JP2008044843A - 合成石英ガラス製プリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】エキシマレーザーの高密度ＤＵＶ光に対する耐性および工学的均一性に優れた合成石英ガラスを提供する。
【解決手段】OH含有量≧1150ppm、応力複屈折≦5nm/cm、H₂含有量≧1×10¹⁸分子/cm³、Cl含有量≦20ppm、微量不純物元素Cr、Co、Fe、Ni、Cu、V、Zu、Al、Li、K、Na含有量最大500ppbであり、且つ、実質的に層状構造を含まないプリフォーム１８とする。さらには、コア部の直径がプリフォームの直径の少なくとも５０％、コア部のOH含有量が１２５０ppm以上かつ±１０ppmの範囲内で一定であり、層状構造を全く含まないプリフォームとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特許請求範囲に示した種類の合成石英ガラス製プリフォームおよびその製造装置に関する。

半導体工業自体の発展、半導体製品の種々の分野での使用、および材料科学・医学などの分野の発展に伴い、極めてエネルギー密度の高い光源が使用されるようになった。そのような光源として特に顕著なものは、作動波長２４８ｎｍおよび１９３ｎｍのエキシマーレーザーである。これに関連して結像や伝送のために使用される、専ら合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムから成る光学部品あるいはフォトマスクは、必要とされる光学的品質を有し、かつ長期の使用によってもその品質が低下しないものでなければならない。光学部品の品質のうち最も重要かつ達成困難なものは光学的均一性およびエキシマーレーザーの遠紫外線（ＤＵＶ）に対する抵抗性である。したがって従来からこれらの品質特性を長期にわたり、かつ再現性をもって達成する試みがなされてきた。

たとえばＤＥ４２０４４０６Ａ１（特許文献１）においては、均一でシュリーレンを示さない石英ガラス物体の製造方法として、棒状の原材料を撚り合わせ、他の材料から成る型を用いて反復加熱変形し、再度撚り合わせる方法が記述されている。この方法はＥＰ０６７３８８８Ａ１（特許文献２）において、他の材料との接触を一切避けることにより、３方向において光学的に均一であり、かつエキシマーレーザーの放射光に対して安定な石英ガラス物体を得るように変更されている。しかしどの程度の安定性が達成できるかは同明細書からは明らかでなく、またこの方法は長時間を要しコストが高い。
ＤＥ４２０４４０６Ａ１ ＥＰ０６７３８８８Ａ１

合成石英ガラスは遠紫外線（ＤＵＶ）領域の透過性が極めて高い点に特徴を有するが、たとえば２４８ｎｍまたは１９３ｎｍのエキシマーレーザーのようなエネルギーの高い短波長の輻射を受けると光化学反応が起こって常磁性欠陥が形成され、吸収帯や発光の原因となる。この光化学反応の程度は、結合の異常の形で存在する固有欠陥に依存する。また、たとえば遷移金属と塩素原子によって形成されるネットワーク状の不純物も光化学反応を促進する。石英ガラスの光沢特性を劣化させるこのような化学反応と並行して回復過程も進行するが、その進行に対しては石英ガラス中のＯＨ基および遊離水素の存在量が影響する。

以下に述べる従来技術においては、合成石英ガラスの高エネルギーDUVに対する感受性を低下させるために次のような方法を単独で、または組み合わせて使用することが知られている。
−コンパクトな石英ガラスに分子状水素を導入する。
−高純度の原料を使用する。
−塩素を含まない原料を使用する。
−石英ガラスにフッ素等をドーピングする。

ＥＰ０４８３７５２Ａ１(特許文献３）及びＵＳ５４１０４２８（特許文献４)は分子状水素を５×１０¹⁶個／ｃｍ³以上含有する合成石英ガラスに関するものであり、同ガラスは石英ガラス物体を高温高圧下の炉中で所定の時間加熱し、内部の水素濃度が所定の値になるまで水素雰囲気に曝露した後、常温まで冷却することによって製造される。この石英ガラスは高エネルギーのＤＵＶに対して優れた耐性を示すとされているが、レーザー照射回数は２×１０⁶回にすぎない。また、石英ガラスの後処理およびそのための大規模な安全措置が必要である欠点がある。更に、製造された石英ガラスは望ましい性質を持つものの、あまり容積の大きいものは得ることができない。
ＥＰ０４８３７５２Ａ１ ＵＳ５４１０４２８

