JP2003176143A

JP2003176143A - 合成石英ガラス部材

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Publication number: JP2003176143A
Application number: JP2001376649A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujinoki; 朗藤ノ木; Hiroyuki Nishimura; 裕幸西村; Yasuyuki Yaginuma; 康之柳沼; Akira Sato; 彰佐藤; Tetsuji Ueda; 哲司上田; Kichiken Ikeda; 吉謙池田
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-24
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: JP4114039B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】使用方向及びオフ軸方向の脈理グレー
ドがＡクラス、使用方向のＯＨ基濃度をオフ軸方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が３０ｐｐｍ以下、使用方
向の仮想温度をオフ軸方向に平均化した際の平均値の最
大値と最小値の差が２０℃以下、オフ軸方向のＯＨ基濃度を使用方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が４０ｐｐｍ以下、オフ軸
方向の仮想温度を使用方向に平均化した際の平均値の最
大値と最小値の差が３０℃以下、合成石英ガラスの使用方向における波長６３３ｎｍの
光に対する屈折率分布Δｎが１×１０^-6以下、オフ軸方
向の屈折率分布Δｎが３×１０^-6以下の合成石英ガラス
部材。【効果】本発明の合成石英ガラス部材は、ＡｒＦエキ
シマレーザー用として複屈折が少なく、屈折率の均質性
に優れ、光透過率変化が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザー
用、特にＡｒＦエキシマレーザー用に使用されるレン
ズ、プリズム、ミラー、窓材等の光学用素材として好適
な、屈折率の均質性に優れ、複屈折が小さく、かつ使用
に際して光透過率変化の少ないエキシマレーザー用合成
石英ガラス部材に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】超ＬＳ
Ｉの高集積化に伴う露光パターンの微細化が進み、回路
パターンを半導体ウエハー上に描画するリソグラフィー
装置においても露光光源はより短波長化が求められてき
ている。この結果、露光装置の光源として、従来のｉ線
（波長３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザー（波長
２４８ｎｍ）が主流となり、近年ではＡｒＦエキシマレ
ーザー（波長１９３ｎｍ）の実用化が始まっている。

【０００３】このような光源の短波長化に伴い、露光装
置に使用されるレンズ、ウインドウ、プリズム等の光学
部品についても、より高精度なものが求められてきてい
る。特にＡｒＦエキシマレーザーに関しては、屈折率の
均質性に加えて複屈折の低減が極めて重要な課題であ
る。特に、合成石英ガラスの場合、波長２００ｎｍより
短波長の光に対しては光弾性係数の一定性が崩れ、急激
に大きくなることが測定されていて、波長１９３ｎｍで
は波長６３３ｎｍにおける光弾性係数の１．５倍程度に
増加する。このために、解像度に対する複屈折の影響が
従来以上に大きくなり、屈折率の均質性と同様、極限に
近いレベルでの複屈折の低減が必要となってきている。

【０００４】従来から、屈折率分布の均一性Δｎを決定
する合成石英ガラス中のパラメーターとしては、ＯＨ基
濃度、塩素濃度、仮想温度がよく知られている。特開平
２−２３９１２７号公報には、これらの分布形を適当に
組み合わせることにより、屈折率分布を１×１０^-6のレ
ベルにまで低減する技術が開示されている。しかしなが
ら、これらのパラメータの分布形の組み合わせによって
は、屈折率分布を低減することが可能であっても、複屈
折については全く考慮をしていないために、ＫｒＦ用の
光学部材としては満足できるものであっても、複屈折に
対する要求が厳しいＡｒＦ用途には不適切な場合が生じ
ることが判った。

【０００５】また、前記特開平２−２３９１２７号公報
では、ＯＨ基濃度や仮想温度の値として合成石英ガラス
部材のある一点の値について考慮されている。しかし、
屈折率分布や複屈折分布、特に複屈折分布については、
使用方向やオフ軸方向といった目的とする方向における
これらのパラメーターの分布については検討されていな
かった。そこで、本発明者らはこれらのパラメーターを
検討した結果、目的とする方向で平均化し、その平均値
の分布として制御する必要があることが判った。

【０００６】一方、ＡｒＦやＫｒＦのエキシマレーザー
光は非常に強いエネルギーを持った光であるために、合
成石英ガラス光学部材に対してＥ^*センターと呼ばれる
欠陥を生じさせ、問題となるが、合成石英ガラス中に一
定以上の濃度の水素が存在すると、この欠陥を生じにく
くなり、いわゆるレーザー耐久性が向上することが知ら
れている。ＫｒＦエキシマレーザーに比べてＡｒＦエキ
シマレーザー光は、数倍強烈なダメージを合成石英ガラ
スに与えるため、特にＡｒＦ用途の合成石英ガラスに
は、ＫｒＦ用途の合成石英ガラスに対して数倍の水素濃
度が必要であるが、本発明者らの検討の結果、２×１０
¹⁷分子／ｃｍ³以上の水素は屈折率の均質性に影響を及
ぼすことが判った。

【０００７】特開平３−８８７４３号公報には、高均質
性とレーザー耐久性を兼ね備えた石英ガラス光学体とし
て、ＯＨ基濃度分布、塩素濃度分布、仮想温度分布を適
切に組み合わせることで、屈折率分布を低減し、なおか
つ水素分子含有量を５×１０ ¹⁶分子／ｃｍ³にすること
で適切な特性を得る技術が開示されているが、３×１０
¹⁷分子／ｃｍ³以上の水素濃度は屈折率分布に影響を与
えるために、このような高濃度の水素分子濃度を有する
合成石英ガラスの場合には、水素分子濃度分布をＯＨ基
分布や仮想温度分布と同様に考慮して分布形を選択する
必要があることがわかった。

