JP2008162880A - Optical member comprising od-doped silica glass - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical member which exhibits high transmittance at a short wavelength, especially, at 193 nm or shorter and has other desired characteristics. <P>SOLUTION: The optical member has an optical incident axis and is comprised of OD-doped silica glass having an absorption limit λ (limit) at 165 nm or shorter. In a certain embodiment, the OD-doped silica glass further contains fluorine. In another embodiment, the OD-doped silica glass contains fluorine of less than about 5,000 mass ppm. Furthermore, in another embodiment, the OD-doped silica glass contains Na of less than about 50 mass ppb. In an embodiment, the optical member is a photomask substrate to be used at a wavelength of shorter than 190 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリカガラスから構成された光学部材に関する。本発明は、特に、約190nmより短い波長で動作する光学用途に使用するのに適したOD−ドープトシリカガラスから構成された光学部材に関する。本発明は、例えば、約157nmおよび約175nmで動作するデバイスに使用するためのフォトマスク基板および他の光学素子を製造するのに有用である。   The present invention relates to an optical member made of silica glass. The present invention particularly relates to an optical member composed of OD-doped silica glass suitable for use in optical applications operating at wavelengths shorter than about 190 nm. The present invention is useful, for example, in manufacturing photomask substrates and other optical elements for use in devices operating at about 157 nm and about 175 nm.

半導体デバイスの製造に使用するためのフォトリソグラフィー技術が、現代の高速・高性能で低エネルギー消費のチップの超微細な特徴構造の製造に必要とされるそれらデバイスの解像度が非常に高いという要件のために、真空紫外線波長の範囲にまで広がってきた。そのような短波長で紫外線を操作するレンズに使用するために、特別な光学材料が研究され、開発されている。合成シリカに、そのような分野における重大な用途が見出された。   Photolithographic technology for use in the manufacture of semiconductor devices meets the requirements that the resolution of those devices required to produce ultra-fine features in modern high speed, high performance, low energy consumption chips is very high. Therefore, it has been extended to the range of vacuum ultraviolet wavelengths. Special optical materials have been researched and developed for use in lenses that manipulate ultraviolet light at such short wavelengths. Synthetic silica has found significant use in such areas.

それにもかかわらず、短波長、特に、193nm以下で高透過率および他の所望の特徴を持つ光学部材が以前として必要とされている。本発明は、この必要性を満たすものである。   Nevertheless, there remains a need for optical components that have short wavelengths, particularly high transmission at 193 nm and below and other desirable characteristics. The present invention satisfies this need.

したがって、本発明は、第1の態様において、光入射軸を持つ光学部材であって、165nm以下の吸収限界(edge)λ(限界)(ある実施の形態において、λ(限界)≦163nm、ある他の実施の形態において、λ(限界)≦160nm、ある他の実施の形態において、λ(限界)≦158nm、ある他の実施の形態において、λ(限界)≦157nm、ある他の実施の形態において、λ(限界)≦155nm)、およびその軸に垂直な平面で測定したときに、約10ppm未満、ある実施の形態において、約5ppm未満、ある他の実施の形態において、約3ppm未満、ある他の実施の形態において、約1ppm未満の屈折率変化を有するODドープトシリカガラスから構成された光学部材を提供する。   Accordingly, in the first aspect, the present invention is an optical member having a light incident axis, and has an absorption limit (edge) λ (limit) of 165 nm or less (in an embodiment, λ (limit) ≦ 163 nm. In other embodiments, λ (limit) ≦ 160 nm, in certain other embodiments, λ (limit) ≦ 158 nm, in certain other embodiments, λ (limit) ≦ 157 nm, certain other embodiments. Λ (limit) ≦ 155 nm), and in a plane perpendicular to its axis, less than about 10 ppm, in some embodiments, less than about 5 ppm, and in some other embodiments, less than about 3 ppm. In another embodiment, an optical member composed of OD doped silica glass having a refractive index change of less than about 1 ppm is provided.

本発明の光学部材のある実施の形態において、ODドープトシリカガラスはさらに、フッ素がドープされている。   In an embodiment of the optical member of the present invention, the OD doped silica glass is further doped with fluorine.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材中のODドープトシリカガラスは、質量で、約5000ppm未満、ある実施の形態において、約3000ppm未満、ある実施の形態において、約1000ppm未満、ある実施の形態において、約800ppm未満、ある実施の形態において、約500ppm未満、ある実施の形態において、約300ppm未満、ある他の実施の形態において、約200ppm未満、ある他の実施の形態において、約100ppm未満、ある他の実施の形態において、約50ppm未満、ある実施の形態において、約10ppm未満、ある実施の形態において、約5ppm未満のフッ素を含む。   According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass in the optical member has a weight of less than about 5000 ppm, in some embodiments, less than about 3000 ppm, and in some embodiments, about Less than 1000 ppm, in some embodiments, less than about 800 ppm, in some embodiments, less than about 500 ppm, in some embodiments, less than about 300 ppm, in some other embodiments, less than about 200 ppm, in some other implementations. In embodiments, less than about 100 ppm, in some other embodiments, less than about 50 ppm, in some embodiments, less than about 10 ppm, and in some embodiments, less than about 5 ppm fluorine.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、質量で、約50ppb未満、ある実施の形態において、約30ppb未満、ある他の実施の形態において、約10ppb未満、ある他の実施の形態において、約5ppb未満、ある他の実施の形態において、約1ppb未満のNaを含む。   According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass has a weight of less than about 50 ppb, in some embodiments, less than about 30 ppb, in certain other embodiments, less than about 10 ppb, In certain other embodiments, less than about 5 ppb, and in certain other embodiments, less than about 1 ppb Na.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、約0.98より大きい、ある実施の形態において、約0.99より大きい、n(OD)/(n(OH)+n(OD))の比を有する。   According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD doped silica glass is greater than about 0.98, in certain embodiments, greater than about 0.99, n (OD) / (n (OH ) + N (OD)).

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、質量で、[OD]≦200ppm、ある実施の形態において、[OD]≦150ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦100ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦50ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦20ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦10ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦5ppmを有する。   According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass has a mass of [OD] ≦ 200 ppm, in certain embodiments, [OD] ≦ 150 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 100 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 50 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 20 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 10 ppm, and others In an embodiment, [OD] ≦ 5 ppm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、[H2](m)および[OD](m)が、それぞれ、モル・cm-3で表したガラス中のH2およびODの濃度であるときに、[H2](m)/[OD](m)≦0.1、ある実施の形態において、[H2](m)/[OD](m)≦0.08、ある他の実施の形態において、[H2](m)/[OD](m)≦0.05、ある他の実施の形態において、[H2](m)/[OD](m)≦0.01であるような濃度でH2がドープされている。 According to an embodiment of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass is a glass in which [H 2 ] (m) and [OD] (m) are each expressed in mol · cm −3 . [H 2 ] (m) / [OD] (m) ≦ 0.1 when H 2 and OD concentrations, in one embodiment, [H 2 ] (m) / [OD] (m) ≦ 0.08, in certain other embodiments, [H 2 ] (m) / [OD] (m) ≦ 0.05, in certain other embodiments, [H 2 ] (m) / [OD ] H 2 is doped at a concentration such that (m) ≦ 0.01.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、1×1015分子/cm3≦[D2]≦1×1018分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[D2]≦5×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[D2]≦1×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[D2]≦5×1016分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦1×1018分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦5×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦1×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦5×1016分子/cm3の間の[D2]濃度でD2がドープされている。 According to an embodiment of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass is 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 1 × 10 18 molecules / cm 3 . 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 5 × 10 17 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 1 × 10 17 molecules / cm 3. In one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 5 × 10 16 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 1 × 10 18 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 5 × 10 17 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [D 2] ≦ 1 × 10 17 molecules / cm 3, in certain embodiments, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [D 2] 5 D 2 with [D 2] concentration between × 10 16 molecules / cm 3 is doped.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、質量で、[Cl]≦10ppm、ある実施の形態において、[Cl]≦5ppm、ある他の実施の形態において、[Cl]≦1ppmの[Cl]濃度で塩素を含む。   According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass has a mass of [Cl] ≦ 10 ppm, in certain embodiments, [Cl] ≦ 5 ppm, in certain other embodiments, Contains chlorine at a [Cl] concentration of [Cl] ≦ 1 ppm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、190nm未満の波長で使用するためのフォトマスク基板である。   According to an embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a photomask substrate for use at a wavelength of less than 190 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、約157nmでのフォトリソグラフィーに使用するためのフォトマスク基板である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a photomask substrate for use in photolithography at about 157 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、190nm未満の波長を持つ光を放射する光源のためのランプ外囲器である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a lamp envelope for a light source that emits light having a wavelength of less than 190 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、約165nmでレーザと共に使用するための屈折レンズ素子である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a refractive lens element for use with a laser at about 165 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、約157nmでエキシマレーザと共に使用するための屈折レンズ素子である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a refractive lens element for use with an excimer laser at about 157 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、照射光を伝送するための光導波路である。ある実施の形態において、その導波路は、光ファイバである、または光ファイバを含む。   According to an embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is an optical waveguide for transmitting irradiation light. In certain embodiments, the waveguide is or includes an optical fiber.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、175nm未満の波長で動作するリソグラフィーデバイスで使用するためのフォトマスクのペリクルである。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a photomask pellicle for use in a lithographic device operating at a wavelength of less than 175 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、少なくとも50%/cmの、ある実施の形態において、少なくとも60%/cmの、ある他の実施の形態において、少なくとも70%/cmの約157nmでの初期透過率を有する。   According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass is at least 50% / cm, in certain embodiments, at least 60% / cm, in certain other embodiments, at least It has an initial transmission at about 157 nm of 70% / cm.

本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかであるか、または記載された説明およびその特許請求の範囲、並びに添付の図面に示されたように本発明を実施することによって認識されるであろう。   Additional features and advantages of the invention will be set forth in the detailed description that follows, and in part will be readily apparent to those skilled in the art from the description or described in the claims and claims thereof. , As well as by implementing the invention as illustrated in the accompanying drawings.

先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の単なる例示であり、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または構成を提供することが意図されているのが理解されよう。   The foregoing general description and the following detailed description are merely exemplary of the invention and are intended to provide an overview or arrangement for understanding the nature and features of the invention as recited in the claims. It will be understood that

添付の図面は、本発明さらに理解するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。   The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, and are incorporated in and constitute a part of this specification.

本発明の以下の説明は、現在公知の最良の実施の形態における本発明の使用可能な教授として与えられている。この目的のために、当業者は、本発明の有益な結果を得ながら、ここに記載された本発明の様々な実施の形態に多くの変更を行うことができることを認識し、理解するであろう。本発明の所望の利点のいくつかは、他の特徴を用いずに、本発明の特徴の内のいくつかを選択することによって得られることが明らかである。したがって、当業者は、本発明に対する多くの改変および順応が可能であり、特定の環境においては所望でさえあり得、本発明の一部であることを認識するであろう。それゆえ、以下の説明は、本発明の原理を説明するために提供されたものであって、その限定を意図したものではない。   The following description of the present invention is given as a usable teaching of the present invention in the best mode known at present. For this purpose, those skilled in the art will recognize and understand that many changes can be made to the various embodiments of the invention described herein, while still obtaining the beneficial results of the invention. Let's go. It will be apparent that some of the desired advantages of the present invention can be obtained by selecting some of the features of the present invention without using other features. Accordingly, those skilled in the art will recognize that many modifications and adaptations to the present invention are possible and may even be desired in certain circumstances and are part of the present invention. Accordingly, the following description is provided to illustrate the principles of the invention and is not intended to be limiting.