ＥＰ０５２５９８４Ａ１（特許文献５）には、エキシマーレーザー光に曝露し得る石英ガラスの製造法が記載されているが、その耐性はエネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ²、入射周波数１００Ｈｚ、波長λ＝１９３ｎｍのレーザービームに対して約１０⁶回にすぎない。またこの方法には特別な均一化工程が不可欠であり、したがってコストが高くなる。
ＥＰ０５２５９８４Ａ１

ＥＰ０７３７６５４Ａ１（特許文献６）は分子状水素含有量１０¹⁸個／ｃｍ³以上、ＯＨ含有量５０ｐｐｍ以下の合成石英ガラスに関するもので、同ガラスは最高５００℃の高温および高圧下で水素富化される。照射に対する耐性はエネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ²、入射周波数４００Ｈｚ、波長２４８ｎｍに対して１．３×１０⁷回とされている。この場合も石英ガラスは後処理が必要であり、そのために塩素を含む原料が用いられる。
ＥＰ０７３７６５４Ａ１

ＵＳ５３６４４３３Ａ（特許文献７）においては、ＤＵＶステッパー用レンズの製造に適した合成石英ガラスとその製造方法が開示されている。この石英ガラスはＯＨ基１０〜１００ｐｐｍ、塩素最大２００ｐｐｍ、水素分予＜１０¹⁶個／ｃｍ³を含み、屈折率の均一性＞５×１０^-6、応力複屈折(Spannungsdoppelbrechung)＞５ｎｍ／ｃｍを示す。この石英ガラスのエキシマーレーザー光に対する耐性は吸収が少ない場合でも０．８×１０⁶回（エネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ²、入射周波数１００Ｈｚ、λ＝１９３ｎｍ）にすぎない。このように耐性が比較的低いことは、製造における脱水工程においてＣｌ含有量が増加するためと考えられる。またこの方法も均一化工程が必要とされるため高価である。
ＵＳ５３６４４３３Ａ

Ｈ₂含有量１０¹⁷〜１０¹⁹個／ｃｍ³のフォトマスク用基板がＥＰ０６３６５８６Ａ１（特許文献８）に記載されているが、透過性や光学的均一性に対する要求がフォトマスク用に比べて厳しいＤＵＶ領域の結像用光学部品の製造用としては、この方法はほとんど、ないし全く不適切である。
ＥＰ０６３６５８６Ａ１

ＵＳ５０８６３５２Ａ（特許文献９）にはＤＵＶエキシマーレーザー光内で使用できる合成石英ガラス製光学部品およびその製造方法が開示されている。同光学部品のＯＨ濃度は１００ｐｐｍ以上、水素のドーピング量は分子５×１０¹⁶個／ｃｍ³（ないし脱ガスによる放出量として分子１×１０²⁰個／ｃｍ³）以上であり、少なくとも１方向には層状構造がない。同光学部品の純度としては、最も厳しい場合としてＮａ、Ｋ、Ｌｉでは５０ｐｐｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕでは１０ｐｐｂが挙げられている。同光学部品のプリフォームは、入射光と平行な方向には層状構造を持たないこと、ＯＨ濃度が中心部の最小値から最大値まで屈曲点なく増加すること、最小値と最大値の中間領域における屈折率の不均一性が２×１０^-6以下であること、および水素をドーピングすることを特徴とする。このようなプリフォームはＯＨ濃度、Ｃｌ濃度、及び仮想（fiktiven）温度分布の調整により高い屈折率の均一性が得られる。上記光学部品の製造方法は、層状構造の除去および水素のドーピングの工程を必要とするため複雑かつ高価である。更に耐性としては比較的低い１０７回（エネルギー密度４００または１００ｍＪ／ｃｍ²、入射周波数１００Ｈｚ、λ＝２４８または１９３ｎｍ）の値が挙げられている。
ＵＳ５０８６３５２Ａ

