JP3919831B2 - Synthetic quartz glass for optics - Google Patents

Synthetic quartz glass for optics Download PDF

Info

Publication number
JP3919831B2
JP3919831B2 JP36033492A JP36033492A JP3919831B2 JP 3919831 B2 JP3919831 B2 JP 3919831B2 JP 36033492 A JP36033492 A JP 36033492A JP 36033492 A JP36033492 A JP 36033492A JP 3919831 B2 JP3919831 B2 JP 3919831B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
quartz glass
synthetic quartz
excimer laser
hydrogen
oxyhydrogen flame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP36033492A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06199531A (en
Inventor
生 伸 葛
野 健 一 久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Quartz Corp
Original Assignee
Tosoh Quartz Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tosoh Quartz Corp filed Critical Tosoh Quartz Corp
Priority to JP36033492A priority Critical patent/JP3919831B2/en
Publication of JPH06199531A publication Critical patent/JPH06199531A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3919831B2 publication Critical patent/JP3919831B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1446Means for after-treatment or catching of worked reactant gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1415Reactant delivery systems
    • C03B19/1423Reactant deposition burners
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/20Doped silica-based glasses doped with non-metals other than boron or fluorine
    • C03B2201/23Doped silica-based glasses doped with non-metals other than boron or fluorine doped with hydroxyl groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00Glass deposition burners
    • C03B2207/36Fuel or oxidant details, e.g. flow rate, flow rate ratio, fuel additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00Glass deposition burners
    • C03B2207/70Control measures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、合成石英ガラス、特に、紫外領域、例えば、エキシマレーザーなどに使用される光学用部品、超LSI用フォトマスク基板、レチクル、及び超LSIステッパー用光学材料等に使用される合成石英ガラス、及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年エキシマレーザーを用いた超LSI製造プロセスや、CVDプロセスなどが発展し、エキシマレーザー用光学材料に対する要求が特に高まっている。
【0003】
エキシマレーザーは、希ガスとハロゲン、あるいは、希ガス、ハロゲン単体を用いたガスレーザーで、ガスの種類によりXeFエキシマレーザー(350nm)、XeClエキシマレーザー(308nm)、KrFエキシマレーザー(248nm)、KrClエキシマレーザー(220nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)及びF2エキシマレーザー(157nm)などがある。
【0004】
このうち、発振効率とガス寿命の点からXeClエキシマレーザー、ArFエキシマレーザーや、KrFエキシマレーザーが有利である。さらに、半導体素子の製造工程で用いられる光源としては、ArFエキシマレーザーおよび、KrFエキシマレーザーが注目されている。
【0005】
ArFエキシマレーザーや、KrFエキシマレーザーは、従来の水銀ランプなどの輝線を用いた光源と比較すると、波長が短く、エネルギー密度がはるかに高いため、ステッパーなどの石英ガラス製の光学部品に対して損傷を与える可能性が大きい。事実、合成石英ガラスにエキシマレーザーを照射したり、合成石英ガラスフォトマスク基板にプラズマエッチングや、スパッタリングを実施すると、吸収帯が形成され、その結果として発光が発生したりするようになるという欠点を有していた。
【0006】
このような合成石英ガラスフォトマスク基板がプラズマエッチングや、スパッタリングを受けて吸収帯を形成するような石英ガラスを予め判別する方法として特開平1−189654号公報(合成石英ガラスの検査方法)がある。これは、合成石英ガラスにエキシマレーザーを照射し、赤色の発光が生じるか否かによって、有害な吸収帯が形成されるか否かを判別する方法である。
【0007】
さらに、特開平1−201664号公報(合成石英ガラスの改質方法)には、四塩化珪素を化学量論的比率の酸水素火炎中で加水分解して得られた合成石英ガラスを水素ガス雰囲気中で熱処理することによって、赤色発光のない合成石英ガラスに改質できることが開示されている。
【0008】
また、特開平2−64645号公報(紫外域用有水合成石英ガラス及びその製法)には、四塩化珪素を酸水素火炎で加水分解する際、バーナーに供給する酸水素火炎の水素ガスと酸素ガスの比(H2/O2)を化学量論比より大きくする、すなわち、水素の量を化学量論的必要量より過剰の還元雰囲気にすることにより、260nmの吸収帯の生成およびそれに伴う合成石英ガラスの650nmの赤色発光を防止できることが開示されている。さらに、この製法によって得られた合成石英ガラスは、200nmでの透過率が低下するという欠点があり、四塩化珪素に同伴ガスとして、合成石英ガラスの生成反応に関与しない不活性ガスを使用することにより、前記の欠点の無い合成石英ガラスが得られることが開示されている。
【0009】
このように、還元雰囲気下で合成した合成石英ガラスは、KrFエキシマレーザーに対しては、耐久性を有するが、より短波長のエキシマレーザーであるArFエキシマレーザーを照射すると220nm付近にピークを有する吸収帯が生じ、エキシマレーザービームの透過率の低下をもたらすという欠点があった。
【0010】
そこで、特開平4−21540号公報及び特開平4−130031号公報に開示されるように、水素過剰の酸水素炎で合成した石英ガラスをさらに非酸化性の雰囲気で熱処理することにより吸収帯の生成を防止することが開発された。
【0011】
合成石英ガラスの発光、吸収の理論的説明は、未だ充分にはなされていないが、合成石英ガラスの構造欠陥に起因し、荷電粒子線、電子線、X線、γ線、そして、高い光子エネルギーを有する紫外線などによる一光子吸収あるいは多光子吸収によって、色中心が生成されるためと考えられている。
【0012】
石英ガラスの吸収、発光という分光学的性質は、現在のところ、次のように説明される。
a)酸素過剰
合成石英ガラスの製造において、酸水素火炎の酸素が過剰な場合、すなわち、H2/O2<2となるような時は、エキシマレーザーなどの照射によって、260nmの吸収帯が生じ、それに伴って650nmの赤色発光帯が生成する。
b)水素過剰
逆に、酸水素火炎が水素過剰の場合(H2/O2>2)、合成石英ガラス中に過剰の水素が残存し、ArFエキシマレーザーの照射によって220nmの吸収帯が生じ、それに伴う280nmの発光帯が見られる。
【0013】
260nmの吸収帯の生成およびそれに伴う650nmの赤色発光の原因として考えられることは、酸素過剰の条件下で石英ガラスを合成したことによるパーオキシリンケージの存在と石英ガラス中に溶存する酸素分子の存在である。
【0014】
パーオキシリンケージの存在の場合は、石英ガラスに照射したX線や紫外線などの高い光子エネルギーを有する電磁波によってパーオキシリンケージが発光中心の前駆体となり、
【化1】

