3, wherein a concentration of metal impurities contained in the quartz glass is 20 ppb or less. Element.
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