別記しない限り、成分の質量パーセント、寸法、および明細書と特許請求の範囲に用いられる電位などの特定の物理的性質の値などの全ての数字は、全ての場合において「約」という用語により修飾されているものとして理解すべきである。明細書および特許請求の範囲に用いられる正確な数値は、本発明の追加の実施の形態を構成することを理解すべきである。実施例に開示された数値の精度を確実にするために労力が払われてきた。しかしながら、任意の測定数値は、固有に、それぞれの測定技法において見られる標準偏差から生じるある誤差を含み得る。   Unless stated otherwise, all numbers such as weight percentages of components, dimensions, and values of specific physical properties such as potentials used in the specification and claims are modified by the term “about” in all cases. Should be understood as being. It should be understood that the exact numerical values used in the specification and claims constitute additional embodiments of the invention. Efforts have been made to ensure the accuracy of the numerical values disclosed in the examples. However, any measured value may inherently contain some error resulting from the standard deviation found in each measurement technique.

範囲は、「約」ある特定の値から、および/または「約」別の特定の値までとしてここに表すことができる。そのような範囲が表された場合、別の実施の形態は、そのある特定の値および/またはその他の特定の値までを含む。同様に、「約」という先行詞を使用して、値が近似として表されている場合、特定の値は別の実施の形態を形成することが理解されよう。範囲のそれぞれの端点は、他の端点に関してと、他の端点とは関係なく、の理法法において、有意であることがさらに理解されよう。   Ranges can be expressed herein as “about” one particular value and / or “about” another particular value. When such a range is expressed, another embodiment includes up to the one particular value and / or the other particular value. Similarly, when values are expressed as approximations, using the antecedent “about,” it will be understood that the particular value forms another embodiment. It will be further understood that each end point of the range is significant in the statistic of the other end points and independent of the other end points.

ここに用いているように、ある成分の「質量%」または「質量パーセント」は、特別に反対に述べられていない限り、その成分を中に含んでいる組成または物品の総質量に基づくものである。   As used herein, “% by weight” or “% by weight” of a component is based on the total weight of the composition or article containing the component, unless stated to the contrary. is there.

ここに用いているように、「D含有化合物」という用語は、重水素原子(2 1D、「D」)および随意的にプロチウム原子(1 1H、「H」)を含む基本化合物または元素物質を意味し、ここで、n(D)/(n(D)+n(H))の比がDの自然の同位体存在度より大きく、ここで、n(D)はD含有化合物の分子中のD原子の総数であり、n(H)はD含有化合物の分子中のH原子の総数である。それゆえ、D含有化合物の例としては、以下に限られないが、D2、DH、CD4、CDH3、D2O、DHOなどが挙げられる。ここに用いているように、「D含有」という用語は、n(D)/(n(D)+n(H))の比がDの自然の同位体存在度よりも高い、元素物質、化合物、材料、または雰囲気を意味する。 As used herein, the term “D-containing compound” refers to a basic compound or element comprising a deuterium atom ( 2 1 D, “D”) and optionally a protium atom ( 1 1 H, “H”). Means a substance, where the ratio of n (D) / (n (D) + n (H)) is greater than the natural isotopic abundance of D, where n (D) is the molecule of the D-containing compound N (H) is the total number of H atoms in the molecule of the D-containing compound. Therefore, examples of D-containing compounds include, but are not limited to, D 2, DH, CD 4 , CDH 3, D 2 O, and the like DHO. As used herein, the term “D-containing” refers to elemental materials, compounds where the ratio of n (D) / (n (D) + n (H)) is higher than the natural isotopic abundance of D , Material, or atmosphere.

ここに用いているように、「ヒドロキシル」またはOHという用語は、それぞれ、酸素原子およびプロチウム原子(H)からなる部分または部分の群を意味する。酸素原子は、16O、17Oまたは18O、もしくは任意の比でのそれらの混合物であってもよい。ここに用いているように、n(OH)は、ある材料中のOH部分の総数を意味する。 As used herein, the term “hydroxyl” or OH means a moiety or group of moieties consisting of an oxygen atom and a protium atom (H), respectively. The oxygen atoms may be 16 O, 17 O or 18 O, or a mixture thereof in any ratio. As used herein, n (OH) means the total number of OH moieties in a material.

ここに用いているように、「ジューテロキシル(deuteroxyl)」またはODという用語は、それぞれ、酸素原子および重水素原子(D)からなる部分または部分の群を意味する。酸素原子は、16O、17Oまたは18O、もしくは任意の比でのそれらの混合物であってもよい。ここに用いているように、n(OD)は、ある材料中のOD部分の総数を意味する。 As used herein, the term “deuteroxyl” or OD means a moiety or group of moieties consisting of an oxygen atom and a deuterium atom (D), respectively. The oxygen atoms may be 16 O, 17 O or 18 O, or a mixture thereof in any ratio. As used herein, n (OD) means the total number of OD portions in a material.

本出願において、「ヒドロキシルドープ」および「OHドープ」という2つの用語は、交換可能に用いられる。ヒドロキシルドープまたはOHドープ材料は、その材料がOH部分および随意的にOD部分を含み、材料中のn(OH)/(n(OD)+n(OH))の比が、Hの自然の同位体存在度と等しいかまたはそれより大きいことを意味する。その程度まで、全てのOH部分が、実質的にHおよびDの自然の同位体存在度でH2OおよびD2Oを含む通常の水を起源とする材料が、OHドープとして見なされる。 In this application, the two terms “hydroxyl dope” and “OH dope” are used interchangeably. A hydroxyl-doped or OH-doped material is a natural isotope in which the material comprises an OH moiety and optionally an OD moiety, and the ratio of n (OH) / (n (OD) + n (OH)) in the material is H. Means greater than or equal to abundance. To that extent, normal water-derived materials in which all OH moieties contain H 2 O and D 2 O with substantially H and D natural isotopic abundance are considered OH doped.

本出願において、「ジューテロキシルドープ」および「ODドープ」という2つの用語は、交換可能に用いられる。ジューテロキシルドープまたはODドープ材料は、その材料がOD部分および随意的にOH部分を含み、材料中のn(OH)/(n(OD)+n(OH))の比が、Dの自然の同位体存在度より大きいことを意味する。   In this application, the two terms “deuteroxyl dope” and “OD dope” are used interchangeably. A deuteroxyl-doped or OD-doped material is a natural material in which the material comprises an OD portion and optionally an OH portion, and the ratio of n (OH) / (n (OD) + n (OH)) in the material is D Means greater than isotope abundance.

本出願における「Fドープ」は、ガラスが、少なくとも1質量ppmのフッ素を含むことを意味する。   “F-doped” in this application means that the glass contains at least 1 ppm by weight of fluorine.

ここに用いているように、ODドープトシリカガラスは、そのシリカガラスが、ガラスの総質量の0.1質量ppm以上の[OD]濃度でガラス網状構造中にOD部分を含み、n(OD)がガラス中のOD部分の総数であり、n(OH)がガラス中のOH部分の総数である、ガラス中のn(OH)/(n(OD)+n(OH))の比が少なくとも95%であることを意味する。   As used herein, OD-doped silica glass has an OD portion in the glass network with an [OD] concentration of 0.1 mass ppm or more of the total mass of the glass, and n (OD ) Is the total number of OD portions in the glass and n (OH) is the total number of OH portions in the glass, the ratio of n (OH) / (n (OD) + n (OH)) in the glass is at least 95 Means%.

ここに用いているように、「吸収限界」(λ(限界))は、ガラスが、表面反射補正をせずに50%/cmの測定透過率を有する場合の300nm未満の波長を意味する。吸収限界を測定する目的のために、初期透過率(すなわち、紫外線への曝露による誘起吸収が実質的にないガラスの透過率)のみが考慮される。   As used herein, “absorption limit” (λ (limit)) means a wavelength of less than 300 nm when the glass has a measured transmission of 50% / cm without surface reflection correction. For the purpose of measuring the absorption limit, only the initial transmission (i.e. the transmission of the glass substantially free of induced absorption by exposure to ultraviolet light) is considered.

ここに用いているように、シリカガラス中の「水」は、ガラス中のOHおよびODの両方を含むことを意味している。OHおよびODは、ケイ素原子に直接連結した基としてガラス網状構造中に存在することが知られている:≡Si−OHおよび≡Si−OD。   As used herein, “water” in silica glass is meant to include both OH and OD in the glass. OH and OD are known to exist in glass networks as groups directly linked to silicon atoms: ≡Si—OH and ≡Si—OD.

ここに用いているように、別記しない限り、本出願における「水素原子」は、1 1Hおよび2 1D、並びに任意の比率でのその混合物および組合せを含む。本出願において、別記しない限り、「水素ガス」、「分子の水素」および「水素分子」は、H2、D2、HD、並びに任意の比率でのその混合物および組合せを意味するために交換可能に用いられる。 As used herein, unless otherwise specified, “hydrogen atom” in this application includes 1 1 H and 2 1 D, and mixtures and combinations thereof in any ratio. In this application, unless otherwise stated, “hydrogen gas”, “molecular hydrogen” and “hydrogen molecule” are interchangeable to mean H 2 , D 2 , HD, and mixtures and combinations thereof in any ratio Used for.

ここに用いているように、「屈折率の変化」または「屈折率変化」もしくは「Δn」は、約633nm(He−Neレーザ)(後に述べられるように、傾斜(tilt)とピストン(piston)が除かれた状態)で干渉分光法を用いることによって、所定の方向に沿ったガラス材料またはガラス光学部材の光軸に対して垂直な平面において測定した屈折率の最大変化を意味する。当業者により典型的に行われているように、ある方向に沿った屈折率変化を論じる場合、傾斜とピストンは差し引かれる。したがって、本出願の意味における特定の方向(OVDプロセスを使用することによって調製された試料における半径方向などの)に沿った屈折率変化は、傾斜またはピストンは含まない。一般に、ガラス光学部材、ガラスブランク、またはガラス材料片の光軸は、大きな開口面積を持つガラス部材を得るために、測定した屈折率不均一性が最小である平面(断面)に対して垂直に選択される。   As used herein, “refractive index change” or “refractive index change” or “Δn” is approximately 633 nm (He-Ne laser) (as will be described later, tilt and piston). By using interferometry, the maximum change in refractive index measured in a plane perpendicular to the optical axis of the glass material or glass optical member along a given direction is meant. When discussing refractive index changes along a direction, as is typically done by those skilled in the art, the tilt and piston are subtracted. Thus, refractive index changes along a particular direction in the sense of the present application (such as the radial direction in a sample prepared by using the OVD process) do not include tilt or piston. In general, the optical axis of a glass optical member, glass blank, or piece of glass material is perpendicular to the plane (cross section) where the measured refractive index non-uniformity is minimal in order to obtain a glass member with a large aperture area. Selected.