Figure 0003919831
の反応によりパーオキシラジカルが発光中心となる。
【0015】
一方、酸素分子が前駆体の場合は、酸素分子がオゾンに変換され、発光中心(カラーセンター)になると考えられている。すなわち、以下の反応がおこなわれている。
【化2】
Figure 0003919831
【0016】
この合成石英ガラスに水素熱処理を施すと、
≡Si−O−O−Si≡+H2→≡Si−OH+H−O−Si≡
となり、あるいは、石英ガラス中の過剰の溶存酸素は水素と結合して水となり発光中心が減少して発光は抑制される。
この反応を(2)式で示す。
2+2H2→2H2O (2)
【0017】
しかし、この方法は、改質効果が継続的に発揮できず、種々の影響因子によって改質効果が消滅することがある。例えば、前記の方法で改質した合成石英ガラスを大気中で熱処理すると、改質効果が消滅し、エキシマレーザーの照射や、スパッタリング、プラズマエッチングなどを行うと、再び650nmの発光が発生するようになってしまう。
【0018】
また、特開平2−64645号公報に開示された方法によって製造された合成石英ガラスでは、再熱処理をおこなっても、エキシマレーザー照射時の260nmの吸収帯の生成および650nmの赤色発光帯は観測されない。しかし、さらに詳細に検討すると、この方法によって製造した合成石英ガラスにArFエキシマレーザーを照射すると、280nmに強い発光帯が生じ、220nmに吸収帯が生成されることが判明した。また、ArFエキシマレーザーを照射し220nm吸収帯が生成するに伴ってArFエキシマレーザー自身の透過率も低下する。
【0019】
また、KrFエキシマレーザー照射した場合は、短時間の照射(略103ショット)では280nmの発光帯、および220nmの吸収帯は生ぜず、KrFエキシマレーザー自身の透過率低下もみられない。
しかしながら、長時間の照射(106ショット以上)を行うとArFレーザー照射時と同様280nmの発光帯及び220nmの吸収帯が生じるようになる。
【0020】
従って、化学量論的必要量より水素過剰で製造することが260nmの吸収帯の生成、およびそれに伴う650nmの赤色発光防止のためには有効であるが、ArFレーザーの照射およびKrFレーザーの長時間の照射には適さない。
【0021】
220nmの吸収帯は ≡Si・構造を持ったE'センターと呼ばれている欠陥構造が原因であることが知られている(D.L.Griscom,セラミック協会学術論文誌、99巻923ページ参照。)。
【0022】
E’センターの前駆体として ≡Si−H が考えられる。
還元雰囲気下で合成した石英ガラス中では、次のような機構でE'センターが生成され(式(3)参照)、さらに熱処理によるE'センターの生成防止のメカニズムとして次のようなメカニズム(式(4)参照)が提示されている。
(N.Kuzuu, Y.Komatsu and M.Murahara, Physical Review B, Vol.44 pp.9265−9270参照)
【化3】
Figure 0003919831
【化4】
Figure 0003919831
【0023】
以上の機構により、≡Si−HH−O−Si≡ の構造が合成石英ガラスから除去され、E'センターの生成が抑止されるのである。
このことは、合成石英ガラスのArFエキシマレーザーの照射による650nm、および280nmにおける発光帯の生成および260nmと220nmの吸収帯の生成を抑止した光学特性を示す合成石英ガラスとして、特開平4−21540号公報及び特開平4−130031号でその技術的効果が示された。
【0024】
これは、石英ガラスの合成方法において、溶存する酸素分子(O2)濃度が1×1017個/cm3以下となるように酸水素火炎の酸素と水素の比が化学量論的必要量より過剰の水素の存在下で合成し、さらに、≡Si−H H−O−Si≡で示される構造が、1×1018個/cm3以下となるようにこの合成石英ガラスを非還元性の雰囲気中、または、真空中において、200〜1200℃で熱処理するものである。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
以上の述べた方法により、ArFレーザー照射したときであっても吸収帯の生成しない材料が得られるが、その後、改質効果には、ロット間でのバラツキがあり、改質効果が不完全な場合もあることが明らかになった。すなわち、このようにして製造した石英ガラスにおいても、製造条件下のバラツキにより程度の違いはあるが、エキシマレーザーの長時間照射により、吸収帯が生成する場合があり、従来法では、全ての使用条件下において安定してエキシマレーザー用光学材料を得ることができなかった。
【0026】
本発明は、エキシマレーザーを照射しても、吸収帯の生成のない、安定した光学用合成石英ガラスを提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解することにより直接堆積ガラス化した合成石英ガラスの合成方法において、火炎中の水素の量を化学量論的必要量よりも過剰にし、合成石英ガラス中のOH基濃度を1000ppm以上含有する石英ガラスを用いることにより、前記の問題点を解決することができるとの知見を得て本発明を完成したものである。
【0028】
【作用】
四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解する石英ガラスの合成方法において、酸水素火炎の酸素の量を化学量論的必要量よりも過剰にすると、赤色発光が生ずることは前述したとうりである。石英ガラス中には、Si−O−Siの結合角が構造の乱れのために平衡値(約143度)から大きくずれた結合が多く存在している。このため、合成時の酸水素火炎の水素の量を化学量論的必要量よりも過剰にすると、水素分子が石英ガラス網目中を拡散しうるため、これらの歪んだ結合と水素が式(5)で示す反応が進行し、 ≡Si−H H−O−Si≡ 構造が生成される。
≡Si−O−Si≡ + H2――→ ≡Si−HH−O−Si≡ (5)
【0029】
この構造を有する合成石英ガラスにエキシマレーザーを照射すると前記の式(3)の反応で、E'センター(≡Si・)が生成される。この前駆体である
≡Si−HH−O−Si≡ 構造を除去するためには、特開平4−21540号、特開平4−130031号に示すごとく、適当な雰囲気中で熱処理することにより前駆体の除去が可能となる。
【0030】
ところが、もともとの石英ガラスの結合構造が歪んでいるため、熱処理による前駆体の除去は不完全であり、また、歪んだSi−O−Si結合も式(6)に示すように、E'センターの前駆体と成りえるものである。
【化5】
Figure 0003919831
【0031】
このように、酸水素炎を水素過剰としても石英ガラス中に
≡Si−H H−O−Si≡
構造を生成させないためには、歪んだ結合を少なくすることが有効である。
【0032】
これは、石英ガラス中の Si−OH の濃度を高くすることによって達成できる。Si−OHの濃度が高いと、石英ガラスをある温度に保ったとき準平衡に近づく時間を短縮でき、このため石英ガラス中の Si−O−Si 結合角の緩和が促進され、結果として歪んだ結合の分布割合を少なくすることができ、ガラス作成時における前駆体の生成が防止される。また、たとえ合成時に前駆体が生成したとしても歪んだ結合を少なくすることにより、熱処理においても周辺の構造の緩和も容易になり前駆体が容易に除去される。
【0033】
すなわち、石英ガラス中のOH基を濃度を上げ、Si−OHの濃度を高くすることによって石英ガラス中のこの歪んだ結合の濃度が減少し、歪んだ構造に基づくE'センターの生成が防止されるので、エキシマレーザーを石英ガラスに照射しても、吸収帯の生成が無く、エキシマレーザーに対する透過率の低下が生じない安定した光学用合成石英ガラスを得ることができるのである。
【0034】
【実施例】
四塩化珪素(SiCl4)を酸素と水素の割合を化学量論的必要量より過剰の水素の酸水素火炎中で加水分解して石英ガラスを合成した。このとき、石英ガラスの合成時に不活性ガスを含むバーナーの反応条件および排ガスの排気条件を調整することによって表1に示す各種のOH基濃度の合成石英ガラスを作成した。得られた合成石英ガラスの試料から略10×10×30 の試験片を切り出し、厚さが10 となるように、2面を鏡面研磨した。
この試料にKrFエキシマレーザー200mJ/cm2のエネルギー密度で106ショットおよびArFエキシマレーザー100mJ/cm2のエネルギー密度で104ショットを照射し、その前後の吸収スペクトルを測定し、220nmにおける誘起吸収係数を求めた。表1にこの結果をまとめたものを示す。
【0035】
【表1】
Figure 0003919831
【0036】
表1から判るように、KrFエキシマレーザーおよびArFエキシマレーザー、を照射しても、OH基が1000ppm以上の合成石英ガラスは吸収帯の生成が生じていない。
【0037】
【効果】