【０００８】更に、ＡｒＦ用途の合成石英ガラスの場
合、特開平６−１６４４９号公報に示されるように塩素
はエキシマレーザーによる劣化を助長する場合があるた
めに、塩素濃度が２０ｐｐｍ以下の合成石英ガラスがよ
り好ましいことが判ってきたが、塩素は屈折率分布に多
大な影響を及ぼすために、これを微量しか含有しない、
あるいは全く含有しない合成石英ガラスの場合では、前
記特開平２−２３９１２７号公報に示されるような分布
形の規定では望ましい効果を得られない場合が生じるこ
とがわかった。

【０００９】本発明は上記事情を改善するためになされ
たもので、エキシマレーザー用、特にＡｒＦエキシマレ
ーザー用として好適で、屈折率の均質性に優れ、複屈折
が小さく、しかも光透過率変化の少ない合成石英ガラス
部材を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた
結果、以下のように合成石英ガラス体の物性を制御する
ことで、エキシマレーザー用、特にＡｒＦエキシマレー
ザーを光源とする露光装置の光学用石英ガラス光学部材
に好適な、屈折率の均質性と低い複屈折性を有し、かつ
ＡｒＦエキシマレーザーの長期の照射に耐え得る石英ガ
ラス材料を得ることができることを見出した。

【００１１】即ち、下記〜の特性を備えた合成石英
ガラス部材が、屈折率の均質性、低複屈折性を有し、光
透過率変化が少なく、これが特にＡｒＦエキシマレーザ
ーを光源とする露光装置に用いられる光学部材として好
適であること、またこの場合、屈折率分布として測定波
長６３３ｎｍの光において１×１０^-6以下、複屈折率と
して最大値が同じく波長６３３ｎｍの光での測定値とし
て１ｎｍ／ｃｍ以下とし、ＡｒＦエキシマレーザー光の
照射に対して十分な耐久性を有するため必要な水素濃度
として２×１０¹⁷分子／ｃｍ³以上３×１０¹⁸分子／ｃ
ｍ³以下を有すること、更には略円柱形状を有する塩素
を実質的に含まない合成石英ガラス部材とすることが好
ましいことを知見し、本発明をなすに至った。

【００１２】従って、本発明は、下記の合成石英ガラス
部材を提供する。請求項１：直径１５０〜３８０ｍｍ、厚さ５０〜１５０
ｍｍの略円柱形状を有する合成石英ガラス部材におい
て、使用方向及びオフ軸方向の脈理グレードがＡクラスで
あること、使用方向のＯＨ基濃度をオフ軸方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が３０ｐｐｍ以下であり、
使用方向の仮想温度をオフ軸方向に平均化した際の平均
値の最大値と最小値の差が２０℃以下であること、オフ軸方向のＯＨ基濃度を使用方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が４０ｐｐｍ以下であり、
オフ軸方向の仮想温度を使用方向に平均化した際の平均
値の最大値と最小値の差が３０℃以下であること、合成石英ガラスの使用方向における波長６３３ｎｍの
光に対する屈折率分布Δｎが１×１０^-6以下であり、オ
フ軸方向の屈折率分布Δｎが３×１０^-6以下であること
を特徴とする合成石英ガラス部材。請求項２：オフ軸方向に平均化した際の使用方向のＯＨ
基濃度分布の分布形が、回転対称で、かつ上に凸の変曲
点を１つ有する分布形であり、かつＯＨ基濃度分布にお
ける回転対称軸で最大値を与える変曲点が１つの略４次
曲線状又は略２次曲線状であり、しかも該回転対称軸が
円柱形状の回転対称軸と一致していることを特徴とする
請求項１記載の合成石英ガラス部材。請求項３：オフ軸方向に平均化した際の使用方向の仮想
温度分布の分布形が、回転対称で、かつ上に凸の変曲点
を１つ有する分布形であり、かつ仮想温度分布における
回転対称軸で最大値を与える変曲点が１つの略４次曲線
状又は略２次曲線状であり、しかも該回転対称軸が円柱
形状の回転対称軸と一致していることを特徴とする請求
項１又は２記載の合成石英ガラス部材。請求項４：オフ軸方向に平均化した際の使用方向の水素
分子濃度分布の分布形が回転対称で、かつ上に凸の変曲
点を１つ有する分布形であり、かつ水素分子濃度分布に
おける回転対称軸で最大値を与えるなだらかな曲線状で
あり、平均水素分子濃度の最大値が最低値の３倍未満で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記
載の合成石英ガラス部材。請求項５：含有される塩素濃度が２０ｐｐｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の
合成石英ガラス部材。請求項６：使用方向及びオフ軸方向の複屈折の最大値が
ガラス体の最外部で与えられ、その値が１．５ｎｍ／ｃ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か１項記載の合成石英ガラス部材。請求項７：使用方向の複屈折を与える応力が使用方向の
最外周において最大で、かつ円周方向に引っ張り応力で
あることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記
載の合成石英ガラス部材。