ＵＳ５３２５２３０Ａ（特許文献１０）はＵＳ５０８６３５２Ａに基づき、合成石英ガラス製光学部品に対する要求を一層強化して、酸素欠陥が存在しないこと、および応力複屈折が＜５ｎｍ／ｃｍであることを掲げている。ＯＨ基の分布は軸対称である。この場合も、光学部品の製造に際しては層状構造を除去し、水素をドーピングする必要がある。石英ガラスの純度を上げるためには広範な努力が必要であり、コストも高くなる。例えば原料の貯蔵に特別の措置が必要であることもその一例である。
ＵＳ５３２５２３０Ａ

ＥＰ０７４７３２７Ａ１（特許文献１１）においては、石英ガラス製プリフォームのレーザー光による損傷を軽減するための熱処理および成形方法が記載されている。しかし屈折率の均一性、製造可能な物体の形態と重量、製造された石英ガラスの極限条件下での使用可能性については言及されていない。記載されている２４８ｎｍまたは１９３ｎｍにおける吸収係数の増加率から、耐性は数百万回にとどまるものと考えられる。
ＥＰ０７４７３２７Ａ１

ＥＰ０６２２３４０Ａ１（特許文献１２）には合成石英ガラス製物体の改良された製造方法が開示されている。この方法においては、少なくとも５個のノズルを有するバーナーに、製造された合成石英ガラスがＨ₂含有量に対して最適な量のＯＨを含有するように燃料ガスを供給する。ＤＵＶに対する耐性や屈折率の均一性については言及されていない。ＯＨ含有量１１５０ｐｐｍ以上を得るためには、この方法では成長挙動が不安定となる。
ＥＰ０６２２３４０Ａ１

ＥＰ０７２０９６９Ａ１（特許文献１３）には石英ガラス、同石英ガラスを含む光学部品、および同石英ガラスの製造方法が記載されている。プリフォームの製造には下向きのバーナーを使用する。エキシマーレーザー光に対するこの石英ガラスの耐性は比較的少なく１０⁶回程度である。Ｃｌ含有量は１０ｐｐｍが達成されているが、そのためにはバーナーの中央ノズルへの原料供給速度を７０ｇ／ｍｉｎ・ｃｍ²という例外的に小さい、したがって不経済な値とする必要がある。ＯＨ含有量は本質的に９００ｐｐｍ前後である。
ＥＰ０７２０９６９Ａ１

ＥＰ０７２０９７０Ａ１（特許文献１４）はフォトリソグラフィー用石英ガラス、同石英ガラスを含む光学部品、同光学部品を含むフォトリソグラフィー装置、および上記石英ガラスの製造方法に関するものである。ＤＵＶにも使用可能なプリフォームの製造方法が記載されている。しかしエキシマーレーザー光に対するこの石英ガラスの耐性は入射１０⁶回までしか記載されていない。この石英ガラスにはＦをドーピングして、公知のとおり分散損失を減少させ、ＤＵＶに対する耐性を向上させることを狙っている。しかし溶融石英ガラスの光学的均一性を十分高めるためにはＦのドーピングが妨げとなる可能性がある。高温となる箇所にＳｉＯ₂が析出するとＯＨおよびFの濃度も同じ箇所で極大となる。このようにして欠陥が増加すれば屈折率の勾配も大きくなる。
ＥＰ０７２０９７０Ａ１

最後に、ＥＰ０７３５００６（特許文献１５）においては人造石英ガラスを垂直方向に成長させる石英ガラス製造方法が記載されている。このプロセスでは常にプリフォームの成長方向に垂直な層構造が出現する。
ＥＰ０７３５００６

本発明は、公知の合成石英ガラスの欠点を回避し、従来不可能であったＤＵＶでの応用を可能にすることを目的とする。すなわち本発明の目的は、火炎加水分解法を用いることによりエキシマーレーザーの高密度ＤＵＶ光に対する耐性および光学的均一性に優れた合成石英ガラスを製造することである。また本発明のいま一つの目的は、上記石英ガラスの製造に特に適した、収率の高い方法を提供することである。