以上のように、四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解することにより直接堆積ガラス化する石英ガラスの合成方法において、火炎中の水素の量を化学量論的必要量よりも過剰にし、かつ、ガラス中のOH基濃度を重量濃度で1000ppm以上含有する石英ガラスを用いることによってKrFエキシマレーザーおよびArFエキシマレーザーを長時間照射しても石英ガラスに吸収帯の生成が無く、エキシマレーザーに対する透過率の低下が生じない安定した光学用合成石英ガラスを得ることができた。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a synthetic quartz glass, in particular, an optical component used for an ultraviolet region such as an excimer laser, a photomask substrate for an ultra LSI, a reticle, and an optical material for an ultra LSI stepper. And a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a VLSI manufacturing process using an excimer laser, a CVD process, and the like have been developed, and the demand for an optical material for excimer laser is particularly increased.
[0003]
The excimer laser is a gas laser using a rare gas and a halogen, or a rare gas or a single halogen, and depending on the type of gas, an XeF excimer laser (350 nm), an XeCl excimer laser (308 nm), a KrF excimer laser (248 nm), a KrCl excimer. There are a laser (220 nm), an ArF excimer laser (193 nm), an F 2 excimer laser (157 nm), and the like.
[0004]
Of these, XeCl excimer laser, ArF excimer laser, and KrF excimer laser are advantageous in terms of oscillation efficiency and gas life. Further, ArF excimer laser and KrF excimer laser are attracting attention as light sources used in the manufacturing process of semiconductor elements.
[0005]
ArF excimer lasers and KrF excimer lasers have a shorter wavelength and a much higher energy density than conventional light sources that use bright lines such as mercury lamps, so they damage optical parts made of quartz glass such as steppers. Is likely to give. In fact, when an excimer laser is irradiated on synthetic quartz glass, or when plasma etching or sputtering is performed on a synthetic quartz glass photomask substrate, an absorption band is formed, resulting in emission of light. Had.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 1-189654 (Synthetic Quartz Glass Inspection Method) is a method for discriminating in advance such a quartz glass in which such a synthetic quartz glass photomask substrate is subjected to plasma etching or sputtering to form an absorption band. . This is a method for determining whether or not a harmful absorption band is formed by irradiating a synthetic quartz glass with an excimer laser and determining whether or not red light emission occurs.
[0007]
Further, JP-A-1-201664 (Method for modifying synthetic quartz glass) describes a synthetic quartz glass obtained by hydrolyzing silicon tetrachloride in a stoichiometric oxyhydrogen flame in a hydrogen gas atmosphere. It is disclosed that it can be modified to a synthetic quartz glass without red light emission by heat treatment in it.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-64645 (hydraulic synthetic quartz glass for ultraviolet region and its production method) discloses hydrogen gas and oxygen of an oxyhydrogen flame supplied to a burner when hydrolyzing silicon tetrachloride with an oxyhydrogen flame. By making the gas ratio (H 2 / O 2 ) greater than the stoichiometric ratio, ie by making the amount of hydrogen in a reducing atmosphere in excess of the stoichiometric requirement, a 260 nm absorption band is generated and associated therewith. It is disclosed that red light emission of 650 nm of synthetic quartz glass can be prevented. Furthermore, the synthetic quartz glass obtained by this production method has the disadvantage that the transmittance at 200 nm is lowered, and an inert gas not involved in the production reaction of the synthetic quartz glass is used as an accompanying gas with silicon tetrachloride. Thus, it is disclosed that a synthetic quartz glass free from the above-mentioned drawbacks can be obtained.
[0009]
Thus, synthetic quartz glass synthesized under a reducing atmosphere has durability against a KrF excimer laser, but has an absorption peak at around 220 nm when irradiated with an ArF excimer laser, which is a shorter wavelength excimer laser. There was a drawback that a band was formed, resulting in a decrease in the transmittance of the excimer laser beam.
[0010]