溶融シリカ中の格子間分子H2を測定するための、ここに用いた方法でもある好ましい方法は、ラマン散乱である。ラマン分光分析は、EEV電荷結合素子(CCD)検出器を備えたホリバ・ジョバンイボン社から得られるT64000分光計を使用して得られる。分子/cm3で表された水素分子濃度は、レーザラマンスペクトルにおける800cm-1でのシリカ散乱ピークの強度(I800)に対する4135cm-1での水素分子散乱ピークから検出された強度(I4135)の比、すなわち、I4135/I800から得た(V.S.Khotimchenko et al., Prikladnoi Spektroskopii, 46(6), 987-997 (1986)参照)。より詳しくは、それらのピークの強度は、バックグラウンドに対して線形または二次適合(fit)を用いて、ピークの下の面積を積分することによって決定した。本出願におけるガラス中のD2およびHD濃度は、同様にラマン分光法を用いて測定した。D2濃度は2973cm-1で測定し、HD濃度は3606cm-1で測定した。 A preferred method for measuring interstitial molecules H 2 in fused silica, which is also the method used here, is Raman scattering. Raman spectroscopy is obtained using a T64000 spectrometer obtained from Horiba Joban Yvon, equipped with an EEV charge coupled device (CCD) detector. Hydrogen molecule concentration, expressed in molecular / cm 3, the strength of the silica scattering peak at 800 cm -1 in the laser Raman spectrum (I 800) detected from the hydrogen molecule scattering peak at 4135 cm -1 for the intensities of the (I 4135) The ratio, ie, I 4135 / I 800 (see VSKhotimchenko et al., Prikladnoi Spektroskopii, 46 (6), 987-997 (1986)). More specifically, the intensity of those peaks was determined by integrating the area under the peak using a linear or quadratic fit against the background. The D 2 and HD concentrations in the glass in this application were similarly measured using Raman spectroscopy. The D 2 concentration was measured at 2973 cm −1 and the HD concentration was measured at 3606 cm −1 .

OH基は、溶融シリカにおいて、2.72μm(3672cm-1)、2.21μm(4525cm-1)および1.38μm(7246cm-1)に近い特徴的な吸収バンドを持っている。OHの濃度は、3672cm-1または4525cm-1いずれかの吸収バンドのピーク高さを用いて、FTIRにより測定した。 OH groups, in the fused silica, 2.72μm (3672cm -1), have a characteristic absorption band near 2.21μm (4525cm -1) and 1.38μm (7246cm -1). The OH concentration was measured by FTIR, using the peak height of either the 3672 cm −1 or 4525 cm −1 absorption band.

モル・リットル-1で表されたOH濃度のcは、ランバート・ベールの法則
A=ε・c・b
から導かれ、ここで、吸光度A=log(Tref/TOH)、Tref=4000cm-1などの比吸収波長である参照位置での試料の透過率、TOH=OH吸収ピーク(シリカについては、約3672cm-1)での試料の透過率、εは、リットル・モル-1・cm-1で表されたモル吸光係数であり、cはモル・リットル-1で表された濃度であり、bはcmで表された路長(試料の厚さ)である:
c(モル・リットル-1)=A/(ε・b)
C of OH concentration expressed in mol·liter −1 is Lambert-Beer's law
A = ε · c · b
Here, the transmittance of the sample at the reference position, which is a specific absorption wavelength such as absorbance A = log (T ref / T OH ), T ref = 4000 cm −1 , T OH = OH absorption peak (for silica) the transmittance of the sample at about 3672cm -1), ε is the molar extinction coefficient expressed in liter mole -1 · cm -1, c is concentration, expressed in mole liter -1 , B is the path length (sample thickness) in cm:
c (mol·liter −1 ) = A / (ε · b)


質量ppmで表されたOHの濃度([OH]と示す)を、シリカガラスの密度(約2.2g/cm3)およびOHの分子量(約17g/モル)を用いて、モル・リットル-1で表されたcから計算した。特定の波長での高純度シリカガラスの定数εは、従来技術から得られる(K.M.Davis, et al., "Quantitative infrared spectroscopic measurement of hydroxyl concentration in silica glass," J.Non-Crystalline Solids, 203 (1996) 27-36)。

The concentration of OH expressed in ppm by mass (denoted [OH]) was calculated using the density of silica glass (about 2.2 g / cm 3 ) and the molecular weight of OH (about 17 g / mol) as mol liter −1. It calculated from c represented by these. The constant ε of high purity silica glass at a specific wavelength can be obtained from the prior art (KMDavis, et al., “Quantitative infrared spectroscopic measurement of hydroxyl concentration in silica glass,” J. Non-Crystalline Solids, 203 (1996). 27-36).

シリカガラス中のODの濃度は、同様に、すなわち、FTIR測定から始めて、ランバート・ベールの法則を用いた計算によって得た。ppmで表された濃度を計算するために、ランバート・ベールの法則:
A’=ε’・c’・b’
を用いた。ここで、吸光度A’=log(T’ref/TOH)、T’ref=2780cm-1などの比吸収波長である参照位置での試料の透過率、TOD=OD吸収ピーク(シリカについては、約2705cm-1)での試料の透過率、ε’は、リットル・モル-1・cm-1で表されたモル吸光係数(2705cm-1で、57.4リットル・モル-1・cm-1)であり、c’はモル・リットル-1で表されたODの濃度であり、b’はcmで表された路長(試料の厚さ)である:
c’(モル・リットル-1)=A’/(ε’・b’)
The concentration of OD in the silica glass was obtained in the same way, i.e. by calculation using Lambert-Beer's law, starting from FTIR measurements. To calculate the concentration expressed in ppm, Lambert-Beer's law:
A ′ = ε ′ · c ′ · b ′
Was used. Here, absorbance A ′ = log (T ′ ref / T OH ), T ′ ref = 2780 cm −1 and the like, the transmittance of the sample at the reference position, which is a specific absorption wavelength, T OD = OD absorption peak (for silica , the transmittance of the sample at about 2705cm -1), ε 'is the molar extinction coefficient (2705cm -1, expressed in liter mole -1 · cm -1, 57.4 liter mole -1 · cm - 1 ), c ′ is the concentration of OD expressed in mol·liter −1 and b ′ is the path length (sample thickness) expressed in cm:
c ′ (mol·liter −1 ) = A ′ / (ε ′ · b ′)


質量ppmで表されたODの濃度([OD]と示す)を、シリカガラスの密度(約2.2g/cm3)およびODの分子量(約18g/モル)を用いて、モル・リットル-1で表されたc’から計算した。特定の波長での高純度シリカガラスの定数ε’は、従来技術から得られる(K.Susa, et al., "Perparation of D2O-treated sol-gel preform adn OD absorption bands at IR and near-IR region," J.Non-Crystalline Solids, 146 (1992) 81-89)。

The concentration of OD expressed in ppm by mass (denoted [OD]) is calculated using the density of silica glass (about 2.2 g / cm 3 ) and the molecular weight of OD (about 18 g / mol) in mol·liter −1. It calculated from c 'represented by these. The constant ε ′ of high-purity silica glass at a specific wavelength can be obtained from the prior art (K. Susa, et al., “Perparation of D2O-treated sol-gel preform adn OD absorption bands at IR and near-IR region , "J. Non-Crystalline Solids, 146 (1992) 81-89).

ここに用いられるように、粒子プリフォームは、ある形状を持ち、複数の固体粒子を有してなる物体を意味する。それゆえ、本出願における粒子プリフォームは、例えば、火炎加水分解プロセスから得られたシリカスート粒子から実質的になるスートプリフォーム、ゾルゲルプロセスから得られた多数のシリカ粒子を有してなる未焼成体などであってよい。   As used herein, a particle preform refers to an object having a shape and having a plurality of solid particles. Therefore, the particle preform in the present application is, for example, a soot preform consisting essentially of silica soot particles obtained from a flame hydrolysis process, a green body comprising a large number of silica particles obtained from a sol-gel process And so on.

同一出願人による同時係属の米国特許出願第11/348956号明細書において、ODドープト高純度合成シリカが、深紫外線および真空紫外線波長において予期せぬ有利な性質を有することが記載された。特に、ODドープトシリカガラスは、とりわけ、ガラスが約193nmでの直線偏光レーザ照射に曝露されたときに、低い誘起吸収、低い光誘起波面歪み(LIWFD)、および低い偏光誘起複屈折(PIB)を含む、予期せぬ高いレーザ損傷抵抗を有することが分かった。これらの性質のために、とりわけ、ODドープトシリカガラスが、一般に、約193nmで直線偏光エキシマレーザを使用する液浸マイクロリソグラフィーデバイスに使用するのに特に有利になる。   In co-pending US patent application Ser. No. 11 / 348,956 by the same applicant, it has been described that OD doped high purity synthetic silica has unexpected advantageous properties at deep and vacuum ultraviolet wavelengths. In particular, OD doped silica glass has low induced absorption, low light induced wavefront distortion (LIWFD), and low polarization induced birefringence (PIB), especially when the glass is exposed to linearly polarized laser irradiation at about 193 nm. It has been found that it has an unexpectedly high laser damage resistance. These properties, among other things, make OD doped silica glass particularly advantageous for use in immersion microlithographic devices that generally use a linearly polarized excimer laser at about 193 nm.

ガラスの初期透過率へのシリカガラス中に含まれるOHの影響は、約193nmから約400nmまでの波長範囲において非常に小さい。例えば、約193nmで高い内部透過率を有する、約1000質量ppmのOHを含有する合成シリカガラスが、米国ニューヨーク州、コーニング所在のコーニング社により調製されてきた。しかしながら、193nm未満では、高純度合成シリカガラス中にOHが含まれると、そのガラス中にはるかに強い吸収が生じることが分かった。そのような吸収は、多くの用途にとって非常に望ましくない。   The effect of OH contained in silica glass on the initial transmittance of the glass is very small in the wavelength range from about 193 nm to about 400 nm. For example, synthetic silica glass containing about 1000 ppm by mass of OH with high internal transmission at about 193 nm has been prepared by Corning, Corning, NY, USA. However, below 193 nm, it has been found that when OH is contained in high purity synthetic silica glass, much stronger absorption occurs in the glass. Such absorption is highly undesirable for many applications.

最近、本出願の発明者等は、ODドープトシリカガラスは、約172nm、約165nmおよび約157nmなどの190nm未満の波長で使用するための光学素子に、そのような短波長でさえそのガラスの高い光学性能のために、特に有利に使用できることを発見した。   Recently, the inventors of the present application have found that OD-doped silica glass has become an optical element for use at wavelengths below 190 nm, such as about 172 nm, about 165 nm, and about 157 nm, even for such short wavelengths. It has been found that it can be used particularly advantageously because of its high optical performance.