【００１３】なお、本発明において、語句は以下のよう
に定義する。［使用方向及びオフ軸方向］露光装置に用いられる光学
部材は、扁平なレンズ形状を有するものが最も一般的で
ある。この場合、図１（Ａ）の合成石英ガラス部材１０
において、光が透過する面を見込む方向を使用方向、使
用方向と垂直な方向をオフ軸方向と呼ぶ。なお、図１
（Ｂ）は使用方向から見た石英ガラス部材１０、図１
（Ｃ）はオフ軸方向から見た石英ガラス部材１０の一例
をそれぞれ示す。

【００１４】この場合、使用方向は、図１（Ａ）におけ
る矢印Ａ方向、即ち円柱の軸方向、オフ軸方向は、矢印
Ｂ方向、即ちＡ方向に対し垂直方向であるが、例えば
「使用方向のＯＨ基濃度の分布」、「使用方向の仮想温
度の分布」とは、図１（Ａ）における矢印Ｃ方向、即ち
直径方向におけるＯＨ基濃度分布、仮想温度（ＦＴ）分
布をいう。一方、「オフ軸方向のＯＨ基濃度の分布」、
「オフ軸方向の仮想温度の分布」とは、矢印Ｄ方向、即
ち厚さ方向におけるＯＨ基濃度分布、ＦＴ分布をいう。

【００１５】［オフ軸方向に平均化］例えば使用方向の
ＯＨ基濃度をオフ軸方向に平均化するとは、図２に示し
たように、略円柱状石英ガラス部材１０を、その中心点
を通るオフ軸方向において使用方向に沿って薄くスライ
スして薄い石英板１２を作製し、この石英板１２のＯＨ
基濃度を使用方向に測定し、使用方向の位置とＯＨ基濃
度を相対させる。このような測定を石英板全部について
行い、同じ使用方向の位置に関して、使用方向にそれぞ
れのＯＨ基濃度を平均化することをオフ軸方向に平均化
するという。例えば、図３において、ＯＨ_x=-4の場合、
そのオフ軸方向の平均値は、ＡＶＥＲＡＧＥ（ＯＨ_x=-4）＝（ＯＨ_-41＋ＯＨ_-42＋Ｏ
Ｈ_-43＋ＯＨ_-44＋ＯＨ_-4 ₅＋ＯＨ_-46）／６で求められる。一方、使用方向に平均化する場合は、厚
さ方向の同じ位置に関してオフ軸方向に平均化する操作
をいう。

【００１６】［脈理のグレード］脈理のグレードは米国
ミリタリー規格（ＭＩＬ−Ｇ−１７４Ｂ規格）に測定方
法を含めて詳細に規定されており、このグレードが光学
ガラス一般の脈理に広く用いられているので、本発明に
おいても同基準に従った脈理グレードを適用している。
即ち、グレードＡとは一般的な脈理フリーである。

【００１７】［インゴットの成長面及び長手方向］イン
ゴットは断面が円形で細長い回転対称な円柱形状である
が、この断面（円形）を成長面、回転対称軸方向を長手
方向と呼ぶ。

【００１８】［略２次曲線状］分布形状が２次曲線状と
は、略円柱状石英ガラス部材の特定の方向に断面をとっ
た場合のＯＨ基濃度、水素濃度、仮想温度の分布形状
が、縦軸を濃度又は温度（Ｙ）、横軸を位置（Ｘ）とし
て、Ｘ，Ｙの２次式で表されることを示す。Ｘ，Ｙの２
次式とは、一般的にはＡＸ²＋ＢＹ²＋ＣＸＹ＋ＤＸ＋Ｅ
Ｙ＋Ｆ＝０（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは定数）である
が、本発明においてはＹ＝ＡＸ²＋Ｂと簡素化された放
物線を表す。また、略２次曲線状とは、ある位置におけ
る計測値（平均値）が、前述の２次曲線で規定される計
算値に比べて最大値−最小値の±１５％以内の範囲にあ
ることを意味する。図４に２次曲線式：Ｙ＝ＡＸ²＋Ｂ（この場合Ａ＝−２
×１０³，Ｂ＝８００）の場合の２次近似式値と略２次曲線状とする場合の実際
の値を示す。この図ではＸの値域（−１００〜１００）
において２次曲線から求まる最大値が８００、最小値が
７８０なので、略２次曲線状と認めるための許容誤差は
±３である。

【００１９】［略４次曲線状］分布形状が４次曲線状と
は、略円柱状合成石英ガラス部材の特定の方向に断面を
とった場合のＯＨ基濃度、水素濃度、仮想温度の分布形
状が、縦軸を濃度（Ｙ）、横軸を位置（Ｘ）として、
Ｘ，Ｙの４次式で表されることを示す。Ｘ，Ｙの４次式
とは、本発明においては回転対称軸が中心軸と一致する
ためにＹ＝ＡＸ⁴＋ＢＸ²＋Ｃと簡素化された曲線で表さ
れるものとする。また、略４次曲線状とは、ある位置に
おける計測値（平均値）が、前述の４次曲線で規定され
る計算値に比べて最大値−最小値の±１５％以内の範囲
にあることを意味する。