本発明によれば、上記の目的は特許請求項１に示した特徴により達成される。即ち、原材料としてＳｉＣｌ₄を用いて、火炎加水分解およびそれに続く冷却により製造された合成石英ガラスから成り、波長２５０ｎｍ以下の高エネルギーＤＵＶ輻射に使用するのに適したプリフォームであって、ＯＨ含有量≧１１５０ｐｐｍ、応力複屈折≦５ｎｍ／ｃｍ、Ｈ₂含有量≧１×１０¹⁸分子／ｃｍ³、Ｃｌ含有量≦２０ｐｐｍ、微量不純物元素Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ含有量最大５００ｐｐｂであり、且つ、実質的に層状構造を含まず、そして、波長λ１＝２４８ｎｍ、レーザー入射周波数≧３００Ｈｚ、レーザー入射回数≧１０⁹、エネルギー密度≦１０ｍＪ／ｃｍ²、または波長λ２＝１９３ｎｍ、レーザー入射周波数≧３００Ｈｚ、レーザー入射回数≧１０⁹、エネルギー密度≦５ｍＪ／ｃｍ²の条件で照射したときの高エネルギーＤＵＶ輻射に対して耐性を有し、特に、波長λ１＝２４８ｎｍ、レーザー入射周波数＝３００Ｈｚ、レーザー入射回数＝１０⁹、エネルギー密度＝１０ｍＪ／ｃｍ²、または波長λ２＝１９３ｎｍ、レーザー入射周波数＝３００Ｈｚ、レーザー入射回数＝１０⁹、エネルギー密度＝５ｍＪ／ｃｍ²の条件で照射したときの高エネルギーＤＵＶ輻射に対する耐性が厚さ１ｃｍにつきΔＴ≦０．１％の透過率低下で示されるコア部を有することを特徴とするプリフォーム、により達成される。

他の波長も２５０ｎｍ以下であれば使用可能である。請求項１に示した励起条件は変更することができる。たとえばレーザー入射周波数（周波数）≧４００Ｈｚ、レーザー入射回数（入射回数）≧１０⁸、エネルギー密度≦２５ｍＪ／ｃｍ²、波長λ１＝２４８ｎｍに対しては透過率の減少ΔＴ≦０．０５％となるが、これは請求項１に記したダメージ挙動の値に対応し、したがって本発明の範囲に属する。一般に照射光が異なれば内部透過性も異なるが、ダメージ挙動は同一であるといえる。ここにいうダメージ挙動とは、エキシマーレーザー光の作用による合成石英ガラスの長期的損傷、たとえば透過率の劣化を意味する。

プリフォームの中心部分は、プリフォームの直径１８ｃｍ以上の少なくとも５０〜９０％にわたって広がっている。プリフォームは軸方向にも、成長方向と垂直な方向にも層状構造を持たない。円筒形プリフォームの成長領域は中心に近い、実質的に中核部と一致する、少なくともほとんど平面状の部分と、放物面状の表面を有する周辺部とを有し、後者は円筒形のプリフォームの外殻部分へ移行する。各種の用途に使用可能な、合成石英ガラスの品質が要求条件を満たすような部分の断面積は種々異なる。たとえばエキシマーレーザーの照射系に使用するためには、合成石英ガラスが高い耐性と透過率、および十分な均一性を持てばよく、プリフォームの断面の７０〜９０％が使用可能である。プリフォームから高エネルギーのレーザー光伝送路を製造する場合には、同じ条件下でプリフォーム断面の内側５０〜７０％への限定が必要となる。このときの基準は、この断面内側部分全体にわたって耐性と透過率が高いばかりでなく、均一性も高いことである。そのためにはプリフォームのこの部分のＯＨ含有量が±１０ｐｐｍの範囲内で一定でなければならない。プリフォーム中心部のＯＨ含有量は１２５０ｐｐｍ以上で許容誤差が±１０ｐｐｍであることが望ましい。Ｃｌ含有量は２０ｐｐｍを超えず、望ましくは５〜１５ｐｐｍである。プリフォーム中心部のＨ₂含有量は分子１×１０¹⁸個／ｃｍ³以上であることが望ましい。以上のようなパラメータを有するプリフォームは高エネルギーのＤＵＶ輻射に対して高い耐性を有し、屈折率の変動が小さく、ＤＵＶステッパー用レンズ、レーザー光伝送路、フォトマスクなどの光学部品の製造に適する。プリフォームはその中心部の少なくとも一部において、屈折率の均一性が０．５×１０^-6以下であることが望ましい。このためにはプリフォームの不純物元素（Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａなど）の含有量が５００ｐｐｂ以下であればよい。本発明によるプリフォームはエキシマーレーザーのDUV光に利用可能とするためにＨ₂、Fなどをドーピングする必要がなく、また合成石英ガラスを還元雰囲気中で後処理する必要もない。場合によっては光学部品を中核部から切り出すことが望ましい。