本出願の発明者等は、[OD](m)のモル・cm-3で表されたOD濃度を持つODドープトガラスは、ODがモル・cm-3で表して実質的に同じ濃度でOHにより置換されたことを除いて同じシリカガラスよりも短い波長で吸収限界を有する傾向にあることを発見した。例えば、それぞれ、[F](m)、[OH](m)および[OD](m)のモル・cm-3に関する濃度でフッ素、OHおよびODがドープされたシリカガラスは、ガラス中でODがOHにより置換された同じガラス(すなわち、[OD](m)+[OH](m)のモル・cm-3で表した総OH濃度および[F](m)のモル・cm-3に関するフッ素濃度を有するガラス)と比較して、より短い波長に吸収限界を有する傾向にある。したがって、OHを実質的に含まないODドープトシリカガラスは、ODドープトシリカガラスにおけるOD濃度と実質的に同じ、モル・cm-3に関するOH濃度を持つ、ODを実質的に含まないOHドープトシリカガラスよりも、高い初期透過率を有する傾向にある。 The inventors of the present application indicated that OD doped glass having an OD concentration expressed by mol · cm −3 of [OD] (m) is expressed by OH at substantially the same concentration expressed by mol · cm −3. It has been found that it tends to have an absorption limit at a shorter wavelength than the same silica glass except that it is substituted. For example, silica glass doped with fluorine, OH and OD at concentrations related to moles cm −3 of [F] (m), [OH] (m) and [OD] (m), respectively, is OD in the glass. There same glass (i.e. substituted by OH, relates mol · cm -3 of [OD] (m) + [ OH] where (total OH concentration and expressed in mol · cm -3 in m) [F] (m) It tends to have an absorption limit at a shorter wavelength compared to glass having a fluorine concentration. Thus, an OD-doped silica glass that is substantially free of OH has an OH concentration with respect to mol · cm −3 that is substantially the same as the OD concentration in OD-doped silica glass. It tends to have a higher initial transmittance than tosilica glass.

深紫外線および真空紫外線の波長範囲において、ガラス中に含まれるOHおよびODの両方は、約193nmよりも短い任意の所定の波長で、吸収限界および初期透過率に影響を与えることが、本出願の発明者等により発見された。一般に、ガラスにOHとODの両方ではなくOHまたはODのみがドープされている場合、ガラス中のOHまたはODの濃度が高いほど、吸収限界の波長が長くなり、所定の波長でのガラスの初期透過率が低くなる。水を含まない乾燥シリカガラスは約156nmの吸収限界を有し、約1000ppmのOHを含有する(だがODを実質的に含まない)シリカガラスは約170nmの吸収限界を有することが分かった。したがって、短波長で吸収限界を有するおよび/またはある用途にとって(約157nmで動作するリソグラフィーデバイスなどの)非常に望ましい、172nm、165nmおよび/または157nmなどの所定の波長、特に潜在的な重要な用途のある波長で高い初期透過率を有するシリカガラスを得るために、低レベルの水(OHおよびOD)を含有するシリカガラスが非常に望ましい。任意の特定の理論により束縛することを意図するものでも必要とするものでもないが、シリカガラス網状構造中に存在するSi−OHおよび/またはSi−OD結合は、157nmなどの短波長で高い吸収を有する傾向にあり、その結合エネルギーは、そのような短波長でフォトンの高いエネルギーに耐えるほど十分ではないと考えられる。これらの結合が破壊されると、ガラス網状構造に高吸収性種が生じる。   In the wavelength range of deep UV and vacuum UV, both OH and OD contained in the glass affect the absorption limit and initial transmission at any given wavelength shorter than about 193 nm. Discovered by the inventors. In general, if the glass is doped only with OH or OD rather than both OH and OD, the higher the concentration of OH or OD in the glass, the longer the absorption limit wavelength, and the initial glass at a given wavelength. The transmittance is lowered. It was found that dry silica glass without water has an absorption limit of about 156 nm, and silica glass containing about 1000 ppm OH (but substantially free of OD) has an absorption limit of about 170 nm. Thus, certain wavelengths, such as 172 nm, 165 nm and / or 157 nm, which have an absorption limit at short wavelengths and / or are highly desirable for certain applications (such as lithographic devices operating at about 157 nm), especially potentially important applications Silica glass containing low levels of water (OH and OD) is highly desirable to obtain a silica glass with high initial transmission at a certain wavelength. Although not intended or required to be bound by any particular theory, Si—OH and / or Si—OD bonds present in the silica glass network are highly absorbed at short wavelengths such as 157 nm. It is believed that the binding energy is not sufficient to withstand the high energy of photons at such short wavelengths. When these bonds are broken, superabsorbent species are produced in the glass network.

低レベルしか水を含まないシリカガラスを得る労力において、様々な一般的な手法を適応できる。これらには、(i)SiCl4などの、水素を実質的に含まないケイ素前駆体材料を使用することによって、水素を実質的に含まない環境においてシリカガラスを製造すること、(ii)H含有ケイ素前駆体材料を使用することによりおよび/または水素含有環境中で製造された、シリカ粒子から構成されたH含有ケイ素前駆体材料を、乾燥剤を使用してストリッピングすることが含まれる。 Various general approaches can be applied in the effort to obtain silica glass containing only low levels of water. These include (i) producing silica glass in a substantially hydrogen free environment by using a silicon precursor material that is substantially free of hydrogen, such as SiCl 4 , (ii) containing H Stripping the H-containing silicon precursor material composed of silica particles, made by using the silicon precursor material and / or in a hydrogen-containing environment, using a desiccant is included.

以下に限られないが、Cl、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などを含む、シリカガラス中の特定のドーパントは、193nmおよびそれより短い波長を含む、深紫外線および真空紫外線の波長での高純度シリカガラスの初期透過率および複数の他の光学的性能にとって有害であることが分かった。したがって、そのようなドーパントが製造プロセス中にガラスに導入されないこと、またはそのようなドーパントが、固結ガラスの形成前および/または形成中に、浄化剤により除去されることが、非常に望ましい。   Certain dopants in silica glass, including but not limited to Cl, alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, etc., are at deep and vacuum ultraviolet wavelengths, including 193 nm and shorter wavelengths. It has been found to be detrimental to the initial transmission of high purity silica glass and several other optical performances. Therefore, it is highly desirable that such dopants not be introduced into the glass during the manufacturing process, or that such dopants be removed by the cleaning agent prior to and / or during the formation of the consolidated glass.

以下に限られないが、Cl2、SiF6、CF4、CCl4などのF−およびCl−含有化合物を含むハロゲン含有化合物が、単独で、あるいはCOなどの他の作用物質と組み合わせて、または混合して、高純度合成シリカガラスを製造するための特定のプロセスにおける、乾燥剤および/または浄化剤として用いられる。 Halogen containing compounds, including but not limited to F 2 and Cl containing compounds such as Cl 2 , SiF 6 , CF 4 , CCl 4 , alone or in combination with other agents such as CO, or Used as a desiccant and / or purifier in certain processes for mixing to produce high purity synthetic silica glass.

製造プロセスに用いられる乾燥剤および/または浄化剤に由来するある量の残留ハロゲンを残さずに、OHおよび/またはODを実質的に含まない完全に乾燥したシリカガラスを製造することは、不可能ではないにしても難しい。先に述べたように、ガラスにClが含まれることは、そのガラスが、約193nmさえも含む、短波長用途に使用されるときに、極めて望ましくない。任意の特定の理論により束縛することを必要としないが、ガラス網状構造中に存在するSi−Cl結合は、そのガラスが高エネルギーフォトンに曝露されたときに、劈開しやすいと考えられる。そのような劈開は、E’中心などの高吸収性種(色中心)および非架橋酸素孔中心(NBOHC)に生じる。幸い、Clとは反対に、シリカガラス中のフッ素の存在は、193nm、172nmおよびさらに157nmなどの短波長でのガラスの透過特性にとって有害ではない。任意の特定の理論により束縛することを意図も必要ともしないが、シリカガラス中に存在するSi−F結合は、これらの波長で著しい吸収を示さず、157nmの高エネルギーフォトンでは、Si−F結合は破壊されないと考えられる。水およびClを実質的に含まないFドープトシリカガラスは、モル・cm-3で表して等しい濃度でOHを含む非Fドープシリカガラスよりも、157nmで高い初期透過率を有することが観察されている。Fドープトシリカガラスが、96%/cm(表面反射損失が補正された内部透過率)ほど高い、約157nmでの初期透過率を持ち得ることが本出願の発明者等により示された。 It is impossible to produce a completely dry silica glass that is substantially free of OH and / or OD without leaving a certain amount of residual halogen derived from the desiccant and / or cleaner used in the manufacturing process. It is difficult if not. As mentioned earlier, the inclusion of Cl in the glass is highly undesirable when the glass is used for short wavelength applications, including even about 193 nm. Although not required to be bound by any particular theory, it is believed that Si-Cl bonds present in the glass network are susceptible to cleaving when the glass is exposed to high energy photons. Such cleavage occurs in superabsorbent species (color centers) such as E ′ centers and non-crosslinked oxygen pore centers (NBOHC). Fortunately, contrary to Cl, the presence of fluorine in the silica glass is not detrimental to the transmission properties of the glass at short wavelengths such as 193 nm, 172 nm and even 157 nm. Although not intended or required to be bound by any particular theory, Si-F bonds present in silica glass do not show significant absorption at these wavelengths, and for high energy photons at 157 nm, Si-F bonds Is not expected to be destroyed. F-doped silica glass substantially free of water and Cl has been observed to have a higher initial transmission at 157 nm than non-F-doped silica glass containing OH at equal concentrations expressed in moles cm −3. ing. It has been shown by the inventors of the present application that F-doped silica glass can have an initial transmission at about 157 nm, as high as 96% / cm (internal transmission corrected for surface reflection loss).

しかしながら、残念なことに、そうしなければ存在するOHおよび/またはClを置き換えるためにガラス網状構造中にFを導入すると、吸収および初期透過率の問題を解決することはできるが、望ましくない副作用、すなわち、ガラス部品中に高い屈折率変化が生じてしまう。任意の特定の理論により束縛することを意図するものではないが、これは、Fのガラスの屈折率への大きい影響によって生じたものであると考えられる。FおよびOHが存在すると、シリカガラスの屈折率が減少することが分かった。しかしながら、フッ素による屈折率への影響は、OHによる影響よりも大きい。このことは、ガラス中のFの同じレベルの濃度変化により、OHよりも大きい、屈折率変化がガラス中に生じる。   Unfortunately, the introduction of F into the glass network to replace otherwise present OH and / or Cl can solve the absorption and initial transmission problems, but undesirable side effects. That is, a high refractive index change occurs in the glass part. While not intending to be bound by any particular theory, it is believed that this is caused by the large influence of F on the refractive index of the glass. It has been found that the presence of F and OH reduces the refractive index of silica glass. However, the influence of fluorine on the refractive index is greater than the influence of OH. This is because a change in refractive index in the glass is greater than OH due to the same level concentration change of F in the glass.