Therefore, as disclosed in JP-A-4-21540 and JP-A-4-130031, the quartz glass synthesized by hydrogen-rich oxyhydrogen flame is further heat-treated in a non-oxidizing atmosphere so that the absorption band is reduced. It was developed to prevent generation.
[0011]
Although the theoretical explanation of light emission and absorption of synthetic quartz glass has not been fully made yet, due to structural defects of synthetic quartz glass, charged particle beam, electron beam, X-ray, γ-ray, and high photon energy It is considered that a color center is generated by one-photon absorption or multi-photon absorption by ultraviolet rays or the like having a colorant.
[0012]
At present, the spectroscopic properties of absorption and emission of quartz glass are explained as follows.
a) In the production of oxygen-rich synthetic quartz glass, when the oxygen in the oxyhydrogen flame is excessive, that is, when H 2 / O 2 <2, an absorption band of 260 nm is generated by irradiation with an excimer laser or the like. Accordingly, a red light emission band of 650 nm is generated.
b) Hydrogen excess On the contrary, when the oxyhydrogen flame is hydrogen excess (H 2 / O 2 > 2), excess hydrogen remains in the synthetic quartz glass, and an absorption band of 220 nm is generated by irradiation with the ArF excimer laser, A corresponding 280 nm emission band can be seen.
[0013]
The generation of 260 nm absorption band and the accompanying red emission at 650 nm are considered to be due to the presence of peroxy linkage due to the synthesis of quartz glass under oxygen-excess conditions and the presence of oxygen molecules dissolved in quartz glass. It is.
[0014]
In the presence of peroxy linkage, the peroxy linkage becomes a precursor of the emission center by electromagnetic waves having high photon energy such as X-rays and ultraviolet rays irradiated on quartz glass,
[Chemical 1]
Figure 0003919831
As a result of this reaction, the peroxy radical becomes the emission center.
[0015]
On the other hand, in the case where oxygen molecules are precursors, it is considered that oxygen molecules are converted into ozone and become emission centers (color centers). That is, the following reaction is performed.
[Chemical 2]
Figure 0003919831
[0016]
When this synthetic quartz glass is subjected to hydrogen heat treatment,
≡Si—O—O—Si≡ + H 2 → ≡Si—OH + HO—Si≡
Alternatively, excessive dissolved oxygen in the quartz glass is combined with hydrogen to become water, and the emission center is reduced to suppress light emission.
This reaction is shown by the formula (2).
O 2 + 2H 2 → 2H 2 O (2)
[0017]
However, in this method, the modification effect cannot be exhibited continuously, and the modification effect may disappear due to various influencing factors. For example, when the synthetic quartz glass modified by the above-described method is heat-treated in the atmosphere, the modification effect disappears, and when an excimer laser irradiation, sputtering, plasma etching, or the like is performed, 650 nm light emission is generated again. turn into.
[0018]
In addition, in the synthetic quartz glass manufactured by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-64645, even when re-heat treatment is performed, the generation of the 260 nm absorption band and the 650 nm red emission band during the excimer laser irradiation are not observed. . However, when examined in more detail, it was found that when a synthetic quartz glass produced by this method was irradiated with an ArF excimer laser, a strong emission band was generated at 280 nm and an absorption band was generated at 220 nm. Further, as the 220 nm absorption band is generated by irradiation with the ArF excimer laser, the transmittance of the ArF excimer laser itself also decreases.
[0019]
In addition, when KrF excimer laser irradiation is performed, an emission band of 280 nm and an absorption band of 220 nm are not produced by short-time irradiation (approximately 10 3 shots), and no decrease in transmittance of the KrF excimer laser itself is observed.