【００２０】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の合成石英ガラス部材は、直径１５０〜３８０ｍ
ｍ、特に１８０〜３２０ｍｍ、厚さ５０〜１５０ｍｍ、
特に５０〜１００ｍｍの略円柱形状を有するもので、使用方向及びオフ軸方向の脈理グレードがＡクラスで
あること、使用方向のＯＨ基濃度をオフ軸方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が３０ｐｐｍ以下、好まし
くは２０ｐｐｍ以下であり、使用方向の仮想温度をオフ
軸方向に平均化した際の平均値の最大値と最小値の差が
２０℃以下、好ましくは１０℃以下であること、オフ軸方向のＯＨ基濃度を使用方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が４０ｐｐｍ以下、好まし
くは３０ｐｐｍ以下であり、オフ軸方向の仮想温度を使
用方向に平均化した際の平均値の最大値と最小値の差が
３０℃以下、好ましくは２０℃以下であること、合成石英ガラスの使用方向における波長６３３ｎｍの
光に対する屈折率分布Δｎが１×１０^-6以下であり、オ
フ軸方向の屈折率分布Δｎが３×１０^-6以下、好ましく
は２×１０^-6以下であることが必要である。

【００２１】上記において、ＯＨ基濃度の平均値の最
大値と最小値の差が３０ｐｐｍより大きい場合、また仮
想温度の平均値の最大値と最小値の差が２０℃より大き
い場合、合成石英ガラス部材の使用方向に対する複屈折
の低減を図ることが難しい。上記において、ＯＨ基濃
度の平均値の最大値と最小値の差が４０ｐｐｍより大き
い場合、また仮想温度の平均値の最大値と最小値の差が
３０℃より大きい場合、合成石英ガラス部材のオフ軸方
向に対する複屈折の低減を図ることが難しい。上記に
おいて、使用方向の屈折率分布Δｎが１×１０^-6より大
きと、リソグラフィーレンズとして収差が大きくなり、
オフ軸方向の屈折率分布Δｎが３×１０^-6より大きい
と、曲率の大きなリソグラフィーレンズに使用すること
が適さなくなる。なお、この場合、本発明の合成石英ガ
ラス部材の屈折率分布は、波長６３３ｎｍの光における
測定値である。

【００２２】また、本発明において、合成石英ガラス部
材は、オフ軸方向のＯＨ基濃度を使用方向に平均化した
際の平均値の最大値が７００〜１０００ｐｐｍ、特に７
５０〜９５０ｐｐｍであり、かつ使用方向のＯＨ基濃度
をオフ軸方向に平均化した際の平均値の最大値が７００
〜１０００ｐｐｍ、特に７５０〜９５０ｐｐｍであるこ
とが好ましく、オフ軸方向の仮想温度を使用方向に平均
化した際の平均値の最大値が８５０〜９８０℃、特に９
００〜９５０℃であり、かつ使用方向の仮想温度をオフ
軸方向に平均化した際の平均値の最大値が８５０〜９８
０℃、特に９００〜９５０℃であることが好ましい。

【００２３】ＯＨ基濃度を使用方向及びオフ軸方向に平
均化した際の平均値の最大値が７００ｐｐｍ未満では、
レーザー照射初期に急激な吸収の増加を生じてしまう場
合があり、１０００ｐｐｍを超えると、ＯＨ基濃度の最
大値と最小値との差を小さくすることが困難となり、ま
た均質化に手間を要する場合がある。仮想温度を使用方
向及びオフ軸方向に平均化した際の平均値の最大値が９
８０℃より高いと、レーザー照射初期に吸収が生じ易
く、８５０℃より低いと、徐冷操作に時間がかかり過ぎ
るために内部透過率が低下する場合がある。

【００２４】更に、本発明の合成石英ガラス部材は、使
用方向にとった水素濃度の平均値の分布が、最小値が２
×１０¹⁷〜１×１０¹⁸分子／ｃｍ³、特に３×１０¹⁷〜
５×１０¹⁷分子／ｃｍ³であり、最大値が５×１０¹⁷〜
３×１０¹⁸分子／ｃｍ³、特に１×１０¹⁸〜２×１０¹⁸
分子／ｃｍ³であることが好ましい。最小値が２×１０¹
⁷分子／ｃｍ³未満では、レーザー照射における長期安定
性の確保が難しく、最大値が３×１０¹⁸分子／ｃｍ³を
超えると、レーザー照射初期に急激なダメージが生成
し、１９３．４ｎｍのレーザー光の透過率が低下してし
まう場合がある。

【００２５】更に、本発明の合成石英ガラス部材は、高
い屈折率の均質性と低い複屈折を達成するためにオフ軸
方向に平均化した際の使用方向のＯＨ基濃度分布の分布
形が回転対称でかつ上に凸の変曲点を持たない分布形で
あり、かつＯＨ基濃度分布における回転対称軸で最大値
を与える変曲点が１つの略４次曲線状又は略２次曲線状
であり、しかも該回転対称軸が円筒形状の回転対称軸と
一致していることが好ましく、また、オフ軸方向に平均
化した際の使用方向のＯＨ基濃度分布と組み合わせて高
い屈折率の均質性と低い複屈折を達成するため、オフ軸
方向に平均化した際の使用方向の仮想温度分布の分布形
が回転対称でかつ上に凸の変曲点を持たない分布形であ
り、かつ仮想温度分布における回転対称軸で最大値を与
える略２次曲線状であることが好ましく、更に、上記Ｏ
Ｈ基濃度分布と仮想温度分布を組み合わせて高い屈折率
の均質性と低い複屈折を達成するため、使用方向に平均
化した際の水素分子濃度分布の分布形が回転対称でかつ
上に凸の変曲点を持たない分布形であり、かつ水素分子
濃度分布における回転対称軸で最大値を与える略２次曲
線状であり、平均水素分子濃度の最大値が最低値の３倍
未満であることが好ましい。