以下に限られないが、約157nmの動作波長に関するものを含む高精度リソグラフィーデバイスなどの多くの進歩した光学用途において、レンズ素子の開口に亘る屈折率変化は極めて望ましくないことがある。約10ppm以下程度の屈折率変化が望ましい。OHドープトシリカガラスに関して、約10ppm未満、ある実施の形態において、約5ppm未満の屈折率変化が達成できることが分かった。Fの屈折率変化への影響要因が著しく大きいために、同じレベルの屈折率変化を持つFドープトシリカガラスは、達成するのが不可能ではないにしろ、難しい。このことは、約100質量ppmより大きい[F]を持つもの、さらには、約200質量ppmより大きい[F]を持つものなどの、高濃度のフッ素がドープされたシリカガラス材料に特に当てはまる。ガラス中のフッ素の総濃度が高いほど、同じ比率のフッ素濃度変化によって生じ得る屈折率変化が大きくなる。高純度合成シリカガラスの製造の性質のために、Fドープトシリカガラスにおけるフッ素濃度変化はほとんど避けられない。それゆえ、閾値の屈折率変化要件を満たすシリカガラスを得るために、ガラス中のフッ素濃度は特定の量を超えてはならない。   In many advanced optical applications such as, but not limited to, high precision lithographic devices, including those related to an operating wavelength of about 157 nm, refractive index changes across the aperture of the lens element may be highly undesirable. A refractive index change of about 10 ppm or less is desirable. It has been found that for OH doped silica glass, refractive index changes of less than about 10 ppm, and in certain embodiments, less than about 5 ppm can be achieved. F-doped silica glass with the same level of refractive index change is difficult, if not impossible to achieve, because of the significant influence on F refractive index change. This is especially true for silica glass materials that are doped with a high concentration of fluorine, such as those with [F] greater than about 100 ppm by mass, and even those with [F] greater than about 200 ppm by mass. The higher the total concentration of fluorine in the glass, the greater the refractive index change that can be caused by the same ratio of fluorine concentration changes. Due to the nature of the production of high purity synthetic silica glass, fluorine concentration changes in F doped silica glass are almost inevitable. Therefore, in order to obtain a silica glass that meets the threshold refractive index change requirement, the fluorine concentration in the glass should not exceed a certain amount.

フッ素原子は、一旦シリカガラス材料の網状構造中にドープされたら、OHまたはClとは異なり、除去または移動させることが難しく、全ての他のストリップ剤よりも、シリカガラス網状構造への親和性が高い。したがって、固結ガラス中のFの初期濃度の制限は、F含有乾燥剤および/または浄化剤の濃度が高すぎてはならないことを意味する。F含有乾燥剤および/または浄化剤の濃度へのそのような制限により、乾燥および/または浄化プロセスの効果および効率に制約が課せられる。一般に、低レベルのフッ素を有する、スートプロセスにより調製されたFドープトシリカガラスは、同様に、あるレベルの水素を含有する傾向にある。フッ素のガラス網状構造への高い親和性により生じる別の問題は、ガラス網状構造全体の均一な分布を得ることが固有に難しいことである。シリカスートプリフォームをF含有雰囲気で処理する場合、フッ素は、表面から中心に拡散する過程で、プリフォームの表面により近いガラス粒子と最初に結合し、プリフォームおよび最終的には固結ガラス中にフッ素濃度の勾配が生じる傾向にある。その後のガラスの均質化は、一般に、難しく、費用がかかり、望ましくない汚染物および/または性質をガラスに導入する虞がある。   Fluorine atoms are difficult to remove or move, unlike OH or Cl, once doped into the silica glass material network, and have a higher affinity for the silica glass network than all other stripping agents. high. Therefore, limiting the initial concentration of F in the consolidated glass means that the concentration of F-containing desiccant and / or purifier should not be too high. Such limitations on the concentration of the F-containing desiccant and / or cleaning agent impose constraints on the effectiveness and efficiency of the drying and / or cleaning process. In general, F-doped silica glasses prepared by the soot process with low levels of fluorine are also likely to contain some level of hydrogen. Another problem arising from the high affinity of fluorine for the glass network is that it is inherently difficult to obtain a uniform distribution of the entire glass network. When the silica soot preform is treated in an F-containing atmosphere, the fluorine first bonds with the glass particles closer to the surface of the preform in the process of diffusing from the surface to the center, and in the preform and finally the consolidated glass. Tends to produce a gradient of fluorine concentration. Subsequent homogenization of the glass is generally difficult, expensive, and can introduce undesirable contaminants and / or properties into the glass.

さらに、水およびフッ素を実質的に含まないシリカガラスは、多くの望ましくない性質を有する。ガラス網状構造中に水素分子がドープされていない乾燥シリカガラスは、248nmおよび193nmほど長い波長でさえ、一旦高エネルギーフォトンに曝露されたら、非常に高い誘起吸収を有する傾向にあることが分かった。それゆえ、ガラス網状構造中に水素分子をドープすることが提案されてきた。水素分子は、高エネルギーフォトンへの曝露によりガラス網状構造に生じた損傷を治すように機能できる。しかしながら、水および/またはフッ素を実質的に含まない乾燥シリカガラスにおいて、そのガラスの網状構造が、水素分子がガラス網状構造に含まれるプロセス(「水素添加」と称されるプロセス)中に、その中にドープされた水素分子と反応する傾向にあることが本出願の発明者等により観察された。水素分子によるガラス網状構造の還元により、ガラス網状構造中に不安定な構造が形成され、その構造は、短波長で吸収する、または248nm、193nm、およびそれより短い波長などの短波長で高エネルギーフォトンに曝露された際に吸収性の色中心を形成する。   Moreover, silica glass substantially free of water and fluorine has many undesirable properties. It has been found that dry silica glass that is not doped with hydrogen molecules in a glass network tends to have very high induced absorption once exposed to high energy photons, even at wavelengths as long as 248 nm and 193 nm. It has therefore been proposed to dope hydrogen molecules into the glass network. Hydrogen molecules can function to cure damage caused to the glass network by exposure to high energy photons. However, in a dry silica glass that is substantially free of water and / or fluorine, the network of the glass during its process in which hydrogen molecules are contained in the glass network (a process referred to as “hydrogenation”) It has been observed by the inventors of the present application that they tend to react with hydrogen molecules doped therein. Reduction of the glass network by hydrogen molecules forms an unstable structure in the glass network that absorbs at short wavelengths or has high energy at short wavelengths such as 248 nm, 193 nm, and shorter wavelengths. Forms an absorptive color center when exposed to photons.

したがって、OHを実質的に含まないFドープトシリカガラス以外に、低レベルの屈折率変化、193nmより短い波長での高い初期透過率を有するシリカガラスが真に必要とされている。   Therefore, in addition to F-doped silica glass that is substantially free of OH, there is a real need for silica glass with a low level of refractive index change and high initial transmission at wavelengths shorter than 193 nm.

全く予期せぬ様式で、本出願の発明者等は、ODドープト合成シリカガラスが、約172nm、約165nmおよび約157nmなどの、約193nmよりも短い波長で、同等にOHドープされたシリカよりも、高い初期透過率を有する傾向にあり、また水を実質的に含まないがフッ素がドープされたシリカガラスよりも低い屈折率変化を有する傾向にあることを発見した。したがって、必要に応じてさらにフッ素がドープされた、ODドープトシリカガラスは、水を実質的に含まないFドープトシリカガラスとOHドープトシリカガラスの間の良好な折衷を示す。   In a totally unexpected manner, the inventors of the present application have found that OD doped synthetic silica glass is less than equivalently OH doped silica at wavelengths shorter than about 193 nm, such as about 172 nm, about 165 nm and about 157 nm. We have found that they tend to have a high initial transmission, and tend to have a lower refractive index change than silica glass substantially free of water but doped with fluorine. Thus, OD doped silica glass, optionally further doped with fluorine, exhibits a good compromise between F-doped silica glass and OH-doped silica glass that is substantially free of water.

したがって、本発明は、第1の態様において、光入射軸を持つ光学部材であって、吸収限界λ(限界)≦165nm(ある実施の形態において、λ(限界)≦163nm、ある他の実施の形態において、λ(限界)≦160nm、ある他の実施の形態において、λ(限界)≦158nm、ある他の実施の形態において、λ(限界)≦155nm)、および前記軸に対して垂直な平面で測定したときに、約10ppm未満、ある実施の形態において、約5ppm未満、ある他の実施の形態において、約3ppm未満、ある他の実施の形態において、ある他の実施の形態において、約1ppm未満の屈折率変化を有するODドープトシリカガラスから構成された光学部材を提供する。   Accordingly, the present invention is an optical member having a light incident axis in the first aspect, wherein the absorption limit λ (limit) ≦ 165 nm (in some embodiments, λ (limit) ≦ 163 nm, In embodiments, λ (limit) ≦ 160 nm, in certain other embodiments, λ (limit) ≦ 158 nm, in certain other embodiments, λ (limit) ≦ 155 nm), and a plane perpendicular to the axis Less than about 10 ppm, in some embodiments, less than about 5 ppm, in some other embodiments, less than about 3 ppm, in some other embodiments, in some other embodiments, An optical member composed of OD-doped silica glass having a refractive index change of less than is provided.

本発明の光学部材のシリカガラスの短波長吸収限界は、とりわけ、ガラス網状構造中に意図的にドープされたODの存在によりもたらされる。本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、質量で、[OD]≦200ppm、ある実施の形態において、[OD]≦150ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦100ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦50ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦20ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦10ppm、ある他の実施の形態において、[OD]≦5ppmを有する。本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材におけるODドープトシリカガラスは、質量で、約500ppm未満、ある実施の形態において、約300ppm未満、ある他の実施の形態において、約200ppm未満、ある他の実施の形態において、約100ppm未満、ある他の実施の形態において、約50ppm未満、ある他の実施の形態において、約10ppm未満、ある実施の形態において、約5ppm未満のフッ素を含む。   The short wavelength absorption limit of the silica glass of the optical member of the present invention is caused, inter alia, by the presence of OD intentionally doped in the glass network. According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass has a mass of [OD] ≦ 200 ppm, in certain embodiments, [OD] ≦ 150 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 100 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 50 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 20 ppm, in certain other embodiments, [OD] ≦ 10 ppm, and others In an embodiment, [OD] ≦ 5 ppm. According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass in the optical member is less than about 500 ppm, in some embodiments, less than about 300 ppm, in certain other embodiments, by weight. Less than about 200 ppm, in some other embodiments, less than about 100 ppm, in some other embodiments, less than about 50 ppm, in some other embodiments, less than about 10 ppm, and in some embodiments, less than about 5 ppm. Contains fluorine.