However, when irradiation for a long time (10 6 shots or more) is performed, an emission band of 280 nm and an absorption band of 220 nm are generated as in the case of ArF laser irradiation.
[0020]
Therefore, production with an excess of hydrogen from the stoichiometric amount is effective for the generation of an absorption band of 260 nm and the accompanying prevention of red emission at 650 nm, but the irradiation of ArF laser and the long time of KrF laser Not suitable for irradiation.
[0021]
It is known that the 220 nm absorption band is caused by a defect structure called E 'center with ≡Si structure (see DL Griscom, Ceramic Society Journal, Vol. 99, p. 923). .)
[0022]
≡Si—H is considered as a precursor of the E ′ center.
In quartz glass synthesized under a reducing atmosphere, the E ′ center is generated by the following mechanism (see formula (3)), and the following mechanism (formula) is used as a mechanism for preventing the formation of E ′ center by heat treatment. (See (4)).
(See N. Kuzuu, Y. Komatsu and M. Murahara, Physical Review B, Vol. 44 pp. 9265-9270)
[Chemical 3]
Figure 0003919831
[Formula 4]
Figure 0003919831
[0023]
By the above mechanism, the structure of ≡Si—HH—O—Si≡ is removed from the synthetic quartz glass, and the generation of the E ′ center is suppressed.
JP-A-4-21540 discloses a synthetic quartz glass exhibiting optical characteristics with suppressed generation of emission bands at 650 nm and 280 nm and absorption bands of 260 nm and 220 nm by irradiation with an ArF excimer laser. The technical effect is shown in the publication and Japanese Patent Laid-Open No. 4-130031.
[0024]
This is because the ratio of oxygen to hydrogen in the oxyhydrogen flame is less than the stoichiometric amount so that the dissolved oxygen molecule (O 2 ) concentration is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the quartz glass synthesis method. The synthetic quartz glass was synthesized in the presence of excess hydrogen, and this synthetic quartz glass was further reduced so that the structure represented by ≡Si—H H—O—Si≡ was 1 × 10 18 pieces / cm 3 or less. Heat treatment is performed at 200 to 1200 ° C. in an atmosphere or in a vacuum.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above-described method, a material that does not generate an absorption band even when irradiated with ArF laser can be obtained. Thereafter, the modification effect varies among lots, and the modification effect is incomplete. It became clear that there was a case. That is, even in the quartz glass produced in this manner, although there is a difference in degree due to variations in production conditions, an absorption band may be generated by long-term irradiation with an excimer laser. An optical material for excimer laser could not be obtained stably under the conditions.
[0026]
An object of the present invention is to provide a stable synthetic quartz glass for optics that does not generate an absorption band even when irradiated with an excimer laser.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have conducted a method for synthesizing synthetic quartz glass directly deposited into glass by hydrolyzing silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame. The knowledge that the above-mentioned problems can be solved by making the amount of hydrogen in excess of the stoichiometrically required amount and using quartz glass containing OH group concentration in synthetic quartz glass of 1000 ppm or more. Thus, the present invention has been completed.
[0028]
[Action]
In the method of synthesizing quartz glass in which silicon tetrachloride is hydrolyzed in an oxyhydrogen flame, if the amount of oxygen in the oxyhydrogen flame is excessive than the stoichiometric amount, red light emission is generated as described above. is there. In quartz glass, there are many bonds in which the bond angle of Si—O—Si is greatly deviated from the equilibrium value (about 143 degrees) due to the disorder of the structure. For this reason, if the amount of hydrogen in the oxyhydrogen flame at the time of synthesis exceeds the stoichiometric amount, hydrogen molecules can diffuse in the quartz glass network, so that these distorted bonds and hydrogen are expressed by the formula (5 ) Proceeds to produce a ≡Si—H H—O—Si≡ structure.