本発明によるプリフォームを製造する装置は、対向する２つの開口部の寸法が異なる本質的に水平なマッフル炉であり、大きい方の開口部からプリフォームを挿入し、小さい方の開口部からバーナーを挿入する。内部空間は大きい開口部から小さい開口部へ向かって絞られている。バーナーは軸に平行な同心ノズルを有し、中央部からはＳｉＣｌ₄、Ｏ₂などの基礎材料を供給し、外側からはＨ₂、Ｏ₂などの燃焼ガスを平行して供給し、軸方向に放出する。絞りの形状は実質上連続的である。このマッフル炉は公知の類似の装置と異なり、上面には開口部も湾曲もない。マッフル炉の全長は少なくともガラス製プリフォームの直径の２倍である。プリフォームのほぼ平面状の前端面はマッフル炉内空間の中心に置くことが望ましい。炉内温度を十分な高さで一定に保ち、輻射を抑制するために、マッフル炉は３層構造とすることが望ましい。本質的に回転対称であるプリフォーム表面と炉内壁との距離は、排ガスの流れの状態によって５〜１００ｍｍとするのが有利である。更にバーナーとプリフォームとの距離はバーナーノズルの形状と燃焼ガスの流量とに応じて１３５〜３５０ｍｍとすることが望ましい。バーナーが挿入され自由に移動できる小さい開口部の直径としては５０〜１００ｍｍが推奨される。

本発明による装置は、マッフル炉の内部形状とバーナーの運転方法によって、プリフォームの周囲の燃焼ガスの流れを制御し、原則として任意の長さのプリフォームを製造することができ、プリフォームの後処理（撚り合わせ、ドーピング）は不要である。ただし特定の用途に合わせてプリフォームを変形するために加熱工程を組み合わせることは可能である。本発明による装置を用いれば、極端なプロセス条件においても光学的に均一でＤＵＶ領域の高エネルギーのレーザー光に対して耐性を有するプリフォームを、通常の溶解方法により５０ｋｇ以上製造することができる。

以下、図面に基づいて本発明を更に詳細に説明する。

図１は本発明によるプリフォームを溶解するための本発明による装置を示し、 図２は上記プリフォームから製造された石英ガラスブロックをλ１＝２４８ｎｍのレーザー光で照射したときの、ブロックの内部透過率と照射パルス数との関係を示し、 図３はλ２＝１９３ｎｍに対する図２と同様の関係を示し、 図４は本発明によるプリフォームの平面図であり、 図５の４つの図表ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれλ１＝２４８ｎｍおよびλ２＝１９３ｎｍのレーザー光を照射したときのレーザー誘起蛍光（ＬＩＦ）、ＯＨ含有量、および応力複屈折を示す。

図１は幅射による熱損失の少ない、３つのシェル１１、１２、１３から成る水平型マッフル炉１０を示す。シェル１１は気孔率の高い断熱材、たとえばセラミッタ繊維材料で、シェル１２は耐熱コンクリートまたはシャモットで、シェル１３は耐熱材料、たとえばＡｌ₂Ｏ₃またはＳｉＣで、それぞれ作られている。マッフル炉１０の内部空間１４は、バーナー１６を挿入するための小さい開口部１５と、溶解されるプリフォーム１８を挿入するための大きい開口部１７とを有し、プリフォームの幾何学的な軸は回転軸Ｘ−Ｘに一致する。マッフル炉１０の、少なくともプリフォーム１８を取り巻く部分も、軸Ｘ−Ｘに関して少なくともほぼ回転対称である。プリフォーム１８の放物面状の側面１９と炉内空間１４の境界面２０との間の距離ａは、溶融物の境界面２０への接触を防ぐため１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが望ましい。プリフォーム１８の炉内空間１４内にある部分の頂部２１は実質上平面である端面すなわちプラトー２２を有する。プラトー２２はマッフル炉１０の中心に位置し軸Ｘ−Ｘに垂直である。プリフォーム１８の放物面状の側面１９は頂部２１を取り巻いている。バーナー１６を、この実施例では直径６０ｍｍの開口部１５から、マッフル炉１０の回転対称形でない部分に、軸Ｙ−Ｙが回転軸Ｘ−Ｘに対して僅かに傾き、かつ回転軸Ｘ−Ｘとプラトー２２との交点のやや下でプラトーに交わるように挿入する。上記バーナーは詳細を図示していない複数の平行なノズルを有し、中央のノズルからは４１０ｇ／ｍｉｎ・ｃｍ²のＳｉＣｌ₄を、その周囲のノズルからは１４．５ｍ³／ｈのＨ₂と７ｍ³／ｈのＯ₂を供給する。このとき成長速度は８ｍｍ／ｈとなる。開口部１５内のバーナー１６の位置は調節可能である。バーナー１６の火炎２３はプラトー２２に向けられる。