本発明のODドープトシリカガラスは、高い屈折率均一性の目的のために、フッ素を含まないことが望ましい。しかしながら、ある実施の形態において、特に、フッ素含有剤が、ガラスの製造中に乾燥剤および/または浄化剤として用いられる場合、そのガラスは、少量のフッ素を網状構造中に含んでもよい。本発明の光学部材のある実施の形態によれば、光学部材におけるODドープトシリカガラスは、質量で、約500ppm未満、ある実施の形態において、約300ppm未満、ある他の実施の形態において、約200ppm未満、ある他の実施の形態において、約100ppm未満、ある他の実施の形態において、約50ppm未満、ある実施の形態において、約10ppm未満、ある実施の形態において、約5ppm未満のフッ素を含む。   The OD-doped silica glass of the present invention preferably contains no fluorine for the purpose of high refractive index uniformity. However, in certain embodiments, the glass may contain a small amount of fluorine in the network, particularly when the fluorine-containing agent is used as a desiccant and / or purifier during glass manufacture. According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD doped silica glass in the optical member is less than about 500 ppm by weight, in some embodiments, less than about 300 ppm, and in some other embodiments, by weight. Less than 200 ppm, in some other embodiments, less than about 100 ppm, in some other embodiments, less than about 50 ppm, in some embodiments, less than about 10 ppm, and in some embodiments, less than about 5 ppm fluorine. .

本発明の光学部材の寿命中に高透過率および安定な透過率を得るために、前記ガラスは金属、特にナトリウムを非常に低レベルしか含まないことが望ましい。約193nmで使用するためのシリカガラスの透過特性にとって特に有害であることが判明しているどこにでもある金属のナトリウムは、172nmおよび157nmなどのより短い波長で、より一層ではないものの、同様に有害であると考えられる。それゆえ、本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、質量で、約50ppb未満、ある実施の形態において、約30ppb未満、ある他の実施の形態において、約10ppb未満、ある他の実施の形態において、約5ppb未満、ある他の実施の形態において、約1ppb未満しかNaを含まない。   In order to obtain a high transmittance and a stable transmittance during the lifetime of the optical member of the present invention, it is desirable that the glass contains a very low level of metals, especially sodium. Metallic sodium, which has been found to be particularly detrimental to the transmission properties of silica glass for use at about 193 nm, is less harmful at shorter wavelengths, such as 172 nm and 157 nm, as well as It is thought that. Therefore, according to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass is less than about 50 ppb by weight, in some embodiments less than about 30 ppb, and in some other embodiments by weight. Less than 10 ppb, in certain other embodiments, less than about 5 ppb, and in certain other embodiments, less than about 1 ppb Na.

K,Rb,Csなどの他のアルカリ金属、Mg,Ca,Ba,Srなどのアルカリ土類金属、Ti,Fe,Ni,Ag,Cuなどの遷移金属、並びにGe,Ga,Sn,Pb,Sb,In,Tlなどのある主族金属は、約193nmで動作する高純度シリカガラスの透過率および他の光学的性能に有害であることが判明した。それらの金属は、約172nmおよび157nmなどのより短い波長でさえも、ガラスの光学的性能にとって、より一層ではないものの、同様に有害であると考えられる。したがって、本発明の光学部材のシリカガラスにおいて、そのような金属は非常に低レベルでしか存在しないことが望ましい。ある実施の形態において、本発明の光学部材のシリカガラスは、上述した金属の各々を、約50質量ppb未満、ある他の実施の形態において、約30質量ppb未満、ある他の実施の形態において、約10質量ppb未満、ある他の実施の形態において、約5質量ppb未満、ある実施の形態において、約1質量ppb未満しか含まないことが望ましい。ある実施の形態において、本発明の光学部材に含まれるシリカガラスは、合計で、全ての金属を、質量で、約100ppb未満、ある他の実施の形態において、約50ppb未満、ある他の実施の形態において、約20ppb未満、ある他の実施の形態において、約10ppb未満の濃度しか含まないことが望ましい。   Other alkali metals such as K, Rb and Cs, alkaline earth metals such as Mg, Ca, Ba and Sr, transition metals such as Ti, Fe, Ni, Ag and Cu, and Ge, Ga, Sn, Pb and Sb Certain main group metals such as, In, Tl have been found to be detrimental to the transmission and other optical performance of high purity silica glass operating at about 193 nm. These metals are considered equally detrimental to the optical performance of the glass, even at shorter wavelengths such as about 172 nm and 157 nm. Therefore, it is desirable that such a metal is present at a very low level in the silica glass of the optical member of the present invention. In certain embodiments, the silica glass of the optical member of the present invention may comprise each of the above metals in less than about 50 mass ppb, in certain other embodiments, less than about 30 mass ppb, in certain other embodiments. Less than about 10 mass ppb, in some other embodiments, less than about 5 mass ppb, and in some embodiments, less than about 1 mass ppb. In certain embodiments, the silica glass included in the optical member of the present invention comprises a total of all metals, by mass, less than about 100 ppb, and in certain other embodiments, less than about 50 ppb. In embodiments, it is desirable to include a concentration of less than about 20 ppb, and in certain other embodiments, less than about 10 ppb.

先に論じたシリカガラス中のOHが望ましくないために、本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラス、約0.98より大きい、ある実施の形態において、約0.99より大きい、n(OD)/(n(OH)+n(OD))の比を有する。   Because of the undesirable OH in the silica glass discussed above, according to some embodiments of the optical member of the present invention, OD doped silica glass, greater than about 0.98, in some embodiments, about 0. A ratio of n (OD) / (n (OH) + n (OD)) greater than .99.

先に論じたように、本発明の光学部材のシリカガラスのガラス網状構造中に水素分子を含むことは、複数の用途にとって非常に有利である。それゆえ、本発明の光学部材のある実施の形態によれば、そこに含まれるODドープトシリカガラスは、1×1015分子/cm3≦[MH]≦1×1018分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[MH]≦5×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[MH]≦1×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[MH]≦5×1016分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[MH]≦1×1018分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[MH]≦5×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[MH]≦1×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[MH]≦5×1016分子/cm3の[MH]濃度で水素分子がドープされている。 As discussed above, the inclusion of hydrogen molecules in the silica glass glass network of the optical member of the present invention is very advantageous for multiple applications. Therefore, according to an embodiment of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass contained therein is 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [MH] ≦ 1 × 10 18 molecules / cm 3 , In one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [MH] ≦ 5 × 10 17 molecules / cm 3 , and in one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [MH] ≦ 1 × 10. 17 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [MH] ≦ 5 × 10 16 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [ MH] ≦ 1 × 10 18 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [MH] ≦ 5 × 10 17 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 16 molecules. Molecule / cm 3 ≦ [MH] ≦ 1 × 10 17 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 Hydrogen molecules are doped at a [MH] concentration of 16 molecules / cm 3 ≦ [MH] ≦ 5 × 10 16 molecules / cm 3 .

本出願の発明者等は、水素分子が、特にガラスが高温(約1000℃など)に加熱されたときまたは高エネルギー照射に曝露されたときに、シリカガラスのガラス網状構造中に存在するOH/ODと交換反応を経ることができるのを観察した。ガラスにH2およびODがドープされているがOHは含まない場合、そのような交換反応により、ガラス網状構造中にOHが形成されるであろう。それゆえ、本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、[H2](m)および[OD](m)が、それぞれ、モル・cm-3で表したガラス中のH2およびODの濃度であるときに、[H2](m)/[OD](m)≦0.1、ある実施の形態において、[H2](m)/[OD](m)≦0.05、ある他の実施の形態において、[H2](m)/[OD](m)≦0.01であるような濃度でH2がドープされている。 The inventors of the present application believe that hydrogen molecules are present in the glass network of silica glass, especially when the glass is heated to high temperatures (such as about 1000 ° C.) or exposed to high energy radiation. It was observed that it can undergo exchange reaction with OD. If the glass is doped with H 2 and OD but does not contain OH, such exchange reactions will form OH in the glass network. Therefore, according to an embodiment of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass has [H 2 ] (m) and [OD] (m) expressed in mol · cm −3 , respectively. [H 2 ] (m) / [OD] (m) ≦ 0.1, in one embodiment, [H 2 ] (m) / [OD] when the concentration of H 2 and OD in the glass. (M) ≦ 0.05, in some other embodiments, H 2 is doped at a concentration such that [H 2 ] (m) / [OD] (m) ≦ 0.01.

先に述べた理由のために、本発明の光学部材に含まれるODドープトシリカガラスは、H2の代わりにD2がドープされている。本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、H2を実質的に含まないが、1×1015分子/cm3≦[D2]≦1×1018分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[D2]≦5×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[D2]≦1×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1015分子/cm3≦[D2]≦5×1016分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦1×1018分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦5×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦1×1017分子/cm3、ある実施の形態において、1×1016分子/cm3≦[D2]≦5×1016分子/cm3の[D2]濃度でD2がドープされている。 For the reason described above, the OD doped silica glass included in the optical member of the present invention is doped with D 2 instead of H 2 . According to an embodiment of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass is substantially free of H 2 , but 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 1 × 10 18 molecules. / Cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 5 × 10 17 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 1 × 10 17 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 5 × 10 16 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 1 16 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 1 × 10 18 molecules / cm 3 , in one embodiment, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 5 × 10 17 molecules / cm 3 in embodiments, 1 × 10 16 molecules / cm 3 ≦ [D 2] ≦ 1 × 10 17 molecules / cm 3, in certain embodiments, 1 × 1 16 D 2 with [D 2] concentration of molecules / cm 3 ≦ [D 2] ≦ 5 × 10 16 molecules / cm 3 is doped.

先に述べたように、深紫外線および真空紫外線の範囲におけるシリカガラスの透過特性への悪影響のために、Clは極めて望ましくない。それにもかかわらず、Cl含有剤が、本発明の光学部材に使用するためのODドープトガラスの製造プロセスにおいて、乾燥剤および/または浄化剤として有利に用いられるかもしれない。それゆえ、本発明の光学部材に使用するためのODドープトシリカガラスは低濃度でClを含んでもよい。本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、[Cl]≦10質量ppm、ある実施の形態において、[Cl]≦5ppm、ある他の実施の形態において、[Cl]≦1ppmの[Cl]濃度で塩素を含む。   As stated earlier, Cl is highly undesirable due to the adverse effect on the transmission properties of silica glass in the deep and vacuum ultraviolet range. Nevertheless, Cl-containing agents may be advantageously used as desiccants and / or cleaning agents in the process of manufacturing OD doped glass for use in the optical members of the present invention. Therefore, the OD doped silica glass for use in the optical member of the present invention may contain Cl at a low concentration. According to one embodiment of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass has [Cl] ≦ 10 ppm by mass, in one embodiment, [Cl] ≦ 5 ppm, in one other embodiment, Contains chlorine at a [Cl] concentration of Cl] ≦ 1 ppm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、190nm未満の波長で使用するためのフォトマスク基板である。   According to an embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a photomask substrate for use at a wavelength of less than 190 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、約157nmでのフォトリソグラフィーに使用するためのフォトマスク基板である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a photomask substrate for use in photolithography at about 157 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、190nm未満の波長を持つ光を放射する光源のためのランプ外囲器である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a lamp envelope for a light source that emits light having a wavelength of less than 190 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、約165nmで紫外線照射と共に使用するための屈折レンズ素子である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a refractive lens element for use with ultraviolet radiation at about 165 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、約157nmでエキシマレーザと共に使用するための屈折レンズ素子である。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a refractive lens element for use with an excimer laser at about 157 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、その光学部材は、175nm未満の波長で動作するリソグラフィーデバイスで使用するためのフォトマスクのペリクルである。   According to one embodiment of the optical member of the present invention, the optical member is a photomask pellicle for use in a lithographic device operating at a wavelength of less than 175 nm.