≡Si-O-Si≡ + H 2 ―― → ≡Si-HH-O-Si≡ (5)
[0029]
When excimer laser is irradiated to the synthetic quartz glass having this structure, E ′ center (≡Si ·) is generated by the reaction of the above formula (3). In order to remove this precursor ≡Si—HH—O—Si≡ structure, as shown in JP-A-4-21540 and JP-A-4-130031, the precursor is treated by heat treatment in an appropriate atmosphere. Can be removed.
[0030]
However, since the bond structure of the original quartz glass is distorted, the removal of the precursor by heat treatment is incomplete, and the distorted Si—O—Si bond is also represented by E ′ center as shown in Equation (6). It can be a precursor of.
[Chemical formula 5]
Figure 0003919831
[0031]
Thus, ≡Si—H H—O—Si≡ in quartz glass even when the oxyhydrogen flame is excessive in hydrogen.
In order not to generate the structure, it is effective to reduce the distorted bond.
[0032]
This can be achieved by increasing the concentration of Si-OH in the quartz glass. When the concentration of Si-OH is high, the time for approaching quasi-equilibrium can be shortened when the quartz glass is kept at a certain temperature, and this facilitates relaxation of the Si-O-Si bond angle in the quartz glass, resulting in distortion. The bond distribution ratio can be reduced, and the formation of a precursor during glass production is prevented. Further, even if a precursor is generated during synthesis, by reducing the distorted bonds, the surrounding structure can be easily relaxed even during heat treatment, and the precursor can be easily removed.
[0033]
That is, by increasing the concentration of OH groups in the quartz glass and increasing the concentration of Si—OH, the concentration of this distorted bond in the quartz glass is reduced, and the generation of E ′ centers based on the distorted structure is prevented. Therefore, even when the excimer laser is irradiated onto the quartz glass, a stable synthetic quartz glass for optics that does not generate an absorption band and does not cause a decrease in the transmittance with respect to the excimer laser can be obtained.
[0034]
【Example】
Quartz glass was synthesized by hydrolyzing silicon tetrachloride (SiCl 4 ) in an oxyhydrogen flame in which the proportion of oxygen and hydrogen was in excess of the stoichiometric amount. At this time, synthetic quartz glass having various OH group concentrations shown in Table 1 was prepared by adjusting the reaction conditions of the burner containing the inert gas and the exhaust gas exhaust conditions during the synthesis of the quartz glass. A test piece of approximately 10 × 10 × 30 was cut out from the obtained synthetic quartz glass sample, and two surfaces were mirror-polished so that the thickness was 10.
This sample was irradiated with 10 6 shots with an energy density of 200 mJ / cm 2 of KrF excimer laser and 10 4 shots with an energy density of 100 mJ / cm 2 of ArF excimer laser, the absorption spectra before and after that were measured, and the induced absorption coefficient at 220 nm Asked. Table 1 summarizes the results.
[0035]
[Table 1]
Figure 0003919831
[0036]
As can be seen from Table 1, even when irradiated with a KrF excimer laser and an ArF excimer laser, the synthetic quartz glass having an OH group of 1000 ppm or more does not generate an absorption band.
[0037]
【effect】
As described above, in the method of synthesizing quartz glass in which silicon tetrachloride is directly deposited and vitrified by hydrolyzing in an oxyhydrogen flame, the amount of hydrogen in the flame is set to be larger than the stoichiometric amount, and By using quartz glass containing OH group concentration of 1000 ppm or more by weight in the glass, no absorption band is generated in the quartz glass even when irradiated with KrF excimer laser and ArF excimer laser for a long time. It was possible to obtain a stable synthetic quartz glass for optical use in which a decrease in the thickness did not occur.