合成石英ガラスからプリフォーム１８を製造する工程は基本的にはたとえばＤＥ４２０３２８７Ｃ２に示されており、Ｈ₂／Ｏ₂火炎によってＳｉＣｌ₄からＳｉＯ₂粒子を生成させ、２０００℃以上の温度において直ちにガラス化し円筒状のガラスプリフォーム１８上に溶着させるものである。このプリフォーム１８は回転対称の屈折率分布を有する。本発明による装置から溶融工程終了後に取り出したプリフォーム１８は通常の冷却工程において内部歪を応力複屈折が≦５ｎｍ／ｃｍとなるように減少させる。このプリフォーム１８は層状構造を全く持たない。以上述べた方法により、上記のＯＨおよびＣｌ含有量を示し上記の内部透過率を有し上記照射条件において透過損失の極めて小さい、かつ光学的均一性に優れた合成石英ガラスから成るプリフォーム１８が得られる。これらの性質は下記の図に示すとおりである。

図２の直角座標系の横軸には１００〜１１００×１０⁶回のレーザー照射回数、縦軸にはガラスの厚さ１０ｍｍに対する内部透過率（％）を目盛ってある。曲線１は波長２４８ｎｍのレーザー光に対する本発明による合成石英ガラスの内部透過率Ｔｉを示し、レーザーパルス７００×１０⁶回に至るまで９９．８４％と高い値を一定に保っている。それ以上の照射回数では透過率はやや低下するが、１１００×１０⁶回のパルスにおいても０．０２％の減少にとどまる。すなわち、９００×１０⁶回における透過率の減少率ΔTは前述した０．１％よりも遥かに小さい。その他の条件はレーザー周波数３００Ｈｚ、エネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ²である。

図３の直角座標系は図２の目盛と同一である。厚さ１０ｍｍの石英ガラスをλ２＝１９３ｎｍ、レーザー周波数３００Ｈｚ、エネルギー密度１．５ｍＪ／ｃｍ²のレーザー光で照射した。本発明による合成石英ガラスの内部透過率の曲線２はレーザーパルス３００×１０⁶回までは一定であり、３００〜５００×１０⁶回の範囲で０．０５％、５００〜７００×１０⁶回の範囲で０．０４％減少し、以後１１００×１０⁶回に至るまでは一定である。この場合も透過率損失ΔT≦０．１％／ｃｍの条件は満たされている。

図４は半径ｒ＝６ｃｍのプリフォーム１８の輪郭の一部を描いたものである。半径ベクトルｒは次の図５の横軸となっている。レーザー光の励起条件は図２、図３の場合と同一である。

図５ａは波長λ１におけるＬＩＦの値と半径との関係を１ｃｍごとに曲線３によって示している。ＬＩＦ値の測定には、W.Triebel et al., Ztschr.Technisches Messen, Vol.63(1996) No.7/8, p.291-295に示された、レーザー光に曝露される光学部品の長期的安定性に影響するパラメータの測定方法を利用した。２０００回のレーザー照射により一定のルミネセンスが得られ、その波長は６５０ｎｍと測定された。半径について測定されたＬＩＦ値は０．７〜２．５の範囲にあり、従来技術において知られている結果の約１／１０である。波長λ２におけるＬＩＦ値も同様であり、図５ｂの曲線６に示すようにプリフォーム１８の中心から外周に至るまでの範囲は０．５５〜１．８である。