本発明の光学部材のある実施の形態によれば、ODドープトシリカガラスは、少なくとも50%/cmの、ある実施の形態において、少なくとも60%/cmの、ある他の実施の形態において、少なくとも70%/cmの約157nmでの初期透過率を有する。   According to certain embodiments of the optical member of the present invention, the OD-doped silica glass is at least 50% / cm, in certain embodiments, at least 60% / cm, in certain other embodiments, at least It has an initial transmission at about 157 nm of 70% / cm.

本発明の別の考えられる光学部材は、紫外線、特に、約193nm、約172nmおよび約157nmなどの約248nm未満の波長の紫外線を伝送するためのODドープトシリカガラスから構成された光導波路である。そのような導波路において、ODドープトシリカガラスは、伝送される光がその中を伝わる構造体に含まれることが望ましい。そのガラスの高透過率および低損失が光導波路の全体の効果に貢献する。その導波路は、光ファイバ、プレーナ型導波路などであってよい。   Another possible optical member of the present invention is an optical waveguide composed of OD-doped silica glass for transmitting ultraviolet light, particularly ultraviolet light having a wavelength of less than about 248 nm, such as about 193 nm, about 172 nm, and about 157 nm. . In such a waveguide, the OD-doped silica glass is preferably included in a structure through which transmitted light travels. The high transmittance and low loss of the glass contribute to the overall effect of the optical waveguide. The waveguide may be an optical fiber, a planar waveguide, or the like.

本出願の発明者等は、ODの吸収断面が、高純度シリカガラスにおけるOHのものよりも小さいことを発見した。したがって、規定の吸収標的を持つ所定の用途のためのシリカガラスにおいて、OHよりも高濃度のODを許容できる。このことは、要求される低レベルのOH濃度に到達するために製造プロセスにおいて乾燥剤を使用しなければならないある場合において、OD含有シリカについて、乾燥剤は全くまたは少量しか必要とされないであろうことを意味する。ガラス中に残留ハロゲンが全くまたはわずかしか含まれないと、よりよいレーザ損傷抵抗および/またはよりよい屈折率均一性が得られるであろう。言い換えれば、ODドープトシリカにおいて、乾燥剤を使用する必要なく、またガラス中にハロゲンを含ませた結果として生じるような問題なく、高い透過率を達成できる。   The inventors of the present application have discovered that the absorption cross section of OD is smaller than that of OH in high purity silica glass. Therefore, higher concentrations of OD than OH can be tolerated in silica glass for a given application with a defined absorption target. This means that in some cases where desiccant must be used in the manufacturing process to reach the required low level of OH concentration, for OD-containing silica, no or little desiccant will be required. Means that. If there is no or little residual halogen in the glass, better laser damage resistance and / or better refractive index uniformity will be obtained. In other words, in OD-doped silica, high transmittance can be achieved without the need for using a desiccant and without the problems that occur as a result of the inclusion of halogen in the glass.

乾燥剤が用いられ、そのプロセスにより完全には乾燥しておらずOY(OHおよびODを含む)を含有するシリカが得られる場合において、所定の[OH]+[OD]で、ガラス中の[OD]/([OD]+[OH])の比が高いほど、ガラスの透過率が高いと予測される。例えば、一般にガラス中にある程度の残留OHを残し、ガラス中に非常にわずかな残留レベルしかフッ素を残さないように調整されたプロセスにおいて、OHをODで置換すると、OHが吸収性であることが知られている深紫外線および真空紫外線の領域において良好に透過するガラスが得られるであろう。   When a desiccant is used and the process yields silica that is not completely dry and contains OY (including OH and OD), at a given [OH] + [OD] The higher the ratio of OD] / ([OD] + [OH]), the higher the glass transmittance. For example, replacing OH with OD in a process that is generally tailored to leave some residual OH in the glass and very little residual level in the glass may leave the OH absorbing. Glasses that transmit well in the known deep and vacuum ultraviolet regions will be obtained.

本出願の発明者等は、シリカガラスに水素分子をドープしたときに、ガラスが高レベルのOY(OHおよびODを含む)を有する場合、そのガラスは、高温の水素添加により良く耐える傾向にあることを発見した。反対に、乾燥シリカガラスまたは非常に低レベルのOYを有するシリカガラスについて、高温で水素ドーピングを行うと、水素とガラス網状構造との反応のために、ガラス中に吸収中心が形成されることがある。したがって、低レベルのOYを有するシリカガラスの水素添加には、一般に、そのような吸収中心を避けるべき場合には、添加温度が低い必要がある。水素添加プロセスは実質的に拡散プロセスであるので、その速度は極めて温度に依存する。シリカガラス中に所定の水素分子濃度を達成するために、800℃での添加は、約400℃での添加よりも著しく短い時間しか必要としない。それゆえ、ガラス中に水素分子が必要とされる用途に関して、ODドープトシリカガラスを使用すると、水素添加プロセスがより効率的になるであろう。所定の透過率標的で、ODの許容レベルがOHの許容レベルよりも大きいという事実のために、水素の反応性がより低いシリカガラスが生産されるはずである。このことは、規定の透過率レベルで、ODドープトシリカガラスのほうが、OHドープトシリカガラスよりも、より高いH2の添加温度およびより短い添加時間を使用できることを意味する。 The inventors of the present application tend to tolerate high temperature hydrogenation better when the glass has high levels of OY (including OH and OD) when the silica glass is doped with hydrogen molecules. I discovered that. Conversely, dry silica glass or silica glass with a very low level of OY can cause absorption centers to form in the glass due to the reaction of hydrogen with the glass network when hydrogen doped at high temperatures. is there. Therefore, hydrogenation of silica glass with low levels of OY generally requires a low addition temperature if such absorption centers should be avoided. Since the hydrogenation process is essentially a diffusion process, its rate is highly temperature dependent. In order to achieve a given hydrogen molecule concentration in the silica glass, the addition at 800 ° C. requires significantly less time than the addition at about 400 ° C. Therefore, for applications where molecular hydrogen is required in the glass, the use of OD doped silica glass will make the hydrogenation process more efficient. Due to the fact that at a given permeability target, the acceptable level of OD is greater than the acceptable level of OH, a silica glass with less hydrogen reactivity should be produced. This means that at a defined transmission level, OD doped silica glass can use higher H 2 addition temperatures and shorter addition times than OH doped silica glass.

OHよりもODのほうが高レベルで含むことができることの他の利点としては、(1)所定の温度でガラスのより低い粘度およびしたがって、高温二次成形が必要とされる場合には、潜在的に低い二次成形温度、並びに(2)高温処理中の酸素欠乏中心(ODC)の形成に対する高い抵抗性が挙げられる。   Other advantages of being able to include higher levels of OD than OH include (1) the lower viscosity of glass at a given temperature and therefore potential if high temperature secondary forming is required. Low secondary molding temperatures, and (2) high resistance to the formation of oxygen-deficient centers (ODC) during high temperature processing.

火炎加水分解シリカガラス中のOHをODで置換することは、非常に有益であり得る。火炎加水分解プロセスでは、一工程で非常に大きく非常に均質なシリカ片が生成される。過去において、火炎加水分解シリカの当然高いOHレベルのために、その用途が、193nm以上の用途および172nmで使用するための薄い部品に限られてきた。OHがODで置換されると、紫外線限界がより短い波長に移り、それによって、火炎加水分解シリカガラスの有用性が、より短い波長および/またはより厚い部品に広がるであろう。   Replacing OH in flame hydrolyzed silica glass with OD can be very beneficial. The flame hydrolysis process produces very large and very homogeneous silica pieces in one step. In the past, due to the naturally high OH level of flame hydrolyzed silica, its use has been limited to applications above 193 nm and thin parts for use at 172 nm. When OH is replaced with OD, the UV limit is shifted to shorter wavelengths, thereby extending the usefulness of flame hydrolyzed silica glass to shorter wavelengths and / or thicker parts.

シリカ中のジューテロキシルの吸収断面(σ)(σ(OD))が、193nm未満の波長で、シリカ中のヒドロキシルのもの(σ(OH))よりも小さいことを発見した。   It has been found that the absorption cross section (σ) (σ (OD)) of deuteroxyl in silica is smaller than that of hydroxyl in silica (σ (OH)) at wavelengths below 193 nm.

OVDスート・トゥー・ガラスプロセスによって、様々な濃度のOHおよびODを含有する高純度シリカガラスを調製した。ガラスのOHまたはOD濃度は、固結プロセス中の雰囲気中のH2OまたはD2O蒸気分圧を制御することによって設定した。ガラスプリフォームから試料を切り出し、10×15×20mmになるまで研磨した。透過率測定は、真空条件下で動作させたMcpherson S2000 VUV分光光度計を用いて、10mmの路長を通して行った。VUV透過率測定の前に、O2プラズマ装置内で試料を浄化して、表面汚染を除去した。10mmの路長を通して試料にFTIR測定も行って、先に述べたように、試料のOHまたはOD含有量を決定した。 High purity silica glasses containing various concentrations of OH and OD were prepared by the OVD soot-to-glass process. The OH or OD concentration of the glass was set by controlling the H 2 O or D 2 O vapor partial pressure in the atmosphere during the consolidation process. A sample was cut from the glass preform and polished to 10 × 15 × 20 mm. Transmittance measurements were taken through a 10 mm path length using a Mcpherson S2000 VUV spectrophotometer operated under vacuum conditions. Prior to measuring the VUV transmittance, the sample was cleaned in an O 2 plasma apparatus to remove surface contamination. FTIR measurements were also made on the samples through a 10 mm path length to determine the OH or OD content of the samples as described above.