Claims (4)

四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解して直接堆積させた合成石英ガラスであって、酸水素火炎の酸素と水素の比が化学量論的必要量より過剰の水素の存在下で合成したものであり、かつ、OH基を1000ppm以上含有し、非還元性雰囲気で熱処理することによってKrFエキシマレーザー200mJ/cm2のエネルギー密度で106ショットおよびArFエキシマレーザー100mJ/cm2のエネルギー密度で104ショットの照射に対して220nmにおける吸収帯の生成を防止した光学用合成石英ガラス。Synthetic quartz glass directly deposited by hydrolyzing silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame, and the oxygen-hydrogen ratio of the oxyhydrogen flame was synthesized in the presence of hydrogen in excess of the stoichiometric amount It contains 10 ppm or more of an OH group and is heat-treated in a non-reducing atmosphere to produce 10 6 shots at an energy density of 200 mJ / cm 2 of KrF excimer laser and 10 m at an energy density of 100 mJ / cm 2 of ArF excimer laser. Synthetic quartz glass for optics that prevents the generation of an absorption band at 220 nm for four- shot irradiation. 請求項1において、熱処理温度が200〜1200℃である光学用合成石英ガラス。The optical synthetic quartz glass according to claim 1, wherein the heat treatment temperature is 200 to 1200 ° C. 四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解して直接堆積させた合成石英ガラスの製造法であって、酸水素火炎の酸素と水素の比が化学量論的必要量より過剰の水素の存在下で合成石英ガラス中のOH基の濃度を1000ppm以上に調整して合成し、かつ、非還元性雰囲気で熱処理することによってKrFエキシマレーザー200mJ/cm2のエネルギー密度で106ショットおよびArFエキシマレーザー100mJ/cm2のエネルギー密度で104ショットの照射に対して220nmにおける吸収帯の生成を防止した光学用合成石英ガラスの製造方法。A method for producing synthetic quartz glass in which silicon tetrachloride is directly deposited by hydrolysis in an oxyhydrogen flame, wherein the oxygen-hydrogen ratio of the oxyhydrogen flame is in the presence of hydrogen in excess of the stoichiometric amount. The synthetic quartz glass was synthesized by adjusting the concentration of OH groups to 1000 ppm or more, and was heat-treated in a non-reducing atmosphere to produce 10 6 shots and an ArF excimer laser 100 mJ at an energy density of 200 mJ / cm 2 KrF excimer laser. A method for producing synthetic quartz glass for optics, which prevents generation of an absorption band at 220 nm for irradiation of 10 4 shots at an energy density of / cm 2 . 請求項3において、熱処理温度が200〜1200℃である光学用合成石英ガラスの製造方法。The method for producing optical synthetic quartz glass according to claim 3, wherein the heat treatment temperature is 200 to 1200 ° C.
JP36033492A 1992-12-29 1992-12-29 Synthetic quartz glass for optics Expired - Lifetime JP3919831B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36033492A JP3919831B2 (en) 1992-12-29 1992-12-29 Synthetic quartz glass for optics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36033492A JP3919831B2 (en) 1992-12-29 1992-12-29 Synthetic quartz glass for optics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06199531A JPH06199531A (en) 1994-07-19
JP3919831B2 true JP3919831B2 (en) 2007-05-30