【００２６】なお、ＯＨ基濃度分布、仮想温度分布、水
素分子濃度分布における回転対称軸で最大値を与える略
２次曲線状からずれる場合、例えば変曲点を有する４次
曲線状の場合には、屈折率分布がなだらかでない、いわ
ゆるクセが生じてしまい、Δｎは良好でもレンズとして
は不適切なものになってしまうおそれがある。

【００２７】本発明において、合成石英ガラス部材は、
含有される塩素濃度が２０ｐｐｍ以下、特に５ｐｐｍ以
下であることが好ましく、塩素濃度が２０ｐｐｍより高
いと、１９３ｎｍにおける紫外線透過率として内部透過
率９９．７％以上を確保することが困難となる場合が生
じる。なお、合成石英ガラス部材は、アルカリ金属、特
にＮａが２０ｐｐｂ以下であることが好ましい。

【００２８】更に、本発明の合成石英ガラス部材は、使
用方向及びオフ軸方向の複屈折の最大値がガラス体の最
外部で与えられ、その値が０〜１．５ｎｍ／ｃｍ、より
好ましくは０〜１．０ｎｍ／ｃｍであることが好まし
く、更に使用方向の複屈折を与える応力が使用方向の最
外周において最大で、かつ円周方向に引っ張り応力であ
ることが好ましい。なお、この複屈折率値は、波長６３
３ｎｍの光での測定値である。複屈折率値が１．５ｎｍ
／ｃｍより大きいと、特に１９３．４ｎｍの複屈折量が
大きくなりすぎて、光学材料として適さない場合があ
る。

【００２９】次に、上記のような合成石英ガラス部材を
製造する方法について説明すると、一般的に、合成石英
ガラスを製造する方法には、シリカ原料を火炎加水分解
して得られるシリカ微粒子を溶融しつつ堆積成長する直
接法と、シリカ原料を火炎加水分解して得られるシリカ
微粒子を堆積成長した後、透明ガラス化するスート法と
いう２つの製造方法があり、いずれの方法でもよいが、
高純度のシリコーン化合物の蒸気を直接酸水素火炎中に
導入し、これを火炎加水分解させてシリカ微粒子を生成
させ、直接回転する石英ガラスなどの耐熱性基体上に堆
積・溶融ガラス化させる方法が好適である。

【００３０】この場合、原料のシリカ原料化合物として
は有機ケイ素化合物を用い、かつ塩素を含有しない下記
一般式（１）、（２）又は（３）で示されるシラン化合
物、シロキサン化合物が好適に用いられる。

【００３１】（Ｒ¹）_nＳｉ（ＯＲ²）_4-n （１）（式中、Ｒ¹，Ｒ²は同一又は異種の脂肪族一価炭化水素
基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）

【００３２】

【化１】（式中、Ｒ³は水素原子又は脂肪族一価炭化水素基を示
し、ｍは１以上、特に１又は２である。また、ｐは３〜
５の整数である。）

【００３３】成長面での溶融ガラス化温度は、成長面で
温度分布を有しており、この時の最低温度は１８００℃
以上、好ましくは２０００℃以上であり、上限は２５０
０℃以下、特に２４００℃以下が好ましい。

【００３４】なお、シラン化合物、水素等の可燃性ガ
ス、酸素等の支燃性ガスを供給するバーナーは、通常と
同様に、中心部が多重管、特に三重管又は五重管バーナ
ーが用いられる。

【００３５】本発明においては、このようにして得られ
たインゴットを均質化し、成型、アニール処理すること
により、合成石英ガラス部材を得ることができる。この
場合、ＯＨ基濃度分布は特に均質化に影響され、仮想温
度分布は特にアニール処理に影響され、従って上述した
ＯＨ基濃度分布を与えるように、数回繰り返して均質化
処理を行い、また上述した仮想温度分布を与えるよう
に、十分なアニール処理を行うことにより、本発明の合
成石英ガラス部材を得ることができる。

【００３６】なお、合成石英ガラスの均質化方法として
効果的な方法は、特開平７−２６７６６２号公報に開示
された帯域溶融法をインゴットの成長方向とそれと垂直
な方向に施す方法が最も効率的で有効な方法である。こ
の方法の長所は、インゴットの溶融部分を機械的に攪拌
するために効率のよい均質化を行うことができるため、
例えばＯＨ基濃度の分布を低減できること、均質化に際
して石英ガラスインゴットをバーナーの火炎以外には接
触させず処理を行うために、不純物の外部からの拡散が
少なく、紫外線透過率の低下が少ないこと等が挙げられ
る。

【００３７】また、アニール処理は、加熱時の炉から汚
染を防止する目的で均質化処理が終わった合成石英ガラ
ス成型体を合成石英ガラスの容器に入れた状態で、合成
石英ガラスの徐冷温度（１１２０℃）以上の高温に十分
な時間保持（例えば２４時間以上）した後、合成石英ガ
ラス成型体の外周と内部でなるべく温度差が生じないよ
う、ゆっくりと徐冷を行う。徐冷速度は一般的には、１
０℃／時間以下であるが、徐冷速度が速すぎると合成石
英ガラス成型体の仮想温度分布が２０℃あるいは３０℃
を超えてしまう場合がある。一方、徐冷速度が遅すぎる
と水素分子が石英ガラス成型体から外部拡散してしまう
場合があるので、適当な徐冷速度に設定することが重要
である。