図1は、約1250質量ppmまでのOHおよび約150質量ppmまでのODを含有する一連のシリカガラスに関する約150〜200nmの透過率データを示している。図1を得るために、各試料に関する未加工の透過率データを、220nmでの透過率が、220nmでの乾燥したFドープトシリカ試料の透過率と一致するように、すなわち、89.63/%T(220nm)の因子でそのデータを乗じることによって、補正した。試料A,B,C,D,E,F,GおよびHは、表1に示されるような以下の組成を有している。

Figure 2008162880
FIG. 1 shows about 150-200 nm transmission data for a series of silica glasses containing up to about 1250 ppm by weight OH and up to about 150 ppm by weight OD. To obtain FIG. 1, the raw transmittance data for each sample is such that the transmittance at 220 nm matches the transmittance of the dried F-doped silica sample at 220 nm, ie 89.63 /% T Correction was made by multiplying the data by a factor of (220 nm). Samples A, B, C, D, E, F, G and H have the following compositions as shown in Table 1.
Figure 2008162880

これらの波長では、フッ素により吸収は導入されない。OHおよびODの主要な効果は、紫外線吸収限界をより長い波長にシフトすることにある。乾燥シリカガラスの紫外線限界は約155.5nmにあるが、1235ppmのOHを含むガラスの紫外線限界は169nm辺りにある。後者の場合、OHは明らかに、吸収波長を180nmに近づける。ODもまた、紫外線吸収限界をより短い波長にシフトするが、その効果はそれほど大きくない。これが、紫外線限界の位置がOHまたはOD濃度の関数としてプロットされている図2に見られる。   At these wavelengths, no absorption is introduced by fluorine. The main effect of OH and OD is to shift the UV absorption limit to longer wavelengths. The UV limit of dry silica glass is about 155.5 nm, while the UV limit of glass containing 1235 ppm OH is around 169 nm. In the latter case, OH clearly brings the absorption wavelength closer to 180 nm. OD also shifts the UV absorption limit to shorter wavelengths, but the effect is not as great. This can be seen in FIG. 2 where the ultraviolet limit position is plotted as a function of OH or OD concentration.

任意の所定の波長でのある材料の透過率へのある種の影響は、関係式:
ABS(λ)=σ(λ)・N
にしたがって、その波長での吸収断面により定義され、ここで、ABS(λ)は波長λでのcm-1で表された吸収であり、Nはモル/cm3で表されたその特定の種の濃度であり、σ(λ)は波長λでのcm2で表された吸収断面である。吸収断面σ(λ)は、ABS(λ)をNの関数としてプロットし、そのデータに直線適合を行うことによって得ることが出来る。その直線適合の傾斜がσ(λ)である。
Certain effects on the transmittance of a material at any given wavelength are related to the relation:
ABS (λ) = σ (λ) · N
Is defined by the absorption cross section at that wavelength, where ABS (λ) is the absorption expressed in cm −1 at wavelength λ and N is the specific species expressed in moles / cm 3. Σ (λ) is the absorption cross section expressed in cm 2 at the wavelength λ. The absorption cross section σ (λ) can be obtained by plotting ABS (λ) as a function of N and performing a linear fit to the data. The slope of the straight line fit is σ (λ).

シリカの透過率へのOHおよびODの影響を定量化するために、155nmから172nmまでの波長で、各種に関する吸収断面を計算した。図1の透過率データを、T(λ)が%/cmで表された波長λでの透過率である、関係式:

Figure 2008162880
In order to quantify the effect of OH and OD on the transmittance of silica, the absorption cross sections for each were calculated at wavelengths from 155 nm to 172 nm. The transmission data of FIG. 1 is a relational expression that is the transmittance at a wavelength λ where T (λ) is expressed in% / cm:
Figure 2008162880

を用いて吸収(底10)に変換した。OHおよびODの濃度は、式:

Figure 2008162880
Was converted to absorption (bottom 10). The concentration of OH and OD is given by the formula:
Figure 2008162880

を用いて、質量ppmから分子/cm3に変換した。ここで、[OY]は質量ppmで表したOHまたはODの濃度であり、MはOHまたはODの分子量である(OHについては約17であり、ODについては約18である)。 Was converted from mass ppm to molecules / cm 3 . Here, [OY] is the concentration of OH or OD expressed in ppm by mass, and M is the molecular weight of OH or OD (about 17 for OH and about 18 for OD).

図3および4は、λ=155nm,157nm,160nm,および165nm,170nm,および172nmに関する、OHドープトシリカ(塗りつぶされた中実の記号)およびODドープトシリカ(枠だけの記号)について、Nの関数としてのABS(λ)のプロットを示している。図3において、3.1(OH),3.2(OH),3.3(OH)および3.4(OH)は、OHドープトガラスの曲線であり、3.1(OD),3.2(OD),3.3(OD)および3.4(OD)は、ODドープトガラスの曲線である。図4において、4.1および4.2は、OHドープトガラスの曲線であり、4.3は、ODドープトガラスの曲線である。そのデータへの直線適合が、実線および点線により示されている。シリカにおいて、全ての波長で、ODの吸収断面がOHのものよりも小さいことが示されている。ODの吸収断面は170nmで実質的にゼロであり、一方、OHには172nmで吸収に測定可能な影響がまだある。その結果が、λ=155〜172nmに対して、σ(OH)(λ)およびσ(OD)(λ)がプロットされている図5にさらに示されている。   FIGS. 3 and 4 show the OH-doped silica (filled solid symbol) and OD-doped silica (frame only symbol) as a function of N for λ = 155 nm, 157 nm, 160 nm, and 165 nm, 170 nm, and 172 nm. A plot of ABS (λ) is shown. In FIG. 3, 3.1 (OH), 3.2 (OH), 3.3 (OH), and 3.4 (OH) are curves of the OH doped glass, and 3.1 (OD), 3.2. (OD), 3.3 (OD) and 3.4 (OD) are curves of OD doped glass. In FIG. 4, 4.1 and 4.2 are curves of OH-doped glass, and 4.3 is a curve of OD-doped glass. A linear fit to the data is indicated by solid and dotted lines. In silica, the absorption cross section of OD is shown to be smaller than that of OH at all wavelengths. The absorption cross section of OD is virtually zero at 170 nm, while OH still has a measurable effect on absorption at 172 nm. The results are further shown in FIG. 5 where σ (OH) (λ) and σ (OD) (λ) are plotted against λ = 155-172 nm.

図6は、H2分子がドープされた、一連のOHおよび/またはODドープトシリカガラスの150〜200nmの透過率曲線を示している。水素添加は、10mm×15mm×20mmの研磨試料を23日間に亘り350℃で100気圧の0.1%のH2−N2ガス混合物に曝露することによって行った。この図において、6.1は、200質量ppmのF、約3質量ppmのOD、約0.3質量ppmのOH、および1×1017分子・cm-3のH2を含み;6.2は、約58質量ppmのOD、および1×1017分子・cm-3のH2を含み;6.3は、142質量ppmのOD、および1×1017分子・cm-3のH2を含む。 FIG. 6 shows a 150-200 nm transmission curve of a series of OH and / or OD doped silica glasses doped with H 2 molecules. Hydrogenation was performed by exposing a 10 mm × 15 mm × 20 mm polished sample to a 0.1% H 2 —N 2 gas mixture at 350 ° C. and 100 atm for 23 days. In this figure, 6.1 contains 200 ppm by weight F, about 3 ppm by weight OD, about 0.3 ppm by weight OH, and 1 × 10 17 molecules · cm −3 H 2 ; Contains about 58 mass ppm OD and 1 × 10 17 molecules · cm −3 H 2 ; 6.3 contains 142 mass ppm OD and 1 × 10 17 molecules · cm −3 H 2 Including.

これらの結果は、シリカにおいて、同じ透過率が、OHよりODのほうが高い濃度で得られることを示している。逆に、OHまたはODの同じ濃度に関して、ODを含有するシリカは、高い透過率を有する。   These results show that the same transmittance can be obtained in silica at a higher concentration of OD than OH. Conversely, for the same concentration of OH or OD, silica containing OD has a high transmittance.

本発明の範囲および精神から逸脱せずに、本発明の様々な改変および変更が行えることが当業者には明らかであろう。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で、包含することが意図されている。   It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. Thus, it is intended that the present invention cover modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

約150nmから約200nmの波長範囲における一連のシリカガラスの透過率を示すグラフGraph showing the transmittance of a series of silica glasses in the wavelength range of about 150 nm to about 200 nm 一連のOHおよびODドープトシリカガラスの紫外線吸収限界を示すグラフGraph showing the ultraviolet absorption limit of a series of OH and OD doped silica glasses 様々な波長でのシリカ中のOHまたはOD濃度の関数としての吸収を示すグラフGraph showing absorption as a function of OH or OD concentration in silica at various wavelengths 様々な波長でのシリカ中のOHまたはOD濃度の関数としての吸収を示すグラフGraph showing absorption as a function of OH or OD concentration in silica at various wavelengths シリカガラス中のOHおよびODの吸収断面を示すグラフGraph showing OH and OD absorption cross sections in silica glass 約150nmから約200nmの波長における、H2が添加された一連のODドープトシリカガラスの透過率を示すグラフGraph showing the transmittance of a series of OD-doped silica glasses doped with H2 at wavelengths from about 150 nm to about 200 nm.

Claims (10)

光入射軸を持つ光学部材であって、165nm以下の吸収限界λ(限界)を有するODドープトシリカガラスから構成された光学部材。   An optical member having a light incident axis and made of OD-doped silica glass having an absorption limit λ (limit) of 165 nm or less. 前記ODドープトシリカガラスがフッ素をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の光学部材。   The optical member according to claim 1, wherein the OD-doped silica glass further contains fluorine. 前記ODドープトシリカガラスが約5000質量ppm未満のフッ素を含むことを特徴とする請求項1記載の光学部材。   The optical member according to claim 1, wherein the OD-doped silica glass contains less than about 5000 ppm by mass of fluorine. 前記ODドープトシリカガラスが約50質量ppb未満のNaを含むことを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の光学部材。   The optical member according to any one of claims 1 to 3, wherein the OD-doped silica glass contains Na of less than about 50 mass ppb. 前記ODドープトシリカガラスが、0.98より大きいn(OD)/(n(OH)+n(OD))の比を有することを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の光学部材。   The optical member according to any one of claims 1 to 4, wherein the OD-doped silica glass has a ratio of n (OD) / (n (OH) + n (OD)) greater than 0.98. . 前記ODドープトシリカガラスが200質量ppm以下の[OD]を有することを特徴とする請求項1記載の光学部材。   The optical member according to claim 1, wherein the OD-doped silica glass has an [OD] of 200 ppm by mass or less. 前記ODドープトシリカガラスに、[H2]/[OD]≦0.1となるような濃度でH2がドープされていることを特徴とする請求項1から6いずれか1項記載の光学部材。 7. The optical device according to claim 1, wherein the OD-doped silica glass is doped with H 2 at a concentration such that [H 2 ] / [OD] ≦ 0.1. Element. 前記ODドープトシリカガラスに、1×1015分子/cm3≦[D2]≦1×1018分子/cm3の間の[D2]濃度でD2がドープされていることを特徴とする請求項1から7いずれか1項記載の光学部材。 The OD-doped silica glass is doped with D 2 at a [D 2 ] concentration of 1 × 10 15 molecules / cm 3 ≦ [D 2 ] ≦ 1 × 10 18 molecules / cm 3. The optical member according to any one of claims 1 to 7. 前記ODドープトシリカガラスが、[Cl]≦10質量ppmである[Cl]濃度で塩素を含むことを特徴とする請求項1から8いずれか1項記載の光学部材。   9. The optical member according to claim 1, wherein the OD-doped silica glass contains chlorine at a [Cl] concentration satisfying [Cl] ≦ 10 mass ppm. 190nm未満の波長で使用するためのフォトマスク基板であることを特徴とする請求項1から9いずれか1項記載の光学部材。   The optical member according to claim 1, wherein the optical member is a photomask substrate for use at a wavelength of less than 190 nm.
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