Family

ID=18468954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP36033492A Expired - Lifetime JP3919831B2 (en) 1992-12-29 1992-12-29 Synthetic quartz glass for optics

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3919831B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69806672T2 (en) 1997-04-08 2003-03-20 Shinetsu Quartz Prod Optical synthetic quartz glass, manufacturing method thereof, and optical element for excimer laser with the synthetic quartz glass

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06199531A (en) 1994-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7491475B2 (en) Photomask substrate made of synthetic quartz glass and photomask
JP4529340B2 (en) Synthetic quartz glass and manufacturing method thereof
JPH04195101A (en) Ultraviolet ray transmitting optical glass and molded article thereof
TWI384329B (en) Mask blanks
JP2006251781A (en) Mask blank
JPH0791084B2 (en) Ultraviolet-resistant synthetic quartz glass and method for producing the same
JP3125630B2 (en) Method for producing quartz glass for vacuum ultraviolet and quartz glass optical member
JP2764207B2 (en) Water-soluble synthetic quartz glass for ultraviolet region and method for producing the same
JP4011217B2 (en) Manufacturing method of optical quartz glass for excimer laser
JP3303918B2 (en) Synthetic quartz glass and its manufacturing method
JP3919831B2 (en) Synthetic quartz glass for optics
JPH06166528A (en) Production of ultraviolet-laser resistant optical member
JP3336761B2 (en) Method for producing synthetic quartz glass for light transmission
JPH0867530A (en) Optical glass for ultraviolet light
JP3259460B2 (en) Method for producing quartz glass having ultraviolet light resistance and quartz glass optical member
JP2000290026A (en) Optical quartz glass member for excimer laser
JP3303919B2 (en) Synthetic quartz glass and its manufacturing method
JP4085633B2 (en) Synthetic quartz glass for optical components
JP4831328B2 (en) Method for manufacturing synthetic quartz glass substrate for excimer laser
JP3671732B2 (en) ArF excimer laser, optical member for KrF excimer laser, and method for manufacturing photomask substrate
JP3519426B2 (en) Stabilization method of synthetic quartz glass for optics
KR20030017550A (en) Quartz glass member and projection aligner
JP3875287B2 (en) Synthetic quartz glass for optics and manufacturing method
JP2566151B2 (en) Method for manufacturing laser optical system base material
JP2003183034A (en) Synthetic quartz glass for optical member and its manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061129

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070214

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110223

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110223

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120223

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120223

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130223

Year of fee payment: 6

EXPY Cancellation because of completion of term