【００３８】徐冷が必要なのは、合成石英ガラス成型体
の仮想温度が固定される程度の温度までであるので、例
えば８００℃程度に炉の温度が下がったら、炉の通電を
停止し、比較的早い速度で全体を冷却することによっ
て、全体の工程時間を短縮することができる。

【００３９】ここで、これらの熱処理によりオフ軸方向
に平均化した合成石英ガラス成型体の使用方向における
仮想温度分布の回転対称軸を合成石英ガラス成型体の中
心軸と一致させるために、合成石英ガラス成型体及び合
成石英ガラス容器は回転対称軸を持つ回転対称体である
ことが好ましい。また、合成石英ガラス容器に合成石英
ガラス成型体を設置する場合、容器と成型体の隙間が均
等であるように極力注意を払うことが好ましい。更に、
合成石英ガラス成型体及び合成石英ガラス容器を炉内に
設置する際にも、炉の発熱体から合成石英ガラス容器ま
での距離をなるべく均等にする等の注意を払うことが望
まれる。

【００４０】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。なお、下記例で、ＯＨ基濃度、透過率、
複屈折、仮想温度、水素分子濃度の測定方法は以下の通
りである。ＯＨ基濃度：赤外分光光度法（具体的には、フーリエ変
換赤外分光光度法にて波数４５２２ｃｍ^-1の吸光係数よ
り求める。但し、換算式としてＯＨ基濃度（ｐｐｍ）＝
４５２２ｃｍ^-1における吸光係数×４４００を用いる）
により測定した。透過率：紫外分光光度法により測定した。複屈折：複屈折測定装置（具体的には、米国Ｈｉｎｄｓ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製複屈折測定装置（ＥＸＩ
ＣＯＲ３５０ＡＴ））を用いて測定した。仮想温度：レーザーラマン分光光度法（具体的には、Ｔ
ｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＰｈｙｓｉｃａｌＳｏｃｉ
ｅｔｙ，Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．６ｐｐ．３２６６〜３
２７１，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９８３に示される方
法）により測定した。水素分子濃度：レーザーラマン分光光度法（具体的に
は、ＺｈｕｒｎａｌＰｒｉｋｌａｎｄｎｏｉＳｐｅ
ｋｔｒｏｓｋｏｐｉｉＶｏｌ．４６Ｎｏ．６ｐ
ｐ．９８７〜９９１，１９８７に示される方法）により
測定した。使用機器は日本分光工業製ＮＲ−１０００、
浜松ホトニクス社製Ｒ９４３−０２ホトマルを用い、ホ
トンカウント法にて測定を行った。アルゴンレーザーラ
マン分光光度法による水素分子濃度の測定は検出器の感
度曲線によっては値が変わってしまうことがあるので、
標準試料を用いて値を校正する必要がある。

【００４１】［実施例１］テトラメトキシシランを酸素
水素の火炎中にＡｒガスをキャリアとして導入し、火炎
加水分解して、回転する石英ガラスターゲット上に堆積
し、直径１３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの石英ガラスイ
ンゴットを得た。この際、火炎の酸素水素比、テトラメ
トキシシランの供給量及び酸素と水素ガスとの比を適当
に設定することで、インゴット中に含まれる水素濃度及
び水素濃度分布を最大値３〜４×１０¹⁸分子／ｃｍ³の
範囲で、かつインゴットの回転対称軸において水素濃度
分布が最大値を与える回転対称な分布形を有する分布で
あるように形成した。

【００４２】このようにして作製した合成石英ガラスイ
ンゴットの両端を旋盤に把持した合成石英ガラス棒（足
場管）に溶接し、一方の端部を酸水素バーナーで強熱
し、溶融帯域を形成した後、左右のチャックの回転数を
変えて、溶融帯域に剪断応力を与えることで合成石英ガ
ラスインゴットを均質化しつつ、バーナーを一方の端部
から他方の端部まで移動させることでインゴット成長面
内のＯＨ基濃度及び水素濃度を均質化した（帯域溶融法
による均質化）。帯域溶融法による均質化を合成石英ガ
ラスインゴットの全長に亘り１往復した状態で端部を切
り出し、成長面内のＯＨ基濃度の平均値及び分布形を測
定した。結果を表１に示す。表１中の分布形は成長面内
の使用方向のＯＨ基濃度分布を示すが、最大値を与える
のは回転対称軸（表中の図では１点鎖線で表示）ではな
く、それより若干外周方向にずれた位置となる。このた
め、分布形を関数近似した場合、変曲点が３つ存在する
略４次曲線となっている。

