JP4004895B2

JP4004895B2 - 光学装置

Info

Publication number: JP4004895B2
Application number: JP2002251346A
Authority: JP
Inventors: 健一中楯; 孝司妻沼
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: EP1394128A2; JP2004095652A; US20040055336A1; EP1394128A3; EP1394128B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置、分光器など、紫外線等の高いエネルギーを有する光が使用される光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体露光装置にはエネルギーレベルの高い紫外線、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザを使用することがある。このような紫外線を使用する場合、半導体露光装置を構成する光学部品の光学材料には、蛍石や紫外域の透過特性に優れる合成石英などが一般的に使用されている。
ところが、合成石英を用いたレンズ、光ファイバなどの光学部品に、高いエネルギーを有する紫外線、特にＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザを照射すると、その光エネルギーの作用により合成石英の分子構造に欠陥を生じることがあった。このような欠陥は着色中心になるため、光学部品を通過した後に光が着色して、光学部品中の透過率が低下することがあった。また、欠陥によって、光学部品にコンパクションが生じて、歪みが生じることがあった。
【０００３】
そこで、合成石英中の欠陥を減らす方法として、合成石英中に水素を含ませる方法が提案されている。この方法では、合成石英からなる光学部品を水素含有雰囲気中に曝す処理を施して、水素を合成石英中に含ませる。そして、合成石英中の欠陥に水素を反応させて、エネルギー的により安定な結合、例えば、Ｓｉ−ＯＨ結合またはＳｉ−Ｈ結合に変換させて、欠陥を減少させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、合成石英には、エネルギーが与えられて欠陥になる欠陥前駆体が含まれており、この欠陥前駆体には水素が反応しないので、欠陥前駆体を減らすことができず、エネルギーの高い紫外線が照射されたときに欠陥前駆体から新たな欠陥が形成することがあった。しかも、単位時間当たりの照射エネルギー量が大きい場合には、石英の正常な網目構造の分子鎖までもが切断してしまい、新たな欠陥が形成することがあった。
ここで、新たな欠陥が形成しても、水素が合成石英中に含まれている間は、水素によって欠陥が安定な結合に変換されるので、光透過性が低下することはない。しかしながら、次第に合成石英中の水素が消費されると共に外部に拡散して、その濃度が低くなっていくと、欠陥を安定な結合に変換させることが困難になった。その結果、欠陥が増加するので、光透過性が低下して伝送損失が増加すると共に、コンパクションによる歪みが生じることがあった。
また、欠陥を減量させる別の方法として、合成石英にフッ素をドープする方法、塩素基濃度を低減させる方法が挙げられるが、これらの方法によっても十分に欠陥を減らすことができず、光透過性が低下して伝送損失が増加すると共に歪みが生じることがあった。
本発明は、これらの事情を鑑みてなされたものであり、長期にわたって紫外線など高いエネルギーの光が照射されても光学部品をなす石英中の欠陥を減らして、伝送損失の増加を抑制でき、歪みの発生を防止した光学装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の光学装置は、設置される前に水素雰囲気中で加熱処理が施された石英系ガラスからなる光学部品を用い、容器内に前記光学部品を収めるとともに、前記容器内に純水素あるいは水素含有ガスが充満されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の光学装置は、請求項１において、前記光学部品に対して施される水素雰囲気中の加熱処理が、水素ガス圧１〜５００ｋｇｆ／ｃｍ ^２、温度８０〜５００℃であることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の光学装置は、請求項１または２において、前記容器内に充満させる水素含有ガスの水素含有量が、４体積％未満であることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の光学装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記容器には、光透過窓が設けられていることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の光学装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記容器には、その外部と接続する開閉弁または逆止弁が設けられていることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の光学装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記容器が、該容器内の水素含有ガスを流通する構成を備えてなることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の光学装置の一実施形態例について図１を参照しながら説明する。本実施形態例の光学装置１は、内部に水素含有ガスが充満されている密閉容器２を有しており、その密閉容器２内部には、合成石英からなる光学部品であるレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが収容されている。そして、この密閉容器２内では、光源５から発射されたエキシマレーザ光が、レンズ３ａ，３ｂ，３ｃ、３ｄおよび反射鏡４ａ，４ｂ，４ｃおよびフィルタ４ｄを介して、光ファイバ３ｅに照射するようにされている。また、密閉容器２には、その外部と接続する逆止弁６が設けられている。
ここで、レンズ３ａ，３ｂ，３ｃ、３ｄは、密閉容器２内に設置される前に、水素ガス圧１〜５００ｋｇｆ／ｃｍ^２、温度８０〜５００℃の水素雰囲気中で加熱処理が施されたものであることが好ましい。このような範囲の水素雰囲気中で加熱処理が施されたものであると、水素がより合成石英中に入り込むので、分子構造の欠陥をより減らすことができる。
【０００７】