図５ｃは半径にわたるＯＨ含有量の測定値を曲線４として１ｃｍごとに示している。この図からわかるように、ＯＨ含有量は４ｃｍまでのコア部においては最小値１１５０ｐｐｍを大きく上回り、プリフォーム１８の周縁部においても１１８０ｐｐｍであって最小値の条件を満たしている。

図５ｄは半径にわたる応力複屈折（ＳＤＢ）の測定値を曲線５として示している。少なくとも４ｃｍまでの中核部においては、応力複屈折の値は限界値５ｎｍ／ｃｍを大きく下回っており、プリフォーム１８の周辺部（ｒ＝５〜６ｃｍ）においても、この限界値は少なくとも近似的には維持されている。

上記発明の説明、特許請求の範囲、および図面に示した特徴は、それぞれ単独でも、また任意の組み合わせにおいても、本発明の本質を構成するものである。

本発明によるプリフォームを溶解するための本発明による装置を示す。 上記プリフォームから製造された石英ガラスブロックをλ１＝２４８ｎｍのレーザー光で照射したときの、ブロックの内部透過率と照射パルス数との関係を示す。 λ２＝１９３ｎｍに対する図２と同様の関係を示す。 本発明によるプリフォームの平面図である。 ４つの図表ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれλ１＝２４８ｎｍおよびλ２＝１９３ｎｍのレーザー光を照射したときのレーザー誘起蛍光（ＬＩＦ）、ＯＨ含有量、および応力複屈折を示す。

符号の説明

１乃至６ 曲線
１０ マッフル炉
１１乃至１３ シェル
１４ 炉内空間
１５ 小さい開口部
１６ バーナー
１７ 大きい開口部
１８ プリフォーム
１９ 放物面状の側面
２０ 境界面
２１ 頂部
２２ プラトー
２３ 火炎
Ｘ−Ｘ 回転軸
Ｙ−Ｙ バーナーの軸

Claims (7)

1. 原材料としてＳｉＣｌ₄を用いて、火炎加水分解およびそれに続く冷却により製造された合成石英ガラスから成り、波長２５０ｎｍ以下の高エネルギーＤＵＶ輻射に使用するのに適したプリフォームであって、
   ＯＨ含有量≧１１５０ｐｐｍ、応力複屈折≦５ｎｍ／ｃｍ、Ｈ₂含有量≧１×１０¹⁸分子／ｃｍ³、Ｃｌ含有量≦２０ｐｐｍ、微量不純物元素Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ含有量最大５００ｐｐｂであり、且つ、実質的に層状構造を含まず、そして、波長λ１＝２４８ｎｍ、レーザー入射周波数≧３００Ｈｚ、レーザー入射回数≧１０⁹、エネルギー密度≦１０ｍＪ／ｃｍ²、または波長λ２＝１９３ｎｍ、レーザー入射周波数≧３００Ｈｚ、レーザー入射回数≧１０⁹、エネルギー密度≦５ｍＪ／ｃｍ²の条件で照射したときの高エネルギーＤＵＶ輻射に対して耐性を有し、特に、波長λ１＝２４８ｎｍ、レーザー入射周波数＝３００Ｈｚ、レーザー入射回数＝１０⁹、エネルギー密度＝１０ｍＪ／ｃｍ²、または波長λ２＝１９３ｎｍ、レーザー入射周波数＝３００Ｈｚ、レーザー入射回数＝１０⁹、エネルギー密度＝５ｍＪ／ｃｍ²の条件で照射したときの高エネルギーＤＵＶ輻射に対する耐性が、厚さ１ｃｍにつきΔＴ≦０．１％の透過率低下で示されるコア部を有することを特徴とするプリフォーム。
2. 照射条件を変化させたとき、透過率低下は変化するが、同じダメージ挙動に順ずることを特徴とする、請求項１のプリフォーム。
3. コア部の直径がプリフォームの直径の少なくとも５０％であることを特徴とする、請求項２のプリフォーム。
4. 全く層状構造を含まないことを特徴とする、請求項３のプリフォーム。
5. コア部のＯＨ含有量が≧１２５０ｐｐｍであることを特徴とする、請求項４のプリフォーム。
6. コア部のＯＨ含有量が許容差±１０ｐｐｍの範囲内で一定であることを特徴とする、請求項１または５のプリフォーム。
7. コア部の少なくとも一部において屈折率の均一性が≦０．５×１０^-6であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかのプリフォーム。

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