【００４３】

【表１】

【００４４】帯域溶融法による均質化を再度合成石英イ
ンゴットの全長に亘り１往復した。このため、当該合成
石英インゴットにおいては合計２往復の均質化を行った
ことになる。均質化処理が終了後、合成石英インゴット
の端部を取り出し、成長面内の使用方向のＯＨ基濃度の
平均値及び分布形を測定した。測定結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】次いで、該合成石英ガラスインゴットを旋
盤上で軸方向に圧縮し、外径φ２００ｍｍ、長さ４００
ｍｍの略円柱状に成型した後、足場管から切り離し、成
型炉内で内寸２００×３００×４００ｍｍの成型用高純
度グラファイト型内にセットし、炉温度を１８００℃に
昇温し、１時間保持後、炉の通電を停止し、自然冷却し
て、合成石英ガラス体を２００×２００×３００ｍｍの
合成石英ガラス棒に成型した。得られた合成石英ガラス
棒の外表面をＯＨ基濃度の低い部分及びグラファイトか
らの汚染を除去する目的で深さ５ｍｍ研削して除去し、
更に５０重量％フッ酸で１時間エッチングを行った。そ
の結果、合成石英ガラス棒は１９０×１９０×２９０ｍ
ｍとなった。フッ酸洗浄後の合成石英ガラス棒の使用方
向（長さ２９０ｍｍの方向）の両端を旋盤に把持した合
成石英ガラス足場管に再度溶接し、合成石英ガラス棒全
体を十分に溶融加熱しながら、旋盤の左右のチャック間
隔を拡大しつつ、左右の回転数に若干の差異を持たせて
回転させることで、円筒形への成型と延伸を同時に行
い、外径φ１００ｍｍ、長さ１３３０ｍｍの合成石英ガ
ラスインゴットにした後、帯域溶融法にて１往復の均質
化処理を行った。成型後、第１往復目の均質化処理後、
合成石英ガラスインゴットの端部を切り出し、使用方向
と垂直な面内のＯＨ基濃度の平均値及びＯＨ分布形を測
定した。測定結果を表３に示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】均質化処理の終わった合成石英ガラスイン
ゴットを旋盤上で軸方向に圧縮し、外径φ２００ｍｍ、
長さ３３０ｍｍの略円柱状に成型した後、足場管から切
り離し、成型炉内で内寸φ３２０ｍｍ×４００ｍｍの成
型用高純度グラファイト型内にセットし、炉温度を１８
００℃に昇温、１時間保持後炉の通電を停止し自然冷却
して、合成石英ガラス体をφ３２０ｍｍ×１３０ｍｍの
合成石英ガラス円盤に成型した。得られた合成石英ガラ
ス棒の外表面をグラファイトからの汚染を除去する目的
で深さ１０ｍｍ研削して除去し、更に５０重量％フッ酸
で１時間エッチングを行った。その結果、合成石英ガラ
ス棒はφ３００ｍｍ×１１０ｍｍとなった。得られた合
成石英ガラス円盤を外径φ４００ｍｍ、内径φ３０４ｍ
ｍ、高さ１４０ｍｍ、深さ１３０ｍｍの合成石英ガラス
容器に入れ、更に厚さ１０ｍｍの合成石英ガラス板で蓋
をして、電気炉内に縦置きに設置し、１１５０℃で４０
時間保持後、冷却速度２℃／ｈｒで９２０℃まで徐冷
し、９２０℃にて２４時間保持後、炉の通電を停止し、
室温まで冷却した（徐冷処理）。徐冷処理を行った合成
石英ガラス円盤は徐冷による不純物の影響を排除するた
め外周から半径方向に１０ｍｍ、厚さ方向にそれぞれ１
０ｍｍずつ研削を行った結果、外径φ２８０ｍｍ、厚さ
９０ｍｍとなった。得られた合成石英ガラス円盤の屈折
率の均質性を使用方向及びオフ軸方向について測定を行
った。更に、使用方向及びオフ軸方向の複屈折率を測定
した。また、該合成石英ガラス部材より試験片を切り出
して、波長１９３．４ｎｍの紫外線に対する内部透過
率、金属不純物濃度、ＯＨ基濃度、水素分子濃度、仮想
温度を測定した。また、シュリーレン装置を用い、米国
ミリタリー規格（ＭＩＬ−Ｇ−１７４Ｂ規格）に準じる
方法で試料に関して使用方向及びオフ軸方向の脈理測定
を行った。表４に測定して得られた１９３．４ｎｍの紫
外光に対する内部透過率及び金属不純物濃度を示す。

【００４９】

【表４】

【００５０】表５に得られた合成石英ガラス円盤の使用
方向及びオフ軸方向における波長６３３ｎｍの光に対す
るΔｎ、複屈折の最大値、脈理のグレードを示す。な
お、複屈折の最大値は最外周（半径１３０ｍｍの円周部
分）で与えられ、その部分の応力方向は円周方向に引っ
張り応力であった。

【００５１】

【表５】

【００５２】表６に合成石英ガラス円盤の使用方向にお
けるオフ軸方向に平均化したＯＨ基濃度、仮想温度（Ｆ
Ｔ）、水素濃度の最大値と最小値の差（Δ）を示す。ま
た、図５、図６にそれぞれＯＨ基濃度の平均値、仮想温
度の平均値の使用方向の分布を示す。

【００５３】

【表６】

【００５４】表７に実施例１の合成石英ガラス円盤のオ
フ軸方向における使用方向に平均化したＯＨ基濃度、仮
想温度、水素濃度の最大値と最小値の差（Δ）を示す。
また、図７、図８にそれぞれＯＨ基濃度の平均値、仮想
温度の平均値のオフ軸方向の分布を示す。

【００５５】

【表７】

【００５６】［比較例１］実施例１と同様に合成石英ガ
ラスインゴットを作製し、帯域溶融法で１方向目の均質
化及び３方向目の均質化処理を一回ずつ行った。得られ
た成型体のオフ軸方向に平均化した使用方向のＯＨ基濃
度分布、同仮想温度分布を表８に示す。また、表９に使
用方向に平均化したオフ軸方向のＯＨ基濃度分布、同仮
想温度分布を示す。