密閉容器２は、レンズなどの光学部品を収容するとともに耐圧性を有するものであり、その材質としてはステンレスなどの金属が好ましく用いられる。密閉容器２内の水素圧は０．０１〜５００ｋｇｆ／ｃｍ^２であることが好ましい。水素圧がこのような範囲であれば、十分かつ効率的に光学部品をなす合成石英中に水素分子を含ませることができる。
【０００８】
密閉容器２内に充満している水素含有ガスとは、水素ガス以外のガスが含まれるガスのことである。ここで、水素ガス以外のガスとは、不活性ガス、可燃性を有さないガス、爆発性を有さないガス、助燃性を有さないガスのことである。このようなガスを含む場合には、密閉容器２の内部は、水素ガス含有量が４体積％未満にされていることが好ましい。水素ガス含有量が４体積％未満であれば、水素の爆発限界（４〜７５体積％）の範囲外である。
【０００９】
逆止弁６は、水素含有ガスを、密閉容器２内に導入するためのものである。このような逆止弁６が設けられていると、密閉容器２内に容易に水素含有ガスを導入でき、特に、再導入の作業性に優れている。通常、逆止弁６から水素含有ガスを供給する際には、非連続的に供給する。
【００１０】
以上のような実施形態例の光学装置１によれば、光源５から発射された紫外線が照射されて光学部品をなす合成石英に欠陥が生成しても、合成石英中に含まれる水素によって欠陥を安定な結合に変換でき、分子構造の欠陥を減らすことができる。しかも、密閉容器２内の水素ガスが水素供給源になるので、時間が経過して水素が消費されても、合成石英中の水素濃度が低下しない。したがって、長期にわたって欠陥を安定な結合に変換することができるので、長期にわたって光透過性が低下せず、伝送損失の増加を防止できる。また、欠陥を減らすことにより、コンパクションを防止できるので、長期にわたって歪みの発生を防止できる。
【００１１】
なお、本発明は上述した実施形態例に限定されない。例えば、上述した実施形態例では容器は密閉容器２であり、水素含有ガスを逆止弁５から非連続的に供給していたが、連続的に供給してもよい。連続的に水素含有ガスを供給する実施形態例について図２に示す。この実施形態例では、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが、水素含有ガス導入口７と水素含有ガス導出口８とが設けられた容器９内に収容されている。そして、水素含有ガスを水素含有ガス導入口７から連続的に供給し、容器９内に水素含有ガスを流通させている。この実施形態例であれば、水素ガス濃度の変動を抑制できるので、長期間にわたって安定して欠陥を減らすことができる。
また、容器には、逆止弁の代わりに開閉弁が設けられていてもよいし、逆止弁および開閉弁のいずれもが設けられていなくてもよい。逆止弁または開閉弁が設けられていない場合には、水素ガスを含む雰囲気中で光学部品を容器内に密閉することで、容器内部に水素を充満させることができる。
【００１２】
また、上述した実施形態例では、複数のレンズが一つの容器内に収容されていたが、一つのレンズが一つの容器内に収容されていてもよい。一つの光学部品が一つの容器内に収容されている実施形態例について図３に示す。なお、図３は、この実施形態例の光学装置を光の進行方向に沿って切断したときの断面図である。この実施形態例では、両端面に光透過窓１１，１１が備えられた容器１２内に、光学部品であるレンズ１３が収容されており、光学装置１４の外側に設けられた光源（図示せず）から発射された光が光透過窓１１，１１を介してレンズ１３を通過する。このような光学装置１４によれば、必要最低限の部分だけを水素雰囲気にできるので、水素の使用量を節約できる。ここで、光透過窓１１とは、光を透過する透明な部材のことであり、合成石英、フッ化マグネシウムなどが用いられる。
さらに、図４に示すように、光透過窓をレンズ１５にして容器１６をレンズセルにすることもできる。このような実施形態例の光学装置１７では、容器とレンズセルとを兼用できるので、コンパクトにできる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、光学部品を収容した容器内に水素含有ガスが充満されており、その容器内の水素ガスが供給源になることで、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザなど高いエネルギーを有する紫外線が照射されても、光学部品をなす石英中の水素濃度が低下せず、長期にわたって欠陥を安定な結合に変換することができる。したがって、長期にわたって光透過性の低下が防止され、伝送損失の増加が防止されるとともに、歪みの発生が防止される。したがって、光学部品の長期信頼性が向上する。
また、紫外線だけでなく、欠陥生成が起きやすい高エネルギーである放射線（γ線、中性子線など）が放出される環境下でも、同様に石英中の欠陥形成を減らすことができ、劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学装置の一実施形態例を示す模式図である。
【図２】本発明の光学装置の他の実施形態例を示す模式図である。
【図３】本発明の光学装置の他の実施形態例を示す断面図である。
【図４】本発明の光学装置の他の実施形態例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１４，１７・・・光学装置、２・・・密閉容器（容器）、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，１３・・・レンズ（光学部品）、６・・・逆止弁、９，１２，１６・・・容器、１１・・・光透過窓

Claims

設置される前に水素雰囲気中で加熱処理が施された石英系ガラスからなる光学部品を用い、容器内に前記光学部品を収めるとともに、前記容器内に純水素あるいは水素含有ガスが充満されていることを特徴とする光学装置。
前記光学部品に対して施される水素雰囲気中の加熱処理が、水素ガス圧１〜５００ｋｇｆ／ｃｍ^２、温度８０〜５００℃であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
前記容器内に充満させる水素含有ガスの水素含有量が、４体積％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
前記容器には、光透過窓が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学装置。
前記容器には、その外部と接続する開閉弁または逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学装置。
前記容器が、該容器内の水素含有ガスを流通する構成を備えてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学装置。