【００５７】

【表８】

【００５８】

【表９】

【００５９】表１０にオフ軸方向に平均化した使用方向
のＯＨ基濃度及び仮想温度の最大値と最小値の差△ＯＨ
と△ＦＴ、及び使用方向の屈折率分布Δｎと複屈折の最
大値を示す。

【００６０】

【表１０】

【００６１】表１１に使用方向に平均化したオフ軸方向
のＯＨ基濃度及び仮想温度の最大値と最小値の差△ＯＨ
と△ＦＴ、及び使用方向の屈折率分布Δｎと複屈折の最
大値を示す。

【００６２】

【表１１】

【００６３】

【発明の効果】本発明の合成石英ガラス部材は、特にＡ
ｒＦエキシマレーザー用として複屈折が少なく、また屈
折率の均質性に優れ、光透過率変化の少ないものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】使用方向及びオフ軸方向の意味を説明した図で
あって、（Ａ）は合成石英ガラス部材の一例の斜視図、
（Ｂ）は同例の使用方向から見た図、（Ｃ）は同例のオ
フ軸方向から見た図である。

【図２】オフ軸方向に平均化するという意味を説明した
図であって、合成石英板を得るためのスライス態様を示
す斜視図である。

【図３】同石英板を用いて使用方向におけるＯＨ基濃度
をオフ軸方向に平均化する場合の説明図である。

【図４】２次曲線状の意味を説明した図である。

【図５】実施例１で得られた合成石英ガラス部材の使用
方向におけるＯＨ基濃度の平均値分布図である。

【図６】実施例１で得られた合成石英ガラス部材の使用
方向における仮想温度の平均値分布図である。

【図７】実施例１で得られた合成石英ガラス部材のオフ
軸方向におけるＯＨ基濃度の平均値分布図である。

【図８】実施例１で得られた合成石英ガラス部材のオフ
軸方向における仮想温度の平均値分布図である。

【符号の説明】

１０ガラス部材１２石英板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳沼康之福島県郡山市田村町金屋字川久保88番地信越石英株式会社石英技術研究所内 (72)発明者佐藤彰福島県郡山市田村町金屋字川久保88番地信越石英株式会社石英技術研究所内 (72)発明者上田哲司福島県郡山市田村町金屋字川久保88番地信越石英株式会社石英技術研究所内 (72)発明者池田吉謙福井県武生市北府２丁目13番60号信越石英株式会社武生工場内Ｆターム(参考） 4G014 AH12 AH15 AH21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径１５０〜３８０ｍｍ、厚さ５０〜１
５０ｍｍの略円柱形状を有する合成石英ガラス部材にお
いて、使用方向及びオフ軸方向の脈理グレードがＡクラスで
あること、使用方向のＯＨ基濃度をオフ軸方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が３０ｐｐｍ以下であり、
使用方向の仮想温度をオフ軸方向に平均化した際の平均
値の最大値と最小値の差が２０℃以下であること、オフ軸方向のＯＨ基濃度を使用方向に平均化した際の
平均値の最大値と最小値の差が４０ｐｐｍ以下であり、
オフ軸方向の仮想温度を使用方向に平均化した際の平均
値の最大値と最小値の差が３０℃以下であること、合成石英ガラスの使用方向における波長６３３ｎｍの
光に対する屈折率分布Δｎが１×１０^-6以下であり、オ
フ軸方向の屈折率分布Δｎが３×１０^-6以下であること
を特徴とする合成石英ガラス部材。
【請求項２】オフ軸方向に平均化した際の使用方向の
ＯＨ基濃度分布の分布形が、回転対称で、かつ上に凸の
変曲点を１つ有する分布形であり、かつＯＨ基濃度分布
における回転対称軸で最大値を与える変曲点が１つの略
４次曲線状又は略２次曲線状であり、しかも該回転対称
軸が円柱形状の回転対称軸と一致していることを特徴と
する請求項１記載の合成石英ガラス部材。
【請求項３】オフ軸方向に平均化した際の使用方向の
仮想温度分布の分布形が、回転対称で、かつ上に凸の変
曲点を１つ有する分布形であり、かつ仮想温度分布にお
ける回転対称軸で最大値を与える変曲点が１つの略４次
曲線状又は略２次曲線状であり、しかも該回転対称軸が
円柱形状の回転対称軸と一致していることを特徴とする
請求項１又は２記載の合成石英ガラス部材。
【請求項４】オフ軸方向に平均化した際の使用方向の
水素分子濃度分布の分布形が回転対称で、かつ上に凸の
変曲点を１つ有する分布形であり、かつ水素分子濃度分
布における回転対称軸で最大値を与えるなだらかな曲線
状であり、平均水素分子濃度の最大値が最低値の３倍未
満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１
項記載の合成石英ガラス部材。
【請求項５】含有される塩素濃度が２０ｐｐｍ以下で
あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記
載の合成石英ガラス部材。
【請求項６】使用方向及びオフ軸方向の複屈折の最大
値がガラス体の最外部で与えられ、その値が１．５ｎｍ
／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のい
ずれか１項記載の合成石英ガラス部材。
【請求項７】使用方向の複屈折を与える応力が使用方
向の最外周において最大で、かつ円周方向に引っ張り応
力であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１
項記載の合成石英ガラス部材。